JP4445155B2

JP4445155B2 - Turbine blade

Info

Publication number: JP4445155B2
Application number: JP2001133705A
Authority: JP
Inventors: 登志雄鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002327601A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービン動翼に係り、特に、翼植込み部の応力の低減化を図ったタービン動翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流タービンは、タービンロータ（タービン軸）の周方向にタービン動翼を多数植設するとともにタービンノズルとタービン動翼とを１組として１段のタービン段落を構成し、このタービン段落をタービンロータの軸方向に向って複数段配置する構成になっている。
【０００３】
このような構成の軸流タービンは、高出力化に適しているので、実用機として数多く発電プラント等に適用されている。
【０００４】
ところで、流体に蒸気を用いた軸流タービンでは、大容量化に伴って蒸気の圧力、温度がより高圧化、高温化し、運転中、タービン動翼に作用する種々の力によりますます厳しさを増している。これらの力は、遠心応力、熱応力、曲げ応力およびねじり応力としてタービン動翼に生じ、強度の低下、ひいては長翼化に基づく高出力化を阻害する要因の一つにもなっている。
【０００５】
したがって、タービン動翼に作用する応力の低減は、長翼化に基づく高出力化を前進させる重要な設計課題の一つになっている。
【０００６】
タービン動翼では、一般に設計時の応力を評価する際の領域区分として、翼植込み部、翼有効部（蒸気通路部）、翼先端連結構造部に分けられている。さらに、翼植込み部の構造には、鞍形、クリスマスツリー形、Ｔ形およびフォーク形などが用いられている。この中でも、鞍形の翼植え込み部は、加工および組立が比較的容易になるのでタービン段落に数多く適用されている。具体的な構造として図５に示す。
【０００７】
図５は、１本のタービン動翼１を取り出し、タービンロータ２から一体削り出しにして形成したもので、ホイール２ａの周方向から見ており、斜線で示す部分がホイール２ａの断面形状である。
【０００８】
タービン動翼１は、ホイール２ａに植設される翼植え込み部３、蒸気の通路となる翼有効部４、隣接するタービン動翼と連結される翼先端連結部５を備えている。
【０００９】
また、図中、翼先端連結部５は、テノン５ａを一例として示しているが、インテグラルカバーやスナッバカバーを使用する場合もある。
【００１０】
一方、タービン動翼１を植設するホイール２ａは、フック部６ａを頂部から底部に向って末広がり状に形成するホイール植込み部６を備え、このホイール植込み部６に跨ぐようにタービン動翼１の翼植込み部３を装着させている。そして、翼植込み部３をホイール植込み部６の欠き部（図示せず）から挿通し、タービンロータ２の周方向に沿って移動させた後、ホイール植込み部６に装着させる。この種の構造を鞍形の翼植込み部と称している。なお、符号１Ａは、蒸気ＳＴの流れ方向に臨む翼植込み部蒸気入口側を、また符号１Ｂは、蒸気ＳＴの出口方向に向う翼植込み部蒸気出口側をそれぞれ示す。
【００１１】
このように、従来のタービン動翼は、運転中に発生する各種力を翼植込み部３とホイール植込み部６とで支持していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した従来のタービン動翼１は、翼有効部４の重心を通る翼有効部重心中心線Ｃ１とホイール植込み部６の重心を通るホイール植込み部重心中心線Ｃ２とを特に意識することなく設計を行っていた。すなわち、一般的にタービン動翼１は、その翼根元部の一部を抜き出して断面であらわすと、図６に示すように、翼横断面９の翼軸方向幅をＷとし、翼有効部中心線Ｃ１から前縁７までの距離をＸｉ、翼有効部中心線Ｃ１から後縁８までの距離をＸｏとするとき、翼有効部中心線Ｃ１から前縁７までの距離Ｘｉと翼有効部中心線Ｃ１から後縁８までの距離Ｘｏとが、Ｘｉ＜Ｘｏの関係になっている。これは、同一の翼においても前縁７側の翼厚と後縁８側の翼厚とが異なっていることに起因している。このため、運転中、翼有効部４に発生する遠心力Ｆ２を基に翼植込み部蒸気入口側１Ａおよび翼植込み部蒸気出口側１Ｂのそれぞれに発生する遠心分力Ｆ_１Ａ，Ｆ_１Ｂは次式で表わすことができる。
【００１３】
【数２】

【００１４】
（１）式と（２）式およびＸｉ＜Ｘｏの関係を用いると、翼植込み部蒸気入口側１Ａに発生する遠心分力Ｆ_１Ａと翼植込み部蒸気出口側１Ｂに発生する遠心分力Ｆ_１Ｂとを較べると、翼植込み部蒸気入口側１Ａの方が翼植込み部蒸気出口側１ＢよりもＦ_１Ａ＞Ｆ_１Ｂと大きくなっている。さらに、運転中、翼有効部４に蒸気ＳＴによる噴流力Ｆｓ等が加わると、その差はますます拡がる。
【００１５】
このように、従来のタービン動翼は、翼植込み部３を鞍形にした場合、翼植込み部蒸気入口側１Ａの方が翼植込み部蒸気出口側１Ｂに較べて厳しい条件にさらされている。もっとも、現行の設計は、安全係数を比較的高く採っているので、遠心分力Ｆ_１Ａ，Ｆ_１Ｂのアンバランスに基づく不具合・不都合が発生しているわけではない。
