JPH05149104A

JPH05149104A - 自立型混調式蒸気タービン羽根

Info

Publication number: JPH05149104A
Application number: JP4138860A
Authority: JP
Inventors: Wilmott G Brown; ウイルモツト・ジヨージ・ブラウン
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-06-15
Also published as: US5160242A; KR100227052B1; CA2070099A1; KR920021836A; CA2070099C

Abstract

(57)【要約】【目的】押え金及びほぞのような弱い連結部がなく、
高い強度を有し、速度繰り返し能力の改善が可能で、し
かも空力弾性不安定を回避できる蒸気タービン羽根を提
供する。【構成】自立型混調式蒸気タービン羽根は、根元中心
線半径Ｒ３により定められる根元中心線を有する根元部
と、根元部に連結した台部４６と、該台部に連接し、歯
形先端部を有する翼状部４８とを含む。台部４６は、凹
縁４６ａと、凸縁４６ｂと、翼状部の前縁に垂直方向に
近接した第１の端と、翼状部の後縁５４に垂直方向に近
接した第２の端とを有する。凹縁は、所定の勾配角で根
元中心線半径に向かい勾配を付けられており、台部の第
２の端に形成された勾配付きの扁平なカットアウト面５
２を有し、該扁平なカットアウト面は、上記凹縁と同じ
所定の勾配角を有し、Ｘ−Ｘ線に向かい勾配を付けられ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

【発明の分野】本発明は、一般に、蒸気タービンの羽根
（翼或はブレードとも称する）に関し、特に、現存のタ
ービンロータに対し改装用に設計された自立型混調式の
テーパ付き捩れ羽根（freestanding mixed tuned taper
-twisted blade）に関するものである。

【０００２】

【関連技術の説明】蒸気タービンは、幾つかの動翼列及
び静翼列を備えている。静止羽根もしくは静翼は、ター
ビンロータを囲繞する固定のケーシングに取り付けら
れ、他方、回転羽根もしくは動翼はロータ上に列状に取
り付けられて、該ロータと共に回転する。

【０００３】任意の翼列の羽根は、通常、同じである。
殆どの羽根は、該羽根を対応の取付構造に取り付けるの
に用いられる根元部と、台部と、翼状部とを備えてい
る。

【０００４】１つの公知の型の構造によれば、根元部
は、ロータの側入溝に嵌め込まれるように設計されてい
る。溝の全体的形態は、弧状の形をしており、従って、
側入羽根用の根元部も概ね弧状に形成されている。側入
羽根の範疇に入るものに、根元の形状が“クリスマスツ
リー”形として知られている羽根がある。これは、根元
部の形状がクリスマスツリーを逆さにした形に幾分似て
いるという事実に由来する。この形状の根元部には、ロ
ータ溝に設けられているくびれ部及び張出部と交互に噛
み合う一連の対応のくびれ部及び張出部が交互に設けら
れている。

【０００５】根元部の設計には、くびれ部或は張出部の
形状に僅かな変更があっても根元部全体に加わる応力の
分布に相当大きな変化が生ずるので、極めて厳しい科学
的精密性が要求される。

【０００６】また、羽根の翼状部の設計も極めて難し
い。殆どの蒸気タービン動翼の翼状部は、前縁と、後縁
と、凹状の正圧面と、凸状の負圧面と、根元部の反対側
の末端に位置する先端部とを備えている。１つの特定の
動翼列に対して共通の翼状部の形状は、特定のタービン
内において１つ置きの翼列毎に異なる。同様に、異なっ
た設計の２つのタービン間で同じ形状の翼状部を共有す
るタービンは無い。翼状部の形状における構造上の相違
は、空気力学的特性、応力パターン、運転温度及び翼状
部の固有周波数に顕著な変動をもたらす。

【０００７】新規な商業発電用蒸気タービンのためのタ
ービン羽根の翼状部の開発には完成までに数年を要し得
る。新規な蒸気タービンのための動翼を設計する場合、
羽根の開発技術者には、作業を行う上で関連する或る流
れの場が与えられる。この流れの場は、特に、（１つの
翼列における隣接の動翼間を通る蒸気に対する）流入角
及び流出角、ゲージング並びに速度比によって決定され
る。ここでゲージングとはピッチに対するスロートの比
であり、スロートとは、１つの動翼の後縁と隣接の動翼
の負圧面との間の直線距離あり、ピッチとは、互いに隣
接する動翼の後縁間の距離である。

