JP7217330B1 - タービンロータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン動翼をガタツキなく固定し、組立及び分解を容易にする。【解決手段】ロータディスクの翼溝に軸方向に延びる受け溝を形成すると共に、断面円形の軸部、前記軸部の一端に設けた第１ロックプレート、及び前記軸部の他端に設けた切欠き付きの第２ロックプレートを有するロッキングピースを用意し、前記受け溝に前記ロッキングピースを設置し、前記切欠きを通して前記軸方向から前記翼根を前記翼溝に嵌め込み、前記切欠きを通して前記ロッキングピース及び前記タービン動翼の間に固定シムを挿し込んで前記タービン動翼及び前記ロッキングピースとの間の隙間を埋め、前記第１及び第２ロックプレートが前記ロータディスク及び前記翼根に跨るように前記ロッキングピースを回転させて前記ロータディスクに対して前記翼根を拘束し、前記第２ロックプレートの一部を前記翼根に設けたスリットに曲げ込んで前記ロッキングピースの回転を拘束する。【選択図】図６

Description

本発明は、蒸気タービン又はガスタービンのタービンロータ及びその製造方法に関する。

火力発電所等で使用する蒸気タービンやガスタービンのロータは、軸方向に積層した各ロータディスクの外周部にタービン動翼を取り付けて構成される。ロータディスクにタービン動翼を連結する構造の一種に、タービン動翼の翼根をロータディスクに設けた翼溝にロータの軸方向から嵌め込む構造がある。しかし、この種の連結構造では、ロータディスクにタービン動翼を嵌め込むために必要な隙間が翼根と翼溝との間に存在する。

そこで、翼根の先端（ロータの径方向の内側の端部）と翼溝の底部（同）の間に楔を打ち込み、翼溝に対して翼根をロータの径方向の外側に押し付けてガタツキなくタービン動翼を固定する構造が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５－２２０８２５号公報

上記のように翼根と翼溝との間に楔を打つ構成においては、翼根と翼溝との間に入りきらない楔の余剰分を切除し、一般に翼溝等に溶接して楔の抜け止めの処理を施す必要がある。しかし、この場合には、メンテナンス等でロータディスクからタービン動翼を取り外す際に、楔を固定する溶接部を除去しなければならず時間と労力を要する。また溶接の際に溶接による熱で材質に好ましくない影響を及ぼすこともあり得る。一方、蒸気タービンとガスタービンのいずれも、下流段に比べて上流段では翼長が短く、また翼列間の距離も小さい。このため溶接や溶断の作業が困難であり、楔による翼の固定を実施することができず、径方向のガタツキを許容した設計とせざるを得ないことがある。径方向の固定が困難であった上流段の翼長の短い翼にも適用可能な方法が望まれる。

本発明の目的は、タービン動翼をガタツキなく固定することができ、容易に組立及び分解をすることができるタービンロータ及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、翼溝を外周部に有するロータディスクと、前記翼溝に嵌め込まれる翼根を有するタービン動翼と、前記ロータディスク及び前記タービン動翼の間に介在し前記ロータディスクに対して前記タービン動翼を拘束するロッキングピースと、前記ロッキングピース及び前記タービン動翼の間に介在する固定シムとを含むタービンロータであって、前記翼溝は、前記翼根を前記タービンロータの径方向及び周方向に拘束し、前記タービンロータの軸方向への前記翼根の移動を許容する形状であり、前記ロータディスクは、前記翼溝の前記径方向の内側の位置に、前記軸方向に延びて前記ロッキングピースを受ける受け溝を有しており、前記ロッキングピースは、前記受け溝に受けられて前記受け溝の内部で回転可能な断面が円形の軸部と、前記軸部の一端に設けられた第１ロックプレートと、前記軸部の他端に設けられて前記第１ロックプレートとの間に前記ロータディスク及び前記タービン動翼を挟み込む第２ロックプレートとを含んで構成され、前記タービン動翼は、前記ロッキングピースの軸部に対向して前記軸方向に延びるシム溝を有しており、前記固定シムは、前記シム溝に収容されて前記シム溝及び前記ロッキングピースとの間に拘束されると共に、前記シム溝と前記ロッキングピースの軸部との間の隙間を埋め、前記第１ロックプレート及び前記第２ロックプレートは、前記ロータディスク及び前記翼根に跨り、前記ロータディスクに対して前記翼根を前記軸方向に拘束しており、前記第２ロックプレートは、一部が折れ曲がって前記翼根の前記軸方向を向く端面に設けた凹部又は凸部に係り合って前記ロッキングピースの回転を拘束すると共に、前記一部の曲げを戻して前記ロッキングピースを回転させた場合には前記軸方向から見て前記翼根に重ならない形状をしているタービンロータを提供する。

