專利名稱：汽輪機(jī)動葉片與轉(zhuǎn)子及應(yīng)用其的汽輪機(jī)和其發(fā)電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的汽輪機(jī)動葉片與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及應(yīng)用其的汽輪機(jī)和其發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
圖9是表示現(xiàn)有的汽輪機(jī)動葉片嵌入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子狀況的立體圖。就應(yīng)用于汽輪機(jī)的汽輪機(jī)動葉片而言，在其葉片根部4上形成有各種形狀，葉片根部4配合安裝在與葉片根部4同形狀的葉片槽5上。作為葉片根部4的1個的結(jié)構(gòu)是具有冷杉樹狀的軸向插入型的葉片根部。在汽輪機(jī)動葉片的葉片頂部，設(shè)置有以減少蒸氣泄漏損失量為目的的護(hù)罩1。護(hù)罩1原來與表示動葉片輪廓部的葉片部2是不同構(gòu)件，通過鑿緊葉片頂部形成的被稱為榫6的部位，護(hù)罩1和葉片部2結(jié)合。
作用在汽輪機(jī)動葉片整體上的離心力在大部分場合由葉片根部4和葉片槽5的嵌合部支持。因而，在具有冷杉樹狀的軸向插入型的葉片根部4的汽輪機(jī)動葉片的場合下，在葉片根部4和葉片槽5上形成的切口部上，由于離心力產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力。因此，對于作為汽輪機(jī)損傷模式之一的疲勞，存在切口部成為最危險的部位，決定汽輪機(jī)整體壽命的情況。
為了解決這種問題，作為減小在具有冷杉樹狀的軸向插入型葉片根部4的汽輪機(jī)動葉片的葉片根部4和葉片槽5上形成的切口部產(chǎn)生的局部應(yīng)力、改善疲勞壽命的方法，在專利文獻(xiàn)1(特開昭54-96618號公報)中記載有把切口底部的曲率變大、減小局部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。
圖10是把現(xiàn)有的汽輪機(jī)動葉片結(jié)構(gòu)從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向側(cè)投影的葉片部和作為其根部的平臺的俯視圖。即在專利文獻(xiàn)2(特開平8-260902號公報)中，如圖10所示，表示從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向投影的葉片部2的作為根部的平臺9的平面形狀相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向傾斜的結(jié)構(gòu)。
如圖9所示，在從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向投影的動葉片輪廓部的作為根部的平臺9的平面形狀為四邊形的場合下，不能在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子外周部的被限定區(qū)域設(shè)置較多的汽輪機(jī)動葉片，但如圖10所示，把軸向插入型平臺9的形狀做成從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向側(cè)投影成的平面形狀為平行四邊形，通過把平臺9設(shè)定在相對于汽輪機(jī)軸向成大于0度的一定的角度α的方向上，可以在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子外周部的被限定的區(qū)域設(shè)置較多的汽輪機(jī)動葉片?？墒牵P(guān)于現(xiàn)有的葉片根部4的插入部的形狀和插入方向是不明確的。
一直以來，在具有葉片部2和護(hù)罩1一體成形、全周的動葉片相互接觸而連接的結(jié)構(gòu)(以下，稱整體保護(hù)罩結(jié)構(gòu))的汽輪機(jī)動葉片上，以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向?yàn)橹行妮S在彈性形變內(nèi)對汽輪機(jī)動葉片給予扭曲變形，把汽輪機(jī)動葉片裝入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，裝入后，由于扭曲反作用力與鄰接的動葉片護(hù)罩的相對的面之間產(chǎn)生表面壓力，由此做成整體保護(hù)罩結(jié)構(gòu)。這種扭曲反作用力在大部分場合下在葉片根部4和葉片槽5的接觸部上固定，所以扭曲反作用力超過在葉片根部4和葉片槽5上各自形成的齒鉤彼此的接觸面上產(chǎn)生的摩擦力，這時，在接觸面間產(chǎn)生相對滑動，如表示在圖11的汽輪機(jī)動葉片上葉片根部和葉片槽的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸的場合的從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向投影的剖視圖所示，存在葉片根部4和葉片槽5的切口底部的局部應(yīng)力發(fā)生部位與相對的部位接觸的情況。例如，根據(jù)非專利文獻(xiàn)1(日本材料學(xué)會編疲勞設(shè)計便覽p117，養(yǎng)賢堂)，在該部上物體在某表面壓力下接觸的場合，產(chǎn)生磨蝕疲勞，與簡單的疲勞相比較，有破損循環(huán)數(shù)為十分之一以下的可能性。