【０００８】流れの場のパラメータは、特定の翼列の動
翼の長さを含め多くの因子に依存する。動翼の長さは、
蒸気タービンの設計段階において早い時期に確定される
もので、本質的に蒸気タービンの総合設計出力及び特定
段もしくは列の翼に割り当てられる出力の関数である。

【０００９】動翼設計の他の重要な側面は、運転速度の
全調波周波数に亙り、破壊性の共振周波数が回避される
ように動翼の同調をとる、即ち、チューニングすること
にみられる。換言するならば、タービン動翼の設計及び
製造の過程においては、強制振動或は共振を最小にする
ように動翼を共振周波数に関してチューニングすること
が極めて重要である。ここで、運転速度の調波(harmoni
cs of running speed)とは、以下に述べる例から最も良
く理解されよう。典型的な化石燃料で駆動される蒸気タ
ービンにおいては、ロータは、３６００ｒｐｍの回転数
即ち毎秒６０サイクル（６０ｃｐｓ）で回転する。１ｃ
ｐｓは１Ｈｚに等しく、しかも単純な調和運動は、円運
動の角周波数で表すことができるので、６０ｃｐｓの運
転速度で、６０Ｈｚの第１調波周波数、１２０Ｈｚの第
２調波周波数、１８０Ｈｚの第３調波周波数、２４０Ｈ
ｚの第４調波周波数等々が発生する。羽根の設計技術者
は、通常、第７調波（４２０Ｈｚ）までの周波数を考慮
する。６０Ｈｚの間隔で発生する周波数の調和級数は、
動翼に作用する励振力の正常の振動モードの特性周波数
を表す。動翼の固有振動周波数が調和級数の周波数もし
くは運転速度の調波周波数と一致すると、１つ又は複数
の調波周波数において破壊性の共振が生じ得る。

【００１０】励振力が一連の周波数で生起し得るものと
すれば、翼の設計者は、翼の固有共振周波数が、調和級
数の周波数の何れとも一致しない或はその近傍の周波数
にならないようにしなければならない。これは、動翼が
１つの方向における振動のみを受けるものとすれば容易
な作業である。しかし、動翼は、潜在的にあらゆる方向
の振動を受け得る。しかも、振動の各方向には、それぞ
れ、対応の固有共振周波数が存在し得る。このような翼
振動の多方向性は、“振動モード”と称される。押え金
で連結された動翼の場合には、少なくとも７つまでの異
なった振動モード或は振動方向が翼設計技術者により考
慮される。各振動モードは、所定方向において、所定動
翼に対しそれぞれ異なった固有共振周波数を持つ。

【００１１】第１の振動モードは、ロータの回転方向に
おける接線振動であって、動翼群を相互連結するのに用
いられる２本の押え金の内の下側の押え金の位置により
相当な影響を受ける。下側の押え金の位置を下げると、
第１振動モードにおける共振周波数が増加する傾向にな
る。第２の振動モードは、ロータの軸線方向における接
線振動である。この場合、下側の押え金の位置は、上記
第２振動モードの周波数に対し逆の影響を示す傾向があ
る。即ち、上記第１モードにおける周波数を増加すべく
下側の押え金の位置を下げると、第２振動モードの周波
数が減少する。第３の振動モードは、連結された翼群の
軸線方向に変位が生ずるような“Ｘ”方向の振動であ
る。この第３モードの振動は、群毎の翼の数に大きく依
存する。即ち、第３モードの振動周波数は、群内の翼の
数の増加と共に減少する。第４の振動モードは、最も外
側の押え金の位置に高い依存性を示す同相振動である。
最も外側の押え金を下方に移動すると、この第４振動モ
ードにおける周波数は減少する。

【００１２】自立型の翼の場合、最初に述べた２つのモ
ードの形は同じである。しかし、第３又は第４モードの
モード形は、“Ｘ”型ではないが捩れ型である。

【００１３】第３或は第４のモードを越えると、振動モ
ードは、益々複雑になる。これ等のモードは、枚挙する
ことができない程の因子に依存し、異なったモードの形
をとる。

