(57)【要約】【課題】最後に植設される動翼を容易に固定することができ、その動翼を固定する部材を繰り返し使用することができる蒸気タービンロータ構成体、蒸気タービンおよび蒸気タービン動翼の固定方法を提供すること目的とする。【解決手段】円周方向に延びる植込み部溝１２およびこの植込み部溝１２に連なる切欠部１３を外周面に有するタービンロータ１１と、切欠部１３を介して、植込み部溝１２に植設される複数の動翼と、最後に植設される動翼１００を切欠部１３において固定する羽根固定部材２００とを備え、羽根固定部材２００が、切欠部１３の所定の内壁に形成された嵌合凹部１８および動翼１００の翼部１０２と植込み部１０１との間に形成された嵌合凹部１０３のそれぞれに嵌合して、最後に植設される動翼１００を固定する嵌合凸部１０４、１０５を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に延びる係合溝および前記係合溝に連なる切欠部を外周面に有するタービンロータと、
前記切欠部を介して、前記係合溝に植設される複数の動翼と、
最後に植設される前記動翼を前記切欠部において固定する羽根固定部材と
を備える蒸気タービンロータ構成体であって、
前記羽根固定部材が、前記切欠部の所定の内壁に形成された嵌合凹部および前記動翼の翼部と植込み部との間に形成された嵌合凹部のそれぞれに嵌合して、前記最後に植設される動翼を固定する嵌合凸部を有することを特徴とする蒸気タービンロータ構成体。
【請求項２】
前記動翼の頂部にはシュラウドが設けられるとともに、前記動翼に形成された嵌合凹部と該嵌合凹部に嵌合する前記嵌合凸部との前記タービンロータ中心軸側の間隙が、前記最後に植設される動翼のシュラウドの端部と該シュラウドに隣接するシュラウドの端部との半径方向の間隙よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンロータ構成体。
【請求項３】
前記切欠部の所定の内壁に形成された嵌合凹部および／または前記動翼に形成された嵌合凹部を複数有し、前記嵌合凹部に対応して前記羽根固定部材の嵌合凸部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービンロータ構成体。
【請求項４】
前記羽根固定部材が、固定部材によって前記最後に植設される動翼および／または前記タービンロータに固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービンロータ構成体。
【請求項５】
前記切欠部と、前記切欠部内の前記羽根固定部材との間隙に充填部材を設置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の蒸気タービンロータ構成体。
【請求項６】
前記充填部材が、固定部材によって前記最後に植設される動翼および／または前記羽根固定部材に固定されていることを特徴とする請求項５記載の蒸気タービンロータ構成体。
【請求項７】
前記羽根固定部材が、前記動翼を構成している材料よりも機械的強度が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の蒸気タービンロータ構成体。
【請求項８】
円周方向に延びる係合溝および前記係合溝に連なる切欠部を外周面に有するタービンロータと、
前記切欠部を介して、前記係合溝に植設される複数の動翼と
を備える蒸気タービンロータ構成体であって、
前記動翼のうち、最後に植設される動翼の植込み部に嵌合凸部が形成され、前記切欠部の底部に、前記嵌合凸部と嵌合して前記動翼を固定する嵌合凹部が形成されていることを特徴とする蒸気タービンロータ構成体。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸気タービン構成体を備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１０】
円周方向に延びる係合溝および前記係合溝に連なる切欠部を外周面に有するタービンロータと、
前記切欠部を介して、前記係合溝に植設される複数の動翼と、
最後に植設される前記動翼を前記切欠部において固定する羽根固定部材と
を備えるタービンロータ構成体における動翼の固定方法であって、
前記切欠部における前記動翼との間隙に、前記羽根固定部材を挿入し、前記羽根固定部材を挿入方向を回転軸方向として直角に回転し、前記切欠部の所定の内壁に形成された嵌合凹部および前記動翼の翼部と植込み部との間に形成された嵌合凹部のそれぞれに、前記羽根固定部材に形成された嵌合凸部を嵌合して、前記最後に植設される動翼を固定することを特徴とする蒸気タービン動翼の固定方法。
【請求項１１】
固定部材によって、前記羽根固定部材を前記最後に植設される動翼および／または前記タービンロータに固定することを特徴とする請求項１０記載の蒸気タービン動翼の固定方法。
【請求項１２】
前記切欠部と、前記切欠部内の前記羽根固定部材との間隙に充填部材を設置することを特徴とする請求項１０または１１記載の蒸気タービン動翼の固定方法。
【請求項１３】
固定部材によって、前記充填部材を前記最後に植設される動翼および／または前記羽根固定部材に固定することを特徴とする請求項１２記載の蒸気タービン動翼の固定方法。
【請求項１４】
円周方向に延びる係合溝および前記係合溝に連なる切欠部を外周面に有するタービンロータと、
前記切欠部を介して、前記係合溝に植設される複数の動翼と
を備える蒸気タービンロータ構成体における動翼の固定方法であって、
前記動翼のうち、最後に植設される動翼の植込み部に形成された嵌合凸部を、前記切欠部の底部に形成された嵌合凹部に、挿入方向を回転軸方向として所定の角度回転することで嵌合し、前記最後に植設される動翼を固定することを特徴とする蒸気タービン動翼の固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動翼を備える蒸気タービンロータ構成体、蒸気タービンおよび蒸気タービンロータに動翼を固定する蒸気タービン動翼の固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機器である蒸気タービンにおいては、高速で流動する蒸気によって回転力を得ているため、流体的な負荷を絶えず受けながら稼動することになり、大きな流体力を受けている。蒸気タービンでは、高温高圧の蒸気が、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンの各段落で温度、圧力を低下しながら動翼を介してタービンロータに回転力を与えている。すなわち、原動力は、作動流体である蒸気によって動翼を介してタービンロータに伝達される。このような蒸気タービンを備える発電プラントにおいて、近年、発電プラントの大容量化に伴うタービンの作動流体量の増大や高温高化による作動条件の高度化から、運転中に動翼に作用する種々の力は益々厳しくなっている。
【０００３】
蒸気タービンの形式には、ノズルのみで蒸気を膨張させて蒸気を動翼に噴射し動翼に衝撃的な力を与えることによってタービンロータを回転させる形式の衝動タービンと、ノズルにおいて蒸気を膨張させるとともに動翼内において蒸気を膨張させてその反動力によっても回転力を得ようとする形式の反動タービンがある。例えば、発電プラントなどにおいて、蒸気を有効に使用してタービン効率を向上させるためには、両方式のタービンの長所を適用していくことが必要である。
【０００４】
ここで、図１４は、衝動タービンの断面の一部を模式的に示し、各段落における圧力降下の様子を示した図である。また、図１５は、反動タービンの断面の一部を模式的に示し、各段落における圧力降下の様子を示した図である。
【０００５】
図１４に示すように、衝動タービンでは蒸気の膨張がノズルのみで生ずるために、圧力の降下がノズル内で生じ、動翼の前後では圧力一定となる。このため、動翼の前後に対して蒸気漏れのシールを完全に施さなくても、大きなタービン効率の低下につながることはない。しかしながら、圧力の低下はノズルのみで生ずるため、圧力の変化が階段的となり、全体としてタービン効率の低下を導きやすかった。
【０００６】