【００１６】
しかし、蒸気の圧力、温度をより一層高くし、高出力化を志向すると、タービン動翼１を長翼化する必要がある。しかし、このとき、翼植込み部蒸気入口側１Ａの遠心分力Ｆ_１Ａと翼植込み部蒸気出口側１Ｂの遠心分力Ｆ_１Ｂを均等にしておかないと、強度保証の観点から長翼化に限界が生じ、目標とする高出力が得られないこととなり、何らかの新たな改善が求められていた。
【００１７】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、翼有効部の重心中心線とホイール植込み部重心中心線とが一致するように改善を加えてより長翼化にも耐え得る強度を確保したタービン動翼を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明による別の目的は、翼植込み部蒸気入口側と翼植込み部蒸気出口側のそれぞれの遠心力の分担を従来のままにして、受圧面積を調整することにより発生する応力を均等にし、強度を確保したタービン動翼を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るタービン動翼は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、翼有効部、翼植込み部を備えるとともに、前記翼植込み部をタービンロータに設けられたホイールのホイール植込み部に跨って装着させたタービン動翼において、前記翼有効部の翼横断面の重心を翼長手方向に順次結んだ翼有効部重心中心線と前記ホイール植込み部の重心を通るラジアル線であるホイール植込み部重心中心線とを一致させたものである。
【００２０】
また、本発明に係るタービン動翼は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、前記翼有効部の下端部と前記翼植込み部の頂部との間に、周方向から見て蒸気出口側への段差部が形成されたものである。
【００２１】
また、本発明に係るタービン動翼は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、周方向から見て、前記段差部は滑らかな曲線で形成されてなるものである。
【００２２】
また、本発明に係るタービン動翼は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、翼有効部、翼植込み部を備えるとともに、前記翼植込み部をタービンロータに設けられたホイールのホイール植込み部に跨って装着させたタービン動翼において、前記翼植込み部における翼植込み部蒸気入口側の周方向から見た最狭部の厚みをＴａとし、前記翼植込み部における翼植込み部蒸気出口側の周方向から見た最狭部の厚みをＴｂとすると、厚み比Ｔａ／Ｔｂを
【数３】
Ｔａ／Ｔｂ＞１
の範囲に設定したものである。
【００２３】
また、本発明に係るタービン動翼は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、翼有効部、翼植込み部を備えるとともに、前記翼植込み部をタービンロータに設けられたホイールのホイール植込み部に跨って装着させたタービン動翼において、前記翼植込み部における翼植込み部蒸気入口側フックの付け根円弧の曲率半径を、前記翼植込み部における翼植込み部蒸気出口側フックの付け根円弧の曲率半径よりも大きく設定したものである。
【００２４】
また、本発明に係るタービン動翼は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、翼有効部、翼植込み部を備えるとともに、前記翼植込み部をタービンロータに設けられたホイールのホイール植込み部に跨って装着させたタービン動翼において、前記ホイール植込み部におけるホイール植込み部蒸気入口側フックの付け根円弧の曲率半径を、前記ホイール植込み部におけるホイール植込み部蒸気出口側フックの付け根円弧の曲率半径よりも大きく設定したものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るタービン動翼の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００２６】
図１は、１本のタービン動翼１０を取り出し、ホイール１１の周方向から見た本発明に係るタービン動翼１０の第１実施形態を示す一部切欠き概念図である。
【００２７】
本実施形態に係るタービン動翼１０は、蒸気の通路となる翼有効部１２とホイール１１に植設される翼植込み部１３とを備えるとともに、翼植込み部１３をホイール１１に跨がせる、いわゆる鞍形の翼植込み部に形成している。そして、翼植込み部１３は、ホイール１１の一部を切欠いた空間部分（図示せず）に挿通し、ここからホイール１１の周方向に沿って移動させた後装着するようになっている。
【００２８】
一方、ホイール１１は、タービンロータ１４から一体に削り出してフック部１５とともに形成される。そして、このフック部１５は頂部から底部に向って凹凸部を設けて末広がり状に形成し、翼植込み部１３を装着させるべくホイール植込み部１６を備えている。
