JP2007182846A - Turbine rotor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タービンディスクのディスク溝に対してタービン軸方向からタービン動翼を挿入して組み立てるタービンロータに関する。 The present invention relates to a turbine rotor that is assembled by inserting turbine blades from a turbine axial direction into a disk groove of a turbine disk.
タービンロータは、通常、タービンディスクのディスク溝の凹部にタービン動翼の翼根部の凸部を係合させ、タービンディスクの周囲にタービン動翼を複数固定して構成される。この種のタービンロータにおいて、タービンディスクのディスク溝に対してタービン軸方向からタービン動翼を挿入して組み立てるものでは、ディスク溝の凹部と翼根部の凸部がタービン回転方向から見てタービン回転軸に平行である。 The turbine rotor is usually configured by engaging a convex portion of a blade root portion of a turbine rotor blade with a concave portion of a disk groove of the turbine disk and fixing a plurality of turbine rotor blades around the turbine disk. In this type of turbine rotor, a turbine rotor blade is inserted into the disk groove of the turbine disk from the turbine axial direction and assembled. In this case, the concave part of the disk groove and the convex part of the blade root part are seen from the turbine rotational direction. Parallel to
タービン動翼には、蒸気や燃焼ガス等の作動流体によって流体入口側と出口側とで圧力差が発生し、この圧力差によって流れ方向に押し付ける力が作用する。そのため、タービン動翼の翼根部とディスク溝に挿入方向と角度を持つ溝を設け、この溝にキーやピン等を挿入することでタービン動翼の作動流体流通方向の動きを拘束するのが通常だった(特許文献1等参照)。 A pressure difference is generated between the fluid inlet side and the outlet side of the turbine rotor blade by a working fluid such as steam or combustion gas, and a force pressing in the flow direction acts on the turbine rotor blade. For this reason, it is usual to constrain the movement of the turbine blade in the working fluid flow direction by providing a groove having an angle with the insertion direction in the blade root and the disk groove of the turbine blade, and inserting a key or a pin into the groove. (See Patent Document 1 etc.).
前述したように、従来のタービンロータは、タービン動翼をタービンディスクに対してキーやピン等で固定しタービン動翼のタービン軸方向への動きを拘束するのが通常であった。そのため、タービン回転方向に隣り合うタービン動翼同士のタービン軸方向位置には、タービン動翼の翼根部側の抜け止め用の溝とディスク溝側の抜け止め用の溝、そしてキー(又はピン)の製作寸法の累積公差によりバラツキが生じる。このことから、複数のタービン動翼のタービン軸方向位置を設計値に近付け、各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキの少ない翼列を構成することは容易なことではなかった。 As described above, in the conventional turbine rotor, the turbine rotor blade is usually fixed to the turbine disk with a key, a pin or the like, and the movement of the turbine rotor blade in the turbine axial direction is normally restricted. Therefore, at the turbine axial direction position between the turbine rotor blades adjacent to each other in the turbine rotation direction, a retaining groove on the blade root side of the turbine rotor blade, a retaining groove on the disk groove side, and a key (or pin) Variations occur due to the accumulated tolerance of manufacturing dimensions. For this reason, it is not easy to make the turbine row in which the turbine axial direction positions of the plurality of turbine rotor blades are close to the design values and to have a small variation in the turbine axial position of each turbine rotor blade.
