JP2013019395A

JP2013019395A - タービン動翼の連結構造およびタービン動翼の連結方法

Info

Publication number: JP2013019395A
Application number: JP2011155456A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kumakura; 英二熊倉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】手間やコストを掛けることなく、疲労強度を向上させるタービン動翼の連結構造を提供する。
【解決手段】根元部１２の周方向一側面１４は粗面であり、他側面１５は滑面である。一の動翼１０について、根元部１２と植込み部２１とを連結する。次の動翼の粗面１４が設置済みの動翼の滑面１５に対向するように、次の動翼１０について、根元部１２と植込み部２１とを連結する。次の動翼１０を周方向に移動させて、設置済みの動翼の滑面１５と次の動翼１０の粗面１４を接触させる。この移動の際に用いる動力を用いて、更に周方向に荷重を付加する。これにより、粗面１４は押し均らされて塑性変形し、加工硬化され、残留応力を付与される。更に、次の動翼１０を連結し、移動し、周方向の荷重を付加する。一連の手順を繰り返し、複数の動翼１０をタービンロータ２０周方向に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービンなどのタービン動翼の連結構造に係わり、特に、鞍型形状をした動翼根元部と植込み部との連結構造に関する。

従来から、タービンの動翼とタービンロータ外周とを連結する構造として、鞍型連結構造がある（例えば、特許文献１）。鞍型形状をした動翼根元部の凹部とタービンロータのディスク外周に設けられた植込み部の凸部とが嵌合することにより、連結構造が形成される。

特開平１１−３０３６０３号公報-

タービン動翼は、火力や原子力発電所で使用する蒸気タービンなどに用いられる。タービンロータの回転及び蒸気負荷に伴い、動翼根元部には繰返し応力が作用する。例えば、回転時に遠心力が作用し、回転終了時には遠心力の作用は解除される。これにより動翼根元部（特に凹部）に亀裂が入るおそれがある。したがって疲労強度を向上させることが望ましい。

ところで、疲労強度を向上させる従来技術として、ショットピーニング加工やバニシング加工がある。ショットピーニング加工は、金属性の被加工物表面に粒状投射材を投射して圧縮残留応力を高めて疲労強度を向上させる。また、バニシング加工は、金属性の被加工物の表面を転圧することで、塑性変形させて、表面を鏡状に仕上げると共に、加工硬化及び残留圧縮応力を付与し、疲労強度を向上させる。

しかし、このような加工をおこなうと、手間やコストが掛かる。

本発明の目的は、手間やコストを掛けることなく、疲労強度を向上させるタービン動翼の連結構造を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、タービンロータのディスク外周部に設けられた植込み部と、動翼の根元に設けられた鞍型根元部とからなり、鞍型根元部が植込み部に係合することにより動翼をタービンロータに連結し、この連結を繰り返して複数の動翼を周方向に配置するタービン動翼の連結構造において、前記鞍型根元部の周方向の一側面は粗面であり、他側面は滑面であり、前記鞍型根元部の粗面とこれに隣り合う鞍型根元部の滑面が接触するとともに、周方向の荷重付加により前記鞍型根元部の粗面は塑性変形状態にある。

（２）上記目的を達成するために、本発明は、タービン動翼の連結方法であって、動翼の根元に設けられた鞍型根元部の周方向の一側面は粗面であり、他側面は滑面であって、タービンロータのディスク外周部に設けられた植込み部に、前記鞍型根元部を係合し、一の動翼をタービンロータに連結する第１連結ステップと、次の動翼の鞍型根元部粗面が、前記一の動翼の鞍型根元部滑面に対向するように、次の動翼をタービンロータに連結する第２連結ステップと、次の動翼を周方向に移動させて前記滑面と前記粗面を接触させ、さらに、周方向に荷重を付加することにより、前記鞍型根元部の粗面を塑性変形させる側面接触ステップと、前記各ステップを繰返すことにより、複数の動翼を周方向に配置する配置ステップとを備える。

