JP3263183B2 - タービン動翼連結装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタービン動翼連結装置に
係り、特に運転中におけるタービン動翼の振動を効果的
に抑制できるタービン動翼連結装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービン動翼には高速回転時に過大な遠
心力が作用するため、タービン設計時にタービン動翼各
部の応力が材料の許容応力に対して充分な余裕を持たせ
る配慮がなされている。しかしタービンの大容量化が進
められる中で、タービン動翼の長翼化が行われ、特に低
圧最終翼などの長翼では、局所的に材料強度に対して余
裕が充分にない設計もなされている。

【０００３】長翼のタービン動翼を設計する際、一般に
は、定格回転数で固有振動数が回転数の整数倍と一致し
ない設計とされているが、タービンの起動停止が頻繁に
行われると、その回転上昇あるいは下降時に固有振動数
と回転数成分が一致して共振し、翼に大きな振動応力が
発生することもある。また低負荷条件の運転では駆動流
体の流れの剥離による渦流あるいは流れの乱れが励振力
としてタービン動翼に作用するため、タービン動翼の振
動応力を増加させることになる。

【０００４】特に、低圧最終段翼側のタービン動翼は長
翼となっているため、静応力と振動応力の両面から厳し
い環境に晒されることは避けられない。

【０００５】タービン動翼の振動を減少させる方法とし
ては、各翼の蒸気通路中間部に貫通孔を設け、上記各貫
通孔にタイワイヤを通して隣接する動翼を連結するター
ビン動翼連結装置がある。この場合、タイワイヤに作用
する遠心力によりタイワイヤと貫通孔内面に発生する面
間摩擦を利用してタービン動翼の振動を抑制している。

【０００６】一方、タービン動翼に作用する遠心力は動
翼の植込み部で受けるため、植込み部の構造について
も、タービン動翼の翼長、上記遠心力の程度、組立て作
業の容易性などを配慮し、フォーク型、ツリー型、鞍型
などの型式が考えられている。その中で、特に鞍型植込
み構造は、タービン動翼およびホイールにおける成形の
容易性、組立ての簡易性、形状の高精度化などの点で優
れている。

【０００７】図９はタイワイヤによるタービン動翼の連
結と鞍型植込みとを組み合わせてなる、タービン動翼連
結装置を示している。タービン動翼１はその基部に設け
られた鞍型の基部２を介してタービンロータとしてのホ
イール３の外周に設けられた植込み部４に嵌着されてい
る。タービン動翼１の翼中間部にはワイヤ孔５が形成さ
れ、このワイヤ孔５にタイワイヤ６が貫通している。な
お、タービン動翼１の振動数の調整、漏れ蒸気の抑制な
どのため、タービン動翼１の先端にシュラウドカバー
（図示省略）を取り付ける場合もある。

【０００８】図１０はホイール３の植込み部４における
動翼１の挿入部分（切欠き部７）を示し、図１１は組立
て施行状態を示している。ホイール３の外周には切欠き
部７が周方向の１か所に形成され、タイワイヤ６はホイ
ール３の周方向に沿ってあらかじめ巻装されている。

【０００９】そして図１１に示すように、まずタービン
動翼１は切欠き部７の位置にてホイール３の軸心に向け
て（矢印Ｃ方向）挿入され、切欠き部７にて基部２がホ
イール３の植込み部４に組み込まれる。次にクリアラン
スＣＴにおいてワイヤ孔５にタイワイヤ６が貫通され、
それから動翼１はホイール３の外周上を時計回り（矢印
Ｄ方向）に、あるいは反時計回り（矢印Ｅ方向）に指定
位置まで移動される。

【００１０】タイワイヤ６は図１２に示すように、ホイ
ール３の周方向に沿って複数に分割されている（図１２
においてタイワイヤの間隔を符号ＣＷで示す）。なお図
１２ではタービン動翼１およびホイール３の構成は省略
されている。各タイワイヤ６の両端にはそれぞれストッ
パ８が設けられている。タービン動翼１の組み付けは、
各タイワイヤ６ごとに行われ、タイワイヤの数に応じた
タービン動翼１の翼群が構成される。翼群の数は、主に
タービン動翼１の振動特性に応じて選択される。

【００１１】このようにしてタービン動翼１の全てが切
欠き部７以外のホイール３の全周に配置されてから、切
欠き部７に止め翼が挿入される。図１３はタービン動翼
１の組立て完成状態を示し、同図に示すように止め翼９
は止めピン１０および止めキー１１によりホイール３に
固定される。

