JP2017120046A - Dovetail joint - Google Patents

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洋平 小竹
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dovetail joint which inhibits stress corrosion crack in an outer fillet of a wheel dovetail.SOLUTION: A dovetail joint according to one embodiment is used to attach a bucket to a rotor wheel. The dovetail joint has a male wheel dovetail and a female bucket dovetail. The male wheel dovetail is provided at the rotor wheel. The female bucket dovetail is provided at the bucket and attached to the wheel dovetail. The wheel dovetail has a hook, a neck, and an outer fillet. The hook extends in a substantially horizontal direction relative to a radial direction of the rotor wheel. The neck is provided at a radial inner side relative to the hook. The outer fillet is provided at a radial outer portion in the neck, and its curvature radius continuously changes.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明の実施形態は、ダブテールジョイントに関する。   Embodiments of the present invention relate to a dovetail joint.

タービンにおいて、ロータホイールにバケット（動翼）を取り付けるためにダブテールジョイントが使用されている。ダブテールジョイントは、例えば、ロータホイールに設けられる雄形のホイールダブテールと、バケットに設けられる雌形のバケットダブテールとからなる。雄形のホイールダブテールと雌形のバケットダブテールとは相補的形状を有し、これによりホイールダブテールにバケットダブテールが嵌め合わされて取り付けられる。以下、ロータホイールの径方向を単に径方向と記し、この径方向に対して垂直な方向を水平方向と記して説明する。   In turbines, dovetail joints are used to attach buckets (blades) to rotor wheels. The dovetail joint includes, for example, a male wheel dovetail provided on the rotor wheel and a female bucket dovetail provided on the bucket. The male wheel dovetail and the female bucket dovetail have complementary shapes, whereby the bucket dovetail is fitted and attached to the wheel dovetail. Hereinafter, the radial direction of the rotor wheel is simply referred to as a radial direction, and a direction perpendicular to the radial direction is described as a horizontal direction.

雄形のホイールダブテールは、略水平方向に延びるフックを有する。フックは、径方向の外側および内側にそれぞれ外面および内面を有し、このうち内面がバケットダブテールのフックが係合する係合部となる。このようなフックは、径方向に複数が設けられるとともに、雄形のホイールダブテールの水平方向における中心に対して対称に設けられる。   The male wheel dovetail has a hook extending in a substantially horizontal direction. The hook has an outer surface and an inner surface on the radially outer side and the inner side, respectively, and the inner surface serves as an engaging portion with which the hook of the bucket dovetail engages. A plurality of such hooks are provided in the radial direction, and are provided symmetrically with respect to the horizontal center of the male wheel dovetail.

各フックに対して径方向の内側には、各フックを径方向に接続するネックが設けられる。各ネックにおける径方向の外側部分には、応力の集中による応力腐食割れを抑制するための外側フィレットが設けられる。外側フィレットは、例えば、単一の円弧、曲率半径が異なる複数の円弧などからなる。   A neck for connecting each hook in the radial direction is provided on the inner side in the radial direction with respect to each hook. An outer fillet for suppressing stress corrosion cracking due to stress concentration is provided on the radially outer portion of each neck. The outer fillet is composed of, for example, a single arc or a plurality of arcs having different radii of curvature.

特開２００２−２４２６０８号公報JP 2002-242608 A 特許第４００８０１５号公報Japanese Patent No. 4008015

近年、外側フィレットにおける応力腐食割れをさらに抑制することが求められている。本発明が解決しようとする課題は、ホイールダブテールの外側フィレットにおける応力腐食割れを抑制できるダブテールジョイントを提供することである。   In recent years, there has been a demand for further suppressing stress corrosion cracking in the outer fillet. The problem to be solved by the present invention is to provide a dovetail joint that can suppress stress corrosion cracking in the outer fillet of the wheel dovetail.

実施形態のダブテールジョイントは、ロータホイールにバケットを取り付けるためのダブテールジョイントである。ダブテールジョイントは、雄形のホイールダブテールと、雌形のバケットダブテールとを有する。雄形のホイールダブテールは、ロータホイールに設けられる。雌形のバケットダブテールは、バケットに設けられ、ホイールダブテールに取り付けられる。ホイールダブテールは、フック、ネック、および外側フィレットを有する。フックは、ロータホイールの径方向に対して略垂直な方向に延びる。ネックは、フックに対して径方向の内側に設けられる。外側フィレットは、ネックにおける径方向の外側部分に設けられ、曲率半径が連続的に変化する。   The dovetail joint of the embodiment is a dovetail joint for attaching a bucket to the rotor wheel. The dovetail joint has a male wheel dovetail and a female bucket dovetail. A male wheel dovetail is provided on the rotor wheel. A female bucket dovetail is provided on the bucket and attached to the wheel dovetail. The wheel dovetail has a hook, a neck, and an outer fillet. The hook extends in a direction substantially perpendicular to the radial direction of the rotor wheel. The neck is provided radially inward with respect to the hook. The outer fillet is provided in a radially outer portion of the neck, and the radius of curvature continuously changes.

