JP2007332893A

JP2007332893A - 軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造

Info

Publication number: JP2007332893A
Application number: JP2006166889A
Authority: JP
Inventors: Yasutomo Kaneko; 康智金子
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】シュラウドや翼根の片当たりを効果的に回避することができる軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造を提供する。
【解決手段】ロータ２の外周部に翼列をなすように周方向に配列される各動翼４の翼頂部に、動翼４と一体にシュラウド１６を設け、互いに隣接する動翼４のシュラウド同士がロータ２の回転時に接触するようにした軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造において、前記各動翼４の翼底部に、動翼４と一体に翼根１３を設け、該翼根１３を前記ロータ２の外周部に周方向へ揺動可能に支持させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造に関する。

蒸気タービン等の軸流タービン機械は、作動流体が軸方向から入り軸方向に出るものであり、代表的な流体機械としてよく使用されている。そして、これらに用いられる軸流タービン翼では、回転中に隣接する翼のシュラウドをコンタクトさせ、摩擦減衰を積極的に利用するシュラウド翼構造が採用されている（特許文献１参照）。

例えば、軸方向挿入型で、翼長が長い場合は、遠心力によって生じる翼のねじり戻り変形を利用して隣接するシュラウドをコンタクトさせるシュラウド翼構造が採用されている。一方、翼長が短い場合は、遠心力による翼の変形が小さいため、図１０に示すようなシュラウド翼構造が採用されている。

即ち、組立時に翼１００を僅かに傾けた状態（図１０の（ｂ）中、角度θ参照）でロータ２１の翼溝１０２に挿入できるように、翼溝１０２を翼根１０３より僅かに大きくすると共に、シュラウド１０４のピッチを正規のピッチより僅かに大きくしておく（図１０の（ｂ）中、隙間Ｌ₂参照）のである。これにより、回転時には、傾けて挿入した翼１００に作用する遠心力による起き上がりモーメント（図１０の（ａ）中、矢印参照）を利用することができ、依って隣接するシュラウドをコンタクトさせられるのである。

特開平０７−２２９４０４号公報

しかしながら、上述したような起き上がりモーメントを利用したシュラウド翼構造にあっては、シュラウド１０４のピッチ誤差などの製作・組立誤差により、シュラウド１０４や翼根１０３が片当たりの状態になり易いという問題点があった。特に、翼根１０３と翼溝１０２の一対のコンタクト面（図１０の（ａ）中、ロ部参照）を平面にしているため、シュラウド１０４のピッチ誤差などがあると、翼根１０３がより一層片当たりの状態になり易い。

このように、シュラウド１０４や翼根１０３が片当たりの状態になると、局部的にコンタクト面圧が大きくなり、フレッティング疲労を発生する懸念があると共に、摩擦減衰の効果も小さくなり振動強度が低下するのである。また、上述したシュラウド翼構造では、三歯（三山での嵌合状態）の翼根・翼溝形状を採用しているため、組立時に翼根１０３を大きく傾けて挿入することができないことから、シュラウド１０４の反力を自由に調整できず、十分な摩擦減衰の効果も得られないという問題点もあった。

そこで本発明は、シュラウドや翼根の片当たりを効果的に回避することができる軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造は、下記のように構成される。

（１）ロータの外周部に翼列をなすように周方向に配列される各翼の翼頂部に、翼と一体にシュラウドを設け、互いに隣接する翼のシュラウド同士がロータの回転時に接触するようにした軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造において、前記各翼の翼底部に、翼と一体に翼根を設け、該翼根を前記ロータの外周部に周方向へ揺動可能に支持させたことを特徴とする。

（２）前記翼根と、該翼根が前記ロータの軸方向から挿入可能に同ロータに形成される翼溝が一歯で嵌合される構造であって、前記翼根と翼溝の前記ロータの周方向に沿ったコンタクト面を同芯の円弧形状にしたことを特徴とする。

