JP4921387B2

JP4921387B2 - タービン動翼

Info

Publication number: JP4921387B2
Application number: JP2008003217A
Authority: JP
Inventors: 靖早坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: JP2009162206A

Description

本発明は蒸気タービンやガスタービンに用いられるタービン動翼に係り、特に、翼部の外周に環状のカバープレートを備えたタービン動翼に関する。

翼部の外周に環状のカバープレートを備えたタービン動翼は、例えば特許文献１に開示された蒸気タービン動翼のように、既に提案されている。

この蒸気タービン動翼は、タービンロータのディスクの外周部に支持された複数の翼部と、これら翼部の外径側に夫々設けられたシュラウドと、これら各シュラウドに外径側に突出して形成された複数の突起部と、これら複数の突起部を貫通させて固定することで前記翼部の外径側端部を連結する環状のカバープレートとを備え、カバープレートの外周をその外周側に設置するケーシングの内周面側に隙間を介して接近させた構成をしている。

特開２００５−１９５０２１号公報

上記特許文献１に記載の蒸気タービン動翼は、連結作業によっては翼部外径端の突起部とカバープレートの連結部がカバープレート表面に突出することも予想されるので、カバープレートとケーシング間の隙間は、連結部の突出部分を考慮して設定していた。

そのため、翼部外径端の突起部とカバープレートの連結部を考慮して設定した隙間から、作動流体である蒸気の漏洩量が多くなり、タービンの効率を低下させることになる。

本発明の目的は、カバープレートとケーシングとの間の作動流体の漏洩を抑制してタービン効率の低下を防止できるタービン動翼を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、タービンロータのディスクの外周部に支持された複数の翼部と、これら翼部との連結部を外周面側に設けた環状のカバープレートとを備え、カバープレートの外周をその外周側に設置するケーシングの内周面側に隙間を介して接近させたタービン動翼において、前記カバープレートに、前記隙間をタービンロータの長手方向に貫流する漏洩作動流体に対して抵抗となる抵抗体を設けたのである。

このように構成することで、抵抗体によって隙間を貫流する漏洩作動流体の流量を制限することができ、その結果、タービン効率の低下を防止できるタービン動翼を得ることができる。

以下本発明によるタービン動翼の第１の実施の形態を、図１〜図３に示す蒸気タービンの動翼に基づいて説明する。

蒸気タービンのタービン動翼１は、回転軸（図示せず）に一体に形成されたディスク２と、このディスク２の外周に支持された複数の翼部３と、これら複数の翼部３をその外周で連結する環状のカバープレート４とで構成されている。

さらに詳細に説明すると、ディスク２の外周部には、軸方向に長いダブテール溝２Ｇが周方向に所定間隔で複数設けられており、このダブテール溝２Ｇに軸方向から挿入して係合するダブテール５Ｔを有する複数のプラットフォーム５と、このプラットフォーム５に一体化された翼部３と、この翼部３の外径側に一体に形成されたシュラウド６と、このシュラウド６の外表面から外径方向に複数突出させた突起部７と、この突起部７に連結されるカバープレート４とを有している。そして、前記カバープレート４には、突起部７を貫通させる貫通孔４Ｈと、この貫通孔４Ｈの外周面側に形成した加締め用段部４Ｓとが形成されており、図２に示すように、突起部７を貫通孔４Ｈに貫通させた後、図３に示すように、突起部７を潰して加締め作業を行なって加締め部７Ｋを前記加締め用段部４Ｓに埋め込み、カバープレート４を翼部３に連結している。

そして、上記構成のタービン動翼１の外周部には、隙間Ｇを介してケーシング８が位置している。

上記タービン動翼１の近傍の構成は、周知であるが、本実施の形態においては、さらに、前記隙間Ｇ内に、この隙間Ｇをタービンロータの長手方向に貫流する漏洩作動流体に対する抵抗体であり、また隙間Ｇを小さく（狭く）する閉塞手段であり、さらに漏洩作動流体の流量制限手段でもある周方向に長いシールフィンを設けたのである。

このシールフィンは、カバープレート４の外周面の幅方向端部に設けられ、前記隙間Ｇを狭める方向に突出し、全周に亘って設けられた断面三角形状の環状フィンシール９と、前記突起部７と突起部７との間、云い代えれば、周方向に隣接する突起部７間に設けた断面三角形状の断続フィンシール１０とがある。

