JPS6065204A - タ−ビン羽根の植込結合装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、タービン羽根をタービン羽根車（−植込む際
、堅固口かつ運転海支障のない結合強度を有することを
可能ならしめるタービン羽根の植込結合装置（ユ関する
。

〔発明の技術的背景〕

一般（ユ、タービン羽根は、作動流体の熱エネルギを仕
事に変換する機能を有している関係上、タービン羽根は
タービン羽根車に堅固）二植設しなければならない。ま
た、タービン羽根は、タービン羽根車と一体結合する回
転軸の軸方向（−向って長翼となっており、最終段落に
至ると１ｍ乃至１．５ｍに寂よぶこともあるから、その
遠心力は８００トン乃至１０００トン（＝も達し、遠心
力に十分（二抗し得るよう結合されていなければならな
い。

第２図は、従来のタービン羽根とタービン羽根車との結
合関係を示す図であって、タービン羽根（２）は回転軸
（４）（二対して環状列（−順次配設されており、その
植込部（１）は凹凸形状のフック部（３）を有している
。これ（二対応するタービン羽根車（４ａ）も凹凸形状
のフック部（５）を有しており、タービン羽根車（４ａ
）とタービン羽根（２）とは、いわば雌、雄の関係で嵌
合されている。

しかして、この嵌合関係の強度設計（＝アたっては、タ
ービン羽根および羽根車の材料の耐力を基準強さくニし
、これ（−経験的（−得られた安全率で割ってそれぞれ
の材料の許容応力を算出し、この算出した許容応力の比
率（タービン羽根の許容応力／タービン羽根車の許拌応
力）を基礎（＝、タービン羽根およびタービン羽根車の
それぞれのフック部の厚み方法を決定していた。

ところで、タービン羽根およびタービン羽根車のそれぞ
れのフック部は、雌、雄の関係で嵌合しているから、そ
れぞれのフック部の厚みは、はぼ同一かまたはタービン
羽根車の重要性を考慮し、タービン羽根車のフック部の
厚みを若干高くしているけれども、何分（二も平均応力
値を基礎（二それぞれのフック部の厚みを算出して、フ
ック部相互の接触面方向の撓み等の変形（二ついてはさ
ほど考慮が払われていなかった。

〔背景技術の問題点〕

ところが、近時、蒸気タービンの容量が超大形化してく
ると、これＣ二比例してタービン羽根も長翼化し、この
ためタービン羽根が回転する際に、遠心力が従来以上増
大化しておシ、フック相互間（二片当り現象と称して接
触間が面から点に代わる応力集中が発生している。

このような片尚シ現象を、第２図を参照して今少し詳述
すると、符号（３）はタービン羽根の植込部（１）と一
体結合のフック部を示し、このフック部（３）はタービ
ン羽根車（４ａ）に延設するフック部（５）と図示のよ
うに嵌合するも、タービン運転中（二遠心カと蒸気流れ
Ｃ二よる衝撃力とが重畳し、時として点Ａで点接触する
。

かくして、片当ｐ現象が生起すると、まず第１ツク部（
５）の根元部の応力が著しく増大し、第２（二、上述距
離１ｗが短くなると、フック部（５）の根元部（二過度
の応力集中があられれる。また、逆にタービン羽根（２
）のフック部（３）（二ついても、同様のことが言える
。

しかして上述問題点を考察する（二あたシ、フック部（
３）、（５）を一つの片持ち梁と当価と置いたとき、タ
ービン羽根（１）のフック部（３）の根元（二おける断
面係数を２、フック部（３）（二作用する曲げモーメン
トをＭＢ、フック部（３）の根元から外力Ｆの作用点ま
での距離をｅＢとすると、タービン羽根（２）における
フック部（３）の根元の曲げ応力σＢは次式であられせ
る。

σ　−物一＝ヱ紅　（１） Ｂ　ｚ　ｚ 上式からも容易に理解されるよう（二、外力Ｆが作用す
る距離）Ｂが大きければ大きいほどタービン羽根（２）
のフッ又部（３）の根元における曲げ応力は著しく増加
する。

一方、タービン羽根（２）のフック部（３）（二おける
応力集中は、外力Ｆがフック部（３）の弱部Ｒ（＝接近
すると、干渉効果と称して近接影響を受けて発生すると
考えられる。今、フック部の幅をＴ、フック部の弱部を
Ｒ１外力Ｆが作用する距離を７として模式的に図化した
場合、フック部の応力集中は、第３図（−示されるよう
（＝、弱部Ｒに向って徐々）二増加することが容易（二
理解される。

