(57)【要約】【課題】タービン稼働時における自励振動を抑制できる蒸気タービンを提供すること。【解決手段】この蒸気タービンは、複数の動翼および複数の静翼６が作動ガスの流路上かつロータの軸方向に配列されて構成されている。この蒸気タービンの静翼６は、腹側翼面を構成する腹側部材６１と背側翼面を構成する背側部材６２とから成る中空構造を有する。また、この静翼６では、腹側部材６１と背側部材６２との間に挿入部材６３が挿入されて挟み込まれることにより、腹側部材６１および背側部材６２に対して静翼６の内側から押圧力が付与される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の動翼および複数の静翼が作動ガスの流路上かつロータの軸方向に配列されて成る蒸気タービンであって、
前記静翼が腹側翼面を構成する腹側部材と背側翼面を構成する背側部材とから成る中空構造を有すると共に、前記腹側部材と前記背側部材との間に挿入部材が挿入されて挟み込まれることにより、前記腹側部材および前記背側部材に対して前記静翼の内側から押圧力が付与されることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記腹側部材と前記背側部材との組立後に前記挿入部材が挿入されて配置される請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記挿入部材が略くさび型形状を有する請求項２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記腹側部材の内面および前記背側部材の内面の少なくとも一方に補助部材が配置されると共に、前記挿入部材の挿入状態にて前記挿入部材が前記補助部材に当接する請求項１または２に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記挿入部材および前記補助部材により前記静翼の中空部が前記静翼の前縁側と後縁側とに区画される請求項４に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記補助部材が前記挿入部材の挿入をガイドするためのガイド部を有する請求項４または５に記載の蒸気タービン。
【請求項７】
複数の前記挿入部材が前記静翼のコード方向に配列される請求項１〜６のいずれか一つに記載の蒸気タービン。
【請求項８】
少なくとも一対の前記挿入部材が前記静翼の高さ方向かつ相互に異なる方向から前記静翼に対して挿入される請求項１〜７のいずれか一つに記載の蒸気タービン。
【請求項９】
前記挿入部材が前記静翼の肉厚方向に弾性変形可能な弾性構造を有する請求項１〜８のいずれか一つに記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸気タービンに関し、さらに詳しくは、タービン稼働時における自励振動を抑制できる蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンの静翼では、その外装形状（幾何学的形状）や質量、タービン稼働時における周辺環境（例えば、静翼を通過する作動ガスの流速や質量）などに応じて自励振動（フラッタ）が発生することがある。特に、静翼の質量が小さい場合や翼幅（翼の全長）が長い場合に、かかる事例振動が生じ易い。かかる自励振動の課題に関する従来の蒸気タービンには、特許文献１に記載される技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３３６５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、タービン稼働時における自励振動を抑制できる蒸気タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、この発明にかかる蒸気タービンは、複数の動翼および複数の静翼が作動ガスの流路上かつロータの軸方向に配列されて成る蒸気タービンであって、前記静翼が腹側翼面を構成する腹側部材と背側翼面を構成する背側部材とから成る中空構造を有すると共に、前記腹側部材と前記背側部材との間に挿入部材が挿入されて挟み込まれることにより、前記腹側部材および前記背側部材に対して前記静翼の内側から押圧力が付与されることを特徴とする。
【０００６】
