JPH02201001A - タービン動翼間の間隙計測方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は蒸気タービン、ガスタービン等のタービン動翼
に設けられた突起部の相互接触によりｆａＪＨ回転中の
＠動減衰を図る、いわゆるス太ツバタイプのタービン動
翼に係り、特にタービン動翼のスナツパ間隙の計測およ
び調整を行なうタービン初回間のｌＦＩ隙計測装置およ
びその間隙調整方法に関する。

（従来の技術） 最近の人容量蒸気夕〜ビンの低圧最終段およびその手前
のｉＪＪ　ｉｉｌは、タービン効率を追求した結果、非
常に長大になり、遠心力との関係から動翼有効長さはほ
ぼ限界に達している。ところで、回転中の動翼に作用す
る力は、回転による遠心力、蒸気流れによる曲げ力、蒸
気流れの乱れや回転体のアンバランス等に発生する振動
力等があり、動内に作用する遠心力および蒸気曲げ力は
理論解析によりほぼ正確に予測できるが、振動力の正確
な値はま１ｎでは求められないのが現状である。このた
めｖＪ買の振動減衰を図るため、各種の振動減衰構造が
案出され、かつ適用されている。

−に記振初減ＱＪＩＩＩ造の一例を第６図にスナツパ振
動減衰構造として示すと、この振動減衰構造は動葭有効
部中間または先端に突起部〈スナツパ）１を設け、各動
翼のスノーツバ１が互いに接触し合うことにより振動減
衰を図る構造であって、蒸気タービンからガスタービン
に至るまで広く使用されている。特に、蒸気タービン長
翼に多く使用されている捩り胃は、回転すると遠心力に
よって捩れ吊が少な（なる。この現象を捩れ戻り（アン
ツイスト）という。すなわら、第６図に示すように動Ｎ
２は捩れ戻り方向ａに変形し、動翼２の動９Ｈｔ１８縁
側のスナツパ１ａと動買侵縁側のスナツパ１ｂとが相互
に接触して押し合うことにより、両者間に摩擦力が生じ
振動減衰が行なわれる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第６図に示すスナツパ振動減衰構造では
、＾速回転助のａ央捩れ戻りによる変形を各動翼スナツ
バが抑２Ｉｌｊすることとなり、スナツパ接触部および
有効部のスナツパ取付部近傍で高い応力が発生ケる。こ
の現象による高応力の発生を軽減するためには、動翼間
のスナツパ間隙を管理し、定格回転時に動Ｗに高応力が
発生せず、かつ振動減衰効果が充分あるような動翼スナ
ツパ接触状態に設定する必要がある。らなみに、スノ゛
ツバ問隙が大き過ぎれば、スナツパが接触せず、あるい
は仮に接触しても充分な振動減衰が１９られない。逆に
、スナツパ間隙が小さければ、スナツパ間隙およびスナ
ツパ取付部近傍に過大な応力が発生して動翼にクランク
が入ったり、最悪の場合には動翼飛ｒ１１事故発生の危
険性がある。

このため、比較的人形のスナツパ買は、通常動胃組立時
にスナツパ間隙を高精度に３１測し、定格回転時にスナ
ツパが適切な接触状態となるようなｌｌＦｍに調整する
必要がある。ところが、タービン勤四組立時、すなわら
タービン静止時の間隙ｘ１測値にはＤｍ植込部のガタが
含まれており、正確な間隙計測値とは言えず、静止時の
計測値だけでスノーツバ間隙を管理するのは危険である
。したがって、この計１４値に基づいて間隙を調整して
も、定格回転時にスナツパを適切な接触状態とすること
は困難であった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、動翼植込
部のガタを排除して＃Ｊ響間の間隙を５１測可能なター
ビン動翼間の間隙計測装置を得ることにある。

また、本発明はタービン動翼間の間隙計測装置により得
られた計測値に基づいてｆｊＪ　Ｉ聞を適切な間隙に調
整可能なタービン動翼間の間隙調整方法を提供すること
にある。

〔発明の構成） （課題を解決するための手段） 本発明によるタービン動翼間の間隙計１ｓ装置１、ｔ、
タービンロータに植設された動翼に作用する遠心力が動
翼の自重を上回る回転数にタービンロータを回転させる
回転手段と、前記タービンロータの回転周期と同期して
発光し前記動翼を照明するストロボ発光体と、このスト
ロボ発光体で照明して得られるｌＪＩ翼間の間隙を踊彰
する撮影手段とを備え、この撮影手段にて得られた画像
を解析Ｊることを特徴どする。