これに対して、図１５に示すように、反動タービンではノズルと動翼の両方で蒸気を膨張させるため、圧力の変化が滑らかであり、段落数を増やすことによってタービン効率の向上を図ることができる。しかしながら、衝動タービンと異なり、動翼の前後でも圧力差があるため、動翼頂部のケーシングとのシールを十分に行わないと、この部分からの蒸気漏れによって大幅なタービン効率の低下を招くことになる。これは、段落自体に関しても同様で、動翼の翼列の一部でも欠損部分があると、この部分から蒸気が流出することによってタービン効率が大きく低下することになる。また、通常、一定のタービン効率を得るためには、反動タービンにおいては衝動タービンよりも多くの段落数が必要となる。
【０００７】
また、段落数を増加させることは、反動タービンに限らず、蒸気を有効に利用してタービン効率を向上させるための手段ではあるが、従来の形式でそのまま段落数を増やした場合には、タービンロータの全長が長くなることから、回転の振動が生じやすくなる。このため、タービンロータの軸径を大きくして剛性を増すことにより、この問題を解決している。一方、図１６に示すように、従来、タービンロータの各段落にホィール部８００を設けてその外周に動翼８０１を取り付ける構造が知られているが、タービンロータの外径が大きい場合には、直接動翼を取り付ける径方向の位置はほんど変化しないため、ホィール部を設けず、直接タービンロータの外周部に動翼を取り付けている（ドラム型タービンロータ）。
【０００８】
ホィール部を有するタービンロータにおける動翼の取り付けは、通常、ホイール部の一部に動翼挿入用の切欠部を設けて、その部分から順次、動翼を円周方向に送って段落を構成している。最後に挿入する動翼は、止め羽根または止め翼と言われ、一例としては図１７に示すように、ホィール部８０５の側面から軸方向にピン８０６やキーによって固定する方法が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。また、衝動タービンでは、動翼部分では圧力が一定であるため、簡単な止め部品を適用しても大幅なタービン効率の低下はなかった。一方、反動タービンでは、動翼の前後で圧力差があるため、止め翼の部分に、簡単な止め部品を使った場合には、蒸気の流出によって大幅な損失が生ずる。そのため、動翼有効部を有する正規の止め翼を設置することが必要であり、また、その取り付け部には、ホイール部の植込み部に挿入された他の動翼と同様の遠心力が負荷される。
【０００９】
タービンロータの外周に、直接、羽根を取り付けるドラム型タービンロータでは、従来のように、ホィール部の側面を利用してキーやピンによって止め翼を固定することができないため、この形式のタービンロータに適合する止め翼の取り付け方法の実現がタービン翼において重要な技術的課題であり、これまでに以下に示すような様々な方法が提案されてきた。図１８Ａ〜図２１は、従来のドラム型タービンロータにおける止め翼の固定構造の断面を模式的に示す図である。
【００１０】
図１８Ａおよび図１８Ｂに示す止め翼の固定方法は、一般的に利用されている方法で、最後に取り付ける止め翼８１０の植込み部とタービンロータ８１１とをボルト８１２により固定する方法であり、ボルト８１２は、その止め翼８１０の植込み部とタービンロータ８１１の双方に、そのネジ部分がかかるように取り付けられている。
【００１１】
また、図１９に示す止め翼の固定方法は、止め翼固定用の部品とその部品の溶接によって止め翼構造を得るものである（例えば、特許文献２参照。）。まず、動翼植込み用の溝８２０には、止め翼８２１の植込み部フック８２２ａの片方のみがかかるように植込み部８２２を形成しておき、止め翼８２１の一方の植込み部フック８２２ａを直接タービンロータ８２３の植込み部フックにかける。次に、他方の植込み部フック８２２ｂを別個に製作した固定部品８２４で固定し、この固定部品８２４と、さらに別個に設けたタービンロータ８２３のフック部にかかるように設けられた固定部品８２５とを溶接によって接合して、止め翼構造を得るものである。
【００１２】
また、図２０に示す止め翼の固定方法は、２つの固定部品８３０、８３１を使用して、最終的にはボルト８３２によりタービンロータ８３３と固定部品８３０、８３１とを固定し、動翼８３４を固定している（例えば、特許文献３参照。）。
【００１３】
さらに、図２１に示す止め翼の固定方法は、羽根固定部品８４０にテーパを設けてクサビ形状としているが、最終的にはこの羽根固定部品８４０をボルト８４１で固定し、動翼８３４を固定している（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開平１１−２００８０６号公報
【特許文献２】特開２００４−２７０８３号公報
【特許文献３】実開平４−６７０１号公報
【特許文献４】特開２００１−２９５６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記した従来の、一般的に利用されている、止め翼の植込み部とタービンロータとをボルトにより固定する方法（図１８Ａおよび図１８Ｂ参照）では、動翼に作用する遠心力は、その植込み部からボルトを通しタービンロータに伝わるので、ボルトが動翼およびボルトの遠心力に十分耐えられる強度を有していれば実用的には問題がない。しかしながら、経年的なタービンの使用により、動翼の一部に水滴や異物による浸食が生じたり、蒸気の励振力によって動翼が疲労破損し、き裂が発生した場合には、タービン効率の低下や動翼自体の飛散の恐れがある。そのため、異常が発生した段落の一部や全体の動翼を交換する必要があり、動翼の抜き取り作業を行わなければならない。動翼の抜き取りは、ボルトを緩めて抜くことによって可能であるが、ボルトのネジ部は高温での経年的な使用により酸化や腐食して破損している場合が多い。この場合には、再度同じネジ穴を使用して止め翼を取り付けることが困難となるため、別にネジ穴を設けるが、さらに大きなサイズのネジに変更してボルトを取り付ける必要があった。このように、動翼の抜き取りを考慮した場合には、ボルトにより直接取り付ける方法は好適な方法とは言い難かった。
【００１５】
また、上記した従来の、止め翼と、止め翼固定用の部品との溶接によって止め翼を固定する方法（図１９参照）では、溶接を直接タービンロータと固定部品に対して施していないため、タービンロータに熱影響が生じることはほとんどないと考えられるが、溶接部に直接、動翼や固定部品の遠心力がかかることから、溶接部に対する信頼性が、この構造の信頼性を左右することになる。例えば、溶接部に何らかの割れが生じた場合には、止め翼構造が分解し、動翼が飛散するなどの問題が生じる。また、動翼を外し取る場合には、溶接部を削除しなければならず、固定部品は溶接部の削除作業により大きく損傷して、固定部品を再使用することはほとんど不可能であった。
【００１６】
また、上記した従来の、２つの固定部品を使用して、最終的にはボルトによりタービンロータと固定部品とを固定する方法（図２０参照）は、ボルトにより直接動翼とタービンロータを接合する従来法と何ら変わることはなく、むしろ多くの部品を使用しているため製作が困難であった。
【００１７】
さらに、上記した従来の、クサビ形状を有する羽根固定部品をボルトでタービンロータに固定する方法（図２１参照）は、羽根固定部品をボルトで固定していることから、上記したボルトを用いた固定方法と同様の問題点を有している。
【００１８】
上記したように、従来の止め翼の固定方法において、ボルトを使用する場合では、再度同じネジ穴を使用して止め翼を取り付けることが困難であるなどの問題があった。また、溶接接合の場合では、溶接部における熱の影響による構造の信頼性の低下や、部品の再使用が不可能であるなどの問題点があった。
【００１９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、最後に植設される動翼を容易に固定することができ、その動翼を固定する部材を繰り返し使用することができる蒸気タービンロータ構成体、蒸気タービン、および蒸気タービン動翼の固定方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の蒸気タービンロータ構成体は、円周方向に延びる係合溝および前記係合溝に連なる切欠部を外周面に有するタービンロータと、前記切欠部を介して、前記係合溝に植設される複数の動翼と、最後に植設される前記動翼を前記切欠部において固定する羽根固定部材とを備える蒸気タービンロータ構成体であって、前記羽根固定部材が、前記切欠部の所定の内壁に形成された嵌合凹部および前記動翼の翼部と植込み部との間に形成された嵌合凹部のそれぞれに嵌合して、前記最後に植設される動翼を固定する嵌合凸部を有することを特徴とする。