（３）上記目的を達成するために、本発明は、タービン動翼の連結方法であって、動翼の根元に設けられた鞍型根元部の周方向の一側面は粗面であり、他側面は滑面であって、タービンロータのディスク外周部に設けられた植込み部に、前記鞍型根元部を係合し、一の動翼をタービンロータに連結する第１連結ステップと、次の動翼の鞍型根元部滑面が、前記一の動翼の鞍型根元部粗面に対向するように、次の動翼をタービンロータに連結する第２連結ステップと、
次の動翼を周方向に移動させて前記粗面と前記滑面を接触させ、さらに、周方向に荷重を付加することにより、前記鞍型根元部の粗面を塑性変形させる側面接触ステップと、前記各ステップを繰返すことにより、複数の動翼を周方向に配置する配置ステップとを備える。

このように粗面が塑性変形して、加工硬化され、残留応力を付与されることにより、疲労強度を向上させることができる。

この塑性変形は、連結構造組み立ての一連の手順のなかで、動翼移動の際に用いる動力を用いて、周方向に荷重を付加することによるものであり、別途、ショットピーニング加工やバニシング加工をするなど、手間やコストがほとんど掛からない。

なお、粗面を滑面に押し付けても、滑面を粗面に押し付けても、同様な効果が得られる。

本発明によれば、連結構造組み立ての一連の手順のなかで、粗面を塑性変形させることで、手間やコストを掛けることなく、疲労強度を向上させることができる。

タービン動翼の連結構造の概略を示す斜視図である。主要部である鞍型根元部の斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

〜構成〜
図１はタービン動翼の連結構造の概略を示す斜視図である。図２は主要部である鞍型根元部の斜視図である。

連結構造は、動翼１０とタービンロータ２０外周とを連結するものである。タービンロータのディスク２０外周には植込み部２１が設けられ、植込み部２１には複数の凸部２２が設けられている。動翼１０の頂部にはシェラウド１１が設けられ、動翼の根元部には鞍型形状の根元部１２が設けられている。根元部１２の鞍型内側には複数の凹部１３が設けられている。凸部２２が凹部１３に嵌合することにより、根元部１２と植込み部２１とが連結し、動翼１０とタービンロータ２０とが連結する。

動翼１０は、タービンロータ２０の周方向に複数配置される。一の動翼の根元部１２の周方向側面１４と、これに隣り合う動翼の根元部１２の周方向側面１５とが接触している。なお、動翼頂部において、隣り合うシャラウド１１同士が噛みあうことにより連続している。

本実施形態の特徴的構成に付いて説明する。根元部１２の周方向一側面１４は粗面加工されており、周方向他側面１５は滑面加工されている。粗面１４と滑面１５が接触するとともに、周方向の荷重付加により粗面１５は塑性変形状態にある（連結方法にて詳述）。

〜連結方法〜
連結構造の組み立て方法について説明する。

予め、根元部１２の周方向一側面１４に簡単な粗面加工をしておき、周方向他側面１５に滑面加工をしておく。

一の動翼１０について、凹部１３を凸部２２に嵌合させ、根元部１２と植込み部２１とを連結する。次の動翼の粗面１４が設置済みの動翼の滑面１５に対向するように、次の動翼１０について、根元部１２と植込み部２１とを連結する。

ここで、動翼１０は径方向にタービンロータ２０に拘束されるが周方向には移動可能である。次の動翼１０を周方向に移動させて、設置済みの動翼の滑面１５と次の動翼１０の粗面１４を接触させる。

この移動の際に用いる動力を用いて、更に周方向に荷重を付加する。

ところで、粗面１４を詳細にみると、粗面１４は粗面凸部１６（詳細図示省略）と粗面凹部１７（詳細図示省略）から形成されている。また、根元部１２は金属であり弾性であり、粗面凸部１６も弾性である。荷重付加の際、粗面凸部１６は、滑面１５からの反力により、始めは弾性変形するが、降伏した後、塑性変形する。これにより、粗面１４は押し均らされ、加工硬化され、残留応力を付与される。

