JP2961076B2 - タービン静翼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンの車室内
に配設され、動翼に作動流体を噴出するノズルを形成す
る静翼を、円環状の外輪と内輪との間の全周に配設する
タービン静翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】車室内部に周設された取付溝に挿入され
て、軸方向の位置決めを行う外輪と、内周部にラビリン
スパッキンを取付けて、ロータ外周面との間隙からの作
動流体の漏洩を防止する内輪との間に静翼を配設し、ロ
ータとともに回動する動翼の入口側に作動流体を噴出す
るノズルを形成するタービン静翼において、軸方向に２
列、または３列の静翼をつなぎ合せて配設して一体構造
にしたものがある。

【０００３】このような、タービン静翼は、上、下の半
円環状のものからなり、軸心０１７に対して対称に製作
された、下方タービン静翼の接合面における一側の平面
図である、図３に示すように、ロータ０１４の外周に軸
方向に間隔を設けて配設された、動翼０２，０４に対し
て、タービン静翼０１５に設けられた静翼０１，０３が
正しく配置されるように、車室０１０内部に凹設された
取付溝０１１内に、接合面を水平状態にした下半タービ
ン静翼０１５の外輪０８を挿入して、軸方向の位置決め
を行うようにしている。

【０００４】すなわち、外輪０８の外周面に突設したサ
ポート０１２で、この下方タービン静翼０１５を車室０
１０に支持させた後、この接合面上に、図３に示す構造
と全く同形の接合面をもつ、図示しない上方タービン静
翼の接合面を載置して、ボルト０７で締付け、結合し
て、ロータ０１４の周囲に固着した動翼０２および０４
の上流側に、静翼０１および０３を正確に配置するよう
にした、円環状のタービン静翼０１５を配設するように
している。

【０００５】なお、車室０１０内部の周方向に凹設され
る取付溝０１１は、第１列目の静翼０１の入口部と第２
列目の静翼０３の入口部近傍との間で、軸方向に短い区
画に設けられるとともに、半径方向の深さを深くしたも
のにされている。すなわち、この取付溝０１１に挿入さ
れる第１列目の静翼０１の取付部分を設けた外輪０８の
肉厚は、後述する理由により大きいものにされるととも
に、取付溝０１１の後端壁との間にシール部を形成する
シール面０１３を、この肉厚を大きくした外輪０８の後
端面に設けるようにしている。

【０００６】また、シール面０１３から後流側に突出し
て設けられ、内周側に第２列目の静翼０３を取付け部を
設けた外輪０８′の肉厚は、第１列目の静翼０１取付部
分よりも、略取付溝０１１の深さに相当する厚さだけ薄
くされている。さらに、第２列目の静翼０３取付部分を
設けた外輪０８′の後端には、外輪０８′の後端に連通
して、第２列目の静翼０３取付部を設ける外輪０８′よ
り薄くされたシールフィン取付板０９が、軸方向に突出
して設けられている。

【０００７】また、上述したように、下方タービン静翼
０１５の内周部を構成する内輪０１６の内周面には、シ
ールリング０５が設けられており、ロータ０１４外周面
とタービン静翼０１５内周との間の隙間からの作動流体
の漏洩を低減するようにしている。さらに、動翼０２，
０４の外周端に対面する、外輪０８の内周面、およびシ
ールフィン取付板０９の内周面には、シールフィン０６
を軸方向に複数列植設して、動翼０２，０４の外周縁か
らの作動流体の漏洩を低減するようにしている。

【０００８】このようにして、構成された従来のタービ
ン静翼の主な特徴は、さまざまな運転状態のもとで、動
翼０２，０４を含むロータ０１４に対し、最適なシール
間隙を維持させるとともに、上方タービン静翼０１５と
下方タービン静翼０１５とをボルト０７で連結し、接合
面である水平面を締付けて、円環状のタービン静翼０１
５を形成するようにしているので、タービン静翼０１５
の熱膨張を周方向に吸収でき、水平な接合面からの蒸気
リークを減少させ、性能向上をはかるようにできるもの
となる。

【０００９】しかしながら、従来のタービン静翼０１５
では、 （１）シール面０１３が後述する理由により、２列目静
翼０３の入口部の外周に設けられているため、このシー
ル面０１３から最下流の２列目動翼０４の出口部までの
距離が長くなる。このため、シール面０１３部分、およ
びシール面０１３に近い方のボルト０７取付位置付近０
２０の外輪０８には、周方向に大きな引張応力が発生す
る。このことは、接合面を締付けるためのボルト０７の
軸方向に大きな引張応力が発生することとなり、ボルト
０７の強度確保の観点から、径の大きなボルト０７を必
要とし、そのためには、ボルト０７を挿通する外輪０８
の厚みも厚くする必要があった。

