CN102808658B - 蒸汽涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有确保相对于应力腐蚀开裂、低周疲劳以及高周疲劳的充足的强度并且能承受长期运行的长寿命化的叉形的紧固构造的蒸汽涡轮机。蒸汽涡轮机具有：具有沿轴向排列多个的转子侧叉（4a~4h）的涡轮转子（2）；具有沿上述涡轮转子（2）的轴向排列多个、并与上述多个转子侧叉（4a~4h）相互配合的叶片侧叉（3a~3g）的涡轮叶片（1）；以及为了将它们结合而沿上述涡轮转子（2）的轴向插入上述涡轮转子（2）的径向位置不同的多个销孔（6a、7a）的多个叉销（5a），其中，上述叶片侧叉（3a~3g）的销孔（6a）的内径与上述叉销（5a）的直径之间的间隙根据上述涡轮转子的轴向位置而不同。

Description

蒸汽涡轮机

技术领域

本发明涉及具有叉型叶片插入部（Fork-typebladeattachment）的蒸汽涡轮机。

背景技术

作为结合涡轮叶片与涡轮转子的一个构造，有叉型叶片插入部。该叉型叶片插入部的构造如下，使形成于涡轮叶片的下部的叶片侧叉（bladefork）与形成于涡轮转子的转子侧叉（rotorfork）交替组合，将涡轮转子的径向位置不同的多个叉销（fork-pin）沿涡轮转子的轴向插入并将二者结合。在以往技术中，叉销的直径在轴向是恒定的，并且销孔的内径在轴向也是恒定的。

该叉型叶片插入部的构造具有能够承担高的离心载荷的特征，从而多采用于蒸汽涡轮机的低压最终阶段、或者比最终阶段高一级的高压侧的阶段中。在这些阶段中，在高的离心载荷下振动载荷重叠，并且为蒸汽中微量含有的腐蚀介质浓缩的腐蚀环境，因此必须相对于应力腐蚀开裂、由起动、停止引起的低周疲劳、高平均应力下的高周疲劳，确保充足的强度。

作为用于提高这些强度的技术，公知有如下对策，即，对销孔实施喷丸硬化或激光喷丸而赋予压缩残留应力的对策（例如，参照专利文献1、2），以及对销孔实施固体润滑膜来降低摩擦系数从而实现长寿命化的对策（例如，参照专利文献3）。

专利文献1：日本特开昭63-248901号公报

专利文献2：日本特开2010-43595号公报

专利文献3：日本特开2001-12208号公报

上述的对策能够在实施后不久具有充足的效果，但对于长期运行的效果的持续性而言，有不一定能够保障的课题。例如，若考虑经过10年以上的长期运行，则有赋予的压缩残留应力的绝对值逐渐减少的可能性、超过润滑被膜的耐用年限的可能性。

如上所述，对于蒸汽涡轮机的低压最终阶段、或者比最终阶段高一级的高压侧的阶段所采用的叉型叶片插入部而言，需要确保相对于应力腐蚀开裂、由起动、停止引起的低周疲劳、高平均应力下的高周疲劳具有充足的强度，并且需要能够持续长期的效果的长寿命化。

发明内容

本发明是基于上述情况而产生的，其目的在于提供具有如下叉形的结合构造的蒸汽涡轮机，即，能够确保相对于应力腐蚀开裂、低周疲劳以及高周疲劳具有充足的强度，并能够承受长期运行的长寿命化。

为了达成上述目的，第一发明的蒸汽涡轮机具有：涡轮转子，该涡轮转子具有沿轴向排列多个的转子侧叉；涡轮叶片，该涡轮叶片具有沿上述涡轮转子的轴向排列多个的叶片侧叉，该多个叶片侧叉与上述多个转子侧叉相互配合；以及多个叉销，为了将上述涡轮转子与上述涡轮叶片结合，而沿上述涡轮转子的轴向插入上述涡轮转子的径向位置不同的多个销孔，其中，上述叶片侧叉的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙根据上述涡轮转子的轴向位置而不同。

