JPH03164502A - 側入式タービン制御段羽根、及び蒸気タービンロータへのその組み付け方法 - 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】 魚副Ｆど昆屡 本発明は、蒸気タービンに関し、特に、四人式制御段羽
根を蒸気タービンのロータに組み付ける方法に関するも
のである。

弧状の部分流入蒸気タービンにおいて作動する制御段羽
根は、各流入領域の入口及び出口において術撃負荷分受
ける。単一の羽根では、この繰り返しの衝撃負荷の力に
耐えるほど十分な強度がない。従って、複数の制御段羽
根は互いに結合されて一般に所定の群もしくはグループ
となっており、各羽根が次々と衝撃負荷を受ける時に、
この衝撃負荷が全羽根群に分散されるようになっている
。

制御段羽根がこのような衝撃負荷の力を受けるので、ま
た、互いに結合された羽根群となっているので、かかる
制御段羽根をタービンに組み付けもしくは据え付けるに
は、他の羽根とは異なった手順が必要である。

共通のプラットフォーム部及び／又は共通のシュラウド
に羽根を取り付けることによって個々の制御段羽根を互
いに結合して複数の羽根群とすることは、普通の慣行に
なっていた。かかる羽根群は、単一の羽根よりも剛性が
高く、また、振動しにくい。ある形態においては、羽根
の根元部をそｌしぞれロータの講に挿入した後、幾つか
の羽根の半径方向外端部企シュラウドに取り付けること
によって、１つの羽根群を構成している。また、別の形
態においては、羽根群を共通のシュラウド及び共通のア
ラントフォーム部を有する一体のユニフトとじて構成し
ている。かかる羽根群は、米国特許第４，１３０，３７
９号明細書に示されている。しがし、これ等の先行技術
の組み付け方は、制−段羽根の羽根群間に熱膨張の間隙
を与えながら、１つの羽根群内における羽小間の緊密な
接触を可能にするようなものではない。

組み付け分簡単にするなめ、個々の羽根は、現在、カバ
ー及びプラントフオーム部間に間隙を有して組み付けら
れている。その後、シュラウドをカバーの頂部にリベッ
トで取り付けて、羽根を互いに結合する。この組み立て
方の欠点は、部分流入の＠重負荷によりカバーとシュラ
ウドとの間に個かな運動があっても、１つの羽根群にお
ける羽根に衝撃負荷の力が一様に分散するのを邪魔する
ことである。衝撃負荷力が一様に分散されないと、振動
により根元部に過大な曲げ応力が生じ、根元部に割れが
生ずる結果になる。また、カバー及びプラットフォーム
部間の間隙は、そこからの漏洩のため、効率を低下させ
る。

九匪曵１２ 本発明には幾つかの目的があるが、その中でも主な目的
は、部分流入のＩＢ撃負負荷力を羽根群内の全ての羽根
に伝達するのを容易にする制御段羽根、及びその組み付
け方法を提供することである。

具体的には、本発明の目的は、羽根群間に熱膨張のため
の間隙を与えながら１つの羽根群における羽根間に緊密
な接触を維持する制御段羽根群の組み付け方法を提供す
ることである。

本発明の別の目的は、側入式制御段羽根間の相対運動を
防止するように該四人式制御段羽根のカバー及びプラッ
トフォーム部をＧｌｌみ付ける方法を提供することであ
る。この組み付け方法は、蒸気タービンの運転中に個々
の羽根のカバー間及びプラットフォーム部間に緊密な接
触を発生させて維持するので、衝撃負荷の力は所定数の
制御段羽根により一様に分散される。