本発明は以上に鑑みなされたもので、翼列を構成する各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキを容易に抑えることができるタービンロータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a turbine rotor capable of easily suppressing variations in the turbine axial direction position of each turbine rotor blade constituting the cascade.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、タービン回転方向に間隔をもって設けられた複数のディスク溝を外周部に有するタービンディスクと、前記ディスク溝に対してタービン軸方向から挿入され前記ディスク溝の凹部にその凸部が係合する翼根部を有する複数のタービン動翼とを備えたタービンロータにおいて、互いに係合する前記翼根部の凸部と前記ディスク溝の凹部が、タービン回転方向から見てタービン径方向外側に凸の円弧状に形成されていることを特徴とする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a turbine disk having a plurality of disk grooves provided at intervals in the turbine rotation direction at an outer peripheral portion, and is inserted from the turbine axial direction into the disk grooves. In a turbine rotor comprising a plurality of turbine rotor blades having blade root portions with which the convex portions engage with the concave portions of the disk grooves, the convex portions of the blade root portions and the concave portions of the disk grooves that are engaged with each other are in the turbine rotation direction. It is characterized by being formed in a circular arc shape protruding outward in the turbine radial direction.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記翼根部の凸部は、前記ディスク溝の凹部よりも曲率が大きく形成されていることを特徴とする。 (2) In the above (1), preferably, the convex part of the blade root part is formed to have a larger curvature than the concave part of the disk groove.
(3)上記(1)又は(2)において、さらに好ましくは、前記凸部と前記凹部はタービン径方向に複数段ずつ設けられており、各凸部のタービン径方向外側の面と各凹部のタービン径方向内側の面は、タービン回転時、タービン中心線から最も離れた頂点部がタービン中心線と直交する線上に位置するように形成されていることを特徴とする。 (3) In the above (1) or (2), more preferably, the convex portion and the concave portion are provided in a plurality of stages in the turbine radial direction, and the surface on the turbine radial direction outer side of each convex portion and each concave portion. The inner surface in the radial direction of the turbine is formed such that the vertex farthest from the turbine center line is located on a line orthogonal to the turbine center line when the turbine rotates.
本発明によれば、タービン回転時の遠心力によって翼根部の凸部の円弧面の頂部がディスク溝の凹部の円弧面の頂部に一致するため、翼列を構成する各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキを容易に抑えることができる。 According to the present invention, the top of the arc surface of the convex portion of the blade root portion coincides with the top of the arc surface of the concave portion of the disk groove due to the centrifugal force at the time of turbine rotation, so that the turbine shaft of each turbine rotor blade constituting the blade row Variations in the direction position can be easily suppressed.
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の一実施の形態に係るタービンロータの要部を表す部分斜視図、図2は本発明の一実施の形態に係るタービンロータの要部をタービン軸方向から見て表す正面図、図3は図2中のII−II断面による断面図である。
図1〜図3に示すように、本実施の形態のタービンロータ100は、タービン回転方向に間隔をもって設けられた複数のディスク溝51を外周部に有するタービンディスク50と、ディスク溝51に対してタービン軸方向から挿入される翼根部4を有する複数のタービン動翼1とを備えている。通常、タービンロータは、こうした構成をタービン軸方向に複数段落設けて構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial perspective view showing a main part of a turbine rotor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view showing the main part of the turbine rotor according to an embodiment of the present invention when viewed from the turbine axial direction. 3 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