【００２１】
この蒸気タービンロータ構成体によれば、最後に植設される動翼の固定および取り外しを、羽根固定部材を所定の方向に回転することにより容易に実現することができる。また、この動翼の交換作業に伴うタービンロータの損傷を生じずに、動翼の交換を容易に行うことができる。
【００２２】
また、本発明の蒸気タービンロータ構成体は、さらに、前記動翼の頂部に設けられたシュラウドを備えるとともに前記動翼に形成された嵌合凹部と該嵌合凹部に嵌合する前記嵌合凸部との前記タービンロータ中心軸側の間隙が、前記最後に植設される動翼のシュラウドの端部と該シュラウドに隣接するシュラウドの端部との半径方向の間隙よりも大きくしたことを特徴とする。
【００２３】
この蒸気タービンロータ構成体によれば、動翼に形成された嵌合凹部とこの嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部とのタービンロータ中心軸側の間隙が、最後に植設される動翼のシュラウドの端部とこのシュラウドに隣接するシュラウドの端部との半径方向の間隙よりも大きいので、蒸気タービンロータ構成体が回転し、遠心力が負荷されたときに、最後に植設される動翼のシュラウドとそれに隣接するシュラウドとが接触し、遠心力を分担させることができる。
【００２４】
さらに、本発明の蒸気タービンロータ構成体は、円周方向に延びる係合溝および前記係合溝に連なる切欠部を外周面に有するタービンロータと、前記切欠部を介して、前記係合溝に植設される複数の動翼とを備える蒸気タービンロータ構成体であって、前記動翼のうち、最後に植設される動翼の植込み部に嵌合凸部が形成され、前記切欠部の底部に、前記嵌合凸部と嵌合して前記動翼を固定する嵌合凹部が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この蒸気タービンロータ構成体によれば、最後に植設される動翼の固定および取り外しを、この動翼を所定の方向に回転することにより容易に実現することができる。また、この動翼の交換作業に伴うタービンロータの損傷を生じずに、動翼の交換を容易に行うことができる。また、上記した蒸気タービン構成体を備える蒸気タービンを構成してもよい。
【００２６】
本発明の蒸気タービン動翼の固定方法は、円周方向に延びる係合溝および前記係合溝に連なる切欠部を外周面に有するタービンロータと、前記切欠部を介して、前記係合溝に植設される複数の動翼と、最後に植設される前記動翼を前記切欠部において固定する羽根固定部材とを備えるタービンロータ構成体における動翼の固定方法であって、前記切欠部における前記動翼との間隙に、前記羽根固定部材を挿入し、前記羽根固定部材を挿入方向を回転軸方向として直角に回転し、前記切欠部の所定の内壁に形成された嵌合凹部および前記動翼の翼部と植込み部との間に形成された嵌合凹部のそれぞれに、前記羽根固定部材に形成された嵌合凸部を嵌合して、前記最後に植設される動翼を固定することを特徴とする。
【００２７】
この蒸気タービン動翼の固定方法によれば、最後に植設される動翼の固定および取り外しを、羽根固定部材を所定の方向に回転することにより容易に実現することができる。また、この動翼の交換作業に伴うタービンロータの損傷を生じずに、動翼の交換を容易に行うことができる。
【００２８】
また、本発明の蒸気タービン動翼の固定方法は、円周方向に延びる係合溝および前記係合溝に連なる切欠部を外周面に有するタービンロータと、前記切欠部を介して、前記係合溝に植設される複数の動翼とを備える蒸気タービンロータ構成体における動翼の固定方法であって、前記動翼のうち、最後に植設される動翼の植込み部に形成された嵌合凸部を、前記切欠部の底部に形成された嵌合凹部に、挿入方向を回転軸方向として所定の角度回転することで嵌合し、前記最後に植設される動翼を固定することを特徴とする。
【００２９】
この蒸気タービン動翼の固定方法によれば、最後に植設される動翼の固定および取り外しを、この動翼を所定の方向に回転することにより容易に実現することができる。また、この動翼の交換作業に伴うタービンロータの損傷を生じずに、動翼の交換を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の蒸気タービンロータ構成体、蒸気タービン、および蒸気タービン動翼の固定方法によれば、最後に植設される動翼を容易に固定することができ、その動翼を固定する部材を繰り返し使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を簡略または省略する。
【００３２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０の分解斜視図である。また、図２Ａは、本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０の切欠部における断面を模式的に示した図であり、図２Ｂは、図２Ａの上方から見たときの蒸気タービンロータ構成体１０の平面図である。図３は、羽根固定部材２００が切欠部１３内に挿入された状態を図２Ａの上方から見たときの蒸気タービンロータ構成体１０の平面図である。図４は、切欠部内に他の形状の羽根固定部材２００が挿入された状態を図２Ａの上方から見たときの蒸気タービンロータ構成体１０の平面図である。さらに、図５は、羽根固定部材２００を構成する材料の機械的特性の概要を示す図である。
【００３３】
図１に示すように、タービンロータ１１の外周面には、タービンロータ１１の円周方向に全周に亘って延びる動翼１００の植込み部１０１を係合する係合溝である植込み部溝１２が形成されている。また、植込み部溝１２には、動翼１００の植込み部１０１を植込み部溝１２内に挿入するための切欠部１３が、タービンロータ１１の軸方向の上流側または下流側において植込み部溝１２に連設されている。
【００３４】
切欠部１３の内壁面のうち、止め翼として機能する一つの動翼１００とタービンロータ１１の軸方向に対向する内壁面１４には、切欠部１３の底面１５に対向しつつ互いに平行に延びる段差面１６が連設されている。また、この底面１５と段差面１６との間に形成される半径方向に延びる壁面１７は、後述する羽根固定部材２００を回転させたときの嵌合凸部１０５が辿る外円周に対応する曲率半径を有する曲面で形成されることが好ましい。上記した底面１５、段差面１６、壁面１７によって、羽根固定部材２００の嵌合凸部１０５と嵌合する嵌合凹部１８が形成される。さらに、切欠部１３の底面１５には、羽根固定部材２００の回転軸部１０６を支持するための凹部からなる回転支持部１９が半径方向に形成されている。
【００３５】
なお、ここでは、羽根固定部材２００の嵌合凸部１０５と嵌合する嵌合凹部１８は、動翼１００とタービンロータ１１の軸方向の下流側で対向する内壁面１４に形成されているが、動翼１００とタービンロータ１１の軸方向の上流側で対向する内壁面に形成されてもよい。また、切欠部１３は、動翼１００の植込み部１０１、羽根固定部材２００をそれぞれ受容し、さらに羽根固定部材２００を挿入後、回転可能な大きさに設定される。
【００３６】
動翼１００は、一般に使用されているＴ型構造の植込み部１０１を有するものを使用しているが、これに限られるものではない。この動翼１００には、翼部１０２と植込み部１０１との間に嵌合凹部１０３が形成されている。また、この嵌合凹部１０３を形成する半径方向に伸びる壁面１０３ａは、後述する羽根固定部材２００を回転させたときの嵌合凸部１０４が辿る外円周に対応する曲率半径を有する曲面で形成されることが好ましい。この嵌合凹部１０３は、壁面１０３ａと、この壁面１０３ａの両縁部のから対向しつつ互いにタービンロータ１１の軸方向に平行に延びる壁面１０３ｂ、１０３ｃとから形成される。
【００３７】