第１の実施形態に係る蒸気タービンを示す側面図である。It is a side view showing a steam turbine concerning a 1st embodiment. 第１の実施形態に係るホイールダブテールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the wheel dovetail which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る外側フィレットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outer side fillet which concerns on 1st Embodiment. 第２の実施形態に係る外側フィレットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outer side fillet which concerns on 2nd Embodiment. 例１の評価用ホイールダブテールを示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing an evaluation wheel dovetail of Example 1. FIG. 例２の評価用ホイールダブテールを示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing an evaluation wheel dovetail of Example 2. FIG. 例３の評価用ホイールダブテールを示す断面図である。10 is a cross-sectional view showing an evaluation wheel dovetail of Example 3. FIG. 例４の評価用ホイールダブテールを示す断面図である。10 is a cross-sectional view showing an evaluation wheel dovetail of Example 4. FIG. 例１〜例４に係る外側フィレットの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the outer side fillet which concerns on Examples 1-Example 4. 例１〜例４に係る外側フィレットの曲率半径を示す図である。It is a figure which shows the curvature radius of the outer side fillet which concerns on Examples 1-4. 例１、例３、例４のフォンミーゼス応力を示す図である。It is a figure which shows the von Mises stress of Example 1, Example 3, and Example 4. FIG. 例２、例３、例４のフォンミーゼス応力を示す図である。It is a figure which shows the von Mises stress of Example 2, Example 3, and Example 4. FIG.

以下、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る蒸気タービンを示す断面図である。図２は、第１の実施形態に係るホイールダブテールを示す断面図である。ここで、図２には、ホイールダブテールのうち、ロータホイールの径方向に対して垂直な方向における中心から右側の部分のみを示す。図３は、第１の実施形態に係る外側フィレットを示す断面図である。なお、図１〜図３においては、ダブテールジョイントの挿入方向から見た状態を示す。また、以下では、ロータホイールの径方向（図中、上下方向）を単に径方向と記し、この径方向に対して垂直な方向（図中、左右方向）を水平方向と記して説明する。 (First embodiment)
Drawing 1 is a sectional view showing the steam turbine concerning a 1st embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the wheel dovetail according to the first embodiment. Here, FIG. 2 shows only the portion of the wheel dovetail on the right side from the center in the direction perpendicular to the radial direction of the rotor wheel. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the outer fillet according to the first embodiment. In addition, in FIG. 1-3, the state seen from the insertion direction of the dovetail joint is shown. In the following description, the radial direction of the rotor wheel (the vertical direction in the figure) is simply referred to as the radial direction, and the direction perpendicular to the radial direction (the horizontal direction in the figure) is described as the horizontal direction.

図１に示すように、蒸気タービン１０は、ロータ１１、このロータ１１に設けられるロータホイール１２、およびこのロータホイール１２に取り付けられるバケット（動翼）１３を有する。バケット１３は、図示しないボイラにおいて発生した蒸気の運動エネルギーを吸収して、ロータホイール１２を介してロータ１１を回転させる。これにより、蒸気のエネルギーがロータ１１の回転エネルギーに変換される。   As shown in FIG. 1, the steam turbine 10 includes a rotor 11, a rotor wheel 12 provided on the rotor 11, and a bucket (moving blade) 13 attached to the rotor wheel 12. The bucket 13 absorbs kinetic energy of steam generated in a boiler (not shown) and rotates the rotor 11 via the rotor wheel 12. Thereby, the energy of the steam is converted into the rotational energy of the rotor 11.

ロータホイール１２とバケット１３とはダブテールジョイント２０を介して取り付けられる。ダブテールジョイント２０は、ロータホイール１２に設けられる雄形のホイールダブテール２１と、バケット１３に設けられる雌形のバケットダブテール２２とを有する。ホイールダブテール２１とバケットダブテール２２とは、実質的に相補的形状を有する。ここで、図１に示されるダブテールジョイント２０は、ホイールダブテール２１にバケットダブテール２２が接線方向から挿入される接線方向挿入式である。   The rotor wheel 12 and the bucket 13 are attached via a dovetail joint 20. The dovetail joint 20 includes a male wheel dovetail 21 provided on the rotor wheel 12 and a female bucket dovetail 22 provided on the bucket 13. The wheel dovetail 21 and the bucket dovetail 22 have substantially complementary shapes. Here, the dovetail joint 20 shown in FIG. 1 is a tangential direction insertion type in which the bucket dovetail 22 is inserted into the wheel dovetail 21 from the tangential direction.

図２に示すように、ホイールダブテール２１は、略水平方向に延びるフック３１、３２、３３を有する。フック３１、３２、３３に対して径方向の内側には、これらを径方向に接続するためのネック４１、４２、４３が設けられる。ネック４１、４２、４３は、これらに対して径方向の外側に設けられるフック３１、３２、３３の水平方向の長さよりも自身の水平方向の長さが短くなるように設けられる。ここで、フック３１、３２、３３の長さ、ネック４１、４２、４３の長さは、いずれもホイールダブテール２１の水平方向における中心からそれらの側面までの水平方向における長さである。   As shown in FIG. 2, the wheel dovetail 21 has hooks 31, 32, 33 extending in a substantially horizontal direction. Neck 41, 42, 43 for connecting these hooks 31, 32, 33 in the radial direction is provided on the inner side in the radial direction. The necks 41, 42, and 43 are provided such that their horizontal lengths are shorter than the horizontal lengths of the hooks 31, 32, and 33 provided on the outer side in the radial direction. Here, the lengths of the hooks 31, 32, 33 and the lengths of the necks 41, 42, 43 are all the horizontal lengths from the center of the wheel dovetail 21 in the horizontal direction to the side surfaces thereof.

