(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動翼の翼頂部に一体に形成されるシュラウドを備え、前記動翼を全周一群の翼列をなすように周方向に配置し、ロータの回転時、互いに隣接しあう前記シュラウドがそれぞれの接触面で接触するように構成されている軸流タービンの動翼連結装置において、前記各動翼における前記シュラウドの回転方向前側接触面および回転方向後側接触面を共に平らな面として形成するとともに、当該平らな面として形成された前記回転方向前側接触面および回転方向後側接触面のうちの少なくとも一方の接触面を翼頂部断面と交差させ、この交差する平らな面より回転方向前側もしくは回転方向後側の少なくとも一方の前記翼頂部には前記シュラウドが形成されていないようにしたことを特徴とする、軸流タービンの動翼連結装置。
【請求項２】
前記動翼における前記シュラウドの回転方向前側および回転方向後側の少なくとも一方の端部に、隣接する動翼の後方端部または前方端部との干渉を避ける切り欠きを形成したことを特徴とする、請求項１記載の軸流タービンの動翼連結装置。
【請求項３】
止め翼に隣接する動翼のシュラウドに、前記止め翼をディスクへ半径方向から挿入するとき、前記止め翼の翼が干渉されることを防止する切り欠きを形成したことを特徴とする、請求項１記載の軸流タービンの動翼連結装置。
【請求項４】
止め翼の翼端部が、前記止め翼をディスクへ半径方向から挿入するとき、前記止め翼に隣接する動翼のシュラウドとの干渉をなくすように切り欠かれていることを特徴とする、請求項１記載の軸流タービンの動翼連結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸流タービンに係り、特にロータ回転時の振動を低減し、減衰効果を高めるのに好適な動翼連結装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流タービンは全周一群の翼列をなすように周方向に配列された各動翼間を流れる流体によって駆動される。すなわち、ノズルから高速で吹き出す流体が動翼に衝突し、ロータ軸に伝達されて回転運動することになる。ところで、近年の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、高圧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ますます厳しくなっている。これらの力は遠心力、熱応力、曲げ応力およびねじり応力等の様々な応力を動翼に生じさせ、これらの応力が複雑にからみ合い、あるいは単独に作用し、厳しい振動応力を引き起こすことがある。したがって、振動に対する配慮、すなわち動翼の振動を如何に低減し、減衰させるかが重要な課題となっている。
【０００３】
動翼の振動を減少させる一つの方法は隣接する複数の動翼を連結部材によって互いに結合することである。しかし、この種の連結は動翼と動翼との結合点においてしばしば応力集中が生じること、また、回転中における動翼のねじれ戻りのため連結部材内にねじり応力が発生すること、さらに、連結ワイヤ等で連結する動翼内に孔を設ける構造のものでは、孔まわりの応力集中や経年的な孔内部への腐食成分の堆積といった問題もある。
【０００４】
一方、近年、発電プラントでは一部ユニットにおいて経年的な劣化もみられ、こうしたユニットの点検修理において連結部材があるために動翼の分解の難しさが問題になっている。すなわち、動翼をすべて取り外し、ロータおよび翼植え込み部の余寿命検査をするとき、強固な連結部材を用いたもの程、簡単に取り外せず、品質管理上支障があるなどの不都合がある。
【０００５】
これらの問題を改善したもう１つの動翼の振動を減少させる方法として、翼頂部に動翼と一体に形成されるシュラウドを設け、互いに隣接し合う翼のシュラウド同士をロータ回転時に接触させるように構成した、いわゆるスナッバ構造が知られている。このスナッバ構造の代表的な一例を図１０および図１１に示す。
【０００６】
図１０は翼先端部から動翼を見たところを示す図である。動翼１の先端部には翼頂部断面２を覆うようにシュラウド３が設けられており、隣接する動翼１のシュラウド３の接触面４同士がロータ回転時に接触するようにしてある。この隣接するシュラウド３の接触面４同士は、通常、組み立て時には間隙Ｃ（スナッバ間隙）をもって組み立てられ、回転中には遠心力による動翼１のねじれ戻り方向の力Ｆが作用して間隙Ｃがなくなり、隣接する接触面４同士が面圧をもって接触し、この接触による制振作用によって振動を低減し、減衰させるようにしたものである。
【０００７】
