動葉片支承結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種抑制制造成本增加，且同時抑制了向埋入有動葉片的轉(zhuǎn)子葉片槽附近的應力集中的動葉片支承結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)子盤(1)上設置的轉(zhuǎn)子葉片槽(10)中埋入有動葉片(30)的動葉片支承結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子葉片槽(10)具備周向槽部(13)和軸心方向槽部(15)，周向槽部(13)在底部(14)比其上方更向轉(zhuǎn)子盤周向延伸，軸心方向槽部(15)在轉(zhuǎn)子盤(1)的端面部(1a、1b)且在底部(14)中的轉(zhuǎn)子盤周向中央部設置，且向轉(zhuǎn)子盤軸心方向延伸。
【專利說明】動葉片支承結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動葉片支承結(jié)構(gòu)，詳細而言，涉及減少了向埋入有動葉片的轉(zhuǎn)子葉片槽的應力集中的動葉片支承結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)用渦輪及蒸氣渦輪形成為如下結(jié)構(gòu):具備殼體和由殼體支承為能夠旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，在所述轉(zhuǎn)子上，在轉(zhuǎn)子軸向上組裝有多級轉(zhuǎn)子盤，并且在該轉(zhuǎn)子盤的周面上設置的多個轉(zhuǎn)子葉片槽中分別埋入有動葉片。
[0003]在此，參照圖9A，對轉(zhuǎn)子葉片槽進行說明，該圖9A是將以往的動葉片支承結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)子盤的主要部分放大后的立體圖。如該圖9A所示，在轉(zhuǎn)子101的周面上設有將一方的端面部IOlb和與該一方的端面部IOlb對置的另一方的端面部(未圖示)貫通的轉(zhuǎn)子葉片槽110。轉(zhuǎn)子葉片槽110具備在底部113比上方側(cè)更向轉(zhuǎn)子周向延伸且前端呈圓弧狀的周向槽部112、112。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2008-069781號公報
[0007]專利文獻2:日本特開昭62-061761號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]然而，上述的渦輪例如在起動時或停止時，轉(zhuǎn)子盤的內(nèi)部與外部的溫度差變大。因此，對于轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部附近而言，因過度的熱應力而產(chǎn)生應力集中。例如，在對具有上述的形狀的轉(zhuǎn)子葉片槽的轉(zhuǎn)子盤來模擬應力集中系數(shù)時，如圖9B所示，確認了應力集中在轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部附近，在該部位，應力集中系數(shù)Kt為2.67。需要說明的是，在圖9B中，用無剖面線表示應力集中系數(shù)為I的情況，用間隔大的剖面線表示應力集中系數(shù)小的情況，且隨著應力集中系數(shù)變大，用減小了間隔的剖面線表示。當該應力集中變大時，例如，對于所述轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部附近而言，產(chǎn)生低循環(huán)疲勞，其壽命可能變短。對于這樣的問題，通過進行緩慢起動等對動作進行限制來運用渦輪等的應對，能夠緩和所述應力集中。然而，作為渦輪，要求快速起動的快速起動型渦輪，在進行上述的應對的渦輪的情況下，無法進行快速起動的運轉(zhuǎn)。另外，還考慮將轉(zhuǎn)子盤自身由高強度的材料制作的情況，但相應地存在制造成本增大的問題。
[0010]根據(jù)以上的情況，本發(fā)明為了解決上述的課題而作出，其目的在于提供一種抑制制造成本增加，且同時抑制了向埋入有動葉片的轉(zhuǎn)子葉片槽附近的應力集中的動葉片支承結(jié)構(gòu)。
[0011]解決方案
[0012]解決上述的課題的本發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)為在轉(zhuǎn)子盤上設置的轉(zhuǎn)子葉片槽中埋入有動葉片的動葉片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于，
[0013]所述轉(zhuǎn)子葉片槽具備周向槽部和軸心方向槽部，該周向槽部在底部比其上方更向轉(zhuǎn)子盤周向延伸，該軸心方向槽部在所述轉(zhuǎn)子盤的端面部且在所述底部中的轉(zhuǎn)子盤周向中央部設置，且向轉(zhuǎn)子盤軸心方向延伸。
[0014]解決上述的課題的本發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)在上述的發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)的基礎上，其特征在于，
[0015]在所述轉(zhuǎn)子葉片槽的底部中的轉(zhuǎn)子盤周向的大小為2W，且所述軸心方向槽部中的轉(zhuǎn)子盤周向的大小為2w’時，w’ / W處于0.49?1.0的范圍。