前記環状フィンシール９は、本発明による環状抵抗体に該当するものであり、カバープレート４の幅方向の両端部に夫々設けられた第１環状フィンシール９Ａと第２環状フィンシール９Ｂとからなる。また、前記断続フィンシール１０は、本発明による断続抵抗体に該当するものであり、隣接する突起部７の加締め作業に邪魔にならない範囲で周方向に沿って長く形成されている。

このように、本実施の形態によれば、環状フィンシール９と断続フィンシール１０とで、ケーシング８とカバープレート４の隙間Ｇを塞いで狭めているので、この隙間Ｇを貫流しようとする漏洩作動流体はその流量が制限される。その分、プラットフォーム５とシュラウド６との間の翼部３を通過する作動流体の流量は増加し、蒸気タービンの効率を向上させることができる。

また、環状フィンシール９と断続フィンシール１０は断面が三角形状をなしているので、高速回転時に、遠心力によって三角形状の底辺側から頂部側に向う遠心力流体が発生する。その結果、この遠心力流体によって隙間Ｇを貫流しようとする漏洩作動流体を妨害することができるので、これによっても漏洩作動流体の貫流量を少なくすることができる。したがって、これら環状フィンシール９と断続フィンシール１０は、本発明によるカバープレートの外周面に外径側に遠心力流体を発生させる流体発生手段でもあり得る。

ところで、本実施の形態においては、環状フィンシール９の第１環状フィンシール９Ａと第２環状フィンシール９Ｂ及び複数の断続フィンシール１０をカバープレート４の外周面に設けたものであるが、蒸気タービンの機種や容量によっては、断続フィンシール１０を設けずに環状フィンシール９のみを設けてもよく、逆に、環状フィンシール９を設けずに断続フィンシール１０のみを設けてもよい。さらに、環状フィンシール９のみを設ける場合、第１環状フィンシール９Ａと第２環状フィンシール９Ｂのいずれか一方のみを設けてもよい。

いずれにしても、環状フィンシール９と断続フィンシール１０の高さ寸法は、少なくとも加締め部７Ｋの高さと同じ寸法又はそれ以上になるように設定することで、漏洩作動流体の隙間Ｇからの貫流を効率よく制限することができる。

次に、本発明によるタービン動翼の第２の実施の形態を図４〜図６に示す蒸気タービン動翼１について説明する。尚、図４〜図６において図１〜図３と統一符号は同一構成部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、第１の実施の形態と異なる構成は、環状フィンシール９と断続フィンシール１０以外に、突起部７の加締め部７Ｋを除いた部分に、突起部フィンシール１１を設けた点である。

即ち、図５に示すように、カバープレート４の貫通孔４Ｈを貫通させた突起部７の貫通端部の周縁部７Ｓのみを潰して加締めることでカバープレート４と翼部３の連結が十分に行なえるのであれば、周縁部７Ｓを除く突起部７の頂部に、断面三角形状をなし周方向に長い突起部フィンシール１１を設けることができる。そして、この突起部フィンシール１１は、隣接する突起部７間に位置する断続フィンシール１０と共に環状のカバープレート４のほぼ全周に亘るフィンシールを形成できるので、漏洩作動流体の隙間Ｇからの貫流量をさらに低減することができるのである。

このように本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様な効果を奏することができると共に、第１の実施の形態と同様に各フィンシールを選択的に設けてもよい。

ところで、上記各実施の形態において、突起部７の頂部が加締め後にカバープレート４の表面から大きく突出する場合には、カバープレート４の周方向に隣接する突起部７間の位置にのみ断続フィンシール１０を設け、大きく突出した突起部７の頂部は貫流する漏洩作動流体を制限する抵抗体，閉塞手段，流量制限手段として作用するので、漏洩作動流体の隙間Ｇからの貫流量を低減することができる。一方、突起部７の頂部が加締め後にカバープレート４の表面から僅かに突出あるいは突出しない場合には、突起部７の頂部に突起部フィンシール１１を設けて隣接する断続フィンシール１０間に生じる空間を塞ぐことで、漏洩作動流体の隙間Ｇからの貫流量を低減することができる。

