(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、同ロータに埋め込んだ動翼翼根とで形成するベアリング面の境界部において、ロータ側をぬすみ形状にし、同ぬすみ形状は、前記ベアリング面の端部とすき量を除いた前記ロータ側の面とに接する半径０．５〜２ｍｍの円弧と、同円弧に連接し前記ベアリング面の延長線との間の間隔０．２〜０．３ｍｍのすき量で形成したことを特徴とするタービン動翼のロータ取付け構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービン等の動翼をロータの翼溝に埋め込んだ時、ロータに発生するフレッティング疲労を防止するようにしたタービン動翼のロータ取付け構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に接触結合を行っている部材は、その面圧作用部位に荷重変動に起因するすべりが発生すると、その移動境界部にはフレッティング疲労が発生し易く、蒸気タービン等のロータ翼溝と翼根との接触結合箇所においても、このフレッティング疲労による損傷が懸念される。
【０００３】
図４に基づいて従来のロータ翼溝と動翼翼根との接触状況を示す。
翼２はその翼根をロータ１の溝部に挿入し、その状態で翼根の底部にシム３を打ち込んで固定しているので、ロータ１と翼２の接触するベアリング面４には、高い面圧６が作用することになる。
【０００４】
この状態でタービンは起動・停止を繰り返すので、ロータ１と翼２にはそれぞれの材料の違いによる熱膨張差が生じ、それに伴って両者間に相対すべり７が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って前記のような従来のものでは、前記したベアリング面４となる境界部にフレッティング疲労の発生する必要条件が満たされることになり、ロータにき裂５が生じる可能性がある。
【０００６】
この様なフレッティング疲労を防止するには、面圧６、相対すべり７を低減化するか、あるいは面圧６と相対すべり７によて引き起こされるベアリング面４の境界部である、き裂５の発生箇所の応力低減化を図ることが必要である。
【０００７】
本発明は、この様な背景の下でなされたもので、従来のものにおいて懸念された前記したフレッティング疲労、それに伴うき裂の発生と成長を防止、抑制し、堅牢な構成を維持して、安全性の高い、信頼性に富んだタービン動翼のロータ取付け構造を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した課題を解決すべくなされたもので、ロータと、同ロータに埋め込んだ動翼翼根とで形成するベアリング面の境界部において、ロータ側をぬすみ形状にし、同ぬすみ形状は、前記ベアリング面の端部とすき量を除いた前記ロータ側の面とに接する半径０．５〜２ｍｍの円弧と、同円弧に連接し前記ベアリング面の延長線との間の間隔０．２〜０．３ｍｍのすき量で形成したタービン動翼のロータ取付け構造を提供するものである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、ロータと動翼翼根のベアリング面境界部におけるロータ側を所定半径の円弧と、同円弧に連接して所定すき量の間隔を有するぬすみ形状に構成し、この形状により境界部の応力を低減してフレッティング疲労及びそれに伴うき裂の発生と成長の防止、抑制を図るようにしたものである。
【００１１】
より具体的に述べれば、本発明は上記ロータと動翼翼根のベアリング面境界部において、ロータ側に加工したぬすみ形状とそのぬすみ寸法として、前記ベアリング面の端部とすき量を除いた前記ロータ側の面とに接する円弧の半径を０．５〜２ｍｍとし、同円弧に連接し前記ベアリング面の延長線との間のすき量を０．２〜０．３ｍｍの間隔に特定したぬすみ形状とすることにより、この形状と数値で区分される範囲におけるフレッティング疲労と、これに伴うき裂の発生と成長の確実な防止、抑制を顕著にしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１に基づいて説明する。
なお、前記した従来のものと同一の部位については、図中同一の符号を付して示し、重複して冗長となる説明を省略して本実施の形態に特有の点に注力して説明する。
【００１３】
図１に本実施の形態に係るフレッティング疲労防止のぬすみ形状を採用した蒸気タービンロータ翼溝部を示す。
また、図２に同フレッティング疲労防止の効果を検証した実験モデルを示し、図３には図２の実験モデルによる実験の結果を示す。
【００１４】
すなわち本実施の形態においては、ロータ１と翼２のベアリング面４の境界部におけるロータ１側の形状を、従来の平面形状ではなしに、一定の半径の円弧と、これに連接する一定の間隔のすき量を持たせた、いわゆるぬすみ加工をしたものであり、この加工によるぬすみ形状の具体的なぬすみ寸法は、同ベアリング面４の境界部に半径０．５〜２ｍｍの円弧と、間隔０．２〜０．３ｍｍのすき量とすることにより、この位置においてフレッティング疲労に関与する境界部の応力を低減し、き裂発生を抑制するようにしたものである。
【００１５】