再者，在本發(fā)明中，軸向插入型冷杉樹狀的葉片根部在相對于汽輪機(jī)軸向成大于0度的一定的角度α的方向上插入的場合，與相對于汽輪機(jī)軸向平行地插入葉片根部的場合相比較，由于在葉片根部和葉片槽上形成的切口底部產(chǎn)生的局部應(yīng)力增大，所以有疲勞壽命降低的可能性。
而且，在具有整體保護(hù)罩結(jié)構(gòu)的汽輪機(jī)動葉片上，葉片根部4和葉片槽5的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸，在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生磨蝕疲勞，存在汽輪機(jī)動葉片的壽命比所謂的疲勞壽命降低的可能性，所以需要抑制運(yùn)轉(zhuǎn)中該部的接觸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種汽輪機(jī)動葉片和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及應(yīng)用其的汽輪機(jī)和其發(fā)電設(shè)備，該汽輪機(jī)動葉片具有軸向插入型冷杉樹狀的葉片根部，把葉片根部做成相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的一定的角度α的方向，從而能在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子外周部的被限定區(qū)域設(shè)置較多的汽輪機(jī)動葉片。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種汽輪機(jī)動葉片和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及應(yīng)用其的汽輪機(jī)和其發(fā)電設(shè)備，該汽輪機(jī)動葉片抑制在葉片根部和葉片槽上形成的切口底部上產(chǎn)生的局部應(yīng)力的同時，抑制由于葉片根部和葉片槽的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸所引起的磨蝕疲勞的產(chǎn)生。
本發(fā)明的汽輪機(jī)動葉片，具有葉片部；嵌入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，在該汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向上具有多級齒鉤的葉片根部；以及在上述葉片部和葉片根部之間設(shè)置的平臺，上述葉片根部具有相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的規(guī)定的角度α而插入的形狀。
作為在上述葉片部在上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向上的剖面形狀，連接前緣部前端和從動緣部前端的直線最好相對于上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向傾斜。
最好是上述角度α與上述傾斜同方向地設(shè)置，相對于上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向小于90度，另外，最好是上述葉片根部從上述平臺側(cè)具有倒圣誕樹形狀，而且，上述平臺最好具有成上述角度α而插入的形狀。
最好是從上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向看上述齒鉤與承受上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向外周側(cè)的載荷的面的圓周面所成的角度θ和上述角度α的值為由下述公式1、2及3規(guī)定的范圍。
500≥α×θ≥0……公式190＞θ≥0 ……公式290＞α＞0 ……公式3最好是從上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向看上述齒鉤與承受上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向外周側(cè)的載荷的面的圓周面所成的角度θ和上述角度α的值為由下述公式4、5及6規(guī)定的范圍，在葉片根部和葉片槽上形成的齒鉤在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向上設(shè)置有多級。
500≥α×θ≥0……公式490＞θ≥39……公式5
90＞α＞0……公式6最好是上述葉片部的前端具有護(hù)罩，護(hù)罩在上述葉片部一體地形成或通過榫接合為一體，另外，護(hù)罩的各個具有通過相對于鄰接的上述護(hù)罩產(chǎn)生表面壓力地相互接觸而連接的結(jié)構(gòu)。
上述θ最好只適用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向最內(nèi)周側(cè)的齒鉤配合部。
本發(fā)明的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子具有軸部和連接在該軸部的主體部，具有多級汽輪機(jī)動葉片嵌入該主體部上的盤狀的嵌入部，其特征在于，上述嵌入部具有類似于上述汽輪機(jī)動葉片的葉片根部的形狀的凹部，具有相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的規(guī)定的角度α而把上述葉片根部筆直插入的形狀。
