特許 7542365 動翼翼列及び蒸気タービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】動翼翼列及び蒸気タービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/30 20060101AFI20240823BHJP

   F01D 5/14 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

F01D5/30

F01D5/14

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020144652

(22)【出願日】2020-08-28

(65)【公開番号】P2022039556

(43)【公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-02-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(74)【代理人】

【識別番号】100164688

【弁理士】

【氏名又は名称】金川 良樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 正樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 善継

(72)【発明者】

【氏名】石井 龍一

【審査官】松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０９２１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０３７７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２００８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０７９００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－０８７３０３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０７－２２９４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０７２２０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ ５／００－ ５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車軸の周方向に延びる植込溝に嵌め込まれる翼植込部と、前記翼植込部から立ち上がる翼有効部と、前記翼有効部の先端に設けられたスナッバカバと、を有し、環状をなすように配列される複数の動翼を備え、
前記動翼には、止め翼と、前記周方向で前記止め翼の両側に配置される第１止め隣接翼及び第２止め隣接翼と、前記第１止め隣接翼及び前記第２止め隣接翼それぞれの前記止め翼側とは反対の側に配列される複数の一般翼と、が含まれ、
前記第１止め隣接翼と前記第２止め隣接翼との間に前記止め翼を配置した際、前記止め翼の前記スナッバカバの前記第１止め隣接翼側の端面が、前記止め翼の前記翼植込部と前記第１止め隣接翼の前記翼植込部との接触面を含み径方向外側に延びる第１面を前記第１止め隣接翼側に全体的に越えているか、及び／又は、前記止め翼の前記スナッバカバの前記第２止め隣接翼側の端面が、前記止め翼の前記翼植込部と前記第２止め隣接翼の前記翼植込部との接触面を含み径方向外側に延びる第２面を前記第２止め隣接翼側に全体的に越えており、
前記止め翼の前記翼植込部を、径方向外側から前記第１止め隣接翼と前記第２止め隣接翼との間に配置できる、動翼翼列。

【請求項2】

前記止め翼の前記翼有効部の腹側に前記第１止め隣接翼が配置され、前記止め翼の前記翼有効部の背側に前記第２止め隣接翼が配置されている、請求項１に記載の動翼翼列。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の動翼翼列を車軸に支持した、蒸気タービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、動翼翼列及び蒸気タービンに関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービンは、高温蒸気を流入させる車室と、車室内に配置される回転自在な車軸と、車軸側に支持される複数の動翼と、車室側に支持される複数の静翼と、を備える。

【0003】

複数の動翼は、環状に配列されることで動翼翼列を構成し、複数の静翼は、環状に配列されることで静翼翼列を構成する。これら動翼翼列と静翼翼列は、車軸の軸方向で交互に並ぶ。このような蒸気タービンでは、車室に流入した高温蒸気が静翼翼列の各静翼で整流化された後、動翼翼列の各動翼に衝突する。この衝突時のエネルギーによって車軸が回転する。

【0004】

近年の一般的な動翼は、車軸から径方向外側に張り出すロータディスクに設けられた植込溝に嵌め込まれる翼植込部と、翼植込部から立ち上がる翼有効部と、翼有効部の先端に設けられるスナッバカバと、を有する。このような動翼で構成される動翼翼列では、通常、各動翼のスナッバカバが周方向の全域に一連に延びる環状をなす。このような構造は、全周一群構造と一般に呼ばれる。当該全周一群構造によれば、運転中に生じる振動を効果的に抑制できるとともに、動翼間から径方向外側への高温蒸気の漏出を効果的に抑制できるため、回転効率が向上し得る。

【0005】

動翼翼列は、動翼が軸方向に沿って植込溝に嵌め込まれるアキシャルエントリータイプと、動翼が周方向に沿って植込溝に嵌め込まれるタンジェンシャルエントリータイプと、に大別される。

【0006】

タンジェンシャルエントリータイプの動翼翼列は、例えば車軸の周方向全域に延びる植込溝に動翼を順次嵌め込んでいき、最後に止め翼と呼ばれる動翼を植込溝に嵌め込むことで環状をなす。

【0007】

複数の動翼のうちの止め翼に周方向で隣接するものは、一般に止め隣接翼と呼ばれる。上述のようなタンジェンシャルエントリータイプの動翼翼列では、止め翼を、止め隣接翼間に嵌め込む際に、止め翼が、止め隣接翼と干渉し、止め翼を上手く組み込めない場合がある。この際、止め隣接翼のスナッバカバ又は止め翼のスナッバカバの一部を切り欠いて、止め翼を止め隣接翼の間に通すことがあった。

