JPH01203602A - 蒸気タービンにおける羽根振動減少装置および羽根振動減少方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、−ｆｉ的に蒸気タービンに関するものであ
る。さらに詳しく言うと、この発明は、タービンの羽根
間の相対運動を減少させるための装置と方法とに関する
ものである。

の　　　の＝　日 例えば蒸気タービンのようなタービンにおいては、複数
個の回転する整列したフォイル即ち羽根はロータの円周
方向に配列されている。羽根に対する蒸気即ちガスの反
力はロータおよび関連した整列羽根に回転を生じさせる
０回転するそれらの羽根に作用する力は、回転により生
じる遠心力を含んでおり、羽根を半径方向外側に投げ出
そうとし、また羽根取付構造に大きな力を生じさせる。

多くのタービンにおいては、その取付構造はロータの嵌
合溝部内に摺動して入るもみの木の形状をした根元構造
からなっている０羽根が適性に位置決めされたときには
、根元構造の両側面から延びた両突出部は、羽根をロー
タに保持するのに等しく分担している。しかし、もし、
羽根がロータの溝部の中心を通るロータの半径方向線か
ら離れて配列されたときには、根元構造の一方の側面の
突出部は、他方の側面の突出部よりも大きな力を支持し
、その結果潜在的に過大な応力状態になる。

したがって、タービンの羽根は、タービンロータの軸方
向線および半径方向線に沿って延びたそれぞれの中心線
上に配列されることを確保することが望まれる。

このような整列された回転する羽根は、羽根と一体的に
作られた細みぞを介して羽根に通常リベット締めされる
囲いリングにより羽根の先端でしばしば結合されている
０羽根の横断面を急激に変化させる細みぞは、囲いリン
グによって加えられた曲げモーメントでより高い応力を
受け、また腐食物が蓄積される隙間を与える。しかしな
がら、囲いリングは、またある程度羽根の振動を減少さ
せると同様に羽根の頂部での蒸気のシールを行う。

細溝での応力と腐食との問題点を除去するある従来技術
のタービン羽根は、本出願人の米国特許第４．５３３，
２９８号明細書に開示されている。

その発明者であるパーティングトン他は、円形配列で配
設された複数個の回転可能な羽根は、ロータに羽根を固
着する根元部と、前縁と後縁とを有するエーロフオイル
形状の羽根部と、羽根部と一体的に作られかつ羽根部の
半径方向外側端部に配設された囲い部とから構成されて
いることを教えている。この囲い部は前平面と後平面と
を有しており、その後平面は根元部の中心部を通る軸方
向かつ半径方向の平面にほぼ平行に配設され、また前平
面は、その面が延びた場合には、根元部の中心線を通る
軸方向かつ半径方向の平面と、３６０を円形整列を形成
する羽根の数で割った値とほぼ等しい角度を形成してい
る。このようなタービン羽根を組み立てる方法は本出願
人の米国特許第４゜６０２．４１２号明細書に開示され
ている。

本出願人の他の出願内容から囲い部整列に関する現在の
技術の状態を知ることができる。したがって、特願昭６
３−３８７８７号の明細書および米国特許出願第５３，
３００号ノ明ａｉＦ　（１９８７年４　月２２日出ｍ）
ヲ’Ｊ照されたい。

代表的な蒸気タービンでは、羽根と一体的に形成された
囲い部は羽根と同じ材料からなっているのに対して、ロ
ータの材料は羽根と異なっている。

ロータの材料の熱膨張係数は一体的に囲まれた羽根の熱
膨張係数よりも通常大きい、したがって、もし一体的に
囲い部が取り付けられた羽根が、対面する囲い部間の隙
間を最小にして低温で組み立てられ、その後高圧、中圧
タービンで経験するように高い運転温度に加熱されると
、ロータと一体的に囲い部が取り付けられた羽根との間
の熱膨張係数の相違により隣接した囲い部間には隙間が
生じる。この隙間は、全速運転中に羽根の振動を生じさ
せる。

したがって、全速運転中に羽根の振動を最小に抑えるた
めに、より高温の運転状態で、一体的に囲い部が取り付
けられた羽根の囲い部の隙間を制御する装置と方法とが
必要である。