并且，第二发明的蒸汽涡轮机具有：涡轮转子，该涡轮转子具有沿轴向排列多个的转子侧叉；涡轮叶片，该涡轮叶片具有沿上述涡轮转子的轴向排列多个的叶片侧叉，该多个叶片侧叉与上述多个转子侧叉相互配合；以及多个叉销，为了将上述涡轮转子与上述涡轮叶片结合，而沿上述涡轮转子的轴向插入上述涡轮转子的径向位置不同的多个销孔，其中，上述叉销的直径根据上述涡轮转子的轴向位置而不同。

另外，第三发明在第一发明的基础上，其特征在于，上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，在上述轴向蒸汽入口端与上述轴向中央部之间，还具备形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔形成为，上述叶片侧叉的蒸汽入口端的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙大于上述叶片侧叉的轴向位置不同的部位的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙。

并且，第四发明在第二发明的基础上，其特征在于，上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，在上述轴向蒸汽入口端与上述轴向中央部之间，还具备形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，插入上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔的叉销形成为，在上述叶片侧叉的蒸汽入口端的上述叉销的直径小于在上述叶片侧叉的轴向位置不同的部位的上述叉销的直径。

另外，第五发明在第一发明的基础上，其特征在于，上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，还具备在上述轴向蒸汽入口端与上述轴向中央部之间形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔形成为，上述叶片侧叉的蒸汽出口端的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙大于上述叶片侧叉的轴向位置不同的部位的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙。

并且，第六发明在第二发明的基础上，其特征在于，上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，还具备在上述轴向蒸汽入口端与上述轴向中央部之间形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，插入上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔的叉销形成为，在上述叶片侧叉的蒸汽出口端的上述叉销的直径小于在上述叶片侧叉的轴向位置不同的部位的上述叉销的直径。

另外，第七发明在第二发明的基础上，其特征在于，上述叉销具备在销直径小的部位上沿轴向使销直径恒定而形成的平行部、以及从上述平行部沿轴向使销直径增加而形成的锥形部，对上述平行部与上述锥形部的交点实施平滑的圆弧加工。

并且，第八发明在第一发明的基础上，其特征在于，在上述叶片侧叉的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙形成得较大的部位，上述间隙除以上述叉销的最大直径得到的值为0.984以上0.992以下。

另外，第九发明在第七发明的基础上，其特征在于，上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，还具备在上述轴向蒸汽入口端与上述轴向中央部之间形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，插入上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔的叉销构成为，销直径沿轴向开始减少的开始点与上述叶片侧叉的蒸汽出口端之间的轴向距离除以上述叶片侧叉的轴向宽度得到的值为0.3以上0.6以下。

并且，第十发明在第七发明的基础上，其特征在于，上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，还具备在上述轴向蒸汽入口端与上述轴向中央部之间形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，插入上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔的叉销构成为，销直径沿轴向开始减少的开始点与上述叶片侧叉的蒸汽入口端之间的轴向距离除以上述叶片侧叉的轴向宽度得到的值为0.3以上0.6以下。

另外，第十一发明在第七发明的基础上，其特征在于，上述涡轮叶片为钛合金制的。

根据本发明，对于在蒸汽入口端与轴向中央部之间、以及蒸汽出口端与轴向中央部之间形成于涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉而言，能够降低在上述叶片侧叉的背侧的周向宽度比腹侧宽度窄的部位中的载荷分配，而能够降低销孔的局部应力，从而能够提供具备有相对于低周疲劳、应力腐蚀开裂的高可靠性且长寿命化的叉型叶片插入部的蒸汽涡轮机。

附图说明

图1是表示构成本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的立体图。

图2是表示构成本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的横剖视图。

图3是放大表示图2所示的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的A部的横剖视图。

图4是放大表示图2所示的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的B部的横剖视图。

图5是对构成本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式的销孔的低周疲劳寿命进行了分析评价的特性图。

图6是对构成本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式的销孔的载荷分配进行了分析评价的特性图。

图7是表示构成本发明的蒸汽涡轮机的第二实施方式的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的横剖视图。

图8是放大表示图7所示的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的A部的横剖视图。

图9是表示构成本发明的蒸汽涡轮机的第三实施方式的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的横剖视图。