ホイールダブテール２１とバケットダブテール２２とは、ホイールダブテール２１におけるフック３１とフック３２との間、フック３２とフック３３との間、およびフック３３とロータホイール本体２１ａとの間に、バケットダブテール２２のそれぞれのフックが嵌め込まれて取り付けられる。   The wheel dovetail 21 and the bucket dovetail 22 are respectively arranged between the hook 31 and the hook 32, between the hook 32 and the hook 33, and between the hook 33 and the rotor wheel body 21a in the wheel dovetail 21. The hook is fitted and attached.

なお、図示しないが、ホイールダブテール２１の水平方向における中心から左側の部分についても、上記中心に対して対称にフック３１、３２、３３およびネック４１、４２、４３が設けられる。   Although not shown, hooks 31, 32, 33 and necks 41, 42, 43 are provided symmetrically with respect to the center of the wheel dovetail 21 on the left side from the center in the horizontal direction.

図３に示すように、フック３１は、径方向の外側および内側にそれぞれ外面３１ａおよび内面３１ｂを有する。フック３１の内面３１ｂは、バケットダブテール２２のフックが係合する係合部となる。内面３１ｂは、通常、平面状に設けられている。   As shown in FIG. 3, the hook 31 has an outer surface 31a and an inner surface 31b on the radially outer side and the inner side, respectively. The inner surface 31b of the hook 31 serves as an engaging portion with which the hook of the bucket dovetail 22 engages. The inner surface 31b is usually provided in a planar shape.

ネック４１における径方向の外側部分には、外側フィレット４１ａが設けられる。また、ネック４１における径方向の内側部分には、内側フィレット４１ｂが設けられる。また、ネック４１における外側フィレット４１ａと内側フィレット４１ｂとの間には、例えば、平面部４１ｃが設けられる。   An outer fillet 41 a is provided on the radially outer portion of the neck 41. In addition, an inner fillet 41 b is provided in the radially inner portion of the neck 41. In addition, for example, a flat portion 41 c is provided between the outer fillet 41 a and the inner fillet 41 b in the neck 41.

なお、フック３２、３３についても、フック３１と同様に径方向の径方向の外側および内側に外面および内面を有する。また、ネック４２、４３における径方向の外側部分には外側フィレットが設けられ、ネック４２、４３における径方向の内側部分には内側フィレットが設けられる。これらの外側フィレットや内側フィレットについても、外側フィレット４１ａや内側フィレット４１ｂと基本的に同様の形状とすることができる。   The hooks 32 and 33 also have outer and inner surfaces on the radially outer side and the inner side in the same manner as the hook 31. An outer fillet is provided in the radially outer portion of the necks 42 and 43, and an inner fillet is provided in the radially inner portion of the necks 42 and 43. These outer fillets and inner fillets can also have basically the same shape as the outer fillet 41a and the inner fillet 41b.

外側フィレット４１ａは、例えば、全体がインボリュート曲線（IVC : involute of circle）からなる。このインボリュート曲線は、曲率半径の小さい端部側が曲率半径の大きい端部側よりも径方向の外側に配置される。   The outer fillet 41a is, for example, entirely composed of an involute curve (IVC). In the involute curve, the end side with a small radius of curvature is arranged on the outer side in the radial direction than the end side with a large radius of curvature.

このように、外側フィレット４１ａの全体がインボリュート曲線からなり、かつその曲率半径の小さい端部側が曲率半径の大きい端部側よりも径方向の外側に配置されることにより、内面３１ｂの長さ（Ｌ１）やネック４１の長さ（Ｌ２）を確保しつつ、外側フィレット４１ａにおける応力の集中を抑制して応力腐食割れを抑制できる。 In this way, the entire outer fillet 41a is formed of an involute curve, and the end portion side having a smaller curvature radius is arranged on the outer side in the radial direction than the end portion side having a larger curvature radius, whereby the length of the inner surface 31b ( L 1 ) and the length (L 2 ) of the neck 41 can be ensured, and stress concentration cracking can be suppressed in the outer fillet 41a to suppress stress corrosion cracking.

例えば、従来の単一の円弧からなる外側フィレットの場合、応力の集中による応力腐食割れを抑制するには曲率半径を大きくする必要がある。しかし、フックやネックの側面の位置を移動させずに曲率半径を大きくしようとすると、フックの内面の長さ（Ｌ１）が短くなるためにフックが損傷しやすくなる。また、曲率半径を大きくする際、フックの側面の位置を移動せずにネックの位置だけを移動させてフックの内面の長さ（Ｌ１）を確保しようとすると、ネックの長さ（Ｌ２）が短くなるためにネックが損傷しやすくなる。 For example, in the case of a conventional outer fillet made of a single arc, it is necessary to increase the radius of curvature in order to suppress stress corrosion cracking due to stress concentration. However, if the curvature radius is increased without moving the position of the side surface of the hook or neck, the length (L 1 ) of the inner surface of the hook is shortened and the hook is likely to be damaged. When the radius of curvature is increased, if the length of the inner surface of the hook (L 1 ) is secured by moving only the position of the neck without moving the position of the side surface of the hook, the length of the neck (L 2 ) Becomes shorter and the neck is likely to be damaged.

