JP2003097215A - タービンロータの翼構造、およびターボ機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービンロータ組立の際に翼の共振回避度を
適切に設定可能とし、ターボ機械の開発・設計を容易に
行えるようにする。 【解決手段】 先端部にシュラウド１２を有する複数の
翼１１を回転軸の周りに放射状に植設して構成されるタ
ービンロータの翼構造において、隣り合うものどうし組
み合わされて環状をなすシュラウド１２間に、ピース２
２を介装し、一方のシュラウド１２に溶接により固定し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンロータを
構成する翼の振動を防止する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の蒸気タービンのロータを構
成する翼を示す図である。図において、符号１は翼、２
は翼１の先端部に設けられるシュラウド、３は翼１の中
央部に設けられるスタブ、４は翼１の基端部に設けられ
て回転軸（図示略）側の植え込み部に填め合わされるセ
レーションである。タービンロータは、回転軸の周りに
複数の翼１を植設されて構成される。

【０００３】、個々の翼１に設けられたシュラウド２お
よびスタブ３は隣り合うものどうし組み合わされて同心
円をなす環状を形成する。図５（ａ）は隣り合うシュラ
ウド２、図５（ｂ）は隣り合うスタブ３を示す断面図で
ある。シュラウド２、スタブ３はいずれも回転方向に離
間する凹凸を有しており、隣り合うものどうしが互いの
凹凸を嵌合させて組み合わされている。

【０００４】ところで、タービンロータの個々の翼に
は、図５（ａ）、（ｂ）に矢印で示すように、運転中に
ねじり戻りモーメントが作用し、個々のシュラウド２、
およびスタブ３がねじり戻り変形を起して互いに押し付
け合い、一連の環状構造になる。蒸気タービンではこの
ねじり戻り変形を利用して、隣り合うシュラウド２やス
タブ３どうしを押し付け合わせて当接させ、互いの接触
面に生じる摩擦力によって振動を減衰させている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のタービンロータ
においては、個々の翼の共振点と固有振動数との間に数
Ｈｚの差をとって設計がなされているが、この差が小さ
い（共振回避度が小さい）と十分な振動減衰が図れな
い。そこで、シュラウドやスタブを切削して隣り合うシ
ュラウドやスタブどうしに作用する反力を小さくし、互
いの接触面に生じる摩擦力を弱めることで翼の固有振動
数を調整しているが、これだけでは十分な共振回避度を
確保できない場合がある。このような場合には、翼形状
の設計をやり直さなければならないことになり、タービ
ンの生産を行ううえで生産性を著しく低下させることに
なる。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、タービンロータ組立の際に翼の共振回避度を適
切に設定可能とし、ターボ機械の開発・設計を容易に行
えるようにすることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、次のような構成のタービンロータの翼
構造、およびターボ機械を採用する。すなわち本発明に
係る請求項１記載のタービンロータの翼構造は、先端部
にシュラウドを有する複数の翼を回転軸の周りに放射状
に植設して構成されるタービンロータの翼構造であっ
て、隣り合うものどうし組み合わされて環状をなす前記
シュラウド間に、該シュラウド間に挟まれる隙間調整部
材を設けたことを特徴とする。

【０００８】請求項２記載のタービンロータの翼構造
は、請求項１記載のタービンロータの翼構造において、
前記隙間調整部材が、隣り合う前記シュラウドのいずれ
か一方に固定されていることを特徴とする。

【０００９】請求項３記載のタービンロータの翼構造
は、請求項２記載のタービンロータの翼構造において、
前記隙間調整部材を前記シュラウドに溶接したことを特
徴とする。

【００１０】請求項４記載のタービンロータの翼構造
は、請求項１、２または３記載のタービンロータの翼構
造において、前記シュラウドまたは前記隙間調整部材の
いずれか一方に凸部を設け、該凸部を他方に係止させて
いることを特徴とする。

【００１１】請求項５記載のタービンロータの翼構造
は、請求項４記載のタービンロータの翼構造において、
前記他方に凹部を設け、該凹部に前記凸部を係合させて
いることを特徴とする。

【００１２】請求項６記載のタービンロータの翼構造
は、翼部にスタブを有する複数の翼を回転軸の周りに放
射状に植設して構成されるタービンロータの翼構造であ
って、隣り合うものどうし組み合わされて環状をなす前
記スタブ間に、該スタブ間に挟まれる隙間調整部材を設
けたことを特徴とする。

