РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ТУРБИНЫ
TURBINE IMPELLER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к рабочему колесу турбины газотурбинной установки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Газотурбинная установка обычно включает в себя: компрессор, который сжимает воздух, генерируя сжатый воздух; сжигающее устройство, которое смешивает сжатый воздух из компрессора с топливом и сжигает смесь, генерируя газообразный продукт горения; и турбину, которая получает мощность на валу за счет газообразного продукта горения от сжигающего устройства. Турбина включает в себя ротор турбины, который преобразует кинетическую энергию газообразного продукта горения в крутящий момент. Ротор турбины образован путем расположения друг за другом в осевом направлении дискообразных рабочих колес турбины, имеющих множество лопаток ротора турбины, которые размещены по всей окружности наружных периферийных участков рабочих колес турбины.
В качестве одной из конструкций для соединения рабочего колеса турбины и лопаток ротора турбины используют конструкцию типа «ласточкин хвост». В этой соединительной конструкции хвостовики лопатки («ласточкины хвосты») лопаток ротора турбины вставляют в осевом направлении в пазы (сопрягаемые канавки), обеспеченные на наружном периферийном участке рабочего колеса турбины для соединения с рабочим колесом турбины. Пазы рабочего колеса турбины продолжаются в направлении, приблизительно параллельном осевому направлению ротора, и имеют форму, комплементарную хвостовикам лопатки лопаток ротора турбины. В этой соединительной конструкции лопатки ротора турбины закрепляют на рабочем колесе турбины путем зацепления между углублениями и выступами хвостовиков лопатки лопаток ротора турбины и комплементарными углублениями и выступами на поверхностях стенок пазов рабочего колеса турбины за счет действия направленной радиально наружу центробежной силы на лопатки ротора турбины при вращении ротора турбины.
Хотя лопатки ротора турбины не могут перемещаться в радиальном направлении ротора в этой соединительной конструкции, лопатки ротора турбины имеют возможность перемещаться в осевом направлении ротора вдоль пазов рабочего колеса турбины. С учетом этого известно использование фиксирующей проволоки для предотвращения перемещения лопаток ротора турбины в осевом направлении ротора (см., например, JP-2011-21605-A).
JP-2011-21605-A раскрывает что первый паз (канавку) для фиксирующей проволоки, который закрыт на его радиально наружном конце и открыт на его радиально внутреннем конце, образован на одной стороне, в осевом направлении, каждого из множества выступающих в радиальном направлении участков, образующих пазы типа «ласточкин хвост» рабочего колеса турбины. Дополнительно, вторые пазы (канавки) для фиксирующей проволоки образованы стопорными лапками, обеспеченными на одной стороне, в осевом направлении, «ласточкиных хвостов» (хвостовиков лопатки) множества лопаток ротора турбины. Когда множество первых пазов для фиксирующей проволоки рабочего колеса турбины и вторые пазы для фиксирующей проволоки множества лопаток ротора турбины выравнивают друг с другом, образуется кольцевой удерживающий паз, который продолжается по всей окружности наружного периферийного участка рабочего колеса турбины. Размещение фиксирующей проволоки в кольцевом удерживающем пазу предотвращает перемещение лопаток ротора турбины вдоль пазов типа «ласточкин хвост».
При этом, так как газотурбинная установка получает мощность на валу для ротора турбины от газообразного продукта горения, имеющего высокую температуру и высокое давление, необходимо охлаждать каждую часть ротора турбины, такие как рабочие колеса турбины или лопатки ротора турбины, с помощью охлаждающего воздуха и подавлять увеличение температуры в каждой части. В газотурбинной установке обычно сжатый воздух, отбираемый из компрессора, используют в качестве охлаждающего воздуха. В этом случае увеличение расхода охлаждающего воздуха означает увеличение расхода сжатого воздуха, отбираемого из компрессора. Соответственно, если расход охлаждающего воздуха увеличивается, расход газообразного продукта горения для привода ротора турбины уменьшается на соответствующую величину, и тем самым общая эффективность газотурбинной установки ухудшается.
Одним из эффективных средств для получения высокой эффективности газотурбинной установки является уменьшение количества охлаждающего воздуха для охлаждения каждой части ротора турбины. В этом случае температура окружающей среды в колесном пространстве, образованном спереди и сзади рабочего колеса турбины в осевом направлении ротора, увеличивается. С учетом этого было предложено изменить материал рабочего колеса турбины на сплав на основе никеля, который является более теплоустойчивым, чем используемые обычно стали типа 12Cr. Однако следует отметить, что существует опасность возникновения трещин из-за остаточных растягивающих напряжений, если части, выполненные из сплава на основе никеля, используют в высокотемпературной среде в состоянии, в котором они испытывают остаточные растягивающие напряжения.
В методе, описываемом в JP-2011-21605-A, обе стороны в окружном направлении «ласточкиных хвостов» (хвостовиков лопатки) лопаток ротора турбины обрабатывают в вогнутые-выпуклые формы, и поэтому вогнутые-выпуклые участки также образуются на обеих сторонах в окружном направлении стопорных лапок лопаток ротора турбины. Дополнительно, обе стороны в окружном направлении выступающих в радиальном направлении участков, образующих пазы типа «ласточкин хвост», обрабатывают в вогнутые-выпуклые формы, и поэтому вогнутые-выпуклые участки также образуются на обеих сторонах в окружном направлении выступающих участков (стопорных лапок), которые обеспечены на одной стороне в осевом направлении выступающих в радиальном направлении участков, и образуют первые пазы для фиксирующей проволоки рабочего колеса турбины. Соответственно, вогнутые-выпуклые в окружном направлении участки стопорных лапок рабочего колеса турбины и вогнутые-выпуклые в окружном направлении участки стопорных лапок лопаток ротора турбины имеют формы, которые комплементарны друг другу и зацепляются друг с другом.
В этой конфигурации во время сборки или разборки лопаток ротора турбины на рабочем колесе турбины или с него в некоторых случаях часть лопаток ротора турбины вступает в контакт с выступающими в окружном направлении участками стопорных лапок рабочего колеса турбины. Это может создать остаточные растягивающие напряжения на участках основания стопорных лапок. Соответственно, когда сплав на основе никеля используют в рабочем колесе турбины, имеющем подобную описанной в JP-2011-21605-A конфигурацию, существует опасность возникновения трещин в рабочем колесе турбины из-за остаточных растягивающих напряжений, создаваемых нежелательным контактом лопаток ротора турбины со стопорными лапками рабочего колеса турбины во время сборки или разборки лопаток ротора турбины.
Дополнительно, фиксирующая проволока удерживается в кольцевом удерживающем пазу, образованном первыми пазами для фиксирующей проволоки рабочего колеса турбины и вторыми пазами для фиксирующей проволоки лопаток ротора турбины. Фиксирующая проволока прижимается к дну кольцевого удерживающего паза за счет действия центробежной силы, когда ротор турбины вращается с высокой скоростью. Чтобы гарантировать продолжительность срока службы фиксирующей проволоки, необходимо подавить локальное возникновение чрезмерных напряжений на фиксирующей проволоке, когда фиксирующая проволока удерживается в первых и вторых пазах для фиксирующей проволоки.
Настоящее изобретение было сделано для решения описанных выше проблем, и целью настоящего изобретения является создание рабочего колеса турбины, которое может подавлять возникновение остаточных растягивающих напряжений из-за контакта с лопатками ротора турбины во время сборки или разборки, при этом подавляя локальное возникновение чрезмерных нагрузок на фиксирующей проволоке по время вращения ротора турбины.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящая заявка включает в себя множество средств для решения описанных выше проблем, и один их пример представляет собой рабочее колесо турбины, выполненное с возможностью вращения вокруг центральной оси и выполненное с возможностью соединения на наружном периферийном участке с множеством лопаток ротора турбины, каждая из которых включает в себя хвостовик лопатки и лапку стороны лопатки, причем хвостовик лопатки имеет множество уровней вогнутых-выпуклых впадин стороны лопатки и зубьев стороны лопатки в радиальном направлении, причем множество уровней впадин стороны лопатки и зубьев стороны лопатки образованы на обеих сторонах хвостовика лопатки в окружном направлении, причем лапка стороны лопатки обеспечена на одной стороне хвостовика лопатки в осевом направлении и образует первую канавку, открытую в направлении обеих сторон в окружном направлении и в направлении радиально внутренней стороны. Рабочее колесо турбины включает в себя: множество крепежных частей, которые расположены на наружном периферийном участке с интервалами в окружном направлении и образуют множество пазов, в которые вставляют в осевом направлении хвостовики лопаток для зацепления с множеством пазов; и множество лапок стороны рабочего колеса, обеспеченных на одной стороне множества крепежных частей в осевом направлении, причем каждая из множества лапок стороны рабочего колеса образует вторую канавку, открытую в направлении обеих сторон в окружном направлении и в направлении радиально внутренней стороны. Каждая из множества крепежных частей имеет множество уровней зубьев стороны рабочего колеса и множество уровней впадин стороны рабочего колеса на обеих сторонах крепежной части в окружном направлении, причем множество уровней зубьев стороны рабочего колеса и множество уровней впадин стороны рабочего колеса выполнены с возможностью соответственного зацепления с впадинами стороны лопатки и зубьями стороны лопатки в хвостовике лопатки. Множество лапок стороны рабочего колеса образованы таким образом, что вместе с лапками стороны лопатки множества лопаток ротора турбины множество лапок стороны рабочего колеса образуют канавку для проволоки для удерживания кольцевой фиксирующей проволоки, чтобы предотвратить перемещение множества лопаток ротора турбины вдоль пазов. Каждая из множества лапок стороны рабочего колеса образована таким образом, что донная поверхность второй канавки является непрерывной с донными поверхностями первых канавок, которые примыкают с обеих сторон в окружном направлении. Форма наружного контура каждой лапки стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении, образована таким образом, что форма наружного контура совпадает с формой, в которой участок конкретной формы заменен прямыми участками вдоль предварительно заданных прямых линий. Конкретная форма представляет собой часть формы наружного контура каждой крепежной части, если смотреть в осевом направлении, и включает в себя диапазон от радиально наружного конца, в направлении радиально внутренней стороны, до по меньшей мере зуба стороны рабочего колеса, примыкающего на радиально внутренней стороне к донной поверхности второй канавки. Участок расположен по меньшей мере на радиально внутренней стороне донной поверхности второй канавки и расположен на наружной стороне в окружном направлении предварительно заданных прямых линий. Каждая из предварительно заданных прямых линий проходит через центральную ось и точку в пределах диапазона вдоль конкретной формы от пересечения с донной поверхностью второй канавки до вершины зуба стороны рабочего колеса, примыкающего на радиально внутренней стороне к донной поверхности второй канавки.