前記の様に構成された本実施の形態における、前記ぬすみ形状によるフレッティング疲労防止について、図２の実験モデルにより検証した。
【００１６】
すなわち、図２（ａ）に同実験モデルの全体の概要を、（ｂ）に要部Ｂを拡大して示すように、この実験モデルではロータ試験片１１を翼試験片１２ではさみ込み、押付力２３を負荷して面圧１６を与えた。
【００１７】
その状態でアクチュエータ２２を上下させてベアリング面１４に所定の相対すべり１７与え、フレッティング疲労試験を実施した。
【００１８】
なお、実験の諸元は、図３中にも示すように、試験速度：１０ｃｐｍ、面圧：４０ｋｇｆ／ｍｍ2 、相対すべり：４０μｍ、試験回数１０4 回とし、ぬすみ形状を決める円弧の半径を０．９ｍｍ、０．５ｍｍ、２ｍｍ等々複数の値を選定して、各円弧の半径毎にすき量を無しに当たる０から０．１ｍｍ刻みづつ増しながらベアリング面１４境界部のき裂１５と、Ｒ部き裂１５’の発生の有無およびその長さについて検証した。
【００１９】
図３は円弧の半径を０．９ｍｍとした場合の結果を代表としてプロットしたものであり、これによると、すき量：０ｍｍ，半径：０ｍｍのいわゆるぬすみ加工無しの場合と、すき量：０．２ｍｍ，半径：０．９ｍｍのぬすみ加工有りの場合を比較すると、き裂１５は前者の約３００μｍに対して後者は約１００μｍであり、明らかに後者の方がき裂１５が短くなり、フレッティング疲労き裂の抑制にぬすみ加工が有効であることがわかる。
【００２０】
しかし、すき量１９を０．４ｍｍ以上と大きくとると、低サイクル疲労を併発し、同すき量１９を規制する加工面が前記円弧と連接するＲ部のき裂１５’が大きくなるので、フレッティング疲労防止には、すき量１９は０．１〜０．３ｍｍ程度、望ましくは０．２〜０．３ｍｍ、そして円弧の半径１８は０．５〜２ｍｍに設定することが重要である。
【００２１】
なお、前記した様にここでは円弧の半径を０．９ｍｍとした場合の結果に基づいて説明したが、同円弧の半径を０．５ｍｍ、２ｍｍ等々複数の値に変えても、結果は同一の傾向を示していた。
【００２２】
この様に、本実施の形態によれば、ロータ１と翼２のベアリング面４の境界部において、ロータ１側の形状を適切なぬすみ加工とすることにより、ベアリング面４のき裂を防止し、または抑制できることが明らかとなった。
【００２３】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ロータと、同ロータに埋め込んだ動翼翼根とで形成するベアリング面の境界部において、ロータ側をぬすみ形状にしたタービン動翼のロータ取付け構造としたので、ロータと動翼翼根のベアリング面境界部におけるロータ側を所定半径の円弧と、同円弧に連接して所定すき量の間隔を有するこのぬすみ形状により、境界部の応力を低減してフレッティング疲労及びそれに伴うき裂の発生と成長の防止、抑制を図り、安全性の高い、信頼性に富んだタービン動翼のロータ取付け構造を得ることが出来たものである。
【００２５】
特に本発明では、前記したロータ側に加工したぬすみ形状を、前記ベアリング面の端部とすき量を除いた前記ロータ側の面とに接する半径０．５〜２ｍｍの円弧と、同円弧に連接し前記ベアリング面の延長線との間の間隔０．２〜０．３ｍｍのすき量のぬすみ形状及びぬすみ寸法に特定したので、ロータと動翼翼根のベアリング面境界部において、前記特定寸法外のものと比べて、フレッティング疲労と、これに伴うき裂の発生と成長の確実な防止、抑制を図り、以て安全性の高い、信頼性に富んだタービン動翼のロータ取付け構造を得ることが出来たものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るタービン動翼のロータ取付け構造を示し、（ａ）は翼根部の全貌を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図である。
【図２】本実施形態における効果を確認する実験モデルを示し、（ａ）は同実験モデル全体の関連構成図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【図３】図２の実験モデルによる実験結果を示す説明図である。
【図４】従来のタービン動翼のロータ取付け構造を示し、（ａ）は翼根部の全貌を示す部分断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。
【符号の説明】
１      ロータ
２      翼
３      シム
４      ベアリング面
５      き裂
６      面圧
７      相対すべり
８      半径
９      すき量
１１      ロータ試験片
１２      翼試験片
１４      ベアリング面
１５      き裂
１６      面圧
１７      相対すべり
１８      半径
１９      すき量
２１      ロードセル
２２      アクチュエータ
２３      押付力
【図１】
0003962486.tif 000002
【図２】
0003962486.tif 000003
【図３】
0003962486.tif 000004
【図４】
0003962486.tif 000005