図７は、本発明によるタービン動翼の第３の実施の形態を示すものである。

第１及び第２の形態においては、カバープレート４の厚さ寸法よりも大きな突起寸法の突起部７をカバープレート４に貫通させ、その貫通端を潰して加締めることで、翼部３とカバープレート４との連結を行っている。しかし、図７に示す第３の実施の形態のように、カバープレート４の厚さ寸法と同じ寸法の突起部７をシュラウド６から突出させた場合、潰しによる加締めを行うことができない。そこで、カバープレート４の厚さ寸法と同じ寸法の突起部７をカバープレート４の貫通孔４Ｈに挿入する場合には、その挿入先端の周縁をカバープレート４と溶接１２することで、最終的にカバープレート４と翼部３を連結するようにしてもよい。

勿論、突起部７がカバープレート４の外周面と同じ高さとなっているので、カバープレート４の外周面とケーシング８との隙間Ｇと同じ隙間Ｇが突起部７の頂部とケーシング８との間に存在し、突起部７の頂部の上の隙間Ｇから漏洩作動流体が貫流する。そのために、第２の実施の形態と同じように、突起部７の頂部に突起部フィンシール１１を設けることで、漏洩作動流体の貫流量を制限することができる。

尚、図７中で、図６と同符号は同一構成部品を示す。

このように、翼部３とカバープレート４との連結が異なる本実施の形態においても、前記実施の形態と同じ効果を奏することができる。

ところで、以上の各実施の形態においては蒸気タービンのタービン動翼１について説明したが、ガスタービンのタービン動翼も蒸気タービンのタービン動翼１と同様な構成で同様な課題が存在する場合には、ガスタービンのタービン動翼に対しても本発明を適用できるのは云うまでもない。

また、以上説明の各実施の形態において、環状フィンシール９をカバープレート４の外周面の幅方向両側からケーシング８に接近するように突出させたものであるが、カバープレート４の幅方向両側面に溶接やねじ止め等の周知の固定手段で別構成の環状フィンシールを取り付けるようにしてもよい。

本発明によるタービン動翼の第１の実施の形態を示す要部斜視図。図１に示す翼部外周部近傍の加締め前の縦断正面図。図１に示す翼部外周部近傍の加締め後の縦断正面図。本発明によるタービン動翼の第２の実施の形態を示す図１相当図。図４に示す翼部外周部近傍の加締め前の縦断正面図。図４に示す翼部外周部近傍の加締め後の縦断正面図。本発明によるタービン動翼の第３の実施の形態を示す図６相当図。

符号の説明

１…タービン動翼、２…ディスク、２Ｇ…ダブテール溝、３…翼部、４…カバープレート、４Ｈ…貫通孔、４Ｓ…加締め用段部、５…プラットフォーム、５Ｔ…ダブテール、６…シュラウド、７…突起部、７Ｋ…加締め部、７Ｓ…周縁部、８…ケーシング、９…環状フィンシール、９Ａ…第１環状フィンシール、９Ｂ…第２環状フィンシール、１０…断続フィンシール、１１…突起部フィンシール、１２…溶接。

Claims

タービンロータのディスクの外周部に支持された複数の翼部と、これら翼部との連結部を外周面側に設けた環状のカバープレートとを備え、カバープレートの外周をその外周側に設置するケーシングの内周面側に隙間を介して接近させたタービン動翼において、前記隙間をタービンロータの長手方向に貫流する漏洩作動流体に対して抵抗となる環状フィンシールを、前記カバープレートの外周面上に設けると共に、周方向に断続的に断続フィンシールを前記カバープレートの外周面上に設けたことを特徴とするタービン動翼。
前記断続フィンシールは、前記カバープレートの外周面上に突出し周方向に隣接する複数の突起部間に設けられていると共に、前記カバープレートの外周面上に突出し周方向に隣接する複数の突起部に、前記隙間をタービンロータの長手方向に貫流する漏洩作動流体に対して抵抗となる突起部フィンシールが設けられていることを特徴とする請求項１記載のタービン動翼。
前記突起部は、前記カバープレートに対して加締め又は溶接により連結されていることを特徴とする請求項２記載のタービン動翼。