Согласно настоящему изобретению кольцевая фиксирующая проволока почти равномерно прижимается к непрерывным донным поверхностям первых канавок и вторых канавок за счет действия центробежной силы во время вращения ротора турбины. Соответственно, возможно предотвратить локальное возникновение чрезмерных напряжений на фиксирующей проволоке. Дополнительно, форма наружного контура лапки стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении, является такой, что по меньшей мере часть выступающих участков удалены с лапки стороны рабочего колеса обычного рабочего колеса турбины. Соответственно, возможно предотвратить захват лапки стороны рабочего колеса хвостовиком лопатки или лапкой стороны лопатки в лопатке ротора турбины при сборке или разборке лопатки ротора турбины на рабочем колесе турбины или с него. Соответственно, возможно подавить возникновение остаточных растягивающих напряжений на рабочем колесе турбины из-за контакта между лопатками ротора турбины и лапками стороны рабочего колеса.
Проблемы, конфигурации и преимущества, отличные от описанных выше, станут очевидными из последующего пояснения вариантов осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - вид в продольном разрезе, иллюстрирующий газотурбинную установку, включающую в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения в состоянии, когда нижняя половина не показана на чертеже.
Фиг. 2 - вид в разрезе в увеличенном масштабе, иллюстрирующий участок ротора турбины, включающего в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 1.
Фиг. 3 - рисунок, иллюстрирующий соединительную конструкцию лопаток ротора турбины и рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 2, если смотреть в направлении стрелки III.
Фиг. 4 - вид в перспективе, иллюстрирующий лопатку ротора турбины, выполненную с возможностью присоединения к рабочему колесу турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 - вид спереди, иллюстрирующий участок рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 - вид в перспективе, иллюстрирующий крепежную часть и лапку стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, указанные ссылочной позицией Z на фиг. 5.
Фиг. 7 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий формы наружного контура крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в первом варианте осуществления настоящего изобретения, если смотреть в осевом направлении.
Фиг. 8 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий формы наружного сечения крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в сравнительном примере, если смотреть в осевом направлении.
Фиг. 9 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий формы наружного контура крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины во втором варианте осуществления настоящего изобретения, если смотреть в осевом направлении.
Фиг. 10 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий формы наружного контура крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в третьем варианте осуществления настоящего изобретения, если смотреть в осевом направлении.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее с использованием чертежей поясняются варианты осуществления рабочего колеса турбины в соответствии с настоящим изобретением. Настоящее изобретение применяется для рабочего колеса турбины осевых турбин.
Первый вариант осуществления
Вначале с использованием фиг. 1 поясняется конфигурация газотурбинной установки, включающей в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 представлен вид в продольном разрезе, иллюстрирующий газотурбинную установку, включающую в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения в состоянии, когда нижняя половина не показана на чертеже.
На фиг. 1 газотурбинная установка включает в себя: компрессор 1, который сжимает всасываемый воздух и генерирует сжатый воздух; сжигающее устройство 2, которое смешивает сжатый воздух, генерируемый компрессором 1, с топливом из топливной системы (не иллюстрируется) и сжигает смесь, генерируя газообразный продукт горения; и турбину 3, которая приводится во вращательное движение газообразным продуктом горения, имеющим высокую температуру и высокое давление, генерируемым в сжигающем устройстве 2. Газотурбинная установка имеет, например, сжигающее устройство типа сжигающего устройства с множеством жаровых труб, и в сжигающем устройстве с множеством жаровых труб множество сжигающих устройств 2 размещены кольцеобразно с интервалами в окружном направлении. Турбина 3 осуществляет привод компрессора 1 и нагрузки (исполнительное устройство, такое как генератор, насос и технологический компрессор), которая не показана. Компрессор 1 и турбина 3 газотурбинной установки вращаются вокруг центральной оси Ax. В турбину 3 подают сжатый воздух, отбираемый из компрессора 1 в качестве охлаждающего воздуха, чтобы охлаждать компоненты турбины 3.
Компрессор 1 включает в себя ротор 10 компрессора, который приводится во вращательное движение турбиной 3, и корпус 15 компрессора, в котором размещен ротор 10 компрессора таким образом, что ротор 10 компрессора может вращаться внутри него. Компрессор 1 представляет собой, например, осевой компрессор. Ротор 10 компрессора включает в себя множество дискообразных рабочих колес 11 компрессора, расположенных друг за другом в осевом направлении, и множество лопаток 12 ротора компрессора, которые присоединены к наружному периферийному участку каждого рабочего колеса 11 компрессора. В роторе 10 компрессора множество лопаток 12 ротора компрессора, размещенных кольцеобразно на наружном периферийном участке каждого рабочего колеса 11 компрессора, образуют один ряд лопаток ротора компрессора.
Множество лопаток 16 статора компрессора размещены кольцеобразно на стороне ниже по потоку от каждого ряда лопаток ротора компрессора в направлении течения рабочей текучей среды. Размещенные кольцеобразно лопатки 16 статора компрессора образуют один ряд лопаток статора компрессора. Ряды лопаток статора компрессора закреплены внутри корпуса 15 компрессора. В компрессоре 1 каждый ряд лопаток ротора компрессора и ряд лопаток статора компрессора, расположенный непосредственно ниже по потоку после ряда лопаток ротора компрессора, образуют одну ступень.
Турбина 3 включает в себя ротор 30 турбины, который приводится во вращательное движение газообразным продуктом горения от сжигающего устройства 2, и корпус 35 турбины, в котором размещен ротор 30 турбины таким образом, что ротор 30 турбины может вращаться внутри него. Канал P, через который течет газообразный продукт горения, образован между ротором 30 турбины и корпусом 35 турбины. Турбина 3 представляет собой осевую турбину.
Ротор 30 турбины образован путем скрепления и объединения с помощью стяжных болтов 33 множества дискообразных рабочих колес 31 турбины в сборе, которые распределены в осевом направлении, и дистанцирующих элементов 32, которые размещены между множеством рабочих колес 31 турбины в сборе. Каждое рабочее колесо 31 турбины в сборе имеет множество размещенных кольцеобразно лопаток 50 ротора турбины на его наружном периферийном участке. Размещенные кольцеобразно лопатки 50 ротора турбины образуют один ряд лопаток ротора турбины. Каждый ряд лопаток ротора турбины расположен в канале P.
Множество лопаток 36 статора турбины размещены кольцеобразно выше по потоку, относительно течения рабочей текучей среды, от каждого ряда лопаток ротора турбины. Размещенные кольцеобразно лопатки 36 статора турбины образуют один ряд лопаток статора турбины. Ряды лопаток статора турбины закреплены внутри корпуса 35 турбины таким образом, что ряды лопаток статора турбины расположены в канале P. В турбине 3 каждый ряд лопаток статора турбины и ряд лопаток ротора турбины, расположенный непосредственно ниже по потоку после ряда лопаток статора турбины, образуют одну ступень.
Ротор 30 турбины соединен с ротором 10 компрессора через промежуточный вал 38. Корпус 35 турбины соединен с корпусом 15 компрессора.
Далее с использованием фиг. 2 и фиг. 3 поясняется конфигурация ротора турбины, включающего в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 представлен вид в разрезе в увеличенном масштабе, иллюстрирующий участок ротора турбины, включающего в себя рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 1. На фиг. 3 представлен рисунок, иллюстрирующий соединительную конструкцию лопаток ротора турбины и рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 2, если смотреть в направлении стрелки III.
Как иллюстрируется на фиг. 2 и фиг. 3, каждое рабочее колесо 31 турбины в сборе ротора 30 турбины включает в себя дискообразное рабочее колесо 40 турбины и множество лопаток 50 ротора турбины, которые присоединены к наружному периферийному участку рабочего колеса 40 турбины в состоянии, в котором лопатки 50 ротора турбины распределены в окружном направлении. С помощью фиксирующей проволоки 61 предотвращается перемещение относительно рабочего колеса 40 турбины множества лопаток 50 ротора турбины, присоединенных к рабочему колесу 40 турбины. Фиксирующая проволока 61 удерживается на наружном периферийном участке рабочего колеса 40 турбины в состоянии, в котором одна концевая сторона и другая концевая сторона фиксирующей проволоки 61 перекрываются друг с другом, образуя кольцевую форму. С помощью множества удерживающих пальцев 62 предотвращается падение фиксирующей проволоки 61 с наружного периферийного участка рабочего колеса 40 турбины. Соседние рабочие колеса 40 турбины связаны через дистанцирующий элемент 32, как иллюстрируется на фиг. 2. Дистанцирующий элемент 32 имеет на его наружном периферийном участке плечевые части 32a, которые продолжаются в направлении соседних рабочих колес 40 турбины. Плечевые части 32a дистанцирующего элемента 32 выполняют функцию уплотнительных частей для уплотнения зазоров между соседними рабочими колесами 40 турбины.