【００１４】押え金で連結された動翼をチューニングす
る場合には、該動翼を上に述べた最初から３つの振動モ
ードに関してチューニングすることが重要である。３６
００ｒｐｍで運転される化石燃料蒸気タービンと関連す
る既述の調和級数を念頭に置いて、動翼に対する固有共
振周波数は、６０Ｈｚの間隔での周波数を回避するよう
にチューニングしなければならない。例えば、第２調波
は１２０Ｈｚで生じ、第３調波は１８０Ｈｚで生ずる。
標準的な慣行によれば、１２０Ｈｚと１８０Ｈｚとの間
の周波数を取りうる動翼は、その固有共振周波数が上記
２つの調波周波数間の中間点、即ち、１５０Ｈｚに可能
な限り近付くようにチューニングするよう試みるべきで
あるとされている。第１の振動モードの場合には、動翼
が、第２調波と第３調波の周波数範囲に入る固有共振周
波数を有するようにすることは、それほど困難ではな
い。従って、第１の振動モードに対しては、動翼が１５
０Ｈｚの周波数或は１５０Ｈｚ近傍の周波数を有するよ
うにチューニングするのが望ましい。

【００１５】第２及び第３モードの振動に対する周波数
も同様に、２つの相続く調波周波数間の中間点に可能な
限り近付くようにチューニングが行われる。しかし、周
波数試験は、通常、第７モードの振動まで或は第７振動
モードを越える範囲で行われる。第４モードの振動に関
しては、第７調波周波数(４２０Ｈｚ)近傍の周波数が予
測される。従って、最も外側の押え金の位置は、第４振
動モードに対する共振周波数が第７調波周波数より充分
に高くなるような位置に設定すべきである。

【００１６】新しい蒸気タービンを設計する場合には、
翼の設計者は、いずれの振動モードにおける共振周波数
も、運転速度の調波と関連する周波数と一致しないよう
にタービン翼をチューニングしなければならない。場合
によっては、このチューニングには、タービン性能或は
タービン効率との或る程度の妥協が要求される。例え
ば、特定モードにおける所望の共振周波数を実現するた
めに、翼に対して或る種の設計変更を行わなければなら
ない場合が有り得る。そのために、タービンの何らかの
因子の望ましくない変更、例えば、速度比の変更或はピ
ッチの変更或は翼状部の幅の変更が必要となるであろ
う。

【００１７】更に、翼の設計者は、非失速フラッタ、失
速フラッタ及びバフェッティングを含む“空力弾性不安
定”とも称する非同期振動を回避しなければならない。
この現象は自立型の翼もしくは羽根において一層顕著で
ある。この自立型の翼における空力弾性不安定を軽減す
るために、設計者は、互いに隣接する翼の第１の振動モ
ードの振動周波数が若干異なるように翼列を混調（mix
tune）している。

【００１８】既存のタービンを、その出力を増加すべく
改良する場合には、困難な問題が生ずる。このような改
良は、１つもしくは複数の翼列の羽根の長さを大きくす
ると共に、その結果生ずる全体的な長さの増加分に適応
すべく当該翼列の周囲でケーシングを中ぐりすることに
より実現できよう。しかし、ロータに設けられている側
入溝に対する変更は殆ど不可能であり、従って、改装さ
れた羽根は、通常、元の羽根と同じ根元部を用いるよう
に強いられる。