图10是放大表示图9所示的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的A部的横剖视图。

符号说明

1—涡轮叶片，2—涡轮转子，3a、3b—叶片侧叉，4a、4b—转子侧叉，5a、5b—叉销，6a、6b—叶片侧叉的销孔，7a、7b—转子侧叉的销孔，8—连接径向位置不同的叉销的中心的直线，9—转子中心线，10—轮廓的根部截面，11—位于轴向中央部的平台，12—位于轴向入口端的平台，13—位于轴向出口端的平台，14—通过最外周的叉销的中心线并垂直于径向的截面，15—叉编号#2的叶片侧叉的蒸汽入口侧端面的背侧的周向宽度，16—叉编号#2的叶片侧叉的蒸汽入口侧端面的腹侧的周向宽度，17—叉编号#2的叶片侧叉的蒸汽入口侧端面的销孔内径，18—叉编号#2的叶片侧叉的蒸汽出口侧端面的销孔内径，19—销直径形成为小的平行部长度，20—锥形部，21—叉编号#（n-1）的叶片侧叉的蒸汽出口侧端面的背侧的周向宽度，22—叉编号#（n-1）的叶片侧叉的蒸汽出口侧端面的腹侧的周向宽度，23—叉编号#（n-1）的叶片侧叉的蒸汽出口侧端面的销孔内径，24—叉编号#（n-1）的叶片侧叉的蒸汽入口侧端面的销孔内径，25—叉编号#（n-1）的叶片侧叉与叉编号#（m-1）的转子侧叉的边界，26—叉编号#2的叶片侧叉的锥形销径增加的开始点与叉编号#2的叶片侧叉的出口端之间的距离，27—叉编号#2的叶片侧叉与叉编号#2的转子侧叉的边界，28—叉编号#（n-1）的叶片侧叉的锥形销径增加的开始点与叉编号#（n-1）的叶片侧叉的入口端之间的距离，29—叉编号#2的叶片侧叉、叉编号#（n-1）的叶片侧叉的轴向宽度，30—叉编号#2的叶片侧叉的蒸汽入口侧端面的销孔内径，31-叉编号#2的叶片侧叉的蒸汽出口端面的销孔内径，40-表示径向的箭头，41—表示轴向的箭头，42—表示周向的箭头，X—表示蒸汽方向的箭头，Y—表示旋转方向的箭头。

具体实施方式

以下，使用附图，对本发明的蒸汽涡轮机的实施方式进行说明。

实施例1

图1是表示构成本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的立体图，图2是表示构成本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的横剖视图，图3是放大表示图2所示的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的A部的横剖视图，图4是放大表示图2所示的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的B部的横剖视图。

图1中，叉型叶片插入部具有：设于涡轮叶片1的下部的多个叶片侧叉3；以及形成于涡轮转子2、并与叶片侧叉3配合的多个转子侧叉4。叶片侧叉3与转子侧叉4分别设有销孔6a~6c、7a~7c，通过沿涡轮转子的轴向41分别向这些销孔6a~6c、7a~7c插入叉销5a~5c（本例中使用六根叉销）来进行结合。六根叉销5a~5c的中心线8在通过涡轮转子2的中心线9的径向40线上具有间隔地配置。此处，蒸汽从箭头X所示的方向流入，而使涡轮叶片1与涡轮转子2沿箭头Y的方向旋转。

涡轮叶片1的根部截面的轮廓10为圆弧形状，因此涡轮叶片1的平台（基端部）的轴向中央部11位于比轴向入口端12以及轴向出口端13靠近周向42的背侧（表示涡轮叶片1的旋转方向的箭头7的前端侧）。

图2的表示涡轮叶片1与涡轮转子2的结合构造的横截面在图1中表示为，在径向40的最外周位置的叉销5a的中心线上与径向40垂直的截面14的形状。图2中，以S表示周向42的背侧，以P表示周向42的腹侧。此处，若将叶片侧叉3的根数设为n，则将蒸汽入口侧的叶片侧叉3的叉编号设为#1而依次编号，从而蒸汽出口端的叉编号定义为#n。并且，若将转子侧叉4的根数设为m，则同样地，从蒸汽入口侧开始依次编号，而蒸汽出口端的叉编号定义为#m。图2中，作为一例，表示叶片侧叉3在涡轮转子2的轴向41配置七根、转子侧叉4在涡轮转子2的轴向41配置八根的情况。