Далее с использованием фиг. 2-4 поясняются конструкции лопаток ротора турбины, подлежащих присоединению к рабочему колесу турбины в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. На фиг. 4 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий лопатку ротора турбины, выполненную с возможностью присоединения к рабочему колесу турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2-4 лопатка ротора 50 турбины имеет перо 51, полку 52, ножку 53 и хвостовик 54 лопатки, которые выполнены за одно целое. Перо 51 имеет форму аэродинамического профиля, продолжающуюся в радиальном направлении R ротора 30 турбины. Полка 52 обеспечена на концевом участке пера 51 на радиально внутренней стороне Ri. Ножка 53 продолжается от полки 52 в направлении, противоположном перу 51. Хвостовик 54 лопатки обеспечен на концевом участке ножки 53 на радиально внутренней стороне Ri. Таким образом, лопатка 50 ротора турбины имеет конфигурацию, в которой перо 51, полка 52, ножка 53 и хвостовик 54 лопатки образованы в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri.
Перо 51 представляет собой часть, подлежащую размещению в канале P (см. фиг. 1) для газообразного продукта горения. Полка 52 образует часть внутренней окружной поверхности канала P для газообразного продукта горения. Ножка 53 имеет множество уплотнительных ребер 55 (четыре уплотнительных ребра на фиг. 2 и фиг. 4), которые подавляют проникновение газообразного продукта горения, например. Уплотнительные ребра 55 продолжаются в осевом направлении A от ножки 53, например, и изогнуты на их верхних концевых участках в направлении радиально наружной стороны Ro.
Как иллюстрируется на фиг. 3 и фиг. 4, хвостовик 54 лопатки представляет собой часть, подлежащую соединению с рабочим колесом 40 турбины, и имеет крепежную конструкцию, которая сужается внутрь в радиальном направлении (например, крепежную конструкцию называют как конструкция в виде перевернутой елки). Более конкретно, хвостовик 54 лопатки имеет на обеих сторонах в окружном направлении C выступающие зубья 54a стороны хвостовика лопатки, которые продолжаются в направлении, приблизительно параллельном осевому направлению A. Множество уровней выступающих зубьев 54a стороны хвостовика лопатки обеспечены в радиальном направлении R. Между множеством уровней зубьев 54a стороны хвостовика лопатки образованы впадины 54b стороны хвостовика лопатки, которые углублены в окружном направлении C относительно зубьев 54a стороны хвостовика лопатки.
Например, хвостовик 54 лопатки имеет зубья 54a1, 54a2, 54a3 и 54a4 стороны хвостовика лопатки, с первого по четвертый, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. В соответствии с зубьями 54a1, 54a2, 54a3 и 54a4 стороны хвостовика лопатки, с первого по четвертый, хвостовик 54 лопатки имеет впадины 54b1, 54b2, 54b3 и 54b4 стороны хвостовика лопатки, с первой по четвертую, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. Множество уровней зубьев стороны хвостовика лопатки образованы таким образом, что если на хвостовик 54 лопатки смотреть в осевом направлении A, расстояние между окружными позициями пары вершин на обеих сторонах каждого уровня постепенно уменьшается в следующем порядке: первые зубья 54a1 стороны хвостовика лопатки, вторые зубья 54a2 стороны хвостовика лопатки, третьи зубья 54a3 стороны хвостовика лопатки и четвертые зубья 54a4 стороны хвостовика лопатки.
Лапка 57 стороны лопатки обеспечена за одно целое на одной стороне (левая сторона на фиг. 4) хвостовика 54 лопатки в осевом направлении A. Лапка 57 стороны лопатки выступает от концевого участка хвостовика 54 лопатки на стороне ножки 53 (радиально наружная сторона Ro) в направлении радиально внутренней стороны Ri. Вместе с хвостовиком 54 лопатки лапка 57 стороны лопатки образует первую канавку 58, открытую в направлении обеих сторон в окружном направлении C и в направлении радиально внутренней стороны Ri. А именно, первая канавка 58 имеет донную поверхность 58a, образованную на радиально наружной стороне Ro. Вместе с описываемой позднее второй канавкой 46 рабочего колеса 40 турбины первая канавка 58 образует канавку 63 для проволоки для удерживания фиксирующей проволоки 61. Фиксирующая проволока 61 может быть вставлена в первую канавку 58 с внутренней стороны в радиальном направлении R. Например, первая канавка 58 образована таким образом, что радиальная позиция донной поверхности 58a расположена вблизи вершин вторых зубьев 54a2 стороны хвостовика лопатки.
Дополнительно, форма наружного контура лапки 57 стороны лопатки на обеих сторонах в окружном направлении C, если смотреть в осевом направлении A, представляет собой зубчатую форму, аналогичную форме хвостовика 54 лопатки. А именно, форма наружного контура лапки 57 стороны лопатки, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура почти совпадает (является приблизительно идентичной) с формой, которая является частью формы наружного контура хвостовика 54 лопатки, если смотреть в осевом направлении A, и которая включает в себя диапазон от наружного конца формы наружного контура в радиальном направлении R (концевого участка на стороне ножки 53) до промежуточного участка. Более конкретно, лапка 57 стороны лопатки имеет в радиальном направлении R множество уровней выступающих зубьев 57a стороны лапки лопатки на обеих сторонах в окружном направлении C. Между множеством уровней зубьев 57a стороны лапки лопатки образованы множество впадин 57b стороны лапки лопатки, которые углублены в окружном направлении C относительно зубьев 57a стороны лапки лопатки. Другими словами, лапка 57 стороны лопатки эквивалентна участку, где предварительно заданная область хвостовика 54 лопатки, которая была обработана таким образом, чтобы иметь зубья 54a и впадины 54b, продолжена в осевом направлении A.
Например, лапка 57 стороны лопатки имеет зубья 57a1, 57a2 и 57a3 стороны лапки лопатки, с первого по третий, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. В соответствии с зубьями 57a1, 57a2 и 57a3 стороны лапки лопатки, с первого по третий, лапка 57 стороны лопатки имеет впадины 57b1, 57b2 и 57b3 стороны лапки лопатки, с первой по третью, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. Как и для вершин на обеих сторонах множества уровней зубьев 54a стороны хвостовика лопатки, множество уровней зубьев 57a стороны лапки лопатки образованы таким образом, что если смотреть на лапку 57 стороны лопатки в осевом направлении A, расстояние между окружными позициями пары вершин на обеих сторонах каждого уровня постепенно уменьшается в следующем порядке: первые зубья 57a1 стороны лапки лопатки, вторые зубья 57a2 стороны лапки лопатки и третьи зубья 57a3 стороны лапки лопатки. А именно, форма наружного контура лапки 57 стороны лопатки, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура почти совпадает с формой, которая является частью формы наружного контура хвостовика 54 лопатки, если смотреть в осевом направлении A, и которая включает в себя диапазон от наружного конца формы наружного контура в радиальном направлении R (концевого участка, расположенного ближе к ножке 53), в направлении радиально внутренней стороны Ri, до третьего зуба 54a3 стороны хвостовика лопатки.
Далее с использованием фиг. 2, 3 и 5-7 поясняется рабочее колесо турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 5 представлен вид спереди, иллюстрирующий участок рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 6 представлен вид в перспективе, иллюстрирующий крепежную часть и лапку стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, указанные ссылочной позицией Z на фиг. 5. На фиг. 7 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий формы наружного контура крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в первом варианте осуществления настоящего изобретения, если смотреть в осевом направлении.
Рабочее колесо 40 турбины выполнено с использованием сплава на основе никеля в качестве исходного материала. Как иллюстрируется на фиг. 2 и фиг. 5, кольцевая более толстая часть на промежуточном участке тела 45 рабочего колеса в радиальном направлении R имеет множество болтовых отверстий 41, которые проходят насквозь через более толстую часть в осевом направлении A. Болтовые отверстия 41 обеспечены с предварительно заданными интервалами в окружном направлении C. Стяжной болт 33 вставляют через каждое болтовое отверстие 41.
Как иллюстрируется на фиг. 3 и фиг. 5, множество пазов 42 образованы на наружном периферийном участке рабочего колеса 40 турбины с предварительно заданными интервалами в окружном направлении C. Пазы 42 представляют собой канавки, которые продолжаются от одной боковой поверхности, в осевом направлении A (направление, ортогональное плоскости чертежа на фиг. 3 и фиг. 5), рабочего колеса 40 турбины до другой боковой поверхности, и открыты в направлении обеих сторон в осевом направлении A и в направлении радиально наружной стороны Ro. Пазы 42 образованы таким образом, что они комплементарны формам хвостовиков 54 лопатки лопаток 50 ротора турбины, и представляют собой части, в которые вставляют в осевом направлении A хвостовики 54 лопатки лопаток 50 ротора турбины для установки.