【0008】

しかしながら、上述のようにスナッバカバの一部を切り欠くと、切り欠き部分から高温蒸気が漏出し性能低下が生じ得るだけでなく、動翼の組み込み作業にかかる時間が増加し、工期遅延が生じ得る。このような点を考慮し、止め翼の翼植込部を分割式にしたり、止め翼のスナッバカバにその幅を漸減させるための傾斜を設けたりする構造等がこれまでに提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特許第４２８４２０４号公報

【文献】特許第５３８０３２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

止め翼の組み込みを容易化するための技術は種々提案されているが、これまでの技術では、多くの部品が必要であったり、製造負荷が過度に大きくなったりという問題がある。

【0011】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、部品点数及び製造負荷の増加を抑制しつつ、動翼の組み込み作業を容易化できる動翼翼列およびそれを備える蒸気タービンを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

一実施の形態に係る動翼翼列は、車軸の周方向に延びる植込溝に嵌め込まれる翼植込部と、前記翼植込部から立ち上がる翼有効部と、前記翼有効部の先端に設けられたスナッバカバと、を有し、環状をなすように配列される複数の動翼を備える。前記動翼には、止め翼と、前記周方向で前記止め翼の両側に配置される第１止め隣接翼及び第２止め隣接翼と、前記第１止め隣接翼及び前記第２止め隣接翼それぞれの前記止め翼側とは反対の側に配列される複数の一般翼と、が含まれる。そして、前記第１止め隣接翼と前記第２止め隣接翼との間に前記止め翼を配置した際、前記止め翼の前記スナッバカバの前記第１止め隣接翼側の端面が、前記止め翼の前記翼植込部と前記第１止め隣接翼の前記翼植込部との接触面を含み径方向外側に延びる第１面を前記第１止め隣接翼側に全体的に越えているか或いは一部で越えて他の一部で前記第１面と面一になっているか、及び／又は、前記止め翼の前記スナッバカバの前記第２止め隣接翼側の端面が、前記止め翼の前記翼植込部と前記第２止め隣接翼の前記翼植込部との接触面を含み径方向外側に延びる第２面を前記第２止め隣接翼側に全体的に越えているか或いは一部で越えて他の一部で前記第２面と面一になっている。

【0013】

一実施の形態に係る蒸気タービンは、前記の動翼翼列を車軸に支持した、蒸気タービンである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、部品点数及び製造負荷を抑制しつつ、動翼の組み込み作業を容易化できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施の形態に係る蒸気タービンが備えるタービンロータの斜視図であり、タービンロータを構成する車軸側に動翼のうちの止め翼を組み込む際の様子を示した図である。

【図2】図１に示したタービンロータに組み込まれた動翼翼列の一部を軸方向で見た図である。

【図3】図２に示した動翼翼列の一部を径方向外側から見た図である。

【図4】一般的な動翼翼列の一部を軸方向で見た図である。

【図5】図４に示した動翼翼列の一部を径方向外側から見た図である。

【図6】図２に示した実施の形態に係るタービンロータの動翼翼列において一対の止め隣接翼間に形成される空間の大きさと、図４に示した一般的な動翼翼列において一対の止め隣接翼間に形成される空間の大きさと、を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付の図面を参照して一実施の形態を詳細に説明する。

【0017】

図１は、一実施の形態に係る蒸気タービン１が備えるタービンロータ１０の斜視図であり、その一部が切断された状態のタービンロータ１０を示している。タービンロータ１０は、図示省略する車室内で回転可能な車軸１１と、車軸１１の外周面から径方向外側に張り出したロータディスク１２と、ロータディスク１２に形成された植込溝１２Ａに嵌め込まれた複数の動翼２０からなる動翼翼列ＶＳと、を備えている。

【0018】

複数の動翼２０はそれぞれ、植込溝１２Ａに嵌め込まれる翼植込部Ａと、翼植込部Ａから径方向外側に立ち上がる翼有効部Ｂと、翼有効部Ｂの先端に設けられたスナッバカバＣと、を有する。複数の動翼２０には、止め翼２１と、周方向で止め翼２１の両側に配置される第１止め隣接翼２２及び第２止め隣接翼２３と、第１止め隣接翼２２及び第２止め隣接翼２３それぞれの止め翼２１側とは反対の側に配列される複数の一般翼２４と、が含まれる。止め翼２１、第１止め隣接翼２２、第２止め隣接翼２３及び一般翼２４はそれぞれ、翼植込部Ａと、翼有効部Ｂと、スナッバカバＣと、を有している。

【0019】

ロータディスク１２に形成された植込溝１２Ａは周方向に延びており、その一部に軸方向に広がった受け入れ口１２Ｂを有している。植込溝１２Ａは径方向外側に開口しており、その底部側の幅よりも幅が狭くなる絞り部分を、底部よりも開口側の位置に有する。動翼２０は、絞り部分によって翼植込部Ａの抜けを防止され、この状態で植込溝１２Ａに嵌め込まれることになる。