【００１９】翼状部の再設計は、新しい羽根の設計と同
じ過程を経る。即ち、羽根設計技術者は、与えられた羽
根の長さ及び流れの場のパラメータに基づいて、複数の
基本的羽根断面を生成すると言う手順をとる。図１〜図
４には、従来の羽根の一例が示してある。図１を参照す
るに、基本的断面は、Ａ−Ａ〜Ｇ−Ｇ断面である。これ
等の断面は６つの羽根展開部を構成する。即ち、第１の
羽根展開部は断面Ａ−Ａ〜断面Ｂ−Ｂであり、第２羽根
展開部は断面Ｂ−Ｂ〜断面Ｃ−Ｃであり、第３羽根展開
部は断面Ｃ−Ｃ〜断面Ｄ−Ｄであり、以下同様にして６
つの羽根展開部が構成される。羽根の翼断面は、翼状部
における基本的な横断面から構成される。各翼断面は、
スプライン補間(spline interporation)により生成され
た円滑な連続曲線によって結ばれる一連の番号付けされ
た座標点により画成される。これ等の座標点は、図３及
び図４に示してあるＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸に従って定義
される。尚、図４は、Ｆ−Ｆ断面における典型的な翼横
断面を示している。また、根元部は、羽根断面に対する
根元部の関係を示すために、断面の下方に転置して示し
てある。各横断面間の表面は、各断面における同じ番号
の座標点を結ぶ一連の直線により生成される線織面であ
る。例えば、図５に、（隣接する羽根を群形態に相互接
続するのに用いられる側板を取り付けるための羽根の一
部分である）ほぞの断面が示してある。ほぞの断面は、
基本的断面の内の１つではないが、羽根の設計がどのよ
うにして行われるかを示すために図５に示したものであ
る。表１〜表４には、図５に示した点に対する羽根断面
寸法として特定の羽根断面寸法値が掲げてある。例え
ば、図５に示したほぞ断面における点１は、水平方向
（Ｘ方向）において、−０.３２０ｉｎ（８.１２８ｍ
ｍ）で、垂直方向（Ｙ方向）において−０.９７３ｉｎ
（２４.７１４ｍｍ）の位置にある。従って、ほぞにお
ける点１の座標点は−０.３２０、−０.２９７３ｉｎ
（８.１２８、７.５５１ｍｍ）である。

【００２０】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【００２１】図１〜図５に示した羽根は、本出願人の
“ＢＢ７３型”タービンで、Ｌ−１Ｒ翼列で使用すべく
設計した従来の羽根である。翼状部３２、根元部３４及
び台部３６を有する羽根３０は、押え金３８により隣接
の羽根に連結されている。ほぞ４０は、羽根３０を、側
板（図示せず）を介し隣接の羽根に連結するのに用いら
れる。

【００２２】図１〜図５に示した羽根は、本出願人によ
り商用に製造されたものであり、型式“ＴＳ−１２５３
Ａ”及び“ＴＳ−１２５４Ａ”として入手可能である。
図示のように、これ等の羽根は、押え金及び側板で連結
されており、既述のようなチューニング効果が実現され
る。

【００２３】図１から図５に示した羽根を改装用に設計
するに当たっては、押え金及びほぞのような従来の弱い
連結部を除去し、羽根の速度繰り返し能力（speed cycl
ingcapacity）を高め、強度を増加し、空力弾性不安定
を回避する必要性が存在する。更にまた、再設計では、
ロータの研削を最小限度に抑えるために、同じロータ溝
を用いて行うべきである。

【００２４】

【発明の概要】本発明の目的は、押え金及びほぞのよう
な弱い連結部がなく、高い強度を有し、速度繰り返し能
力の改善が可能で、しかも空力弾性不安定を回避できる
改装用の羽根を提供することにある。

【００２５】本発明の他の目的は、既存の羽根と同じロ
ータ溝を共用する改装用の羽根を提供することにある。

【００２６】本発明の上述の目的及び他の目的は、ロー
タ軸線に対し平行なＸ−Ｘ軸線を有する自立型混調式テ
ーパ捩れ蒸気タービン羽根において、根元中心線半径に
より定められる根元中心線を有する根元部と、該根元部
に連結された台部と、該台部に連結されて前縁と、後縁
と、凸状の負圧面と、凹状の正圧面と、歯形先端部とを
有する翼状部を備え、上記台部は、凹縁と、凸縁と、上
記翼状部の前縁に垂直方向に近接した第１の端と、前縁
翼状部の後縁に垂直方向に近接した第２の端とを有し、
上記凹縁は、所定の勾配角で上記根元中心線半径に向か
い勾配を付けられて弧状の傾き面を画成すると共に、上
記台部の第２の端に形成された勾配を有する扁平なカッ
トアウト面を有し、該扁平なカットアウト面は、上記凹
縁と同じ所定の勾配角を有し、上記Ｘ−Ｘ軸線に向かい
傾いている自立型混調式テーパ付き捩れ蒸気タービン羽
根を提供することにより達成される。