最好是上述嵌入部具有類似于具有多級齒鉤的上述葉片根部的形狀的形狀，另外，上述嵌入部具有圣誕樹形狀。
而且，本發(fā)明的汽輪機(jī)，具有在連接在軸部的主體部上具有多級盤狀的嵌入部的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子；和嵌入上述嵌入部的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及汽輪機(jī)動葉片包括如前所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及汽輪機(jī)動葉片。
本發(fā)明的汽輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其特征在于，具有高壓汽輪機(jī)、中壓汽輪機(jī)及低壓汽輪機(jī)，或高中壓一體型汽輪機(jī)及低壓汽輪機(jī)，上述高壓汽輪機(jī)、中壓汽輪機(jī)、高中壓一體型汽輪機(jī)及低壓汽輪機(jī)的至少一個由如前所述的汽輪機(jī)形成。
在從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向投影的葉片部的根的剖面形狀相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向大幅度地傾斜的場合，能在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子外周部的被限定的區(qū)域設(shè)置較多的汽輪機(jī)動葉片，同時把軸向插入型葉片根部的形狀做成在從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向投影時為平行四邊形，在相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的一定的角度α的方向上插入葉片根部，由此與在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向平行地插入葉片根部的場合比較，在葉片根部和葉片槽上形成的切口底部上產(chǎn)生的局部應(yīng)力增大，有減小疲勞壽命的可能性，但通過把葉片根部的插入角度α和齒鉤接觸面角度θ的值設(shè)定在規(guī)定的范圍內(nèi)，能抑制局部應(yīng)力的增加。
關(guān)于基于本發(fā)明的葉片根部插入角度α和齒鉤接觸面角度θ的值的范圍進(jìn)行敘述。圖4是表示α大于0度的場合的局部應(yīng)力增加率(σx/σo)和齒鉤接觸面角度θ與葉片根部插入角度α的關(guān)系的圖。在圖4中，關(guān)于與在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向上具有形成有3級或4級齒鉤的冷杉樹狀的葉片根部的汽輪機(jī)動葉片配合的葉片槽上的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向最內(nèi)周側(cè)的切口底部，把葉片根部插入角度α為0度時的切口底部上產(chǎn)生的局部應(yīng)力設(shè)為σo、把葉片根部插入角度α大于0度時的局部應(yīng)力設(shè)為σx時的(σx/σo)比與θ及α的關(guān)系采用3維模型通過有限元分析求出。
圖5是表示在本發(fā)明涉及的3維有限元分析中采用的分析模型的圖。如圖5所示，在分析模型的葉片根部和葉片槽上各自形成的齒鉤彼此的接觸面上導(dǎo)入接觸單元，考慮接觸面的摩擦。分析的結(jié)果是(σx/σo)和α有大致成正比關(guān)系，隨α的增加(σx/σo)增加，同時從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向看與中心線成直角的面和葉片根部與葉片槽上各自形成的齒鉤彼此的接觸部平行面所成的角度θ越大α越增加，同時(σx/σo)增加。
圖6是說明α大于0度時的局部應(yīng)力增加的機(jī)理的圖，(a)是剖視圖，(b)及(c)是(a)的A-A剖視圖。如圖6(a)所示，在葉片槽左右的齒鉤上，在運(yùn)轉(zhuǎn)時在轉(zhuǎn)子周向作用壓縮載荷P。在葉片根部的插入角度α為0度時，壓縮載荷左右相互抵消(c)。另一方面，葉片根部的插入角度α大于0度時，作用在圖中斜線區(qū)域的壓縮載荷由于左右沒有相互抵消，所以作為齒鉤整體產(chǎn)生以轉(zhuǎn)子徑向?yàn)橹行妮S的力偶(b)。由此，通過以葉輪徑向?yàn)橹行妮S的力偶，在葉片根部插入角度α大于0度時，與α為0度時比較，認(rèn)為切口底部上產(chǎn)生的局部應(yīng)力增大。隨著α的增加圖中的斜線部分的面積也增加，由此因?yàn)榱ε家苍黾樱詾榱艘种迫~片根部在相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的角度α的方向上插入時的局部應(yīng)力的增大，把α值變小是有效果的。
圖7是表示以圖4的結(jié)果為基礎(chǔ)得出的(σx/σo)在1.1、1.3及1.5的場合的葉片根部的插入角度α與齒鉤接觸面角度θ的關(guān)系的圖。在任意的場合，α與θ的關(guān)系都大概成反比例的關(guān)系，由公式7規(guī)定。(σx/σo)在1.1、1.3及1.5的場合的常數(shù)各自為170、500、830。根據(jù)該評價，為了抑制葉片根部在相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的角度α的方向上插入時的局部應(yīng)力的增大，使α和θ的值之積小是有效果的。