また、タービン動ｍ間の間隙計側枝ｒにより計測した動
翼間の間隙を調整するタービン動翼間の間隙調整方法は
、前記Ｊ１測した動翼間の問隙給に見づいて、８ｗ配列
の変更およびｖＪ９１修正加工の内、少なくとも初切配
列の変更を行ない動翼間の間隙を６正する方法である。

（作用） 上記の構成を有する本発明に係るタービン動翼間の間隙
計測装置においては、回転１段上のタービンロータの回
転数をｌ［ｆ１本当りに作用する遠心力がｌ、ｊ！　ｉ
ｌの自重を上回るように設定したから、各動翼にタービ
ンラジアル方向への力が作用することとなり、動翼植込
部のガタを回避できる。この状態で動翼間の間隙を撮影
するようにしたので、精度良く間隙を計測することがで
きる。

また、本発明に係るタービン動ｔｎ聞の間隙調整力法に
おいては、前記ｖＪ買植込部のガタを含まない動翼間の
周隙計測値に基づいて、間隙の狭い場合には動翼の配列
を変更あるいは動翼修正加工にて適切な間隙に調整し、
他方間隙が広過ぎる場合には動翼の配列変更にて適切な
間隙に調整する。

したがって、この調整によりタービン定格回転時の！Ｉ
］′Ｉ！Ｊのスノーツバの接触は充分な振動減衰作用が
あり、かつｆＪＪ　要に過大な応力が生じない状態とな
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明づ。

なお、従来の構成と同一または対応する部分には同一の
符号を用いて説明する。

第１図および第２図は本発明に係るタービン動Ｎ間の間
隙計泗装置の第１実施例を示す。この実施例では低速バ
ランス装置または高速バランス装置等の回転手段として
の回転試験装ｆｆｆ（図示せず）上に載置した蒸気ター
ビン０−タ４に勅１１２が植設されている。上記タービ
ンロータ４の外周ラジアル方向には、ｉ［２を監視でき
る位置に高速度カメラ、ビデオカメラ、スチル）Ｊメラ
等のｍｆＥ手段としてのカメラ装置５が配設されている
。

カメラ装置５は各動翼２におＧＪるスナツパ間隙をＭ影
するためのものであり、その光軸方向は蒸気タービンロ
ータ４の回転中心軸を向くように正確に調整され、ター
ビンロータ４回転中のスナツパ間隙を真正面から撮影す
るようにすることで、ｉ１測誤差の発生を抑えるように
している。また、カメラ装置５により躍彰されたスナツ
パ間隙の画ｍ信号は、画像記録装置１９に出力され、こ
の画像記録装置１９でスナツパ間隙の画像が記録され、
さらにこの画像記録信号は画像観察装置に送出されてモ
ニタ画面２０に表示され、モニタされる。

他方、カメラ装置５で躍彰する動舅２のスナツパ間隙部
を照明するストロボ発光体６は、スナツパ間隙の計測を
妨げる影の発生しない任意の位置に設置され、蒸気ター
ビンロータ４または上記回転試験装置に設けた回転検出
器２１で得た回転信号出力をス１〜ロボ制御！ＩＩ装置
１８に送出することで、タービンロータ４の回転周期と
同期して発光するようになっている。また、ストロボ発
光体６の発光時間は例えば１−５Ｘ１０’秒であるため
、スト【］ボ発尤により照明された動翼２およびスナツ
パ間隙はあたかも静止しているように観察される。

ストロボυ１ｔｉＯ装置１８によりストロボ発光体６の
ス１−　ｏ不発生と回転検出器２１で得られる回転信号
とのタイミングを同期化させ、調整することで、タービ
ンロー９４回転中の全てのスナツパ間隙を観察（ること
ができ、ストロ・不発生で得られたスナツパ間隙静止象
をカメラ装置５で撮影し、このカメラ画像（記録）を解
析することで、スナツパ間隙を計測できる。

このスナツパ間隙計測において、上記回転試験装置上の
蒸気タービンロータ４の回転数は、ｔｈ　第２の１本当
りに作用する遠心力が動１１２の自重を上回る回転数と
なるように、回転試験装置の回転数が設定されている。

