JP3782161B2 - 軸流タービンの動翼連結装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は軸流タービンに係り、特にロータ回転時の振動を低減し、減衰効果を高めるのに好適な動翼連結装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
軸流タービンは全周一群の翼列をなすように周方向に配列された各動翼間を流れる流体によって駆動される。すなわち、ノズルから高速で吹き出す流体が動翼に衝突し、ロータ軸に伝達されて回転運動することになる。ところで、近年の発電プラントの大容量化に伴うタービンの作動流体量の増大や高温、高圧化による作動条件の高度化から、運転中に動翼に作用する種々の力はますます厳しくなっている。これらの力は遠心力、熱応力、曲げ応力およびねじり応力等の様々な応力を動翼に生じさせ、これらの応力が複雑にからみ合い、あるいは単独に作用し、厳しい振動応力を引き起こすことがある。したがって、振動に対する配慮、すなわち動翼の振動を如何に低減し、減衰させるかが重要な課題となっている。
【0003】
動翼の振動を減少させる一つの方法は隣接する複数の動翼を連結部材によって互いに結合することである。しかし、この種の連結は動翼と動翼との結合点においてしばしば応力集中が生じること、また、回転中における動翼のねじれ戻りのため連結部材内にねじり応力が発生すること、さらに、連結ワイヤ等で連結する動翼内に孔を設ける構造のものでは、孔まわりの応力集中や経年的な孔内部への腐食成分の堆積といった問題もある。
【0004】
一方、近年、発電プラントでは一部ユニットにおいて経年的な劣化もみられ、こうしたユニットの点検修理において連結部材があるために動翼の分解の難しさが問題になっている。すなわち、動翼をすべて取り外し、ロータおよび翼植え込み部の余寿命検査をするとき、強固な連結部材を用いたもの程、簡単に取り外せず、品質管理上支障があるなどの不都合がある。
【0005】
これらの問題を改善したもう1つの動翼の振動を減少させる方法として、翼頂部に動翼と一体に形成されるシュラウドを設け、互いに隣接し合う翼のシュラウド同士をロータ回転時に接触させるように構成した、いわゆるスナッバ構造が知られている。このスナッバ構造の代表的な一例を図10および図11に示す。
【0006】
図10は翼先端部から動翼を見たところを示す図である。動翼1の先端部には翼頂部断面2を覆うようにシュラウド3が設けられており、隣接する動翼1のシュラウド3の接触面4同士がロータ回転時に接触するようにしてある。この隣接するシュラウド3の接触面4同士は、通常、組み立て時には間隙C(スナッバ間隙)をもって組み立てられ、回転中には遠心力による動翼1のねじれ戻り方向の力Fが作用して間隙Cがなくなり、隣接する接触面4同士が面圧をもって接触し、この接触による制振作用によって振動を低減し、減衰させるようにしたものである。
【0007】
一方、図11はスナッバ構造の他の例を示すもので、翼先端部から動翼を見たところを示している。図11(a)は単独の動翼の状態、図11(b)は動翼を組み立てた状態を示す。図11(a)に示すように翼頂部断面2を覆うように設けられたシュラウド3の接触面4は、タービンの軸方向に対してある角度θ1 を有しており、両側の接触面間のピッチl1 は接触部の直径および動翼1の枚数より算出される幾何学的ピッチより若干大きく設定してある。しかして、組み立て時には図11(b)に示されるように動翼1の根元部からシュラウド3までの間にねじりθ2 を与え、シュラウド3の接触面のピッチを幾何学的ピッチl2 に合わせられている。したがって、組み立て状態においてはねじりθ2 により生じる動翼1のねじれのもどる力によってシュラウド3の接触面4にある面圧が発生し、振動を減衰する働きが生じる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図10に示すようなスナッバ構造においてはシュラウド端面5は接触面4を確保するために凹凸のある形状に加工する必要があり、機械加工でこの形状に仕上げるには多大な時間を要する難点がある。また、組み立て時の間隙Cは接触面4の面積と回転中の遠心力による動翼1のねじれの戻る量により決定され、定格回転時に過度の面圧を生じさせないように、また接触面4を形成する二辺の凹部交差部6に過大な曲げ応力を生じさせないよう設定されている。したがって、翼頂部断面2を覆うように設けられたシュラウド3の接触面4の面積は幾何学的に大きくすることが困難であり、組み立て時の間隙Cが大きくなる。このため、回転中の遠心力が小さい低回転域では動翼1のねじれの戻る量が少なく、隣接するシュラウド3同士は接触せず、振動を低減し、減衰させることができないこともある。
【0009】
一方、図11に示すようなスナッバ構造においてはシュラウド3の接触面4の機械加工は容易であり、接触面4の面積は幾何学的に大きくすることができるが、動翼1の根元部からシュラウド3までの間にねじりを与える必要があり、翼有効部あるいは植え込み部に過大な初期応力を発生させることになる。また、動翼1の組み立てに際して、動翼1をねじった状態のまま強い力で隣接する動翼1に押し付け、その状態を維持するために特殊な治具や止め具を用意しなければならず、組み立てに手間がかかる等の問題もある。
【0010】