α×θ＝常數(shù)……公式7
適用于發(fā)電設(shè)備用汽輪機(jī)的汽輪機(jī)動葉片最好具有20年至30年的疲勞壽命。對于假定疲勞壽命30年進(jìn)行設(shè)計的在與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向平行(α＝0)地插入的汽輪機(jī)動葉片，在相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向具有某一定的角度α(α＞0)的方向上插入的汽輪機(jī)動葉片為取得20年以上的疲勞壽命，通過以下求得。
圖8是表示疲勞壽命和許用應(yīng)力范圍的關(guān)系的圖。如圖8所示，因?yàn)槠趬勖鼮?0年時的許用應(yīng)力范圍是疲勞壽命為30年時的許用應(yīng)力范圍的約1.3倍，所以α＞0時的局部應(yīng)力σx必須是α＝0時的局部應(yīng)力σo的1.3倍以下。因而，對于在相對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的一定的角度α的方向上插入的汽輪機(jī)動葉片，α和θ的值之積最好為500或以下。
為了抑制葉片根部和葉片槽切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸，在局部應(yīng)力產(chǎn)生部產(chǎn)生磨蝕疲勞，必須在葉片根部和葉片槽上形成的齒鉤彼此的接觸面在離心力作用時產(chǎn)生相對滑動，汽輪機(jī)動葉片的葉片根部相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片槽的位置向葉片前端方向移動，葉片根部和葉片槽的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位之間產(chǎn)生間隙。因此，使齒鉤接觸面角度θ的正弦Tanθ比齒鉤彼此接觸面的摩擦系數(shù)u更大地規(guī)定θ的值，無論在多大的離心力作用的場合，在齒鉤接觸面間產(chǎn)生相對的滑動都是有效果的。在一般的汽輪機(jī)動葉片根部和葉片槽的齒鉤彼此接觸的場合下，靜摩擦系數(shù)不超過1。鋼和鋼的摩擦系數(shù)為0.8，因?yàn)棣葹?9度時Tanθ為0.8，所以最好是θ在39度或以上。
根據(jù)本發(fā)明，能提供一種汽輪機(jī)動葉片和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及應(yīng)用其的汽輪機(jī)和發(fā)電設(shè)備，該汽輪機(jī)動葉片具有軸向插入型的冷杉木狀的葉片根部，通過把葉片根部做成相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的一定的角度α的方向，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子外周部的被限定的區(qū)域能設(shè)置較多的汽輪機(jī)動葉片。
而且，根據(jù)本發(fā)明，能抑制在葉片根部和葉片槽上形成的切口底部上產(chǎn)生的局部應(yīng)力的同時，能抑制由于葉片根部和葉片槽的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸而產(chǎn)生的磨蝕疲勞。


圖1是表示本發(fā)明涉及的汽輪機(jī)動葉片的立體圖。
圖2是表示本發(fā)明的葉片根部插入角度α和齒鉤接觸面角度θ的關(guān)系的圖。
圖3是表示本發(fā)明的葉片根部插入角度α和齒鉤接觸面角度θ的關(guān)系的圖。
圖4是表示α大于0度的場合的局部應(yīng)力的增加率(σx/σo)與齒鉤接觸面角度θ及葉片根部插入角度α的關(guān)系的圖。
圖5是在本發(fā)明涉及的3維有限元分析上采用的分析模型。
圖6是有關(guān)α大于0度的場合的局部應(yīng)力增加的機(jī)理的說明圖。
圖7是表示以圖4的結(jié)果為基礎(chǔ)得出的(σx/σo)在1.1、1.3及1.5時的α和θ的關(guān)系的圖。
圖8是根據(jù)汽輪機(jī)動葉片材料的疲勞試驗(yàn)求出的許用應(yīng)力范圍-壽命圖。
圖9是表示現(xiàn)有的汽輪機(jī)動葉片的立體圖。
圖10是現(xiàn)有的汽輪機(jī)動葉片結(jié)構(gòu)從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向外周側(cè)投影的俯視圖。
圖11是汽輪機(jī)動葉片上從葉片根部和葉片槽的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向投影的剖視圖。
符號說明1護(hù)罩2葉片部3汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子4葉片根部5葉片槽6榫7葉片根部側(cè)局部應(yīng)力產(chǎn)生部位8葉片槽側(cè)局部應(yīng)力產(chǎn)生部位9平臺10齒鉤11前緣12從動緣具體實(shí)施方式