[0016]解決上述的課題的本發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)在上述的發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)的基礎上，其特征在于，
[0017]所述軸心方向槽部的相對于所述轉(zhuǎn)子葉片槽的底部的角度處于20度?50度的范圍。
[0018]解決上述的課題的本發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)在上述的發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)的基礎上，其特征在于，
[0019]在所述軸心方向槽部的轉(zhuǎn)子盤軸心方向的大小為d時，d / w’處于1.0?1.4的范圍。
[0020]發(fā)明效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子盤的端面部且在轉(zhuǎn)子葉片槽的底部中的轉(zhuǎn)子盤周向中央部設置軸心方向槽部，由此在產(chǎn)生過度的熱應力時，使應力集中系數(shù)向轉(zhuǎn)子葉片槽中的周向槽部和軸心方向槽部分散。其結(jié)果是，能夠抑制向轉(zhuǎn)子葉片槽中的周向槽部的應力集中。只是在轉(zhuǎn)子葉片槽上設置軸心方向槽部，能夠抑制制造成本增加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是用于說明本發(fā)明的一實施方式的動葉片支承結(jié)構(gòu)的圖。
[0023]圖2是圖1中的I1-1I剖視圖。
[0024]圖3是用于說明圖1中的II1-1II剖面的圖，左圖示出其立體圖，右圖示出其剖面。
[0025]圖4是用于說明本發(fā)明的一實施方式的動葉片支承結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)子葉片槽的尺寸的圖。
[0026]圖5是表示本發(fā)明的一實施方式的動葉片支承結(jié)構(gòu)中的軸心方向槽部(避讓槽部)的大小相對于轉(zhuǎn)子葉片槽的大小之比(w’ / W)與應力集中系數(shù)Kt的關(guān)系的坐標圖。
[0027]圖6是表示本發(fā)明的一實施方式的動葉片支承結(jié)構(gòu)中的軸心方向槽部(避讓槽部)的避讓角與應力集中系數(shù)Kt的關(guān)系的坐標圖。
[0028]圖7是表示本發(fā)明的一實施方式的動葉片支承結(jié)構(gòu)中的軸心方向槽部(避讓槽部)的軸心方向的大小相對于該軸心方向槽部的轉(zhuǎn)子盤周向的大小之比(d / w’)與應力集中系數(shù)Kt的關(guān)系的坐標圖。
[0029]圖8是表示模擬本發(fā)明的一實施方式的動葉片支承結(jié)構(gòu)中的軸心方向槽部(避讓槽部)的避讓角為30度時的應力集中系數(shù)的結(jié)果的圖。
[0030]圖9A是用于說明以往的動葉片支承結(jié)構(gòu)的一例的圖，是表示將動葉片支承結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子盤的主要部分放大后的立體圖。
[0031]圖9B是用于說明以往的動葉片支承結(jié)構(gòu)的一例的圖，示出模擬該應力集中系數(shù)的結(jié)果。
【具體實施方式】
[0032]以下，參照圖1?圖4，說明用于實施本發(fā)明的動葉片支承結(jié)構(gòu)的一方式。
[0033]在本實施方式的動葉片支承結(jié)構(gòu)中，如圖1?圖4所示，在轉(zhuǎn)子盤I的周面設有多個(在圖示例中為2個)轉(zhuǎn)子葉片槽10，在轉(zhuǎn)子葉片槽10中分別埋入有動葉片30。動葉片30具備設有葉片根部31的平臺32和在平臺32上設置的葉片部33。需要說明的是，在圖1中，動葉片30的葉片根部31及平臺32埋入到轉(zhuǎn)子葉片槽10中。
[0034]轉(zhuǎn)子葉片槽10將轉(zhuǎn)子盤I的一方的端面部Ib和與該一方的端面部Ib對置的另一方的端面部Ia貫通，且相對于轉(zhuǎn)子盤I的周向而向傾斜方向延伸。轉(zhuǎn)子葉片槽10呈現(xiàn)出具備沿著動葉片30的平臺32的槽部11和沿著動葉片30的葉片根部31的槽部12的形狀。轉(zhuǎn)子葉片槽10具備在底部14比上方更向轉(zhuǎn)子盤周向延伸且前端呈圓弧狀的周向槽部
13、13。
[0035]上述的轉(zhuǎn)子葉片槽10還具備在轉(zhuǎn)子盤I的端面部la、Ib且在底部14中的轉(zhuǎn)子盤周向中央部形成的軸心方向槽部(避讓槽部)15。軸心方向槽部15向轉(zhuǎn)子盤I的軸心方向延伸且其前端呈圓弧狀。通過這樣設置軸心方向槽部15，使由于過度的熱應力而向轉(zhuǎn)子盤周向的拉伸應力在轉(zhuǎn)子盤I上呈層狀地產(chǎn)生，從而使以往集中到轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部上的轉(zhuǎn)子周向應力的流動向轉(zhuǎn)子葉片槽10的周向槽部13、13和軸心方向槽部15分散而被緩和。由此，能夠抑制向轉(zhuǎn)子葉片槽10中的周向槽部13、13的應力集中。如圖3(右圖)所示，軸心方向槽部15的避讓角Θ為軸心方向槽部15相對于轉(zhuǎn)子葉片槽10的底部14的延伸方向。
