JP2014066223A - Turbine stationary blade vibration control structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静翼に発生する振動を抑制することができるタービンの静翼制振構造に関する。 The present invention relates to a turbine stationary blade damping structure capable of suppressing vibrations generated in a stationary blade.
近年、蒸気タービンにおいては、高出力化及び高効率化を進めるのに伴って、低圧最終段の翼を通過する蒸気の流量が増加する傾向にある。一方、作動流体である蒸気を効率的に膨張させるためには、特に、低圧最終段における翼の長翼化を図ることにより、当該翼の環状面積を増加させる必要がある。 In recent years, steam turbines have a tendency to increase the flow rate of steam passing through the blades of the low-pressure final stage as the power output and the efficiency increase. On the other hand, in order to efficiently expand the steam that is the working fluid, it is necessary to increase the annular area of the blade, particularly by increasing the length of the blade in the low-pressure final stage.
また、蒸気タービンに用いられる翼においては、翼の外装形状や質量、あるいは、翼を通過する蒸気の流速や質量に応じて、振動が発生することがある。特に、上述したような、長翼化を図った翼においては、振動が更に発生し易くなるおそれがあった。 In the blade used in the steam turbine, vibration may occur depending on the outer shape and mass of the blade or the flow velocity and mass of the steam passing through the blade. In particular, in the wing having a long wing as described above, there is a risk that vibration is more likely to occur.
そこで、従来から、翼に発生する振動を抑制するようにしたタービンの翼制振構造が、種々提供されており、このような、タービンの翼制振構造は、例えば、特許文献1,2に開示されている。
In view of this, various turbine blade damping structures for turbines that suppress vibration generated in the blades have been conventionally provided. For example,
上記従来のタービンの翼制振構造では、動翼の背面及び腹面から外側に向けて突出する連結部材を設け、ロータ回転時において動翼に作用する遠心力によって発生する当該動翼の捩じり戻りを利用して、隣接する動翼間の連結部材同士を係合させるようにしている。これにより、従来の翼制振構造においては、動翼に振動が発生すると、連結部材同士が接触して、これらの間に摩擦力が生じることになり、その摩擦力によって、その振動を減衰させることが可能となっている。 In the conventional turbine blade damping structure for a turbine, a connecting member that protrudes outward from the back surface and the abdominal surface of the rotor blade is provided, and the torsion of the rotor blade that is generated by centrifugal force acting on the rotor blade when the rotor rotates. By utilizing the return, the connecting members between adjacent rotor blades are engaged with each other. As a result, in the conventional blade damping structure, when vibration occurs in the moving blade, the connecting members come into contact with each other, and a frictional force is generated between them. The frictional force attenuates the vibration. It is possible.
一方、タービンにおける静翼は、その両端部が固定支持されるものであるため、動翼のように、ロータの回転と共に回転することはない。よって、動翼に採用可能な上記従来の翼制振構造を、静翼に適用しても、当該静翼に発生する振動を抑制することは困難となる。 On the other hand, since both ends of the stationary blade in the turbine are fixedly supported, they do not rotate with the rotation of the rotor, unlike the moving blade. Therefore, even if the conventional blade damping structure that can be used for a moving blade is applied to a stationary blade, it is difficult to suppress vibration generated in the stationary blade.
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、静翼に発生する振動を抑制することができるタービンの静翼制振構造を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a stationary blade damping structure for a turbine that can suppress vibration generated in the stationary blade.
上記課題を解決する第1の発明に係るタービンの静翼制振構造は、
タービンのロータを回転可能に支持するケーシングと、
前記ケーシングの内周部に支持され、前記ロータの周方向に配列される複数の静翼とを備えたタービンの静翼制振構造であって、
前記静翼の背面から外側に向けて突出する背側連結部と、
前記静翼の腹面から外側に向けて突出する腹側連結部とを設け、
前記ロータの周方向において隣接した前記静翼同士を、前記背側連結部と前記腹側連結部とによって連結させる
ことを特徴とする。
A stationary vane damping structure for a turbine according to a first invention for solving the above-described problem is
A casing for rotatably supporting the rotor of the turbine;
A stationary vane damping structure for a turbine comprising a plurality of stationary blades supported by an inner circumferential portion of the casing and arranged in a circumferential direction of the rotor,
A dorsal connection portion protruding outward from the back surface of the stationary blade;
Providing a ventral side connecting portion projecting outward from the abdominal surface of the stationary blade,
The stationary blades adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor are connected by the back side connection portion and the ventral side connection portion.