【００１０】 （２）一方、車室０１０の取付溝０１１に嵌込まれる外
輪０８の軸方向巾（長さ）は、車室０１０側水平面締付
ボルトのピッチ間に、できるだけ納めるようにするため
に、軸方向巾を短くして、できるだけ車室０１０内径が
大きくならないようにして、車室０１０をコンパクトに
する設計が行われている。このため、第２列目静翼０３
を取付ける部分の外輪０８′の肉厚を薄くせざるを得
ず、これにより、２列目静翼０３のたわみが、図の点線
で示す如く大きくなるとともに、外輪０８′の後端から
軸方向後流側に突設されているシールフィン取付板０９
の肉厚も大きくできない。従って、シールフィン取付板
０９の変形も大きくなり、２列目動翼０４の外周縁のシ
ール間隙が増大傾向となり、作動流体リーク量が増し、
タービンの内部効率が低下する等、性能上好ましくない
状態が生じる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来のタービン静翼の不具合を解消するため、上、下に分
割されたタービン静翼の接合面を締付けるボルトに、大
きな引張応力が発生せず、ボルトの径を細くでき、これ
により、ボルトを挿通して接合面を締付けるようにした
外輪を薄くでき、車室径を小さくできるとともに、２列
目以降の静翼を取付ける外輪、および２列目以降の動翼
の外周端をシールする、シールフィンを設けるシールフ
ィン取付板の肉厚を大きくでき、たわみ変形を少くし
て、作動流体の漏洩を少くして、タービンの内部効率を
向上させることのできるタービン静翼の提供を課題とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明のター
ビン静翼は、次の手段とした。

【００１３】（１）タービン静翼を構成する外輪を次の
ようにした。 （ａ）軸方向に複数列配設される静翼のうち、２列目か
ら最終列目までの静翼を取付ける取付部の半径方向の厚
み（肉厚）を、１列目の静翼を取付ける取付部の肉厚と
略同等にした。 （ｂ）外輪が挿入される取付溝の後端壁との間に、外輪
外周面を押圧する作動流体の漏洩を防止するため、シー
ル部を形成する後端面に設けられるシール面を、最終列
目の静翼の出口端部に配置するようにした。 （ｃ）１列目静翼の取付部から最終列目の静翼の出口端
部まで設けられた取付溝に導入された、１列目静翼入口
側の作動流体圧で、半径方向に加圧される外周面を最終
列の静翼の出口端まで設けた。

【００１４】（２）取付溝の後端壁の開口部より内周側
へ突出させた、シール面の内周部から後流側へ軸方向に
突出させて、肉厚が大きくされ、内周面に、動翼外周端
とのシールを行うシールフィンを植設するためのシール
取付板を設けた。

【００１５】本発明のタービン静翼は、上述の手段によ
り、タービン静翼を車室へ取付ける取付溝の後端壁との
間に、シール部を形成する外輪に設けられるシール面位
置を、最下流に配設した静翼の出口端部まで後にずらし
て、外輪後端面に設けるとともに、取付溝内に導入し
た、一列目静翼入口の一番圧力の高い作動流体で、外輪
一列目静翼取付部から後端までの外周全面に作用させる
ことで、外輪を内周方向に加圧して、ボルトにかかる引
張応力を低減させ、ボルトサイズを小さくして、ボルト
取付部の外輪厚みを薄くできるので、外輪を挿入する取
付溝が浅くでき、車室径をコンパクト化できる。

【００１６】また、ボルト取付部の外輪厚みを薄くでき
ることと、車室径のコンパクト化を阻害することなく、
取付溝を最終列の静翼出口部まで設けたことにより、１
列目〜最終列目の静翼を取付ける外輪は、同等の肉厚に
出来るとともに、ボルト取付部、特に、後流側のボルト
取付部を最終列静翼の取付部外周に移すことができる。
これにより、最終列静翼のたわみ変形を低減できる。ま
た、取付溝を浅くできるようにしたことにより、外輪の
後端から軸方向に突出させるシールフィン取付板は、車
室径を大きくすることなく、大きな肉厚のものにでき、
これによっても、たわみ変形を低減できる。

【００１７】これらにより、シール部からの作動流体の
リーク量を低減でき、タービン性能の向上がはかれる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のタービン静翼の実
施の一形態を図面にもとづき説明する。図１は、本発明
のタービン静翼の実施の第１形態を示す接合面の部分平
面図である。

