JPH0681886B2 - 軸流流体機械の動翼装置 - Google Patents

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、動翼相互間に
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（環状連結装置）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つめは群翼構
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５図及び第６図に基づきそのものを説明する
と、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３が
配置されているが、この翼結合体３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６図から明らかとなるように、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62-1
2803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、群翼構造のもに比し少なくな
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、反面この構成であると、隣接群翼を互に接結する
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、群翼の両端にある動
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
も重大な難点は、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、強度的な面で信頼
性が低いということである。

本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とすると
ころは、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、加工，組立が簡単であると共
に、蒸気タービンの効率を向上させることのできる軸流
流体機械の動翼装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するためには、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すればよい。

また、蒸気流入側連結部材の厚みを蒸気流出側連結部材
の厚みより少なく形成するとよい。

ここに、本発明は、回転体に周囲に配置された複数個の
動翼及び、前記動翼に固定され、複数個の動翼を跨い
で、動翼の群れとして保持する翼結合体を備えた軸流流
体機械の動翼装置において、前記翼結合体は、蒸気の流
入方向に対して前列と後列との連結部材に別けて形成さ
れ、更に、前列の厚みが後列の厚みより少なく形成され
ると共に、前記連結部材の周方向の端部は、前記動翼の
反り方向と略同一方向になるように隣接し、前列と後列
との間で千鳥状となるように配置したものである。

〔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、蒸気流入側連結部材の厚みを蒸気流出側連結部材
の厚みより少なく形成すると、動翼に付着した水分が、
遠心力によりすみやかに連結部材の列間を介して動翼装
置外部へ排出されるので、タービン損失を減少させる。

〔実施例〕

以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

第１図及び第２図にはその動翼装置の要部が斜視図で平
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、略同一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、図で見えな
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群翼
構造を形成している。１つの群翼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、隣接群翼の
境、すなわち、連結部材の切れ目は、蒸気流入側連結部
材4aの切れ目７と蒸気流出側連結部材4bの切れ目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。

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、
やや大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問題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、本実施例では、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で両者が押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、以上説明してきた実施例では、一つの連結部材が群
翼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，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本ずつの群翼、
すなわち全周同一の群翼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、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群翼として連結さ
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、本実施例では、連結部材の周囲断面を示した第
４図にあるように、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を設けるとともに、
連結部材の内周面側に段差Ｄを設けたものである。

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７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。

また、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の側部に突堤を設けるようにしてもよいで
あろう。

〔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、蒸気の流入方向に
対して前列と後列との連結部材に別けて形成され、更
に、前列の厚みが後列の厚みより少なく形成されると共
に、前記連結部材の周方向の端部は、前記動翼の反り方
向と略同一方向になるように隣接し、前列と後列との間
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、いわゆる群翼構造を形成し、
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
から一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、連結部剤の厚み、即ち直列の厚みが後列の厚みよ
り少なく形成されるので、動翼に付着した水分が、遠心
力によりすみやかに連結部材の列間を介して動翼装置外
部へ排出され、タービン損失を減少させるので、蒸気タ
ービンの効率を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図は本発明の動翼装置の連結部材周
囲の縦断面図、第５図は従来の動翼装置周囲を示す斜視
図、第６図は第５図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第７図は
タービンの要部を示す縦断面図である。 １……回転体、２……動翼、4a,4b……連結部材、6a,6b
……テノン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−88402（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−14161（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭52−32401（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体に周囲に配置された複数個の動翼及
   び、前記動翼に固定され、複数個の動翼を跨いで、動翼
   の群れとして保持する翼結合体を備えた軸流流体機械の
   動翼装置において、 前記翼結合体は、蒸気の流入方向に対して前列と後列と
   の連結部材に別けて形成され、更に、前列の厚みが後列
   の厚みより少なく形成されると共に、前記連結部材の周
   方向の端部は、前記動翼の反り方向と略同一方向になる
   ように隣接し、前列と後列との間で千鳥状となるように
   配置されたことを特徴とする軸流流体機械の動翼装置。