本発明によれば、タービン動翼をガタツキなく固定することができ、容易に組立及び分解をすることができる。

本発明の一実施形態に係るタービンロータを適用したタービン設備を一部断面で表した図 一部のタービン動翼及びそのロータディスクとの連結部と抜き出して表した斜視図 本発明の一実施形態に係るタービンロータのタービン動翼とロータディスクとの連結部を軸方向から見た図 図３からロータディスクを抜き出した図 図３からタービン動翼の翼根を抜き出した図 図３中のVI－VI線による断面図 タービンロータの製造方法の説明図 タービンロータの製造方法の説明図 タービンロータの製造方法の説明図 タービンロータの製造方法の説明図 タービンロータの製造方法の説明図 タービンロータの製造方法の説明図 タービンロータの製造方法の説明図 第１変形例に係るタービンロータのタービン動翼とロータディスクとの連結部の断面図 第２変形例に係るタービンロータのタービン動翼とロータディスクとの連結部の断面図 第３変形例に係るタービンロータのタービン動翼とロータディスクとの連結部の要部を拡大して表す断面図

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

－タービン設備－
図１は本発明の一実施形態に係るタービンロータを適用したタービン設備を一部断面で表した図である。以下の説明において、「軸方向」、「径方向」、「周方向」と記載する場合には、断り書きのない限り、タービンロータ１００の軸方向、径方向、周方向を意味するものとする。

図１に示したタービン設備は、静止体２００と、この静止体２００に対して回転する回転体であるタービンロータ１００とを含んで構成されている。このタービン設備は、ボイラ等の作動流体の発生源から供給される作動流体のエネルギーをタービンロータ１００の回転動力に変換し、その回転動力で発電機等の負荷機器を駆動する。

タービンロータ１００は、シャフト１と、ロータディスク２と、タービン動翼３と、ロッキングピース３０（図６）と、固定シム（楔）４０（同）とを含んでいる。ロータディスク２は、シャフト１の延在方向（軸方向）に複数段積層して構成されており、各段に１枚ずつ存在する。タービン動翼３は、各段のロータディスク２の外周部に周方向に一定間隔で複数取り付けられており、各段において動翼翼列を構成する。

静止体２００は、筒状のケーシング（車室）２０１と、ケーシング２０１の内周部に取り付けた静翼２０２とを備えている。静翼２０２は、各段落の動翼翼列の上流においてタービンロータ１００の周方向に複数取り付けられていて、各段において静翼翼列を構成する。各段の静翼翼列とその作動流体（蒸気等）の流れ方向の直ぐ下流側の動翼翼列とで１つの段落を構成する。

－ロータディスク及びタービン動翼の連結構造－
図２は１つの段落の一部のタービン動翼３及びそのロータディスク２との連結部と抜き出して表した斜視図である。図３はタービン動翼３とロータディスク２との連結部を軸方向から見た図、図４は図３からロータディスク２を抜き出した図、図５は図３からタービン動翼３の翼根７を抜き出した図、図６は図３中のVI－VI線による断面図である。これらの図において、既出図面と同様の部分には既出図面と同符号を付して説明を省略する。図２では、後述する受け溝２２やロッキングピース３０等を図示省略してある。

・翼溝
例えば図２に示したように、ロータディスク２の外周部には、軸方向に延びる（断面積が軸方向に一定な）翼溝５が周方向に一定間隔で複数設けられている。これら翼溝５は、タービン動翼３の翼根７を径方向及び周方向に拘束し、翼根７の軸方向への移動を許容する形状をしている。具体的には、各翼溝５の周方向の両側の壁面（周方向に互いに対向する壁面）には、ディスクネック部（凹部）２１及びディスクフック部（凸部）２０が、径方向に交互に設けられている。ディスクフック部２０は、ディスクネック部２１に対して周方向（翼溝５の中心側）に突出している。

また、ロータディスク２には、ロッキングピース３０を受ける樋状の受け溝２２（図４）が設けられている。本実施形態において、受け溝２２は、各翼溝５の径方向の内側の位置（翼溝５の底であり、ロータディスク２の中心線、つまりタービンロータ１００の回転中心に最も近い位置）に１つ設けられている。受け溝２２の深さ（径方向寸法）は、ロッキングピース３０の軸部３１（図６）の直径程度である。また、軸方向に延びる受け溝２２の両端は、ロータディスク２の軸方向の両側の端面に開口しており、受け溝２２の長さ（軸方向寸法）はロータディスク２の外周部の厚みに一致する。また、受け溝２２の断面（ロータディスク２の中心線との直交面で切断した断面）は、径方向内側の半分の部分がロッキングピース３０の軸部３１と実用上適切な公差の範囲で等しい半径を有する半円形をしている。

・翼根
タービン動翼３は、翼溝５に軸方向から嵌め込まれる翼根７と、翼根７から径方向外側に延びる翼部（プロフィル部）８と、同一段落で周方向に隣接する翼部８同士を連結するカバー（インテグラルカバー）９とを含んで構成されている。タービン動翼３は、翼根７を翼溝５に嵌め込むことによってロータディスク２に固定される。カバー９は、翼部８の先端に取り付けられており、隣り合う翼部８の２つのカバー９が接触し、翼列全体でリング状をなすことで翼列の剛性を高める。