１肌立皇Ｉ この発明は、蒸気タービンの使用のための一体的に囲い
部が取り付けられた羽根の隣接した囲い部間の隙間を制
御する装置を示している。この目的のために、囲い部あ
るいは羽根の材料よりは熱１１１ｉ！係数が大きく、ま
たロータの材料の熱膨張係数と等しいかあるいは大きな
材料がら作られたビンが加工前の囲い部の側面に挿入さ
れる。その後、囲い部を加工することによって、低温組
み立ての間、そのビンは各囲い部の側面と同一面のまま
である。しかしながら、正常な運転の間の加熱下では、
それらのビンは囲い部よりも大きな割合で伸長し、その
結果囲い部の側面から突出する。

運転中にビンが突出することにより、それらのビンは、
隣接した囲い部と隣接した囲い部のビンとの両方または
その一方と接触し、あるいは干渉し、それによって、羽
根の振動は減少する。ビンの深さを制御することにより
、運転温度での囲い部間の隙間は制御され、あるいは除
かれる。

したがって、この発明の目的の一つは一体的に囲い部が
取り付けられた羽根を有する蒸気タービンにおける隣接
した凹い部間の隙間を制御する装置と方法とを提供する
ことである。

この発明の利点の一つは運転中における羽根の振動を減
少することである。この目的と利点およびさらに他の目
的と利点は、下記の好ましい実施例の詳細な記載から、
当業者には明白である。

適ｔ−の； 図によると、ここでは同じ符号は幾つかの図を通して同
一あるいは相当部分を指摘しているが、第１図には、タ
ービンロータ１４の一部分に配設され、円周方向に整列
された好適なタービン羽根１２の一部分が示されている
。第１図、第２図、第４図および第５図に一番よく示さ
れているように、各羽根１２はもみの木の形状をした根
元部１６を備えており、その根元部１６は同じ形状に形
成されたロータ１４の溝部１８に嵌合して、羽根１２は
ロータ１４に固定されている０羽根１２の軸線方向の動
きを止めるために、あるロック装置が用いられている。

根元部１６は台部２０から延びている。

前縁２４と後縁２６とを有するエーロフオイル形状の羽
根部２２は台部２０から軸線方向および半径方向外側に
それぞれ延びている。囲い部２８は羽根部２２の半径方
向外側に配設され、また羽根部２２と一体的に作られて
いる。囲い部２８は前平面３０と後平面３２とを有して
いる。第５図の一点鎖線３８で示されているように、後
平面３２は根元部１６の中心部（例えば、羽根の中心線
）を通った軸半径面３６にほぼ平行である。もし、第５
図で符号３４で示されているように前平面３０が延びた
場合には、その前平面３０は、軸半径面３６とα”の角
度を形成し、その値は３６０を円形配列の羽根の数で割
った値とほぼ等しい。

前平面３０は羽根部２２の前縁２４を越えて延びており
、−万態根部２２の後縁２６は囲い部２８の後平面３２
から実質的に越えて延びている。従来のように、囲い部
２８の外周面は、加工されて円環を形成し、またラビリ
ンスシールと協働して回転シールを形成している。

各羽根１２は、タービンロータ１４の半径線上に整列す
ることが望ましく、さらには羽根中心＆１３６がタービ
ンロータ１４の半径線と一致することが望ましい、この
ように整列しているときには、根元部工６上の突出部４
０は、タービンが運転中に羽根１２に作用する遠心力を
等しく分担する。もし、羽根１２の一つが列から外れて
いるときには、その根元部１６は中心から外れて応力が
加えられ、その結果根元部１Ｂの片側面だけの一つまた
は多くの突出部４０に加わる力は増大する。このような
力は根元構造の応力限界を越え、その結果根元部が損傷
するかもしれないし、または根元部１６を保持する溝部
１８が損傷するかもしれない、根元部の損傷であろうと
溝部の損傷であろうと、羽根がロータから分離すること
はタービンにおいて損害が大きく、組み立てのときに、
正しい羽根の配列を確保することが望ましい。