本発明の一形態においては、最初の羽根は半径方向の線
に沿って据え付けられ、固定支持部材により所定位置に
しっかり保持される。２番目の羽根を据え付け、半径方
向の方位からの２番目の半径方向の偏位を測定する６次
にこの２番目の羽根を取り出し、カバー及びプラットフ
ォーム部にあるその組み合わせ面を、カバー及びプラッ
トフォーム部が緊密な接触関係に持ち来され、同時に羽
根の半径方向の線が所定の公差内で半径方向に向くよう
に、正確な量だけｔＸｉｔｉｌｉ加工する。個々の羽根
の間に緊密な接触を維持するために、プラットフォーム
部の底部と根元部の頂部との間に一方の側辺において楔
部材を挿入する６次に、羽根は負荷的な支持のため根元
部の底部の下にシムが挿入される。上述した２番目の羽
根と同じ方法で、羽根群の他の羽根を据え付ける０羽根
群間にスペーサを挿入することは、次の羽根群の据え付
けのための固定支持部材を提供することになる。続いて
、スペーサを除去する。スペーサの除去により生ずる間
隙は熱膨張を可能にする。緊密な接触が維持されるよう
に、各羽根群は、シュラウドのリベット締め中に水圧ジ
ヤツキその池の手段で一緒に緊密にクランプ止めされる
。羽根列の組み立て手順（シュラウドのリベット止め過
程を含む）が完了すると、プラットフォーム部の楔部材
を取り除き、そして根元部のジムを除去するか切断する
。

本発明の別の形態においては、羽根群の先導端と後続端
とで反対の偏重心が個々の羽根に導入される。この偏重
心は、タービン運転中にカバー及びプラットフォーム部
間の圧力を維持する。制御段羽根列の根元部の平均応力
は一般に低いので、四人式制御段羽根は、偏心の力によ
る根元部における定常的な曲げモーメントに耐えること
ができる。

本発明の更に別の形態においては、もっと良く衝撃負荷
の力を伝達しうるように、カバー及びプラットフォーム
部の間に丸い弧状の組み合わせ表面を使用している。こ
れ等の丸い表面は、１つ以上の方向における接触を可能
とすると共に、カバー及びプラットフォーム部にある現
在の平らな表面よりも翼状部の形状によく倣う。カバー
及びプラットフォーム部の凸状の側辺は翼状部の凸側に
あり、カバー及びプラットフォーム部の凹状の側辺は翼
状部の凹側にある。本発明は、蒸気タービンにおける制
御段羽根群間の熱膨張のために間隙を許容しながら同制
御段羽根群内の四人式制御段羽根間に緊密な接触を生じ
させ維持するように組み付けることができる。

九匪旦用亙１１泗 図面、特に第１図を詳細に説明すると、同図には、クリ
リスマスツリー状に形成された根元部１２と、基部もし
くはプラットフォーム部１４と、半径方向外方に延びる
翼形形状の翼状部１６とを含む典型的なタービン羽根１
０が示されており、プラットフォーム部１４は、根元部
１２と翼状部１６との間に介在し、翼状部１６は先導縁
１８と後続縁２ｏとを有する。

翼状部１６の外方に配置され、同翼状部１６と一体に形
成されているのはカバー２２である。このカバー２２は
、先導平面２４と後続平面２６とを有する。先導平面２
４及び後続平面２６は、それぞれ、根元部１２の中心を
通る半径方向及び軸方向の面２８に対してほぼ平行であ
る。羽根を所定数のグループもしくは群にするために、
選択された隣接の羽根と図示の羽根のカバー２２の外面
に、シュラウド３０がリベット３２により固着されてい
る。

第２図は、羽根１０＾及び１０口が第１グループ３６で
あり、羽根１０Ｃが第２グループである先行技ｔ（：１
の配列で組み立てられた複数の隣接する四人式別（１段
羽根が示されている。これ等の羽根は、隣接するカバー
２２の間と、隣接するブラッＩ〜フオーム部１４の間と
に隙間３４を有して組み立てられている。

１つのグループ内の羽根は、１つのシュラウド３０によ
り結合されていて、同シュラウド３０が羽根のグループ
全体に負荷を幾分分布させている。隙間３４は、熱］膨
張を吸収するために有効であると考えられていた。しか
し、使用して分かったことてあるが、かかる隙間は、衝
撃負荷力が１つの羽根グループの全ての羽根１０に一様
に分散することを阻止するので、部分流入タービンにお
いては根元部に割れを生じさせる原因となっている。ま
た、隙間３４は根元部１２の運動を許容するので、その
結果、根元部１２にフレッチング摩耗を生じさせること
がある。この根元部の運動は疲労強度の低下になり、羽
根の破損につながる。更に、隙間３４は漏洩を許すので
、タービン効率に悪影響がでる。