図３に示すように、翼根７は、軸方向から見て翼溝５に対応する形状をしている。具体的には、翼根７は、ディスクネック部２１と係合する翼フック部（凸部）１０と、ディスクフック部２０と係合する翼ネック部（凹部）１１とを径方向に交互に有し、軸方向から見て鋸歯状又は波型に形成されている。

また、タービン動翼３には、固定シム４０を収容するシム溝１２（図５）が設けられている。シム溝１２は、受け溝２２に収容されたロッキングピース３０の軸部３１に径方向に対向する。本実施形態では、シム溝１２は、各翼根７の径方向の内側の位置（ロータディスク２の中心線、つまりタービンロータ１００の回転中心に最も近い位置）に１つ設けられている。シム溝１２の深さ（径方向寸法）は、固定シム４０の厚みに応じて設定され、図６に示したように楔状の固定シム４０の形状に応じて軸方向の一方から他方に向かって浅くなっている。シム溝１２はまた、軸方向に延在し、軸方向両側の端部は翼根７の軸方向両側の端面に開口しており、シム溝１２の長さ（軸方向寸法）は翼根７の内周部の厚み（軸方向寸法）に一致する。シム溝１２の断面（ロータディスク２の中心線との直交面で切断した断面）は、本実施形態では図５に示した通り四角形状である。つまり、シム溝１２の径方向内側を向く面は、ロータディスク２の中心線に対して傾斜したフラットなテーパ面である。なお、図６では特徴を明確に示すために、シム溝１２のテーパ面の傾斜角を実際よりも大きく設定して表してある。

また、翼根７における軸方向を向く端面（本実施形態ではシム溝１２の開口が大きい側、つまり図６中の右側の端面）には、スリット１３が設けられている。このスリット１３は、タービンロータ１００を組み上げた状態で、軸方向から見てロッキングピース３０の第２ロックプレート３３（後述）と少なくとも一部が重なる位置に設けられている。スリット１３の形状は、タービンロータ１００を組み上げた状態でロッキングピース３０の軸部３１と同心円となる形状を除き、特には限定されない。本実施形態において、スリット１３は軸方向から見て直線状に形成されている。また、このスリット１３は後述するように第２ロックプレート３３の外縁の一部を入れ込む、又は翼根側面に引っ掛けるためのものなので、スリットに限定されず、幅が広い切欠きや段差のような端面が不連続となる凹部又は凸部であれば良い。

・ロッキングピース
ロータディスク２及び各タービン動翼３の間には、上記ロッキングピース３０が介在しており、ロッキングピース３０によってロータディスク２に対して各タービン動翼３が軸方向に拘束されている。このロッキングピース３０は、軸部３１と、第１ロックプレート３２と、第２ロックプレート３３とを含んで構成されている。

軸部３１は、ロータディスク２の受け溝２２に受けられる。本実施形態において、軸部３１は断面積一定の円柱形である。上記の通り、受け溝２２の断面半円状の部分と円形断面の軸部３１とは半径がほぼ等しく、軸部３１は、外周面の半分が受け溝２２に面で受けられると共に、受け溝２２の内部で自転方向に回転可能である。

第１ロックプレート３２は、軸部３１の一端（図６では左端）に設けられている。この第１ロックプレート３２は、軸部３１よりも直径の大きな円板であり、タービンロータ１００を組み上げた状態で、軸方向から見て翼根７及びロータディスク２に跨るように構成されている。本実施形態では、第１ロックプレート３２を円形に構成した場合を例示しているが、タービンロータ１００を組み上げた状態で翼根７及びロータディスク２に跨る形状であれば良い。第１ロックプレート３２は、例えば円板の一部をカットしたような形状としても良いし、フラットバー等で矩形に構成することもできる。

なお、第１ロックプレート３２は、次に説明する第２ロックプレート３３のように折り曲げる必要がないので、第２ロックプレート３３に比べて厚みを確保して高強度にしてある。

第２ロックプレート３３は、軸部３１の他端（図６では右端）に設けられている。第２ロックプレート３３は、タービンロータ１００を組み上げた状態でロータディスク２及び翼根７に跨り、第１ロックプレート３２との間にロータディスク２及びタービン動翼３を挟み込み、ロータディスク２に対して翼根７を軸方向に拘束する。第２ロックプレート３３は、タービンロータ１００を組み上げた状態において外縁の一部が折れ曲がって翼根７のスリット１３に入り込み、スリット１３に係り合ってロッキングピース３０の回転を拘束する。この第２ロックプレート３３の折り曲げ部分は、製造時に曲げたり分解時に曲げを戻したりする都合上、第２ロックプレート３３の中央部や第１ロックプレート３２に比べて薄く形成してある。

なお、スリット１３は翼根７の反対側の端面（シム溝１２の開口が小さい側の端面）に移設しても良い。この場合、ロッキングピース３０の第１ロックプレート３２の外周部を一部折り曲げ易い構成にすると共に、第２ロックプレート３３については曲がり難い構成とすることができる。また、翼根７の軸方向の両側の端面にスリット１３を設けても良い。この場合は、第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３の双方を一部折り曲げ易い構成とする。