【００２９】
このような構成を備えたタービン動翼１０において、本実施形態では、翼有効部１２の翼横断面の重心を翼長手方向に順次結んだ翼有効部重心中心線Ｃ１とホイール植込み部１６の重心を通るタービンロータ１４のラジアル線であるホイール植込み部中心線Ｃ２とを同一線上に一致させたものである。
【００３０】
すなわち、本実施形態は、翼植込み部は従来のまま、翼有効部１２のみを翼植込み部蒸気出口側に矢印Ｅに示すように移動して設置することにより、翼有効部重心中心線Ｃ１とホイール植込み部重心中心線Ｃ２とを同一線上に一致させたものである。そして、その移動量は、翼有効部１２下端部と翼植込み部１３頂部との境界部に矢印Ｅ分だけ段差が生じるため、その部分での応力集中を避けるべく滑らかな曲線Ｒで形成する、その曲率半径に設定したものである。
【００３１】
そして、このように翼有効部重心中心線Ｃ１とホイール植込み部重心中心線Ｃ２とを同一線上に一致させることにより、翼有効部１２の遠心力Ｆ２が、翼植込み部１３の蒸気入口側１Ａと蒸気出口側１Ｂに均等に、すなわち遠心分力Ｆ１Ａ＝遠心分力Ｆ２Ｂのように分布されることになる。したがって、翼植込み部１３蒸気入口側１Ａの最狭部（ネック部）Ｓ１Ａに働く応力と翼植込み部１３蒸気入口側１Ｂの最狭部（ネック部）Ｓ１Ｂに働く応力とは等しくなる。
【００３２】
このことは、従来、翼植込み部１３の応力の高い側（一般に蒸気入口側）で制限されていた翼の設計が、さらに高い応力（遠心力）が生じる新しい翼の採用も可能になることを示すもので、より長翼化への対応も十分可能である。また同じ翼であれば、翼植込み部１３の強度を低く設計、例えば低強度の材料の採用や、最狭部を薄く設計することが可能になるもので、軽量化、低コスト化を可能とする。
【００３３】
図２は、本発明に係るタービン動翼の第２実施形態を示す一部切欠き概念図である。
【００３４】
本実施形態に係るタービン動翼は、翼有効部重心中心線Ｃ１とホイール植込み部重心中心線Ｃ２とは従来どおりのままにし、翼植え込み部蒸気入口側１Ａに作用する遠心分力Ｆ_１Ａに基づく最狭部Ｓ_１Ａの応力と翼植込み部蒸気出口側１Ｂに作用する遠心分力Ｆ_１Ｂに基づく最狭部Ｓ_１Ｂの応力とを均等にさせるために一般的に応力が高くなる翼植込み部１３の最狭部Ｓ_１Ａを一点鎖線Ｑで示す翼植込み部蒸気入口側１Ａから蒸気上流側に向って延長させ、広くしたものである。
【００３５】
今、翼植込み部１３において、翼全体に作用する遠心力をＦ２、翼植込み部蒸気入口側１Ａの最狭部Ｓ_１Ａの厚みをＴａ、翼植込み部蒸気出口側１Ｂの最狭部Ｓ_１Ｂの厚みをＴｂ、翼有効部１２の蒸気流方向の幅をＷ、翼有効部１２の重心を通る翼有効部重心中心線Ｃ１から前縁１７までの距離をＸｉ、翼有効部重心中心線Ｃ１から後縁１８までの距離をＸｏとすると、各最狭部Ｓ_１Ａ，Ｓ_１Ｂに作用する遠心分力Ｆ_１Ａ，Ｆ_１Ｂは次式で与えられる。
【００３６】
【数４】

【００３７】
上式（１），（２）から、翼植込み部蒸気入口側１Ａの最狭部Ｓ_１Ａに作用する応力と、翼植込み部蒸気出口側１ＢのＳ_１Ｂに作用する応力とを等しくさせるには、距離ＴａとＴｂとの関係は次式を満たすことが必要である。
【００３８】
【数５】
Ｔａ／Ｔｂ＝Ｆ_１Ａ／Ｆ_１Ｂ＞１ ……（３）
【００３９】
このように、本実施形態は、翼有効部重心中心線Ｃ１とホイール１１のホイール植込み部重心中心線Ｃ２とは従来のままとし翼植込み部１３における翼植込み部蒸気入口側１Ａの最狭部Ｓ_１Ａの厚みＴａと翼植込み部蒸気出口側１Ｂの最狭部Ｓ_１Ｂの厚みＴｂとの関係式をＴａ／Ｔｂ＞１の範囲に設定して応力を均等にしたので、従来、翼植込み部１３の応力の高い側（一般に蒸気入口側）で制限されていた翼の設計が、さらに高い応力（遠心力）が生じる新しい翼の採用も可能になり、長翼化への対応も十分可能である。また同じ翼であれば、翼植込み部１３の強度を低く設計、例えば低強度の材料の採用や、最狭部を薄く設計することが可能になるもので、軽量化、低コスト化が実現できる。
【００４０】
図３は、本発明に係るタービン動翼に適用する翼植込み部の実施形態を示す概念図である。
【００４１】
一般に、タービン動翼は、前述したように、蒸気入口側の方が蒸気出口側よりもより大きな遠心力が負荷されるためホイール植込み部（図示せず）に装着する翼植込み部１３における翼植込み部蒸気入口側フック１Ａｈの付け根円弧Ｒａｈの方が翼植込み部蒸気出口側フック１Ｂｈの付け根円弧Ｒｂｈより片当りになり易く、応力集中が発生し、亀裂発生要因の一つになっていた。
【００４２】
本実施形態は、このような点に着目したもので、翼植込み部蒸気入口側フック１Ａｈの付け根円弧Ｒａｈの曲率半径を、翼植込み部蒸気出口側フック１Ｂｈの付け根円弧Ｒｂｈの曲率半径よりも大きく設定したものである。
【００４３】
このように、本実施形態は、翼植込み部蒸気入口側フック１Ａｈの付け根円弧Ｒａｈの曲率半径を、翼植込み部蒸気出口側フック１Ｂｈの付け根円弧Ｒｂｈの曲率半径よりも大きく設定して応力集中の影響を低くさせるので、翼植込み部の局所応力を低くさせて安定運転を行わせることができる。
【００４４】
図４は、本発明に係るタービン動翼に適用するホイール植え込み部の実施形態を示す概念図である。
【００４５】
