JPH01310103A - 軸流流体機械の動翼装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軸流流体機械の動翼装置、たとえば蒸気ター
ビンやガスタービン等に採用されている動翼装置の改良
に係り、特に動翼の外周部に動翼支持補強用の翼結合体
を有するこの種動翼装置の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来一般に採用されている大容量のこの種動翼装置は、
複数個の動翼が回転体の周囲に周方向に所定の間隔を保
って配置されており、そしてさらにこの動翼の外周部に
、各動翼の外周側端に固定され、かつ、動翼相互間を連
結保持している翼結合体が設けられている。

この翼結合体については、今までにも多くの改良がなさ
れ、その構造形状は多種、多岐にわたっているが、大き
く分類すると次の２種に分けられよう。その一つとして
１リング構成があげられる。

すなわち全周すべての動翼を連結体（環状連結袋２２）
で連結するものであり、一般には全周１リング構造と云
われている。２っめは群翼構造と云われているもので、
たとえば実開昭５５−１６３４０５号公報に記載されて
いるように、複数個の動翼単位ごとに連結体に切れ目が
あるものである。

このように形成されたこれらの動翼装置を、振動特性上
から比較してみると、全周１リング構造のものは、群翼
構造のものに比し、固有の振動モードの数は一般に多く
なるが、しかしタービン回転数の整数倍の周波数をもつ
励振力を受けた場合の共振点の数は、群翼構造のものに
比較しはるかに少なくなる。したがってタービンの運転
範囲において共振を回避した動翼設計を行う上で、この
全周１リング構造のものは非常に有利となる。

このようにこの種大容量の動翼装置においては、振動特
性の面からは全周１リング構造のものが有利なのである
が、反面このものは全周連結されることから、熱や遠心
力による応力が一部分に集中しがちで、連結体が破損に
至る恐れがある。したがってこの全周一リング構造とす
る場合には、遠心力による機械的な応力及び熱応力が連
結体に影響しないように工夫する必要がある。

この全周１リング構造でありながら比較的連結体に影響
を及ぼさない、すなわち連結体に応力集中が生じない構
成として次のものが知られている。

すなわち第９図及び第１０図に基づきそのものを説明す
ると１回転体１の周囲には周方向に間隔を保って動翼２
が配置されており、またこの動翼の外周部に翼結合体Ｊ
が配置されているが、この翼結合体主は複数個の動翼を
連結している連結部材４と、これら連結部材間を接続す
る接続片５より構成されているのである。

この場合第１０図から明らかとなるように２群の端部に
位置する動翼２ａ、２ｂには肩下げが行われ、すなわち
他の部分の動翼より短長に形成され、この短い動翼と連
結部材との間に接続片５が介在され、そしてこの接続片
は、テノン６のかしめにより連結部材４と結合されるよ
うになっている。

このように動翼群を形成する連結部材４と、これらの連
結部材間を結合している接続片５により、全体として全
周にわたり切れ目なく連結した１リング翼構造となされ
、かつ接続片の部分、すなわち連結部材の切れ目の部分
で応力集中が緩和されるように形成されているのである
。

尚この装置に関連するものとして、たとえば実公昭６２
−１２８０３号公報、実開昭６１−５１４０５号公報が
挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように構成された動翼装置であると、全周の動翼
が結合されることになり、前述もしたように励振力を受
けた場合の共振点の数は、群１Ａ構造のものに比し少な
くなり、また接続片の結合部、すなわち動翼のテノンと
このテノンに嵌合された接続片の穴との関係で、微小な
相対変化は許容されることから連結部材に悪影響を及ぼ
す応力集中は緩和され、この点では有効なものとなるの
であるが１反面この構成であると、隣接鮮麗を互に接結
する接続片が連結部材と同時にテノンによりかしめられ
ることから、同時かしめ作業に神経が費やされること、
また、この接続片を取付けるために、鮮麗の両端にある
動翼を肩下げしなければならず、他の動翼と異なる形状
に加工する必要があるなど、組立てや加工が複雑となる
嫌いがある。