As shown in FIGS. 1 to 3, the
タービン動翼1は、翼プロフィル部2と、この翼プロフィル部2の付け根部3と、上記翼根部4とを有している。また本実施の形態においては、翼プロフィル部2の先端に一体に形成されたインテグラルカバー5をさらに有している。各タービン動翼1は、順次タービン軸方向側からタービンディスク50のいわゆる逆クリスマスツリー型のディスク溝51に組み付けられ、タービンディスク50に対しタービン回転方向に複数取り付けられて環状翼列を構成する。
The turbine blade 1 includes a
ディスク溝51に対応する形状に形成された翼根部4は、タービン回転方向を向いた側面にタービン軸方向に延びる複数の凸部6を備えている。各凸部6のタービン径方向外周側の面が、ディスク溝51の対応する凹部52のタービン径方向内周側の面と係合することによって、タービン回転中にタービン動翼1に作用する遠心力が支持される。
The blade root portion 4 formed in a shape corresponding to the
本実施の形態においては、翼根部4としていわゆる逆クリスマスツリー型の複数段の凸部6を有するものを用いた場合を図示しているが、タービンディスク50にタービン軸方向から挿入し組み入れるものであれば、翼根部の形状等は特に限定されず例えば1段のみの凸部を有するものであっても良い。また、タービン動翼1はタービンディスク50に対してタービン軸方向から挿入するものであるが、その挿入方向は、タービン径方向外側から見てタービン中心軸と平行である必要は必ずしもなく、例えばタービン径方向外側から見てタービン中心軸に対して設定角度だけ傾斜している場合を含む。
In the present embodiment, a case in which a so-called inverted Christmas tree
上記のように構成したタービンロータ100の有する最も大きな特徴は、互いに係合する翼根部4の凸部6とディスク溝51の凹部52をタービン回転方向(周方向)から見てタービン径方向外側に凸の円弧状に形成した点である。本実施の形態において、各凸部6のタービン径方向外側の面と各凹部52のタービン径方向内側の面は、タービン回転時、タービン中心線から最も離れた頂点部7がタービン中心線と直交する線(タービン径方向に沿う線)R上に位置し同一の曲率を持つ曲面に形成されている。但し、線R上に頂点部7が位置する点や同一曲率を持つ点については、当然ながら製作公差や加工公差等による誤差は許容され、完全一致を意図するものではない。また、凹部52のタービン径方向の幅寸法は凸部6のタービン径方向の幅寸法に対し、少なくとも翼根部4のディスク溝51への挿入が可能な程度の間隙分は大きく確保する必要がある。
The most significant feature of the
ここで一般に、同一翼列を構成する各タービン動翼において、前縁部(作動流体入口側翼端部)のタービン軸方向位置は極力揃っていることが望ましい。蒸気タービンにしてもガスタービンにしても、例えば配管等から発生するスケール・燃料の燃焼後に発生する粉塵・熱力学変化により発生する水滴等が作動流体中に含まれている可能性が高く、タービン動翼の前縁部のタービン軸方向位置が不揃いな場合、作動流体の流れ方向上流側に位置する翼が先行して侵食されることになる。 Here, in general, in each turbine blade constituting the same blade row, it is desirable that the turbine axial direction positions of the leading edge portion (working fluid inlet side blade end portion) are aligned as much as possible. Whether it is a steam turbine or a gas turbine, it is highly possible that the working fluid contains scales generated from piping, etc., dust generated after combustion of fuel, water droplets generated by thermodynamic changes, etc. When the turbine axial direction position of the leading edge portion of the moving blade is not uniform, the blade positioned upstream in the flow direction of the working fluid is eroded in advance.
また、いわゆるインテグラルカバーやタイボス等の連結部材によって回転方向に隣り合うもの同士を連結するタービン動翼の場合、相隣接する翼同士の連結部材の幾何学的な位置関係によって連結部材同士の接触部に連結力を発生させるため、タービン動翼のタービン軸方向位置にバラツキがあると翼列内で連結部材間に作用する連結力に偏差が生じてしまう。 In the case of a turbine rotor blade that connects two adjacent ones in the rotational direction by connecting members such as so-called integral covers and tie bosses, the contact between the connecting members depends on the geometric positional relationship of the connecting members between adjacent blades. Since the connecting force is generated in the portion, if there is variation in the position of the turbine rotor blade in the axial direction of the turbine, deviation occurs in the connecting force that acts between the connecting members in the cascade.