従来、タービン動翼は、上述と同様に、遠心力等により翼植込み部（図示せず）を装着するホイール植込み部１６におけるホイール植込み部蒸気入口側フック１_ＳＡの付け根円弧Ｓａｈの方がホイール植込み部蒸気出口側フック１_ＳＢの付け根円弧Ｓｂｈより片当りになり易く、集中応力が発生し、亀裂発生の要因になっていた。
【００４６】
本実施形態は、この点を考慮したもので、ホイール植込み部蒸気入口側フック１_ＳＡの付け根円弧Ｓａｈの曲率半径を、ホイール植込み部蒸気出口側フック１_ＳＢの付け根円弧Ｓｂｈの曲率半径よりも大きく設定したものである。
【００４７】
このように、本実施形態は、ホイール植込み部蒸気入口側フック１_ＳＡの付け根円弧Ｓａｈの曲率半径を、ホイール植込み部蒸気出口側フック１_ＳＢの付け根円弧Ｓｂｈの曲率半径よりも大きく設定して応力集中の影響を低くさせるので、ホイール植込み部１６の局所応力を低くさせて安定運転を行わせることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るタービン動翼は、運転中に発生する遠心力等を均等に受け持つ手段を翼植込み部およびホイール植込み部のそれぞれに設けたので、従来、翼植込み部の応力の高い側（一般に蒸気入口側）で制限されていた翼の設計が、さらに高い応力（遠心力）が生じる新しい翼の採用も可能になり、長翼化への対応も十分可能である。また同じ翼であれば、翼植込み部の強度を低く設計、例えば低強度の材料の採用や、最狭部を薄く設計することが可能になるもので、軽量化、低コスト化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタービン動翼の第１実施形態を示す一部切欠き概念図。
【図２】本発明に係るタービン動翼の第２実施形態を示す一部切欠き概念図。
【図３】本発明に係るタービン動翼に適用する翼植え込み部の実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係るタービン動翼に適用するホイール植え込み部の実施形態を示す概念図。
【図５】従来のタービン動翼を示す一部切欠き概念図。
【図６】図５のＡ−Ａ矢視方向から切断した切断断面図。
【符号の説明】
１タービン動翼
２タービンロータ
２ａホイール
３翼植込み部
４翼有効部
５翼先端連結部
６ホイール植込み部
６ａフック部
７前縁
８後縁
９翼横断面
１０タービン動翼
１１ホイール
１２翼有効部
１３翼植込み部
１４タービンロータ
１５フック部
１６ホイール植込み部
１７前縁
１８後縁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a turbine rotor blade, and more particularly, to a turbine rotor blade designed to reduce stress in a blade implantation portion.
[0002]
[Prior art]
In the axial turbine, a large number of turbine rotor blades are implanted in the circumferential direction of the turbine rotor (turbine shaft), and a turbine stage and a turbine rotor blade are combined into a single stage turbine stage. A plurality of stages are arranged in the axial direction.
[0003]
Since the axial turbine having such a configuration is suitable for high output, it is applied to many power plants as practical machines.
[0004]
By the way, in axial flow turbines that use steam as the fluid, the pressure and temperature of the steam become higher and higher with the increase in capacity, and it becomes increasingly severe due to various forces acting on the turbine blades during operation. ing. These forces are generated in the turbine rotor blade as centrifugal stress, thermal stress, bending stress, and torsional stress, and are one of the factors that hinder the reduction in strength and, consequently, the increase in output due to the longer blades.
