JPS6232202A - ブレ−ドダブテ−ル - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、タービンロータにブレードを取り付ける為の
ダブテールに係り、特に、ダブテールに発生し易いフレ
ツチング亀裂を防止し得るように改良したブレードダブ
テールに関するものである。

〔発明の背景〕

蒸気タービンでは高圧、高温の蒸気をノズルにより膨張
加速させ、これを回転軸に取りつけられたブレードに流
入させて動力をとり出す方法が用いられる。軸流タービ
ンにおいてはノズルとブレードが円周上に放射状に配設
されている。

第４図は、タービンの蒸気入口の高圧第１段構造を示す
、ロータ１にブレード２がダブテール３構造にて設置さ
れている。又、ボイラからの蒸気Ｓは、ノズルボックス
４内に流入した後、ノズル５を通り、ブレード２に当た
る、第５図は第４図のＡ−Ａ面から見たノズルボックス
４を示す、ノズルボックス内部は仕切板６８〜６ｄによ
って４区分されており、ボイラからの蒸気はそれぞれの
部屋に別々の配管から流入する。ノズルボックス前の配
管には、それぞれＮα１弁〜Ｎｎ　４弁が設けられてお
り、タービンの負荷調整のためにはこれらの弁を開閉し
て蒸気流量を調整する。すなわち。

負荷が大きくなると虱１弁→Ｎα２弁→Ｎα３弁→Ｈａ
４弁の順に弁を開く、また部分負荷運転時には、＆１弁
のみ、又はＮα１，２弁のみ開く状態にある。

＆１弁のみ開いた場合は、仕切板６ａか６６ｂの間のノ
ズル５に蒸気が流れ、他の弁ノズルには蒸気が流れない
状態である。

第６図は、第４図に示したブレード２の斜視図を示す。

ロータ１の外周には雄のダブテール３が全周に加工され
ており、これと相対してブレード２には上記雄のダブテ
ール３と嵌合する雌のダブテール３′が組付けられる。

ダブテールのフック数は本図の場合３フツクであるが、
一般には１〜４フック程度あり、ブレード２の寸法の大
きさにより使い分けられる。

ブレード２はダブテール３にそってロータ全周に複数枚
セットされた後、ブレード２と一体構成されたテノン７
を、シュラウドカバー８の穴に挿入し、テノン７をかし
めて、複数枚の群翼構造をなしている。この群翼は全周
に複数組配設される。

蒸気は図示の方向から流入し、ブレード２の流路を流れ
てロータ１を回転させる。このため、各ブレード２は回
転方向に推進力を受けており、また、回転による遠心力
も受ける。

前記第５図で説明したように、タービンの部分負荷運転
時には、蒸気は全周にあるノズルのうち１部しか流れな
い、この時にブレードが受ける力を第７図にて説明する
。詳細は米国文献「パーシャル　アトミッションによる
タービン翼の振動（Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｂｌａｄｅ　Ｖｉ
ｂｒａｔｉｏｎ　ｄｕａ　ｔｏ　ＰｅｒｔｉａｌＡｄｍ
ｉｓｓｉｏｎ　：　Ｉｎｔ、　Ｊ　、Ｍｅｃｈ）に記載
されている。

全周３６００にあるノズルとブレードを展開して示した
図が（ａ）である。部分噴射時には、全周に設けられて
いるノズル５のうち１部にしか蒸気が流れない。この時
に１本のブレード２が受ける力を示した図が（ｂ）であ
る、この力をさらに分解すると、（Ｃ）の力と（ｄ）の
力とである。

特に（ｃ）の力が、１回転ごとにブレードが受ける衝撃
力であり、初段翼特有のものである。（ｄ）の力は、ノ
ズル５の後流に発生する流れの不均一性により発生する
ウェークである。

しかして、ブレードは、１回／１回転に受ける蒸気力（
Ｑ）と、ノズル数７１回転に受ける蒸気力（ｄ）の合成
力が負荷され、更に遠心力が負荷され、高温であるため
、厳しい条件下で使用されている。近年大容量火力ター
ビンにおいても、原子力タービンがベースロード運用さ
れるため、夜間に低負荷にし昼間は高負荷にするといっ
た方式の運転がされるようになった。

従ってブレードはかなりの衝撃力を受けて運転されるた
め、ロータとの連結部で疲労を生じることもある。

第８図は、ブレードとブレードとの接合部付近において
、ダブテールのホイール溝に亀裂が発生した実例である
。特に、ブレード２はシュラウドカバー８にて連結され
ているため、隣接する群翼Ｂと群翼Ｃとの間は相対的な
動きが大きく、この境界部においてホイール側に設けた
雄のダブテール３に亀裂が発生したものと考えられる。