また、従来の複数の円弧からなる外側フィレットの場合、単一の円弧からなる外側フィレットに比べて、曲率半径を大きくしてもフックの内面の長さ（Ｌ１）やネックの長さ（Ｌ２）を確保できる。しかし、複数の円弧からなる外側フィレットの場合、円弧どうしの接続部に応力が集中して損傷しやすい。インボリュート曲線からなる外側フィレットの場合、曲率半径が連続的に変化することから、このような接続部における応力の集中が抑制され、その損傷が抑制される。 Further, in the case of an outer fillet composed of a plurality of conventional arcs, the length (L 1 ) of the inner surface of the hook and the length of the neck (L) even if the radius of curvature is increased compared to the outer fillet composed of a single arc. 2 ) can be secured. However, in the case of an outer fillet composed of a plurality of arcs, stress is likely to be damaged due to the concentration of stress at the connection between the arcs. In the case of an outer fillet made of an involute curve, the radius of curvature changes continuously, so that the concentration of stress in such a connection portion is suppressed, and the damage is suppressed.

インボリュート曲線の基礎円半径は、１〜６ｍｍが好ましい。基礎円半径が１ｍｍ以上の場合、応力腐食割れが効果的に抑制される。また、基礎円半径が６ｍｍ以下の場合、内面３１ｂの長さ（Ｌ１）やネック４１の長さ（Ｌ２）を確保しやすい。 The basic circle radius of the involute curve is preferably 1 to 6 mm. When the basic circle radius is 1 mm or more, stress corrosion cracking is effectively suppressed. Further, when the basic circle radius is 6 mm or less, it is easy to ensure the length (L 1 ) of the inner surface 31 b and the length (L 2 ) of the neck 41.

内面３１ｂの長さ（Ｌ１）は、３ｍｍ以上が好ましい。なお、内面３１ｂの長さ（Ｌ１）は、内面３１ｂと外側フィレット４１ａとの境界からフック３１、３２、３３の側面までの表面に沿った長さである。 The length (L 1 ) of the inner surface 31b is preferably 3 mm or more. The length (L 1 ) of the inner surface 31b is a length along the surface from the boundary between the inner surface 31b and the outer fillet 41a to the side surfaces of the hooks 31, 32, and 33.

ネック４１の長さ（Ｌ２）は、４ｍｍ以上が好ましい。なお、ネック４１の長さ（Ｌ２）は、ホイールダブテール２１の水平方向における中心からネック４１、４２、４３の側面までの最小の長さである。 The length (L 2 ) of the neck 41 is preferably 4 mm or more. The length (L 2 ) of the neck 41 is the minimum length from the center in the horizontal direction of the wheel dovetail 21 to the side surfaces of the necks 41, 42, and 43.

内側フィレット４１ｂの形状は、特に制限されない。例えば、内側フィレット４１ｂは、単一の円弧からなるものでもよいし、複数の円弧からなるものでもよい。また、内側フィレット４１ｂは、インボリュート曲線などの曲率半径が連続的に変化する曲線からなるものでもよい。   The shape of the inner fillet 41b is not particularly limited. For example, the inner fillet 41b may be a single arc or a plurality of arcs. Further, the inner fillet 41b may be a curve such as an involute curve whose curvature radius changes continuously.

以上、第１の実施形態に係る外側フィレット４１ａについて説明したが、インボリュート曲線は曲率半径の大きい端部側が曲率半径の小さい端部側よりも径方向の外側に配置されてもよい。このような場合についても、外側フィレット４１ａにおける応力の集中を抑制して応力腐食割れを抑制できる。   Although the outer fillet 41a according to the first embodiment has been described above, the involute curve may be arranged such that the end side with a large radius of curvature is arranged on the outer side in the radial direction than the end side with a small radius of curvature. Even in such a case, stress corrosion cracking can be suppressed by suppressing stress concentration in the outer fillet 41a.

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る外側フィレット４１ａを示す断面図である。
第２の実施形態に係る外側フィレット４１ａは、半径固定部４１ｄ、半径変化部４１ｅ、および半径変化部４１ｆを有する。半径変化部４１ｅは、半径固定部４１ｄに対して径方向の内側に配置される。半径変化部４１ｆは、半径固定部４１ｄに対して径方向の外側に配置される。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outer fillet 41a according to the second embodiment.
The outer fillet 41a according to the second embodiment includes a radius fixing part 41d, a radius changing part 41e, and a radius changing part 41f. The radius changing portion 41e is disposed on the inner side in the radial direction with respect to the radius fixing portion 41d. The radius changing portion 41f is disposed on the outer side in the radial direction with respect to the radius fixing portion 41d.

半径固定部４１ｄは、曲率半径が変化しない円弧からなる。半径変化部４１ｅは、例えば、インボリュート曲線からなる。半径変化部４１ｅのインボリュート曲線は、曲率半径の大きい端部側が曲率半径の小さい端部側よりも半径固定部４１ｄに近い側に配置される。半径変化部４１ｆは、例えば、インボリュート曲線からなる。半径変化部４１ｆのインボリュート曲線は、曲率半径の大きい端部側が曲率半径の小さい端部側よりも半径固定部４１ｄに近い側に配置される。   The radius fixing part 41d is formed of an arc whose curvature radius does not change. The radius changing portion 41e is made of an involute curve, for example. The involute curve of the radius changing portion 41e is arranged on the side closer to the radius fixing portion 41d than the end side having a large curvature radius on the end portion side having a large curvature radius. The radius changing portion 41f is made of, for example, an involute curve. The involute curve of the radius changing portion 41f is arranged on the side closer to the radius fixing portion 41d on the end portion side having the larger curvature radius than the end portion side having the smaller curvature radius.