また、第２ロックプレート３３は、軸方向から見て非円形の形状をしており、外縁の軸部３１の中心（軸心）からの距離が周方向位置により異なっている。すなわち円形が部分的に欠けた、切欠きを有する形状となっている。そして、第２ロックプレート３３は、スリット１３に入れ込まれた外縁の一部の曲げを戻し、受け溝２２内でロッキングピース３０を所定角度回転（本例では反転）させた場合には、軸方向から見て翼根７に重ならなくなるように構成されている。本実施形態では、切欠き３４を持つ円板で構成した第２ロックプレート３３を例示している。切欠き３４を径方向の外側に向けた状態では、軸方向から見て翼根７とロータディスク２との境界が切欠き３４を通して露出する（図１０）。

ロッキングピース３０は、このロッキングピース３０を回転させる工具と係り合う係合部３５を備えている。本実施形態では、図８等に示すように六角穴を係合部３５として例示している。ロッキングピース３０を回転させる際、この係合部３５に工具（例えば六角レンチ）を挿し込み、工具でロッキングピース３０にトルクを与える。係合部３５は、ロッキングピース３０の少なくとも一方側の端面（本例では第２ロックプレート３３の端面）に、軸部３１の中心線上に位置するように配置してある。なお、係合部３５は、六角穴である必要はなく、直線状の溝（マイナス溝）やＸ字状の溝（プラス溝）等、ロッキングピース３０を回転させるのに適した工具と係り合うような形状であれば良い。

・固定シム
ロッキングピース３０及びタービン動翼３の間には、上記固定シム４０が介在する。この固定シム４０は、シム溝１２に収容されて翼根７及びロッキングピース３０の軸部３１との間に拘束され、ロッキングピース３０の軸部３１と翼根７との間の隙間を埋める。固定シム４０のロッキングピース３０の軸部３１との対向面は、軸部３１の外周面に応じた（曲率半径を合わせた断面円弧状の）凹曲面である。それに対し、固定シム４０のシム溝１２との対向面は、シム溝１２のテーパ面に対応してロータディスク２の中心線に対して傾斜したフラットなテーパ面である。固定シム４０は、一端（図６では左端）から他端（同右端）に向かって厚みが増す楔型に形成されている。

なお、本実施形態では、ロータディスク２の中心線に対し、固定シム４０及びロッキングピース３０の軸部３１の対向面が平行で、固定シム４０及びシム溝１２の対向面が傾斜した構造を例示している。しかし、固定シム４０及びシム溝１２の径方向に接触する互いの対向面が、固定シム４０及びロッキングピース３０の軸部３１の径方向に接触する互いの対向面に対し、軸方向に向かって径方向に傾斜した構成であれば良い。一例として、ロータディスク２の中心線に対し、固定シム４０及びシム溝１２の対向面が平行で、固定シム４０及びロッキングピース３０の軸部３１の対向面が傾斜した構造（つまり軸部３１を円錐形にした構造）を採用することもできる。

－タービンロータの製造方法－
ロータディスク２にタービン動翼３を連結し、タービンロータ１００を製造する方法（メンテナンス後にタービンロータ１００を組み立てる場合や既存のタービンロータを本実施形態のような連結構造に改造する場合を含む）を図７－図１３も交えて説明する。図７、図９、図１１及び図１２は図６と同位置の断面を表しており、図８、図１０及び図１３は図３と同様に軸方向から見た図を表している。

まず準備として、ロータディスク２に受け溝２２がない場合には、ロータディスク２の翼溝５における径方向の内側の位置に加工を施し、軸方向に延びる受け溝２２を形成しておく。また、上記構成のロッキングピース３０や固定シム４０も所要数用意しておく。

なお、この時点では、ロッキングピース３０の第２ロックプレート３３の外縁は折れ曲がっていない。また、固定シム４０は、図９に示した通り、ハンマ等で打撃するための打撃面４１や構造強度を落とした切断用部位４２が備わっている。タービンロータ１００の組立過程で切断用部位４２を切り落とす際に打撃面４１も一緒に除去されるが、打撃面４１は、切断用部位４２を切断した後の固定シム４０の端面よりも広い面積を持ち、ハンマ等による打撃に適した形状をしている。また、切断用部位４２は、ロッキングピース３０と翼根７との間に残すシム本体に比べて薄く形成されており、ノミ等の工具でも切断し易いように構成されている。

また、タービン動翼３の翼根７にシム溝１２がない場合、翼根７における径方向の内側の位置に加工を施し、軸方向に延びるシム溝１２を形成しておく。なお、既存のタービンロータ１００を対象とする場合、この位置に翼溝５に係り合う断面積一定の溝が元々形成されていることがある。この場合、既存の溝を活用し、これに僅かなテーパをつけてシム溝１２を形成することができる。