[0005]
Therefore, the reduction of the stress acting on the turbine rotor blade is one of the important design issues to advance the high output based on the longer blade.
[0006]
In general, turbine blades are divided into a blade implantation portion, a blade effective portion (steam passage portion), and a blade tip connecting structure portion as region divisions when evaluating stress at the time of design. Furthermore, a cocoon shape, a Christmas tree shape, a T shape, a fork shape, and the like are used for the structure of the wing implantation portion. Among them, the saddle-shaped wing implantation part is applied to many turbine stages because it is relatively easy to process and assemble. A specific structure is shown in FIG.
[0007]
FIG. 5 is formed by taking out one turbine blade 1 and integrally cutting it out from the turbine rotor 2, viewed from the circumferential direction of the wheel 2 a, and the hatched portion is the cross-sectional shape of the wheel 2 a. .
[0008]
The turbine rotor blade 1 includes a blade implanting portion 3 implanted in a wheel 2a, a blade effective portion 4 serving as a steam passage, and a blade tip connecting portion 5 connected to an adjacent turbine blade.
[0009]
Further, in the drawing, the blade tip connecting portion 5 shows the tenon 5a as an example, but an integral cover or a snubber cover may be used.
[0010]
On the other hand, the wheel 2a for implanting the turbine rotor blade 1 includes a wheel implant portion 6 that forms a hook portion 6a in a divergent shape from the top to the bottom, and the turbine rotor blade 1 is formed so as to straddle the wheel implant portion 6. The wing implantation part 3 is attached. Then, the blade implantation part 3 is inserted through a notch (not shown) of the wheel implantation part 6 and moved along the circumferential direction of the turbine rotor 2, and then attached to the wheel implantation part 6. This type of structure is called a saddle-shaped wing implant. Reference numeral 1A denotes a blade implantation part steam inlet side facing the flow direction of the steam ST, and reference numeral 1B denotes a blade implantation part steam outlet side facing the outlet direction of the steam ST.
[0011]
As described above, the conventional turbine rotor blades support various forces generated during operation with the blade implanting portion 3 and the wheel implanting portion 6.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional turbine rotor blade 1 shown in FIG. 5 is particularly conscious of the blade center of gravity center C1 passing through the center of gravity of the blade effective part 4 and the wheel center of gravity center C2 passing through the center of gravity of the wheel implant 6. Design was done without. That is, in general, the turbine rotor blade 1 is obtained by extracting a part of the blade root portion and expressing it in a cross section. As shown in FIG. When the distance from the line C1 to the leading edge 7 is Xi and the distance from the blade effective part center line C1 to the trailing edge 8 is Xo, the distance Xi from the blade effective part center line C1 to the leading edge 7 and the blade effective part center The distance Xo from the line C1 to the trailing edge 8 has a relationship of Xi <Xo. This is because, even in the same blade, the blade thickness on the leading edge 7 side and the blade thickness on the trailing edge 8 side are different. For this reason, during operation, the centrifugal component forces F _1A and F _1B generated at the blade implantation portion steam inlet side 1A and the blade implantation portion steam outlet side 1B based on the centrifugal force F2 generated at the blade effective portion 4 are expressed by the following equations. It can be expressed as
[0013]
[Expression 2]

[0014]
Using the relations (1) and (2) and Xi <Xo, the centrifugal component force F _1A generated on the blade implant portion steam inlet side 1A and the centrifugal component force F 1B generated on the blade implant portion steam outlet side _1B , The blade implant portion steam inlet side 1A is larger as F _1A > F _1B than the blade implant portion steam outlet side 1B. Further, when a jet force Fs or the like due to the steam ST is applied to the blade effective portion 4 during operation, the difference further increases.
[0015]
As described above, in the conventional turbine rotor blade, when the blade implantation part 3 is in a bowl shape, the blade implantation part steam inlet side 1A is exposed to stricter conditions than the blade implantation part steam outlet side 1B. However, since the current design employs a relatively high safety factor, there is no problem or inconvenience based on the unbalance of the centrifugal component forces F _1A and F _1B .
[0016]
However, if the steam pressure and temperature are further increased to increase the output, it is necessary to make the turbine rotor blade 1 longer. However, the limit at this time, unless you have to equalize the centrifugal force F _1B of centrifugal force F _1A and the wing attachment base steam outlet side 1B of the blade implanting portion steam inlet side 1A, the blade length from the viewpoint of strength guarantee As a result, the target high output could not be obtained, and some new improvement was required.
[0017]
The present invention has been made based on such circumstances, and has been improved so that the center of gravity center line of the blade effective part and the center of gravity center line of the wheel implantation part coincide with each other so that it can withstand longer blades. An object is to provide a turbine blade secured.