【００２７】上記所定の勾配角は約１５°とするのが好
ましい。

【００２８】本発明による自立型混調式テーパ付き捩れ
蒸気タービン羽根の上述及び他の特徴や利点は、添付図
面を参照しての以下の詳細な説明から一層明確になるで
あろう。

【００２９】

【好適な実施例の詳細な説明】図６及び図７を参照する
に、本発明による蒸気タービン翼もしくは羽根は、参照
数字４２で総括的に示されており、この羽根は、根元部
４４、台部４６及び翼状部４８を備える。図７には、基
本的な翼状部断面Ａ−Ａ〜Ｊ−Ｊが示されており、更
に、右側には台部からの各断面までの距離もしくは間隔
がｉｎ単位で且つ括弧内にミリ単位で示してある。断面
Ｊ−Ｊは基部断面であり、断面Ｔ−Ｔは先端部断面であ
る。先端部断面は、所望のチューニング効果を得るため
に、（図９及び図１２に更に詳細に示すように）歯形も
しくはプロフィルが付けられている。この羽根は混調羽
根である。ここで混調羽根とは、例えば、ＢＢ７３型タ
ービンのＬ−１Ｒの翼列に１２０枚設けられる所定の翼
列において、羽根が、２つの歯形先端部長さの内の１つ
を有し、そして、羽根の内の２分の１が１つの長さで他
の２分の１の羽根が他の長さを有するように２つの異な
った長さが隣接の羽根間で交互に用いられることを意味
する。このような歯形先端部長さの変化は、（チューニ
ングの目的で第１モードに対し第２モードを低下する）
拡大先端部と相俟って、第１モードの羽根単独周波数に
対し可能最大の周波数変化をもたらす（ここで“単独羽
根”静止周波数は、ロータから取り外した状態で羽根の
共振周波数を試験することにより決定され、他方、“羽
根単独”回転周波数は、ロータ部分が振動していない間
の羽根の共振周波数を試験することにより決定されるも
のである）。これにより長い歯形先端部長さとして、
０.３０５ｉｎ（７.７４７ｍｍ）に近い歯形先端部長を
用いた場合、翼列に沿う特定羽根のシーケンス化を付加
的に行うことなく、混調要件を満たすことが可能とな
る。好適な実施例において、歯形先端部長さを０.０７
５ｉｎ（１.９０５ｍｍ）及び０.２００〜０.３０５ｉ
ｎ(５.０８ｍｍ〜７.７４７ｍｍ)に設定した。この結
果、翼列の羽根には、４Ｈｚの第１モードの羽根単独周
波数分離が得られ、それにより、空力弾性不安定が回避
された。換言すれば、０.２００〜０.３０５ｉｎ（５.
０８ｍｍ〜７.７４７ｍｍ）のうちの長い方の歯形先端
部を有する羽根は、０.０７５ｉｎ（１.９０５ｍｍ）の
短い方の歯形先端部長さを有する羽根よりも約４Ｈｚ高
い周波数を有する。同時に第１及び第２モードのディス
ク系周波数（即ち、ロータが羽根と共に振動している際
の羽根の周波数）並びに第２モードの羽根単独周波数に
対するチューニング要件が規定のガイドライン内で確立
された。

【００３０】第１及び第２振動モードに対するチューニ
ング要件を満たす上での先端部の歯形の効果は、部分的
には、図１〜図５に示した従来の羽根と比較して翼状部
の断面の設計変更の結果に起因する。特に、本発明の翼
状部は表５〜表８に掲示した座標点を有する。

【００３１】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【００３２】拡大先端部断面は、第１及び第２の振動モ
ードを“質量制御”により低下するが、その場合、第２
振動モードは第１振動モードと比較して相当に低下す
る。これ等の２つのモードは、下部断面を“太くする
（beefing up）”ことにより、等しい量だけ高まり補正
された羽根ディスク系周波数レベルになる。更に、（剛
性制御を行うために）“太くした（beefed up)”下部断
面は振動強度を付加的に増強する。更に、(速度繰り返
し能力を除き)根元に対する振動強度の増加は、根元の
くびれ形状を（例えば、最上位のくびれ部における半径
を増加する等により）変えることによって達成される。
このような振動強度は、第３及び第４モードのようにチ
ューニングされていないモードに対して必要とされる。
また、下方断面部の剛性を増加することにより、第３及
び第４モードの周波数は高くなるが、これは、下方断面
部及び根元双方における強度の付加的な増強に貢献す
る。