しかしながら、本実施の形態のようにタービンディスクに対してタービン軸方向からタービン動翼を挿入するタービンロータでは、従来、ディスク溝の凹部と翼根部の凸部がタービン回転方向から見てタービン回転軸と平行に形成されていた。この場合、蒸気や燃焼ガス等の作動流体によるタービン動翼への作動流体流れ方向への押付力を拘束するために、タービン動翼の翼根部とディスク溝をキーやピン等で固定するのが通常であった。そのため、タービン回転方向に隣り合うタービン動翼同士のタービン軸方向位置には、タービン動翼の翼根部側の抜け止め用の溝とディスク溝側の抜け止め用の溝、そしてキー(又はピン)の製作寸法の累積公差によるバラツキが生じる。このことから、複数のタービン動翼のタービン軸方向位置を設計値に近付け、各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキの少ない翼列を構成することは容易なことではなかった。 However, in the turbine rotor in which the turbine rotor blades are inserted into the turbine disk from the turbine axial direction as in the present embodiment, conventionally, the concave portion of the disk groove and the convex portion of the blade root portion are seen from the turbine rotational direction. And was formed in parallel. In this case, in order to constrain the pressing force of the working fluid such as steam or combustion gas in the direction of the working fluid flow on the turbine blade, the blade root and the disk groove of the turbine blade are fixed with a key or a pin. It was normal. Therefore, at the turbine axial direction position between the turbine rotor blades adjacent to each other in the turbine rotation direction, a retaining groove on the blade root side of the turbine rotor blade, a retaining groove on the disk groove side, and a key (or pin) Variations due to accumulated tolerances of manufacturing dimensions occur. For this reason, it is not easy to make the turbine row in which the turbine axial direction positions of the plurality of turbine rotor blades are close to the design values and to have a small variation in the turbine axial position of each turbine rotor blade.
それに対し、本実施の形態では、互いに係合する翼根部4の凸部6とディスク溝51の凹部52が、タービン回転方向から見てタービン径方向外側に凸の円弧状に加工されているので、タービン静止時に各タービン動翼1の軸方向位置に若干のバラツキがあったとしても、タービン回転時には、翼根部4の凸部6とディスク溝51の凹部52の円弧の頂点部7が線Rに一致する位置まで各タービン動翼1が遠心力の作用により移動する。つまり、本実施の形態のタービン動翼1は、遠心力の作用を利用して運転中は所定の軸方向位置に位置決めされるような自動調心機能を備えており、これにより翼列を構成する各タービン動翼のタービン軸方向位置のバラツキを容易に抑えることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
また、回転中のタービン動翼の軸方向位置は主に翼根部4の凸部6とディスク溝51の凹部52の円弧部分の製作公差によるので、タービン動翼のタービン軸方向位置を拘束するのにキーやピンを用いる場合に比べて、製作公差の累積がない分位置決め精度の向上も期待できる。勿論、タービン動翼がディスク溝から抜けるのをキーやピンを用いて防止する従来構造に比し、ディスク溝及び翼根部の抜け止め用の溝、及びこの溝に挿入するキーやピン等のタービン動翼の抜け止め構造が不要となり、部品点数が減少することも大きなメリットである。
Further, since the axial position of the rotating turbine blade is mainly due to the manufacturing tolerance of the arc portion of the
したがって、本実施の形態によれば、翼列における各タービン動翼の前縁部のエロージョンや隣接翼との連結力にバラツキが生じにくく、タービンロータの長寿命化や性能向上に大きく貢献することができる。 Therefore, according to the present embodiment, the erosion of the leading edge of each turbine blade in the cascade and the connection force with the adjacent blades are less likely to vary, greatly contributing to the longer life and improved performance of the turbine rotor. Can do.
また、本実施の形態では、ディスク溝51の凹部52と翼根部4の凸部6がそれぞれタービン径方向に複数段設けられており、凸部6と凹部52がそれぞれ複数の頂点部7を有しているため、ディスク溝51と翼根部4はタービン径方向に少なくとも片側2箇所ずつ以上の接点を有している。したがって、タービン動翼1が作動流体による力を受けても、その力を受け止めて下流側に倒れるようなことがない。
Further, in the present embodiment, the
図4は本発明の他の実施の形態に係るタービンロータの要部を表す断面図であり、先の図3に相当する断面図である。
前述した実施の形態では、互いに接触するディスク溝51のタービン径方向内側の面と翼根部4の凸部6のタービン径方向外側の面とを同じ曲率を持つ曲面に形成したが、本実施の形態では、翼根部4の凸部6のタービン径方向外側の曲面がタービンディスク50のディスク溝51の凹部52のタービン径方向内側の曲面よりも曲率が大きく(つまり、曲率半径が小さく)形成されている。それ以外の構成に関しては、本実施の形態は図1〜図3で説明した実施の形態と同様である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a turbine rotor according to another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view corresponding to FIG.