第９図及び第１０図は、ブレードが群翼で受ける外力を
表わしたものである。第９図は遠心力による半径方向力
を示す、各々のブレードは自分の遠心力をもつためダブ
テール３には等しい力Ｆｔが作用する。第１０図は蒸気
力による接線方向力を示す。シュラウドカバー８にて群
翼を連結しているため、剛性が高ければ翼は一体構造と
近くなリダブテールには図の如く外力Ｆｓが作用し、群
翼端には最も大きな力が作用する。また、外力の他に、
先頭翼と最後翼は周方向の拘束がないため動きやすく、
ダブテールにおいて、ホイールとブレードの相対動きが
最大となる。

第１１図は、このブレード間のダブテールに作用する応
力分布図である。ホイールとブレードとの接触端におい
て最大応力が作用している。

第１２図はブレード側フック９及びホイール側フック１
ｏの面圧分布を示す図表である。ブレード側フック９は
、接触部の両端をＲ形状としている。このＲの付根に最
大面圧ＰＭＡχが作用している。従ってホイールフック
１０の受ける力は、ブレードフック９のＲ付根で最大と
なり、この部分が最大応力部となる。また、接触部の相
対移動量もこの部分が大きくフレツチング疲労が発生す
る危険性がある。

〔発明の目的〕

本発明は前述の事情に鑑み、ダブテールフックに発生し
易いフレツチング疲労を防止し得るブレードダブテール
を提供し、蒸気タービンの信頼性向上に貢献しようとす
るものである。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために創作した本発明のブレード
ダブテールについて、先ず、その基本的な原理を説明す
る。

フレツチング疲労についての文献は種々あり。

例えば日本機械学会論文集３４巻２６８号「フレツチン
グ疲れに関する研究にあるように、ある範囲の面圧と相
対すベリ量とに比例して発生が多いようである。すなわ
ち、相対すベリ量のない所にはフレツチング疲労は発生
しない。

また、万一フレツチング疲労により接触部のごく表面に
微少な亀裂が発生しても、亀裂の進展がないと大きな破
損事故には至らない。従って亀裂進展を防止するには、
フレツチングが発生しそうな個所の近傍の応力を低減す
ることが有効である。

第１２図に示す如くブレードの遠心力によりホイール溝
には接触面に平行に引張応力σＺが発生するがこれを低
くすることにより接触端ＰＭ＾Ｘ近傍に発生するフレッ
チングの微少亀裂からの亀裂進展を防止することができ
る。

上述の原理に基づいて前記の目的（プレツチング亀裂の
防止）を達成するため１本発明のダブテールは、ロータ
の周囲に多数のブレードをダブテールによって係合した
タービンロータにおいて、隣接するブレードが対向して
いる個所の付近においてロータ側のダブテールとブレー
ド側のダブテールとが接触しないように逃げ溝を設けた
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を第１図乃至第３図について説
明する。

第１図は、ブレード２を列設したロータ１の１部をロー
タの軸心方向に見た外観図である１本図に描かれている
８個のブレード２の内、左側の４個と右側の４個とはそ
れぞれシュラウドカバー８で連結されている。第２図は
第１図の■−■断面を示し、この面は二つの翼群の隣接
部に当たる。

第３図は第２図の■−■断面を示し、第１図に示した■
′部に対応する個所を描いである。

ホイール側ダブテールのフック１０が、２個のブレード
側ダブテールのフック９の隣接部に対向している部分に
逃げ溝１１を設ける。これにより、ブレード側ダブテー
ルのフック９のＲ部近傍はホイール側ダブテールのフッ
ク１０に当接しなくなる。

従来例の構造（第１２図）と対比して明らかなように、
前記の逃げ溝を設けたことにより、双方のダブテールフ
ック９，１０の当接面積は縮少し、面圧最大点ｐ１にお
ける面圧ＰＭＡＸ’　　が大きくなる。

本例においては、逃げ溝１１の２１点付近は。

溝底の隔にｒを施しである。

第１３図は、ホイールとブレードのダブテールフッタ接
触端の応力状態を従来例と本例とについて比較したもの
である。ここで従来構造をＡ形状と名付けて示し本例の
形状をＢ形状として示しである。また、接触面に垂直方
向の応力をσＲ１平行方向の応力をσ寞としである。応
力の大小を比較するため、接触端の位置を左右方向につ
いて揃えて描いである。

