(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ上に周方向に間隔をおいて配置された複数の動翼を備え、かつ前記夫々の動翼の外周先端部に、動翼と一体形に形成されるとともに、翼の背側と腹側に周方向に伸びる動翼連結カバーを有し、該動翼連結カバーによって隣接する前記動翼を互いに連結するようにしたタービンロータにおいて、
前記動翼は隣接する第１の翼と第２の翼とを有し、
第１の翼は、前記動翼連結カバーの翼の腹側となる円周方向端面が、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、かつ前記二つの端面をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を有し、かつその垂直な面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、また前記動翼連結カバーの翼の背側となる円周方向端面が、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、二つの端面をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を有し、その垂直な面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、かつ
前記第１の翼に隣接する第２の翼は、前記動翼連結カバーの翼の腹側となる円周方向端面が、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成されており、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を有し、その垂直な面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、前記動翼連結カバーの翼の背側となる円周方向端面が、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成されており、二つの端面をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を有し、その垂直な面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、かつ
前記第１の翼と第２の翼を円周方向に交互に配置し、前記第１の翼と第２の翼の、軸方向下流側を向く面と軸方向上流側を向く面を互いに接触させるように形成したことを特徴とするタービンロータ。
【請求項２】
ロータ上に周方向に間隔をおいて配置された複数の動翼を備え、かつ前記夫々の動翼の外周先端部に、動翼と一体形に形成されるとともに、翼の背側と腹側に周方向に伸びる動翼連結カバーを有し、該動翼連結カバーによって隣接する前記動翼を互いに連結するようにしたタービンロータにおいて、
前記動翼は隣接する第１の翼と第２の翼とを有し、
第１の翼は、前記動翼連結カバーの翼の腹側となる円周方向端面が、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、二つの端面をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を有し、この垂直な面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、前記動翼連結カバーの翼の背側となる円周方向端面が、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、二つの端面をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を有し、その垂直な面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、かつ
前記第１の翼に隣接する第２の翼は、前記動翼連結カバーの翼の腹側となる円周方向端面が、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成されており、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を有し、その垂直な面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、前記動翼連結カバーの翼の背側となる円周方向端面が、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成されており、二つの端面をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を有し、その垂直な面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、かつ
前記第１の翼と第２の翼の各半径方向位置断面の重心を重ねた重心線を半径方向線に対して夫々タービン軸方向上流側、下流側に傾けるように、円周方向に交互に配置し、前記第１の翼と第２の翼の夫々軸方向下流側を向く面と、軸方向上流側を向く面を互いに接触させるように形成したことを特徴とするタービンロータ。