[0036]在此，在上述的動葉片支承結(jié)構(gòu)中，參照圖4及圖5，說明避讓角Θ為30度且軸心方向槽部15的軸心方向的大小相對于轉(zhuǎn)子盤周向的大小之比(d / w’)為1.2時的、軸心方向槽部15的大小相對于轉(zhuǎn)子葉片槽10的大小之比w’ / W與應力系數(shù)集中系數(shù)Kt的關(guān)系。需要說明的是，在圖5中，空心方形標記表示A部(轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部)處的應力集系數(shù)Kt，空心三角標記表示B部(轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部)的應力集中系數(shù)Kt。
[0037]如圖5所示，確認了在A部(轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部)及B部(轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部)的任一處,與w’ / W不足0.4的情況相比，w’ / W為0.49的情況的應力集中系數(shù)Kt都減小。在B部(轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部)處，確認了 w’ / W在從0.49至不足0.6的范圍內(nèi)，應力集中系數(shù)Kt大致固定。由此，在B部(轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部)處，即便相對于轉(zhuǎn)子葉片槽10而軸心方向槽部15逐漸增加，應力集中系數(shù)Kt也固定，因此推測出即便增大軸心方向槽部15的轉(zhuǎn)子盤周向的大小而成為與轉(zhuǎn)子葉片槽10的轉(zhuǎn)子盤周向的大小相同的w’ /W=L 0，應力集中系數(shù)Kt也成為與w’ / W為0.49時大致相同的值。
[0038]因此，確認了在軸心方向槽部15的大小相對于轉(zhuǎn)子葉片槽10的大小之比(《’ /W)為0.49?1.0的范圍時，能夠使由于過度的熱應力而產(chǎn)生的應力向轉(zhuǎn)子葉片槽10的周向槽部13、13和軸心方向槽部15分散并緩和。[0039]在上述的動葉片支承結(jié)構(gòu)中，參照圖4及圖6，說明w’ / W為0.5且d / w’為1.2時的、軸心方向槽部的避讓角Θ與應力系數(shù)集中系數(shù)Kt的關(guān)系。需要說明的是，在圖6中，空心方形標記表示A部(轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部)處的應力集系數(shù)Kt，空心三角標記表示B部(轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部)的應力集中系數(shù)Kt。需要說明的是，A部及B部的應力集中系數(shù)Kt在避讓角為30.0及40.0時表現(xiàn)出相同的值。
[0040]如圖6所示，確認了在A部(轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部)及B部(轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部)的任一處，應力集中系數(shù)Kt在避讓角為20.0度以上且50.0度以下的范圍內(nèi)都成為大致相同的值。
[0041]因此，確認了在軸心方向槽部15中的避讓角的大小為30.0度?50.0度的范圍時，能夠使由于過度的熱應力而產(chǎn)生的應力向轉(zhuǎn)子葉片槽10的周向槽部13、13和軸心方向槽部15分散并緩和。
[0042]在上述的動葉片支承結(jié)構(gòu)中，參照圖4及圖7，說明w’ /W為0.5且避讓角Θ為30度時的、軸心方向槽部的軸心方向的大小相對于該軸心方向槽部的轉(zhuǎn)子盤周向的大小之比(d / w’)與應力系數(shù)集中系數(shù)Kt的關(guān)系。需要說明的是，在圖7中，空心方形標記表示A部(轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部)處的應力集系數(shù)Kt，空心三角標記表示B部(轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部)的應力集中系數(shù)Kt。
[0043]如圖7所示，確認了在軸心方向槽部15的軸心方向的大小相對于該軸心方向槽部15的轉(zhuǎn)子盤周向的大小之比(d / w’)為1.0?1.4的范圍時，A部(轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部)的應力集中系數(shù)Kt和B部(轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部)的應力集中系數(shù)Kt成為大致相同的值。
[0044]因此，確認了在軸心方向槽部15中的軸向的大小相對于該軸心方向槽部15的轉(zhuǎn)子盤周向的大小之比(d / W，)為1.0?1.4的范圍時，能夠使由于過度的熱應力而產(chǎn)生的應力向轉(zhuǎn)子葉片槽10的周向槽部13、13和軸心方向槽部15分散并緩和。
[0045]在此，參照表示模擬了軸心方向槽部(避讓槽部)的角度為30度時的應力集中系數(shù)的結(jié)果的圖8，說明在轉(zhuǎn)子盤上設有上述的形狀的轉(zhuǎn)子葉片槽的動葉片支承結(jié)構(gòu)。需要說明的是，在圖8中，用無剖面線表示應力集中系數(shù)為I的情況，用間隔大的剖面線表示應力集中系數(shù)小的情況，且隨著應力集中系數(shù)變大，用間隔減小的剖面線表示。