本発明の目的は、容易な加工方法により製作できるとともに、翼有効部あるいは植え込み部に過大な初期応力を負荷することがなく、また、ロータの回転中においても過大な応力を発生せず、翼のねじれの戻りが少ない低回転域においても十分な面圧をもって隣接し合う動翼のシュラウド同士を接触させ、振動を効果的に低減し、減衰させるようにした軸流タービンの動翼連結装置を提供することにある。
【0011】
本発明は、動翼の翼頂部に一体に形成されるシュラウドを備え、前記動翼を全周一群の翼列をなすように周方向に配置し、ロータの回転時、互いに隣接しあう前記シュラウドがそれぞれの接触面で接触するように構成されている軸流タービンの動翼連結装置において、前記各動翼における前記シュラウドの回転方向前側接触面および回転方向後側接触面を共に平らな面として形成するとともに、当該平らな面として形成された前記回転方向前側接触面および回転方向後側接触面のうちの少なくとも一方の接触面を翼頂部断面と交差させ、この交差する平らな面より回転方向前側もしくは回転方向後側の少なくとも一方の前記翼頂部には前記シュラウドが形成されていないようにしたことを特徴とする。
【0013】
また、本発明は、前記動翼における前記シュラウドの回転方向前側および回転方向後側の少なくとも一方の端部に、隣接する動翼の後方端部または前方端部との干渉を避ける切り欠きを形成したことを特徴とする。
【0014】
止め翼に隣接する動翼のシュラウドに、前記止め翼をディスクへ半径方向から挿入するとき、前記止め翼の翼が干渉されることを防止する切り欠きを形成したことを特徴とする。
【0015】
さらに、本発明は、止め翼の翼端部が、前記止め翼をディスクへ半径方向から挿入するとき、前記止め翼に隣接する動翼のシュラウドとの干渉をなくすように切り欠かれていることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図2は組み立てられた1枚の動翼11を示しており、動翼の先端部には一体にシュラウド12が設けられている。この動翼11はロータディスク13に設けられた周方向のフック14に動翼11の植え込み部15の溝16を係合させて固定されている。また、図3および図4は動翼11の先端部の詳細を示している。動翼11におけるシュラウド12の回転方向前側接触面17aおよび回転方向後側接触面17bのうち、回転方向後側接触面17bは翼長部断面18と交差する平らな面をもって構成されるとともに、この交差する平らな面より回転方向前側もしくは回転方向後側の少なくとも一方の翼頂部には前記シュラウドが形成されていないようにしてある。
【0017】
さらに、回転方向後側接触面17bと翼頂部断面18とによって形成される凹状交差部19および動翼11とシュラウド12の下面とによって形成されるシュラウド付根部凹状交差部20は円弧状に形成され、後者の円弧半径r2 は前者の円弧半径r1 よりも大きく形成されている。また、翼頂部には隣接するシュラウド12との干渉を避ける切り欠き21が形成されている。
【0018】
図1に先端部から見た動翼11の組み立てを完了した状態を示している。互いに隣接し合うシュラウド12のそれぞれの接触面17a、17b同士は軽く接触し、あるいは微小な間隙Cを保って組み立てられている。ロータの回転中には遠心力にによる動翼11のねじり戻り方向の力Fが作用して間隙Cがなくなり、隣接する前側接触面17aと後側接触面17bとがある面圧を保って接触する。
【0019】
このように構成される動翼連結装置においてはシュラウド12の双方の接触面17a、17bが共に凹凸を持たない平らな面に形成され、機械加工で仕上げることは極めて容易である。また、円弧半径r2 については円弧半径r1 よりも大きく形成することで、2つの円弧により形成されるエッジ部を小さくすることができ、応力集中を回避することが可能になる。
【0020】
さらに、シュラウド12の双方の接触面17a、17bは幾何学的に大きくすることができ、組み立て時に与える間隙Cは小さくてもよく、回転中の遠心力が小さい低回転域でも動翼11のねじれの戻りにより間隙Cがなくなり、隣接する接触面17a、17b同士が十分な面圧を保って接触し、この接触による制振作用によって振動を低減し、減衰させることが可能になる。
【0021】
また、本発明の他の実施の形態を図5を参照して説明する。本実施の形態は上記実施の形態のものとほぼ同様な特徴を有するが、図5(a)(b)に示すようにシュラウド12の回転方向前側接触面17aの下面に隣接する動翼11との干渉を避ける切り欠き22が設けられている。これは動翼11に隣接するシュラウド12との干渉を避ける切り欠き21を設ける代わりに形成する。本実施の形態も上記のものと同様の効果を得ることが可能である。
【0022】
さらに、他の実施の形態を図6および図7を参照して説明する。本実施の形態はいずれも止め翼の組み立て方法に係るものである。この止め翼は図2のディスク13のフック14のない箇所に固定される動翼のことであり、動翼の組み立ての最後に半径方向からディスク13に挿入し、そこに止めピンを用いて固定する必要がある。
【0023】
そこで、図6に示すものは半径方向からディスク13に挿入するとき、止め翼23とこれに隣接する動翼11のシュラウド12aとの干渉をなくす切り欠き24を上記シュラウド12aに形成している。このように構成することで、止め翼23を容易に組み立てることが可能になる。さらに、これに代えて図7に示すように止め翼23に切り欠き25を形成してシュラウド12aと干渉しないように構成してもよい。
【0024】