このように、外側フィレット４１ａが、半径固定部４１ｄ、半径変化部４１ｅ、および半径変化部４１ｆからなる場合についても、内面３１ｂの長さ（Ｌ１）やネック４１の長さ（Ｌ２）を確保しつつ、外側フィレット４１ａにおける応力の集中を抑制して応力腐食割れを抑制できる。 As described above, even when the outer fillet 41a includes the radius fixing portion 41d, the radius changing portion 41e, and the radius changing portion 41f, the length (L 1 ) of the inner surface 31b and the length (L 2 ) of the neck 41 are set. While ensuring, it is possible to suppress stress corrosion cracking by suppressing stress concentration in the outer fillet 41a.

半径固定部４１ｄの曲率半径は、０．５〜４ｍｍが好ましい。半径固定部４１ｄの曲率半径が０．５ｍｍ以上の場合、応力腐食割れが効果的に抑制される。半径固定部４１ｄの曲率半径が４ｍｍ以下の場合、内面３１ｂの長さ（Ｌ１）やネック４１の長さ（Ｌ２）を確保しやすい。 The radius of curvature of the radius fixing part 41d is preferably 0.5 to 4 mm. When the radius of curvature of the radius fixing portion 41d is 0.5 mm or more, stress corrosion cracking is effectively suppressed. When the radius of curvature of the radius fixing portion 41d is 4 mm or less, it is easy to ensure the length (L 1 ) of the inner surface 31b and the length (L 2 ) of the neck 41.

半径変化部４１ｅおよび半径変化部４１ｆに適用されるインボリュート曲線の基礎円半径は、いずれも１〜６ｍｍが好ましい。基礎円半径が１ｍｍ以上の場合、応力腐食割れが効果的に抑制される。基礎円半径が６ｍｍ以下の場合、内面３１ｂの長さ（Ｌ１）やネック４１の長さ（Ｌ２）を確保しやすい。なお、半径変化部４１ｅと半径変化部４１ｆとに適用されるインボリュート曲線の基礎円半径は、互いに異なっていてもよいが、通常は同じが好ましい。 The base circle radius of the involute curve applied to the radius changing portion 41e and the radius changing portion 41f is preferably 1 to 6 mm. When the basic circle radius is 1 mm or more, stress corrosion cracking is effectively suppressed. When the basic circle radius is 6 mm or less, it is easy to secure the length (L 1 ) of the inner surface 31 b and the length (L 2 ) of the neck 41. Note that the basic circle radii of the involute curves applied to the radius changing portion 41e and the radius changing portion 41f may be different from each other, but are usually preferably the same.

内面３１ｂの長さ（Ｌ１）は、３ｍｍ以上が好ましい。ネック４１の長さ（Ｌ２）は、４ｍｍ以上が好ましい。 The length (L 1 ) of the inner surface 31b is preferably 3 mm or more. The length (L 2 ) of the neck 41 is preferably 4 mm or more.

以上、第１、第２の実施形態のダブテールジョイント２０について説明したが、実施形態のダブテールジョイント２０は、高圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン、低圧蒸気タービン等の蒸気タービン１０への適用に限られない。例えば、実施形態のダブテールジョイント２０は、ガスタービンにも適用できる。実施形態のダブテールジョイント２０は、応力腐食割れが発生しやすいタービンに適用されることが好ましく、このようなものとしては、低圧蒸気タービン、地熱発電に使用される蒸気タービンが挙げられる。   Although the dovetail joint 20 of the first and second embodiments has been described above, the dovetail joint 20 of the embodiment is limited to application to the steam turbine 10 such as a high pressure steam turbine, an intermediate pressure steam turbine, and a low pressure steam turbine. Absent. For example, the dovetail joint 20 of the embodiment can also be applied to a gas turbine. The dovetail joint 20 of the embodiment is preferably applied to a turbine in which stress corrosion cracking is likely to occur, and examples thereof include a low-pressure steam turbine and a steam turbine used for geothermal power generation.

また、ダブテールジョイント２０は、ロータホイール１２における接線方向からホイールダブテール２１にバケットダブテール２２が挿入される接線方向挿入式に限られず、ロータホイール１２における軸方向からホイールダブテール２１にバケットダブテール２２が挿入される軸方向挿入式でもよい。また、ホイールダブテール２１における片側のフックの個数は、３個に限られず、２個でもよいし、４個でもよい。   The dovetail joint 20 is not limited to the tangential direction insertion type in which the bucket dovetail 22 is inserted into the wheel dovetail 21 from the tangential direction of the rotor wheel 12, and the bucket dovetail 22 is inserted into the wheel dovetail 21 from the axial direction of the rotor wheel 12. It may be an axial insertion type. Further, the number of hooks on one side of the wheel dovetail 21 is not limited to three, and may be two or four.

また、第１の実施形態に係る外側フィレット４１ａは、曲率半径が連続的に変化していればよい。すなわち、第１の実施形態に係る外側フィレット４１ａは、インボリュート曲線からなるものに限られず、例えば、サイクロイド曲線、クロソイド曲線からなるものでもよい。   Moreover, the outer side fillet 41a which concerns on 1st Embodiment should just change the curvature radius continuously. That is, the outer fillet 41a according to the first embodiment is not limited to an involute curve, and may be a cycloid curve or a clothoid curve, for example.