图2中，在叉编号#1的叶片侧叉3a与叉编号#n的叶片侧叉3g中，且在背（S）侧与腹（P）侧的两端配置有叉销5a、5a。并且，在叉编号#3~叉编号#（n-2）的叶片侧叉3c~3e中，叉销5a以贯通各叶片侧叉3c~3e的大概周向42中央的方式配置。

从蒸汽入口侧开始第二根的叉编号#2的叶片侧叉3b在轴向入口端12与轴向中央部11之间形成于涡轮叶片1的平台的周向42位置变化的区域。在该情况下，由于构造上的限制，如图2的A部详细图（图3）所示，叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端中的背（S）侧端面的周向宽度15比腹（P）侧端面的周向宽度16小。若周向宽度15窄，则刚性低，从而图3所示的销孔6a的端部侧C点的应力集中系数有增加的趋势。

本发明的特征在于，像这样的具有非对称形状的叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的销孔6a的内径17与叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的叉销5a的直径D1之间的间隙为（17－D1），叉编号#2叶片侧叉3b的出口端的销孔6a的内径18与叉销5a的直径D的间隙为（18－D），其中，间隙（17－D1）大于间隙（18－D）。

本实施方式中，表示了如下情况，即，叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的销孔6a的内径17与蒸汽出口端的销孔6a的内径18相同，因此叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的叉销5a的直径D1小于蒸汽出口端的直径D。

在叉销5a上，设有销直径小的区域在轴向41具有一定长度的平行部19a，叉编号#2的叶片侧叉3b与叉编号#2的转子侧叉4b的边界27配置成与该销直径小的平行部19a内对置。在叉销5a上形成有锥形部20a、20b，该锥形部20a、20b形成为销直径从平行部19a开始沿轴向41渐渐增加。为了降低叉销5a的应力集中系数，在锥形部20a、20b与销直径小的区域的平行部19a之间实施平滑的圆弧加工。

通过在叉销5a中采用像这样的锥形销构造，与销直径在轴向41恒定的以往技术相比，能够有如下效果，即，使叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的载荷分配降低，而降低周向42宽度窄的销孔6a的C点的局部应力。通过降低局部应力，相对于应力腐蚀开裂、由起动、停止引起的低周疲劳、高平均应力的高周疲劳而能够产生长寿命化的效果。并且，通过将销直径小的平行部19a设在与叉编号#2的叶片侧叉3b与叉编号#2的转子侧叉4b的边界27对置的位置，从而与没有平行部19a的情况相比，能够有更加使局部压力降低的效果。

返回图2，从蒸汽出口侧开始第二根的叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f在轴向出口端13与轴向中央部11之间形成于涡轮叶片1的平台的周向42位置变化的区域。如表示图2的B部详细构造的图4所示，由于构造上的限制，叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的蒸汽出口侧端面的背（S）侧的周向宽度21比腹（P）侧的周向宽度21小。因此，图4所示的销孔6a的E点的应力集中系数有增加的趋势。

本发明的特征在于，像这样的具有非对称形状的叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的蒸汽出口端的销孔6a的内径23与叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的蒸汽出口端的叉销5a的直径D1之间的间隙为（23－D1），叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的蒸汽入口端的销孔6a的内径24与叉销5a的直径D之间的间隙为（24－D），其中，间隙（23－D1）大于间隙（24－D）。

对于叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的锥形销形状而言，优选为在轴向41与上述的叉编号#2的叶片侧叉3b的形状镜像对称的形状。即，在叉销5a上，设有销直径小的区域在轴向41上具有一定长度的平行部19b，叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f与#（m-1）的转子侧叉4g的边界25配置成与该销直径小的平行部19b内对置。在叉销5a上形成有锥形部20c、20d，该锥形部20c、20d形成为销直径从平行部19b开始沿轴向41渐渐增加。为了降低叉销5a的应力集中系数，在锥形部20c、20d与销直径小的区域的平行部19b之间实施平滑的圆弧加工。