また、図8および図9はさらに異なる実施の形態を示している。図8において、動翼26に一体に形成されるシュラウド27の回転方向前側接触面28aおよび回転方向後側接触面28bは、いずれも翼頂部断面29と交差する方向に延びる平らな面として形成されている。また、図示は省略されるが、翼頂部には隣接するシュラウド27との干渉を避ける切り欠きが形成されている。
【0025】
さらに、図9に示すように、本実施の形態は止め翼30とこれに隣接する動翼の回転方向前側シュラウド27との干渉をなくす切り欠き31を回転方向前側シュラウド27に形成している。また、回転方向後側シュラウド27との干渉をなくす切り欠き32を回転方向後側シュラウド27に形成している。
【0026】
本実施の形態においても上記実施の形態のものと同様な効果がある。特に、本実施の形態のものではシュラウド27の重心を動翼26の重心に一致させることができ、回転中の遠心力による応力分布を調整することが可能になり、信頼性を高めることができる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は各動翼におけるシュラウドの回転方向前側および/または回転方向後側接触面を翼頂部断面を交差して延びる平らな面で構成するようにしたので、機械加工が容易であり、翼有効部あるいは植え込み部に過大な初期応力を負荷させず、また、ロータの回転時においても過大な応力を発生することがなく、低回転域においても、シュラウド同士を十分な面圧をもって接触させ、振動を効果的に低減し、減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による軸流タービンの動翼連結装置の実施の形態を示す平面図。
【図2】ディスクに装着された1枚の動翼を示す斜視図。
【図3】本発明に係る動翼を示す斜視図。
【図4】(a)は図3に示される動翼の平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図、(c)は(a)のB−B線に沿う断面図。
【図5】(a)は他の実施の形態に係る動翼連結装置の平面図、(b)は(a)のC−C線に沿う断面図、(c)は(a)のD−D線に沿う断面図。
【図6】本発明の他の実施の形態を示す平面図。
【図7】本発明の他の実施の形態を示す平面図。
【図8】本発明の他の実施の形態を示す平面図。
【図9】本発明の他の実施の形態を示す平面図。
【図10】従来の軸流タービンの動翼連結装置を示す平面図。
【図11】従来の軸流タービンの動翼連結装置を示す平面図。
【符号の説明】
11,26 動翼、
12,27 シュラウド
13 ディスク
17a,28a 回転方向前側接触面
17b,28b 回転方向後側接触面
21,22,24,25,31,32 切り欠き
23,30 止め翼
Claims (4)
- 動翼の翼頂部に一体に形成されるシュラウドを備え、前記動翼を全周一群の翼列をなすように周方向に配置し、ロータの回転時、互いに隣接しあう前記シュラウドがそれぞれの接触面で接触するように構成されている軸流タービンの動翼連結装置において、前記各動翼における前記シュラウドの回転方向前側接触面および回転方向後側接触面を共に平らな面として形成するとともに、当該平らな面として形成された前記回転方向前側接触面および回転方向後側接触面のうちの少なくとも一方の接触面を翼頂部断面と交差させ、この交差する平らな面より回転方向前側もしくは回転方向後側の少なくとも一方の前記翼頂部には前記シュラウドが形成されていないようにしたことを特徴とする、軸流タービンの動翼連結装置。
- 前記動翼における前記シュラウドの回転方向前側および回転方向後側の少なくとも一方の端部に、隣接する動翼の後方端部または前方端部との干渉を避ける切り欠きを形成したことを特徴とする、請求項1記載の軸流タービンの動翼連結装置。
- 止め翼に隣接する動翼のシュラウドに、前記止め翼をディスクへ半径方向から挿入するとき、前記止め翼の翼が干渉されることを防止する切り欠きを形成したことを特徴とする、請求項1記載の軸流タービンの動翼連結装置。
- 止め翼の翼端部が、前記止め翼をディスクへ半径方向から挿入するとき、前記止め翼に隣接する動翼のシュラウドとの干渉をなくすように切り欠かれていることを特徴とする、請求項1記載の軸流タービンの動翼連結装置。
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JP18615296A JP3782161B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 軸流タービンの動翼連結装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP18615296A JP3782161B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 軸流タービンの動翼連結装置 |
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JP18615296A Expired - Lifetime JP3782161B2 (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 軸流タービンの動翼連結装置 |
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