また、第２の実施形態に係る半径変化部４１ｅおよび半径変化部４１ｆについても、曲率半径が連続的に変化していればよい。すなわち、第２の実施形態に係る半径変化部４１ｅおよび半径変化部４１ｆは、インボリュート曲線からなるものに限られず、例えば、サイクロイド曲線、クロソイド曲線からなるものでもよい。   In addition, the radius of curvature only needs to change continuously for the radius changing portion 41e and the radius changing portion 41f according to the second embodiment. That is, the radius changing part 41e and the radius changing part 41f according to the second embodiment are not limited to those made of an involute curve, and may be made of a cycloid curve or a clothoid curve, for example.

以下、実施例を参照してより具体的に説明する。
なお、例１、例２が本発明の実施例であり、例３、例４が本発明の比較例である。 Hereinafter, more specific description will be given with reference to examples.
Examples 1 and 2 are examples of the present invention, and examples 3 and 4 are comparative examples of the present invention.

（例１）
図５に、例１の評価用ホイールダブテールを示す。
例１の評価用ホイールダブテールは、フック１３１、１３２、およびネック１４１を有する。フック１３１、１３２の外面１３１ａ、１３２ａ、内面１３１ｂ、１３２ｂは、いずれも水平方向に延びる平面状である。ネック１４１は、外側フィレット１４１ａ、内側フィレット１４１ｂ、および平面部１４１ｃを有する。 (Example 1)
FIG. 5 shows a wheel dovetail for evaluation of Example 1.
The evaluation wheel dovetail of Example 1 has hooks 131 and 132 and a neck 141. The outer surfaces 131a and 132a and the inner surfaces 131b and 132b of the hooks 131 and 132 are all flat surfaces extending in the horizontal direction. The neck 141 has an outer fillet 141a, an inner fillet 141b, and a flat surface portion 141c.

外側フィレット１４１ａは、インボリュート曲線からなる。このインボリュート曲線は、曲率半径の小さい端部側が曲率半径の大きい端部側よりも径方向の外側に配置される。内側フィレット１４１ｂは、曲率半径の変化しない円弧からなる。   The outer fillet 141a is composed of an involute curve. In the involute curve, the end side with a small radius of curvature is arranged on the outer side in the radial direction than the end side with a large radius of curvature. The inner fillet 141b is formed of an arc whose curvature radius does not change.

内面１３１ｂの長さ（Ｌ１）は５．１３ｍｍ、ネック１４１の長さ（Ｌ２）は１３．７２ｍｍ、外側フィレット１４１ａの長さ（Ｌ３）は２．２９ｍｍ、フック１３１の長さ（Ｌ４）は２１．１４ｍｍ、フック１３２の長さ（Ｌ５）は３２．６９ｍｍ、フック１３１の高さ（Ｌ６）は１２．０９ｍｍ、フック１３２の高さ（Ｌ７）は１１．１８ｍｍ、ネック１４１の高さ（Ｌ８）は１３．３６ｍｍ、外側フィレット１４１ａの高さ（Ｌ９）は４．０１２ｍｍである。外側フィレット１４１ａのインボリュート曲線の基礎円半径は４．０１２ｍｍ、内側フィレット１４１ｂの円弧の曲率半径は３．１８ｍｍである。 The length (L 1 ) of the inner surface 131b is 5.13 mm, the length (L 2 ) of the neck 141 is 13.72 mm, the length (L 3 ) of the outer fillet 141a is 2.29 mm, and the length of the hook 131 (L 4 ) 21.14 mm, hook 132 length (L 5 ) 32.69 mm, hook 131 height (L 6 ) 12.09 mm, hook 132 height (L 7 ) 11.18 mm, neck The height (L 8 ) of 141 is 13.36 mm, and the height (L 9 ) of the outer fillet 141a is 4.012 mm. The base circle radius of the involute curve of the outer fillet 141a is 4.012 mm, and the radius of curvature of the arc of the inner fillet 141b is 3.18 mm.

（例２）
図６に、例２の評価用ホイールダブテールを示す。
例２の評価用ホイールダブテールは、外側フィレット１４１ａの構成が異なることを除いて、実質的に例１の評価用ホイールダブテールと同一の構成を有する。外側フィレット１４１ａは、半径固定部１４１ｄ、半径変化部１４１ｅ、および半径変化部１４１ｆを有する。半径変化部１４１ｅは、半径固定部１４１ｄに対して径方向の内側に配置される。半径変化部１５２ｆは、半径固定部１４１ｄに対して径方向の外側に配置される。 (Example 2)
FIG. 6 shows a wheel dovetail for evaluation of Example 2.
The evaluation wheel dovetail of Example 2 has substantially the same configuration as the evaluation wheel dovetail of Example 1 except that the configuration of the outer fillet 141a is different. The outer fillet 141a includes a radius fixing portion 141d, a radius changing portion 141e, and a radius changing portion 141f. The radius changing portion 141e is arranged on the inner side in the radial direction with respect to the radius fixing portion 141d. The radius changing portion 152f is disposed on the outer side in the radial direction with respect to the radius fixing portion 141d.