第２図にはタービンロータ１４と複数個の羽根１２とを
備えたタービンの一部分が他の角度から示されている。

第２図には第１図と第５図とのものを反対側からみた部
分が示されている。また、第２図に示されているように
、隣接する囲い部２８の間には小さな隙間４４があり、
その隙間４４はロータが高温状態ではさらに広がるであ
ろう、この隙間４４は羽根系に振動を生じさせる。そし
て、この大きな問題点はこの発明の装置によって解決さ
れる。

第７図、第８図には、一体内に囲まれた羽根に組み込ま
れたこの発明の装置が示されている。第６図は突出部４
０を有する根元部１Ｂ、台部２０、前縁２４と後縁２６
とを有するエーロフオイル形状の羽根部２２を持った一
体的に囲まれた単体の羽根、および前平面３０と後平面
３２とを有する囲い部２８を示している。タービンロー
タとタービン羽根は当業者によく知られた多くの種属の
材料から作られているが、典型的にはロータの材料の熱
膨張係数は羽根およびそれと一体の囲い部の材料の熱膨
張係数の値よりも大きい、その結果、高圧あるいは中圧
の蒸気タービンでそれらが高温に達すると、そのロータ
は一体的に囲い部が取り付けられた羽根材料よりも大き
く膨張する。これにより、隣接した囲い部間には円周方
向の隙間４４が生じる。囲い部はもはや直接に接触せず
、あるいは干渉さえも生ぜず、羽根は拘束されずに起立
した羽根として動作するので、タービンロータの正常な
運転の間に羽根は過度の振動を生じ、その振動はタービ
ン内に破滅的な損傷を招くことになる。

隣接した一体の囲い部２８の間の隙間４４の形成により
起こるこれらの問題点を解消するために、この発明の装
置は、一体の囲い部２８の前平面３０と後平面３２との
両面に、あるいは一体の囲い部２８の片方の平面に押圧
された一連の一個以上のビン４６からなっている。これ
らの当接手段としてのビンは、一体内に囲い部が取り付
けられた羽根の材料の熱膨張係数よりも大きく、さらに
ロータの材料と等しいかあるいは大きい熱膨張係数を有
するように設計されている。一実施例として、そのビン
は１５１０６ＦＤ［耐熱合金（ＲｃｆｒａｅＬｎｒｏｙ
）２６コのような材料から作られている。

そのビン４６は堅く適合して加工穴４８に押圧される。

ビン４６は加工穴４８内の底に適正に達するべきである
。典型的にはビンは最初に前平面３０あるいは後平面３
２を突き出るように挿入される０次に、ビン４６が挿入
された後、囲い部２８の側面は、ビン４６があたかもな
いように加工され、囲い部の各側面は連続平滑面の前平
面３０、後平面３２となる。−体内に囲まれた羽根はそ
の後通常の方法により組み立てられる。

ひとたびタービンが運転を始め、材料が熱くなり始める
と、小さな隙間４４が、隣接した囲い部２８の間に通常
生じる。しかしながら、熱膨張係数の大きなビン４６は
、囲い部２８よりも大きく膨張し、その結果囲い部２８
の前平面３０と後平面３２とから外側に突出し始める。

したがって、加工穴４８内の底まで正しく達したビン４
６は、囲い部の延長部として作用する。

加工穴４８の適正な深さを選択し、またそれによって表
面加工によるビン４６の適正な低温長さを選択すること
により、隙間４４の幅は運転温度で制御あるいは除かれ
る。深く加工された加工穴４Ｂには、長いビン４６で、
同じ膨張割合で運転温度での突出部分がより大きなビン
４６が配置される。この隙間を制御する他の手段即ち補
足的な手段は、一体内に囲い部が取り付けられた羽根と
ロータとの熱膨張係数に関して適当な熱膨張係数を有す
る材料のビンを選定することによって達成される。