以下，通過具體實(shí)施例說明為實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選方式，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1是本發(fā)明涉及的汽輪機(jī)動葉片嵌入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的立體圖。本實(shí)施例的汽輪機(jī)動葉片具有葉片部2和相對于在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3外周部上設(shè)置的葉片槽5具有與葉片槽5相同的中心線且從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向側(cè)插入而配合的冷杉樹狀的葉片根部4，葉片根部4在相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的一定角度α的方向上插入。在冷杉樹狀的葉片根部4及葉片槽5上，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向形成多級齒鉤。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3具有軸部和連在軸部的主體，具有多級在主體部上嵌入汽輪機(jī)動葉片的盤狀的嵌入部。
如圖1所示，本實(shí)施例的汽輪機(jī)動葉片具有葉片部2；嵌入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、具有在汽輪機(jī)徑向上左右對稱的4級齒鉤10的葉片根部4；以及在葉片部2和葉片根部4之間設(shè)置的平臺9，葉片根部4相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成規(guī)定的角度α，與平臺9的平面形狀同樣地具有平行四邊形的平面形狀，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸上形成的盤狀的嵌入部上具有相對于該軸向成規(guī)定的角度α筆直插入的直線形狀。
通過把葉片根部4成規(guī)定的角度α插入圓盤狀的嵌入部，可以更多地設(shè)置汽輪機(jī)動葉片的片數(shù)。另外，葉片根部4的插入方向的長度與角度α為0的相比較變長，從而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3的軸向?qū)挾纫部梢宰冋?br> 葉片部2在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向的剖面形狀為，相對于前緣部前端從動緣部前端從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向在彎曲同時傾斜，角度α與該傾斜同方向地設(shè)置，相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向小于90度，最好為3～30度，5～20度則更好。
葉片根部4具有齒鉤10，從平臺9側(cè)具有倒圣誕樹形狀。而且，平臺9與葉片根部4成相同的角度α，具有筆直插入的平行四邊形的形狀，非平坦地在輪緣上形成。
葉片部2的前端具有護(hù)罩1，護(hù)罩1是與葉片部2具有同一組成的一體地形成的構(gòu)件，可以通過塑性加工形成或通過榫6的鑿緊把別的材質(zhì)的構(gòu)件接合為一體。
護(hù)罩1的各個具有相對于鄰接的護(hù)罩1產(chǎn)生表面壓力地相互接觸而連接的結(jié)構(gòu)。為了使護(hù)罩1彼此產(chǎn)生表面壓力，通過相對于葉片根部4的插入角度α使鄰接的護(hù)罩1彼此連接的插入角度不同而得到。
從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向看，與中心線成直角的面與葉片根部4和葉片槽5上各自形成的齒鉤彼此的接觸部平行面所成的角度為θ時，在本實(shí)施例中，通過葉片根部4的插入角度α與齒鉤接觸面角度θ由公式1、2、3規(guī)定，能減小疲勞壽命的降低。
500≥α×θ≥0……公式1
90＞θ≥0……公式290＞α＞0……公式3圖2是表示葉片根部插入角度α與齒鉤接觸面角度θ的關(guān)系的圖。如圖2所示，根據(jù)公式1、2及3規(guī)定的范圍為斜線的范圍。
在本實(shí)施例中，齒鉤接觸面角度θ的值只要小于90度即可，關(guān)于用于高中壓汽輪機(jī)上的渦輪動葉片最好為60度或以下。據(jù)此，即使在由于長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)葉片根部4及葉片槽5的齒鉤蠕變變形、嵌合部的間隙增加的場合，也能抑制運(yùn)轉(zhuǎn)中動葉脫落的危險性。
另外，關(guān)于用于低壓汽輪機(jī)的渦輪動葉片，齒鉤接觸面角度θ的值最好為65度或以下。據(jù)此，在長時間運(yùn)轉(zhuǎn)后，即使在由于長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)葉片根部4及葉片槽5的齒鉤產(chǎn)生磨蝕(erosion)、嵌合部的間隙增加的場合，也能抑制運(yùn)轉(zhuǎn)中動葉脫落的危險性。
在本實(shí)施例中，無論是汽輪機(jī)動葉片與相鄰的動葉片不連接的單獨(dú)葉片結(jié)構(gòu)，還是連接多片動葉片的組葉片結(jié)構(gòu)，還是連接所有動葉片的整體保護(hù)罩結(jié)構(gòu)都可以。為了抑制由于葉片頂部的蒸氣泄漏產(chǎn)生的汽輪機(jī)性能低下及減小渦輪動葉片的振動應(yīng)力，做成組葉片結(jié)構(gòu)乃至整體保護(hù)罩結(jié)構(gòu)最好。