この蒸気タービンでは、静翼が中空構造を有するときに、静翼の腹側部材と背側部材との間に挿入部材が挿入されて挟み込まれることにより、腹側部材および背側部材に対して静翼の内側から押圧力が付与される。かかる構成では、蒸気タービンの稼働時にて静翼に振動が発生すると、この振動により挿入部材と静翼の内壁面（例えば、後述する補助部材）との間で摩擦熱が発生する。すなわち、静翼に発生した振動エネルギーが挿入部材にて摩擦エネルギーに変換されて減衰する。これにより、静翼の自励振動が低減される利点がある。
【０００７】
また、この発明にかかるこの発明にかかる蒸気タービンは、前記腹側部材と前記背側部材との組立後に前記挿入部材が挿入されて配置される。
【０００８】
この蒸気タービンでは、挿入部材を挟み込みつつ腹側部材と背側部材とを貼り合わせて組み立てる構成と比較して、腹側部材と背側部材とが組立工程が容易となる。これにより、静翼の製造工程が容易化される利点がある。
【０００９】
また、この発明にかかるこの発明にかかる蒸気タービンは、前記挿入部材が略くさび型形状を有する。
【００１０】
この蒸気タービンでは、腹側部材と背側部材との組立後における挿入部材の挿入工程が容易化される利点がある。
【００１１】
また、この発明にかかるこの発明にかかる蒸気タービンは、前記腹側部材の内面および前記背側部材の内面の少なくとも一方に補助部材が配置されると共に、前記挿入部材の挿入状態にて前記挿入部材が前記補助部材に当接する。
【００１２】
この蒸気タービンでは、挿入部材による押圧力が補助部材を介して腹側部材あるいは背側部材に付与される。すなわち、この補助部材は、挿入部材と腹側部材あるいは背側部材との間に配置されるスペーサーとしての役割を有する。これにより、挿入部材の挿入状態にて、腹側部材および背側部材に対する押圧力が適正に確保される利点がある。
【００１３】
また、この発明にかかるこの発明にかかる蒸気タービンは、前記挿入部材および前記補助部材により前記静翼の中空部が前記静翼の前縁側と後縁側とに区画される。
【００１４】
この蒸気タービンでは、静翼の表面に付着した蒸気を静翼の内部を通過させて回収する構成が採用されるときに、蒸気のドレン回収効率が向上する利点がある。
【００１５】
また、この発明にかかるこの発明にかかる蒸気タービンは、前記補助部材が前記挿入部材の挿入をガイドするためのガイド部を有する。
【００１６】
この蒸気タービンでは、補助部材のガイド部により挿入部材がガイドされつつ静翼内に挿入される。これにより、挿入部材の挿入工程が容易化される利点がある。
【００１７】
また、この発明にかかるこの発明にかかる蒸気タービンは、複数の前記挿入部材が前記静翼のコード方向に配列される。
【００１８】
この蒸気タービンでは、挿入部材の配置数が増加することにより、挿入部材による静翼の振動の摩擦減衰効果が増加する。これにより、静翼の自励振動が効果的に低減される利点がある。
【００１９】
また、この発明にかかるこの発明にかかる蒸気タービンは、少なくとも一対の前記挿入部材が前記静翼の高さ方向かつ相互に異なる方向から前記静翼に対して挿入される。
【００２０】
この蒸気タービンでは、静翼の高さ方向上側および下側の双方から挿入部材がそれぞれ静翼に挿入される。したがって、静翼の三次元形状が静翼の高さ方向に変化する構成において、静翼の高さ方向上側および下側の双方にて挿入部材による面接触および押圧力が確保される。これにより、挿入部材による静翼の振動の摩擦減衰効果が増加して、静翼の自励振動が効果的に低減される利点がある。
【００２１】
また、この発明にかかるこの発明にかかる蒸気タービンは、前記挿入部材が前記静翼の肉厚方向に弾性変形可能な弾性構造を有する。
【００２２】
この蒸気タービンでは、剛体の挿入部材が用いられる構成と比較して、挿入部材を静翼に対して容易に挿入できる。これにより、挿入部材の挿入工程が容易化される利点がある。
【発明の効果】
【００２３】
この発明にかかる蒸気タービンでは、静翼が中空構造を有するときに、静翼の腹側部材と背側部材との間に挿入部材が挿入されて挟み込まれることにより、腹側部材および背側部材に対して静翼の内側から押圧力が付与される。かかる構成では、蒸気タービンの稼働時にて静翼に振動が発生すると、この振動により挿入部材と静翼の内壁面（例えば、後述する補助部材）との間で摩擦熱が発生する。すなわち、静翼に発生した振動エネルギーが挿入部材にて摩擦エネルギーに変換されて減衰する。これにより、静翼の自励振動が低減される利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【実施例】