Другими словами, множество пазов 42 образованы путем расположения множества крепежных частей 43, которые выступают в направлении радиально наружной стороны Ro, с предварительно заданными интервалами в окружном направлении на наружном периферийном участке рабочего колеса 40 турбины. Соседние крепежные части 43 образованы таким образом, чтобы зацепляться с хвостовиком 54 лопатки в лопатке 50 ротора турбины. А именно, в соответствии с хвостовиком 54 лопатки, который имеет крепежную конструкцию, которая сужается в направлении радиально внутренней стороны Ri, каждая крепежная часть 43 имеет конструкцию, которая сужается в направлении радиально наружной стороны Ro.
Более конкретно, как иллюстрируется на фиг. 5 и фиг. 6, крепежная часть 43 имеет на обеих сторонах в окружном направлении C выступающие зубья 43a стороны крепежной части, которые продолжаются в направлении, приблизительно параллельном осевому направлению A. Множество уровней зубьев 43a стороны крепежной части обеспечены в радиальном направлении R. Между множеством уровней зубьев 43a стороны крепежной части образованы впадины 43b стороны крепежной части, которые углублены в окружном направлении C относительно зубьев 43a стороны крепежной части.
Например, как иллюстрируется на фиг. 6 и фиг. 7, крепежная часть 43 имеет зубья 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 стороны крепежной части, с первого по четвертый, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. В соответствии с зубьями 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 стороны крепежной части, с первого по четвертый, крепежная часть 43 имеет впадины 43b1, 43b2, 43b3 и 43b4 стороны крепежной части, с первой по четвертую, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. Множество уровней зубьев 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 стороны крепежной части образованы таким образом, что если на крепежную часть 43 смотреть в осевом направлении A, расстояние между окружными позициями пары вершин 43ap1, 43ap2, 43ap3 и 43ap4 на обеих сторонах каждого уровня постепенно увеличивается в следующем порядке: первые зубья 43a1 стороны крепежной части, вторые зубья 43a2 стороны крепежной части, третьи зубья 43a3 стороны крепежной части и четвертые зубья 43a4 стороны крепежной части.
Как иллюстрируется на фиг. 3, зубья 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 стороны крепежной части, с первого по четвертый, крепежной части 43 соответственно зацепляются с впадинами 54b1, 54b2, 54b3 и 54b4 стороны хвостовика лопатки, с первой по четвертую, хвостовика 54 лопатки в лопатке 50 ротора турбины. С другой стороны впадины 43b1, 43b2, 43b3 и 43b4 стороны крепежной части, с первой по четвертую, крепежной части 43 соответственно зацепляются с зубьями 54a1, 54a2, 54a3 и 54a4 стороны хвостовика лопатки, с первого по четвертый, хвостовика 54 лопатки.
Как иллюстрируется на фиг. 2 и фиг. 6, лапка 44 стороны рабочего колеса обеспечена на одной стороне каждой крепежной части 43 в осевом направлении A. Лапка 44 стороны рабочего колеса выступает от концевого участка каждой крепежной части 43 на радиально наружной стороне Ro в направлении радиально внутренней стороны Ri. Вместе с крепежной частью 43 лапка 44 стороны рабочего колеса образует вторую канавку 46, открытую в направлении обеих сторон в окружном направлении C и в направлении радиально внутренней стороны Ri. А именно, вторая канавка 46 имеет донную поверхность 46a, образованную на радиально наружной стороне Ro. Как иллюстрируется на фиг. 6 и фиг. 7, например, лапка 44 стороны рабочего колеса образована таким образом, что донная поверхность 46a второй канавки 46 расположена вблизи вершин вторых впадин 43b2 стороны крепежной части, которые расположены на радиально внутренней стороне Ri вершин 43ap2 вторых зубьев 43a2 стороны крепежной части и которые расположены на радиально наружной стороне Ro вершин 43ap3 третьих зубьев 43a3 стороны крепежной части.
Как иллюстрируется на фиг. 3 и фиг. 7, вместе с первым канавками 58 лопаток 50 ротора турбины вторые канавки 46 образуют канавку 63 для проволоки для удерживания фиксирующей проволоки 61. Фиксирующая проволока 61 может быть вставлена во вторые канавки 46 с внутренней стороны в радиальном направлении R. А именно, как иллюстрируется на фиг. 3, в состоянии, в котором хвостовики 54 лопатки лопаток 50 ротора турбины установлены в пазы 42 рабочего колеса 40 турбины, множество лапок 44 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 40 турбины и множество лапок 57 стороны лопатки лопаток 50 ротора турбины зацепляются друг с другом чередующимся образом. Тем самым множество вторых канавок 46 рабочего колеса 40 турбины и множество первых канавок 58 лопаток 50 ротора турбины непрерывно продолжают друг друга чередующимся образом, образуя кольцевую канавку 63 для проволоки.
Канавка 63 для проволоки представляет собой кольцевое пространство, открытое в направлении радиально внутренней стороны Ri, и может удерживать всю кольцевую фиксирующую проволоку 61, вставленную с внутренней стороны в радиальном направлении R. Фиксирующая проволока 61, удерживаемая в канавке 63 для проволоки, предотвращает перемещение лопаток 50 ротора турбины вдоль пазов 42 рабочего колеса 40 турбины.
Далее с использованием фиг. 5-8 поясняется форма лапок стороны рабочего колеса, которая является характерным признаком рабочего колеса турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, в сравнении со сравнительным примером. На фиг. 8 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий формы наружного контура крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в сравнительном примере, если смотреть в осевом направлении.
Вначале поясняются формы крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в сравнительном примере. Крепежные части рабочего колеса 140 турбины сравнительного примера, иллюстрируемые на фиг. 8, имеют такие же конструкции, как крепежные части 43 рабочего колеса 40 турбины в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления, иллюстрируемым на фиг. 6.
А именно, крепежная часть 43 рабочего колеса 140 турбины сравнительного примера имеет зубья 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 стороны крепежной части, с первого по четвертый, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. Крепежная часть 43 имеет впадины 43b1, 43b2, 43b3 и 43b4 стороны крепежной части, с первой по четвертую, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri, соответствующие зубьям 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 стороны крепежной части, с первого по четвертый. Множество уровней зубьев 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 стороны крепежной части образованы таким образом, что если на крепежную часть 43 смотреть в осевом направлении A, расстояние между окружными позициями пары вершин 43ap1, 43ap2, 43ap3 и 43ap4 на обеих сторонах каждого уровня постепенно увеличивается в следующем порядке: первые зубья 43a1 стороны крепежной части, вторые зубья 43a2 стороны крепежной части, третьи зубья 43a3 стороны крепежной части и четвертые зубья 43a4 стороны крепежной части.
Лапка 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера имеет, если смотреть в осевом направлении A, форму наружного контура на обеих сторонах в окружном направлении C, которая представляет собой вогнутую-выпуклую форму, аналогичную форме крепежной части 43. А именно, форма наружного контура лапки 144 стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура почти совпадает с формой, которая является частью формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и которая включает в себя диапазон от наружного конца формы наружного контура крепежной части 43 в радиальном направлении R до промежуточного участка. Более конкретно, лапка 144 стороны рабочего колеса имеет множество уровней зубьев стороны лапки рабочего колеса в радиальном направлении R, и множество уровней зубьев стороны лапки рабочего колеса обеспечены в выступающей форме на обеих сторонах в окружном направлении C. Между множеством уровней зубьев стороны лапки рабочего колеса образованы множество уровней впадин стороны лапки рабочего колеса, которые углублены в окружном направлении C относительно зубьев стороны лапки рабочего колеса.
Например, лапка 144 стороны рабочего колеса имеет зубья 144a1, 144a2, 144a3 и 144a4 стороны лапки рабочего колеса, с первого по четвертый, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. Лапка 144 стороны рабочего колеса имеет впадины 144b1, 144b2 и 144b3 стороны лапки рабочего колеса, с первой по третью, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri, соответствующие зубьям 144a1, 144a2, 144a3 и 144a4 стороны лапки рабочего колеса, с первого по четвертый. Как и для вершин 43ap1, 43ap2, 43ap3 и 43ap4 на обеих сторонах множества уровней зубьев 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 стороны крепежной части, множество уровней зубьев 144a1, 144a2, 144a3 и 144a4 стороны лапки рабочего колеса образованы таким образом, что если смотреть на лапку 144 стороны рабочего колеса в осевом направлении A, расстояние между окружными позициями пары вершин 144ap1, 144ap2, 144ap3 и 144ap4 на обеих сторонах каждого уровня постепенно увеличивается в следующем порядке: первые зубья 144a1 стороны лапки рабочего колеса, вторые зубья 144a2 стороны лапки рабочего колеса, третьи зубья 144a3 стороны лапки рабочего колеса и четвертые зубья 144a4 стороны лапки рабочего колеса. А именно, форма наружного контура лапки 144 стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура почти совпадает с конкретной формой Sc, которая является частью формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и которая включает в себя диапазон от наружного конца (верха) формы наружного контура крепежной части 43 в радиальном направлении R, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до четвертых зубьев 43a4 стороны крепежной части.
В рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, имеющем описанную выше конфигурацию, хвостовики 54 лопатки или лапки 57 стороны лопатки лопаток 50 ротора турбины в некоторых случаях могут контактировать с любым одним или больше из выступающих зубьев 144a1, 144a2, 144a3 и 144a4 стороны лапки рабочего колеса, с первого по четвертый, лапок 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины при сборке лопаток 50 ротора турбины на рабочем колесе 140 турбины или разборке с него. Это может создать остаточное растягивающее напряжение на участке основания (концевом участке на радиально наружной стороне Ro) лапки 144 стороны рабочего колеса. Соответственно, существует опасность возникновения трещин в рабочем колесе 140 турбины из-за остаточного растягивающего напряжения, создаваемого в лапке 144 стороны рабочего колеса, когда сплав на основе никеля используют в качестве исходного материала рабочего колеса 140 турбины с конструкцией сравнительного примера.