【００３３】表５〜表８の座標点は、表１〜表４に記載
されている翼状部から多くの点で実施上に異なる翼状部
の形状を定義している。羽根の翼状部は、１４.５７ｉ
ｎ（３７０.０７ｍｍ）の高さを有するが、台部は、典
型的な羽根よりも半径方向において相当に厚く（しかも
後述するような他の特徴を有する）。翼状部の下方断面
（３／８又はＪ−Ｊ〜Ｆ−Ｆを経る基部）及び１／８断
面（８−Ｈ）及び下方の食い違い角は第１及び第２モー
ドの周波数を共に同じ大きさだけ上昇する。これによ
り、羽根構造全体に対する剛性制御が実現されている。
同時に、先端に近い断面（７／８及び先端断面に対応す
るＢ−Ｂ及びＡ−Ａ）は拡張されて、質量制御により第
１及び第２モードの周波数は共に下げられている。しか
し、第２モードの周波数は、翼状部の寸法のこのような
変更によって第１モードの周波数よりも更に低くされ、
正味の結果として、第２モードの周波数は第１モードの
周波数に対し低くなり、これにより、第１及び第２モー
ドに対するチューニング要件は満たされる。その結果、
歯形先端部長さにおける変更で、第１モードの翼単独周
波数に対し可能な周波数が最大限に変化し、既述のよう
に、翼列に沿い特定の羽根のシーケンス化という付加的
な対策を講じなくても混調要件が満たされることにな
る。

【００３４】チューニングの困難性は、台部、第２モー
ドのディスク系周波数と第２モードの翼単独周波数との
間における周波数の大きな広がりを招来する非常に可撓
性の大きい一体のディスク或はロータに起因する。従っ
て、第２モード周波数を正確に設計することが非常に重
要であり、そのためには、第１モード周波数（システム
周波数）の設計の精度が重要である。

【００３５】従って、図６及び図７に示した翼は、図１
〜図５に示した翼に代わる改装用の翼として設計してあ
る。図６及び図７の翼は自立型のものであって、ここで
“自立型”とは、従前の羽根のように押え金で連結され
たり或は側板で連結さていないことを意味する。

【００３６】図６及び図７に示した翼の根元部４４は、
最上位の根元くびれ部４４ａが異なった半径を有する点
を除き、従来の羽根の根元部と同じである。特に、上記
半径は、図１５に示した例では、０.０６２５ｉｎ(１.
５８７５ｍｍ）から０.０８５０ｉｎ(１２.１５９ｍ
ｍ）に増加されている。更に、台部の下側面に対する半
径も０.１８０ｉｎ（４.５７２ｍｍ）に増加され、そし
て上記２つの半径の中心を結ぶ線は、座面４４ｂに対し
て平行である。これ等の半径は図１６に更に明瞭に示し
てある。このような大きい半径を用いることにより根元
部の強度は改善され、しかも根元のくびれ部４４ａにお
ける応力集中が減少されて速度繰り返し能力が増加す
る。

【００３７】図１５の根元中心線ＲＣＬの右側の円Ｂで
示した部分の拡大図である図１６を参照するに、ロータ
５０は、座面４４ｂが最上位のくびれ部４４ａにおいて
ロータ５０及び根元部４４間の面接触領域となるように
根元部４４と噛み合う溝を有している。座面４４ｂは実
質的に扁平であり、既述のように、ぞれぞれ０．０８５
ｉｎ（２.１５９ｍｍ）の半径Ｒ１及び０.１８ｉｎ(４.
５７２ｍｍ）の半径Ｒ２の中心Ｃ１及びＣ２間に引かれ
た線に対して平行である。更に、座面４４ｂに対する
０.０８５ｉｎ（２.１５９ｍｍ）の半径Ｒ１の接点Ｔ１
は、対応の尖塔半径の接点に対するオフセットが零であ
り、従って、接点Ｔ１は両者に対して共通である。この
特徴は独特のものであり、新規な０.０８５ｉｎ（２.１
５９ｍｍ）の半径が、対応の改装尖塔半径［ここで術語
“尖塔（steeple)”はロータ溝を指す］よりも相当に大
きいという理由から可能である。その結果として、公称
応力及び周波数に対する影響が最小となるように、最も
上の根元断面に従来可能であったよりも僅かに大きく厚
みのある根元くびれ部が設けられる。従って、従来の羽
根と比較した場合、図１５に示す最も上の根元くびれ部
は従来の羽根の根元部よりも若干小さく且つ薄肉であ
る。