さらに、このように形成された動翼装置の最も重大な璧
点は、接続片と連結部材とを動翼先端部のテノンをかし
めることにより固定するようにしているが、事故時や試
験時等、タービンの回転による遠心力がこの部材に大き
く作用した場合、この接続板と連結部材を固定している
テノン強度は必ずしも十分な余裕がなく、テノン強度に
悪影響を及ぼしてしまい１強度的な面で信頼性が低いと
いうことである。

本発明はこれにかんがみなされたもので、その目的とす
るところは、上記従来技術の欠点をなくし、連結部材の
応力緩和が可能なことは勿論、加工２組立が簡単で、か
つ強度的にも問題のないこの種軸流流体機械の動翼装置
を提供するにある。

本発明のもう一つの目的は、連結部材の応力緩和が可能
で、かつ強度的にも堅牢であることは勿論、さらに動翼
のねじれ振動を減衰することができるこの種軸流流体機
械の動翼装置を提供するにある。

さらに本発明のもう一つの目的は、蒸気タービンの効率
を向上させることのできる動翼装置を偉えた蒸気タービ
ンを提供するにある。

〔課点を解決するための手段〕

すなわち本発明は、動翼を群ごとに保持している連結部
材を、複数列に形成するとともに、この連結部材の周方
向端部が、隣接する連結部材の列間で同位置とならない
ように配置、すなわち連結部材の切れ目が千鳥状となる
ように配置して所期の目的を達成するようにしたもので
ある。

又この場合前記連結部材の列同志を抑圧接触させて動翼
上に固定させるようにすると動翼の振動減衰の点で有効
となるのである。

又前記連結部材の列間に所定の空隙を設け、この動翼装
置を蒸気タービンに採用することにより、タービンの効
率向上をはかったものである。

〔作用〕

すなわち以上のような構成であると、周方向に隣接して
いる動翼のすべてが、複数列ある連結部材のうちいずれ
かの連結部材にて互いに連結されることになり、全周の
動翼が連結された全周１リング構造のものと同一の作用
をなし、またこれらの結合が千鳥状結合であることから
、ある程度の相対変位は許容され、したがって遠心力に
よる応力や熱応力は許容され、また各動翼に設けられて
いるテノンが負う機械的負荷はすべて同一量で局部的に
大きな負荷となる部分はなくなり、また特に動翼は特殊
な形状のものを必要とせず、すなわち同一形状のもので
よく、動翼の加工は容易となるのである。

またこの場合連結部材の列間に抑圧接触部があると、動
翼が振動した場合この部分が振動減衰手段として働くの
である。

〔実施例〕

以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第１図及び第２図にはその動翼装置の要部が斜視図また
平面図で示されている。動翼２は回転体１の周囲に、径
方向にのび、かつ周方向に所定の間隔を保って配置され
ており、そして動翼２の先端には連結部材４ａ、４ｂを
取付けるための２個のテノン、すなわち蒸気流入側に位
置するテノン６ａと蒸気流出側に位置するテノン６ｂが
設けられている。

連結部材４ａ、４ｂは、それぞれ蒸気流入側と流出側に
、すなわち、略同−半径上で軸方向の異なる位置に２列
設けられている。蒸気流入側の連結部材４ａには１図で
は見えないが動翼間隔に合致したテノン穴が設けられて
おり、このテノン穴部を蒸気流入側テノン６ａに挿入し
た後、このテノン６ａをかしめることによりこの連結部
材４ａと動翼２との結合が行われる。すなわち連結部材
が動翼に固定される。同様に、蒸気流出側連結部材４ｂ
も、蒸気流出側テノン６ｂによって動翼に固定される。

この場合連結部材は複数の動翼に跨がりそれぞれ複数の
動翼を連結して鮮麗構造を形成している。１つの鮮麗構
造を形成する翼本数は。

通常４〜８本位である。第２図の場合には４本の場合が
示されている。ここで重要なことは、隣接鮮麗の境、す
なわち、連結部材の切れ目は、蒸気流入側連結部材４ａ
の切れロアと蒸気流出側連結部材４ｂの切れ口８が、互
に円周方向にずれて、隣接する同じ動翼間にないように
配置されることである。すなわち連結部材の周方向端部
が隣接列間で千鳥状となるように形成されることである
。