【００１３】請求項７記載のタービンロータの翼構造
は、請求項６記載のタービンロータの翼構造において、
前記隙間調整部材が、隣り合う前記スタブのいずれか一
方に固定されていることを特徴とする。

【００１４】請求項８記載のタービンロータの翼構造
は、請求項７記載のタービンロータの翼構造において、
前記隙間調整部材を前記スタブに溶接したことを特徴と
する。

【００１５】請求項９記載のタービンロータの翼構造
は、請求項６、７または８記載のタービンロータの翼構
造において、前記スタブまたは前記隙間調整部材のいず
れか一方に凸部を設け、該凸部を他方に係止させている
ことを特徴とする。

【００１６】請求項１０記載のタービンロータの翼構造
は、請求項９記載のタービンロータの翼構造において、
前記他方に凹部を設け、該凹部に前記凸部を係合させて
いることを特徴とする。

【００１７】請求項１１記載のターボ機械は、請求項１
ないし１０のいずれか記載のタービンロータの翼構造を
備えることを特徴とする。

【００１８】隣り合うシュラウド間には、上述したよう
に互いに押し付け合うことで反力が作用するが、この反
力が小さいと、接触面に生じる摩擦力が小さくなって振
動の減衰が十分に図れない。そこで本発明においては、
シュラウド間に隙間調整部材を介装することにした。こ
うすることにより、隙間調整部材を介してシュラウド間
に作用する反力が強まるので、接触面に生じる摩擦力を
強めることができる。しかも隙間調整部材の厚さを適宜
選択することで、摩擦力の大きさを調節することもでき
る。隣り合うシュラウド間に作用する反力が小さければ
より肉厚の隙間調整部材を介装し、逆に反力が大きけれ
ば肉厚を薄くした調整部材を介装すればよいのである。
これにより、タービンロータ組立の際であっても、翼の
共振回避度を適切に設定することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態を図１な
いし図３に示して説明する。図１には、蒸気タービンの
ロータを構成する翼１１とその先端部に設けられたシュ
ラウド１２とを示している。なお、図示はしないが翼１
１にも従来の翼（図３参照）と同様のスタブが設けられ
ている。シュラウド１２は、タービンロータの回転方向
前方に突出する前方突起２０と、回転方向後方に突出す
る後方突起２１から構成されている。

【００２０】前方突起２０の先端には、タービンロータ
の半径方向に平行、かつタービンロータの軸方向に対し
て傾斜した略矩形の平面（これを先端面２０ａとする）
が形成されており、一方、後方突起２１の先端には、タ
ービンロータの半径方向に平行、かつタービンロータの
軸方向に対して傾斜した略矩形の平面（これを後端面２
１ａとする）が形成されている。隣り合う翼１１は、互
いのシュラウド１２の先端面２０ａと後端面２１ａとを
ほぼ平行に離間させ、所定の間隔Ｇを空けて配置される
ように設計されている。

【００２１】先端面２０ａと後端面２１ａとの間には、
肉厚の等しい矩形板状のピース（隙間調整部材）２２が
介装されている。なお、ピース２２の大きさは先端面２
０ａや後端面２１ａよりも小さい。ピース２２は後端面
２１ａに固定されており、先端面２０ａとこれに向き合
うピース２２の側面２２ａとの間は間隔ｇにまで詰めら
れている。

【００２２】図２、図３に示すように、ピース２２の一
方の側面には突起（凸部）２３が形成され、後方突起２
１には後端面２１ａの一部を切り欠いた切欠部（凹部）
２１ｂが形成されており、ピース２２は突起２３を切欠
部２１ｂに係止させるとともに、後端面２１ａに溶接に
より固定されている。このとき、切欠部２１ｂは後方突
起２１のピース２２の素材には、溶接による接合強度を
高めるため、翼１１と同じものもしくは溶接接合性の良
好なものが使用されている。

【００２３】上記のような構成によれば、ピース２２の
肉厚を適宜選択することで、蒸気タービンの運転中にシ
ュラウド１２間に作用し合う反力を適切な大きさとし、
先端面２０ａとピース２２の側面２２ａとが接すること
で生じる摩擦力を適度な大きさとすることができる。こ
の「摩擦力の適度な大きさ」とは、翼１１に共振や破壊
が起こさせない固有振動数を与えるために必要な大きさ
ということである。

【００２４】つまり、シュラウド１２間にピース２２を
介装することによって翼１１の固有振動数を調整するよ
うにしたことで、タービンロータ組立の際であっても、
翼の共振回避度を適切に設定することが可能となり、タ
ーボ機械の開発・設計を容易に行うことができるように
なる。