【請求項３】
ロータ上に周方向に間隔をおいて配置された複数の動翼を備え、かつ前記夫々の動翼の外周先端部に、動翼と一体形に形成されるとともに、翼の背側と腹側に周方向に伸びる動翼連結カバーを有し、該動翼連結カバーによって隣接する前記動翼を互いに連結するようにしたタービンロータにおいて、
前記動翼は隣接する第１の翼と第２の翼とを有し、
第１の翼は、前記動翼連結カバーの翼の腹側となる円周方向端面が、タービン軸方向に垂直な面を有し、この垂直な面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、前記動翼連結カバーの翼の背側となる円周方向端面が、タービン軸方向に垂直な面を有し、この垂直な面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、かつ
第２の翼は、前記動翼連結カバーの翼の腹側となる円周方向端面が、タービン軸方向に垂直な面を有し、この垂直な面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、前記動翼連結カバーの翼の背側となる円周方向端面が、タービン軸方向に垂直な面を有し、この垂直な面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、第１の翼と第２の翼の各半径方向位置断面の重心を重ねた重心線を半径方向線に対して夫々タービン軸方向上流側、下流側に傾けるように、円周方向に交互に配置し、かつ
前記第１の翼と第２の翼の夫々軸方向下流側を向く面と、軸方向上流側を向く面を互いに接触させるように形成したことを特徴とするタービンロータ。
【請求項４】
前記動翼は、円周方向に延びる円筒面の一部からなる翼根部を持ち、かつ前記ロータは前記翼根部と合致する円筒面の一部からなる円周方向溝を有し、前記ロータの円周方向溝に前記動翼の翼根部が順次嵌合されて前記ロータと動翼とが結合されてなる請求項１〜３いずれかに記載のタービンロータ。
【請求項５】
熱エネルギーを動力に変換する翼列を有するロータを備え、前記翼列が、静止した静翼と、ロータに取り付けられ回転動力に変換する動翼からなり、かつ圧力段階ごとに高圧部、中圧部、低圧部からなるタービンに、前記請求項１〜４いずれかに記載のタービンロータを採用したことを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタービン及びタービンロータに係わり、特に動翼にインテグラルカバー翼を採用しているタービンロータ及びタービンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タービンは、円周方向に配列された複数の静翼および動翼を備え、この翼の間を流れる流体によって駆動される。このとき、タービン動翼には遠心力や流体力などの力が作用し、動翼は厳しい応力下にさらされる。またこれらの力の相互作用により、激しい振動が発生することがある。近年タービンの大容量化、部分負荷運転による過酷な運転条件など、タービン動翼は非常に厳しい条件で使用されており、翼の振動を低減させることは非常に重要な課題となってきている。
【０００３】
タービン動翼の振動を低減させる方法として、隣接するタービン動翼同士を連結する構造がよく用いられる。隣接する翼を連結する方法の一つとして、翼の先端にシュラウドカバー固定用テノンを設け、隣接する複数本の翼に、半径方向外周側からテノンに合致するように穴を開けたシュラウドカバーをはめ、テノンをかしめることによってカバーを固定し翼同士を連結する方法がある。
【０００４】
この翼同士を連結する方法は、通常１つ１つの翼を、手作業によりかしめるため、非常に多くの組立行程および時間を要し、また、組立時には、翼の連結部に不均一な力がかかりやすく、局所的に過大な応力が発生し強度上問題になることがある。さらには複数本の翼を１つのカバーで連結するために、定期点検時に翼の取り外しをする際には、１つ１つの翼を分解しなくてはならず、作業性が良くないなどの問題が生じる。
【０００５】
他の翼の連結方法には、翼と一体に成型され、翼の背側と腹側に、円周方向にのびるインテグラルカバーを設け、隣接翼の背側、腹側のインテグラルカバーを互いに接触させることによって連結する、いわゆるインテグラルカバー翼構造がある。例えば、特公平６‐６０５６３号公報には、動翼先端部に備えた動翼カバーが、外周方向から見てＳ字や段部を形成することが記載されており、互いに隣り合う翼の動翼カバーが、互いにＳ字中央や中央の段部で接触するように相対させ、翼先端部に起こる動翼先端部のねじり戻りにより、接触面において隣り合う翼同士が連結されることが記載されている。
【０００６】
インテグラルカバー翼構造の他の例として、例えば特開平５−９８９０６号公報や、実開平５−７８９０１号公報に開示されているように、円周方向を向くカバー側面で接触連結するようにした翼構造のものもある。
【０００７】