この所要回転数において、スナツパ間隙計測を行なうこ
とで、動翼植込部のガタ付きの影響を受けない正確なス
ナツパ間隙を計測できる。

次に、本実施例の作用を説明する。

回転試験装置上に載置した蒸気タービンロータ４を動翼
２の１本当りに作用する遠心力が動翼２の自重を上回る
回転数に定速回転させ、この動Ｗ２を蒸気タービンロー
タ４の回転周期と同調して発光するように調整したスト
ロボ発光体６で照明する。このストロボ発光体６により
照らされた動Ｗ１２のスナツパ間隙をカメラＶｔ置５に
て顕彰し、この記録画像を解析することにより、スナツ
パ間隙の計測が行なわれる。

その際、蒸気タービンロータ４の回転数を動Ｗ２の１本
当りに作用する遠心力が動翼２の自重を上回る回転数に
設定したので、８動１２にタービンラジアル方向の力が
作用することとなり、＃Ｉ関２の植込部のガタが解消さ
れる。この状態で動翼２のスナツパ間隙を計測するよう
にしたから、正確なスナツパ間隙を精度良く計ｌｌｌす
ることができる。

第３図は本発明に係るタービン動画間の間隙計測装置の
第２実施例を示しており、前記第１実施例と同一の部材
には同一の符号を付して説明する。

一般に、回転試験装置はタービンロータ４の回転周速が
２５ＴｒＬ／秒を超えると、法令によりその周囲に防護
壁の設置が義務付けられている。本実施例では防護壁１
４を通してスナツパ間隙計測を行なう場合の実施例であ
って、回転試験装置の周囲に配置された防護壁１４に２
つの孔を形成し、この孔に取付７ランジ１７．１７を固
定し、さらにこの取付７ランジ１７．１・７にカメラ装
贋５用の覗き窓１５およびストロボ発光体６用の照明窓
１６が設けらている。本実施例によれば、タービンロー
タ４の回転周速が２５ｍ／秒を超えるように回転′Ｃ５
せる回転試験Ｈ置であっても適用可能となる。その他の
構成および作用は前記第１実施例と同一であるので、そ
の説明を省略する。

第５図は各実施例に示されたタービン動Ｗ４間のａｍ計
測装置を用いてスナツバ間隙を計測する具体的な計測方
法を説明する。

間隙計測装置のカメラ装置５にビデオカメラを使用した
場合のスナツバ１ＦＩｒａを緻彰したモニタ画面を示す
。第５図において、スナツバ外周面１０とスナツバ接触
面８とがなす角部は、通常面取りあるいは角部に丸みを
形成するため、明瞭な画像が得られず、スナツバ間１（
スナツバ接触面間距離）を直接計測できない。

そこで、予めスナツバ外周面１０上にスナツバ接触面８
と平行な目印であるＳ１測基準線１１と１２をケガキ等
により引（。この２つのＩｌｌ線１１゜１２は、本実施
例の方法においてスナツバ接触面８の代わりとなるため
スナツバ接触面８から正確に規定寸法離して平行に引く
必要がある。さらに、スナツバ外周面１０上に基準長さ
を示すために計測基準＄１１３を計測基準線１１と平行
に基準長さ分、正確に離して引く。

そして、この計測方法において、スナツバ外周面１０上
でのスナツバ接触面８と計測基準０１１および１測基準
線１２間の距離り、ＬＣが各々３．０ｗ＋ｓ計測基準Ｉ
！１３と計測基準線１１間の距ｔＩｉＬＡ８が７．０ａ
＋ｇ、モニタ画面２０上での計測基準５ｉ１１３〜計１
１基準線１１間寸法’ａｂが３５゜０、モニタ画面２０
上での計測基準線１１〜計測基準線１２問寸法’ｂｃが
３２．８ａｍであったとすると、本実施例のスナツパ間
隙は次式にて求めることができる。すなわち、 スナツパ間隙 ＝０．　５６＃Ｉ＃１ 実際、本実施例のように計測を行なうと、ストロボ発光
体６からのストロボ光線の当り具合により、モニタ画面
２０の画像上の計ＩＡ基準線が太く映し出される場合が
あり、直接画面２０上の計測基準線寸法を４測すると、
計測時に誤差が生じる可能性がある。このため、画像の
解析用として画ｆＩｉ処理装置にて計測Ｍ準線を細線化
処理等を行なった上で計量ｉｎｉ寸法を計測すれば、計
３１１誤差を防止することができる。また、上記ｌｌｊ
像処理装置と専用の解析用のソフトウェアを組み合せれ
ば、＃Ｊ買間間隙の自動計測も可能となる。