必要に応じて以上の準備を終えたら、第２ロックプレート３３の切欠き３４を径方向の外側に向けて受け溝２２に軸部３１が当接するように、ロータディスク２にロッキングピース３０を設置する（図７及び図８）。その際、ロッキングピース３０は、後で翼溝５に翼根７が進入してくる側に第２ロックプレート３３がくるようにする。図７の例では右から左に翼溝５に翼根７が挿入されるため、第２ロックプレート３３を図中右側に向けてロッキングピース３０を設置している。

ロータディスク２にロッキングピース３０を設置したら、切欠き３４を通して第２ロックプレート３３との干渉を避けつつ、軸方向から翼根７を翼溝５に嵌め込む（図９及び図１０）。このとき、翼根７は、シム溝１２の開口が小さい方の端面側から翼溝５に挿入される。

次に、ロッキングピース３０の切欠き３４を通してロッキングピース３０の軸部３１及びタービン動翼３の間（シム溝１２）に固定シム４０を挿し込み、タービン動翼３及びロッキングピース３０との間の隙間を固定シム４０で埋める（図９及び図１０）。その際、打撃面４１をハンマ等の適当な工具で打撃して固定シム４０を確りと圧入する。こうして固定シム４０によってロッキングピース３０及びタービン動翼３の間に楔を打ち、翼根７を径方向外側に押し上げて翼溝５に強く接触させ、翼溝５に対する翼根７の径方向及び周方向へのガタツキを抑える。

ロッキングピース３０及びタービン動翼３の間に固定シム４０を挿し込んで圧入した後、切断工具（例えばノミ）で切断用部位４２をせん断し、ロッキングピース３０及びタービン動翼３の間に入りきらない固定シム４０の余剰分を除去する（図１１）。

続いて、六角レンチ等の工具を係合部３５に挿し込み、工具でロッキングピース３０にトルクを与え、第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３の双方がロータディスク２及び翼根７に跨るようにロッキングピース３０を回転させる（図１２及び図１３）。これによりロータディスク２及び翼根７を第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３で挟み込み、ロータディスク２に対して翼根７を軸方向に拘束する。

最後に、第２ロックプレート３３の外周の一部を折り曲げ、翼根７のスリット１３に入れ込んで係り合わせ、ロッキングピース３０を回転不能に拘束する（図１４）。

タービンロータ１００の組立時、以上の手順で各タービン動翼３をロータディスク２に組み付ける。メンテナンス等でタービンロータ１００を分解する際にロータディスク２からタービン動翼３を取り外す場合には、以上と概ね逆の手順を行う。

－効果－
（１）本実施形態によれば、固定シム４０を打ち込んでタービン動翼３の翼根７とロータディスク２との間の隙間を埋め、翼根７を押し上げて翼溝５の内部でロータディスク２に翼根７を強く接触させることができる。これによりタービン動翼３の周方向及び径方向のガタツキが抑えられる。

また、固定シム４０を打ち込んだ後、ロッキングピース３０を反転させることにより、第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３によってロータディスク２に対しタービン動翼３を軸方向に拘束することができる。タービン設備の稼働時には、タービンロータ１００の回転に伴って固定シム４０に遠心力や回転に伴う振動が作用し、シム溝１２の内部を軸方向に移動しようとするが、この固定シム４０の移動も第２ロックプレート３３で抑えることができる。

また、第２ロックプレート３３を曲げて翼根７のスリット１３に折り込むことでロッキングピース３０の回転を抑止し、固定シム４０の抜け止めをする構造である。そのため、第２ロックプレート３３の曲げを戻してスリット１３から外せば、ロッキングピース３０を回転させて翼溝５から翼根７を抜き取ることができる。数多くのタービン動翼３の組み付けや取り外しに溶接や溶断、グラインダ等の工程を伴う場合には多大な労力及び時間を要するが、本実施形態の場合、溶接等の工程がなく、工期の大幅な短縮も期待できる。

以上の通り、本実施形態によれば、タービン動翼３をガタツキなくロータディスク２に固定することができ、容易に組立及び分解をすることができる。

また、上記の通り、ロータディスク２に対してタービン動翼３がガタツキなく固定されるため、動翼翼列のリング状に連なったカバー９（図２）の外周面を揃える定寸加工も容易に行うことができる。これにより、タービンロータ１００と静止体２００との間の狭隘なクリアランス設計が可能となり、タービン性能の向上にも貢献し得る。

また、各タービン動翼３をロータディスク２に対して一本一本確りと固定できるので、タービンロータ１００の製造過程のターニング加工時に改めてタービン動翼３のガタツキ防止をする作業も不要になり得る。

更には、溶接を要しないため、また溶接部を起点として翼根７やロータディスク２にクラックが発生することを抑制でき、部品の長寿命化にも貢献し得る。

ロッキングピース３０や固定シム４０は簡素な構成であり、必要部品が安価に製作できる点も利点である。

（２）固定シム４０及びシム溝１２の対向面（接触面）が、固定シム４０及びロッキングピース３０の対向面（接触面）に対し、軸方向に向かって径方向に傾斜しており、楔効果により、上記の通りタービン動翼３を確りと押し上げることができる。