【００２５】
図１は、この発明の実施例にかかる蒸気タービンの静翼を示す断面図である。図２は、図１に記載した静翼を示すＡ−Ａ視断面図である。図３〜図８は、図１に記載した蒸気タービンの静翼の変形例を示す説明図である。図９は、一般的な蒸気タービンを示す構成図である。
【００２６】
［蒸気タービン］
蒸気タービン１は、外側ケーシング（車室フランジ）２と、内側ケーシング３と、ロータ４と、複数の動翼５および複数の静翼６とを備える（図９参照）。外側ケーシング２には、内側ケーシング３が収容される。内側ケーシング３には、作動ガスの流路Ｒが形成される。ロータ４は、軸受４１、４１により両側を支持される。複数の動翼５および複数の静翼６は、ロータ４の外周かつ軸方向に交互に配列されて、作動ガス（例えば、ヘリウムガス）の流路Ｒの一部を構成する。蒸気タービン１の稼働時には、高温高圧の作動ガスが入口部７１から内側ケーシング３内の流路Ｒに導入されて複数の動翼５および複数の静翼６間を膨張しつつ通過する。すると、この作動ガスにより動翼５が駆動されてロータ４が回転する。これにより、作動ガスの熱エネルギーがロータ４の回転エネルギーに変換されて動力が発生する。なお、複数の動翼５および複数の静翼６間を通過した作動ガスは、出口部７２から回収ライン（図示省略）に還元される。
【００２７】
［蒸気タービンの静翼］
ここで、この蒸気タービン１では、長大かつ高アスペクト比の静翼６が採用されている。また、静翼６は、腹側部材６１と背側部材６２とを有する（図１参照）。腹側部材６１は、静翼６の腹側翼面を構成する部材であり、三次元的かつ凹状に湾曲した翼面形状を有する。背側部材６２は、静翼６の背側翼面を構成する部材であり、三次元的かつ凸状に湾曲した翼面形状を有する。静翼６は、腹側部材６１と背側部材６２とから成る中空構造を有する。かかる中空構造により、静翼６の軽量化が図られている。なお、この実施例では、一対の腹側部材６１および背側部材６２が貼り合わされて溶接されることにより、中空構造を有する静翼６が構成されている。
【００２８】
また、静翼６は、挿入部材６３および補助部材６４を有する（図１および図２参照）。挿入部材６３は、例えば、長尺かつ略くさび型形状を有し、腹側部材６１と背側部材６２との間に挿入されて挟み込まれる。この挿入部材６３の挿入により、腹側部材６１および背側部材６２に対して静翼６の内側から押圧力が付与される。補助部材６４は、腹側部材６１の内面および背側部材６２の内面の少なくとも一方に配置される。この補助部材６４は、腹側部材６１と挿入部材６３との間あるいは背側部材６２と挿入部材６３との間に配置されて、スペーサーとしての役割を有する。例えば、この実施例では、補助部材６４が長尺な板状形状を有している。また、一対の補助部材６４、６４が腹側部材６１の内面および背側部材６２の内面に対してそれぞれ溶接されて取り付けられている。なお、挿入部材６３の材質および補助部材６４の材質には、腹側部材６１および背側部材６２に対して溶接可能な材質が採用される。
【００２９】
この静翼６の製造工程では、まず、一対の補助部材６４、６４が腹側部材６１の内面および背側部材６２の内面に対してそれぞれ溶接されて取り付けられる。その後に、腹側部材６１と背側部材６２とが貼り合わされて溶接され、中空構造を有する静翼６が製造される。このとき、腹側部材６１側の補助部材６４と背側部材６２側の補助部材６４とが相互に対向する位置関係にある。そして、これらの補助部材６４、６４の間に、長尺かつ略くさび型形状の挿入部材６３が静翼６の軸方向から挿入されて溶接される。このとき、挿入部材６３が圧入される（打ち込まれる）ことにより、各補助部材６４、６４を介して腹側部材６１および背側部材６２に静翼６の内側から押圧力が付与される。
【００３０】
［効果］
以上説明したように、この蒸気タービン１では、静翼６が中空構造を有するときに、静翼６の腹側部材６１と背側部材６２との間に挿入部材６３が挿入されて挟み込まれることにより、腹側部材６１および背側部材６２に対して静翼６の内側から押圧力が付与される（図１および図２参照）。かかる構成では、蒸気タービン１の稼働時にて静翼６に振動が発生すると、この振動により挿入部材６３と静翼６の内壁面（補助部材６４、６４）との間で摩擦熱が発生する。すなわち、静翼６に発生した振動エネルギーが挿入部材６３にて摩擦エネルギーに変換されて減衰する。これにより、静翼６の自励振動が低減される利点がある。
【００３１】