上記課題を解決する第2の発明に係るタービンの静翼制振構造は、
前記背側連結部の先端部に、円弧状に凹むように形成される背側凹部と、
前記腹側連結部の先端部に、円弧状に凹むように形成される腹側凹部と、
前記背側凹部と前記腹側凹部との間に挟持されるピンとを備える
ことを特徴とする。
A stationary vane damping structure for a turbine according to a second invention that solves the above-described problem is as follows.
A dorsal recess formed so as to be recessed in an arc shape at the tip of the dorsal connection portion;
An abdominal recess formed to be recessed in an arc shape at the distal end of the ventral connection,
It is provided with the pin pinched between the said back side recessed part and the said abdominal side recessed part.
上記課題を解決する第3の発明に係るタービンの静翼制振構造は、
前記背側連結部または前記腹側連結部の先端部に、凹状に形成される係合凹部と、
前記腹側連結部または前記背側連結部の先端部に、凸状に形成され、前記係合凹部と係合する係合凸部とを備える
ことを特徴とする。
A stationary vane damping structure for a turbine according to a third invention for solving the above-described problem is
An engagement recess formed in a concave shape at the distal end of the back side connection part or the ventral side connection part,
The distal end of the abdomen-side connecting part or the back-side connecting part includes an engaging convex part that is formed in a convex shape and engages with the engaging concave part.
従って、本発明に係るタービンの静翼制振構造によれば、隣接した静翼同士を、背側連結部と腹側連結部とによって連結することにより、静翼の剛性を向上させることができるので、当該静翼に発生する振動を抑制することができる。 Therefore, according to the stationary blade damping structure for a turbine according to the present invention, since the adjacent stationary blades are connected to each other by the back side connecting portion and the ventral side connecting portion, the rigidity of the stationary blade can be improved. The vibration generated in the stationary blade can be suppressed.
以下、本発明に係るタービンの静翼制振構造について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, a stationary blade damping structure for a turbine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、蒸気タービン1は、その外殻をなすケーシング(車室)11と、このケーシン11内に回転可能に支持されるロータ12と、ケーシング11の内周部に支持される複数の静翼13と、この静翼13に隣接してロータ12の外周部に支持される複数の動翼14とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
更に、ケーシング11の前端部には、蒸気を取り込むための蒸気取込口15が設けられており、この蒸気取込口15は、ケーシング11内に形成される蒸気通路16に連通している。そして、蒸気通路16は、ロータ12の軸方向に形成されており、この蒸気通路16内には、静翼13と動翼14とが交互に配置されている。なお、図1に記載した2点鎖線は、蒸気の流れを示している。
Further, a
静翼13は、蒸気を下流側に隣接する動翼14に案内するものであって、ロータ12の周方向に等角度間隔で、且つ、ロータ12を中心として放射状に配置されている。そして、図2に示すように、静翼13におけるロータ12の径方向内側の内側端部13aは、内側シュラウド21に固定される一方、静翼13におけるロータ12の径方向外側の外側端部13bは、環状部材22に固定されている。
The
なお、内側シュラウド21は、円筒状に形成されており、ロータ12の径方向において、ケーシング11とロータ12との間に配置されている。一方、環状部材22は、ケーシング11の内周部に固定されている。
The
また、動翼14は、蒸気の主流が有する運動エネルギを回転エネルギに変換するものであって、ロータ12の周方向に等角度間隔で、且つ、ロータ12を中心として放射状に配置されている。そして、動翼14におけるロータ12の径方向内側の内側端部は、ロータ12の外周部に固定される一方、動翼14におけるロータ12の径方向外側の外側端部は、ケーシング12の内周面との間で、所定量の隙間を有している。
The moving
ここで、蒸気タービン1では、ロータ12の同一円周上において円形状に配列された静翼13及び動翼14のそれぞれの集合を、静翼13列及び動翼14列としている。そして、それら静翼13列と動翼14列とを、ロータ12の軸方向において交互に配置している。
Here, in the
このとき、静翼13列と、当該静翼13列の下流側に隣接した動翼14列とは、前後一対となって、1つの段を構成している。そして、蒸気タービン1は、その前後一対の静翼13列及び動翼14列から構成される段を、複数段(図1では5段)備えている。
At this time, the
また、複数段の静翼13列及び動翼14列においては、その翼長(ロータ12の径方向の長さ、ロータ12の軸方向と直交する方向の長さ)が、蒸気通路16を上流側から下流側に向かうに従って、漸次長くなるように構成されている。
Further, in the plurality of stages of the