第３図に一実施例が示されている本発明は、プラットフ
ォーム部及びカバーの隣接するものの間に隙間３４を設
けることなく四人弐制御段羽根１０の組み立てを行うこ
とができる。制御段羽根１０の円形列らしくはグループ
３日は、タービンロータ４０の一部に組み付けられて示
されている。タービンロータ４０は、尖搭状部４４によ
り分離されて円周方向に階間した複数の満４２を含んで
いる。これ等の講４２は、羽根１０をロータ４０の回り
に保持し支持するために、羽根の根元部１２に適応する
形状に作られている。

本発明に従って円形列３８の羽根に組み立てる方法は、
根元部１２をロータ４０に形成された対応の溝４２内に
滑り込ませることにより各制御段羽根１０をロータ４０
内に次々と挿入することを含んでいる。

このようにして挿入される最初の羽根は、基準の羽根と
して使用され、半径方向の線上に据え付けられて固定支
持部材で所定位置にしっかり保持される。米国特許第４
，７１８，１７２号明細書に記載されたような半径方向
位置のゲージを使用して、最初の羽根を整列させること
ができる。最初の羽根を支持するための固定支持部材は
、タービンの分野で良く知られているので、ここでは図
示しない。

最初の羽根は、その後組み付けられる全ての羽根と同様
に、据え付けられる際にその根元部の底部の下にシムが
設けられる。シム（図示せず）は、組み立てが全部完了
した後、除去するか又は単に切除することができる。

各後続の羽根１０は、最初の羽根に関して据え付けられ
る。特に、２番目の羽根は、最初の羽根に近い位置に挿
入され、半径方向の方位からのその偏位が測定される。

次に、この２番目の羽根が取り出され、そのカバー及び
プラットフォーム部にある組み合わせ表面が、羽根中心
線を（所定の公差内に）維持しながら基準となる最初の
羽根のカバー及びプラットフォーム部と緊密に接触する
ように、ある正確な量だけ機械加工される。次に２番目
の羽根がその予定の溝内に再挿入され、そして隣接した
最初の羽根及び２番目の羽根の間に緊密な接触が強制的
に維持されるように、楔部材４６が基準となる最初の羽
根から離間した側でプラットフォーム部の下に押し込ま
れる。続いて３番目の羽根及び後続の羽根が、２番目の
羽根と同様に据え付けられ、このようにして所定の数の
羽根が据え付けられる。例えば４個でよい上記所定の数
により羽根群もしくは羽根グループ３８が構成され、も
っと良く衝撃負荷に耐えるべく該グループの羽根が一緒
に接続される。その後、最初のシュラウド３０が羽根群
の当接カバー２２の上に置かれ、リベット締めその他の
手段により互いに取着される。

その後、シュラウド３０のみが残って羽根１０を緊密に
当接した組立体としておくように、楔部材が取り外され
る。所望ならば、シュラウドをリベットによりカバーに
取着している間、液圧クランプもしくはその他の手段を
使用して羽根１０を拘束しておいてもよい。

衝撃負荷を羽根群において分与し易くするために特定の
羽根群３８内の隣接した羽根間の隙間もしくは間隙３４
を無くすのが望ましいが、熱膨張を吸収するために円周
方向の１列の羽根内に隙間を許容しておくことも望まし
い。本発明では、かかる熱膨張を隣接する羽根群間の間
隙もしくは隙間により吸収する。第３図において、スペ
ーサ４８が隣接する羽根１０＾及びＩＯＣのカバー２２
間に示されている。ロータ４０への羽根１０の組み付け
中、各羽根群３８が次々とロータに組み付けられていく
。最初の羽根群を組み付けた後、２番目の羽根群の最初
の羽根、例えば羽根１０Ｃが最初の羽根群の近くでロー
タ４０に据え付けられる。スペーサ４８が羽根１０＾及
びＩＯＣの隣接したカバー２２間に挿入され、楔部材４
６が羽根１０Ｃのプラットフォーム部１４と尖搭状部４
４の１つとの間に押し込まれることにより、羽根１０Ｃ
が、模作用により隣接の羽根１０＾に対してスペーサ４
８により同羽根１０＾から離間してはいるが緊密に押し
付けられる６羽根群の残りの羽根が順次据え付けられ、
楔止めされ、羽根群即ち４個の羽根が完了する。２番目
のシュラウド３０は、この２番目の羽根群に、最初のシ
ュラウド３０の端と２番目のシュラウド３０の隣接する
端との間に少なくともスペーサ４８の厚さに等しい隙間
４７を有して取着される。しかる後、２１＃目のシュラ
ウド３０が２番目の羽根群の全ての羽根１０間に緊密な
当接を維持するように、楔部材４６及びスペーサ４８が
取り外される。羽根列を完了するのに必要な残りの羽根
群の各々が同様の方法でその後に据え付けられ組み立て
られる。