一方、図１１はスナッバ構造の他の例を示すもので、翼先端部から動翼を見たところを示している。図１１（ａ）は単独の動翼の状態、図１１（ｂ）は動翼を組み立てた状態を示す。図１１（ａ）に示すように翼頂部断面２を覆うように設けられたシュラウド３の接触面４は、タービンの軸方向に対してある角度θ1 を有しており、両側の接触面間のピッチｌ1 は接触部の直径および動翼１の枚数より算出される幾何学的ピッチより若干大きく設定してある。しかして、組み立て時には図１１（ｂ）に示されるように動翼１の根元部からシュラウド３までの間にねじりθ2 を与え、シュラウド３の接触面のピッチを幾何学的ピッチｌ2 に合わせられている。したがって、組み立て状態においてはねじりθ2 により生じる動翼１のねじれのもどる力によってシュラウド３の接触面４にある面圧が発生し、振動を減衰する働きが生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示すようなスナッバ構造においてはシュラウド端面５は接触面４を確保するために凹凸のある形状に加工する必要があり、機械加工でこの形状に仕上げるには多大な時間を要する難点がある。また、組み立て時の間隙Ｃは接触面４の面積と回転中の遠心力による動翼１のねじれの戻る量により決定され、定格回転時に過度の面圧を生じさせないように、また接触面４を形成する二辺の凹部交差部６に過大な曲げ応力を生じさせないよう設定されている。したがって、翼頂部断面２を覆うように設けられたシュラウド３の接触面４の面積は幾何学的に大きくすることが困難であり、組み立て時の間隙Ｃが大きくなる。このため、回転中の遠心力が小さい低回転域では動翼１のねじれの戻る量が少なく、隣接するシュラウド３同士は接触せず、振動を低減し、減衰させることができないこともある。
【０００９】
一方、図１１に示すようなスナッバ構造においてはシュラウド３の接触面４の機械加工は容易であり、接触面４の面積は幾何学的に大きくすることができるが、動翼１の根元部からシュラウド３までの間にねじりを与える必要があり、翼有効部あるいは植え込み部に過大な初期応力を発生させることになる。また、動翼１の組み立てに際して、動翼１をねじった状態のまま強い力で隣接する動翼１に押し付け、その状態を維持するために特殊な治具や止め具を用意しなければならず、組み立てに手間がかかる等の問題もある。
【００１０】
本発明の目的は、容易な加工方法により製作できるとともに、翼有効部あるいは植え込み部に過大な初期応力を負荷することがなく、また、ロータの回転中においても過大な応力を発生せず、翼のねじれの戻りが少ない低回転域においても十分な面圧をもって隣接し合う動翼のシュラウド同士を接触させ、振動を効果的に低減し、減衰させるようにした軸流タービンの動翼連結装置を提供することにある。
【００１１】
本発明は、動翼の翼頂部に一体に形成されるシュラウドを備え、前記動翼を全周一群の翼列をなすように周方向に配置し、ロータの回転時、互いに隣接しあう前記シュラウドがそれぞれの接触面で接触するように構成されている軸流タービンの動翼連結装置において、前記各動翼における前記シュラウドの回転方向前側接触面および回転方向後側接触面を共に平らな面として形成するとともに、当該平らな面として形成された前記回転方向前側接触面および回転方向後側接触面のうちの少なくとも一方の接触面を翼頂部断面と交差させ、この交差する平らな面より回転方向前側もしくは回転方向後側の少なくとも一方の前記翼頂部には前記シュラウドが形成されていないようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記動翼における前記シュラウドの回転方向前側および回転方向後側の少なくとも一方の端部に、隣接する動翼の後方端部または前方端部との干渉を避ける切り欠きを形成したことを特徴とする。
【００１４】
止め翼に隣接する動翼のシュラウドに、前記止め翼をディスクへ半径方向から挿入するとき、前記止め翼の翼が干渉されることを防止する切り欠きを形成したことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明は、止め翼の翼端部が、前記止め翼をディスクへ半径方向から挿入するとき、前記止め翼に隣接する動翼のシュラウドとの干渉をなくすように切り欠かれていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２は組み立てられた１枚の動翼１１を示しており、動翼の先端部には一体にシュラウド１２が設けられている。この動翼１１はロータディスク１３に設けられた周方向のフック１４に動翼１１の植え込み部１５の溝１６を係合させて固定されている。また、図３および図４は動翼１１の先端部の詳細を示している。動翼１１におけるシュラウド１２の回転方向前側接触面１７ａおよび回転方向後側接触面１７ｂのうち、回転方向後側接触面１７ｂは翼長部断面１８と交差する平らな面をもって構成されるとともに、この交差する平らな面より回転方向前側もしくは回転方向後側の少なくとも一方の翼頂部には前記シュラウドが形成されていないようにしてある。
【００１７】
さらに、回転方向後側接触面１７ｂと翼頂部断面１８とによって形成される凹状交差部１９および動翼１１とシュラウド１２の下面とによって形成されるシュラウド付根部凹状交差部２０は円弧状に形成され、後者の円弧半径ｒ2 は前者の円弧半径ｒ1 よりも大きく形成されている。また、翼頂部には隣接するシュラウド１２との干渉を避ける切り欠き２１が形成されている。
【００１８】
図１に先端部から見た動翼１１の組み立てを完了した状態を示している。互いに隣接し合うシュラウド１２のそれぞれの接触面１７ａ、１７ｂ同士は軽く接触し、あるいは微小な間隙Ｃを保って組み立てられている。ロータの回転中には遠心力にによる動翼１１のねじり戻り方向の力Ｆが作用して間隙Ｃがなくなり、隣接する前側接触面１７ａと後側接触面１７ｂとがある面圧を保って接触する。
【００１９】
このように構成される動翼連結装置においてはシュラウド１２の双方の接触面１７ａ、１７ｂが共に凹凸を持たない平らな面に形成され、機械加工で仕上げることは極めて容易である。また、円弧半径ｒ2 については円弧半径ｒ1 よりも大きく形成することで、２つの円弧により形成されるエッジ部を小さくすることができ、応力集中を回避することが可能になる。