また、この蒸気タービン１では、腹側部材６１と背側部材６２との組立後に挿入部材６３が挿入されて配置される（図２参照）。かかる構成では、挿入部材を挟み込みつつ腹側部材と背側部材とを貼り合わせて組み立てる構成と比較して、腹側部材６１と背側部材６２とが組立工程が容易となる。これにより、静翼６の製造工程が容易化される利点がある。すなわち、静翼６の組立状態では、挿入部材６３により腹側部材６１の内面および背側部材６２の内面に押圧力が付与される。したがって、挿入部材を挟み込みつつ腹側部材と背側部材とを貼り合わせて組み立てる構成では、かかる押圧力を確保しつつ静翼を組み立てることが困難である。
【００３２】
また、上記の構成では、挿入部材６３が略くさび型形状を有することが好ましい（図２参照）。これにより、腹側部材６１と背側部材６２との組立後における挿入部材６３の挿入工程が容易化される利点がある。また、挿入部材６３のくさび効果により、腹側部材６１および背側部材６２に対する押圧力が適正に確保される利点がある。また、挿入部材６３が略くさび型形状を有するので、挿入部材６３の挿入量の調整により、腹側部材６１および背側部材６２に対する押圧力を容易に調整し得る利点がある。
【００３３】
また、この蒸気タービン１では、腹側部材６１の内面および背側部材６２の内面の少なくとも一方に補助部材６４が配置されると共に、挿入部材６３の挿入状態にて挿入部材６３が補助部材６４に当接することが好ましい（図１および図２参照）。かかる構成では、挿入部材６３による押圧力が補助部材６４を介して腹側部材６１あるいは背側部材６２に付与される。すなわち、この補助部材６４は、挿入部材６３と腹側部材６１あるいは背側部材６２との間に配置されるスペーサーとしての役割を有する。これにより、挿入部材６３の挿入状態にて、腹側部材６１および背側部材６２に対する押圧力が適正に確保される利点がある。また、近年の蒸気タービン１では、静翼６が三次元形状を有している。そこで、三次元形状を有する腹側部材６１（背側部材６２）と平面形状を有する挿入部材６３との間に補助部材６４が配置されることにより、挿入部材６３と補助部材６４との面接触ならびに挿入部材６３による押圧力が適正に確保される利点がある。これにより、蒸気タービン１の稼働時にて、静翼６の自励振動が効果的に低減される利点がある。また、腹側部材（背側部材）と挿入部材とが直接的に摩擦接触する構成と比較して、腹側部材６１および背側部材６２の摩耗が回避される利点がある。
【００３４】
なお、この実施例では、腹側部材６１および背側部材６２が板金加工により成形されている。また、一対の補助部材６４、６４が腹側部材６１の内面および背側部材６２の内面に対してそれぞれ溶接されて取り付けられている（図１および図２参照）。しかし、これに限らず、補助部材６４と腹側部材６１（あるいは背側部材６２）とが一体成形されても良い（図示省略）。
【００３５】
また、近年の蒸気タービンでは、静翼の表面に付着した蒸気を静翼の内部を通過させて回収する構成が採用されている（ドレン回収構造）（図示省略）。また、蒸気タービンの稼働時には、静翼の前縁側における作動ガスの圧力と、静翼の後縁側における作動ガスの圧力とが相異する。そこで、この上記の構成では、挿入部材６３および補助部材６４により静翼６の中空部が静翼６の前縁側と後縁側とに区画されることが好ましい（図１および図２参照）。かかる構成では、静翼の表面に付着した蒸気を静翼の内部を通過させて回収する構成が採用されるときに、蒸気のドレン回収効率が向上する利点がある。
【００３６】
［変形例］
また、この蒸気タービン１では、補助部材６４が挿入部材６３の挿入をガイドするためのガイド部６４１を有することが好ましい（図３参照）。かかる構成では、補助部材６４のガイド部６４１により挿入部材６３がガイドされつつ静翼６内に挿入される。これにより、挿入部材６３の挿入工程が容易化される利点がある。
【００３７】
例えば、この実施例では、静翼６の幅方向断面視にて、腹側部材６１に溶接されている補助部材６４が略凹型形状を有している。そして、かかる補助部材６４の凹部にガイドされつつ挿入部材６３が静翼６内に挿入される。これにより、挿入部材６３と補助部材６４との位置関係および面接触が簡易かつ適正に確保されている。
【００３８】