本発明者は、当接面が真っすぐというよりむしろ弧状で
あれば、衝撃負荷及び羽根に関連した力をもっと効果的
に羽根間に伝達できることに気が付いた。第４図を参照
すると、組み立てられた側入式制御段羽根１０の１列の
一部が平面図で示されている。第４図には、円形の１列
において最初に据え付けられた羽根１０＾と、最後から
２番目の羽根ＩＯＮと、最終の羽根１０Ｍとが示されて
いる。残りの羽根１０Ｂは実質的に同一である。最終の
羽根１０Ｍは、先行技術の羽根の特徴、即ちカバー２２
及びプラットフォーム部１４の双方に実質的に真っすぐ
な側辺もしくは側面５０．５２を有する。対照的に、羽
根１０Ｂはカバー２２及びプラットフォーム部１４の双
方に湾曲又は弧状の側辺もしくは側面５４．５６を有す
るように構成されている。ＦＪＪ接する羽根に対して組
み合う表面を形成するように、表面５４は凸状であり表
面５６は、凹状であることに注意されたい。

最初の羽根１０＾はそのカバー及びプラットフォーム部
の側辺の一方に凸状の表面５４が形成されている０羽根
１０＾のカバー及びプラットフォーム部の側辺の他方に
は最終の羽根１０Ｍの表面５２に組み合う真っすぐな表
面５０が形成されている。同様に、Ｍ後から２番目の羽
根１ＯＮは、そのカバー及びプラットフォーム部の側辺
５４の一方に、隣接する羽根１０［１のカバー及びプラ
ットフォーム部の凸状の側辺５４に組み合うために、凹
状の表面５６を有する。

羽根ＩＯＨのカバー及びプラットフォーム部の反対側の
側辺５２には、羽根１０Ｍの表面５２と組み合うために
真っすぐな表面が形成されている。羽根Ｌ（ＩＭはその
両側辺が真っすぐであるため、羽根列の最後の羽根とし
て滑入させることができる。カバー及びプラットフォー
ム部の凸状の側辺は、翼状部１６の凸状側にあることが
好ましく、凹状の側辺は、×状部１６の凹状側に整列し
ていることが好ましい。

カバー及びプラットフォーム部の側辺が円形もしくは弧
状に形成されていることによる利点は色々あるが、その
中でも、弧状の形状は組み合う表面間の接触が一方向以
上であることを許容する利点がある。更に、弧状の形状
は、翼状部１６の形状に一層良く一致し、翼状部に作用
する力に対してより良く反応することができる０曲率は
、組み立て中の干渉を最小にするように選択することが
できる。ｆｆＩ！Ｉ辺が平らな最終羽根１０Ｍは、羽根
列を閉じるように容易に配置することができる。

上述した本発明の方法は、熱膨張を考慮して羽根群間の
隙間を許容しながら、タービンの制御段の各羽根群内に
おいてカバー及びプラットフォーム部間に緊密な接触を
実現するために、側入式制御段羽根を組み立てる方法を
提供する利点がある。

また、各羽根群の先導縁と後続縁とで反対の偏重心が個
々の側入式制御段羽根に生ずる。このような偏重心によ
り遠心力が生じ、該遠心力は、回転中の羽根間にクラン
プ作用を維持する。また、この偏重心は羽根の根元部に
作用する定常的な偏心モーメントを発生するが、制御段
の羽根における根元部の平均応力は十分に低いので、定
常的な偏心モーメントの悪影響は防止できる。