羽根固定部材２００は、動翼１００の翼部１０２と植込み部１０１との間に形成された嵌合凹部１０３と嵌合する嵌合凸部１０４と、切欠部１３の嵌合凹部１８と嵌合する嵌合凸部１０５と、切欠部１３の底面１５に形成された回転支持部１９に回転可能に支持される回転軸部１０６とを有し、所定の厚さの金属部材で構成される。嵌合凸部１０４や嵌合凸部１０５は、それぞれが嵌合凹部１０３、嵌合凹部１８に嵌合可能なように、その形状や大きさが設定されている。ここで、羽根固定部材２００の回転軸部１０６は、その断面が矩形である一例を示しているが、断面が円形、つまり回転軸部１０６が円柱で構成されてもよい。
【００３８】
ここで、高温で使用される材料は、通常クリープ破断強度を基準に設計されるが、羽根固定部材２００は、止め翼として機能する一つの動翼１００と切欠部１３の内壁面１４との隙間に挿入されるため、この隙間を大きく設けられない場合には、羽根固定部材２００の幅は薄くなる。そのため、羽根固定部材２００の嵌合凸部１０４、１０５と、それらが嵌合する、切欠部１３の嵌合凹部１８や動翼１００の嵌合凹部１０３との接触面積が小さくなり、羽根固定部材２００に大きな応力が発生する。したがって、例えば、動翼１００を構成する１２Ｃｒ鋼などの通常材料により羽根固定部材２００を構成した場合には、短時間で破損することになる。
【００３９】
そこで、上記した接触面積が小さくなる場合には、その分だけ強度を高めた材料を使用することにより適切な強度を確保できることになる。羽根固定部材２００を構成する材料として、図５に示すように、定格寿命におけるクリープ強度または許容強度に対して接触面積比に逆比例した値の強度の材料が好適である。このような材料は、動翼１００を構成する材料より機械的強度が高く、具体的には、１１Ｃｒ−０.４Ｎｉ−１Ｍｏ−０．２Ｖ−０.４ＮｂＮ鋼、Ｎｉ基合金である、Ｎｉ−１９Ｃｒ−１７Ｆｅ−５Ｎｂ−３Ｍｏ−０.８Ｔｉ−０.６Ａｌ（例えば、インコネル７１８、インコ社製など）などの超合金が挙げられる。
【００４０】
切欠部１３の内壁面に形成される嵌合凹部１８、動翼１００の嵌合凹部１０３、羽根固定部材２００の嵌合凸部１０４、１０５の形状は、上記した形状に限られるものではない。例えば、図４に示すように、嵌合凹部１８は、切欠部１３の内壁面のうち、タービンロータ１１の軸方向および半径方向に延び、円周方向に互いに対向する一対の内壁面２０ａ、２０ｂと、上記した底面１５および段差面１６と、この底面１５と段差面１６との間に、タービンロータ１１の軸方向に垂直に形成され、半径方向に延びる壁面２１とから形成される直方体状の空間から構成されてもよい。この場合には、内壁面２０ａ、２０ｂにおけるタービンロータ１１の軸方向の長さは、羽根固定部材２００を回転させたときの嵌合凸部１０５が辿る外円周の曲率半径にほぼ等しく設定される。また、図４に示すように、この場合には、嵌合凸部１０５の凸面１０５ａは、曲面で形成され、その曲面が壁面２１に当接するように構成されることが好ましい。
【００４１】
また、図４に示すように、嵌合凹部１０３は、上記した壁面１０３ｂ、１０３ｃと、この壁面１０３ｂ、１０３ｃとの間に、タービンロータ１１の軸方向に垂直に形成され、半径方向に延びる壁面１０３ｄとから形成される直方体状の空間から構成されてもよい。この場合には、壁面１０３ｂ、１０３ｃにおけるタービンロータ１１の軸方向の長さは、羽根固定部材２００を回転させたときの嵌合凸部１０４が辿る外円周の曲率半径にほぼ等しく設定される。また、図４に示すように、この場合には、嵌合凸部１０４の凸面１０４ａは、曲面で形成され、その曲面が壁面１０３ｄに当接するように構成されることが好ましい。この動翼１００の形状は、タービンロータ１１の植込み部溝１２に係合させて植設される通常の動翼の構成をそのまま使用することができる。すなわち、嵌合凹部１０３として、タービンロータ１１の植込み部溝１２に係合するために、翼部と植込み部との間に形成される凹部の形状をそのまま利用することができる。
【００４２】
次に、止め翼として機能する動翼１００のタービンロータ１１への固定方法について説明する。
【００４３】
図１および図３に示すように、止め翼として機能する動翼１００を切欠部１３内に挿入し、タービンロータ１１の軸方向に移動して、動翼１００の植込み部の一方を植込み部溝１２に係合させる。続いて、動翼１００と切欠部１３の内壁面１４との間に、嵌合凸部１０４、１０５が突出する側をタービンロータ１１の軸方向に対して垂直となる向きに羽根固定部材２００を挿入する。
【００４４】
続いて、切欠部１３内に挿入された羽根固定部材２００を、回転支持部１９に支持された回転軸部１０６を回転軸として、図３に示すように、上方から見で右回りに９０度回転する。この回転方向は、切欠部１３内に挿入された羽根固定部材２００の嵌合凸部１０４、１０５の位置関係で任意に変更される。すなわち、図３に示すように、嵌合凹部１８側から羽根固定部材２００を見たときに、右側に嵌合凸部１０５が位置し、左側に嵌合凸部１０４が位置する場合には、右回りに回転させる。一方、嵌合凹部１８側から羽根固定部材２００を見たときに、右側に嵌合凸部１０４が位置し、左側に嵌合凸部１０５が位置する場合には、左回りに回転させる。
【００４５】
回転された羽根固定部材２００の嵌合凸部１０５は、切欠部１３の内壁面に形成された嵌合凹部１８に嵌合し、嵌合凸部１０４は、動翼１００に形成された嵌合凹部１０３に嵌合する（図２Ｂ参照）。
【００４６】
上記したように、羽根固定部材２００を、切欠部１３内に挿入後、所定の方向に９０度回転させることで、止め翼として機能する動翼１００は、切欠部１３内に固定される。
【００４７】
上記した第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０によれば、止め翼として機能する動翼１００の固定および取り外しを羽根固定部材２００の回転動作により容易に実現することができる。そのため、例えば、経年的な使用により損傷した動翼を交換する場合には、羽根固定部材２００を回転動作により取り出し可能位置まで回転すれば、羽根固定部材２００を容易に取り出すことができる。そして、その後損傷した動翼を新しい動翼に交換した後も、羽根固定部材２００を挿入して回転させることで、止め翼として機能する動翼１００を再びタービンロータ１１に固定することができる。また、この動翼の交換作業に伴うタービンロータ１１の損傷をまったく生じずに、動翼の交換を容易に行うことができる。
【００４８】
また、第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０では、止め翼として機能する動翼１００の固定の際、例えば、ボルト穴作成によるネジ加工や溶接施工などのタービンロータ１１に損傷を与える施工は施していないため、経年的使用に対しても安全に適用できる。さらに、羽根固定部材２００は、形状が複雑ではなく、簡易な工程で製造可能であるとともに、繰り返して使用できるため、メンテナンスコストの削減などを図ることができ経済的である。
【００４９】
また、止め翼として機能する動翼１００の植込み部の一方は、タービンロータ１１の植込み部溝１２に係合され、タービンロータ１１との通常の係合状態を得ることができる。このため、この動翼１００に作用する遠心力の少なくとも１／２の負荷に対しては、充分信頼性の高い荷重分担形態を得ることができる。このことは、この動翼１００が植設された段落の構造健全性を高めるばかりでなく、蒸気タービン全体の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
次に、第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０の他の一例を図６〜図８を参照して説明する。
【００５１】
図６および図７は、第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０の他の一例の切欠部における断面を模式的に示した図である。図８は、切欠部１３内の空洞３０、３１に充填部材１３０、１３１を挿入し、固定した状態の断面を模式的に示す図である。
【００５２】
図６に示すように、羽根固定部材２００の嵌合凸部１０４側の端部に、動翼１００の側壁に沿ってタービンロータ１１の外周面から突出する突出部１１０を形成し、その突出部１１０と動翼１００とを固定部材１１１で固定してもよい。この固定部材１１１として、例えば、ピンなどを用いることができる。なお、図６には、固定部材１１１としてピンを用いて、動翼１００と羽根固定部材２００とをピン接合した一例を示している。