【００２５】また、上記構成によれば、突起２３と切欠
部２１ｂとを係合させてピース２２を溶接していること
により、ピース２２に作用する遠心力に対向してピース
２２を所定の位置に止めておくことができる。

【００２６】なお、本実施形態ではピース２２を後方突
起２１に溶接したが、例えばこれを前方突起２０に溶接
してもよい。また、ピース２２に形成した突起２３を、
後方突起２１に形成した切欠部２１ｂに係止させたが、
切欠２１ｂは設けず、タービンロータの回転により生じ
る遠心力でピース２２の突起を後方突起の縁に係止させ
るようにしてもよい。

【００２７】また、本実施形態においては、翼１１の固
有振動数調整を、隣り合うシュラウド１２間にピース２
２を介装することで行っているが、これを隣り合うスタ
ブ間で行っても同様の効果が期待できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シュラウド間に隙間調整部材を介装することにより、隙
間調整部材を介してシュラウド間に作用する反力が強ま
るので、接触面に生じる摩擦力を強めることができる。
しかも隙間調整部材の厚さを適宜選択することで、摩擦
力の大きさを調節することもできる。これにより、ター
ビンロータ組立の際であっても、翼の共振回避度を適切
に設定することが可能となり、ターボ機械の開発・設計
を容易に行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態を示す図であって、
翼の先端に設けられるシュラウドを示す図である。

【図２】 隣り合うシュラウド間に介装されたピースを
異なる２方向から見た平面図である。

【図３】 シュラウドとピースとの関係を示す分解斜視
図である。

【図４】 従来の蒸気タービンのロータを構成する翼を
示す図である。

【図５】 （ａ）は隣り合うシュラウド、（ｂ）は隣り
合うスタブを示す断面図である。

【符号の説明】

１１ 翼 １２ シュラウド ２０ 前方突起 ２１ 後方突起 ２０ａ 先端面 ２１ａ 後端面 ２２ ピース（隙間調整部材） ２３ 突起（凸部） ２１ｂ 切欠部（凹部）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部にシュラウドを有する複数の翼を
   回転軸の周りに放射状に植設して構成されるタービンロ
   ータの翼構造であって、 隣り合うものどうし組み合わされて環状をなす前記シュ
   ラウド間に、該シュラウド間に介装される隙間調整部材
   を設けたことを特徴とするタービンロータの翼構造。
2. 【請求項２】 前記隙間調整部材を、隣り合う前記シュ
   ラウドのいずれか一方に固定したことを特徴とする請求
   項１記載のタービンロータの翼構造。
3. 【請求項３】 前記隙間調整部材を前記シュラウドに溶
   接したことを特徴とする請求項２記載のタービンロータ
   の翼構造。
4. 【請求項４】 前記シュラウドまたは前記隙間調整部材
   のいずれか一方に凸部を設け、該凸部を他方に係止させ
   ていることを特徴とする請求項１、２または３記載のタ
   ービンロータの翼構造。
5. 【請求項５】 前記他方に凹部を設け、該凹部に前記凸
   部を係合させていることを特徴とする請求項４記載のタ
   ービンロータの翼構造。
6. 【請求項６】 翼部にスタブを有する複数の翼を回転軸
   の周りに放射状に植設して構成されるタービンロータの
   翼構造であって、 隣り合うものどうし組み合わされて環状をなす前記スタ
   ブ間に、該スタブ間に介装される隙間調整部材を設けた
   ことを特徴とするタービンロータの翼構造。
7. 【請求項７】 前記隙間調整部材を、隣り合う前記スタ
   ブのいずれか一方に固定したことを特徴とする請求項６
   記載のタービンロータの翼構造。
8. 【請求項８】 前記隙間調整部材を前記スタブに溶接し
   たことを特徴とする請求項７記載のタービンロータの翼
   構造。
9. 【請求項９】 前記スタブまたは前記隙間調整部材のい
   ずれか一方に凸部を設け、該凸部を他方に係止させてい
   ることを特徴とする請求項６、７または８記載のタービ
   ンロータの翼構造。
10. 【請求項１０】 前記他方に凹部を設け、該凹部に前記
    凸部を係合させていることを特徴とする請求項９記載の
    タービンロータの翼構造。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし１０のいずれか記載の
    タービンロータの翼構造を備えることを特徴とするター
    ボ機械。