ホイール表面の応力を比較すると、σ８応力分布（面圧
分布）では、Ａ形状（従来）よりもＢ形状（本例）の方
が接触端の応力が高くなる。すなわち、ブレードが外力
を受けても１面圧が高いため、ホイールとブレードは相
対すべりが少なくなる。また、σＺ応力分布を比べると
、接触端ではＢ形状（本例）がＡ形状（従来）よりも応
力が小さい。これは、Ｂ形状はＡ形状より面圧は高くな
りそれによる２次的な応力が高くなるが、ホイール側に
は溝がありｒ加工されているため、σ２方向の一端が応
力解放されるためσＺが小さくなるものである。

すなわち、Ｂ形状（本例）では、面圧を高くして、ホイ
ールとブレード接触部の相対すベリを少なくし、フレッ
チング疲労を防止する。また万一微少亀裂が発生しても
、周方向応力σ２が小さいため亀裂進展が起こらず、大
事故には至らない。

第１４図乃至第１６図は前記と異なる実施例を示す。本
例においてはブレード側ダブテールのフック９にも逃げ
溝１２を設けである。ｒｉは上記の溝１２の切り上げ部
に付したアールを示している。これにより円周方向の応
力が解放されるので。

ブレード側の周方向応力が低くなり、亀裂の進行が防止
される。

ブレード側の逃げ溝１２の周方向寸法Ｑ１を、ホイール
側の逃げ溝１１の周方向寸法（片側）Ω２よりも小さく
構成すると、ホイール側ダブテールをより安全にするこ
とができる。

以上に説明した二つの実施例に共通して、ロータホイー
ルのダブテールとブレードダブテールにて接触構造にて
連成されるダブテールフック溝の端部を面圧を上げるこ
とにより相対すベリ量を小さくし、接触面と平行な方向
の応力を解放し低くすることができるため、フレッチン
グ疲労と亀裂進展を防止することができる。

上記説明のフック溝は、群翼端に設けることもよく、各
翼にそれぞれ設けてもよく、上中下段のそれぞれのフッ
クに設けてもよく、１ケ所のみ設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のダブテールを適用すると
、フレッチング疲労を防止し得るという優れた実用的効
果を奏し、蒸気タービンの信頼性向上に貢献するところ
多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の１実施例を示し。 第１図はロータに列設されたブレードの取付部の外観図
、第２図は第１図の■−■断面図、第３図は第２図の■
−■断面図である。第４図は従来蒸気タービン初段の断
面図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図、第６図はブレー
ドの斜視図、第７図はブレードの受ける蒸気力説明図表
、第８図はダブテールフック亀裂説明図、第９図及び第
１０図は群翼にかかる外力説明図、第１１図はダブテー
ルフック接触端の応力分布図表、第１２図はダブテール
フックの接触面圧分布図、第１３図はダブテール接触端
の応力分布である。第１４図乃至第１６図は前記と異な
る実施例を示し、第１４図は外観図、第１５図は第１４
図のｘｖ　−ｘｖ断面図、第１６図は第１５図のＸＶＩ
　−ＸＶＩ断面図である。 １・・・タービンのロータ、２・・・ブレード、３・・
・ダブテール、４・・・ノズルボックス、５・・・ノズ
ル、６ａ〜６ｄ・・・仕切断、７・・・テノン、８・・
・シュラウドカバー、　ＰＨ＾ｘｅ　ＰＨ＾Ｘ′・・・
フック接触端の最大面圧、９・・・ブレード側フック、
１０・・・ホイール側フック、１１・・・逃げ溝、σＲ
・・・面圧方向応力、σ２・・・局方向応力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロータの周囲に多数のブレードをダブテールによつ
   て係合したタービンロータにおいて、隣接するブレード
   が対向している個所の付近においてロータ側のダブテー
   ルとブレード側のダブテールとが接触しないように逃げ
   溝を設けたことを特徴とするブレードダブテール。 ２、前記多数のブレードは、複数個ごとに連結して群翼
   を形成するものであり、かつ、前記の逃げ溝は隣接する
   群翼が対向している個所に設けたものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項の記載のブレードダブテー
   ル。 ３、前記の逃げ溝は、ロータ側のダブテールとブレード
   側のダブテールとの少なくとも何れか一方に形成したも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は同
   第２項に記載のブレードダブテール。 ４、前記の逃げ溝は、その端部にＲを設けた形状である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項若しくは同第２
   項又は同第３項に記載のブレードダブテール。