次に、本発明に係るタービン動ＮＩ？ｌｌの間隙調整方
法を説明する。第１、第２実施例の間隙５１測装四によ
り１ｒＩられたスナツバ間隙計測の結果、適切なスナツ
パ間隙とならない動１２の配列位置を変更（入れ換え）
することにより調整する。この方法でも調整不可能な場
合には、全体的に＃ＪＩｌ１２の配列位置の変更にてス
ナツパ間隙の広過ぎる部分を無くした（ｐ、スナツパ間
隙の狭過ざる部分を昨正加工し、全てのスナツパ間隙を
適切な間隙に調整する。この調整方法によれば、充分な
振動減員能力を有し、かつ動翼２に過大な応力が生じな
いスナツパ＋ｆＸ初減衰構造の動翼が得られる。

ここで、適切なスナツパ間隙は、予めスナツパ問隙討測
時と定格回転時のスナツパ間隙の変化をＦ　Ｅ　Ｍ　（
Ｆｉｒｉｉｔｅ　Ｅｔｅ＋ｇｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　：
右限要素法）計算にて求め決定する。この際、定格回転
時のスナツパ間隙は遠心力と蒸気力の双方が作用した状
態で計算した値を用いる。

第５図は本発明に係るタービン動ＴＡ闇の間隙調整方法
の他の実施例を示しており、この実施例は肋ＷＡ間接触
部に耐摩耗性の向上を図る目的で金属間化合物、超硬合
金またはセラミックス等の６４摩耗ｆ！Ｉ４ｉ料のコー
ティングを施した動翼が使用されている。第４図におい
て、コーティング前のスナツ外周層而１０におけるスナ
ツパ接触面８は二点ｔ１１線で示すコーティングしろ２
３を右しているため、スノ間隔バ問隙９は適切な間隙よ
り広くなっている。この状態で前記第１実施例の＃ｈ翼
間の間隙計量ｉｉ置を使用し、スナツパ間隙９を計測し
、各スナツパ間隙が適切な間隙となる］−ティング厚さ
をね出する。仮に、このコーティング厚さがコーティン
グの効果を１４持できない程薄くなる場合に１よ、スナ
ツパ接触面を研削盤等の修正加工により削り込み、コー
ティング厚さを調整する。その他の方法は前記第１実施
例の方法と同一であるのでその説明を省略する。本実施
例による調整方法によれば、鈴記第１実施例の調整方法
と同様の効果が１！？られる。

なお、上記各実施例では本発明を蒸気タービンのｆｌＪ
Ｎに適用した例について説明したが、これに限らず例え
ばガスタービン、その他タービンを有づる回転機械にも
適用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係るタービン動■周の間
隙計′！ＸＡ￥！！置によれば、タービン動芙の植込部
のガタを含まない正確な動翼間の間隔を高精疫にｆｆｉ
測することができる。

また、本発明に係るタービンｆＪＩｍ間の間隙調整方法
によれば、上記間隙計測装置によつで計測した計測値に
基づいて調整することにより、タービン定格回転時に充
分な振動域９作用が１ｑられ、かつ動翼に過大な応力が
生ずることなく、勅大の信頼性を大幅に向上させること
ができるという効果を秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタービン動翼間の間隙計測装置の
第１実施例を示す概略平面図、第２図は第１図に示す装
置の概略正面図、第３図は本発明装置の第２実施例にお
いて防護壁の配置状態を示す概略平面図、第４図は本発
明装置で躍彰したモニタ画像において動翼間の間隙計測
方法を示す説明図、第５図は本発明装置の各実施例で徹
影した［ニタ画像を示す説明図、第６図は一般のタービ
ンｆＪ＋　Ｈのスナツパを示を概略図である。 ２・・・動翼、４・・・然気タービンロータ、５・・・
カメラ装ｆ’ｆｆ１（撮影手段）、６・・・スト０ポ発
光体。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービンロータに植設された動翼に作用する遠心力
   が動翼の自重を上回る回転数にタービンロータを回転さ
   せる回転手段と、前記タービンロータの回転周期と同期
   して発光し前記動翼を照明するストロボ発光体と、この
   ストロボ発光体で照明して得られる動翼間の間隙を撮影
   する撮影手段とを備え、この撮影手段にて得られた画像
   を解析することを特徴とするタービン動翼間の間隙計測
   装置。 ２、タービン動翼間の間隙計測装置にて計測された動翼
   間の間隙値に基づいて、動翼配列の変更および動翼修正
   加工の内、少なくとも動翼配列の変更を行ない動翼間の
   間隙を修正することを特徴とするタービン動翼間の間隙
   調整方法。