このような、片当り現象、応力集中が生起するのは、フ
ック部のそれぞれの材料自身が有する弾性係数Ｅ（ヤン
グ率）の相違１：よるものと考えられる。すなわち、応
力とひずみとの関係式は、σ＝εＥで与えられており、
フック部相互の許容応力値を同一（二設計したとしでも
、フック部の材料が異なれば、その弾性係数Ｅも異なり
、また材料自身の熱によるひずみεも異なるから、実際
の応力値は設計値と相違することがある。

現在、蒸気タービンに使用されているタービン羽根の材
料は、１２　Ｃｒ合金鋼またはチタン合金鋼であ巾、他
方、タービン羽根車の材料はＮｉ　−Ｃｒ　−Ｍｏ−Ｖ
合金鋼またはＣｒ−Ｍｏ−Ｖ合金鋼が多く採用されてい
るが、上述現象を極力解決するためには、この種の材料
選定＆　Ａ重（二行う必要がある。特（二、蒸気タービ
ンは超大形化の一途をたどっているだけ（二、上述現象
を解決しなければ大事故（二つながるおそれがある。

〔発明の目的〕

そこで、本発明の目的は、上述従来の昧題（二照し、タ
ービン羽根とタービン羽根車との材料が異なっても運＠
（−支障のないよう結合関係を有するタービン羽根の植
込結合装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するためＣ二、本発明は、タービン羽根
の縦弾性係数とタービン羽根車の縦弾性係数とが異なる
場曾、縦弾性係数の高い材料を使用したフック部の厚み
は比較的薄く、縦弾性係数の低い材料を使用したフック
部の厚みは比較的高くすることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下不発明の一実施例を添付図を参照して説明するが、
これ（：先立ち、弾性係数の高い材料を使用したフック
部の厚みを比較的薄く、弾性係数の低い材料ｔ−使用し
たフック部の厚みを比較的高くする理論的根拠を詳述す
る。

今、理論展開を容易に理屏するため（＝、第６図を参照
して説明する。タービン羽根（１０２）のフック部（１
０３）とタービン羽根車（２０２）のフック部（２０３
）とをそれぞれ断面一様の片持ち梁と等価と置換し、点
Ａで接触したと＠（二集中荷重Ｆが作用すると考える。

このとき、フック部（２０３）の撓みをｂＷ、フック部
（１０３）の撓与をδＢとすると、撓みはそれぞれ次式
であられぜる。

ここで、ｌＢは集中荷重Ｆの作用点Ａからフック部（１
０３）の根元までの距離、ノＷは集中荷重Ｆの作用点Ａ
からフック部（２０３）の根元までの距離、Ｅｓはフッ
ク部（１０３）の材料の縦弾性係数、Ｅｗはフック部（
２０３）の材料の縦弾性係数、Ｉｚｎはタービン羽根（
１０２）のフックＭＩＳ　（１０３）の断面中立軸まわ
りの断面二次モーメント、Ｉｚｗはタービン羽根車（２
０２）のフック部（２０３）の断面中立軸まわりの断面
二次モーメントである。

タービン羽根（１０２）のフック部（１０３）とタービ
ン羽根車（２０２）のフック部（２０３）とが片当９現
象を生起しないため（ユは、距離Ｉｎ、１ｗが等しく、
撓みδＢ。

ｂＷが等しくなければならない。

すなわち、７Ｂ＝）Ｗのとき、 δＢ　＝　ａｖｒ　（４） となる。このとき、ノｎ　＝７Ｗを、ｌとおくと、第（
２）式。

第（３）式から δＢ＝　Ｆｌ ３　Ｅｎ　ｆｚｎ　”） δｗ＝　Ｆ７’ ３　Ｅｗ　Ｉｚｗ　（４ｂ） となる。したがって、第（４）の条件を適用して、第（
４ａ）式、第（仙）式を整理すると繭５式が与えられる
。

ｊシーｊ＝ｔ　（５） Ｉｚｗ　ＥＢ ところで、フック部（１０３）　、　（２０３）は断面
一様な片持ち梁と仮定しているので断面二次モーメン）
Ｉｚｍ。

ＩＺＷはｉ　（６１式、第（７）式１？与ＪＪ３る。

工ＺＢ”鼠 １２（６） 工ｚＷ：　ｂＷｈＷ” １２（７） ここで、ｂｎはタービン羽根（１０２）のフック部（１
０３）の幅、ｂＷはタービン羽根車（２０２）のフック
部（２０３）の幅、ｈＢはタービン羽根（１０２）のフ
ック部（１０３）の厚み、ｈｗはタービン羽根車（２０
２）のフック部（２０３）の厚みである。