半径固定部１４１ｄは、曲率半径が５ｍｍの円弧からなる。半径変化部１４１ｅは、基礎円半径が４．０１２ｍｍのインボリュート曲線からなる。半径変化部１４１ｅのインボリュート曲線は、曲率半径の大きい端部側が曲率半径の小さい端部側よりも半径固定部１４１ｄに近い側に配置される。半径変化部１４１ｆは、基礎円半径が４．０１２ｍｍのインボリュート曲線からなる。半径変化部１４１ｆのインボリュート曲線は、曲率半径の大きい端部側が曲率半径の小さい端部側よりも半径固定部１４１ｄに近い側に配置される。なお、寸法（Ｌ１〜Ｌ８）は例１と同様であり、外側フィレット１４１ａの高さ（Ｌ９）は２．２９ｍｍである。 The radius fixing portion 141d is an arc having a curvature radius of 5 mm. The radius changing portion 141e is composed of an involute curve having a base circle radius of 4.012 mm. The involute curve of the radius changing portion 141e is arranged on the side closer to the radius fixing portion 141d on the end portion side having the larger curvature radius than the end portion side having the smaller curvature radius. The radius changing portion 141f is an involute curve having a base circle radius of 4.012 mm. The involute curve of the radius changing portion 141f is arranged on the side closer to the radius fixing portion 141d on the end portion side having the larger curvature radius than the end portion side having the smaller curvature radius. The dimensions (L 1 to L 8 ) are the same as in Example 1, and the height (L 9 ) of the outer fillet 141a is 2.29 mm.

（例３）
図７に、例３の評価用ホイールダブテールを示す。
例３の評価用ホイールダブテールは、外側フィレット１４１ａが曲率半径２．２９ｍｍの単一の円弧からなることを除いて、実質的に例１の評価用ホイールダブテールと同一の構成を有するものであり、例１と同様の寸法（Ｌ１〜Ｌ８）を有する。 (Example 3)
FIG. 7 shows a wheel dovetail for evaluation of Example 3.
The evaluation wheel dovetail of Example 3 has substantially the same configuration as that of the evaluation wheel dovetail of Example 1, except that the outer fillet 141a is composed of a single arc having a radius of curvature of 2.29 mm. It has the same dimensions (L 1 to L 8 ) as Example 1.

（例４）
図８に、例４の評価用ホイールダブテールを示す。
例４の評価用ホイールダブテールは、外側フィレット１４１ａが、円弧１４１ｇ（曲率半径１ｍｍ）、円弧１４１ｈ（曲率半径３．５ｍｍ）、および円弧１４１ｉ（曲率半径１ｍｍ）の３個の円弧からなることを除いて、実質的に例１の評価用ホイールダブテールと同一の構成を有するものであり、例１と同様の寸法（Ｌ１〜Ｌ８）を有する。 (Example 4)
FIG. 8 shows an evaluation wheel dovetail of Example 4.
In the evaluation wheel dovetail of Example 4, the outer fillet 141a is composed of three arcs of an arc 141g (curvature radius 1 mm), an arc 141h (curvature radius 3.5 mm), and an arc 141i (curvature radius 1 mm). Thus, it has substantially the same configuration as the evaluation wheel dovetail of Example 1, and has the same dimensions (L 1 to L 8 ) as Example 1.

図９に、例１〜例４に係る外側フィレット１４１ａの形状をまとめて示す。ここで、径方向距離は、図５〜図８の内面１３１ｂの位置を基準とし、これよりも径方向の内側（図５〜図８、下側）が負の値となる。また、水平方向距離は、図５〜図８のネック１４１の平面部１４１ｃの位置を基準とし、これよりも水平方向における外側（図５〜図８、右側）が正の値となる。   FIG. 9 collectively shows the shape of the outer fillet 141a according to Examples 1 to 4. Here, the radial distance is based on the position of the inner surface 131b in FIGS. 5 to 8, and the inner side in the radial direction (the lower side in FIGS. 5 to 8) has a negative value. Further, the horizontal distance is based on the position of the flat portion 141c of the neck 141 in FIGS. 5 to 8, and the outer side in the horizontal direction (FIGS. 5 to 8, right side) has a positive value.

また、図１０に、例１〜例４に係る外側フィレット１４１ａの曲率半径をまとめて示す。ここで、径方向距離は、図５〜図８の内面１３１ｂの位置を基準とし、これよりも径方向の内側（図５〜図８、下側）が負の値となる。   FIG. 10 collectively shows the curvature radius of the outer fillet 141a according to Examples 1 to 4. Here, the radial distance is based on the position of the inner surface 131b in FIGS. 5 to 8, and the inner side in the radial direction (the lower side in FIGS. 5 to 8) has a negative value.

図１０から明らかなように、例３、例４の外側フィレット１４１ａのように円弧のみからなるものに比べて、例１、例２の外側フィレット１４１ａのように少なくとも一部がインボリュート曲線からなるものは全体的に曲率半径が大きくなる。なお、インボリュート曲線の場合、一方の端部の曲率半径が非常に小さくなるが、このような曲率半径が非常に小さい部分はわずかであることから、実質的に直線状とみなして無視できる。   As apparent from FIG. 10, at least a part of the outer fillet 141a of Example 1 and Example 2 is made of an involute curve, compared to that of the outer fillet 141a of Examples 1 and 2, as compared to the outer fillet 141a of Examples 3 and 4. Generally has a larger radius of curvature. In the case of an involute curve, the radius of curvature at one end is very small. However, since such a portion having a very small radius of curvature is small, it can be regarded as being substantially linear and can be ignored.