【0020】

複数の動翼２０をロータディスク１２に組み込む際には、まず、一般翼２４の翼植込部Ａを径方向外側から受け入れ口１２Ｂに通した後、一般翼２４を植込溝１２Ａ内で周方向に移動させ、一般翼２４の全てを植込溝１２Ａに嵌め込む。次に、複数の一般翼２４のうちの両端に位置する一般翼２４に接するように第１止め隣接翼２２及び第２止め隣接翼２３を、一般翼２４と同様の操作で植込溝１２Ａに嵌め込む。最後に、止め翼２１の翼植込部Ａを径方向外側から受け入れ口１２Ｂに通し、第１止め隣接翼２２と第２止め隣接翼２３との間に配置する。

【0021】

図１においては、最後に止め翼２１を組み込む際の様子が示されている。全ての動翼２０（２１～２４）が植込溝１２Ａに嵌め込まれると、動翼２０（２１～２４）は環状をなすように配列される。この状態では、互いに隣り合う動翼２０の翼植込部Ａが互いに接触し、互いに隣り合う動翼２０のスナッバカバＣが互いに接触する。

【0022】

図２は、タービンロータ１０に組み込まれた動翼翼列ＶＳの一部を軸方向で見た図であり、止め翼２１、第１止め隣接翼２２、第２止め隣接翼２３及び２つの一般翼２４を示している。図３は、図２に示した動翼翼列ＶＳの一部を径方向外側から見た図である。

【0023】

図２及び図３において、符号Ｓ１は、止め翼２１の翼植込部Ａと第１止め隣接翼２２の翼植込部Ａとの接触面を含み径方向外側にスナッバカバＣを越えて延びる第１面を示している。符号Ｓ２は、止め翼２１の翼植込部Ａと第２止め隣接翼２３の翼植込部Ａとの接触面を含み径方向外側にスナッバカバＣを越えて延びる第２面を示している。

【0024】

ここで、本実施の形態では、止め翼２１のスナッバカバＣの第１止め隣接翼２２側の端面２１１が、第１面Ｓ１を第１止め隣接翼２２側に全体的に越えているか或いは一部で越えて他の一部で第１面Ｓ１と面一になっている。具体的に本例では、図３に示すように端面２１１は、第１面Ｓ１を一部で越えて他の一部で第１面Ｓ１と面一になっている。一方で、止め翼２１のスナッバカバＣの第２止め隣接翼２３側の端面２１２は、その一部で第２面Ｓ２を第２止め隣接翼２３側に越えているが、他の一部では第２面Ｓ２を越えていない。

【0025】

なお、本実施の形態では止め翼２１の翼有効部Ｂの腹側に第１止め隣接翼２２が配置され、止め翼２１の翼有効部Ｂの背側に第２止め隣接翼２３が配置されている。よって、止め翼２１のスナッバカバＣの翼有効部Ｂ腹側の端面が、第１面Ｓ１を一部で越えて他の一部で第１面Ｓ１と面一になっている。

【0026】

上述のように止め翼２１のスナッバカバＣの端面２１１が、第１面Ｓ１を一部で越えて他の一部で第１面Ｓ１と面一になっている場合、第１止め隣接翼２２と第２止め隣接翼２３との間の空間が広く確保される。これにより、止め翼２１を第１止め隣接翼２２と第２止め隣接翼２３との間に通し易くなり、組み込み作業性が向上する。

【0027】

図４は、一般的な動翼翼列の一部を軸方向で見た図であり、一般的な動翼翼列を構成する止め翼２１’、第１止め隣接翼２２’、第２止め隣接翼２３’及び２つの一般翼を示している。図５は、図４に示した動翼翼列の一部を径方向外側から見た図である。図４及び図５においては、図２及び図３で示した第１面Ｓ１と第２面Ｓ２に相当する面を同じ符号で示している。図４及び図５に示すように、一般的な動翼翼列では、止め翼２１’のスナッバカバの第１止め隣接翼２２’側の端面２１１’が、その一部で第１面Ｓ１を越えているが、他の一部では第１面Ｓ１を越えていない。また、止め翼２１’のスナッバカバの第２止め隣接翼２３’側の端面２１２’も、その一部で第２面Ｓ２を越えているが、他の一部では第２面Ｓ２を越えていない。

【0028】

図６は、本実施の形態に係るタービンロータ１０において一対の止め隣接翼２２、２３間に形成される空間の大きさと、図４に示した一般的なタービンロータの動翼翼列において一対の止め隣接翼２２’、２３’間に形成される空間の大きさと、を径方向外側から見た図である。図６では、本実施の形態に係る動翼翼列ＶＳの下に、一般的な動翼翼列が示されている。