特に本実施形態の場合、固定シム４０及びシム溝１２の対向面は平面であるため、固定シム４０及びシム溝１２の加工が容易であり、また固定シム４０及びシム溝１２の接触面積を十分に確保することができる。

（３）固定シム４０のロッキングピース３０の軸部３１との対向面が軸部３１の外周面に応じた曲面である。そのため、固定シム４０とロッキングピース３０の軸部３１との接触面積を十分に確保でき、固定シム４０とロッキングピース３０との接触面における応力集中を抑えることができる。

（４）ロッキングピース３０の第２ロックプレート３３は、切欠き３４を持つ円板であり、切欠き３４を径方向の外側に向けた姿勢では、軸方向から見て翼根７及びロータディスク２の境界が切欠き３４に露出する。この状態では第２ロックプレート３３が翼根７及びロータディスク２に跨らないため、ロッキングピース３０をロータディスク２に設置した状態でも、上記の通り切欠き３４を通して翼溝５に対して翼根７を抜き挿しすることができる。

特に本実施形態の場合、第２ロックプレート３３は、円板に切欠き３４を設けた構成であるため、旋削により削り出した後一部カットすることで形成でき、ロッキングピース３０を容易に製作することができる。

（５）固定シム４０が打ち込まれた状態では、ロッキングピース３０は固定シム４０及びロータディスク２との間に強い接触面圧が作用するため、ロッキングピース３０を回転させるためには相応のトルクが必要である。それに対し、本実施形態において、ロッキングピース３０には係合部３５が備わっているため、係合部３５に工具を挿し込んでロッキングピース３０に大きなトルクを与えることができる。従って、固定シム４０が打ち込まれた状態でも、固定シム４０及びロータディスク２との強い摩擦力に抗してロッキングピース３０を回転させることができる。

（６）ロッキングピース３０と翼根７との間に挿入される前の段階では固定シム４０に打撃面４１が存在する。ロッキングピース３０と翼根７との間に固定シム４０を挿入する際、この打撃面４１をハンマ等で打撃することで固定シム４０を確りと打ち込むことができる。

（７）ロッキングピース３０と翼根７との間に挿入される前の段階では固定シム４０に切断用部位４２が存在する。切断用部位４２は構造強度を落として切断し易く構成されているため、ロッキングピース３０及び翼根７の間に固定シム４０を挿し込んだ後、ノミ等の工具で容易に切り落とすことができる。そのため、溶断してグラインダをかける必要がなく、溶断機、グラインダ及びそれらに繋ぐガスボンベや空圧配管等の段取りも不要となる。単にノミとハンマを用意すれば固定シム４０の切断用部位４２の切り落としを施工でき、タービンロータ１００の組立工程を効率化することができる。

－第１変形例－
図１４は第１変形例に係るタービンロータのタービン動翼とロータディスクとの連結部の断面図であり、先の図６に対応する図である。図１４において上記実施形態と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本変形例は、シム溝１２を、断面積が軸方向に一定の直方体形状にした例である。図１４に示したように、本例ではシム溝１２のロッキングピース３０との対向面が、軸方向の全域に亘ってロッキングピース３０の外周面と等距離にあり、図１４の断面においてシム溝１２とロッキングピース３０との互いの対向面が平行である。本例においては、各タービン動翼３に２つの固定シム４０ａ，４０ｂが用いられる。

固定シム４０ａは、上記実施形態で用いた固定シム４０と同様の特徴を持つ。具体的には、固定シム４０ａの径方向の内側を向いた面は、ロッキングピース３０の軸部３１の外周面に応じた曲面である。固定シム４０ａの径方向の外側を向いた面は、ロータディスク２の中心線に対して傾斜したフラットなテーパ面である。

他方の固定シム４０ｂは、固定シム４０と翼根７との間に挿入される。従って、固定シム４０ｂの径方向の内側を向いた面は、固定シム４０ａの対向面に応じたフラットなテーパ面である。それに対し、固定シム４０ｂの径方向の外側を向いた面は、シム溝１２の対向面に応じた平面である。

また、ロッキングピース３０は、第１ロックプレート３２に第２ロックプレート３３と同じく切欠き３４が設けられている。

その他の構成について、本変形例は上記実施形態（図６等）と同様である。

本例の場合、まず軸方向の一方側（図１４では右側）から、切欠き３４を通してシム溝１２（軸部３１と翼根７との間）に固定シム４０ａを薄い先端側から挿入する。その後、反対側（図１４では左側）から、切欠き３４を通してシム溝１２（固定シム４０ａと翼根７との間）に固定シム４０ｂを薄い先端側から挿入する。その際、固定シム４０ａはテーパ面を径方向外側に、固定シム４０ｂはテーパ面を径方向内側に向け、互いのテーパ面が対向するようにする。そして、固定シム４０ａ，４０ｂを上記実施形態と同じくハンマ等の工具で打撃して圧入し、ノミ等の工具で余剰分を切断し、ロッキングピース３０を反転させ、第２ロックプレート３３をスリット１３に曲げ入れる。