【００３８】図１〜図５に示した従来の羽根に優る本発
明の別の特徴は、台部の形態にある。図６、図８、図１
３及び図１４を参照するに、台部４６は凹縁４６ａ及び
凸縁４６ｂを有する。台部の凹縁には１５°の勾配が付
けられており、この勾配角は、垂直台部角とも称され
る。凸縁４６ｂは、同じ方向に１２°のアングルが付け
られている。また、凹縁が根元中心線半径Ｒ３に向かい
傾いていると述べる場合、このことは、凹縁の頂部及び
底部双方が平行で且つ半径Ｒ３により形成される根元の
中心に対して同心であることを意味する。この関係は図
１３に見ることができる。本発明による台部の他の重要
な側面は、翼状部４８の後縁５４に扁平なカットアウト
（カットアウト面）５２が形成されていることである。
この扁平なカットアウト５２は、図７にも示されてい
る。扁平なカットアウト５２は、垂直台部角と同じ１５
°でアングルを付けられている（即ち、Ｘ−Ｘ軸線に向
かいこの角度で傾いている）。この扁平な１５°の傾き
面は、例えば、１５°のアングルが付いた台部カッタ
を、１.９８４ｉｎ（５０.３９４ｍｍ）の寸法で直線状
に移動することにより形成される。従って、扁平なカッ
トアウト５２の頂部及び底部は、直線状のＸ−Ｘ軸に対
して平行であり、他方、凹縁４６ａの頂部４６ｃ及び底
部４６ｄは根元中心線（半径Ｒ３により形成される）に
対して平行で且つ同心関係にあり、従って曲線状であ
る。カットアウト５２は、翼状部４８の後縁５４の下側
に位置する台部の端に設けられて、張り出しを減少する
という効果を有し、それにより、速度繰り返し能力が高
められる。ここで、張り出しとは、図６に示すように、
台部の端面における凹縁４６ａと最も上部の根元のくび
れ部４４ａとの間の距離である。従来の翼では、張り出
しの大きさは０.８６８ｉｎ（２２.０４７ｍｍ)であっ
たのに対し、本発明の羽根においては、張り出しは０.
２４６ｉｎ(６.２４８ｍｍ）である。従って、この張り
出しは、台部の後縁の凹側で外向きに接線方向に延びる
該台部４６の底部４６ｅとして定義される。

【００３９】速度繰り返し能力を更に高めるために、凹
縁４６ａに対応する１５°の垂直台部角を設けることに
より、該台部の平均重心は、図示のようにＸ−Ｙ軸に対
し重ねられた垂直方向の位置になる。この角度を設けな
い場合には、台部の重心は負の垂直方向に位置し、その
結果、根元のくびれ部４４ａの凹状の後縁に付加的な引
張応力が生ずるであろう。台部は、０.９４８ｉｎ（２
４.０７９ｍｍ）の比較的大きな厚さを有しているの
で、この設計における台部の重ねは、顕著な特徴であ
る。

【００４０】図１３及び図１４には、また、平行な破線
曲線４５ａ及び４５ｂとして、根元部の上部出っ張りが
示されており、この図から、台部及び翼状部に対する根
元部の相対位置が分かる。回動中心及び半径の長さも、
好適な実施例における各曲線に対して図示してある。

【００４１】図９を参照するに、翼状部の歯形先端部５
６は、０.２００〜０.３０５ｉｎ（５.０８ｍｍ〜７.７
４７ｍｍ）の長さＴＨを有している。翼列における１つ
置きの羽根は、０.０７５ｉｎ（１.９０５ｍｍ）の歯形
長さＴＨを有する。この長さは、上記２つの歯形長さに
おいて、羽根の全長が１４.５７ｉｎ（３７０.０７ｍ
ｍ）に留どまるように、翼状部の末端から測定した値で
ある。