[0046]如圖8所示，確認了如下情況:應力集中系數(shù)Kt在轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部和軸心方向槽部處比其他的部位高，且在轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部處應力集中系數(shù)Kt為2.17，在轉(zhuǎn)子葉片槽的軸心方向槽部處應力集中系數(shù)Kt為2.03。并且，確認了如下情況:與表示對以往的動葉片支承結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子葉片槽來模擬應力集中系數(shù)的情況的圖9B相比時，應力集中系數(shù)Kt在轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部處變小。
[0047]因此，通過在轉(zhuǎn)子葉片槽10上設置軸心方向槽部15，能夠使以往向轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部集中的轉(zhuǎn)子周向應力的流動向轉(zhuǎn)子葉片槽10的周向槽部13、13和軸心方向槽部15分散并緩和。
[0048]如以上說明的那樣，根據(jù)本實施方式的動葉片支承結(jié)構(gòu)，通過在轉(zhuǎn)子葉片槽10中的轉(zhuǎn)子盤I的端面部la、Ib且在其底部14中的轉(zhuǎn)子盤周向中央部設置軸心方向槽部15，使由于過度的熱應力而向轉(zhuǎn)子盤周向的拉伸應力在轉(zhuǎn)子盤I上呈層狀地產(chǎn)生，從而使以往集中到轉(zhuǎn)子葉片槽的周向槽部上的轉(zhuǎn)子周向應力的流動向轉(zhuǎn)子葉片槽10的周向槽部13、13和軸心方向槽部15分散并緩和。由此，能夠抑制向轉(zhuǎn)子葉片槽10中的周向槽部13、13的應力集中。另外，只是在轉(zhuǎn)子葉片槽10上設置軸心方向槽部15，該軸心方向槽部15通過機械加工而能夠容易地制作，且不需要變更轉(zhuǎn)子葉片槽中的周向槽部的形狀，因此能夠抑制制造成本增加。而且，并不局限于新設置渦輪時，在保養(yǎng)維護時也可以在轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)子葉片槽上設置軸心方向槽部。
[0049]工業(yè)上的可利用性
[0050]本發(fā)明為動葉片支承結(jié)構(gòu)，能夠抑制制造成本增加，且同時能夠抑制向埋入有動葉片的轉(zhuǎn)子葉片槽中的周向槽部的應力集中，因此在利用渦輪的發(fā)電工業(yè)等中能夠有益地利用。
[0051]符號說明:
[0052]I轉(zhuǎn)子盤
[0053]la、Ib 端面部
[0054]10 轉(zhuǎn)子葉片槽
[0055]13 周向槽部
[0056]14 底部
[0057]15 軸心方向槽部(避讓槽部)
[0058]30 動葉片
`[0059]31 葉片根部
[0060]32 平臺
[0061]33 葉片部
[0062]d 軸心方向槽部(避讓槽部)的軸心方向的大小
[0063]2W 轉(zhuǎn)子葉片槽的轉(zhuǎn)子盤周向的大小
[0064]2w’ 軸心方向槽部(避讓槽部)的轉(zhuǎn)子盤周向的大小
[0065]Θ 避讓角
【權(quán)利要求】
1.一種動葉片支承結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子盤上設置的轉(zhuǎn)子葉片槽中埋入有動葉片，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子葉片槽具備周向槽部和軸心方向槽部，該周向槽部在底部比其上方更向轉(zhuǎn)子盤周向延伸，該軸心方向槽部在所述轉(zhuǎn)子盤的端面部且在所述底部中的轉(zhuǎn)子盤周向中央部設置，且向轉(zhuǎn)子盤軸心方向延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動葉片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于， 在所述轉(zhuǎn)子葉片槽的底部中的轉(zhuǎn)子盤周向的大小為2W，且所述軸心方向槽部中的轉(zhuǎn)子盤周向的大小為2w’時，w’ / W處于0.49?1.0的范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動葉片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述軸心方向槽部的相對于所述轉(zhuǎn)子葉片槽的底部的角度處于20度?50度的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動葉片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于， 在所述軸心方向槽部的轉(zhuǎn)子盤軸心方向的大小為d時，d / w’處于1.0?1.4的范圍。
【文檔編號】F01D5/30GK103890319SQ201280041695
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】平田智之, 加藤永護, 渥美秀勝 申請人:三菱日立電力系統(tǒng)株式會社