更に、蒸気通路16内に配置される最下流側の段は、蒸気圧力を最も低圧にさせる段となることから、低圧最終段となっている。そして、その低圧最終段の静翼13及び動翼14は、蒸気タービン1の高出力化及び高効率化を図ることを目的として、その上流側に配置される他の段の静翼13及び動翼14と比べて、特に、翼長が長くなるように形成されている。
Furthermore, the most downstream stage disposed in the
従って、蒸気タービン1の運転が開始されると、蒸気取込口15に供給された蒸気は、各段の静翼13列及び動翼14列を順次通過しながら、蒸気通路16内をロータ12の軸方向に沿って流れる。このとき、蒸気が静翼13列を通過することにより、蒸気の圧力が低下され、当該蒸気に運動エネルギが発生する。次いで、静翼13列によって案内された蒸気が動翼14列を通過することにより、蒸気の運動エネルギが回転エネルギに変換され、ロータ12が回転される。そして、ロータ12の回転に伴って発電機が駆動し、その発電機によって、ロータ12の回転エネルギが電気エネルギに変換され、発電が行われる。
Accordingly, when the operation of the
即ち、蒸気タービン1においては、取り込んだ蒸気を、静翼13列及び動翼14列から構成される各段に順次通過させることにより、その蒸気の圧力を、所定の吐出圧力に達するように徐々に低下させるようにしている。このとき、上述したように、低圧最終段の静翼13は、その翼長が最も長いため、振動強度上、最も厳しい条件下に配置されている。
That is, in the
そこで、蒸気タービン1においては、複数段の静翼13列の中でも、少なくとも、蒸気の通過によって振動が発生し易くなる最終段の静翼13列に対して、本発明に係る静翼制振構造を採用している。
Therefore, in the
次に、本発明に係る静翼制振構造を静翼13列に適用した場合について、図3乃至図7を用いて具体的に説明する。なお、図3に記載した2点鎖線は、蒸気の流れを示している。 Next, the case where the stationary blade damping structure according to the present invention is applied to the 13 rows of stationary blades will be specifically described with reference to FIGS. The two-dot chain line shown in FIG. 3 indicates the flow of steam.
先ず、第1実施例に係る静翼制振構造として、図3及び図4に示すように、静翼13の背面13c及び腹面13dには、背側連結部材31及び腹側連結部材41が設けられている。
First, as shown in FIGS. 3 and 4, as the stationary blade damping structure according to the first embodiment, the back
背側連結部材31は、背面13cからロータ12の周方向外側に向けて突出するような、先細り形状となっている。一方、腹側連結部材41は、腹面13dからロータ12の周方向外側に向けて突出するような、先細り形状となっている。そして、背側連結部材31の先端面31aと、腹側連結部材41の先端面41aとは、溶接によって連結されている。
The back
従って、静翼13列をロータ12の周方向において一体化させることができるので、静翼13の剛性を向上させることができる。これにより、静翼13に発生する振動を抑制することができる。
Therefore, since the rows of the
また、第2実施例に係る静翼制振構造として、図5に示すように、静翼13の背面13c及び腹面13dには、背側連結部材32及び腹側連結部材42が設けられている。
Further, as shown in FIG. 5, as the stationary blade damping structure according to the second embodiment, a back
背側連結部材32は、背面13cからロータ12の周方向外側に向けて突出するような、先細り形状となっており、その先端中央部には、半円状(円弧状)に凹んだ背側凹部32aが形成されている。一方、腹側連結部材42は、腹面13dからロータ12の周方向外側に向けて突出するような、先細り形状となっており、その先端中央部には、半円状(円弧状)に凹んだ腹側凹部42aが形成されている。
The back-
そして、背側凹部32aと腹側凹部42aとの間には、円柱状のピン52が挟持されている。即ち、背側連結部材32と腹側連結部材42とは、対向した凹部32a,42a間にピン52を介在させることにより、連結されることになる。
A
従って、静翼13列をロータ12に周方向において一体化させることができるので、静翼13の剛性を向上させることができる。このとき、静翼13に振動が発生して、背側凹部32a及び腹側凹部42aがピン52に強く接触すると、これら背側凹部32a及び腹側凹部42aに対して、ピン52からの反力が作用することになる。この結果、そのような、ピン52のダンパ作用によって、静翼13の振動を減衰させることができる。これにより、静翼13に発生する振動を抑制することができる。
Therefore, since the
更に、第3実施例に係る静翼制振構造として、図6に示すように、静翼13の背面13c及び腹面13dには、背側連結部材33及び腹側連結部材43が設けられている。
Furthermore, as shown in FIG. 6, as a stationary blade damping structure according to the third embodiment, a back
背側連結部材33は、背面13cからロータ12の周方向外側に向けて突出するような、先細り形状となっており、その先端中央部には、円形状に開口した係合凹部33aが形成されている。一方、腹側連結部材43は、腹面13dからロータ12の周方向外側に向けて突出するような、先細り形状となっており、その先端中央部には、円形状に膨出した係合凸部43aが形成されている。
The back-
そして、係合凹部33aと係合凸部43aとは、係合(嵌合)されている。即ち、背側連結部材33と腹側連結部材43とは、係合凹部33aと係合凸部43aとを係合させることにより、連結されることになる。
And the engagement recessed
従って、静翼13列をロータ12に周方向において一体化させることができるので、静翼13の剛性を向上させることができる。このとき、静翼13に振動が発生すると、係合凹部33aと係合凸部43aとの間に摩擦力が生じることになり、この摩擦力によって、静翼13の振動を減衰させることができる。これにより、静翼13に発生した振動を抑制することができる。