このようなインテグラルカバー翼構造の利点は、翼と一体形に形成されたインテグラルカバーが、遠心力などに対して、強度的に優れていること、インテグラルカバー同士の接触連結部の摩擦により大きな振動減衰が得られることなどから、信頼性の高い翼連結構造を提供できることがあげられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、遠心力による翼のねじり戻りを拘束して接触連結させるインテグラルカバー翼構造では、翼の加工上、もしくは組立上の問題から、静止時に接触面間に間隙が生じてしまい、翼長が短くねじり戻りが小さい場合には、回転時であっても間隙が閉じないか、あるいは接触しても隣接翼間の連結力は弱くなる場合がある。あらかじめ隣接した翼のインテグラルカバーの間隙をできるかぎり小さくすることにより、翼のねじり戻りによる隣接翼間の接触連結力を最大限に発揮することができるが、翼の加工、組立上、間隙を０にすることは難しく、このために隣接翼に作用する連結力が小さく、振動減衰能も小さくなる。
【０００９】
また円周方向を向くカバー側面で接触連結するインテグラルカバー翼構造では、翼の回転により生じる遠心力によって、ロータおよび翼自身が半径方向外周側に伸びる際、隣接翼間の距離は静止時のそれに比べ広がり、静止時に接触連結していた翼が、回転時に隣接翼のインテグラルカバー間に間隙が生じてしまい、連結構造を保てなくなる可能性がある。
【００１０】
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とするところは、インテグラルカバーに関して、全周の翼が切れ目なく緊密に連結可能であり、かつ高い振動減衰効果を発揮することが可能なインテグラルカバーを備えた信頼性の高いタービンロータおよびタービンを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、タービンロータ上に周方向に間隔をおいて配置された複数の動翼を備え、前記夫々の動翼の外周先端部に、周方向に隣接する動翼間を接触押圧力で摩擦連結する動翼連結カバーを備えているタービンロータにおいて、前記動翼連結カバーの接触押圧連結面を、タービン駆動流体の流通方向を向くように形成するとともに、ロータの回転に基づく遠心力による動翼の変形で前記接触押圧連結面の突き合わせ力が増すように形成し所期の目的を達成するようにしたものである。
【００１２】
また、この場合、前記動翼連結カバーのタービン駆動流体の流通方向における重量バランスを不均衡となし、この動翼連結カバーの遠心力によるモーメントで、前記動翼の変形を招き、前記接触押圧連結面の突き合わせ力を増すようにしたものである。
【００１３】
また本発明は、タービンロータ上に周方向に間隔をおいて配置された複数の動翼を備え、かつ前記夫々の動翼の外周先端部に、動翼と一体形に形成されるとともに、翼の背側と腹側に円周方向に伸びる連結カバーを有し、この連結カバーによって前記隣接翼を互いに連結するようにしたタービンロータにおいて、第１の翼は、翼先端部の連結カバーの腹側円周方向端面は、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、かつ前記二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、かつその平行面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、また翼先端部の連結カバーの背側円周方向端面は、上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、かつ前記第１の翼に隣接する第２の翼は、翼先端部の連結カバーの腹側円周方向端面は、上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成されており、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、翼先端部の連結カバーの背側円周方向端面は、上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成されており、二つの端面をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、かつ前記第１の翼と第２の翼を円周方向に交互に配置し、前記第１の翼と第２の翼の、軸方向下流側を向く面と軸方向上流側を向く面を互いに接触させるように形成したものである。
【００１４】