Дополнительно, прочность рабочих колес турбины, выполненных из сплава на основе никеля, повышают обычно путем выполнения дробеструйной обработки по всем поверхностям рабочих колес турбины, чтобы тем самым сгенерировать остаточные сжимающие напряжения на рабочих колесах турбины. Так как лапки 144 стороны рабочего колеса, обращенные к боковым поверхностям крепежных частей 43, имеют формы наружного контура приблизительно идентичные формам наружного контура крепежных частей 43 в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, имеющем описанную выше конфигурацию, большинство участков боковых поверхностей крепежных частей 43 будут скрыты лапками 144 стороны рабочего колеса при выполнении дробеструйной обработки. Соответственно будет трудно в достаточной степени выполнить дробеструйную обработку боковых поверхностей крепежных частей 43, обращенных к лапкам 144 стороны рабочего колеса, и существует опасность, что прочность рабочих колес 140 турбины не сможет быть повышена в достаточной степени.
Кроме того, при выполнении дробеструйной обработки необходимо предотвратить возникновение отслаивания и заусенцев на угловых участках крепежных частей 43 и лапок 144 стороны рабочего колеса. С учетом этого, угловые участки крепежных частей 43 и лапок 144 стороны рабочего колеса предварительно скругляют (закругление углов). Однако, так как формы наружного контура лапок 144 стороны рабочего колеса сравнительного примера представляют собой углубленные и выступающие формы, которые почти идентичны формам наружного контура крепежных частей 43, формы угловых участков лапок 144 стороны рабочего колеса являются сложными, и трудно повысить эффективность работы по закруглению углов.
Далее поясняются формы лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в соответствии с первым вариантом осуществления. Как иллюстрируется на фиг. 3 и фиг. 7, лапки 44 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 40 турбины рассматриваемого варианта осуществления образованы таким образом, что донные поверхности 46a вторых канавок 46 являются непрерывными с донными поверхностями 58a первых канавок 58 лопаток 50 ротора турбины, которые примыкают с обеих сторон в окружном направлении к донным поверхностям 46a вторых канавок 46. То есть канавка 63 для проволоки образована таким образом, что ее донная поверхность 63a является непрерывной кольцевой (кроме зазоров для установки). В этой конфигурации за счет действия центробежной силы при вращении с высокой скоростью ротора 30 турбины (см. фиг. 2), вся кольцевая фиксирующая проволока 61 почти равномерно прижимается к кольцевой донной поверхности 63a канавки 63 для проволоки. Соответственно, примерно равномерное напряжение создается по всей окружности фиксирующей проволоки 61.
В отличие от этого, если зазоры, которые больше, чем зазоры для установки, образованы между донными поверхностями вторых канавок и донными поверхностями первых канавок лопаток 50 ротора турбины, которые примыкают с обеих сторон в окружном направлении к донным поверхностям вторых канавок, то есть если донные поверхности вторых канавок и донные поверхности первых канавок являются прерывистыми друг с другом, фиксирующая проволока 61 чередующимся образом имеет при вращении ротора 30 турбины поддерживаемые участки, которые прижимаются к донным поверхностям первых канавок или донным поверхностям вторых канавок, и неподдерживаемые участки, которые расположены в зазорах между вторыми канавками 46 и первыми канавками 58. В этом случае существуют опасения, что чрезмерные напряжения будут локально возникать на фиксирующей проволоке 61.
Дополнительно, форма наружного контура лапки 44 стороны рабочего колеса рассматриваемого варианта осуществления, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура почти совпадает с формой, в которой участок конкретной формы заменен прямыми участками 44c вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1. Конкретная форма представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от радиально наружного конца, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до по меньшей мере зуба 43a стороны крепежной части, примыкающего на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46. Заменяемый участок конкретной формы расположен на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46 и расположен на наружной стороне в окружном направлении C предварительно заданных прямых линий Lc1. Предварительно заданная прямая линия Lc1 проходит через центральную ось Ax (см. фиг. 1) и точку в пределах диапазона вдоль конкретной формы от пересечения с донной поверхностью 46a второй канавки 46 (конца в окружном направлении донной поверхности 46a) до вершины зуба 43a стороны крепежной части, примыкающего на радиально наружной стороне Ro к донной поверхности 46a второй канавки 46.
Например, как иллюстрируется на фиг. 7, форма наружного контура лапки 44 стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, представляет собой форму, в которой участок конкретной формы S заменен прямыми участками 44c вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1. Конкретная форма S представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от радиально наружного конца (верха), в направлении радиально внутренней стороны Ri, до четвертого зуба 43a4 стороны крепежной части. То есть конкретная форма S представляет собой форму, идентичную форме наружного контура лапки 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, если смотреть в осевом направлении A (см. фиг. 8). Заменяемый участок конкретной формы расположен на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46 и расположен на наружной стороне в окружном направлении C предварительно заданных прямых линий Lc1.
Предварительно заданная прямая линия Lc1 проходит через центральную ось Ax и точку в пределах диапазона W1 вдоль описанной выше конкретной формы S от пересечения E с донной поверхностью 46a второй канавки 46 (конца в окружном направлении донной поверхности 46a) до второй вершины 43ap2 второго зуба 43a2 стороны крепежной части, примыкающего на радиально наружной стороне Ro к донной поверхности 46a второй канавки 46. Другими словами, предварительно заданная прямая линия Lc1 представляет собой линию, которая имеет начальную точку на центральной оси Ax и образована в пределах диапазона между прямой линией, проходящей через пересечение E (конец в окружном направлении донной поверхности 46a) конкретной формы S с донной поверхностью 46a второй канавки 46, и прямой линией, проходящей через вторую вершину 43ap2 второго зуба 43a2 стороны крепежной части на конкретной форме S. Если предварительно заданная прямая линия Lc1 расположена в самой внутренней позиции в окружном направлении, предварительно заданная прямая линия Lc1 совпадает с прямой линией Li1, проходящей через центральную ось Ax и пересечение E с донной поверхностью 46a второй канавки 46. С другой стороны, если предварительно заданная прямая линия Lc1 расположена в самой наружной позиции в окружном направлении, предварительно заданная прямая линия Lc1 совпадает с прямой линией Lo1, проходящей через центральную ось Ax и вторую вершину 43ap2 второго зуба 43a2 стороны крепежной части.
Таким образом, участок, расположенный на радиально наружной стороне Ro донной поверхности 46a второй канавки 46, формы наружного контура лапки 44 стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, имеет зубчатую форму, аналогичную форме крепежной части 43. С другой стороны, участок, расположенный на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46, формы наружного контура лапки 44 стороны рабочего колеса имеет прямые участки 44c вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1, в отличие от крепежной части 43.
Более конкретно, форма наружного контура лапки 44 стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, имеет зубья 44a1 и 44a2 стороны лапки рабочего колеса, с первого по второй, имеющие формы, идентичные форме наружного контура зубьев 43a1 и 43a2 стороны крепежной части, с первого по второй, в крепежной части 43, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri (в иллюстрируемом примере первый зуб 44a1 стороны лапки рабочего колеса имеет форму, срезанную таким образом, что она наклонена относительно плоскости, ортогональной осевому направлению A). Лапка 44 стороны рабочего колеса имеет впадины 44b1 и 44b2 стороны лапки рабочего колеса, с первой по вторую, с формами, идентичными форме наружного контура впадин 43b1 и 43b2 стороны крепежной части, с первой по вторую, в крепежной части 43, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri, соответствующие зубьям 44a1 и 44a2 стороны лапки рабочего колеса, с первого по второй. Прямые участки 44c представляют собой участки на радиально внутренней стороне Ri второй впадины 44b2 стороны лапки рабочего колеса и расположены в радиальных позициях, соответствующих зубьям 43a3 и 43a4 стороны крепежной части, с третьего по четвертый, и третьей впадине 43b3 стороны крепежной части.
Лапка 44 стороны рабочего колеса рассматриваемого варианта осуществления может быть сформирована с помощью механической обработки, описываемой ниже. Обработка по удалению, такая как резка вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1 от внутренней периферийной стороны до наружной периферийной стороны, выполняется на участке (участке с конкретной формой S), который продолжается в осевом направлении от предварительно заданной области крепежной части 43 в исходном материале (заготовке) рабочего колеса 40 турбины, в котором сформированы множество пазов 42. В этом случае конечная позиция на радиально наружной стороне Ro обработки по удалению представляет собой поверхность зуба, примыкающего на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46, а зубья на радиально наружной стороне Ro от донной поверхности 46a второй канавки 46 не удаляют. Следует отметить, что предварительно заданные прямые линии Lc1 определяют линии обработки для обработки по удалению на наружной стороне в окружном направлении от концов E в окружном направлении донной поверхности 46a второй канавки 46 (за исключением участков на радиально наружной стороне Ro от донной поверхности 46a второй канавки 46). Область, удаляемая из конкретной формы S, задается таким образом, что донная поверхность 46a второй канавки 46 вообще не удаляется, и вся донная поверхность 46a остается.