本変形例においては、上記実施形態（図６等）と同様の効果の他、シム溝１２のテーパ加工を省略できる利点がある。

－第２変形例－
図１５は第２変形例に係るタービンロータのタービン動翼とロータディスクとの連結部の断面図であり、先の図６に対応する図である。図１５において上記実施形態と同一の又は対応する要素には、既出図面と同符号を付して説明を省略する。

本変形例は、ロッキングピース３０の第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３が翼根７やロータディスク２の端面から突出しないように構成した例である。図１５に示したように、本例において、翼根７やロータディスク２の端面には、ロッキングピース３０の軸部３１を中心とする円形の凹部３６が設けられている。凹部３６の深さは、対応する第１ロックプレート３２又は第２ロックプレート３３の厚みに合わせてあり、第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３が、凹部３６に収まるように構成されている。

その他の構成や分解及び組立の手順について、本変形例は上記実施形態（図６等）と同様である。

本変形例においても、上記実施形態（図６等）と同様の効果が得られる。

また、蒸気タービンの低圧段では水滴を含む二相流となり、翼やケーシングのエロージョンが発生する場合がある。図６のようにロッキングピース３０がロータディスク２や翼根７の端面から突出する場含、ロッキングピース３０の端面部にエロージョンが発生する可能性がある。そこで、本変形例（図１５）のようにロッキングピース３０の第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３が翼根７やロータディスク２の端面から突出しないようにすることで、ロッキングピース３０にエロージョンが発生することを抑えることができる。また、ロッキングピース３０が突出しないことで、風損低減にも寄与し得る。

なお、第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３のどちらを作動流体の流れ方向の上流側に向けた構成とするかは必ずしも限定されない。但し、第１ロックプレート３２は凹部３６に合わせて円形に形成きるため、凹部３６が全体に第１ロックプレート３２で埋まり、第１ロックプレート３２、翼根７及びロータディスク２の端面を概ね連続する平面とすることができる。この場合、第１ロックプレート３２を作動流体の流れ方向の上流側に向けた構成とすることで、より高いエロージョン低減効果が期待できる。

また、第１ロックプレート３２及び第２ロックプレート３３の双方を凹部３６に収容する構成を例示した。しかし、必ずしもこの構成には限定されず、例えば作動流体の流れ方向の下流側の凹部３６を省略し、第１ロックプレート３２又は第２ロックプレート３３がロータディスク２の端面から突出した構成としても良い。

－第３変形例－
図１６（ａ）－図１６（ｃ）は第３変形例に係るタービンロータのタービン動翼とロータディスクとの連結部の要部を拡大して表す断面図である。以上の各例においては、第２ロックプレート３３を曲げて翼根７のスリット１３に折り込むことでロッキングピース３０の回転を抑止する構造を例示した。しかし、折り曲げた第２ロックプレート３３と係り合う要素はスリット１３である必要は必ずしもなく、前述した通り凹部又は凸部で適宜構成することができる。

スリット１３に代わる一構成例としては、図１６（ａ）に示したように翼根７の端面に設けた凸部１３ａを挙げることができる。軸方向から見た凸部１３ａの形状は、スリット１３と同様に設定することができる。この構成の場合、折り曲げた第２ロックプレート３３を径方向の内側を向く面（又は外側を向く面）に係り合わせることにより、ロッキングピース３０の回転を抑止することができる。

他の例としては、図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）に示したように、翼根７の端面に設けた段差を挙げることができる。図１６（ｂ）は、径方向の外側に対して内側を凹部にして段差を形成した例であり、この段差により径方向の内側を向く面１３ｂ（軸方向に延びる面）が形成される。反対に、図１６（ｃ）は、径方向の外側に対して内側を凸部にして段差を形成した例であり、この段差により径方向の外側を向く面１３ｃ（軸方向に延びる面）が形成される。段差により生じるこれらの面１３ｂ，１３ｃに、折り曲げた第２ロックプレート３３を図１６（ｂ）及び図１６（ｃ）のように係り合わせることで、ロッキングピース３０の回転を抑止することができる。軸方向から見た面１３ｂ，１３ｃの形状も、スリット１３と同様に設定することができる。

２…ロータディスク、３…タービン動翼、５…翼溝、７…翼根、１２…シム溝、１３…スリット（凹部）、１３ａ…凸部、１３ｂ，１３ｃ…面（凹部又は凸部）、２２…受け溝、３０…ロッキングピース、３１…軸部、３２…第１ロックプレート、３３…第２ロックプレート、３４…切欠き、３５…係合部、４０…固定シム、４１…打撃面、４２…切断用部位、１００…タービンロータ

Claims (8)