また、タービンロータ上に周方向に間隔をおいて配置された複数の動翼を備え、かつ前記夫々の動翼の外周先端部に、動翼と一体形に形成されるとともに、翼の背側と腹側に円周方向に伸びる連結カバーを有し、この連結カバーによって前記隣接翼を互いに連結するようにしたタービンロータにおいて、第１の翼は、翼先端部の連結カバーの腹側円周方向端面は、タービン駆動流体の上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、翼先端部の連結カバーの背側円周方向端面は、上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、かつ第２の翼は、翼先端部の連結カバーの腹側円周方向端面は、上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成されており、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、翼先端部の連結カバーの背側円周方向端面は、上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成されており、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、かつ前記第１の翼と第２の翼の各半径方向位置断面の重心を重ねた重心線を半径方向線に対してそれぞれタービン軸方向上流側、下流側に傾けるように、円周方向に交互に配置し、前記第１の翼と第２の翼のそれぞれ軸方向下流側を向く面と、軸方向上流側を向く面を互いに接触させるように形成したものである。
【００１５】
また、タービンロータ上に周方向に間隔をおいて配置された複数の動翼を備え、かつ前記夫々の動翼の外周先端部に、動翼と一体形に形成されるとともに、翼の背側と腹側に円周方向に伸びる連結カバーを有し、この連結カバーによって前記隣接翼を互いに連結するようにしたタービンロータにおいて、第１の翼は、翼先端部の連結カバーの腹側円周方向端面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、翼先端部の連結カバーの背側円周方向端面は、上流側、下流側に位置する二つの端面と、この二つの端面をつなぐ面で構成され、二つの端面の間をつなぐ面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、かつ第２の翼は、翼先端部の連結カバーは、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、翼先端部の連結カバーの背側円周方向端面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、かつ前記第１の翼と第２の翼を円周方向に交互に配置し、第１の翼と第２の翼の、軸方向下流側を向く面と軸方向上流側を向く面を互いに接触させるように形成したものである。
【００１６】
また、タービンロータ上に周方向に間隔をおいて配置された複数の動翼を備え、かつ前記夫々の動翼の外周先端部に、動翼と一体形に形成されるとともに、翼の背側と腹側に円周方向に伸びる連結カバーを有し、この連結カバーによって前記隣接翼を互いに連結するようにしたタービンロータにおいて、第１の翼は、翼先端部の連結カバーの腹側円周方向端面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、翼先端部の連結カバーの背側円周方向端面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向下流側を向くように形成され、かつ第２の翼は、翼先端部の連結カバーの腹側円周方向端面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、翼先端部の連結カバーの背側円周方向端面は、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この平行面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、第１の翼と第２の翼の各半径方向位置断面の重心を重ねた重心線を半径方向線に対してそれぞれタービン軸方向上流側、下流側に傾けるように、円周方向に交互に配置し、かつ前記第１の翼と第２の翼のそれぞれ軸方向下流側を向く面と、軸方向上流側を向く面を互いに接触させるように形成したものである。
【００１７】
また、この場合、前記翼は、円周方向に伸びる円筒面の一部からなる翼根部を持ち、かつロータは前記翼根部と合致する円筒面の一部からなる円周方向溝を有し、前記ロータの円周方向溝に前記翼の翼根部を順次嵌合させて前記ロータと翼とを結合させるようにしたものである。
【００１８】
また本発明は、熱エネルギーを動力に変換する翼列を有するロータを備え、前記翼列が、静止した静翼と、ロータに取り付けられ回転動力に変換する動翼からなり、かつ圧力段階ごとに高圧部、中圧部、低圧部からなるタービンに、前述したタービンロータを採用するようにしたものである。
【００１９】