（３）前記コンタクト面間に変形シートを介在させたことを特徴とする。

（４）前記翼根は前記ロータの外周面に形成された環状溝内にピンで支持されることを特徴とする。

（５）前記隣接するシュラウドのコンタクト面相互に半円形状の溝を設け、組立時に、隣接するシュラウドのコンタクト面間に形成される円形溝の中にＣ型チューブ又は半円チューブを挿入したことを特徴とする。

（６）前記Ｃ型チューブ又は半円チューブは、前記各翼の翼底部に形成されるプラットフォームにおいて、隣接するプラットフォームのコンタクト面相互に半円形状の溝を設け、組立時に、隣接するプラットフォームのコンタクト面間に形成される円形溝の中に挿入される。

（７）前記隣接するシュラウドのコンタクト面相互にロータの径方向に重合する矩形状の凸部を互い違いに設け、組立時に、各々の凸部の重合面間に変形シートを介在させたことを特徴とする。

（８）前記変形シートは、前記各翼の翼底部に形成されるプラットフォームにおいて、隣接するプラットフォームのコンタクト面相互にロータの径方向に重合する矩形状の凸部を互い違いに設け、組立時に、各々の凸部の重合面間に介在されることを特徴とする。

本発明に係る軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造によれば、シュラウドや翼根の片当たりを効果的に回避して摩擦減衰の効果が大きくフレッティング疲労の発生も少ない軸流タービン翼を実現することができる。

以下、本発明に係る軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係る軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造を適用した蒸気タービンの概略構成図、図２はシュラウド翼構造の要部正断面図である。

図１に示すように、蒸気タービンは、ケーシング１とロータ２とにより形成され、このロータ２はタービン軸３とこのタービン軸３に固定されて同タービン軸３とともに回転する動翼４とを備えている。この動翼４の蒸気流れ方向上流側に静翼５が配置され、この静翼５は前記ケーシング１に支持されている。

前記静翼５及び動翼４は、ケーシング１とタービン軸３との間に形成された拡大流通路６内に交互にギャップＧを有して多段的に配置される。

従って、ケーシング１の内部に供給された蒸気は、図中矢印で示すように、拡大流通路６を膨張しながら流れ、静翼５を通過噴出される蒸気により動翼４が作動され、ロータ２を回転させることになる。

そして、本実施例では、前記動翼４に本発明に係る軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造が適用される。

即ち、図２に示すように、軸方向挿入型のシュラウド翼構造において、ロータ２の外周部に周方向へ等間隔離間して多数形成された翼溝１１と、該翼溝１１に嵌合する動翼４の翼根１３とは一歯（一山）で嵌合する形状になっている。

そして、翼溝１１と翼根１３のロータの周方向に沿った一対のコンタクト面（図２中、イ部参照）を同芯の円弧面にしている。また、前記一対のコンタクト面以外では、翼溝１１と翼根１３との間には所定の隙間Ｌ₁が設けられている。

尚、動翼４は、そのブレード１４の内周側にプラットフォーム１５、外周側にシュラウド１６が一体形成されている。また、隣接するシュラウド１６のコンタクト面相互は、所定の傾斜面（例えば棚部テーパ角α＝２５°）でコンタクトし得るようになっている。

このようにして、本実施例では、翼溝１１と翼根１３とは一歯（一山）で嵌合する形状になっているので、一対のコンタクト面以外では、翼溝１１と翼根１３との間には所定の隙間Ｌ₁が設けられていることと協働して、組立時に、動翼４を自由に傾けて翼根１３を翼溝１１に挿入することができる。

従って、ロータ２の回転時には、遠心力による動翼４の起き上がりモーメント（図２中の矢印参照）を利用してシュラウド１６の十分な反力が得られ、隣接するシュラウド１６をコンタクトさせて摩擦減衰の効果が十分に得られる。

また、この際、翼溝１１と翼根１３の一対のコンタクト面（図２中、イ部参照）を同芯の円弧面にしているので、一対のコンタクト面以外では、翼溝１１と翼根１３との間には所定の隙間Ｌ₁が設けられていることと協働して、例えシュラウド１６のピッチ誤差などがあったとしても、回転時にシュラウド１６や翼根１３において片当たりの状態が発生することが回避される。