このような翼連結が全周の翼についてなされている。こ
れにより、周方向に隣接するどの動翼も、蒸気流入側連
結部材４ａと蒸気流出側連結部材４ｂのうちどちらか一
方の連結部材で互に連結されることになり、全周の翼を
切れ目なく連結した全周１リング構造となり、機械的に
堅牢な動翼の保持が可能なことは勿論、共振点の少ない
構成となる。

さらにまたこの構成があると、一部のテノン部のみに負
荷がかかることなく熱応力緩和も可能となるのである。

すなわち連結部材が軸方向に並設されて固定されるので
、テノンが負う負荷はすべて同一となり、一部のテノン
のみが過負荷となることはないのである。又、一般にテ
ノンはテノン穴との関係は、テノン穴径がテノン径より
も、やや太き目に作られるのが普通で、このため、テノ
ンをかしめることによって連結部材４が動翼２に固定さ
れた後であっても、動翼と連結部材の円周方向、軸方向
の微小な相対変位は許容されるのである。

このようにこの構成であると、一般に全く切れ目のない
全周１リング構造とした時間順となる遠心力や熱応力等
による連結部材の伸び、及び動翼と連結部材の変形差な
どが充分許容され、また連結部材の切れ目で吸収される
ことにより連結部材に過大な応力が発生することはない
のである。

さらにまた本実施例であると、この他に翼振動に対する
減衰を高める効果を有効に発揮できる構造とすることも
可能なのである。すなわち、第２図を用いて説明すると
、蒸気流入側連結部材４ａと蒸気流出側連結部材４ｂと
を、互に円周方向に延びる接触面９で両者が抑圧接触と
なるように配置するのである。このようにすると、翼振
動発生時に、各動翼相互の相対振動変位、あるいは、動
翼のねじり振動による、動翼の蒸気流入側と流出側の相
対振動変位が生じた場合、この２つの連結部材の接触面
９に摩擦部分、すなわち振動減衰部分があるため、翼振
動の低減を図ることができるのである。

尚１以上説明してきた実施例では、一つの連結部材が鮮
麗として連結する翼の本数を４本となし、かつそれが全
周にわたり同じ本数の場合について説明してきたが、一
般に全周の翼本数は、種々の要件、たとえば、熱的、流
体的２強度的、振動的要件等から決められるものであり
、第２図の実施例のように、すべて４本ずつの鮮麗、す
なわち全周同一の鮮麗本数にできない場合がある。その
ような場合には各群の翼本数は異なることになるが、そ
の場合であっても本発明は適用可能である。この場合で
あっても、蒸気流入側の連結部材と蒸気流出側の連結部
材の切れ目は１円周方向の隣接する同じ翼間に重ならな
いようにすることは重要なことである。

尚第３図には、その例として蒸気流入側の連結部材４ａ
と流出側の連結部材４ｂによって連結される翼の本数が
夫々異なる（４本と５本）場合が示されている。又この
他の例として、蒸気流入側の連結部材で鮮麗として連結
される翼本数は全周同一であるが、隣接している蒸気流
出、側の連結部材間とでは翼本数が異なるような連結構
造の場合もあるであろう。

さらに、以上述べた実施例では、連結部材は、全周にわ
たり、蒸気流入側と流出側の２列の場合について説明し
たが、第４図に示すように、全周の少なくとも一ケ所連
結部材が蒸気流入側４ａと蒸気流出側４ｂの２列設けら
れ、他の部分はただ１列の連結部材４であっても、この
２列の連結部材４ａ、４ｂと連結部材４とのそれぞれの
切れロア、８が１円周方向に隣接する同じｙｔ間に重な
らないようにすれば前述したものと同様な効果を奏する
であろう。