[0018]
Another object of the present invention is to equalize the stress generated by adjusting the pressure receiving area while maintaining the conventional sharing of centrifugal force between the blade implantation part steam inlet side and the blade implantation part steam outlet side. An object of the present invention is to provide a turbine blade having sufficient strength.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a turbine rotor blade according to the present invention includes a blade effective portion and a blade implantation portion as described in claim 1, and a wheel provided with the blade implantation portion in a turbine rotor. In the turbine blade mounted across the wheel implantation part of the blade, a radial line passing through the center of gravity center of the blade effective part that sequentially connects the center of gravity of the blade cross section of the blade effective part in the longitudinal direction of the blade and the center of gravity of the wheel implantation part The wheel implantation part center of gravity center line is the same.
[0020]
Further, in order to achieve the above-described object, the turbine rotor blade according to the present invention has a circumferential direction between the lower end portion of the blade effective portion and the top portion of the blade implantation portion , as described in claim 2. Is formed with a stepped portion toward the steam outlet side.
[0021]
Further, the turbine rotor blade according to the present invention, in order to achieve the above object, as described in claim 3, when viewed from the circumferential direction, the step portion is made of is made form a smooth curve is there.
[0022]
In order to achieve the above object, a turbine rotor blade according to the present invention includes a blade effective portion and a blade implantation portion as described in claim 4, and the blade implantation portion is provided in the turbine rotor. In the turbine rotor blade mounted across the wheel implantation portion of the wheel, the thickness of the narrowest portion seen from the circumferential direction on the steam inlet side in the blade implantation portion in the blade implantation portion is Ta, and the blade implantation in the blade implantation portion is When the thickness of the narrowest part seen from the circumferential direction on the steam outlet side is Tb, the thickness ratio Ta / Tb is
Ta / Tb> 1
It is set in the range.
[0023]
In order to achieve the above object, a turbine rotor blade according to the present invention includes a blade effective portion and a blade implantation portion as described in claim 5, and the blade implantation portion is provided in the turbine rotor. In the turbine blade mounted across the wheel implantation portion of the wheel, the radius of curvature of the root arc of the blade implantation portion steam inlet side hook in the blade implantation portion is set to the value of the blade implantation portion steam outlet side hook in the blade implantation portion. It is set larger than the radius of curvature of the root arc.
[0024]
In order to achieve the above object, a turbine rotor blade according to the present invention includes a blade effective portion and a blade implantation portion as described in claim 6, and the blade implantation portion is provided in the turbine rotor. In the turbine rotor blade mounted across the wheel implantation part of the wheel, the radius of curvature of the root arc of the wheel implantation part steam inlet side hook in the wheel implantation part is set to the value of the wheel implantation part steam outlet side hook in the wheel implantation part. It is set larger than the radius of curvature of the root arc.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a turbine rotor blade according to the present invention will be described with reference to the drawings and reference numerals attached to the drawings.
[0026]
FIG. 1 is a partially cutaway conceptual view showing a first embodiment of a turbine blade 10 according to the present invention, in which one turbine blade 10 is taken out and viewed from the circumferential direction of a wheel 11.
[0027]
The turbine rotor blade 10 according to the present embodiment includes a blade effective portion 12 that serves as a steam passage and a blade implantation portion 13 that is implanted in the wheel 11, and the blade implantation portion 13 extends over the wheel 11. It is formed in the saddle-shaped wing implantation part. The wing implantation part 13 is inserted after passing through a space part (not shown) in which a part of the wheel 11 is cut out, and is moved along the circumferential direction of the wheel 11 after being attached.
[0028]
On the other hand, the wheel 11 is integrally cut out from the turbine rotor 14 and formed with the hook portion 15. And this hook part 15 is provided with the uneven | corrugated | grooved part toward the bottom part from the top part, forms in the shape of the end, and is equipped with the wheel implantation part 16 in order to mount the wing implantation part 13. FIG.
[0029]
In the turbine rotor blade 10 having such a configuration, in this embodiment, the center of gravity of the blade effective portion centroid C1 in which the center of gravity of the blade cross section of the blade effective portion 12 is sequentially connected in the blade longitudinal direction and the center of gravity of the wheel implantation portion 16 are obtained. The wheel implantation part center line C2 which is a radial line of the turbine rotor 14 passing through is made to coincide on the same line.
[0030]
That is, in the present embodiment, the blade effective portion 12 is kept as it is, and only the blade effective portion 12 is moved and installed on the steam outlet side of the blade embedded portion as indicated by the arrow E, so that the blade effective portion gravity center line C1 and The wheel implantation center of gravity center line C2 is aligned with the same line. And, since the amount of movement is a step corresponding to the arrow E at the boundary between the lower end of the blade effective portion 12 and the top of the blade implantation portion 13, it is formed with a smooth curve R to avoid stress concentration at that portion. The curvature radius is set.