【００５３】
ピンを打ち込むためのピン孔は、動翼１００と羽根固定部材２００の双方の対応する位置に予め形成され、羽根固定部材２００により動翼１００を固定後、ピンが打ち込まれる。ここで、ピンを構成する材料として、例えば、コバルト基合金（例えば、Ｓ８１６、日本特殊鋼社製）などが挙げられる。また、ピンの内壁にメネジを螺刻してもよい。これによって、ピンを抜き取る際に、このメネジに適合したボルトを取り付け、このボルトを引張ることでピンを抜き取ることができる。
【００５４】
上記した固定部材１１１により動翼１００と羽根固定部材２００とを接合することにより、羽根固定部材２００と動翼１００との接合が強化される。ここで、この動翼１００と羽根固定部材２００とを接合する構成は、例えば、動翼の有効部が長く、植込み部に大きな遠心力がかかる動翼に好適である。
【００５５】
また、図７に示すように、図６に示す蒸気タービンロータ構成体１０の構成に、さらに、斜め方向に、タービンロータ１１、羽根固定部材２００および動翼１００を貫いて、固定部材１１１であるピン１２０により固定する構成を加えてもよい。このピン１２０においても、上記したように、ピン１２０の内壁にメネジを螺刻してもよい。また、ピン１２０を打ち込むためのピン孔は、タービンロータ１１、羽根固定部材２００および動翼１００の対応する位置に予め形成され、羽根固定部材２００により動翼１００を固定後、ピンが打ち込まれる。
【００５６】
この構成は、羽根固定部材２００の嵌合凸部１０４、１０５と、それらが嵌合する、切欠部１３の内壁面に形成された嵌合凹部１８や動翼１００に形成された嵌合凹部１０３との接触面積が小さい場合に好適である。また、この構成により、動翼１００と羽根固定部材２００との水平方向の接合が強化されるとともに、斜め方向のピン接合により羽根固定部材２００自体の強度が補われる。特に、この構成は、前述した超合金などの機械的強度が高い材料で羽根固定部材２００を形成していない場合などに好適である。
【００５７】
ここで、図２Ｂに示すように、羽根固定部材２００を回転し、止め翼として機能する動翼１００を切欠部１３内に固定した後には、切欠部１３内に空洞３０、３１が形成される。そこで、充填部材１３０、１３１をこの空洞３０、３１に挿入し、空洞３０、３１を埋めるように構成してもよい。
【００５８】
図８に示すように、充填部材１３０、１３１は、空洞３０、３１の形状に対応して形成され、それぞれの一端側には、羽根固定部材２００に沿ってタービンロータ１１の外周面から突出する突出部１３２、１３３が形成されている。この突出部１３２、１３３は、固定部材として機能するピン１３５によって、羽根固定部材２００を介して接合される。このピン１３５においても、上記したように、ピン１３５の内壁にメネジを螺刻してもよい。また、ピン１３５を打ち込むためのピン孔は、充填部材１３０、１３１の突出部１３２、１３３および羽根固定部材２００の突出部１１０の双方の対応する位置に予め形成される。そして、羽根固定部材２００により動翼１００を固定し、空洞３０、３１に充填部材１３０、１３１を挿入後、ピン孔にピンが打ち込まれる。
【００５９】
このように、充填部材１３０、１３１をピン１３５などの固定部材で羽根固定部材２００に固定することで、無用な空間を充填することができるとともに、羽根固定部材２００のタービンロータ１１の円周方向への移動を防止することができる。
【００６０】
なお、図６に示した、羽根固定部材２００の突出部１１０と動翼１００とを固定部材１１１で固定する構成に、上記した充填部材１３０、１３１を備えてもよい。また、図７に示した、羽根固定部材２００の突出部１１０と動翼１００とを固定部材１１１で固定し、斜め方向に、タービンロータ１１、羽根固定部材２００および動翼１００を貫いてピンなどの固定部材１１１で固定する構成に、上記した充填部材１３０、１３１を備えてもよい。これらの場合、羽根固定部材２００の突出部１１０と動翼１００とを固定するピンなどの固定部材１１１の配設位置と、充填部材１３０、１３１の突出部１３２、１３３と羽根固定部材２００の突出部１１０とを固定するピン１３５などの固定部材の配設位置とが交わらないように、羽根固定部材２００の突出部１１０および充填部材１３０、１３１の突出部１３２、１３３の突出長さが設定される。
【００６１】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体４０の切欠部における断面を模式的に示した図である。
【００６２】
図９に示すように、タービンロータ１１の外周面には、タービンロータ１１の円周方向に全周に亘って延びる動翼１００の植込み部１０１を係合する係合溝である植込み部溝１２が形成されている。また、植込み部溝１２のタービンロータ１１の軸方向における上流側および下流側に延びるとともに、タービンロータ１１の周方向に伸びる切欠部１３が形成されている。
【００６３】
切欠部１３の内壁面のうち、止め翼として機能する一つの動翼１００とタービンロータ１１の軸方向に対向する双方の内壁面１４には、図１に示した羽根固定部材２００の嵌合凸部１０５と嵌合する嵌合凹部１８が形成されている。すなわち、止め翼として機能する一つの動翼１００とタービンロータ１１の軸方向に対向する双方の内壁面１４には、切欠部１３の底面１５に対向しつつ互いに平行に延びる段差面１６が連設されている。また、この底面１５と段差面１６との間に形成される半径方向に延びる壁面１７は、羽根固定部材２００を回転させたときの嵌合凸部１０５が辿る外円周に対応する曲率半径を有する曲面で形成することが好ましい。上記した底面１５、段差面１６、壁面１７によって、羽根固定部材２００の嵌合凸部１０５と嵌合する嵌合凹部１８が形成される。さらに、切欠部１３の底面１５には、羽根固定部材２００の回転軸部１０６を支持するための凹部１９が半径方向に形成されている。
【００６４】
また、図４を参照して前述したように、動翼１００とタービンロータ１１の軸方向に対向する双方の内壁面１４に形成される嵌合凹部１８、および動翼１００に形成される嵌合凹部１０３は、直方体状の空間から構成されてもよい。この場合には、嵌合凸部１０５の凸面１０５ａおよび嵌合凸部１０４の凸面１０４ａは、曲面で形成され、それらの曲面がそれぞれ、嵌合凹部１８の壁面２１、嵌合凹部１０３の壁面１０３ｄに当接するように構成されることが好ましい。
【００６５】
次に、上記した２つの羽根固定部材２００を用いたときの止め翼として機能する動翼１００の固定方法について説明する。
【００６６】
まず、止め翼として機能する動翼１００を切欠部１３内のほぼ中央に挿入し、この動翼１００と切欠部１３の内壁面１４との２つの隙間のそれぞれに、嵌合凸部１０４、１０５が突出する側をタービンロータ１１の軸方向に対して垂直となる向きに羽根固定部材２００を挿入する。
【００６７】
続いて、切欠部１３内に挿入された羽根固定部材２００を回転支持部１９に支持された回転軸部１０６を回転軸として、所定の方向に９０度回転する。この回転方向は、切欠部１３内に挿入された羽根固定部材２００の嵌合凸部１０４、１０５の位置関係で任意に変更される。回転されたそれぞれの羽根固定部材２００の嵌合凸部１０５は、切欠部１３の内壁面に形成された嵌合凹部１８に嵌合し、嵌合凸部１０４は、動翼１００に形成された嵌合凹部１０３に嵌合する（図９参照）。
【００６８】
上記したように、それぞれの羽根固定部材２００を、切欠部１３内に挿入後、所定の方向に９０度回転させることで、止め翼として機能する動翼１００は、切欠部１３内に固定される。
【００６９】
ここで、止め翼として機能する動翼１００を固定する場合に、動翼１００の頂部におけるシュラウドの形状や動翼１００の有効部の形状が、隣接する動翼との関係で、動翼１００を切欠部１３に挿入後、タービンロータ１１の軸方向に移動ができないことがある。このような場合に、第２の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体４０に係る２つの羽根固定部材２００を用いて動翼１００を固定する方法は好適である。
【００７０】