【００１９】図に示されるように、ロータ１４の外周に
は、全周にわたって植設された動翼２，４が間隔をおい
て、軸方向に２列配列され、ロータ１４とともに回動す
るようにされている。この動翼２，４の各々の上流側に
は、静翼１，３が配置されて、作動流体Ｆを各動翼２，
４の入口側に噴出して、動翼２，４を作動させるように
している。

【００２０】静翼１，３は、内周面に、ロータ１４外周
面との間に形成される隙間からの作動流体Ｆの漏洩を防
止するシールリング５が植設される内輪１６と、車室１
０の内周面に周設された取付溝１１に挿入されて、静翼
１，３の軸方向の位置決めを行うとともに、動翼２，４
の外周端との間に形成される隙間からの、作動流体の漏
洩を防止するシールリング６が植設される外輪８との間
に、周方向に配設されて、内輪１６、外輪８と共にター
ビン静翼１５を構成する。

【００２１】このタービン静翼１５は、上下に分割され
た半円環状で製作され、ロータ１４外周面への取付時に
は、下方のタービン静翼１５の外輪８を、前述したよう
に取付溝１１に挿入するとともに、外輪８の外周面に設
けたサポート１２を車室１０の下半部に設けた溝に嵌入
することにより、車室１０と一体化した後、上方のター
ビン静翼１５の接合面を、下方のタービン静翼１５の接
合面上に載置して、外輪８に挿通したボルト７により、
締付けることにより、円環状のタービン静翼１５がロー
タ１４および動翼２，４の外周に形成される。

【００２２】ここで、外輪８が挿入される取付溝１１
は、軸方向の巾が大きくされている。すなわち、後述す
る理由により、ボルト７を挿通する部分の外輪８の肉厚
が薄くでき、この外輪８を挿入する取付溝１１の径方向
の深さを浅くできることにより、車室１０の径を大きく
することなく、１列目静翼１の入口部より２列目静翼３
の出口部までの間に設けることができ、外輪８の軸方向
全巾を収容できるものとすることができる。

【００２３】また、外輪８が取付溝１１に挿入されたと
き、取付溝１１の前端壁と外輪８前端面の間には、微小
の隙間１８が形成されるとともに、２列目静翼３の出口
部に位置する取付溝１１の後端壁と外輪８後端面に設け
られたシール面１３との間は、密着させて、後述する外
輪８の外周面に導入される作動流体Ｆの流出を防止する
シール部を形成する。これにより、隙間１８より、取付
溝１１に挿入された外輪８の外周面に、１列目静翼１の
入口側の高圧の作動流体Ｆが流入し、外輪８全長の外周
面に作用し、外輪８を内周方向に加圧することができ
る。この外輪８の内周方向の加圧により、上方のタービ
ン静翼１５と下方のタービン静翼１５との接合面には、
膨大な接合力を発生させることができる。

【００２４】また、シール面１３が形成される外輪８の
後端面の内周側から後流側に突出させたシールフィン取
付板９が設けられている。このシールフィン取付板９
は、取付溝１１が浅くされるとともに、２列目静翼３の
取付部の外輪８の肉厚を、１列目静翼１の取付部の肉厚
と同等の厚さにしたことにより、肉厚を大きくすること
ができ、剛性の大きなものにされている。この肉厚を肥
大させたことにより、シールフィン取付板９のたわみを
小さくすることができる。

【００２５】本実施例のタービン静翼は、上述の構成に
して、取付溝１１の後端壁に接触する外輪８のシール面
１３を、２列目静翼出口端部の最下流に設け、換言すれ
ば、車室１０の内周面に、周方向に凹設する取付溝１１
を、１列目静翼１の入口端部から２列目静翼３の出口端
部まで設け、外輪８の軸方向巾全体を挿入できるように
形成して、この取付溝１１内に一番圧力の高い１列目静
翼１の入口側作動流体Ｆを、隙間１８から導入して、外
輪８の外周全面に導びき、外圧として作用させるように
した。

【００２６】これにより、上、下方のタービン静翼１５
の接合面を、圧縮応力側に作用させるとともに、２列目
静翼３取付部の外輪８たわみをおさえ、ボルト７にかか
る引張応力を、大巾に低減させることができる。すなわ
ち、上，下の静翼１５の接合面を締付け、結合に使用さ
れていたボルト７は、強度メンバーとしての役目ではな
く、上，下の静翼１５を動かないように固定するだけの
役目となり、ボルト７応力が発生しないため、ボルト７
のサイズを小さくできる。