Соответственно, в отличие от лапок 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 сравнительного примера (см. фиг. 8), лапка 44 стороны рабочего колеса имеет конфигурацию, не имеющую зубья с третьего по четвертый и третьей впадины. А именно, в лапке 44 стороны рабочего колеса рассматриваемого варианта осуществления участки на наружной стороне в окружном направлении от предварительно заданных прямых линий Lc1 отрезаны по сравнению с лапкой на фиг. 8. Следует отметить, что если предварительно заданные линии Lc1 представляют собой прямые линии Li1, проходящие через концы E в окружном направлении донной поверхности 46a второй канавки 46, лапка 44 стороны рабочего колеса имеет конфигурацию, не имеющую также второй впадины 44b2 стороны лапки рабочего колеса.
Как было описано выше, в рабочем колесе турбины в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения каждая из множества лапок 44 стороны рабочего колеса образована таким образом, что донная поверхность 46a второй канавки 46 является непрерывной с донными поверхностями 58a первых канавок 58, которые примыкают с обеих сторон в окружном направлении к донной поверхности 46a второй канавки 46. А именно, предварительно заданные прямые линии Lc1 расположены на наружной стороне в окружном направлении от концов E в окружном направлении донной поверхности 46a второй канавки 46, тем самым позволяя оставить всю область в окружном направлении на донной поверхности 46a второй канавки 46 при отрезании части лапок 44 стороны рабочего колеса. Это позволяет донной поверхности 46a быть непрерывной с лопатками 50 ротора турбины, примыкающими в окружном направлении, образуя канавку 63 для проволоки. В соответствии с этой конфигурацией, за счет действия центробежной силы, создаваемой во время вращения ротора 30 турбины, кольцевая фиксирующая проволока 61 прижимается почти равномерно к непрерывным донным поверхностям 58a и 46a первых канавок 58 и вторых канавок 46. Соответственно, возможно предотвратить локальное возникновение чрезмерных напряжений на фиксирующей проволоке 61 во время вращения ротора 30 турбины.
Дополнительно, в рассматриваемом варианте осуществления форма наружного контура лапки 44 стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура почти совпадает с формой, в которой участок конкретной формы S заменен прямыми участками 44c вдоль предварительно заданных прямых линий L1c. Конкретная форма S представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от радиально наружного конца, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до по меньшей мере зубьев 43a стороны крепежной части, примыкающих на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46. Заменяемый участок конкретной формы S расположен на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46 и расположен на наружной стороне в окружном направлении C предварительно заданных прямых линий Lc1. Предварительно заданная прямая линия Lc1 проходит через центральную ось Ax и точку в пределах диапазона вдоль конкретной формы S от пересечения E с донной поверхностью 46a второй канавки 46 до вершины зуба 43a стороны крепежной части, примыкающего на радиально наружной стороне Ro к донной поверхности 46a второй канавки 46.
В соответствии с этой конфигурацией, по сравнению с лапкой 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, которая образована таким образом, что форма наружного контура лапки 144 стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, почти совпадает с конкретной формой S, которая является частью формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и которая включает в себя диапазон от наружного конца формы наружного контура в радиальном направлении R, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до четвертого зуба 43a4 стороны крепежной части, лапка 44 стороны рабочего колеса не включает в себя зубья в выступающей форме в позициях на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46. Другими словами, боковые поверхности на обеих сторонах в окружном направлении лапки 44 стороны рабочего колеса рассматриваемого варианта осуществления каждая состоит из плоского участка, образованного прямым участком 44c, и углубленного участка, образованного второй впадиной 44b2 стороны лапки рабочего колеса. Таким образом здесь имеется меньше выступающих участков лапки 44 стороны рабочего колеса, которые могут быть захвачены хвостовиками 54 лопатки или лапками 57 стороны лопатки лопаток 50 ротора турбины при сборке лопаток 50 ротора турбины на рабочем колесе 40 турбины или разборке с него. Соответственно, возможно подавить возникновение остаточных растягивающих напряжений из-за контактов между лапками 44 стороны рабочего колеса и хвостовиками 54 лопатки или лапками 57 стороны лопатки лопаток 50 ротора турбины. В результате подавляется возникновение трещин в рабочем колесе 40 турбины из-за остаточных растягивающих напряжений.
Кроме того, в соответствии с этой конфигурацией, по сравнению с лапкой 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, скрытые участки, получаемые на боковых поверхностях крепежных частей 43, обращенных к лапкам 44 стороны рабочего колеса, при выполнении дробеструйной обработки, сделаны меньше по размеру. Соответственно, области, где может быть выполнена достаточная дробеструйная обработка, увеличиваются по сравнению с конфигурацией рабочего колеса 140 турбины сравнительного примера, и тем самым возможно повысить прочности крепежных частей 43.
Дополнительно, в соответствии с этой конфигурацией, лапка 44 стороны рабочего колеса имеет форму наружного контура с меньшим количеством углубленных и выступающих участков, чем лапка 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, и имеет больше прямых участков в ее форме наружного контура. Соответственно, формы угловых участков лапки 44 стороны рабочего колеса являются более простыми, чем в лапке 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, и тем самым эффективность работы по закруглению углов лапок 44 стороны рабочего колеса повышается.
Дополнительно, в соответствии с этой конфигурацией зацепляющие конструкции лапок 44 стороны рабочего колеса относительно лапок 57 стороны лопатки лопаток 50 ротора турбины сохраняются на участках на радиально наружной стороне Ro донных поверхностей 46a вторых канавок 46, и недостающие участки зацепляющих конструкций ограничены радиально внутренней стороной Ri донных поверхностей 46a вторых канавок 46. Соответственно, зазоры образуются в ограниченных позициях на участках зацепления лапок 44 стороны рабочего колеса и лапок 57 стороны лопатки, когда лопатки 50 ротора турбины собраны на рабочем колесе 40 турбины, и поэтому это является предпочтительным с точки зрения внешнего вида (см. фиг. 3).
Второй вариант осуществления
Далее с использованием фиг. 9 поясняется рабочее колесо турбины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 9 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий формы наружного контура крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины во втором варианте осуществления настоящего изобретения, если смотреть в осевом направлении. Следует отметить, что части на фиг. 9, которые имеют такие же ссылочные позиции, как на фиг. 1-8, являются аналогичными частями, и поэтому их подробные описания опущены.
Отличие рабочего колеса турбины в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 9, от первого варианта осуществления заключается в формах наружного контура лапок 44A стороны рабочего колеса. В рабочем колесе 40 турбины первого варианта осуществления форма наружного контура лапки 44 стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, имеет прямые участки 44c вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1 только на участке на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46 (см. фиг. 7). В отличие от этого, в рабочем колесе 40A турбины второго варианта осуществления форма наружного контура лапки 44A стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, имеет прямые участки 44c1 и 44c2 вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1 как на участке на радиально наружной стороне Ro донной поверхности 46a второй канавки 46, так и на участке на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46.
Более конкретно, форма наружного контура лапки 44A стороны рабочего колеса рассматриваемого варианта осуществления, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура совпадает с формой, в которой один участок конкретной формы S заменен первыми прямыми участками 44c1 вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1, и другой участок конкретной формы S дополнительно заменен вторыми прямыми участками 44c2 вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1. Конкретная форма S представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от радиально наружного конца, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до четвертых зубьев 43a4 стороны крепежной части (форма наружного контура лапки 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера (см. фиг. 8), если смотреть в осевом направлении A). Участок конкретной формы S, подлежащий замене первыми прямыми участками 44c1, расположен на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46 и расположен на наружной стороне в окружном направлении C предварительно заданных прямых линий Lc1. Участок конкретной формы S, подлежащий замене вторыми прямыми участками 44c2, расположен на радиально наружной стороне Ro донной поверхности 46a второй канавки 46 и расположен на наружной стороне в окружном направлении C предварительно заданных прямых линий Lc1. Следует отметить, что предварительно заданные прямые линии Lc1 представляются собой прямые линии, имеющие определение, идентичное определению в первом варианте осуществления.
Другими словами, форма наружного контура лапки 44A стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, имеет первые зубья 44a1 стороны лапки рабочего колеса, имеющие форму, идентичную форме наружного контура первых зубьев 43a1 стороны крепежной части в крепежной части 43. Лапка 44A стороны рабочего колеса имеет впадины 44b1 и 44b2 стороны лапки рабочего колеса, с первой по вторую, формы которых идентичны форме наружного контура впадин 43b1 и 43b2 стороны крепежной части в крепежной части 43, с первой по вторую, в этом порядке в направлении радиальной внутренней стороны Ri, соответствующие первым зубьям 44a1 стороны лапки рабочего колеса. Первые прямые участки 44c1 эквиваленты прямым участкам 44c в первом варианте осуществления, и представляют собой участки на радиально внутренней стороне Ri вторых впадин 44b2 стороны лапки рабочего колеса. С другой стороны, вторые прямые участки 44c2 расположены между первыми впадинами 44b1 стороны лапки рабочего колеса и вторыми впадинами 44b2 стороны лапки рабочего колеса, и расположены в радиальных позициях, соответствующих вторым зубьям 43a2 стороны крепежной части.
Соответственно, в отличие от лапок 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, лапка 44A стороны рабочего колеса имеет конфигурацию, не имеющую зубьев со второго по четвертый и третьей впадины. Следует отметить, что если предварительно заданные прямые линии Lc1 представляют собой прямые линии Li1, проходящие через концы E в окружном направлении донной поверхности 46a второй канавки 46, лапка 44A стороны рабочего колеса имеет конфигурацию, также не имеющую вторых впадин 44b2 стороны лапки рабочего колеса.