【0029】

図６に示す例では、図４に示した一般的な動翼翼列において一対の止め隣接翼間２２’、２３’間に形成される最小の空間の周方向幅をＡとし、周方向幅Ａよりも翼前端側の空間の周方向幅をＢとしたとき、本実施の形態に係るタービンロータ１０における一対の止め隣接翼２２、２３間においては、上記最小の空間に対応する空間の周方向幅がＡ＋αとなり、上記翼前端側の空間に対応する空間の周方向幅がＢ＋βとなる。このように本実施の形態では、一対の止め隣接翼２２、２３間の空間を一般的な構造よりも広く確保できる。上記αとβは互いに等しくてもよいし、異なる値でもよい。

【0030】

すなわち、図６における符号Ｘは、本実施の形態における止め翼２１の翼植込部Ａの大よその周方向幅を示し、符号Ｘ’は、一般的な動翼翼列における止め翼２１’の翼植込部の大よその周方向幅を示している。本実施の形態では、止め翼２１の翼植込部Ａの周方向幅Ｘと、一対の止め隣接翼２２、２３間の空間の周方向幅Ａ＋α又はＢ＋βとの差を、一般的な動翼翼列の場合の周方向幅Ｘ’と、周方向幅Ａ又はＢとの差よりもよりも小さくできる。一般的な動翼翼列では、例えば周方向幅Ｘ’と周方向幅Ａとの差が大きくなっており、止め翼２１’の翼植込部の幅が周方向幅Ａの空間よりもだいぶ大きい。そのため、止め翼２１’の翼植込部を止め隣接翼間に通す作業に手間がかかり得る。特に図６の符号ＰＲで囲んだ部分に、止め翼２１’の翼植込部が干渉し易くなる。
つまり、本実施の形態では、止め翼２１のスナッバカバＣの第１止め隣接翼２２側の端面２１１が、第１面Ｓ１を第１止め隣接翼２２側に全体的に越えているか或いは一部で越えて他の一部で第１面Ｓ１と面一になるように、止め翼２１のスナッバカバＣの止め隣接翼２２側への張り出し量、止め隣接翼２２のスナッバカバＣの止め翼２１に対しての待避量、及び止め翼２１の翼植込部Ａの翼植込部Ａと第１止め隣接翼２２の翼植込部Ａとの周方向厚さ（つまり、第１面Ｓ１の位置）を調整している。これにより、止め翼２１を第１止め隣接翼２２と第２止め隣接翼２３との間に通し易くしている。

【0031】

以上に説明した本実施の形態の作用は、以下の通りである。

【0032】

すなわち、第１止め隣接翼２２と第２止め隣接翼２３との間に止め翼２１を配置する際に、止め翼２１の翼植込部Ａが第１止め隣接翼２２のスナッバカバＣ及び第２止め隣接翼２３のスナッバカバＣに干渉し難くなるため、止め翼２１の組み込みが容易になる。このような組み込みの容易化は、止め翼２１及び止め隣接翼２２、２３それぞれの翼植込部Ａ及びスナッバカバＣの寸法調整によって実現されるため、当該実現に際しては、動翼の部品点数が多くならず、動翼の製造にも過剰な手間がかからない。

【0033】

したがって、本実施の形態に係る動翼翼列ＶＳによれば、部品点数及び製造負荷の増加を抑制しつつ、動翼の組み込み作業を容易化でできるという効果が得られる。また、動翼の組み込みの際に、例えば第１止め隣接翼２２のスナッバカバＣを切り欠く必要が生じる状況を回避できるため、切り欠きの加工に起因する性能低下を回避できる。

【0034】

以上、一実施の形態を説明したが、上記実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述の実施の形態及びその他の変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0035】

例えば、上記実施の形態では、止め翼２１のスナッバカバＣの第１止め隣接翼２２側の端面２１１が第１面Ｓ１を一部で越えて他の一部で第１面Ｓ１と面一になっているが、これに代えて又はこれと同時に、止め翼２１の第２止め隣接翼２３側の端面２１２が第２面Ｓ２を第２止め隣接翼２３側に全体的に越えているか或いは一部で越えて他の一部で第２面Ｓ２と面一になっていてもよい。

【0036】

また、上記実施の形態では、第１止め隣接翼２２、第２止め隣接翼２３、一般翼２４の翼植込部の形状がＴ字型であるが、このような形状は特に限られるものではなく、鞍型等でもよい。

【符号の説明】

【0037】

１…蒸気タービン、１０…タービンロータ、１１…車軸、１２…ロータディスク、１２Ａ…植込溝、１２Ｂ…受け入れ口、ＶＳ…動翼翼列、２０…動翼、Ａ…翼植込部、Ｂ…翼有効部、Ｃ…スナッバカバ、２１…止め翼、２１１…端面、２２…第１止め隣接翼、２３…第２止め隣接翼、２４…一般翼

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】