すなわちこのように形成されたタービンロータであると、動翼連結カバーの接触押圧連結面が、タービン駆動流体の流通方向を向くように形成され、かつロータの回転に基づく遠心力による動翼の変形で前記接触押圧連結面の突き合わせ力が増すように形成されているので、従来のタービンロータで生じていた問題，すなわち従来のインテグラルカバー翼では、翼やロータは遠心力により半径方向の伸張で、インテグラルカバーの接触する面圧が減少するように作用し、強度上また振動特性上問題があったが、本発明によるインテグラルカバー翼では、接触する面がタービン軸方向，すなわちタービン駆動流体の流通方向を向くように形成されており、翼間距離は円周方向に広がるのに対して、面圧は軸方向に作用するので、翼やロータの遠心力により半径方向の伸張には何等影響を受けず、したがって回転中においても翼同士の連結は確保され、強度上、振動特性上非常に優れ、したがって全周の翼が切れ目なく緊密に連結可能であり、また高い振動減衰効果を発揮することが可能なインテグラルカバー翼を備えた信頼性の高いタービンロータとすることができるのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１にはそのタービンロータを備えたタービンおよびタービンロータの要部が示されている。図中３５がタービンケーシングであり、５がタービンロータ、２７が静翼、１が動翼、３がインテグラルカバー（動翼連結カバー）、４が動翼の植え込み部である。
【００２１】
動翼１は、ロータ５に円周方向に設けられた植え込み部４に嵌合するフックを持つ翼根部２と、一体形に形成されたインテグラルカバー３を持ち、植え込み部４に円周方向に挿入することによりロータ５に嵌合される。動翼１を円周方向に植え込んでいく形式のロータでは、ロータの植え込み部４の一部に切り欠き部２４が設けられており、動翼を一本ずつ半径方向外周側から切り欠き部２４に差し込み、円周方向に挿入していく。
【００２２】
図２は、図１に示すインテグラルカバー翼構造を半径方向外周側から見た平面図である。円周方向に所定の間隔をおいて配置される翼の先端には、２つの異なるインテグラルカバーが交互に設けられている。翼１ａのインテグラルカバー３ａの背側円周方向端面は、軸方向上流側（図中左側）、下流側（図中右側）に位置する端面１５ａ，１５ａ´、および二つの端面の間をつなぐ面６ａで構成され、この二つの端面の間をつなぐ面６ａは、タービン軸方向、すなわちタービン駆動流体の流通方向に垂直な面を形成し、この垂直な面がタービン軸方向下流側を向くように形成されている。
【００２３】
また、翼１ａのインテグラルカバー３ａの腹側円周方向端面は、軸方向上流側、下流側に位置する端面１６ａ，１６ａ´、および二つの端面の間をつなぐ面７ａで構成されており、二つの端面の間をつなぐ面７ａは、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この垂直な面がタービン軸方向下流側を向くように形成されている。
【００２４】
一方、翼１ｂのインテグラルカバー３ｂの背側円周方向端面は、軸方向上流側、下流側に位置する端面１５ａ，１５ａ´、および二つの端面の間をつなぐ面６ｂで構成されており、二つの端面の間をつなぐ面６ｂは、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この垂直な面がタービン軸方向上流側を向くように形成され、翼１ｂのインテグラルカバー３ｂの腹側円周方向端面は、軸方向上流側、下流側に位置する端面１６ｂ，１６ｂ´、および二つの端面の間をつなぐ面７ｂで構成されており、二つの端面の間をつなぐ面７ｂは、タービン軸方向に垂直な面を形成し、この垂直な面がタービン軸方向上流側を向くように形成されている。この形状は、タービン軸方向、すなわちタービン駆動流体の流通方向における重量バランスが不均衡な形状となる。
【００２５】
このように、二つの異なるインテグラルカバーを持つ翼が全周にわたって円周方向に交互に配置されている。勿論、このとき翼１ａの腹側に伸びる軸方向下流側を向いた面７ａと、翼１ｂの背側に伸びる軸方向上流側を向いた面６ｂとは、向き合うかたちとなる。
【００２６】
このように構成された翼を有するロータが回転すると、インテグラルカバー翼には半径方向外周側に遠心力が作用するわけであるが、次にこのインテグラルカバー翼の作用について図３を用いて説明する。この図は、インテグラルカバー翼１ａ、１ｂを円周方向腹側から見た図である。
【００２７】
図３の左側に示されている重心線９ａ，すなわち翼１ａに設けられたインテグラルカバーの円周方向に伸びる重心線９ａは、翼１ａの重心線１０ａに対して軸方向上流側（図中左側）にある。この翼１ａに遠心力が作用すると、重心のずれにより矢印８ａの方向にモーメントが発生し、翼は矢印８ａ方向に変形しようとする。同様に、図３の右側における翼１ｂのインテグラルカバーの重心線９ｂは、翼１ｂの重心線１０ｂに対して軸方向下流側（図中右側）にある。翼１ｂに遠心力が作用すると、矢印８ｂ方向にモーメントが発生し、矢印８ｂ方向に変形しようとする。
【００２８】
ここで対向する翼１ａの軸方向下流側を向いた面７ａと、翼１ｂの軸方向上流側を向いた面６ｂが拘束されることにより面圧が生じ、隣り合う翼は接触連結される。翼を円周方向に交互に配置させることにより、全周にわたって隣り合う翼同士が連結される。なお、本発明では第１の翼と第２の翼の組み合わせによるものであり、全周の翼本数が奇数の場合には、１つの翼を隣り合う翼のインテグラルカバー形状に合わせて加工する必要がある。
【００２９】