Согласно рабочему колесу турбины второго варианта осуществления настоящего изобретения, описанного выше, могут быть получены преимущества, аналогичные преимуществам описанного перед этим первого варианта осуществления. А именно, возможно предотвратить локальное возникновение чрезмерных напряжений на фиксирующей проволоке 61 во время вращения ротора 30 турбины. Дополнительно, возможно подавить возникновение остаточных растягивающих напряжений из-за контакта между лапками 44A стороны рабочего колеса и хвостовиками 54 лопатки или лапками 57 стороны лопатки лопаток 50 ротора турбины. В результате возникновение трещин в рабочем колесе 40A турбины из-за остаточных растягивающих напряжений может быть подавлено. Кроме того, области, где может быть выполнена достаточная дробеструйная обработка, увеличиваются по сравнению с конфигурацией рабочего колеса 140 турбины сравнительного примера, и тем самым возможно повысить прочность крепежных частей 43. Дополнительно, формы угловых участков лапок 44A стороны рабочего колеса являются более простыми, чем в лапках 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, и тем самым эффективность работ по закруглению углов лапок 44A стороны рабочего колеса повышается.
Дополнительно, в рассматриваемом варианте осуществления форма наружного контура лапки 44A стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура совпадает с формой, в которой другой участок конкретной формы S (форма наружного контура лапки 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера (см. фиг. 8), если смотреть в осевом направлении A) дополнительно заменен прямыми участками 44c2 вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1. Участок конкретной формы S, подлежащий замене прямыми участками 44c2, расположен на радиально наружной стороне Ro донной поверхности 46a второй канавки 46 и расположен на наружной стороне в окружном направлении C предварительно заданных прямых линий Lc1.
В соответствии с этой конфигурацией форма наружного контура лапки 44A стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, представляет собой форму, в которой во всем диапазоне в радиальном направлении R конкретной формы S участок, расположенный на наружной стороне предварительно заданных прямых линий Lc1 в окружном направлении C, заменен прямыми участками 44c1 и 44c2 вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1. Благодаря этому, форма лапки 44A стороны рабочего колеса может быть получена с помощью обработки по удалению участков, которые продолжаются в осевом направлении от предварительно заданной области крепежной части 43, выполненной из исходного материала (заготовки) рабочего колеса 40A турбины, имеющего множество сформированных на нем пазов 42, например, путем резки прямо через продолжающийся в осевом направлении участок вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1 от внутренней периферийной стороны до наружной периферийной стороны. Соответственно, по сравнению с первым вариантом осуществления, в котором при обработке лапки 44 стороны рабочего колеса обработку по удалению исходного материала (заготовки) рабочего колеса 40 турбины необходимо остановить на промежуточном участке в радиальном направлении, лапка 44A стороны рабочего колеса может быть обработана более легко. Следует отметить, что предварительно заданные прямые линии Lc1 определяют линии обработки лапки 44A стороны рабочего колеса.
Третий вариант осуществления
Далее с использованием фиг. 10 поясняется рабочее колесо турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 10 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий формы наружного контура крепежных частей и лапок стороны рабочего колеса в рабочем колесе турбины в третьем варианте осуществления настоящего изобретения, если смотреть в осевом направлении. Следует отметить, что части на фиг. 10, которые имеют такие же ссылочные позиции, как на фиг. 1-9, являются аналогичными частями, и поэтому их подробные описания опущены.
Отличие рабочего колеса турбины в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг. 10, от второго варианта осуществления заключается в формах наружного контура лапок 44B стороны рабочего колеса. В рабочем колесе 40A турбины второго варианта осуществления форма наружного контура лапки 44A стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, имеет прямые участки 44c1 и 44c2 вдоль предварительно заданных прямых линий Lс1 (см. фиг. 9). В отличие от этого, в рабочем колесе 40B турбины третьего варианта осуществления форма наружного контура лапки 44B стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, имеет прямые участки вдоль других предварительно заданных прямых линий Lc3, которые отличаются от прямых линий Lc1.
Более конкретно, форма наружного контура лапки 44B стороны рабочего колеса рассматриваемого варианта осуществления, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура почти совпадает с формой, в которой участок конкретной формы S заменен прямыми участками 44c3 и 44c4 вдоль предварительно заданных прямых линий Lc3. Конкретная форма S представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от радиально наружного конца, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до четвертого зуба 43a4 стороны крепежной части (форма наружного контура лапки 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера (см. фиг. 8), если смотреть в осевом направлении A).
Предварительно заданная прямая линия Lc3 проходит через центральную ось Ax и точку в пределах диапазона W3 вдоль конкретной формы S от пересечения I прямой линии Li3 и третьего зуба 43a3 стороны крепежной части, примыкающего на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46, до вершины 43ap3 третьего зуба 43a3 стороны крепежной части. Прямая линия Li3 проходит через центральную ось Ax (см. фиг. 1) и вершину 43ap2 второго зуба 43a2 стороны крепежной части, примыкающего на радиально наружной стороне Ro к донной поверхности 46a второй канавки 46. Другими словами, предварительно заданная прямая линия Lc3 представляет собой линию, которая имеет начальную точку на центральной оси Ax и образована в пределах диапазона между прямой линией, проходящей через вершину 43ap2, на конкретной форме S, второго зуба 43a2 стороны крепежной части, примыкающего на радиально наружной стороне Ro к донной поверхности 46a второй канавки 46, и прямой линией, проходящей через вершину 43ap3, на конкретной форме S, третьего зуба 43a3 стороны крепежной части, примыкающего на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46. Если предварительно заданная прямая линия Lc3 расположена в самой внутренней позиции в окружном направлении, предварительно заданная прямая линия Lc3 совпадает с прямой линией Li3, проходящей через центральную ось Ax и вторую вершину 43ap2 второго зуба 43a2 стороны крепежной части. С другой стороны, если предварительно заданная прямая линия Lc3 расположена в самой наружной позиции в окружном направлении, предварительно заданная прямая линия Lc3 совпадает с прямой линией Lo3, проходящей через центральную ось Ax и третью вершину 43ap3 третьего зуба 43a3 стороны крепежной части.
Например, форма наружного контура лапки 44B стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, имеет зубья 44a1 и 44a2 стороны лапки рабочего колеса, с первого по второй, имеющие формы, идентичные формам наружного контура зубьев 43a1 и 43a2 стороны крепежной части в крепежной части 43, с первого по второй, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri. Лапка 44B стороны рабочего колеса имеет впадины 44b1 и 44b2 стороны лапки рабочего колеса, с первой по вторую, имеющие формы, идентичные формам наружного контура впадин 43b1 и 43b2 стороны крепежной части, с первой по вторую, в этом порядке в направлении радиально внутренней стороны Ri, соответствующие зубьям 44a1 и 44a2 стороны лапки рабочего колеса, с первого по второй, и имеет третью впадину 44b3 стороны лапки рабочего колеса. Далее, лапка 44B стороны рабочего колеса имеет два разделенных прямых участка вдоль предварительно заданных прямых линий Lc3, которые представляют собой первый прямой участок 44c3 и второй прямой участок 44c4. Первый прямой участок 44c3 представляет собой участок на радиально внутренней стороне Ri третьей впадины 44b3 стороны лапки рабочего колеса, и расположен в радиальной позиции, соответствующей четвертому зубу 43a4 стороны крепежной части. Второй прямой участок 44c4 расположен между второй впадиной 44b2 стороны лапки рабочего колеса и третьей впадиной 44b3 стороны лапки рабочего колеса, и расположен в радиальной позиции, соответствующей третьему зубу 43a3 стороны крепежной части.
Соответственно, в отличие от лапок 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, лапка 44B стороны рабочего колеса имеет конфигурацию, не имеющую зубья с третьего по четвертый. Следует отметить, что если предварительно заданная прямая линия Lc3 представляет собой прямую линию Li3, проходящую через вторую вершину 43ap2 второго зуба 43a2 стороны крепежной части, лапка 44B стороны рабочего колеса имеет конфигурацию, также не имеющую третьей впадины 44b3 стороны лапки рабочего колеса. С другой стороны, если предварительно заданная прямая линия Lc3 представляет собой прямую линию Lo3, проходящую через третью вершину 43ap3 третьего зуба 43a3 стороны крепежной части, лапка 44B стороны рабочего колеса имеет конфигурацию, не имеющую только четвертого зуба.
Согласно рабочему колесу турбины третьего варианта осуществления настоящего изобретения, описанного выше, могут быть получены преимущества, аналогичные преимуществам описанного перед этим второго варианта осуществления. А именно, возможно предотвратить локальное возникновение чрезмерных напряжений на фиксирующей проволоке 61 во время вращения ротора 30 турбины. Дополнительно, возможно подавить возникновение остаточных растягивающих напряжений из-за контакта между лапками 44B стороны рабочего колеса и хвостовиками 54 лопатки или лапками 57 стороны лопатки лопаток 50 ротора турбины. В результате возникновение трещин в рабочем колесе 40B турбины из-за остаточных растягивающих напряжений может быть подавлено. Кроме того, области, где может быть выполнена достаточная дробеструйная обработка, увеличиваются по сравнению с конфигурацией рабочего колеса 140 турбины сравнительного примера, и тем самым возможно повысить прочность крепежных частей 43. Дополнительно, формы угловых участков лапок 44B стороны рабочего колеса являются более простыми, чем в лапках 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера, и тем самым эффективность работ по закруглению углов лапок 44B стороны рабочего колеса повышается.