通过采用像这样的锥形销构造，能够有与叉编号#2的叶片侧叉3b的情况相同的效果，即，降低周向42宽度窄的销孔6a的E点的局部应力的效果。

即使采用仅叉编号#2的叶片侧叉3b的部分形成为锥形状的叉销5a，也能够得到应力降低效果，但是该情况下，在叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的销孔6a的E点，有局部应力增加的可能性。因此，优选采用叉编号#2的叶片侧叉3b与叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f双方的部分均形成为锥形状的叉销5a。并且，通过使锥形销的形状如上述那样地形成为在轴向41镜像对称的形状，从而能够在组装时防止搞错叉销5a的入口端12侧与出口端13侧的朝向而插入。

图3及图4所示的叉销5a的直径小的部位的直径D1与最大直径D的比亦即D1/D的值优选为0.984以上0.992以下。在D1/D的值小于这些值的情况下，在叉编号#2的叶片侧叉3b或者叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的周向宽度窄的销孔6a的C点或者E点的应力集中部，有无法得到充足的应力降低效果的问题。另一方面，在D1/D的值大于这些值的情况下，由于叉编号#2的叶片侧叉3b的销孔6a与叉销5a的轴向41的接触宽度变窄，因此有销孔6a的C点在轴向41的相反侧的部位的F点的局部应力增加的问题。同样，由于叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的销孔6a与叉销5a的轴向41的接触宽度变窄，因此有销孔6a的E点在轴向41的相反侧的部位的G点的局部应力增加的问题。

在图3所示的叉编号#2的叶片侧叉3b中，将叉销5a的销直径在轴向开始减少的点H至叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽出口端为止的轴向41的距离26定义为尺寸W1，将叉编号#2的叶片侧叉3b的轴向41的宽度27定义为尺寸W，此时，它们的比的W1/W的值优选为0.3以上0.6以下。同样，在图4所示的叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f中，将叉销5a的销直径在轴向开始减少的点I至叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的蒸汽出口端为止的轴向41的距离28定义为尺寸W1，将叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的轴向41的宽度29定义为尺寸W，此时，它们的比的W1/W的值优选为0.3以上0.6以下。若W1/W的值比这些值小，则存在无法在叉编号#2的叶片侧叉3b或者叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f的周向宽度窄的销孔6a的C点或者E点的应力集中部得到充足的应力降低效果的问题。另一方面，若W1/W的值比这些值大，则存在位于轴向41中央附近的叉编号#3~叉编号#5的叶片侧叉3c~3e的载荷分配增加的问题。通过使W1/W的值在上述的范围内，能够实现各叶片侧叉的局部应力的合理化。

接下来，为了确认本发明的效果，使用图5及图6，如下地对利用有限元分析来评价销孔的低周疲劳寿命的结果进行说明。图5是对构成本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式的销孔的低周疲劳寿命进行了分析评价的特性图，图6是对构成本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式的销孔的载荷分配进行了分析评价的特性图。图5及图6中，符号与图1至图4所表示的符号相同的部件为相同的部分，而省略其详细说明。

作为分析条件，在叶片侧叉3为七根的情况下，假定使径向最外周的叉编号#2与叉编号#（n-1）的叶片侧叉的叉销5a形成为锥形销形状的情况。并且，作为分析的参数，研究以下两点。第一点是，叉编号#2与叉编号（n-1）的叶片侧叉背（S）侧的周向宽度窄的一侧的轴向端部（叉编号#2的叶片侧叉3b中为蒸汽入口端，叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f中为蒸汽出口端）的叉销最小径D1与销最大直径D的比（D1/D）。第二点是，叉销5a的直径开始减少的开始点至叶片侧叉背（S）侧的周向宽度窄的位置的相反侧的轴向端面（叉编号#2的叶片侧叉3b中为蒸汽出口端，叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f中为蒸汽入口端）之间的距离W1、与叶片侧叉的轴向宽度W的比（W1/W）。

图5的纵轴是将作为以往技术的销直径一样的情况下的叉销所引起的低周疲劳寿命设为1、而表示与之相对的叉编号#2的叶片侧叉3b的销孔6a的寿命比。如图5所示，与以往构造相比，已确认本发明的实施方式的具有锥形部的叉销构造长寿命化。可知横轴的W1/W的值在0.3以上0.6以下的区域内，尤其能够得到高的长寿命化的效果。