前述した従来のインテグラルカバー翼では、隣り合う翼同士の円周方向に伸びるタービン軸方向に垂直な面が向き合うように、翼は円周方向に交互に配置される。翼やロータは遠心力により半径方向に伸張するが、このときインテグラルカバーの接触面の半径方向位置が高くなり、翼間距離が静止時のそれに比べて広がってしまう。インテグラルカバー翼が、接触する面が円周方向に向き合っている場合、回転中に翼間距離が広がることは面圧が減少するように作用し、面圧が０になると翼同士の接触が確保されず、単独翼状態になる。これは強度上、また振動特性上非常に問題がある。本発明によるインテグラルカバー翼では、接触する面がタービン軸方向を向くように形成されており、翼間距離は円周方向に広がるのに対して、面圧は軸方向に作用している。したがって回転中においても翼同士の連結は確保され、強度上、振動特性上非常に優れている。
【００３０】
図４には、他の変形例が示されている。翼のピッチが小さく、翼の前縁と後縁を結んだ弦長が軸方向に対して角度を持っているときには、図１に示されるインテグラルカバー形状は、翼の形状に合わせて接触面を基準に非対称なカバーとなる。対向する翼１ａの軸方向下流側を向いた面７ａと、翼１ｂの軸方向上流側を向いた面６ｂが拘束されることにより面圧が生じ、隣り合う翼は接触連結される。２つの異なるインテグラルカバー翼を円周方向に交互に配置させることにより、全周にわたって隣り合う翼同士が連結される。
【００３１】
図５にはもう一つの変形例が示されている。翼１ａの腹側に伸びる接触面７ａと、翼１ｂの背側に伸びる接触面６ｂを、軸方向に垂直な同一面上１３に設け、同様に翼１ｂの腹側に伸びる接触面７ｂと、翼１ｃの背側に伸びる接触面６ｃを、軸方向に垂直な同一面上１３’に設ける。対向する翼１ａの軸方向下流側を向いた面７ａと、翼１ｂの軸方向上流側を向いた面６ｂが拘束されることにより面圧が生じ、隣り合う翼は接触連結される。２つの異なるインテグラルカバー翼を円周方向に交互に配置させることにより、全周にわたって隣り合う翼同士が連結される。
【００３２】
図６も他の変形例を示すもので、翼１ａの腹側に伸びる接触面７ａは、軸方向に対して反時計回りに鋭角α１をなしている。同様に翼１ｂの背側に伸びる接触面６ｂは、軸方向に対して反時計回りに鋭角α１をなしている。翼１ｂの腹側に伸びる接触面７ｂは、軸方向に対して時計回りに鋭角α２をなしている。また翼１ｃの背側に伸びる接触面６ｃは、軸方向に対して時計回りに鋭角α２をなしている。対向する翼１ａの軸方向下流側を向いた面７ａと、翼１ｂの軸方向上流側を向いた面６ｂが拘束されることにより面圧が生じ、隣り合う翼は接触連結される。２つの異なるインテグラルカバー翼を円周方向に交互に配置させることにより、全周にわたって隣り合う翼同士が連結される。
【００３３】
また図７は、図６の変形例を示すもので、翼１ａの腹側に伸びるインテグラルカバーの円周方向端面７ａは、軸方向に対し反時計回りに鋭角θ１をなしている。同様に翼１ｂの背側に伸びるインテグラルカバーの円周方向端面６ｂは軸方向に対し反時計回りに鋭角θ１をなしている。また、翼１ｂの腹側に伸びるインテグラルカバーの円周方向端面７ｂは軸方向に対し時計回りに鋭角θ２をなしており、翼１ｃの背側に伸びるインテグラルカバーの円周方向端面６ｃは、軸方向に対して時計まわりに鋭角θ２をなしている。対向する翼１ａの軸方向下流側を向いた面７ａと、翼１ｂの軸方向上流側を向いた面６ｂが拘束されることにより面圧が生じ、隣り合う翼は接触連結される。２つの異なるインテグラルカバー翼を円周方向に交互に配置させることにより、全周にわたって隣り合う翼同士が連結される。
【００３４】
図８はさらに他の変形例を示すもので、タービン高圧段では、作動流体が非常に高温になるため、タービン翼、およびインテグラルカバーは熱膨張を生じる。図２に示されるインテグラルカバー翼を高圧段に採用する際には熱膨張を考慮して、翼の静止時に、翼１ａの腹側に伸びる接触面７ａと翼１ｂの背側に伸びる接触面６ｂに間隙１４を設け、同様に、翼１ｂの腹側に伸びる接触面７ｂと翼１ｃの背側に伸びる接触面６ｃに間隙１４’を設ける。間隙を設けていない場合、運転中にはインテグラルカバーは熱膨張により変形し、その変形をカバー接触面で拘束ことにより、変形の大きさによっては、翼に大きな曲げ応力が生じる。したがって静止時に間隙を設けることにより、熱膨張による翼に過大な力をかけることなく隣り合う翼同士が連結される。
【００３５】
また、図９には他の変形例が示されている。翼１ａの重心線１０ａを、半径方向線３０より軸方向上流側に傾け、翼１ｂの重心線１０ｂを軸方向下流側に傾け、２つの異なる翼を円周方向に交互に配置する。図１０に半径方向外周側から見た図が示されている。翼先端における重心は半径方向線に対してそれぞれ上流側、下流側に位置する。このとき翼１ａの腹側に伸びる軸方向下流側を向く面７ａと、翼１ｂの背側に伸びる軸方向上流側を向く面６ｂを対向させ、面７ａと面６ｂを接触させる。ロータの回転により翼に遠心力が作用すると、翼根部回りのモーメントが発生し、対向する面７ａと６ｂでモーメントを拘束することにより面圧が発生し、隣り合う翼は接触連結される。翼を円周方向に交互に配置させることにより、全周にわたって隣り合う翼同士が連結される。
【００３６】