Дополнительно, в рассматриваемом варианте осуществления предварительно заданная прямая линия Lc3 представляет собой линию, которая имеет начальную точку на центральной оси Ax и образована с диапазоне между прямой линией, проходящей через вершину, на конкретной форме S, зуба 43a стороны крепежной части, примыкающего на радиально наружной стороне Ro к донной поверхности 46a второй канавки 46, и прямой линией, проходящей через вершину, на конкретной форме S, зуба стороны крепежной части, примыкающего на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности второй канавки 46. Согласно этой конфигурации форма наружного контура лапки 44B стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, представляет собой форму, в которой во всем диапазоне в радиальном направлении R конкретной формы S, участок, расположенный на наружной стороне предварительно заданной прямой линии Lc3 в окружном направлении C, заменен прямыми участками 44c3 и 44c4 вдоль предварительно заданной прямой линии Lc3. Соответственно, форма лапки 44B стороны рабочего колеса может быть получена с помощью обработки по удалению участков, которые продолжаются в осевом направлении A от предварительно заданной области крепежной части 43, выполненной из исходного материала (заготовки) рабочего колеса 40B турбины, имеющего сформированные на нем множество пазов 42, например, путем резки прямо через продолжающиеся в осевом направлении участки вдоль предварительно заданных прямых линий Lc3 от внутренней периферийной стороны до наружной периферийной стороны. Соответственно, по сравнению с первым вариантом осуществления, в котором обработку по удалению исходного материала (заготовки) рабочего колеса 40 турбины необходимо остановить на промежуточном участке в радиальном направлении при обработке лапки 44 стороны рабочего колеса, лапка 44B стороны рабочего колеса может быть обработана более легко. Следует отметить, что предварительно заданные прямые линии Lc3 определяют линии обработки лапки 44B стороны рабочего колеса.
Другие варианты осуществления
Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления с первого по третий, а включает в себя различные примеры модификаций. Описанные выше варианты осуществления были пояснены подробно, чтобы пояснить настоящее изобретение простым для понимания образом, и настоящее изобретение не обязательно ограничивается вариантами осуществления, включающими в себя все поясненные конфигурации. Например, некоторые из конфигураций одного варианта осуществления могут быть заменены на конфигурации другого варианта осуществления, и конфигурации одного варианта осуществления также могут быть добавлены к конфигурациям другого варианта осуществления. Дополнительно, некоторые из конфигураций каждого варианта осуществления могут иметь другие дополнительные конфигурации, могут быть удалены или заменены другими конфигурациями.
Например, в примерах конфигураций, иллюстрируемых в описанных выше вариантах осуществления с первого по третий, крепежная часть 43 рабочих колес 40, 40A и 40B турбины имеет четыре уровня зубьев 43a1, 43a2, 43a3 и 43a4 и четыре уровня впадин 43b1, 43b2, 43b3 и 43b4, и хвостовик 54 лопатки в лопатке 50 ротора турбины имеет четыре уровня зубьев 54a1, 54a2, 54a3 и 54a4 и четыре уровня впадин 54b1, 54b2, 54b3 и 54b4. Однако крепежные части рабочего колеса турбины и хвостовики лопатки лопаток ротора турбины могут каждый иметь конфигурацию, имеющую по меньшей мере два уровня зубьев.
Дополнительно, в примерах, иллюстрируемых в описанных выше вариантах осуществления, лапки 44, 44A и 44B стороны рабочего колеса образованы таким образом, что радиальная позиция донной поверхности 46a второй канавки 46 расположена вблизи вершин вторых впадин 43b2 стороны крепежной части на радиально внутренней стороне Ri первых вершин 43ap1 первых зубьев 43a1 стороны крепежной части. Однако донная поверхность 46a второй канавки 46 также может быть образована в любой позиции, которая находится на радиально внутренней стороне Ri первых вершин 43ap1 первых зубьев 43a1 стороны крепежной части, расположенных в самой наружной позиции на радиально наружной стороне Ro во множестве уровней зубьев стороны крепежной части, и которая находится на радиально наружной стороне Ro четвертых вершин 43ap4 четвертых зубьев 43a4 стороны крепежной части, расположенной в самой внутренней позиции на радиально внутренней стороне Ri.
Дополнительно, в примерах, поясняемых в приведенных выше вариантах осуществления, конкретная форма S для определения формы наружного контура лапки 44, 44A и 44B стороны рабочего колеса в рабочем колесе 40, 40A и 40B турбины, если смотреть в осевом направлении A, представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от наружного конца (верха) формы наружного контура в радиальном направлении R, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до четвертых зубьев 43a4 стороны крепежной части. Однако конкретная форма S также может быть образована таким образом, что конкретная форма S представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от наружного конца (верха) формы наружного контура в радиальном направлении R, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до третьих зубьев 43a3 стороны крепежной части, примыкающих на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46. Дополнительно, если донная поверхность 46a второй поверхности 46 образована в описанной выше позиции, конкретная форма S может быть образована таким образом, что конкретная форма S представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от наружного конца (верха) формы наружного контура в радиальном направлении R, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до по меньшей мере зубьев 43a стороны крепежной части, примыкающих на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46.
Заключение
Таким образом, описанные выше варианты осуществления с первого по третий и другие варианты осуществления имеют по меньшей мере признаки, подобные поясняемым ниже. А именно, рабочие колеса 40, 40A и 40B турбины включают в себя: множество крепежных частей 43, которые расположены на наружном периферийном участке с интервалами в окружном направлении и образуют множество пазов 42, в которые вставляют хвостовики 54 лопаток в осевом направлении для зацепления с множеством пазов 42; и множество лапок 44, 44A и 44B стороны рабочего колеса, каждая из которых обеспечена на одной стороне множества крепежных частей 43 в осевом направлении и образует вторые канавки 46, открытые в направлении обеих сторон в окружном направлении и в направлении радиально внутренней стороны. Каждая из множества крепежных частей 43 имеет множество уровней зубьев 43a стороны крепежной части (зубьев стороны рабочего колеса) и множество уровней впадин 43b стороны крепежной части (впадин стороны рабочего колеса) на обеих сторонах крепежной части 43 в окружном направлении. Множество уровней зубьев 43a стороны крепежной части (зубьев стороны рабочего колеса) и множество уровней впадин 43b стороны крепежной части (впадин стороны рабочего колеса) соответственно зацепляются с впадинами 54b стороны хвостовика лопатки (впадинами стороны лопатки) и зубьями 54a стороны хвостовика лопатки (зубьями стороны лопатки) в хвостовике 54 лопатки. Множество лапок 44, 44A и 44B стороны рабочего колеса образованы таким образом, что вместе с лапками 57 стороны лопатки множества лопаток 50 ротора турбины множество лапок 44, 44A и 44B стороны рабочего колеса образуют канавку 63 для проволоки для удерживания кольцевой фиксирующей проволоки 61, которая предотвращает перемещение множества лопаток 50 ротора турбины вдоль пазов 42. Каждая из множества лапок 44, 44A и 44B стороны рабочего колеса образована таким образом, что донная поверхность 46a второй канавки 46 является непрерывной с донными поверхностями 58a первых канавок 58, которые примыкают с обеих сторон в окружном направлении к донной поверхности 46a второй канавки 46. Форма наружного контура лапки 44, 44A и 44B стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, образована таким образом, что форма наружного контура совпадает с формой, в которой участок конкретной формы S заменен прямыми участками 44c, 44c1, 44c2, 44c3 и 44c4 вдоль предварительно заданных прямых линий Lc1 или Lc3. Конкретная форма S представляет собой часть формы наружного контура крепежной части 43, если смотреть в осевом направлении A, и включает в себя диапазон от радиально наружного конца, в направлении радиально внутренней стороны Ri, до по меньшей мере зубьев 43a стороны крепежной части (зубьев стороны рабочего колеса), примыкающих на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46. Участок конкретной формы S расположен по меньшей мере на радиально внутренней стороне Ri донной поверхности 46a второй канавки 46 и расположен на наружной стороне в окружном направлении C предварительно заданных прямых линий Lc1 или Lc3. Каждая предварительно заданная прямая линия Lc1 или Lc3 проходит через центральную ось Ax и точку в пределах диапазона W1 или W3 вдоль конкретной формы S от пересечения E с донной поверхностью 46a второй канавки 46 до вершины зуба 43a стороны крепежной части (зуба стороны рабочего колеса), примыкающего на радиально внутренней стороне Ri к донной поверхности 46a второй канавки 46.
В соответствии с этой конфигурацией, кольцевая фиксирующая проволока 61 прижимается почти равномерно к непрерывным донным поверхностям 58a и 46a первых канавок 58 и вторых канавок 46 за счет действия центробежной силы, создаваемой во время вращения ротора 30 турбины. Соответственно, возможно предотвратить локальное возникновение чрезмерных напряжений на фиксирующей проволоке 61. Дополнительно, форма наружного контура лапки 44, 44A или 44B стороны рабочего колеса, если смотреть в осевом направлении A, представляет собой форму, в которой по меньшей мере часть выступающих участков удалена из лапки 144 стороны рабочего колеса в рабочем колесе 140 турбины сравнительного примера. Соответственно, возможно предотвратить захват лапки 44, 44A или 44B стороны рабочего колеса хвостовиком 54 лопатки или лапкой 57 стороны лопатки в лопатке 50 ротора турбины при сборке лопатки 50 ротора турбины на рабочем колесе 40, 40A или 40B турбины или разборке с него. В результате возникновение остаточных растягивающих напряжений на рабочих колесах 40, 40A или 40B турбины из-за контакта между лопатками 50 ротора турбины и лапками 44, 44A или 44B стороны рабочего колеса может быть подавлено.