本発明の技術的思想は図示の実施例により明確にされた
が、本発明を実施する際に、実施例における構造、配列
及び諸構成要素を改変することは当業者にとって自明で
あろうから、このような改変も本発明の精神及び範囲か
ら逸脱しない限り本発明の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の羽根の立面図、第２図は、従来の側入
式制御段羽根の組立体の立面図、第３図は、ロータに配
置された本発明による側入式制御段羽根の立面図、第４
図は、ロータに配置された本発明による円弧羽根の平面
図である。 １０・・・制御段羽根　　１０Δ・・・最初の羽根１０
Ｂ・・・２番目以降の羽根 １ＯＮ・・最後から２番目の羽根 １０ト・・最後の羽根 １２・・・根元部　　　　１４ １６・・・翼状部　　　　２２ ２４・・・先導面　　　　２６ ３０・・・シュラウド　　４０ ４２・・・満　　　　　　４４ ４６・・・楔部材 ・・・プラットフォーム部 ・・・カバー ・・後続面 ・・・ロータ ・・尖搭状部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）羽根プラットフォーム部から第１の方向に延びる羽
   根根元部と、前記羽根プラットフォーム部から該羽根根
   元部とは反対方向に延び、カバーで終端する翼状部とを
   備え、前記プラットフォーム部、カバー及び翼状部の各
   々が、先導面及び後続面を有し、前記カバー及びプラッ
   トフォーム部の先導面及び後続面の一方が、凸状の弓形
   形状を有し、前記先導面及び後続面の他方が、凹状の弓
   形形状を有し、該凸状及び凹状の弓形形状が、１つの羽
   根列における隣接の羽根を緊密に当接させた関係で配置
   できるように、互いに組み合う大きさに形成されている
   、側入式タービン制御段羽根。 ２）カバーと、プラットフォーム部と、該カバー及びプ
   ラットフォーム部間に配置された翼状部と、該翼状部と
   は反対側の前記プラットフォーム部の底面から延びる根
   元部とを有し、前記カバー、プラットフォーム部及び翼
   状部の各々が、それぞれ先導面及び後続面を有する、側
   入式制御段羽根を、尖搭状部を介在させることにより円
   周方向に互いに離間した複数の溝を有し、各溝に羽根の
   根元部を受け入れるようになっている蒸気タービンのロ
   ータに、組み付ける方法であって、 前記ロータの溝うちの選択された１つの溝の中に、最初
   の羽根を、該羽根の中心線が前記ロータの半径方向の線
   に沿って整列するように、据え付け、 別の羽根を、前記最初の羽根に隣接して前記ロータの溝
   のうちの別の１つに、前記別の羽根の中心線を前記ロー
   タの半径方向の線に実質的に整列させて、前記別の羽根
   のカバー及びプラットフォーム部の先導面及び後続面の
   １つが前記最初の羽根のカバー及びプラットフォーム部
   の先導面及び後続面の１つと緊密に接触するように、据
   え付け、前記最初の羽根とは反対の側辺に沿って前記別
   の羽根のプラットフォーム部の下に楔部材を押し込んで
   、前記別の羽根のカバー及びプラットフォーム部を強制
   的に前記最初の羽根との緊密な接触状態とし、 前記別の羽根に隣接して更に別の溝内に更に別の羽根を
   据え付けて、該更に別の羽根の中心線を前記ロータの半
   径方向の線に実質的に整列状態に保持しながら、該更に
   別の羽根のカバー及びプラットフォーム部の各々の先導
   面及び後続面の１つが前記別の羽根のカバー及びプラッ
   トフォーム部のそれぞれの先導面及び後続面と緊密に接
   触するようにし、 前記別の羽根とは反対の側辺に沿って前記更に別の羽根
   のプラットフォーム部の下に楔部材を押し込んで、隣接
   する羽根のカバー及びプラットフォーム部を強制的に緊
   密な接触状態とし、 羽根群を形成する所定数の羽根について、上述した更に
   別の羽根を据え付けるステップと同羽根の下に楔部材を
   押し込むステップとを繰り返し、前記羽根群の上にシュ