また、第２の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体４０によれば、止め翼として機能する動翼１００の固定および取り外しを羽根固定部材２００の回転動作により容易に実現することができる。そのため、例えば、経年的な使用により損傷した動翼を交換する場合には、羽根固定部材２００を回転動作により取り出し可能位置まで回転すれば、羽根固定部材２００を容易に取り出すことができる。そして、その後損傷した動翼を新しい動翼に交換した後も、羽根固定部材２００を挿入して回転させることで、止め翼として機能する動翼１００を再びタービンロータ１１に固定することができる。また、この動翼の交換作業に伴うタービンロータ１１の損傷をまったく生じずに、動翼の交換を容易に行うことができる。
【００７１】
また、止め翼として機能する動翼１００の固定の際、例えば、ボルト穴作成によるネジ加工や溶接施工などのタービンロータ１１に損傷を与える施工は施していないため、経年的使用に対しても安全に適用できる。さらに、羽根固定部材２００は、形状が複雑ではなく、簡易な工程で製造可能であるとともに、繰り返して使用できるため、メンテナンスコストの削減などを図ることができ経済的である。
【００７２】
なお、第２の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体４０においても、第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０の場合と同様に、羽根固定部材２００に突出部１１０を形成し、その突出部１１０と動翼１００とをピンなどの固定部材１１１で固定してもよい（図６参照）。また、この突出部１１０と動翼１００とをピンなどの固定部材１１１で固定する構成に、さらに、斜め方向に、タービンロータ１１、羽根固定部材２００および動翼１００を貫いて、固定部材１１１であるピン１２０により固定する構成を加えてもよい（図７参照）。
【００７３】
さらに、羽根固定部材２００を回転し、止め翼として機能する動翼１００を切欠部１３内に固定した後に形成される切欠部１３内の空洞３０、３１に、充填部材１３０、１３１を挿入してもよい（図８参照）。なお、この際、上述したように、充填部材１３０、１３１の突出部１３２、１３３は、固定部材として機能するピン１３５によって、羽根固定部材２００を介して接合される（図８参照）。
【００７４】
（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体５０の切欠部における断面を模式的に示した図である。図１１は、第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体５０の他の一例の切欠部における断面を模式的に示した図である。なお、第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体５０では、羽根固定部材の形状と、それに伴うタービンロータ１１に形成される嵌合凹部の構成とが第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０と異なるのみで、他の構成は同じであるので、ここではその異なる構成について主に説明する。
【００７５】
図１０に示すように、第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体５０における切欠部１３の内壁面のうち、止め翼として機能する一つの動翼１００とタービンロータ１１の軸方向に対向する内壁面１４には、切欠部１３の底面１５に対向しつつ互いに平行に延びる段差面１６が連設されている。また、この底面１５と段差面１６との間に形成される半径方向に延びる壁面１７は、後述する羽根固定部材３００を回転させたときの嵌合凸部１０５が辿る外円周に対応する曲率半径を有する曲面で形成されることが好ましい。上記した底面１５、段差面１６、壁面１７によって、羽根固定部材３００の嵌合凸部１０５と嵌合する嵌合凹部１８が形成される。
【００７６】
また、切欠部１３の底面１５には、さらに凹部２２が形成され、タービンロータ１１の軸方向に対向する内壁面１４に対向する凹部面２３には、凹部２２の底面２４に対向しつつ互いに平行に延びる段差面２５が連設されている。また、この底面２４と段差面２５との間に形成される半径方向に延びる壁面２６は、後述する羽根固定部材３００を回転させたときの嵌合凸部１１５が辿る外円周に対応する曲率半径を有する曲面で形成されることが好ましい。上記した底面２４、段差面２５、壁面２６によって、羽根固定部材３００の嵌合凸部１１５と嵌合する嵌合凹部２７が形成される。なお、ここでは、図示していないが、羽根固定部材３００に回転軸部が設けられた場合には、この回転軸部を回転可能に支持する凹部を底面２４の半径方向に形成してもよい。
【００７７】
なお、ここでは、羽根固定部材３００の嵌合凸部１０５と嵌合する嵌合凹部１８は、動翼１００とタービンロータ１１の軸方向の下流側で対向する内壁面１４に形成されているが、動翼１００とタービンロータ１１の軸方向の下流側で対向する内壁面に形成されてもよい。この場合には、嵌合凹部２７は、その嵌合凹部１８が形成された内壁面に対向する側に形成される。
【００７８】
羽根固定部材３００は、Ｔ型構造の植込み部１０１を有する動翼１００の翼部１０２と植込み部１０１との間に形成された嵌合凹部１０３と嵌合する嵌合凸部１０４と、切欠部１３の嵌合凹部１８と嵌合する嵌合凸部１０５と、切欠部１３の内壁面１４に対向する凹部面２３に形成された嵌合凹部２７と嵌合する嵌合凸部１１５とを有し、所定の厚さの金属部材で構成される。嵌合凸部１０４、嵌合凸部１０５および嵌合凸部１１５は、それぞれが嵌合凹部１０３、嵌合凹部１８、嵌合凹部２７に嵌合可能なように、その形状や大きさが設定されている。ここで、羽根固定部材３００を構成する材料は、前述した羽根固定部材２００を構成する材料と同じである。
【００７９】
また、図４を参照して前述したように、動翼１００とタービンロータ１１の軸方向に対向する内壁面１４に形成される嵌合凹部１８、内壁面１４に対向する凹部面２３に形成された嵌合凹部２７および動翼１００に形成される嵌合凹部１０３は、直方体状の空間から構成されてもよい。この場合には、嵌合凸部１０５の凸面１０５ａ、嵌合凸部１０４の凸面１０４ａおよび嵌合凸部１１５の凸面１１５ａは、曲面で形成され、それらの曲面がそれぞれ、嵌合凹部１８の壁面２１、嵌合凹部１０３の壁面１０３ｄ、嵌合凹部２７の壁面２６に当接するように構成されることが好ましい。
【００８０】
次に、上記した羽根固定部材３００による止め翼として機能する動翼１００の固定方法について説明する。
【００８１】
まず、止め翼として機能する動翼１００を切欠部１３内に挿入し、タービンロータ１１の軸方向に移動して、動翼１００の植込み部の一方を植込み部溝１２に係合させる。続いて、動翼１００と切欠部１３の内壁面１４との間に、嵌合凸部１０４、１０５、１１５が突出する側をタービンロータ１１の軸方向に対して垂直となる向きに羽根固定部材３００を挿入する。
【００８２】
続いて、切欠部１３内に挿入された羽根固定部材３００の底部を凹部２２の底面２４に接触させながら所定方向に９０度回転する。回転された羽根固定部材３００の嵌合凸部１０５は、切欠部１３の内壁面に形成された嵌合凹部１８に嵌合し、嵌合凸部１０４は、動翼１００に形成された嵌合凹部１０３に嵌合し、嵌合凸部１１５は、凹部面２３に形成された嵌合凹部２７に嵌合する（図１０参照）。
【００８３】
上記したように、羽根固定部材３００を、切欠部１３内に挿入後、所定の方向に９０度回転させることで、止め翼として機能する動翼１００は、切欠部１３内に固定される。
【００８４】
上記した第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体５０によれば、止め翼として機能する動翼１００の固定および取り外しを羽根固定部材３００の回転動作により容易に実現することができる。そのため、例えば、経年的な使用により損傷した動翼を交換する場合には、羽根固定部材３００を回転動作により取り出し可能位置まで回転すれば、羽根固定部材３００を容易に取り出すことができる。そして、その後損傷した動翼を新しい動翼に交換した後も、羽根固定部材３００を挿入して回転させることで、止め翼として機能する動翼１００を再びタービンロータ１１に固定することができる。また、この動翼の交換作業に伴うタービンロータ１１の損傷をまったく生じずに、動翼の交換を容易に行うことができる。