1. 翼溝を外周部に有するロータディスクと、
   前記翼溝に嵌め込まれる翼根を有するタービン動翼と、
   前記ロータディスク及び前記タービン動翼の間に介在し前記ロータディスクに対して前記タービン動翼を拘束するロッキングピースと、
   前記ロッキングピース及び前記タービン動翼の間に介在する固定シムと
   を含むタービンロータであって、
   前記翼溝は、前記翼根を前記タービンロータの径方向及び周方向に拘束し、前記タービンロータの軸方向への前記翼根の移動を許容する形状であり、
   前記ロータディスクは、前記翼溝の前記径方向の内側の位置に、前記軸方向に延びて前記ロッキングピースを受ける受け溝を有しており、
   前記ロッキングピースは、前記受け溝に受けられて前記受け溝の内部で回転可能な断面円形の軸部と、前記軸部の一端に設けられた第１ロックプレートと、前記軸部の他端に設けられて前記第１ロックプレートとの間に前記ロータディスク及び前記タービン動翼を挟み込む第２ロックプレートとを含んで構成され、
   前記タービン動翼は、前記ロッキングピースの軸部に対向して前記軸方向に延びるシム溝を有しており、
   前記固定シムは、前記シム溝に収容されて前記シム溝及び前記ロッキングピースとの間に拘束されると共に、前記シム溝と前記ロッキングピースの軸部との間の隙間を埋め、
   前記第１ロックプレート及び前記第２ロックプレートは、前記ロータディスク及び前記翼根に跨り、前記ロータディスクに対して前記翼根を前記軸方向に拘束しており、
   前記第２ロックプレートは、一部が折れ曲がって前記翼根の前記軸方向を向く端面に設けた凹部又は凸部に係り合って前記ロッキングピースの回転を拘束すると共に、前記一部の曲げを戻して前記ロッキングピースを回転させた場合には前記軸方向から見て前記翼根に重ならない形状をしている
   ことを特徴とするタービンロータ。
2. 請求項１のタービンロータにおいて、
   前記固定シム及び前記シム溝の前記径方向に接触する互いの対向面は、前記固定シム及び前記ロッキングピースの前記軸部の前記径方向に接触する互いの対向面に対し、前記軸方向に向かって前記径方向に傾斜していることを特徴とするタービンロータ。
3. 請求項１のタービンロータにおいて、
   前記固定シムの前記ロッキングピースの前記軸部との対向面は、前記軸部の外周面に応じた曲面であることを特徴とするタービンロータ。
4. 請求項１のタービンロータにおいて、
   前記第２ロックプレートは、切欠きを持つ円板であることを特徴とするタービンロータ。
5. 請求項１のタービンロータにおいて、
   前記ロッキングピースは、これを回転させる工具と係り合う係合部を備えていることを特徴とするタービンロータ。
6. 翼溝を外周部に有するロータディスクと、前記翼溝に嵌め込まれる翼根を有するタービン動翼とを含むタービンロータの製造方法であって、
   前記ロータディスクにおける前記翼溝の前記タービンロータの径方向の内側の位置に、前記タービンロータの軸方向に延びる受け溝を形成すると共に、
   断面が円形の軸部、前記軸部の一端に設けた第１ロックプレート、及び前記軸部の他端に設けた第２ロックプレートを有し、前記第２ロックプレートに切欠きを有するロッキングピースを用意し、
   前記切欠きを前記タービンロータの径方向の外側に向けて前記軸部が前記受け溝に当接するように前記ロッキングピースを前記ロータディスクに設置し、
   前記ロッキングピースの前記切欠きを通して前記第２ロックプレートとの干渉を避けつつ、前記軸方向から前記翼根を前記翼溝に嵌め込み、
   前記ロッキングピースの前記切欠きを通して前記ロッキングピース及び前記タービン動翼の間に固定シムを挿し込み、前記タービン動翼及び前記ロッキングピースとの間の隙間を前記固定シムで埋め、
   前記第１ロックプレート及び前記第２ロックプレートが前記ロータディスク及び前記翼根に跨るように前記ロッキングピースを回転させ、前記ロータディスク及び前記翼根を前記第１ロックプレート及び前記第２ロックプレートで挟み込んで前記ロータディスクに対して前記翼根を前記軸方向に拘束し、
   前記第２ロックプレートの一部を折り曲げ、前記翼根の前記軸方向を向く端面に設けた凹部又は凸部に係り合わせて前記ロッキングピースの回転を拘束する
   ことを特徴とするタービンロータの製造方法。
7. 請求項６のタービンロータの製造方法において、
   前記固定シムに打撃面を設け、前記ロッキングピース及び前記タービン動翼の間に固定シムを挿し込む際、前記打撃面を打撃することを特徴とするタービンロータの製造方法。
8. 請求項６のタービンロータの製造方法において、
   前記固定シムに構造強度を落とした切断用部位を設け、前記ロッキングピース及び前記タービン動翼の間に固定シムを挿し込んだ後、切断工具で前記切断用部位を切断し、前記ロッキングピース及び前記タービン動翼の間に入りきらない前記固定シムの余剰分を除去することを特徴とするタービンロータの製造方法。

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