これにより、フレッティング疲労を発生させることなく、動翼４やロータ２の耐久性向上が図れる。

図３は本発明の実施例２に係るシュラウド翼構造の説明図である。

これは、実施例１における翼根１３をロータ２の外周面に形成した環状溝１７部において周方向へ揺動自在にピン１８で支持するようにした例である。図示例では、翼根１３がロータ２の軸方向に所定間隔離間して一対設けられ、ロータ２の外周面に形成した二条の環状溝１７部においてそれぞれ一本のピン１８で支持されている。その他の構成は実施例１と同様なので図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、実施例１と同様に、ロータ２の回転時には、遠心力による動翼４の起き上がりモーメント（図３の（ｂ）中の矢印参照）を利用してシュラウド１６の十分な反力が得られ、隣接するシュラウド１６をコンタクトさせて摩擦減衰の効果が十分に得られる。また、ピン１８を中心に回転するので、例えシュラウド１６のピッチ誤差などがあったとしても、回転時にシュラウド１６や翼根１３において片当たりの状態が発生することが回避される。

図４は本発明の実施例３に係るシュラウド翼構造の説明図である。

これは、実施例１における、隣接するシュラウド１６のコンタクト面相互に半円形状の溝１６ａを設け、組立時に、隣接するシュラウド１６のコンタクト面間に形成される円形溝の中にＣ型チューブ（周方向の一箇所に切れ目がある円形チューブ）１９を挿入した例である。その他の構成は実施例１と同様なので図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、ロータ２の回転下における遠心力による動翼４の起き上がりモーメント（図４中の矢印参照）を利用してＣ型チューブ１９を塑性変形させ、シュラウド１６の溝１６ａと均一に接触させられる。

これにより、シュラウド１６のコンタクト面圧を均一にし、シュラウド１６のフレッティング疲労の発生を回避すると共に、摩擦減衰効果も増大させられる。

図５は本発明の実施例４に係るシュラウド翼構造の説明図である。

これは、実施例３におけるＣ型チューブ１９を半円チューブ２０に変更した例であり、その他の構成は実施例３と同様なので図４と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、実施例３と同様の作用・効果が得られる。

図６は本発明の実施例５に係るシュラウド翼構造の説明図である。

これは、実施例１における、隣接するシュラウド１６のコンタクト面相互にロータ２の径方向に重合する矩形状の凸部１６ｂを互い違いに設け、組立時に、各々の凸部１６の重合面間に変形シート（塑性又は弾性変形し易い板状の金属シート）２１を介在させた例である。その他の構成は実施例１と同様なので図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、ロータ２の回転下における遠心力による動翼４の起き上がりモーメント（図６中の矢印参照）を利用して変形シート２１を塑性又は弾性変形させ、各々の凸部１６の重合面に密着させられる。

図７は本発明の実施例６に係るシュラウド翼構造の説明図である。

これは、実施例５における変形シート２１を、隣接するシュラウド１６のコンタクト面間に代えて翼溝１１と翼根１３のロータの周方向に沿った一対のコンタクト面（図２中、イ部参照）間に介在させた例である。その他の構成は実施例５と同様なので図６と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、ロータ２の回転下における遠心力による動翼４の起き上がりモーメント（図７中の矢印参照）を利用して変形シート２１を塑性又は弾性変形させ、翼溝１１と翼根１３の一対のコンタクト面に密着させられる。

これにより、翼溝１１と翼根１３のコンタクト面圧を均一にし、シュラウド１６のフレッティング疲労の発生を回避すると共に、摩擦減衰効果も増大させられる。

図８は本発明の実施例７に係るシュラウド翼構造の説明図である。

これは、実施例３におけるＣ型チューブ１９（実施例４における半円チューブ２０でも良い）を隣接するプラットフォーム１５のコンタクト面間にも同様の構造で設けた例である。その他の構成は実施例３と同様なので図４と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、ロータ２の回転下における遠心力による動翼４の起き上がりモーメント（図８中の矢印参照）を利用してＣ型チューブ１９を塑性変形させ、シュラウド１６及びプラットフォーム１５の各々の溝と均一に接触させられる。