Therefore, since the
また更に、第4実施例に係る静翼制振構造として、図7に示すように、静翼13の背面13c及び腹面13dには、背側連結部材34及び腹側連結部材44が設けられている。
Furthermore, as shown in FIG. 7, as the stationary blade damping structure according to the fourth embodiment, a back
背側連結部材34は、背面13cからロータ12の周方向外側に向けて突出するような、先細り形状となっており、その先端中央部には、楔形状に開口した係合凹部34aが形成されている。一方、腹側連結部材44は、腹面13dからロータ12の周方向外側に向けて突出するような、先細り形状となっており、その先端中央部には、楔形状に膨出した係合凸部44aが形成されている。
The back-
そして、係合凹部34aと係合凸部44aとは、係合(嵌合)されている。即ち、背側連結部材34と腹側連結部材44とは、係合凹部34aと係合凸部44aとを係合させることにより、連結されることになる。
The
従って、静翼13列をロータ12に周方向において一体化させることができるので、静翼13の剛性を向上させることができる。このとき、静翼13に振動が発生すると、係合凹部34aと係合凸部44aとの間に摩擦力が生じることになり、この摩擦力によって、静翼13の振動を減衰させることができる。これにより、静翼13に発生した振動を抑制することができる。
Therefore, since the
本発明は、静翼の組み付け精度を向上させることを目的としたタービンの静翼支持構造に適用可能である。 The present invention can be applied to a turbine vane support structure for the purpose of improving the assembly accuracy of a vane.
1 蒸気タービン
11 ケーシング
12 ロータ
13 静翼
13c 背面
13d 腹面
14 動翼
15 蒸気取込口
16 蒸気通路
21 内側シュラウド
22 環状部材
31〜34 背側連結部材
41〜44 腹側連結部材
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ケーシングの内周部に支持され、前記ロータの周方向に配列される複数の静翼とを備えたタービンの静翼制振構造であって、
前記静翼の背面から外側に向けて突出する背側連結部と、
前記静翼の腹面から外側に向けて突出する腹側連結部とを設け、
前記ロータの周方向において隣接した前記静翼同士を、前記背側連結部と前記腹側連結部とによって連結させる
ことを特徴とするタービンの静翼制振構造。 A casing for rotatably supporting the rotor of the turbine;
A stationary vane damping structure for a turbine comprising a plurality of stationary blades supported by an inner circumferential portion of the casing and arranged in a circumferential direction of the rotor,
A dorsal connection portion protruding outward from the back surface of the stationary blade;
Providing a ventral side connecting portion projecting outward from the abdominal surface of the stationary blade,
The turbine stationary blade damping structure, wherein the stationary blades adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor are coupled to each other by the back side coupling portion and the ventral side coupling portion.
前記背側連結部の先端部に、円弧状に凹むように形成される背側凹部と、
前記腹側連結部の先端部に、円弧状に凹むように形成される腹側凹部と、
前記背側凹部と前記腹側凹部との間に挟持されるピンとを備える
ことを特徴とするタービンの静翼制振構造。 In the turbine stationary blade damping structure according to claim 1,
A dorsal recess formed so as to be recessed in an arc shape at the tip of the dorsal connection portion;
An abdominal recess formed to be recessed in an arc shape at the distal end of the ventral connection,
A turbine vane damping structure, comprising: a pin sandwiched between the back-side recess and the ventral-side recess.
前記背側連結部または前記腹側連結部の先端部に、凹状に形成される係合凹部と、
前記腹側連結部または前記背側連結部の先端部に、凸状に形成され、前記係合凹部と係合する係合凸部とを備える
ことを特徴とするタービンの静翼制振構造。 In the turbine stationary blade damping structure according to claim 1,
An engagement recess formed in a concave shape at the distal end of the back side connection part or the ventral side connection part,
A turbine stationary blade damping structure, comprising: an engaging convex portion that is formed in a convex shape at a distal end portion of the ventral side connecting portion or the back side connecting portion and engages with the engaging concave portion.
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