【００２７】これにより、ボルト７サイズは、小さくで
きることとなり、ボルト７を挿通する外輪８厚みを薄く
できるとともに、外輪８に挿通するボルト７の取付位置
を、外輪８の後端に近い２列目静翼３の外周にすること
ができる。このことは、外輪厚みをコンパクトに設計で
きるほか、車室もコンパクトに設計できるとともに、車
室側のボルト締付の信頼性も向上する。

【００２８】また、外輪８厚みを薄くできることによ
り、外輪８を挿入する取付溝１１を浅くできるので、車
室１０の内径を大きくすることなく、２列目動翼外周縁
をシールするシールフィン６を配設する、シール取付板
９を厚くできるとともに、外輪８のシール面１３を２列
目静翼３の出口部に設けることで、２列目静翼３の取付
部を設ける外輪８に肉が付加でき、肉厚を大きくするこ
とによって、２列目静翼３取付部の外輪８のたわみを低
減させ、また、シールフィン取付板９の変形を低減させ
て、シールクリアランスの増加を防ぎ、シール部からの
リーク量を低減させて、性能向上をはかることができ
る。

【００２９】次に、図２は本発明のタービン静翼の実施
の第２形態を示す、接合面の部分平面図である。図に示
すように、本実施の形態では、第１形態で示した２連結
静翼に加え、３列目の動翼２０に作動流体Ｆを噴出する
３列目の静翼１９をも一体とした、３連結静翼とする事
で、より剛性を強化するようにした。

【００３０】また、外輪８の軸方向を充分大きくでき、
外輪８の外周面に作用させる作動流体Ｆによる、接合面
に発生させる押付け力を、さらに大きくできるので、１
列目静翼１の取付部が設けられた外輪８は、取付溝１１
の前方に設けるようにした。本実施の形態のタービン静
翼１５でも、上述した第１形態で得られる効果は、上述
した効果に加え十分に機能し、有効のものである。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のタービン静
翼によれば、特許請求の範囲に示す構成により、次の効
果が得られる。

【００３２】（１）最も高い圧力の１列目静翼入口側の
作動流体を、外輪の外周ほぼ全面に導き、外輪に外圧と
して作用させ、上，下に分割されたタービン静翼接合面
に、圧縮の力として作用させるとともに、２列目以降静
翼の取付部のたわみをおさえる事で、接合面締付ボルト
付近に発生する引張応力を大巾に低減させる事ができ、
ボルトは、強度メンバーとしての役目ではなく、上，
下，リングを動かないように固定するだけの役目とな
り、ボルトのサイズを小さくできる。これにより、外輪
厚みをコンパクトに設計できるほか、車室もコンパクト
に設計できるとともに、車室側のボルト締付の信頼性も
向上させることができる。

【００３３】（２）また、車室のコンパクト化を損うこ
となく、２列目以降の静翼取付部の剛性を上げることに
より、２列目静翼のたわみ量を低減することができると
ともに、２列目動翼のシール取付板の変形量を大きく低
減することができ、シール部からのリーク量を低減し性
能向上がはかられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタービン静翼の実施の第１形態を示す
接合面の部分平面図、

【図２】本発明のタービン静翼の実施の第２形態を示す
接合面の部分平面図、

【図３】従来のタービン静翼を示す接合面の部分平面図
である。

【符号の説明】

１ １列目静翼 ２ １列目動翼 ３ ２列目静翼 ４ ２列目動翼 ５ シールリング ６ シールフィン ７ ボルト ８ 外輪 ９ シールフィン取付板 １０ 車室 １１ 静翼取付溝 １２ 静翼支持サポート １３ シール面 １４ ロータ １５ タービン静翼 １６ 内輪 １７ 軸心 １８ 隙間 １９ ３列目静翼 ２０ ３列目動翼

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平面をボルトで締付け、結合して円環
   を形成する、半円状の内輪と外輪との間に、周方向に配
   置した静翼を２列以上軸方向に配設して、前記外輪の外
   周縁部を車室内部周方向に凹設した取付溝に挿入して、
   ロータ外周に取付けるようにしたタービン静翼におい
   て、２列目以降の前記静翼の取付部の肉厚が１列目の前
   記静翼の取付部肉厚と略同等にされ、前記取付溝の後端
   壁との間でシール部を形成するシール面が、最終列目の
   前記静翼出口端に配置される後端に設けられ、前記取付
   溝に導入された１列目の前記静翼の入口側の作動流体で
   径方向に加圧力を受ける外周面を後端部まで設けた外輪
   と、前記シール面の内周部から後流側に突出して設けら
   れたシールフィン取付板とを設けたことを特徴とするタ
   ービン静翼。