【００１２】ところで、近年原子力発電のベースロード
的運用の増加に伴い、比較的大容量の火力タービンでも
電力の負荷調整用として用いられることが多くなってい
る。この負荷調整用の火力タービンは日単位で頻繁な起
動停止を行う運転（以下ＤＳＳ運転と称す。）やタービ
ンの設計点を大幅に下回る負荷調整等が行われている。
タイワイヤによるタービン動翼連結装置において、上記
の負荷調整運転を行うと、特に低圧の環境に晒される最
終段落付近では湿り状態にある作動蒸気に含まれた腐食
性物質がタービン動翼に凝着しやすくなり、動翼材料の
疲労強度低下が生じ、ひいてはタービン動翼に発生する
振動応力に促され、腐食疲労破壊の原因となる。ことに
上記のタイワイヤによるタービン動翼連結装置において
はワイヤ孔５とタイワイヤ６との間に上記の腐食性物質
が堆積しやすい問題がある。さらにワイヤ孔５周りに応
力集中が発生しやすい。

【００１３】そのような問題を解決するため、タービン
動翼の振動を減少させる他の代表例として特公昭５２−
１８８４１号公報に記載されたタービン動翼連結装置が
ある。この連結装置は図１４に示すようにタービン動翼
１の対向する翼面にボス１２を形成し、さらにボス１２
上に出張り（以下ラグと称す）１３を設け、対向するラ
グ１３同士を筒型の連結片（以下スリーブと称す）１４
により連絡し、隣接するタービン動翼１同士を連結する
ものである。この連結装置もスリーブ１４に作用する遠
心力により発生するラグ１３とスリーブ１４との面間摩
擦がタービン動翼１の振動を抑制している。また、この
連結装置によると、強制外力による、ホイール３外周の
接線方向に向いた振動モードの励振に対して応答性が極
めて小さいという、効果的な振動特性が得られるととも
に、さらにワイヤ孔５への応力集中、腐食性物質の堆積
がない利点も見出すことができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のラグス
リーブ連結装置には、鞍型植込み構造になじまないとい
う問題がある。すなわち、鞍型植込み構造では普通のタ
ービン動翼は周方向に動かせるためスリーブの装着のた
めに動かすことができる一方、止め翼はその両側のター
ビン動翼が固定されているから周方向に動かすことがで
きない。そのため従来では止め翼にはスリーブを介装で
きず、ラグスリーブによるタービン動翼の一体化を図る
ことができない。このように鞍型植込み構造をとるとラ
グスリーブ連結装置の利用が困難で、ラグスリーブ連結
の利点を得ることができないという課題があった。

【００１５】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、タービン動翼の鞍型植込み構造に有効に組み合わせ
ることができるタービン動翼連結装置を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成するため、タービンロータの外周にタービン動翼装着
用の植込み部を形成し、その植込み部に設けた切欠き部
から前記タービン動翼の基部を前記植込み部に装着する
とともにそのタービン動翼を前記タービンロータの周方
向に移動させ、前記タービンロータの外周に多数の前記
タービン動翼を配置させた後、前記切欠き部に止め翼を
接合させてなるタービン動翼であって、前記多数のター
ビン動翼の対向する翼面にボスを形成し、上記ボスの両
端部にボス軸方向に突出するラグを設けるとともに、前
記ラグに介装されるスリーブで相互に隣接する前記ター
ビン動翼を連結するタービン動翼連結装置において、ホ
イール軸心に向けて挿入される前記止め翼のラグ端面は
翼面に対してほぼ垂直に形成される一方、前記止め翼に
隣接するタービン動翼のラグの座面はロータ軸方向から
みたときに前記止め翼の挿入方向に対してこれらの翼の
翼長方向中心線が互いになす角度より大きな角度に形成
されていることを特徴とする。

【００１７】なお本発明において、止め翼のラグに介装
されるスリーブの軸方向長さは翼の基部側よりも翼の先
端側で短くすることが望ましい。

【００１８】また、本発明において、止め翼に隣接する
タービン動翼に、翼面に対する高さが異なるラグを設
け、そのラグの底面の高さを翼の基部側よりも翼の先端
側で低くすることが望ましい。