又さらに第５図には他の実施例が示されている。

すなわちこの図は連結部材の周囲を断面したものである
が、動翼外周がテーパ１０を有するもので。

複数列（図では２列）設けられている連結部材４ａ、４
ｂの、その隣接列間に所定の間隙ｇを設けるのである。

このように形成すると、矢印１２で示すように動翼２に
付着した水分が遠心力によりすみやかにこの間隙ｇを介
して動翼装置外部へ排出され、水分によるタービン損失
を減少させることができるのである。すなわち、第１１
図はタービンの動翼装置周囲を示したもので、動翼２と
静翼２０とが交互に配置され蒸気が実線矢印に流れてい
るが、動翼２に付着した水分は実線矢印Ｒで示すように
流れ、間隙ｇより固定子２１側へ排出されるのである。

尚この水分排出をさらによくするために、第６図に示す
ように連結部材の内周面側に段差りを設けるようにする
と良好であろう。この場合この図のように動翼２の外周
部のテーパ部に段差の切込みを設けるようにしてもよい
し、テーパ部は平滑にして連結部材４ｂの偏部に突堤を
設けるようにしてもよいであろう。

第７図にはさらに他の例が示されている。すなわち以上
述べてきた動翼装置は連結部材を翼に取付ける手段とし
て翼先端部に設けたテノンをかしめるものの場合につい
て説明してきたが、本発明は他の構成のものにも適用可
能であろう。すなわち第７図に示すように連結部材４ａ
、４ｂと動翼２との結合が嵌合結合の場合である。すな
わち翼先端部に設けられている円周方向に延びた２列の
あり溝１４．１５に連結部材４ａ、４ｂが挿入結合され
ているものの場合である。このものの場合であっても挿
入される連結部材は複数列に形成され、かつそれぞれの
連結部材の切れロア、８が、円周方向の隣接翼の同じ翼
間にならないよう、すなわち千鳥状に形成すれば、前述
のものとほぼ同様な効果を奏するであろう。第８図はも
う一つの例で動翼２と一体形に形成され円周方向に延び
る２本の連結部材４ａ、４ｂを、互に隣接翼間の接触部
で溶接（２０）等の手段で連結した場合のものである。

この場合であっても円周方向に部分的に溶接しない切れ
ロア、８を設け、両者が円周方向の隣接する同じ翼間に
なければ良いのである。

〔発明の効果〕

以上種々述べてきたように、本発明の動翼装置によれば
、動翼を結合している翼結合体を、複数列の連結部材に
て形成するとともに、この連結部材の周方向端部が隣接
する連結部材間で千鳥状となるように配置したから、複
数個の動翼が連結部材により連結された。いわゆる鮮麗
構造を形成し、またこの連結部材が複数列千鳥状に配置
されていることがら−リング構造ともなり、堅牢にして
熱応力の吸収が可能なことは勿論、連結部材を支持して
いる動翼に遠心力による過大な応力が加わることなく、
かつ動翼の形状も全周同一のものを採用することが可能
となる。