【００８５】
また、止め翼として機能する動翼１００の固定の際、例えば、ボルト穴作成によるネジ加工や溶接施工などのタービンロータ１１に損傷を与える施工は施していないため、経年的使用に対しても安全に適用できる。さらに、羽根固定部材３００は、形状が複雑ではなく、簡易な工程で製造可能であるとともに、繰り返して使用できるため、メンテナンスコストの削減などを図ることができ経済的である。
【００８６】
また、止め翼として機能する動翼１００の植込み部の一方は、タービンロータ１１の植込み部溝１２に係合され、タービンロータ１１との通常の係合状態を得ることができる。このため、この動翼１００に作用する遠心力の少なくとも１／２の負荷に対しては、充分信頼性の高い荷重分担形態を得ることができる。このことは、この動翼１００が植設された段落の構造健全性を高めるばかりでなく、蒸気タービン全体の信頼性を向上させることができる。
【００８７】
さらに、蒸気タービンロータ構成体５０では、上記した他の実施の形態に比べて、嵌合凸部およびそれに対応する嵌合凹部を増設しているので、動翼１００を強固に固定することができる。また、動翼の有効部が長く、過大な遠心力が植込み部に負荷する場合や、上述したようなピンなどの接合部材による接合が不可能である場合などに好適である。
【００８８】
なお、第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体５０においても、第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体１０の場合と同様に、羽根固定部材３００に突出部を形成し、その突出部と動翼１００とをピンなどの固定部材１１１で固定してもよい（図６参照）。また、この突出部１１０と動翼１００とをピンなどの固定部材１１１で固定する構成に、さらに、斜め方向に、タービンロータ１１、羽根固定部材２００および動翼１００を貫いて、固定部材１１１であるピン１２０により固定する構成を加えてもよい（図７参照）。
【００８９】
さらに、羽根固定部材３００を回転し、止め翼として機能する動翼１００を切欠部１３内に固定した後に形成される切欠部１３内の空洞３０、３１に、充填部材１３０、１３１を挿入してもよい（図８参照）。なお、この際、上述したように、充填部材１３０、１３１の突出部１３２、１３３は、固定部材として機能するピン１３５によって、羽根固定部材３００を介して接合される（図８参照）。
【００９０】
また、第２の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体４０の場合と同様に、２つの羽根固定部材３００を用いて動翼１００を固定してもよい（図９参照）。
【００９１】
なお、上記した第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体５０では、タービンロータ１１に２つの嵌合凹部１８、２７、動翼１００に１つの嵌合凹部１０３を設けて、それぞれに嵌合凸部１０４、１０５、１１５を嵌合して、止め翼として機能する動翼１００を固定する一例を示したが、この構成に限られるものではない。
【００９２】
例えば、図１１に示すように、動翼１００の翼部１０２と植込み部１０１との間に２つの嵌合凹部１０３、４０１を設け、タービンロータ１１に１つの嵌合凹部１８を設ける構成としてもよい。この場合には、羽根固定部材４００は、Ｔ型構造の植込み部１０１を有する動翼１００の翼部１０２と植込み部１０１との間に形成された嵌合凹部１０３と嵌合する嵌合凸部１０４と、その動翼１００の翼部１０２と植込み部１０１との間の嵌合凹部１０３よりも半径方向の小さい側に形成された嵌合凹部４０１と嵌合する嵌合凸部４０２と、切欠部１３の嵌合凹部１８と嵌合する嵌合凸部１０５と、切欠部１３の底面に半径方向に形成された凹部からなる回転支持部１９に回転可能に支持される回転軸部１０６とを有し、所定の厚さの金属部材で構成される。嵌合凸部１０４、嵌合凸部１０５および嵌合凸部４０２は、それぞれが嵌合凹部１０３、嵌合凹部１８、嵌合凹部４０１に嵌合可能なように、その形状や大きさが設定されている。ここで、羽根固定部材４００を構成する材料は、前述した羽根固定部材２００を構成する材料と同じである。
【００９３】
このように構成することで、第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体５０と同様の作用効果を得ることができる。
【００９４】
（第４の実施の形態）
図１２Ａは、本発明の第４の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体６０の切欠部における断面を模式的に示した図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの上方から見たときの蒸気タービンロータ構成体６０の平面図である。
【００９５】
図１２Ａに示すように、タービンロータ１１の外周面には、タービンロータ１１の円周方向に全周に亘って延びる動翼の植込み部を係合する係合溝である植込み部溝１２が形成されている。また、植込み部溝１２には、動翼の植込み部を植込み部溝１２内に挿入するための切欠部１３が植込み部溝１２に連設されている。この切欠部１３のタービンロータ１１の軸方向の開口長さは、動翼の植込み部の長手方向の長さに相当し、この軸方向の開口長さに垂直な方向の長さは、動翼の植込み部の短手方向の長さに相当するように構成されている。そして、動翼を切欠部１３から挿入し、その植込み部を植込み部溝１２に係合させる。
【００９６】
また、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、切欠部１３の底部には、動翼１００の植込み部１０１を回転可能な嵌合凹部として機能する円柱状の空間５００が形成され、また、その空間５００への挿入口５０１は、動翼１００の植込み部１０１の形状に対応した開口を有し、植込み部１０１を挿入できるように構成されている。この空間５００の厚さは、動翼１００の植込み部１０１の厚さにほぼ等しく、円柱の断面である円の直径は、植込み部１０１を回転させたときの植込み部１０１が辿る外円周の直径にほぼ等しい。
【００９７】
また、止め翼として機能する動翼１００の翼部１０２と植込み部１０１との間は、図１２Ａに示すように、空間５００の底部５０２に植込み部１０１の底部を当接させたときに、動翼１００のプラットフォーム１０２ａの底面がタービンロータ１１の外周面に接触する程度に、通常の動翼よりも長く構成されている。
【００９８】
ここで、動翼１００の植込み部１０１における嵌合凸部の凸面１０１ａは、平面で構成されてもよいが、空間５００の内壁面５０３の形状に対応させて曲面としてもよい。
【００９９】
次に、止め翼として機能する動翼１００のタービンロータ１１への固定方法について説明する。
【０１００】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、止め翼として機能する動翼１００を切欠部１３内に挿入し、さらに、動翼１００の植込み部１０１を切欠部１３の底部に形成された挿入口５０１から空間５００内に挿入し、植込み部１０１の底面を空間５００の底部５０２に当接させる。
【０１０１】
続いて、この挿入方向に対して動翼１００を９０度回転させ（図１２Ｂ参照）、植込み部１０１の嵌合凸部が、半径方向においては、空間５００の底部５０２と空間５００の上面５０４との間に嵌合し、一方、円周方向においては、植込み部１０１の凸面１０１ａが空間５００の内壁面５０３間に嵌合する（図１２Ａおよび図１２Ｂ参照）。
【０１０２】
上記したように、止め翼として機能する動翼１００の植込み部１０１を空間５００内に挿入後、動翼１００を９０度回転させることで、止め翼として機能する動翼１００は、切欠部１３内に固定される。
【０１０３】