これにより、シュラウド１６及びプラットフォーム１５のコンタクト面圧を均一にし、シュラウド１６及びプラットフォーム１５のフレッティング疲労の発生を回避すると共に、摩擦減衰効果も増大させられる。

図９は本発明の実施例８に係るシュラウド翼構造の説明図である。

これは、実施例５における変形シート２１を隣接するプラットフォーム１５のコンタクト面間にも同様の構造で設けた例である。その他の構成は実施例５と同様なので図６と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。

これによれば、ロータ２の回転下における遠心力による動翼４の起き上がりモーメント（図９中の矢印参照）を利用して変形シート２１を塑性又は弾性変形させ、シュラウド１６及びプラットフォーム１５の各々の凸部の重合面に密着させられる。

尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、幾つかの実施例を組み合わせる等各種変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施例１に係る軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造を適用した蒸気タービンの概略構成図である。シュラウド翼構造の要部正断面図である。本発明の実施例２に係るシュラウド翼構造の説明図である。本発明の実施例３に係るシュラウド翼構造の説明図である。本発明の実施例４に係るシュラウド翼構造の説明図である。本発明の実施例５に係るシュラウド翼構造の説明図である。本発明の実施例６に係るシュラウド翼構造の説明図である。本発明の実施例７に係るシュラウド翼構造の説明図である。本発明の実施例８に係るシュラウド翼構造の説明図である。従来のシュラウド翼構造の説明図である。

符号の説明

１ケーシング、２ロータ、３タービン軸、４動翼、５静翼、６拡大流通路、１１翼溝、１３翼根、１４ブレード、１５プラットフォーム、１６シュラウド、１６ａ溝、１６ｂ凸部、１７環状溝、１８ピン、１９Ｃ型チューブ、２０半円チューブ、２１変形シート。

Claims

ロータの外周部に翼列をなすように周方向に配列される各翼の翼頂部に、翼と一体にシュラウドを設け、互いに隣接する翼のシュラウド同士がロータの回転時に接触するようにした軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造において、前記各翼の翼底部に、翼と一体に翼根を設け、該翼根を前記ロータの外周部に周方向へ揺動可能に支持させたことを特徴とする軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造。
前記翼根と、該翼根が前記ロータの軸方向から挿入可能に同ロータに形成される翼溝が一歯で嵌合される構造であって、前記翼根と翼溝の前記ロータの周方向に沿ったコンタクト面を同芯の円弧形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造。
前記コンタクト面間に変形シートを介在させたことを特徴とする請求項２に記載の軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造。
前記翼根は前記ロータの外周面に形成された環状溝内にピンで支持されることを特徴とする請求項１に記載の軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造。
前記隣接するシュラウドのコンタクト面相互に半円形状の溝を設け、組立時に、隣接するシュラウドのコンタクト面間に形成される円形溝の中にＣ型チューブ又は半円チューブを挿入したことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造。
前記Ｃ型チューブ又は半円チューブは、前記各翼の翼底部に形成されるプラットフォームにおいて、隣接するプラットフォームのコンタクト面相互に半円形状の溝を設け、組立時に、隣接するプラットフォームのコンタクト面間に形成される円形溝の中に挿入されることを特徴とする請求項５に記載の軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造。
前記隣接するシュラウドのコンタクト面相互にロータの径方向に重合する矩形状の凸部を互い違いに設け、組立時に、各々の凸部の重合面間に変形シートを介在させたことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造。
前記変形シートは、前記各翼の翼底部に形成されるプラットフォームにおいて、隣接するプラットフォームのコンタクト面相互にロータの径方向に重合する矩形状の凸部を互い違いに設け、組立時に、各々の凸部の重合面間に介在されることを特徴とする請求項７に記載の軸流タービン翼の制振及びフレッティング防止構造。