JP4123129B2 - タービン動翼 - Google Patents

Description

本発明はタービン動翼に関する。

一般に蒸気タービンは静翼と動翼を組合せた段落を備え、この段落を軸方向に沿って複数段配置する形状となっている。この内最終段に近い段落では、タービン駆動蒸気が湿り蒸気となるためエロージョン問題を発生させることが多い。特に動翼部分では動翼長さが１ｍを超えるものも多く、先端部では周速度が大きいため翼前縁がエロージョン問題が発生することが多い。

従来のタービン動翼は動翼本体の蒸気入口部に耐エロージョン性の優れたエロージョンシールドを溶接等により取付けてエロージョン対策を行っている。このエロージョンシールドは溶接時にエロージョンシールド部或いは動翼本体の接合部に引張りの残留応力が生じ、永年の使用の結果、応力腐食割れを起こす等の問題が生じる可能性がある。

最近のタービン動翼では、動翼本体接合部の引張残留応力を軽減するために、例えば特許文献１に記載のものがあり、この技術では翼本体の前縁部に、連続一体に作成した突き出し防食片を設け、翼前縁部および防食片に表面硬質処理を施したものがある。

一方でカバー形状に着目すると、動翼長さが１ｍを超える場合、翼根本部から翼チップ部にかけて蒸気の流れに対応して翼断面を変化させ、動翼の捻れを大きくした動翼が提案されている。動翼の捻れは、運転中に遠心力により捻り戻りがあり、この捻り戻りを利用して動翼のカバー部に面圧を生じさせ拘束させるものである。特に特許文献２に記載の構成では、翼と一体に形成されたシュラウドを設け、接触面を傾斜させ、その動翼に隣接する動翼を台形に加工することで、拘束力を確保するという動翼制振装置も提案されている。また、特許文献３に記載の構成ではシュラウドー体型タービン動翼においてシュラウドの円周方向両端面を傾斜させ、拘束力を増加する動翼が提案されている。

特開平１１−１８２２０４号公報 特開平７−２２９４０４号公報 実開平５−７８９０１号

しかしながら特許文献１において、引張残留応力を完全に除去することは出来ず、また運転中は翼及びエロージョンシールド部は遠心力により常に引張応力下にあり、応力腐食割れを起こす可能性は残されている。

カバー形状に着目しても、特許文献２に記載の構成では、動翼シュラウド形状が台形であるため、段落の全ての翼前縁部に下向き荷重を与える形状とはなっていない。また、特許文献３に記載の構成においても、シュラウド接触面を半径方向に傾斜させただけであるため、これも翼前縁部に下向き荷重を与える形状とはなっていない。

本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、動翼先端入口のエロージョンシールド取付け部に発生する引張応力を緩和して、エロージョンシールドの耐応力腐食割れ強度を高め、安定した品質のタービン動翼を提供することを目的とする。

本発明に係るタービン動翼は、蒸気入口側の動翼カバー接触面をその外向き法線が動翼の内周方向半径方向線に対して鋭角をなす様に傾斜させ、入口側の動翼カバー接触面に対応する、出口側の動翼カバー接触面はその外向き法線が内周方向半径方向線に対して鈍角をなす様に傾斜させたものである。

また、本発明に係るタービン動翼は、運転時の長翼の捻り戻りを利用して動翼のカバー部に面圧を生じさせ、蒸気入口側の動翼カバー接触面をその外向き法線が内周方向半径方向線に対して鋭角をなす様に傾斜させることで、動翼先端の蒸気入口側に半径方向内側に荷重を生じさせるような形状にしたものである。

蒸気入口側の動翼カバー接触面から受けた下向き荷重により、蒸気入口側に設けたエロージョンシールドおよび動翼のエロージョンシールド接合部に発生する引張応力を緩和させて、エロージョンシールド接合部の耐応力腐食割れ強度を向上することが出来る。

以下、本発明に係るタービン動翼の一実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係るタービン動翼の実施形態を示す概略図である。

本実施形態に係るタービン動翼１は、蒸気入口側の動翼カバー接触面２をその外向き法線ｎが動翼の内周方向半径方向線ｌに対して、鋭角θをなす様に傾斜させたものである。タービン動翼は回転時に捩り戻り力Ｍが発生する。したがって、回転時に動翼の捩り戻りにより、動翼入口側のカバー接触面２に発生する面圧が、下向きに作用し、これにより動翼エロージョンシールド接合部３にも下向き荷重が発生し、回転時に作用する動翼エロージョンシールド接合部３の引張応力を低減する事ができる。尚、４は動翼の先端側に溶接により接合されたエロージョンシールドである。

図２は本発明に係るタービン動翼を側面から見た概略図である。

本実施形態に係るタービン動翼は蒸気入口側の動翼カバー接触面２に対応する動翼出口側の動翼カバー接触面５が、その外向き法線ｎ′が内周方向半径方向線ｌに対して鈍角
θ′をなす様に傾斜させたものである。したがって、蒸気入口側の動翼カバー接触面２と出口部のカバー接触面５が効果的に接触し、段落の全ての動翼入口側の動翼カバー接触面２に下向きの荷重を加える事が可能になる。これにより、蒸気入口部の動翼エロージョンシールド接合部３に発生する引張荷重を低減できる。

図３は回転時にカバー接触部に作用する面圧の向きを示したものである。蒸気入口側の動翼カバー接触面２の法線が半径方向線に対して鋭角をなしていることで、動翼入口部に下向き荷重Ｒ１が作用する。尚、Ｒ２は捩り戻り力により発生する力である。

本発明に係るタービン動翼の実施形態を示す概略斜視図。 本発明に係るタービン動翼の概略側面図。 運転中に作用する面圧を図示した説明図。

符号の説明

１…タービン動翼、２…動翼入口側（蒸気入口側）の動翼カバー接触面、３…動翼エロージョンシールド接合部、４…エロージョンシールド、５…動翼出口側の動翼カバー接触面。

Claims (1)

1. 翼根元部から翼チップ部にかけて捻じれを有する動翼と動翼カバーが一体化し、回転時に動翼の捻り戻りによりそれぞれの動翼の動翼カバーが互いに接触するようなタービン動翼において、前記動翼は、動翼先端の蒸気入口側にエロージョンシールドが溶接により取付けられており、前記動翼カバーは、回転時に動翼の捻り戻りにより発生する蒸気入口側の動翼カバーの接触面圧を半径方向内側に生じさせるように、蒸気入口側の動翼カバー接触面をその外向き法線が動翼の内周方向半径方向線に対して鋭角をなすように傾斜させたことを特徴とするタービン動翼。
   

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