次に、例１〜例４の評価用ホイールダブテールについて、内面１３１ｂに径方向の外側に１Ｎの力を加えたときの応力解析を行って、外側フィレット１４１ａにおけるフォンミーゼス応力を求めた。結果を、図１１（例１、例３、例４）、図１２（例２、例３、例４）に示す。   Next, for the wheel dovetail for evaluation of Examples 1 to 4, a stress analysis was performed when a force of 1N was applied to the inner surface 131b on the outer side in the radial direction, and the von Mises stress in the outer fillet 141a was obtained. The results are shown in FIG. 11 (Example 1, Example 3, Example 4) and FIG. 12 (Example 2, Example 3, Example 4).

例１、例２のように外側フィレット１４１ａの少なくとも一部がインボリュート曲線からなる場合、例３、例４のように外側フィレット１４１ａが円弧のみからなる場合に比べて応力の大きい部分が少なくなる。また、例１のように外側フィレット１４１ａの全体がインボリュート曲線からなる場合、例３、例４のように外側フィレット１４１ａが円弧のみからなる場合に比べて最大応力が低下する。   When at least a part of the outer fillet 141a is made of an involute curve as in Examples 1 and 2, there are fewer portions where the stress is larger than when the outer fillet 141a is made only of an arc as in Examples 3 and 4. Further, when the entire outer fillet 141a is formed of an involute curve as in Example 1, the maximum stress is reduced as compared with the case where the outer fillet 141a is formed only of an arc as in Examples 3 and 4.

例えば、例３の最大応力を１００％としたとき、例４の最大応力は９５．８８％、例１の最大応力は９３．６９％となる。すなわち、例１のように外側フィレット１４１ａの全体がインボリュート曲線からなる場合、例３のように外側フィレット１４１ａが単一の円弧からなる場合に比べて６．５％程度、例４のように外側フィレット１４１ａが複数の円弧からなる場合に比べて２．３％程度、最大応力が低下する。   For example, when the maximum stress in Example 3 is 100%, the maximum stress in Example 4 is 95.88%, and the maximum stress in Example 1 is 93.69%. That is, when the entire outer fillet 141a is formed of an involute curve as in Example 1, the outer fillet 141a is approximately 6.5% as compared with the case where the outer fillet 141a is formed of a single circular arc as in Example 3, and the outer fillet is formed as in Example 4. The maximum stress is reduced by about 2.3% compared to the case where the fillet 141a is composed of a plurality of arcs.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１０…蒸気タービン、１１…ロータ、１２…ロータホイール、１３…バケット、２０…ダブテールジョイント、２１…ホイールダブテール、２２…バケットダブテール、３１…フック、３１ａ…外面、３１ｂ…内面、３２…フック、３３…フック、４１…ネック、４１ａ…外側フィレット、４１ｂ…内側フィレット、４１ｃ…平面部、４２…ネック、４３…ネック。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Steam turbine, 11 ... Rotor, 12 ... Rotor wheel, 13 ... Bucket, 20 ... Dovetail joint, 21 ... Wheel dovetail, 22 ... Bucket dovetail, 31 ... Hook, 31a ... Outer surface, 31b ... Inner surface, 32 ... Hook, 33 ... Hook, 41 ... Neck, 41a ... Outer fillet, 41b ... Inner fillet, 41c ... Plane, 42 ... Neck, 43 ... Neck.

Claims (6)

ロータホイールにバケットを取り付けるためのダブテールジョイントであって、
前記ロータホイールに設けられる雄形のホイールダブテールと、前記バケットに設けられ、前記ホイールダブテールに取り付けられる雌形のバケットダブテールと、を有し、
前記ホイールダブテールは、前記ロータホイールの径方向に対して略垂直な方向に延びるフックと、前記フックに対して前記径方向の内側に設けられるネックと、前記ネックにおける前記径方向の外側部分に設けられ、曲率半径が連続的に変化する外側フィレットと、を有することを特徴とするダブテールジョイント。 A dovetail joint for attaching a bucket to a rotor wheel,
A male wheel dovetail provided on the rotor wheel, and a female bucket dovetail provided on the bucket and attached to the wheel dovetail;
The wheel dovetail is provided at a hook extending in a direction substantially perpendicular to the radial direction of the rotor wheel, a neck provided inside the radial direction with respect to the hook, and an outer portion of the neck in the radial direction. And a dovetail joint comprising an outer fillet having a continuously changing radius of curvature. 前記外側フィレットは、全体において曲率半径が連続的に変化することを特徴とする請求項１記載のダブテールジョイント。   The dovetail joint according to claim 1, wherein the outer fillet continuously changes in radius of curvature throughout. 前記外側フィレットは、一部において曲率半径が連続的に変化することを特徴とする請求項１記載のダブテールジョイント。   The dovetail joint according to claim 1, wherein a radius of curvature of the outer fillet continuously changes in part. 前記外側フィレットは、曲率半径が連続的に変化する半径変化部と、曲率半径が変化しない半径固定部とを有することを特徴とする請求項３記載のダブテールジョイント。   4. The dovetail joint according to claim 3, wherein the outer fillet has a radius changing portion in which the curvature radius continuously changes and a radius fixing portion in which the curvature radius does not change. 前記外側フィレットは、前記半径固定部の両側に前記半径変化部を有することを特徴とする請求項４記載のダブテールジョイント。   The dovetail joint according to claim 4, wherein the outer fillet has the radius changing portion on both sides of the radius fixing portion. 前記外側フィレットは、インボリュート曲線を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のダブテールジョイント。   The dovetail joint according to any one of claims 1 to 5, wherein the outer fillet has an involute curve.
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