さらに、この角明の概念から外れることなく多くの種類
の形状のビンが用いられる０例えば、平面ごとにビンの
数を変えたり、接合する一対の平面の一方の平面にだけ
にビンを用いることができる。第８図に示されているよ
うに好ましい形状では、囲い部２８の前平面３０からの
ビンは、隣接した囲い部２８の後平面３２から突き出た
ビンを当接するように位置決めされている。この形状に
おいては、熱膨張の間、対面するビン４６は一方のビン
と接触、または干渉して、羽根の振動を減少させる。第
７図に示すように他の形状においては、対向したビン４
６は、隣接した突出ビンと当接するよりもむしろ隣接し
た囲い部２８の対向した前平面３０または後平面３２と
当接するように位置決めされている。この形状の場合に
は、対向したビン４６は対向した前平面３０または後平
面３２と接触または干渉し、同様の方法で羽根構造の振
動を減少させる。

さらにまた、加工の容易な円柱状のビン４Ｇを用いた場
合を示したが、他の形状のビン、例えば断面が長円形、
四角あるいは長方形のビンを勿論用いることができる。

このように、一体内に囲い部が取り付けられた羽根の隙
間の制御については、熱膨張係数の太きなピンを囲い部
の加工穴に強固に適合して押し込めばよいことが明らか
にされた。この発明の実施例と応用例が示され記載され
たが、多くの変更態様がここでの発明の概念から逸脱す
ることなく可能であるということは当業者には明らかで
ある。

そのため、この発明は、クレームの精神を除いては限定
されない。

４、図面の簡単な説明　　　　　゛ 第１図はロータに配設され、円形配列された回転可能な
羽根の部分断面図、第２図はタービンの部分斜視図、第
３図は一体的に囲い部が取り付けられた羽根を半径方向
に見た図、第４図は一体的に囲い部が取り付けられた第
３図の羽根を接線方向に見た図、第５図は一体的に囲い
部が取り付けられた羽根を軸線方向に見た図、第６図は
この発明の装置を組み込んだ一体的に囲い部が取り付け
られた羽根の立体部分口、第７図は前記装置の動作を示
す、この発明の一形状の装置を組み込んだ二つの隣接し
た一体的に囲い部が取り付けられた羽根の拡大側面図、
第８図は前記装置の動作を示す、この発明の他の形状の
装置を組み込んだ二つの隣接した一体的に囲い部が取り
付けられた羽根の拡大側面図である。

１４・・蒸気タービン、　１２・・羽根、　１６・・根
元部、　１８・・溝部、　２０・・台部、　２８・・囲
い部、　３０・・前平面（前面）、　３２・・後平面（
後面）、４４・・隙間、　４６・・ビン（当接手段）、
４８・・加工穴。

ＦＩＧ、　　６゜ ＦＩＧ、　　８゜ ＦＩＧ、　　７゜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、周囲に実質的に軸方向に延びて配設された複数
   個の溝部を有するロータと、前記溝部の一つに嵌合する
   一体的に形成された根元部と前記根元部の上に一体的に
   形成された台部とを有する複数個の羽根と、前記羽根の
   上に位置しており前面と後面とを有する一体的に形成さ
   れた囲い部とを含む蒸気タービンにおいて、 一体的な前記囲い部の少なくとも一つの囲い部の内に配
   設され、隣接した囲い部と当接するひとつまたはそれ以
   上の当接手段を備え、前記当接手段は前記前面または前
   記後面の一方に位置した穴に配設され、また前記当接手
   段の各々は一体的な前記囲い部よりも大きな熱膨張係数
   を有している、前記羽根の振動を減少するための蒸気タ
   ービンにおける羽根振動減少装置。
2. （２）、一体的に囲い部が取り付けられた羽根の囲い部
   の前面および後面の穴に、一体的に囲い部が取り付けら
   れた羽根の熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有する
   材料から作られた複数個のピンを挿入する工程と； 挿入された前記ピンを有する前記前面、前記後面を加工
   して平坦にする工程と； 一体的に囲い部が取り付けられた前記羽根の隣接した前
   記囲い部が互いに当接するように、一体的に囲い部が取
   り付けられた羽根を含む蒸気タービンを運転温度よりも
   低い温度で組み立てる工程と； からなる一体的に囲い部が取り付けられた羽根を有する
   蒸気タービンにおける羽根振動減少方法。