并且，作为叉销5a的直径比的D1/D的值在0.984以上0.992以上的区域内，由本发明引起的长寿命化的效果高。在横轴的W1/W的值小的情况下，周向宽度窄的一侧的C点或者E点的局部应力高，另一方面，若W1/W的值增加，则与它们相反的一侧的F点或者G点的局部应力有增加的趋势。

接着，图6表示载荷分配的分析结果。图6表示和作为以往技术的销直径恒定的情况的分配载荷相比、叉编号#2的叶片侧叉3b的径向40的最外周销孔6a的分配载荷与叉编号#2的叶片侧叉3b整体的分配载荷所占的比例。如图6所示，可知，随着尺寸比W1/W的值减少，叉编号#2的叶片侧叉3b的载荷分配比减少。考虑若W1/W的值过度减少，则位于轴向中央的叉编号#3~叉编号#5的叶片侧叉3c~3e的分配载荷增加的情况，从而不仅优选实现插入有具有锥形部的叉销5a的叶片侧叉的轴向的应力分布的合理化，还优选实现叶片侧叉整体的局部应力的合理化。

一般，对于疲劳开裂发展速度而言，钛合金比钢快。因此，在涡轮叶片为Ti-6Al-4V等钛合金的情况下，通过在钛合金制叶片中使用本发明，能够具有比钢制叶片高的长寿命化的效果。

根据上述的本发明的蒸汽涡轮机的第一实施方式，对于在蒸汽入口端与轴向中央部之间、以及蒸汽出口端与轴向中央部之间形成于涡轮叶片1的平台的周向位置变化的区域的叉编号#2的叶片侧叉3b而言，能够降低在上述叶片侧叉的背侧的周向宽度比腹侧的宽度窄的部位C中的载荷分配，而能够降低销孔6a的局部应力，从而能够提供具有如下叉型叶片插入部的蒸汽涡轮机，即，该叉型叶片插入部具有相对于低周疲劳、应力腐蚀开裂的高可靠性，并实现了长寿命化。

此外，本实施方式中，对径向40的最外周的叉销5a采用锥形销的情况进行了说明，但不限定于此。例如，对于径向中央5b以及最内周的叉销5c而言，通过采用具有上述的方式的锥形部的叉销，能够得到相同的应力降低效果。

实施例2

以下，使用附图，对本发明的蒸汽涡轮机的第二实施方式进行说明。图7是表示构成本发明的蒸汽涡轮机的第二实施方式的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的横剖视图，图8是放大表示图7所示的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的A部的横剖视图。图7及图8中，符号与图1至图6所表示的符号相同的部件为相同的部分，而省略其详细说明。

第二实施方式中，图7表示叶片侧叉3在轴向41配置九根、转子侧叉4在轴向41配置十根的情况。本实施方式中，如图7所示，从蒸汽入口侧开始第三根的叉编号#3的叶片侧叉3c在轴向入口端12与轴向中央部11之间形成于涡轮叶片1的平台的周向42位置变化的区域。并且，从出口侧开始第三根的叉编号#（n-2）的叶片侧叉3g在轴向出口端13与轴向中央部11之间形成于涡轮叶片1的平台的周向42位置变化的区域。能够在叶片长度长、叉构造所承担的离心力大的情况下采用这样的构造。

如图8所示，叉编号#3的叶片侧叉3c的蒸汽入口端的销孔6a的内径17与叉编号#3的叶片侧叉3c的蒸汽入口端的叉销5a的直径D1之间的间隙为（17－D1），叉编号#3的叶片侧叉3c的出口端的销孔6a的内径18与叉销5a的直径D之间的间隙为（18－D），其中，间隙（17－D1）大于间隙（18－D）。此处，表示了如下情况，即，叉编号#3的叶片侧叉3c的入口端的销孔6a的内径17与出口端的内径18相同，因此叉编号#3的叶片侧叉3c的入口端的叉销5a的直径D1比出口端的直径D小。从蒸汽出口侧开始第三根的叉编号#（n-2）的叶片侧叉3g形成为与叉编号#3的叶片侧叉3c在轴向41镜像对称的形状。