【００１９】

【作用】本発明において、タービン動翼は切欠き部の位
置にてホイールの軸心に向けて挿入し、切欠き部にて動
翼の基部をホイールの植込み部に組み込む。それからタ
ービン動翼はホイールの外周上を時計回りあるいは反時
計回りに配列指定位置まで移動し、そのラグと隣接する
タービン動翼のラグとにスリーブを装着して動翼相互を
連結する。

【００２０】最後に両側をタービン動翼で挟まれた切欠
き部に止め翼をホイールの軸心に向けて挿入する。止め
翼は止めピンおよび止めキーでホイールに固定するとと
もに、止め翼のラグと隣接するタービン動翼のラグにス
リーブを径方向に沿って連結し、組立てが完了する。

【００２１】止め翼のラグを隣接するタービン動翼のラ
グに対しホイールの径方向に移動する構成として、スリ
ーブの軸方向長さの差、および隣接するラグの座面の高
低差を設定する場合には、止め翼をホイール軸心に向け
て挿入することで容易にスリーブをラグに固定すること
ができる。

【００２２】このように、本発明によるとタービン動翼
の植込みを鞍型植込み構造としてもラグスリーブによる
タービン動翼の連結が可能になる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明に係るタービン動翼連結装置の
一実施例を図１〜図８を参照して説明する。

【００２４】図１は本発明に係るタービン動翼連結装置
を備えたタービン翼車を示している。このタービン翼車
は、タービンロータとしてのホイール２０の外周部に、
植込み部２１を介してタービン動翼２２の基部２３を嵌
着するものである。タービン動翼２２の互に対向する翼
面にはボス２４が形成され、ボス２４の先端にラグ２５
が設けてある。対向するラグ２５同士にスリーブ２６が
嵌合され、このスリーブ２６で隣接するタービン動翼２
２が相互に連結されている。

【００２５】図２はスリーブの装着の際における止め翼
２７およびその両側のタービン動翼２２を示す断面図で
ある。止め翼２７の両翼面中央部にはボス２８が設けら
れ、ボス２８の軸方向にラグ２９が突出している。図２
において止め翼２７は組み付け位置よりも径方向外側に
ΔＲの幅でずれている。一方、止め翼２７に隣接するタ
ービン動翼２２には図３に示すように止め翼２７に対向
する翼中央部にボス３０が設けてあり、ボス３０にはそ
の軸方向に突出してラグ３１がそれぞれ設けてられてい
る。ボス３０とラグ３１とはタービン動翼２２に一体的
に形成されている。

【００２６】図４は図３のＢ方向矢視図である。ラグ３
１の座の軸方向長さは、翼の先端側で基部側よりもΔＣ
だけ大きく、その結果タービン動翼２２を直立させると
ラグ３１の座面は翼面に対してやや傾いた姿勢になる。
なお図４ではラグ２９の底面中央から翼先端側に傾斜さ
せてΔＣを設けているが、図５に示すようにラグ２９の
底面全体を傾斜させてΔＣを設けてもよい。

【００２７】止め翼２７とタービン動翼２２とを連結す
るスリーブ３２は図６および図７に示されている。図６
（Ａ）はスリーブ３２の軸方向側面図、同図（Ｂ）はそ
の縦断面図である。ホイール２０の径方向内側に位置す
るスリーブ３２の軸方向長さをＬＲ、外側に位置する長
さをＬＴとすると、ＬＲ＞ＬＴ、すなわちＬＴ＝ＬＲ−
２ＣＳとされ、スリーブ３２の中心線位置から次第に軸
方向長さを小さくしている。但し、図７（Ａ），（Ｂ）
に示すように、径方向内側から全体的に外側に向けて軸
方向長さを小さくしてもよい。

【００２８】図８は図２に示す状態から止め翼２７をホ
イール２０の軸心方向（図２の矢印Ａ方向）にΔＲ移動
させ、組立てが完了した状態を示している。このように
して止め翼２７はスリーブ３２を介して隣接するタービ
ン動翼２２に可動的に連結される。

【００２９】なお、スリーブ３２の一方の軸方向長さＬ
Ｔが小さすぎると、スリーブ３２がラグ２９，３１から
脱落する可能性がある。そのため本実施例では、ラグ３
１に嵌合するスリーブ３２の長さＬＯと、ラグ２９およ
びスリーブ３２間のクリアランスＣＢとの関係がＬＯ＞
ＣＢとされ、スリーブ３２の脱落防止が図られている。