更に、次の動翼１０を連結し、移動し、周方向の荷重を付加する。一連の手順を繰り返し、複数の動翼１０をタービンロータ２０周方向に配置する。

〜効果〜
上記のように、粗面１４は押し均らされ、加工硬化され、残留応力を付与されることにより、疲労強度を向上させることができる。

従来、根元部１２（特に凹部１３）には繰り返し応力が作用し、亀裂が入るおそれがあった。本実施形態では、疲労強度を向上させることにより、亀裂の発生を防止できる。

また、従来からあるショットピーニング加工やバニシング加工によっても、疲労強度を向上させることができるが、手間やコストが掛かる課題があった。

本実施形態では、上記のように、連結構造組み立ての一連の手順のなかで、動翼移動の際に用いる動力を用いて、更に周方向に荷重を付加し、疲労強度を向上させるため、別途、疲労強度を向上させる加工をおこなう必要がなく、手間やコストがほとんど掛からない。

なお、本実施形態における粗面加工や滑面加工は、ショットピーニング加工やバニシング加工に比べて、簡単な表面加工であり、上記効果を損なうものではない。

〜変形例〜
本実施形態では、次の動翼の粗面１４を設置済みの動翼の滑面１５に押し付けたが、次の動翼の滑面１５を設置済みの動翼の粗面１４に押し付けても、同様な効果が得られる。

１０動翼
１１シェラウド
１２根元部（鞍型）
１３凹部
１４周方向側面（粗面）
１５周方向側面（滑面）
１６粗面凸部
１７粗面凹部
２０タービンロータ
２１植込み部
２２凸部

Claims

タービンロータのディスク外周部に設けられた植込み部と、動翼の根元に設けられた鞍型根元部とからなり、鞍型根元部が植込み部に係合することにより動翼をタービンロータに連結し、この連結を繰り返して複数の動翼を周方向に配置するタービン動翼の連結構造において、
前記鞍型根元部の周方向の一側面は粗面であり、他側面は滑面であり、
前記鞍型根元部の粗面とこれに隣り合う鞍型根元部の滑面が接触するとともに、周方向の荷重付加により前記鞍型根元部の粗面は塑性変形状態にある
ことを特徴とするタービン動翼の連結構造。
タービン動翼の連結方法であって、
動翼の根元に設けられた鞍型根元部の周方向の一側面は粗面であり、他側面は滑面であって、
タービンロータのディスク外周部に設けられた植込み部に、前記鞍型根元部を係合し、一の動翼をタービンロータに連結する第１連結ステップと、
次の動翼の鞍型根元部粗面が、前記一の動翼の鞍型根元部滑面に対向するように、次の動翼をタービンロータに連結する第２連結ステップと、
次の動翼を周方向に移動させて前記滑面と前記粗面を接触させ、さらに、周方向に荷重を付加することにより、前記鞍型根元部の粗面を塑性変形させる側面接触ステップと、
前記各ステップを繰返すことにより、複数の動翼を周方向に配置する配置ステップと
を備えることを特徴とするタービン動翼の連結方法。
タービン動翼の連結方法であって、
動翼の根元に設けられた鞍型根元部の周方向の一側面は粗面であり、他側面は滑面であって、
タービンロータのディスク外周部に設けられた植込み部に、前記鞍型根元部を係合し、一の動翼をタービンロータに連結する第１連結ステップと、
次の動翼の鞍型根元部滑面が、前記一の動翼の鞍型根元部粗面に対向するように、次の動翼をタービンロータに連結する第２連結ステップと、
次の動翼を周方向に移動させて前記粗面と前記滑面を接触させ、さらに、周方向に荷重を付加することにより、前記鞍型根元部の粗面を塑性変形させる側面接触ステップと、
前記各ステップを繰返すことにより、複数の動翼を周方向に配置する配置ステップと
を備えることを特徴とするタービン動翼の連結方法。