図１１は、図９の変形例を示す。円周方向腹側から見たインテグラルカバー翼構造を示す平面図である。図９に示される翼構造に関して、ロータ半径方向外周側の翼植え込み部１１が、円周方向に伸びる円筒面の一部からなる円周方向溝を持つように形成され、翼根部１２はロータに合致する円筒面の一部を持つ凹部を持つように形成される。
【００３７】
ロータの回転により、インテグラルカバー翼に半径方向外周側に遠心力が作用すると、翼１ａ、１ｂはそれぞれ矢印８ａ、８ｂの方向に翼根部回りのモーメントが発生する。ここで対向する翼１ａの背側に伸びる軸方向下流側を向いた面７ａと、翼１ｂの腹側に伸びる軸方向上流側を向いた面６ｂが拘束されることにより面圧が生じ、隣り合う翼は接触連結される。翼根部とロータは円筒面で嵌合されるため、翼根部１２、およびロータ翼植え込み部１１にはモーメントの反力はほとんど作用せず、翼根部１２に過大な力をかけずに連結構造を達成することができる。翼を円周方向に交互に配置させることにより、全周にわたり隣り合う翼同士が連結される。
【００３８】
図１２には、図９の変形例が示されている。翼は円周方向に伸びる円筒面の一部からなる翼根部１２’を持ち、ロータ翼植え込み部１１’は翼根部に合致するように円筒面を形成する。図１１に示したインテグラルカバー翼構造と同様に、翼根部に過大な力をかけずに連結構造を達成することができる。
【００３９】
図１３は、図１の変形例を示す、インテグラルカバー翼構造を示す斜視図である。翼１はロータ５に軸方向に切られた溝２０に嵌合するフックを持つ翼根部２１と、一体形に形成されたインテグラルカバー３を持ち、ロータの溝部２０に軸方向に挿入することによってロータに嵌合される。翼先端に設けられたインテグラルカバーに、本発明の図２から図８に示されるインテグラルカバーを採用することにより、全周にわたって隣り合う翼同士が連結される。
【００４０】
図１（ａ）は、タービンの構造を表す縦断側面図である。タービンは、流体の熱エネルギーを動力に変換する翼列部２５、ロータ５などからなり、翼列部は、交互に配置された、静止した静翼２７とロータ軸２６に取り付けられ回転動力に変換する動翼２８からなっている。圧力段階ごとに高圧部、中圧部、低圧部からなる。蒸気は図１３中矢印２９方向に流れる。この図１において、前述してきたの発明を、高圧部から低圧部にわたって、ねじり戻りが小さい翼長の短い段、すべてに採用することによって、より高い振動減衰効果を生み出し、全周の翼が切れ目なく緊密に連結可能なインテグラルカバー翼を備えた信頼性の高いタービンとすることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、インテグラルカバー翼に関して、全周の翼が切れ目なく緊密に連結可能であり、かつ高い振動減衰効果を発揮することが可能なインテグラルカバー翼を備えた信頼性の高いタービンロータおよびタービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタービンロータを備えたタービンの一実施例を示す縦断側面図およびタービンロータの要部を示す斜視図である。
【図２】図１の半径方向から見た平面図である。
【図３】図１の円周方向から見た側面図である。
【図４】本発明の変形例を示す半径方向から見た平面図である。
【図５】本発明の変形例を示す半径方向から見た平面図である。
【図６】本発明の変形例を示す半径方向から見た平面図である。
【図７】本発明の変形例を示す半径方向から見た平面図である。
【図８】本発明の変形例を示す半径方向から見た平面図である。
【図９】図３の他の実施例を示す円周方向から見た側面図である。
【図１０】図９の半径方向から見た平面図である。
【図１１】図３の他の実施例を示す円周方向から見た側面図である。
【図１２】図１１の変形例を示す円周方向から見た側面図である。
【図１３】図１の他の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…動翼、２…翼根部、３…インテグラルカバー、４…翼植え込み部、５…ロータ、６…翼背側円周方向に伸びるカバー側面、７…翼腹側円周方向に伸びるカバー側面、８…モーメント方向、９…カバー重心線、１０…動翼重心線、１１…円弧状翼植え込み部、１２…円弧状翼根部、１３…軸に垂直な断面、１４…間隙、１５…インテグラルカバー背側円周方向端面、１６…インテグラルカバー腹側円周方向端面、２０…軸方向翼植え込み溝、２１…軸方向翼根部、２４…切り欠き部、２５…翼列部、２６…ロータ軸、２７…静翼、２８…動翼、２９…流れ方向、３０…半径方向線。
【図１】
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【図２】
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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１２】
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【図１３】
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