【００３０】次に本実施例の作用について説明する。

【００３１】止め翼２５は最後に組み付けられるため、
隣接するタービン動翼２２によってホイール２０の周方
向の動きが規制され、ホイール２０の径方向にしか動か
すことができないこと前記の通りである。従来では止め
翼を対向するラグの間に挿入することができず、また止
め翼の組み付けが不安定になり、その装着が困難とされ
ていたのに対し、本実施例では、スリーブ３２の軸方向
長さをＬＲ＞ＬＴとし、さらにラグ２９の座面に対する
高さを翼の基部側よりも翼の先端側で低くして、止め翼
２７をその両側のタービン動翼２２にホイール２０の径
方向移動によって係止できるようにしたので、タービン
動翼２２をホイール２０に止め翼２７を含めて全て容易
かつ確実に連結することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によると、タービン
動翼の鞍型植込み構造にあって、止め翼をラグスリーブ
によりタービン動翼に連結することができ、タービンラ
グスリーブ連結装置による定常励振力および動翼の回転
数によるハーモニック励振力に対する減衰効果、腐食抑
制効果と、鞍型植込み構造によるタービン動翼およびホ
イールにおける成形の容易性、組立ての簡易性、形状の
高精度化等との特性を同時に実現することができ、もっ
てタービン翼車の信頼性を向上することができる等の優
れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるタービン動翼連結装置の一実施例
を示す説明図。

【図２】上記タービン動翼連結装置のスリーブ装着時に
おける止め翼およびその両側のタービン動翼を示す断面
図。

【図３】タービン動翼の形状を示す平面図。

【図４】図３のＢ方向矢視図でラグを拡大して示す図。

【図５】ラグの他の構成例を示す図。

【図６】（Ａ）はスリーブの側面図、（Ｂ）は（Ａ）の
縦断面図。

【図７】（Ａ）はスリーブの他の構成例を示す図、
（Ｂ）は（Ａ）の縦断面図。

【図８】組立てが完了した止め翼を示す要部断面図。

【図９】従来例におけるタービン動翼連結装置を示す説
明図。

【図１０】従来例におけるホイールに形成した切欠き部
を示す斜視図。

【図１１】従来例におけるタービン動翼の組立てを説明
する説明図。

【図１２】従来例におけるタイワイヤの配置を示す説明
図。

【図１３】従来例における止め翼の組立てが完了した状
態を示す説明図。

【図１４】従来例におけるタービン動翼連結装置を示す
説明図。

【符号の説明】

２０ タービンロータ（ホイール） ２１ 植込み部 ２２ タービン動翼 ２３ 基部 ２４，２８，３０ ボス ２５，２９，３１ ラグ ２６，３２ スリーブ ２７ 止め翼

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービンロータの外周にタービン動翼装
   着用の植込み部を形成し、その植込み部に設けた切欠き
   部から前記タービン動翼の基部を前記植込み部に装着す
   るとともにそのタービン動翼を前記タービンロータの周
   方向に移動させ、前記タービンロータの外周に多数の前
   記タービン動翼を配置させた後、前記切欠き部に止め翼
   を接合させてなるタービン動翼であって、前記多数のタ
   ービン動翼の対向する翼面にボスを形成し、上記ボスの
   両端部にボス軸方向に突出するラグを設けるとともに、
   前記ラグに介装されるスリーブで相互に隣接する前記タ
   ービン動翼を連結するタービン動翼連結装置において、
   ホイール軸心に向けて挿入される前記止め翼のラグ端面
   は翼面に対してほぼ垂直に形成される一方、前記止め翼
   に隣接するタービン動翼のラグの座面はロータ軸方向か
   らみたときに前記止め翼の挿入方向に対してこれらの翼
   の翼長方向中心線が互いになす角度より大きな角度に形
   成されていることを特徴とするタービン動翼連結装置。
2. 【請求項２】 止め翼のラグに介装されるスリーブの軸
   方向長さを、翼の基部側よりも翼の先端側で短くしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のタービン動翼連結装
   置。
3. 【請求項３】 止め翼に隣接するタービン動翼に、翼面
   に対する高さが異なるラグを設け、そのラグの底面の高
   さを翼の基部側よりも翼の先端側で低くしたことを特徴
   とする請求項１に記載のタービン動翼連結装置。