第６式、第（７）式を第（５）式に代入すると、ｂｎｈ
ｎ’　Ｅｗ ｂｗｈｗ’　Ｅｌ　（８） となる。通常、フック部（１０３）　、　（２０３）の
幅は等しく、ｂＢ＝ｂｗとおけるから弗（８）式はの関
係式が得られる。

第（）式（二煎し、タービン羽根（１０２）とタービン
羽根車（２０２）との材料が異なることによる縦弾性係
数ＥＢ、ＥＷが異なった場合、フック部（１０３）　、
　（２０３）の厚みをそれぞれ代えれば良いことがわか
る。

したがって、フック部相互の片当多現象。応力集中を除
去するには、フック部の厚みは縦弾性係数と逆比例の関
係（二ある寸法を選定すれば良い。

−例として′、タービン羽根材（二５　Ａｌ−２，５Ｓ
ｎチタン合金鋼、タービン羽根車材ＣＬ　３．５Ｎｉ−
１，７５０ｒ　Ｍ。

−７合金鋼を使用し、フック部（１０３）　、　（２０
３）の厚みを試算すると、上記チタン合金鋼の縦弾性係
数はＥＢ　＝　１．２　Ｘ　１０’　ｒｃ９／ｌｎｍ２
、上記Ｎｉ　−Ｃｒ　−Ｍｏ−Ｖ合金鋼の縦弾性係数は
Ｅｗ　＝　２．Ｉ　Ｘ　１０’　ｋｇ／＞ａｘ”である
から、上記第（）式よシ となる。

したがって、上述のような合金銅を使用した場合、ター
ビン羽根（１０２）のフック部（１０３）の厚みとター
ビン羽根車（２０２）のフックｍ　（２０３）の厚みの
比率を約１．３倍（二ずれば、片当多現象等が防止でき
る。

上述の例は、タービン羽根の材料の縦弾性係数Ｅｎとタ
ービン羽根車の材料の縦弾性係数ＥｗとはＥｎ　＜　Ｅ
ｗの場合について説明したが、これとは逆（二ＥＢ　＞
　Ｅｗの場合、タービン羽根（１０２）のフック部（１
０３）よりもタービン羽根車（２０２）のフック部（２
０３）の厚みを高くすれば良い。

しかして、第４図はクリスマスツリー形の植込部（４０
１）を有するタービン羽根（４０２）とタービン羽根車
（４０３）との−合結合関係を示す図であシ、第５図は
Ｔ形の植込部（５０１）を有するタービン羽根（５０２
）とタービン羽根車（５（＋３）との嵌合結合関係を示
す図であシ、また第７図はアクトツ゛イドグプテイル形
の植込部（７υ１）を有するタービン羽根（７０２）と
タービン羽根車（７０３）との嵌合結合関係を示す図で
あるが、これらの実施例において、フック部の厚みを算
出するときは、上述理論式がすべて適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したよう（−１本発明（＝よれば、適用材料の
縦弾性係数の相異に着目して、嵌合結合するフック部の
厚みを縦弾性係数とは逆比例するように選定してタービ
ン羽根をタービン羽根車（二組み込んだから、従来の課
題は解消され、実用上きわめてすぐれた効果が期待され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービン羽根とタービン羽根車との嵌合結合関
係を示す斜視図、第２図はタービン羽根のフック部とタ
ービン羽根車のフック部とが点接触した場合を説明する
図、第３図はフック部相互が点接触（二よって生起する
応力集中を示す特性線図、第４し′１は不発Ｅ！Ａ位よ
る実施例を示す図、第５図はＴ形植込部を有するタービ
ン羽根（＝よる本発明の他の実施例を示す図、第６図は
本発明（二よる理論式を説明するための図、第７図はア
ウトサイドダプテイル形植込部を竹するタービン羽根）
二よる本発明の他の実施例を示す図。 １、４０１．５０１．７０１・・・植込部２、１０２．
４０２．５０２．７０２・・・タービン羽根３、５．１
０３．２０３　・・・フック部４ａ、　４．０３．５０
３．２０２．７０３　・−タービン羽根車代理人　弁理
士　則　近　惣　佑（ほか１名）第１図 第　２　図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７休 〜７ご □７１ ＼ ＼ ２ ２／ ７θ３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互（二縦弾性係数の異なる材料を有するタービン羽根と
   、タービン羽根車とを備え、タービン羽根のフック部と
   タービン羽根車のフック部とを嵌合結合するもの（＝お
   いて、上記それぞれのフック部の厚みは、縦弾性係数の
   高い材料の場合、その厚みを比較的薄く、縦弾性係数の
   低い材料の場合、その厚みを比較的高くすることを特徴
   とするタービン羽根の植込結合装置。