【００２０】
さらに、シュラウド１２の双方の接触面１７ａ、１７ｂは幾何学的に大きくすることができ、組み立て時に与える間隙Ｃは小さくてもよく、回転中の遠心力が小さい低回転域でも動翼１１のねじれの戻りにより間隙Ｃがなくなり、隣接する接触面１７ａ、１７ｂ同士が十分な面圧を保って接触し、この接触による制振作用によって振動を低減し、減衰させることが可能になる。
【００２１】
また、本発明の他の実施の形態を図５を参照して説明する。本実施の形態は上記実施の形態のものとほぼ同様な特徴を有するが、図５（ａ）（ｂ）に示すようにシュラウド１２の回転方向前側接触面１７ａの下面に隣接する動翼１１との干渉を避ける切り欠き２２が設けられている。これは動翼１１に隣接するシュラウド１２との干渉を避ける切り欠き２１を設ける代わりに形成する。本実施の形態も上記のものと同様の効果を得ることが可能である。
【００２２】
さらに、他の実施の形態を図６および図７を参照して説明する。本実施の形態はいずれも止め翼の組み立て方法に係るものである。この止め翼は図２のディスク１３のフック１４のない箇所に固定される動翼のことであり、動翼の組み立ての最後に半径方向からディスク１３に挿入し、そこに止めピンを用いて固定する必要がある。
【００２３】
そこで、図６に示すものは半径方向からディスク１３に挿入するとき、止め翼２３とこれに隣接する動翼１１のシュラウド１２ａとの干渉をなくす切り欠き２４を上記シュラウド１２ａに形成している。このように構成することで、止め翼２３を容易に組み立てることが可能になる。さらに、これに代えて図７に示すように止め翼２３に切り欠き２５を形成してシュラウド１２ａと干渉しないように構成してもよい。
【００２４】
また、図８および図９はさらに異なる実施の形態を示している。図８において、動翼２６に一体に形成されるシュラウド２７の回転方向前側接触面２８ａおよび回転方向後側接触面２８ｂは、いずれも翼頂部断面２９と交差する方向に延びる平らな面として形成されている。また、図示は省略されるが、翼頂部には隣接するシュラウド２７との干渉を避ける切り欠きが形成されている。
【００２５】
さらに、図９に示すように、本実施の形態は止め翼３０とこれに隣接する動翼の回転方向前側シュラウド２７との干渉をなくす切り欠き３１を回転方向前側シュラウド２７に形成している。また、回転方向後側シュラウド２７との干渉をなくす切り欠き３２を回転方向後側シュラウド２７に形成している。
【００２６】
本実施の形態においても上記実施の形態のものと同様な効果がある。特に、本実施の形態のものではシュラウド２７の重心を動翼２６の重心に一致させることができ、回転中の遠心力による応力分布を調整することが可能になり、信頼性を高めることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は各動翼におけるシュラウドの回転方向前側および／または回転方向後側接触面を翼頂部断面を交差して延びる平らな面で構成するようにしたので、機械加工が容易であり、翼有効部あるいは植え込み部に過大な初期応力を負荷させず、また、ロータの回転時においても過大な応力を発生することがなく、低回転域においても、シュラウド同士を十分な面圧をもって接触させ、振動を効果的に低減し、減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による軸流タービンの動翼連結装置の実施の形態を示す平面図。
【図２】ディスクに装着された１枚の動翼を示す斜視図。
【図３】本発明に係る動翼を示す斜視図。
【図４】（ａ）は図３に示される動翼の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】（ａ）は他の実施の形態に係る動翼連結装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す平面図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す平面図。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す平面図。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す平面図。
【図１０】従来の軸流タービンの動翼連結装置を示す平面図。
【図１１】従来の軸流タービンの動翼連結装置を示す平面図。
【符号の説明】
１１，２６  動翼、
１２，２７  シュラウド
１３  ディスク
１７ａ，２８ａ  回転方向前側接触面
１７ｂ，２８ｂ  回転方向後側接触面
２１，２２，２４，２５，３１，３２  切り欠き
２３，３０  止め翼
【図１】
0003782161.tif 000002
【図２】
0003782161.tif 000003
【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】
0003782161.tif 000008
【図８】
0003782161.tif 000009
【図９】
0003782161.tif 000010
【図１０】
0003782161.tif 000011
【図１１】
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