   ラウドを配置して、同シュラウドを前記羽根群における
   カバーの各々に取り付け、前記所定数の羽根を一体化し
   て羽根群とし、 前記シュラウドが前記羽根を緊密に当接した関係に保持
   する力をもたらすように、前記羽根のプラットフォーム
   部の下から前記楔部材を取り出し、最初の羽根を据え付
   けるステップから楔部材を取り出すステップまでを繰り
   返して、１つの羽根列を充足するのに十分な複数の羽根
   群を形成する、蒸気タービンロータへの側入式制御段羽
   根の組み付け方法。 ３）カバーと、プラットフォーム部と、翼状部と、根元
   部とを有し、前記カバー、プラットフォーム部及び翼状
   部の各々が、それぞれ先導面及び後続面を有する、側入
   式制御段羽根を、尖搭状部を介在させることにより円周
   方向に互いに離間した複数の溝を有し、各溝に羽根の根
   元部を受け入れるようになっている、蒸気タービンのロ
   ータに、組み付ける方法であって、 隣接して配置される所定数の側入式制御段羽根を、同羽
   根の前記根元部を対応する前記溝の中に滑入させること
   により、前記ロータに挿入し、それぞれのカバー及びプ
   ラットフォーム部の隣接する先導面及び後続面を緊密な
   当接関係に強制するように、前記根元部の少なくとも幾
   つかの底面と対応する隣接の尖搭状部との間に楔部材を
   押し込み、 前記所定数の羽根の全カバーの上にシュラウドを配置し
   て同カバーに取り付け、カバー及びプラットフォーム部
   の隣接したものの間に緊密な接触を保持し、 前記シュラウドが隣接した羽根のカバー及びプラットフ
   ォーム部の間に緊密な接触を保持する拘束力をもたらす
   ように、前記尖搭状部の頂部と前記プラットフォーム部
   の各々との間から前記楔部材を取り出す、 蒸気タービンロータへの側入式制御段羽根の組み付け方
   法。 ４）カバーと、プラットフォーム部と、該カバー及びプ
   ラットフォーム部間に配置された翼状部と、該翼状部と
   は反対側の前記プラットフォーム部の底面から延びる根
   元部とを有し、前記カバー、プラットフォーム部及び翼
   状部の各々が、それぞれ先導面及び後続面を有すると共
   に、羽根の少なくとも幾つかのカバー及びプラットフォ
   ーム部の前記先導面及び後続面が弧状の形状を有する、
   側入式制御段羽根を、円周方向に互いに離間した複数の
   溝を有し、各溝に羽根の根元部を受け入れるようになっ
   ている、蒸気タービンのロータに、組み付ける方法であ
   つて、 前記カバー及びプラットフォーム部の各々の先導面及び
   後続面の１つが弧状の形状を有し、前記先導面及び後続
   面の他方が真っすぐな表面を有するような最初の羽根を
   選択し、 該選択された最初の羽根を、羽根の中心線を前記ロータ
   の半径方向の線に沿って整列させて、前記ロータの溝の
   予め選択したものの中に据え付け、前記最初の羽根と同
   じ列にあるロータの溝内に複数の更なる羽根の各々を次
   々と選択して据え付けて、カバー及びプラットフォーム
   部上にそれぞれ凹面及び凸面を有する前記更なる羽根の
   各々を、隣接する羽根のカバー及びプラットフォーム部
   が緊密に接触するように、隣接して配置された羽根の凹
   面及び凸面と組み合うように配列し、 前記最初の羽根とは反対側に配置されたカバー及びプラ
   ットフォーム部上に弧状の表面を有し、同カバー及びプ
   ラットフォーム部上の残りの表面が真っすぐな表面を有
   する羽根列の最後から２番目の羽根を選択し、 前記最後から２番目の羽根を、該最後から２番目の羽根
   のカバー及びプラットフォーム部上の前記弧状の表面が
   隣接する羽根の表面と緊密に接触するように、据え付け
   、 カバー及びプラットフォーム部の先導面及び後続面上に
   真っすぐな表面を有する羽根列の最後の羽根を選択して
   、同羽根が前記最初の羽根と前記最後から２番目の羽根
   との間の間隙に滑入できるように据え付ける、 蒸気タービンロータへの側入式制御段羽根の組み付け方
   法。