[0031]
Then, by making the blade effective portion center of gravity center line C1 and the wheel implanted portion center of gravity center line C2 coincide with each other in this way, the centrifugal force F2 of the blade effective portion 12 is reduced to the steam inlet side 1A of the blade implanted portion 13. Evenly distributed to the steam outlet side 1B, that is, centrifugal component force F1A = centrifugal component force F2B. Therefore, the stress acting on the narrowest part (neck part) S1A on the blade inlet 13 steam inlet side 1A is equal to the stress acting on the narrowest part (neck part) S1B on the blade inlet 13 steam inlet side 1B.
[0032]
This means that the design of the wing, which was conventionally limited on the high stress side (generally, the steam inlet side) of the wing implantation part 13, can also adopt a new wing that generates higher stress (centrifugal force). As shown, it is possible to cope with longer blades. If the wings are the same, the strength of the wing implantation part 13 can be designed to be low, for example, a low-strength material can be used, and the narrowest part can be designed to be thin, thereby reducing the weight and cost. To do.
[0033]
FIG. 2 is a partially cutaway conceptual view showing a second embodiment of a turbine rotor blade according to the present invention.
[0034]
The turbine rotor blade according to the present embodiment is based on the centrifugal component force F _1A acting on the blade implantation part steam inlet side 1A, with the blade effective part center of gravity center line C1 and the wheel implantation part center of gravity center line C2 remaining as before. In order to equalize the stress of the narrowest part S _{1A and} the stress of the narrowest part S _1B based on the centrifugal component force F _1B acting on the blade implantation part steam outlet side 1B, the blade implantation part 13 in which the stress is generally increased. the narrowest portion S _1A from the blade attachment base steam inlet side 1A shown by the dashed line Q is extended toward the vapor upstream of, it is obtained by wide.
[0035]
Now, the blade implanting portion 13, the centrifugal force acting on the entire wing F2, the thickness of the narrowest portion S _1A of the blade implanting portion steam inlet side 1A Ta, the narrowest portion S _1B of the blade implanting portion steam outlet side 1B The thickness is Tb, the width of the blade effective part 12 in the steam flow direction is W, the distance from the blade effective part gravity center line C1 passing through the gravity center of the blade effective part 12 to the leading edge 17 is Xi, and the blade effective part gravity center line C1 If the distance to the trailing edge 18 is Xo, centrifugal component forces F _1A and F _1B acting on the narrowest portions S _1A and S _1B are given by the following equations.
[0036]
[Expression 4]

[0037]
From the above formulas (1) and (2), the stress acting on the narrowest portion S _1A on the blade implantation portion steam inlet side 1A and the stress acting on S _1B on the blade implantation portion steam outlet side 1B are equalized. The relationship between the distance Ta and Tb must satisfy the following equation.
[0038]
[Equation 5]
Ta / Tb = F _1A / F _1B > 1 (3)
[0039]
Thus, in this embodiment, the blade effective portion gravity center line C1 and the wheel implantation portion gravity center line C2 of the wheel 11 remain the same as before, and the narrowest portion S of the blade implantation portion steam inlet side 1A in the blade implantation portion 13 is maintained. _Since the relational expression between the thickness Ta of _1A and the thickness Tb of the narrowest portion S _1B on the blade outlet portion steam outlet side 1B is set to a range of Ta / Tb> 1, the stress is made uniform. The blade design, which was restricted on the side with high stress (generally the steam inlet side), can adopt a new blade that generates even higher stress (centrifugal force), and can sufficiently support longer blades. . If the wings are the same, the strength of the wing implantation part 13 can be designed to be low, for example, a low-strength material can be used, and the narrowest part can be designed to be thin, so that weight reduction and cost reduction can be realized. .
[0040]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an embodiment of a blade implantation portion applied to a turbine rotor blade according to the present invention.
[0041]
Generally, as described above, since the turbine rotor blade is loaded with a larger centrifugal force on the steam inlet side than on the steam outlet side, the blade implantation in the blade implantation portion 13 attached to the wheel implantation portion (not shown). The root arc Rah of the part steam inlet side hook 1Ah is more likely to come into contact with the root arc Rbh of the blade implantation part steam outlet side hook 1Bh, stress concentration occurs, and is one of the causes of cracks.
[0042]
This embodiment pays attention to such points, and the radius of curvature of the root arc Rah of the blade implant portion steam inlet side hook 1Ah is larger than the radius of curvature of the root arc Rbh of the blade implant portion steam outlet side hook 1Bh. It is set.
[0043]
As described above, in this embodiment, the radius of curvature of the root arc Rah of the blade implant portion steam inlet side hook 1Ah is set larger than the radius of curvature of the root arc Rbh of the blade implant portion steam outlet side hook 1Bh. Since the influence is lowered, the local stress at the blade implantation portion can be lowered and stable operation can be performed.