上記した第４の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体６０によれば、止め翼として機能する動翼１００の固定および取り外しを、動翼１００の回転動作により容易に実現することができる。そのため、例えば、経年的な使用により損傷した動翼を交換する場合には、動翼１００を回転動作により取り外し可能位置まで回転すれば、止め翼として機能する動翼１００を容易に取り外すことができる。そして、その後、損傷した動翼を新しい動翼に交換した後も、止め翼として機能する動翼１００を再びタービンロータ１１に固定することができる。また、この動翼の交換作業に伴うタービンロータ１１の損傷をまったく生じずに、動翼の交換を容易に行うことができる。
【０１０４】
また、止め翼として機能する動翼１００の固定の際、例えば、ボルト穴作成によるネジ加工や溶接施工などのタービンロータ１１に損傷を与える施工は施していないため、経年的使用に対しても安全に適用できる。さらに、止め翼として機能する動翼１００が損傷していなければ、繰り返して使用できるため、メンテナンスコストの削減などを図ることができ経済的である。
【０１０５】
なお、前述したように、止め翼として機能する動翼１００を回転し、止め翼として機能する動翼１００を切欠部１３内に固定した後に切欠部１３内に空洞が形成される場合には、形成された空洞に充填部材を挿入してもよい。なお、この際、上述したように、充填部材に、タービンロータ１１の外周面から突出するように突出部を設け、固定部材として機能するピンなどによって、充填部材は動翼１００に接合される。
【０１０６】
（第５の実施の形態）
図１３は、本発明の第５の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体７０における止め翼として機能する動翼１００を固定した状態を模式的に示した図である。なお、ここでは、図２Ａに示された蒸気タービンロータ構成体１０を用いたときについて説明するが、他の蒸気タービンロータ構成体を用いたときにおいても同様の作用効果を得ることができる。
【０１０７】
図１３に示すように、止め翼として機能する動翼１００の翼部１０２と植込み部１０１との間に形成された嵌合凹部１０３内に、嵌合凹部１０３の壁面１０３ｂとの間に所定の間隙距離（Ｌ）を有して、羽根固定部材２００の嵌合凸部１０４が挿入されている。また、動翼１００の翼部１０２の先端に設けられたシュラウド１０２ｂは、その端部と、その端部に対応し、その動翼１００に隣接する動翼６００の翼部６０１の先端に設けられたシュラウド６０２の端部との間に半径方向に所定の間隙距離（Ｍ）を有して配置されている。ここで、間隙距離（Ｌ）は、間隙距離（Ｍ）よりも０．２〜０.４ｍｍ程度大きく設定されている。ここで、間隙距離（Ｌ）をこの範囲に設定したのは、０．２ｍｍより小さい場合には、シュラウド１０２ｂの荷重分担が小さすぎ、必要な接触面圧が得られないからであり、０.４ｍｍより大きい場合には、シュラウド１０２ｂの荷重分担が大きすぎ、シュラウド１０２ｂを破損する可能性が高いからである。
【０１０８】
次に、蒸気タービンロータ構成体７０の作用について説明する。
【０１０９】
水蒸気などの作動流体により、蒸気タービンロータ構成体７０が回転されると、動翼１００は、タービンロータ１１の半径方向に遠心力を受ける。この遠心力を受けると、動翼１００は、嵌合凹部１０３の壁面１０３ｂとの間に間隙距離（Ｌ）、および動翼１００のシュラウド１０２ｂの端部と、その端部に対応し、その動翼１００に隣接する動翼６００のシュラウド６０２の端部との間に間隙距離（Ｍ）を有するため、半径方向に移動する。ここで、間隙距離（Ｌ）は、間隙距離（Ｍ）よりも大きく設定されているので、動翼１００の半径方向の移動により、動翼１００のシュラウド１０２ｂが、それに隣接する動翼６００のシュラウド６０２に当接する。一方、動翼１００における嵌合凹部１０３の壁面１０３ｂは、羽根固定部材２００における嵌合凸部１０４の内周側の側面１０４ａ側に移動するが、その側面１０４ａに当接することなく維持される。
【０１１０】
上記した蒸気タービンロータ構成体７０によれば、蒸気タービンロータ構成体７０が回転し、遠心力が負荷される場合であっても、動翼１００のシュラウド１０２ｂが、それに隣接する動翼６００のシュラウド６０２に当接するため、シュラウドにおいて止め翼として機能する動翼１００にかかる遠心力を分担することができる。これによって、その分担された分だけ羽根固定部材２００への荷重は削減され、羽根固定部材２００をより簡易な形状にすることができる。また、動翼１００のシュラウド１０２ｂとそれに隣接する動翼６００のシュラウド６０２との間の接触力が高くなるので、この接触に伴う制振効果の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体の分解斜視図。
【図２Ａ】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体の切欠部における断面を模式的に示した図。
【図２Ｂ】図２Ａの上方から見たときの蒸気タービンロータ構成体の平面図。
【図３】羽根固定部材が切欠部内に挿入された状態を図２Ａの上方から見たときの蒸気タービンロータ構成体の平面図。
【図４】切欠部内に他の形状の羽根固定部材が挿入された状態を図２Ａの上方から見たときの蒸気タービンロータ構成体の平面図。
【図５】羽根固定部材を構成する材料の機械的特性の概要を示す図。
【図６】第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体の他の一例の切欠部における断面を模式的に示した図。
【図７】第１の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体の他の一例の切欠部における断面を模式的に示した図。
【図８】切欠部内の空洞に充填部材を挿入し、固定した状態の断面を模式的の示す図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体の切欠部における断面を模式的に示した図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体の切欠部における断面を模式的に示した図。
【図１１】第３の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体の他の一例の切欠部における断面を模式的に示した図。
【図１２Ａ】本発明の第４の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体の切欠部における断面を模式的に示した図。
【図１２Ｂ】図１２Ａの上方から見たときの蒸気タービンロータ構成体の平面図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の蒸気タービンロータ構成体における止め翼として機能する動翼を固定した状態を模式的に示した図。
【図１４】衝動タービンの断面の一部を模式的に示し、各段落における圧力降下の様子を示した図。
【図１５】反動タービンの断面の一部を模式的に示し、各段落における圧力降下の様子を示した図。
【図１６】従来の蒸気タービンロータ構成体を示す斜視図。
【図１７】従来の蒸気タービンロータ構成体の断面を模式的に示す図。
【図１８Ａ】従来のドラム型タービンロータにおける止め翼の固定構造の断面を模式的に示す図。
【図１８Ｂ】図１８Ａの上方から見たときの平面図。
【図１９】従来のドラム型タービンロータにおける止め翼の固定構造の断面を模式的に示す図。
【図２０】従来のドラム型タービンロータにおける止め翼の固定構造の断面を模式的に示す図。
【図２１】従来のドラム型タービンロータにおける止め翼の固定構造の断面を模式的に示す図。
【符号の説明】
【０１１２】
１０…蒸気タービンロータ構成体、１１…タービンロータ、１２…植込み部溝、１３…切欠部、１４…内壁面、１５…底面、１６…段差面、１７…壁面、１８、１０３…嵌合凹部、１９…回転支持部、２０ａ、２０ｂ…内壁面、２１、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ…壁面、１９…凹部、１００…動翼、１０１…植込み部、１０２…翼部、１０４、１０４ａ、１０５ａ…凸面、１０５…嵌合凸部、１０６…回転軸部、２００…羽根固定部材。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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