また、この蒸気タービン１では、複数の挿入部材６３が静翼６のコード方向に配列されても良い（図４参照）。かかる構成では、挿入部材６３の配置数が増加することにより、挿入部材６３による静翼６の振動の摩擦減衰効果が増加する。これにより、静翼６の自励振動が効果的に低減される利点がある。また、静翼の表面に付着した蒸気を静翼の内部を通過させて回収する構成が採用されるときに、複数の挿入部材６３により静翼６の中空部が複数に区画されることにより、作動ガスのドレン回収効率がさらに向上する利点がある。
【００３９】
また、この蒸気タービン１では、少なくとも一対の挿入部材６３、６３が静翼６の高さ方向かつ相互に異なる方向から静翼６に対して挿入されることが好ましい（図５および図６参照）。すなわち、静翼６の高さ方向上側および下側の双方から挿入部材６３がそれぞれ静翼６に挿入される。したがって、静翼６の三次元形状が静翼６の高さ方向に変化する構成において、静翼６の高さ方向上側および下側の双方にて挿入部材６３による面接触および押圧力が確保される。これにより、挿入部材６３による静翼６の振動の摩擦減衰効果が増加して、静翼６の自励振動が効果的に低減される利点がある。
【００４０】
例えば、この実施例では、合計４本の挿入部材６３が静翼６の高さ方向上側および下側からそれぞれ２本ずつ静翼６に挿入されている（図５および図６参照）。また、各挿入部材６３は、静翼６の高さに対して略１／３程度の長さを有している。かかる短尺の挿入部材６３は、静翼６に対して容易に挿入できる。
【００４１】
また、この蒸気タービン１では、挿入部材６３が静翼６の肉厚方向に弾性変形可能な弾性構造を有することが好ましい（図７および図８参照）。かかる構成では、剛体の挿入部材が用いられる構成と比較して、挿入部材６３を静翼６に対して容易に挿入できる。これにより、挿入部材６３の挿入工程が容易化される利点がある。また、かかる構成では、挿入部材６３が弾性構造を有するので、挿入部材６３による押圧力が適正に確保される。また、蒸気タービン１の稼働時にて静翼６が変形したときに、挿入部材６３が静翼６の変形に追従して弾性変形する。これにより、挿入部材６３による静翼６の自励振動の摩擦減衰効果が増加して、静翼６の自励振動が効果的に低減される利点がある。
【００４２】
例えば、この実施例では、挿入部材６３が略くさび型形状かつ静翼６の肉厚方向に開口可能な板バネ構造を有している（図７および図８参照）。そして、腹側部材６１および背側部材６２にそれぞれ取り付けられた補助部材６４、６４をガイドとして、挿入部材６３が腹側部材６１および背側部材６２間に挿入されている。このとき、挿入部材６３が弾性構造を有するので、挿入部材６３が各補助部材６４、６４に対して付勢する。これにより、挿入部材６３による押圧力が適正に確保されている。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、この発明にかかる蒸気タービンは、タービン稼働時における自励振動を抑制できる点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の実施例にかかる蒸気タービンの静翼を示す断面図である。
【図２】図１に記載した静翼を示すＡ−Ａ視断面図である。
【図３】図１に記載した蒸気タービンの静翼の変形例を示す説明図である。
【図４】図１に記載した蒸気タービンの静翼の変形例を示す説明図である。
【図５】図１に記載した蒸気タービンの静翼の変形例を示す説明図である。
【図６】図１に記載した蒸気タービンの静翼の変形例を示す説明図である。
【図７】図１に記載した蒸気タービンの静翼の変形例を示す説明図である。
【図８】図１に記載した蒸気タービンの静翼の変形例を示す説明図である。
【図９】一般的な蒸気タービンを示す構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１     蒸気タービン
２     外側ケーシング
３     内側ケーシング
４     ロータ
４１   軸受
５     動翼
６     静翼
６１   腹側部材
６２   背側部材
６３   挿入部材
６４   補助部材
６４１ ガイド部
７１   入口部
７２   出口部
Ｒ     流路
【図１】
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【図２】
2009264219.tif 000004
【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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