また前記複数列の連結部材を、その列間で押圧接触させ
て動翼上に固定するようになしたから。

動翼のねじり振動や動翼の変位がこの抑圧接触部で減衰
され、したがって動翼装置の振動をも低減することがで
きる。

さらに蒸気タービンの動翼装置に採用し、かつ前記軸方
向に隣接している連結部材間に所定の間隙を設けること
によって、前述した連結部材の応力緩和が可能なことは
勿論、動翼に付着した水分を速やかにこの間隙より排出
することができるので蒸気タービンの効率をも向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動翼装置の要部を示す一部断面斜視図
、第２図はその平面図、第３図は本発明の他の実施例を
示す平面図、第４図は本発明の他の実施例を示す一部断
面斜視図、第５図及び第６図は本発明の他の実施例を示
す連結部材周囲の縦断側面１．第７図及び第８図は本発
明の他の実施例を示す一部断面斜視図、第９図は従来の
動翼装置周囲を示す斜視図、第１０図は第９図のＡ−Ａ
線に沿う断面図、第１１図はタービンの要部を示す縦断
側面図である。 １・・・回転体、２・・・動翼、４ａ、４ｂ・・・連結
部材、第１　口 茶３　図 ｂ へ 慕４１２］ ｂ 第　５　区 慕ろ困 第８図 月 第９図 第１０圓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転体に周囲に配置された複数個の動翼と、該動翼
   に固定され、かつ所定数の動翼を跨いで動翼を群ごとに
   保持している翼結合体とを備えた軸流流体機械の動翼装
   置において、前記翼結合体を複数列の連結部材にて形成
   するとともに、該連結部材の周方向端部が隣接する連結
   部材間で千鳥状となるように配置したことを特徴とする
   軸流流体機械の動翼装置。 ２、回転体の周囲に配置された複数個の動翼と、該動翼
   に固定され、かつ所定数の動翼を跨いで動翼を群ごとに
   保持している翼結合体とを備えた軸流流体機械の動翼装
   置において、前記翼結合体を複数列の連結部材にて形成
   するとともに、夫々の連結部材が跨いでいる動翼群が隣
   接連結部材間では異なるように形成したことを特徴とす
   る軸流流体機械の動翼装置。 ３、回転体の周囲に、径方向にのび、かつ周方向に所定
   の間隔を保つて固定配置されている複数個の動翼と、該
   動翼の外周端面にテノンにより固定され、かつ所定数の
   動翼間に跨がり動翼を群ごとに保持している連結部材と
   を備えた軸流流体機械の動翼装置において、前記連結部
   材に隣接して少なくとももう一つの第２の連結部材を設
   けるとともに、この第２の連結部材の動翼群の跨がりが
   、前記連結部材と千鳥状にずれて配置されていることを
   特徴とする軸流流体機械の動翼装置。 ４、前記連結部材と前記第２の連結部材とが所定の押圧
   力をもつて接触配列されたことを特徴とする請求項３記
   載の軸流流体機械の動翼装置。 ５、前記連結部材と前記第２の連結部材とが所定の間隙
   を介して配列されたことを特徴とする請求項３記載の軸
   流流体機械の動翼装置。 ６、回転体の周囲に、径方向にのび、かつ周方向に所定
   の間隔を保つて固定配置されている複数個の動翼と、該
   動翼の外周端面にテノンにより固定され、かつ該動翼間
   を跨ぐように配置されて動翼相互間を連結保持している
   環状連結装置とを備えた軸流流体機械の動翼装置におい
   て、前記環状連結装置を、弓状の連結部材を突合わせて
   環状に形成した有端環状体の複数列により形成するとと
   もに、前記連結部材の突合わせ部分が、複数列ある有端
   環状体の夫々が同一動翼間に位置しないように配置した
   ことを特徴とする軸流流体機械の動翼装置。 ７、回転体の周囲に、径方向にのび、かつ周方向に所定
   の間隔を保つて固定配管されている複数個の動翼と、該
   動翼の外周端面に固定され、かつ該動翼間を跨ぐように
   配置されて動翼相互間を連結保持している環状連結装置
   とを備えた軸流流体機械の動翼装置において、前記環状
   連結装置を、周方向に複数個に分割された有端環状体を
   複数個並設させて形成するとともに、前記夫々の環状体
   の端部が、並設された環状体間では同一翼間に位置しな
   いように配置したことを特徴とする軸流流体機械の動翼
   装置。 ８、動翼を有する回転子と、静翼を有する固定子とを備
   え、前記回転子の動翼外周に、動翼を群ごとに保持して
   いる動翼結合体を有する蒸気タービンにおいて、前記翼
   結合体を複数列の連結部材にて形成するとともに、該連
   結部材の周方向端部が隣接する連結部材列間で千鳥状と
   なるように配置し、かつ前記連結部材の列間に所定の間
   隙を設けるようにしたことを特徴とする蒸気タービン。 ９、回転体の周囲に固定配置された複数個の動翼と、該
   動翼の外周端に固定され、かつ所定数の動翼を跨いで動
   翼を群ごとに保持している動翼結合体とを備えた軸流流
   体機械の動翼装置において、前記動翼結合体の少なくと
   も一部を、軸方向に並設された複数列の連結部材にて形
   成するとともに、該連結部材の周方向端部が隣接する列
   間で千鳥状となるように配置したことを特徴とする軸流
   流体機械の動翼装置。