In the above-described embodiment, the inner surface in the turbine radial direction of the
本実施の形態においては、前述した実施の形態と同様の効果に加え、タービン動翼1の翼根部4側の曲面の曲率をディスク溝51側より大きくしたことにより翼根部4側の各頂点部7がより線Rに一致し易く、自動調心機能をより効果的に作用させることができるというメリットがある。
In the present embodiment, in addition to the same effects as those of the above-described embodiments, the curvature of the curved surface on the blade root portion 4 side of the turbine rotor blade 1 is made larger than that on the
なお、以上説明した本発明のタービンロータは、前述したように蒸気タービンにもガスタービンにも適用可能である。また、高圧段であっても低圧段であっても本発明は適用可能である。また、連結部材によりタービン動翼の連結力を得るタービンロータに本発明を適用することにより、翼列内で連結部材の連結力を均一化することができることは前に述べたが、翼列を構成するタービン動翼の翼プロフィル部を予めねじってタービンディスクに組み付けることで連結部材に連結力を作用させるいわゆるプリツイストタイプのタービン動翼、タービン回転時のねじり戻り変形(アンツイスト)によってタービン回転時に連結部材に連結力を作用させるいわゆるアンツイストタイプのタービン動翼のいずれにも本発明は適用可能であり、所望の効果を得ることができる。 Note that the turbine rotor of the present invention described above can be applied to both a steam turbine and a gas turbine as described above. Further, the present invention can be applied to a high pressure stage or a low pressure stage. In addition, as described above, by applying the present invention to the turbine rotor that obtains the connecting force of the turbine rotor blade by the connecting member, the connecting force of the connecting member can be made uniform in the blade row. Turbine rotation by so-called pre-twist type turbine rotor blade that twists the blade profile part of the turbine blade that constitutes it in advance and attaches it to the turbine disk to apply the connection force to the connection member, and torsional deformation (untwist) during turbine rotation The present invention can be applied to any so-called untwisted type turbine blade that sometimes applies a coupling force to the coupling member, and a desired effect can be obtained.
1 タービン動翼
4 翼根部
6 凸部
7 頂点部
50 タービンディスク
51 ディスク溝
52 凹部
100 タービンロータ
R タービン中心線と直交する線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine blade 4
Claims (3)
互いに係合する前記翼根部の凸部と前記ディスク溝の凹部が、タービン回転方向から見てタービン径方向外側に凸の円弧状に形成されていることを特徴とするタービンロータ。 A turbine disk having a plurality of disk grooves provided at intervals in the turbine rotation direction, and a blade root part that is inserted from the turbine axial direction into the disk groove and engages with the convex part of the disk groove. A turbine rotor comprising a plurality of turbine rotor blades,
A turbine rotor characterized in that the projecting portion of the blade root portion and the recessed portion of the disk groove that are engaged with each other are formed in a convex arc shape outward in the turbine radial direction when viewed from the turbine rotation direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006002553A JP2007182846A (en) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Turbine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2006002553A JP2007182846A (en) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Turbine rotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007182846A true JP2007182846A (en) | 2007-07-19 |
Family
ID=38339141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006002553A Pending JP2007182846A (en) | 2006-01-10 | 2006-01-10 | Turbine rotor |
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Country | Link |
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2006
- 2006-01-10 JP JP2006002553A patent/JP2007182846A/en active Pending
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