本实施方式的构造中，与第一实施方式所说明的相同，利用该叶片侧叉销孔6a，能够降低周向宽度窄的位置的接触载荷，从而能够降低局部应力。

根据上述的本发明的蒸汽涡轮机的第二实施方式，能够得到与上述的第一实施方式相同的效果。

实施例3

以下，使用附图，对本发明的蒸汽涡轮机的第三实施方式进行说明。图9是表示构成本发明的蒸汽涡轮机的第三实施方式的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的横剖视图，图10是放大表示图9所示的涡轮叶片与涡轮转子的结合构造的A部的横剖视图。图9及图10中，符号与图1至图8所表示的符号相同的部件为相同的部分，而省略其详细说明。

第三实施方式中，图9表示叶片侧叉3在轴向41配置七根的情况。本实施方式中，如图9所示，从蒸汽入口侧开始第二根的叉编号#2的叶片侧叉3b在轴向入口端12与轴向中央部11之间形成于涡轮叶片1的平台的周向42位置变化的区域。

如图10所示，叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的背（S）侧端面的周向宽度15比腹（P）侧的周向宽度16小。本实施方式的特征在于，叉销5a的直径D在轴向41上恒定，从蒸汽入口侧开始第二根的叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的销孔6a的内径30比出口端的销孔6a的内径31大。换言之，叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的销孔6a的内径30与叉销5a的直径D之间的间隙为（30－D），叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽出口端的销孔6a的内径31与叉销5a的内径D之间的间隙为（31－D），其中间隙（30－D）大于间隙（31－D）。

通过设为上述构造，与第一实施方式相同，有如下效果，即，能够降低叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口侧的接触压力，并能够降低周向42的宽度窄的一侧的销孔6a的C点的局部应力。

图10所示的叉编号#2的叶片侧叉3b中，距离32为销孔6a的内径在轴向41开始增大的点J至叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽出口端为止的轴向41的距离，宽度29是叉编号#2的叶片侧叉3b的轴向41的宽度，距离32与宽度29的尺寸比32/29的值优选为0.3以上0.6以下。

并且，叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的销孔6a的内径30与叉销5a的直径D的比D/30的值优选为0.984以上0.992以下。

作为销孔内径的扩大方法，优选实施局部的抛光处理。抛光处理中，能够赋予销孔压缩残留应力，从而能够有利用被赋予了压缩残留应力来延长相对于低周疲劳或应力腐蚀开裂的寿命的效果。

并且，对于从蒸汽出口侧开始第二根的叉编号#（n-1）的叶片侧叉3f，通过成为与叉编号#2的叶片侧叉3b在轴向41镜像对称的形状，能够得到与叉编号#2的叶片侧叉3b相同的应力降低效果。

根据上述的本发明的蒸汽涡轮机的第三实施方式，能够得到与上述的第一实施方式相同的效果。

并且，根据上述的本发明的蒸汽涡轮机的第三实施方式，在蒸汽入口端与轴向中央部之间、以及蒸汽出口端与轴向中央部之间形成为涡轮叶片1的平台的周向位置变化的区域的叉编号#2的叶片侧叉3b中，通过将叉编号#2的叶片侧叉3b的蒸汽入口端的销孔6a的内径30与叉销5a的直径D的比D/30的值设为0.984以上0.992以下，能够使销孔6a的轴向位置的应力分布合理化。其结果，能够提供具有如下叉型叶片插入部的蒸汽涡轮机，该叉型叶片插入部具有相对于低周疲劳、应力腐蚀开裂的高可靠性，并实现了长寿命化。

此外，上述的本发明的实施方式中，利用平滑的圆弧加工来形成锥形部20a、20b与销直径小的区域的平行部19a之间的两个位置，但也可以例如以一个位置的圆弧加工来形成销直径小的区域。

并且，上述的本发明的实施方式中，在叉销5a的外周形成遍及整周的平行部19a，但也可以例如在叶片侧叉的与周向宽度窄的销孔6a的端部侧C点对置的叉销的外周面形成在周向部分凹下的凹部。

Claims (5)