[0044]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an embodiment of a wheel implantation portion applied to a turbine rotor blade according to the present invention.
[0045]
Conventionally, in the turbine rotor blade, the root implantation arc Sah of the wheel implantation portion steam inlet side hook 1 _SA in the wheel implantation portion 16 to which the blade implantation portion (not shown) is mounted by centrifugal force or the like is implanted in the wheel as described above. Part steam outlet side hook 1 _SB is more likely to come into contact than the base arc Sbh of the _SB , and concentrated stress is generated, causing cracks.
[0046]
The present embodiment takes this point into consideration, and the radius of curvature of the root arc Sah of the wheel implanted portion steam inlet side hook 1 _SA is larger than the radius of curvature of the root arc Sbh of the wheel implanted portion steam outlet side hook 1 _SB. It is set.
[0047]
Thus, in this embodiment, the curvature radius of the root arc Sah of the wheel implantation portion steam inlet side hook 1 _SA is set to be larger than the curvature radius of the root arc Sbh of the wheel implantation portion steam outlet side hook 1 _SB. Since the influence of concentration is lowered, the local stress of the wheel implantation part 16 can be lowered and stable operation can be performed.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the turbine rotor blade according to the present invention is provided with means for uniformly receiving the centrifugal force generated during operation in each of the blade implantation portion and the wheel implantation portion. The blade design that was restricted on the higher side (generally the steam inlet side) can also adopt a new blade that generates even higher stress (centrifugal force), and can sufficiently cope with the longer blades. If the wings are the same, the strength of the wing implantation portion can be designed to be low, for example, a low-strength material can be used, and the narrowest portion can be designed to be thin, so that weight reduction and cost reduction can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway conceptual view showing a first embodiment of a turbine rotor blade according to the present invention.
FIG. 2 is a partially cutaway conceptual view showing a second embodiment of a turbine rotor blade according to the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an embodiment of a blade implantation portion applied to a turbine rotor blade according to the present invention.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an embodiment of a wheel implantation portion applied to a turbine rotor blade according to the present invention.
FIG. 5 is a partially cutaway conceptual view showing a conventional turbine blade.
6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine rotor blade 2 Turbine rotor 2a Wheel 3 Blade | wing implantation part 4 Blade | wing effective part 5 Blade | wing front-end | tip connection part 6 Wheel | bulb implantation part 6a Hook part 7 Front edge 8 Blade | blade 9 Cross section 10 Turbine blade 11 Wheel 12 Blade effective part 13 Wing implantation part 14 Turbine rotor 15 Hook part 16 Wheel implantation part 17 Front edge 18 Rear edge

Claims

A turbine rotor blade having a blade effective portion and a blade embedded portion and having the blade embedded portion mounted across a wheel implanted portion of a wheel provided in a turbine rotor, wherein the center of gravity of the blade cross section of the blade effective portion is A turbine rotor blade characterized in that a blade center of gravity center line which is a radial line passing through a center of gravity of an effective blade portion sequentially connected in a longitudinal direction and a center of gravity of the wheel implantation portion is matched.

The turbine rotor blade according to claim 1, wherein a stepped portion toward the steam outlet side when viewed from the circumferential direction is formed between a lower end portion of the blade effective portion and a top portion of the blade implantation portion .

The turbine rotor blade according to claim 2, wherein the stepped portion is formed with a smooth curve when viewed from the circumferential direction.

A turbine rotor blade including a blade effective portion and a blade implantation portion, and the blade implantation portion is mounted across a wheel implantation portion of a wheel provided in a turbine rotor, on the blade inlet portion steam inlet side of the blade implantation portion. When the thickness of the narrowest part seen from the circumferential direction is Ta, and the thickness of the narrowest part seen from the circumferential direction on the blade outlet steam outlet side in the blade implantation part is Tb, the thickness ratio Ta / Tb is ]
Ta / Tb> 1
A turbine rotor blade characterized by being set in the range of

A turbine rotor blade having an effective blade portion, a blade implantation portion, and the blade implantation portion mounted across a wheel implantation portion of a wheel provided in a turbine rotor, the blade implantation portion steam inlet side hook in the blade implantation portion A turbine rotor blade characterized in that the radius of curvature of the root arc of the blade is set to be larger than the radius of curvature of the root arc of the blade implantation portion steam outlet side hook in the blade implantation portion.

A turbine blade having an effective blade portion, a blade implantation portion, and the blade implantation portion mounted across a wheel implantation portion of a wheel provided in a turbine rotor, wherein the wheel implantation portion steam inlet side hook in the wheel implantation portion A turbine rotor blade characterized in that a radius of curvature of the root arc is set larger than a radius of curvature of a root arc of the wheel implanted portion steam outlet side hook in the wheel implanted portion.