【００４２】全図面を通し、Ｚ−Ｚ軸は、Ｘ−Ｘ軸及び
Ｙ−Ｙ軸に対して直交する半径方向の平面であり、Ｘ−
Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸の交差部に形成される。本発明による
羽根の他の特徴は、最大断面肉厚及びゲージングに関し
て次表に掲げた値から理解されるであろう。

【００４３】

【表９】断面最大肉厚最大肉厚ゲージング (ｉｎ) (ｍｍ) Ａ−Ａ 0.265 6.731 0.335 Ｂ−Ｂ 0.347 8.813 0.404 Ｃ−Ｃ 0.433 10.998 0.479 Ｄ−Ｄ 0.514 13.055 0.569 Ｅ−Ｅ 0.617 15.671 0.643 Ｆ−Ｆ 0.675 17.145 0.687 Ｇ−Ｇ 0.779 19.786 0.720 Ｈ−Ｈ 0.875 22.225 0.764 Ｊ−Ｊ 0.930 23.622 0.747

【００４４】本発明の多くの変更及び応用は当業者には
明らかであろう。従って、このような変更及び応用は、
本発明の範囲に包含されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の蒸気タービン羽根の側立面図。

【図２】図１の蒸気タービン羽根の端面図。

【図３】図１の蒸気タービン羽根の頂面図。

【図４】図１の蒸気タービン羽根の台部に重ねられた図
１のＦ−Ｆ断面における、羽根のＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸
を示す断面図。

【図５】図１のほぞ断面Ｔ−Ｔを示す図であり、更に、
羽根のＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸における点１〜２２に対す
る各断面の形状を量化するためのスプライン補間点を示
す図。

【図６】本発明による蒸気タービン羽根の端面図。

【図７】図６に示した蒸気タービン羽根の側立面図。

【図８】図７の断面Ｒ−Ｒにおける断面図。

【図９】図１２の断面ＰＴ−ＰＴにおける図６の翼状部
の先端部の拡大図。

【図１０】図７に示した種々の断面を重ねて示す図。

【図１１】図６に示した蒸気タービン羽根の典型的な断
面を示す図であり、翼寸法を量化するためのスプライン
補間点を示すと共に、ゲージングについて説明するため
に翼列における２つの隣接する羽根を示す図。

【図１２】図７の蒸気タービン羽根のＴ−Ｔ断面を示す
図。

【図１３】Ｘ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸における台部の平面図
に重ねた基部断面を示す図。

【図１４】台部に対する根元部の端面図。

【図１５】図６に示した蒸気タービン羽根の根元部の端
面図。

【図１６】本発明による根元及び溝を示す拡大端面図。

【符号の説明】

４２蒸気タービン羽根４４根元部Ｒ３根元中心線半径ＲＣＬ根元中心線４６台部４６ａ台部の凹縁４６ｂ台部の凸縁４８翼状部５０ロータ５２カットアウト（カットアウト面）５４翼状部の後縁５６翼状部の歯形先端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータ軸線に対し平行なＸ−Ｘ軸線を有
する自立型混調式テーパ付き捩れ蒸気タービン羽根であ
って、根元中心線半径により定められる根元中心線を有する根
元部と、該根元部に連結された台部と、該台部に連結され、前縁と、後縁と、凸状の負圧面と、
凹状の正圧面と、歯形先端部とを有する翼状部とを備
え、前記台部は、凹縁と、凸縁と、前記翼状部の前縁に垂直
方向に近接した第１の端と、前記翼状部の後縁に垂直方
向に近接した第２の端とを有し、前記凹縁は、所定の勾
配角で前記根元中心線半径に向かい勾配を付けられて弧
状の傾き面を画成すると共に、前記台部の第２の端に形
成されて勾配のついた扁平なカットアウト面を有し、該
扁平なカットアウト面は、前記凹縁と同じ所定の勾配角
を有し、前記Ｘ−Ｘ軸線に向かい傾斜している、自立型混調式テーパ付き捩れ蒸気タービン羽根。