1.一种蒸汽涡轮机，具有：

涡轮转子，该涡轮转子具有沿轴向排列多个的转子侧叉；

涡轮叶片，该涡轮叶片具有沿上述涡轮转子的轴向排列多个的叶片侧叉，该多个叶片侧叉与上述多个转子侧叉相互配合；以及

多个叉销，为了将上述涡轮转子与上述涡轮叶片结合，而沿上述涡轮转子的轴向插入上述涡轮转子的径向位置不同的多个销孔，

上述蒸汽涡轮机的特征在于，

上述叶片侧叉的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙根据上述涡轮转子的轴向位置而不同，

上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，

还具备在上述轴向蒸汽入口端与上述轴向中央部之间形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，

上述叶片侧叉具有蒸汽入口端中的背侧端面的周向宽度比腹侧端面的周向宽度小的非对称的截面形状，

上述多个叉销的至少一个，在插入形成于上述平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉的销孔的部位，具有销直径沿轴向增加的锥形部，

或者，形成于上述平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔形成为，叶片侧叉的蒸汽入口端的销孔的内径大于蒸汽出口端的内径，

形成于上述平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉的蒸汽入口端的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙形成为，大于形成于上述平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉的轴向位置不同的部位的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，

上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，

还具备在上述轴向蒸汽出口端与上述轴向中央部之间形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，

上述叶片侧叉具有蒸汽出口端面的背侧的周向宽度比腹侧的周向宽度小的非对称的截面形状，

上述多个叉销的至少一个，在插入形成于上述平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉的销孔的部位，具有销直径沿轴向增加的锥形部，

或者，形成于上述平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔形成为，叶片侧叉的蒸汽出口端的销孔的内径大于蒸汽入口端的内径，

上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔形成为，上述叶片侧叉的蒸汽出口端的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙大于上述叶片侧叉的轴向位置不同的部位的销孔的内径与上述叉销的直径之间的间隙。

3.一种蒸汽涡轮机，具有：

涡轮转子，该涡轮转子具有沿轴向排列多个的转子侧叉；

涡轮叶片，该涡轮叶片具有沿上述涡轮转子的轴向排列多个的叶片侧叉，该多个叶片侧叉与上述多个转子侧叉相互配合；以及

多个叉销，为了将上述涡轮转子与上述涡轮叶片结合，而沿上述涡轮转子的轴向插入上述涡轮转子的径向位置不同的多个销孔，

上述蒸汽涡轮机的特征在于，

上述叉销的直径根据上述涡轮转子的轴向位置而不同，

上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，

还具备在上述轴向蒸汽入口端与上述轴向中央部之间形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，

上述叶片侧叉具有蒸汽入口端中的背侧端面的周向宽度比腹侧端面的周向宽度小的非对称的截面形状，

插入上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔的叉销，在插入形成于上述平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉的销孔的部位，具有销直径沿轴向增加的锥形部，

上述叶片侧叉的蒸汽入口端的上述叉销的直径，形成为小于在上述叶片侧叉的轴向位置不同的部位的上述叉销的直径。

4.根据权利要求3所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，

上述涡轮叶片的平台配置为，轴向中央部比轴向蒸汽入口端以及轴向蒸汽出口端靠近周向背侧，

还具备在上述轴向蒸汽出口端与上述轴向中央部之间形成于上述涡轮叶片的平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉，

上述叶片侧叉具有蒸汽出口端面的背侧的周向宽度比腹侧的周向宽度小的非对称的截面形状，

插入上述叶片侧叉的径向位置不同的多个销孔中的至少一个销孔的叉销形成为，在插入形成于上述平台的周向位置变化的区域的叶片侧叉的销孔的部位具有销直径沿轴向增加的锥形部，在上述叶片侧叉的蒸汽出口端的上述叉销的直径小于在上述叶片侧叉的轴向位置不同的部位的上述叉销的直径。

5.根据权利要求3所述的蒸汽涡轮机，其特征在于，

上述叉销具备在销直径小的部位上沿轴向使销直径恒定而形成的平行部，

上述锥形部从上述平行部沿轴向使销直径增加而形成，对上述平行部与上述锥形部的交点实施平滑的圆弧加工。