本實(shí)施例的汽輪機(jī)動葉片對于高壓汽輪機(jī)-中壓汽輪機(jī)-低壓汽輪機(jī)、高中壓一體型汽輪機(jī)-低壓汽輪機(jī)及高低壓一體型汽輪機(jī)的任意一個都可以適用，最好適用于高壓、中壓、高中壓一體型汽輪機(jī)。
如以上所述，根據(jù)本實(shí)施例，能更多地設(shè)置汽輪機(jī)的動葉片數(shù)。另外，通過把葉片根部4的插入角度α和齒鉤接觸面角度θ的值的積設(shè)定為500或以下，因?yàn)槟艿玫綄⑷~片根部4及葉片槽5上產(chǎn)生的局部應(yīng)力抑制成在實(shí)用上沒有障礙的程度的汽輪機(jī)動葉片，從而能抑制葉片根部4及葉片槽5的疲勞壽命的降低，所以在汽輪機(jī)設(shè)計上提高了作為重要部位的汽輪機(jī)動葉片及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3的可靠性。
另外，根據(jù)本實(shí)施例，能提供一種汽輪機(jī)動葉片及應(yīng)用其的汽輪機(jī)，該汽輪機(jī)動葉片具有軸向插入型的冷杉樹狀的葉片根部，葉片根部在相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的一定的角度α方向上插入，在這種場合下，在抑制在葉片根部和葉片槽上形成的切口底部產(chǎn)生的局部應(yīng)力的同時，抑制了由于葉片根部和葉片槽的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸而引起的磨蝕疲勞的產(chǎn)生。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，把齒鉤接觸面角度θ的值的范圍下限設(shè)定為39度、葉片根部4的插入角度α與齒鉤接觸面角度θ是由公式1、2、3規(guī)定的值。本實(shí)施例的汽輪機(jī)動葉片結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。
500≥α×θ≥0 ……公式190＞θ≥39 ……公式290＞α＞0……公式3圖3是表示葉片根部插入角度α和齒鉤接觸面角度θ的關(guān)系的圖。如圖3所示，由公式1、2、3規(guī)定的范圍是斜線的范圍。
在本實(shí)施例中，通過把齒鉤接觸面角度θ的值設(shè)定為39度或以上，無論在多大的離心力作用的場合，葉片根部4和葉片槽5形成的齒鉤彼此的接觸面產(chǎn)生相對滑動，汽輪機(jī)動葉片在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3徑向上滑動，從而能抑制由于葉片根部4及葉片槽5的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸而產(chǎn)生磨蝕疲勞。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，與實(shí)施例1相同，對于任意的汽輪機(jī)都能適用，能更多地設(shè)置汽輪機(jī)動葉片數(shù)的同時，能將葉片根部4及葉片槽5上產(chǎn)生的局部應(yīng)力抑制成在實(shí)用上沒有障礙的程度。并且，能提供一種抑制了由于葉片根部4及葉片槽5的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸而產(chǎn)生磨蝕疲勞的汽輪機(jī)動葉片。
另外，在基于本實(shí)施例的汽輪機(jī)動葉片中，因?yàn)槟芤种迫~片根部4及葉片槽5的疲勞壽命的降低，所以在汽輪機(jī)的設(shè)計上提高了作為重要部位的汽輪機(jī)動葉片及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的可靠性。
實(shí)施例3在本實(shí)施例中，在實(shí)施例1及實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，齒鉤接觸面角度θ值的范圍，在具有多級齒鉤10內(nèi)，只對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3徑向最內(nèi)周側(cè)的齒鉤10適用。在軸向插入型的倒圣誕樹形狀的葉片根部4在相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3軸向成某一定的角度α的方向上插入的場合的最大局部應(yīng)力，在葉片槽5的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3的徑向最內(nèi)周側(cè)的齒鉤10下部的切口底部產(chǎn)生的情形多。因而，實(shí)用上，齒鉤接觸面角度θ值的范圍，在具有多級齒鉤10內(nèi)，只對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3徑向最內(nèi)周側(cè)的齒鉤適用。本實(shí)施例的汽輪機(jī)動葉片結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，還有齒鉤10對于4級也同樣適用。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，與實(shí)施例1及實(shí)施例2相同，對于任意的汽輪機(jī)都能適用，能更多地設(shè)置汽輪機(jī)動葉片的同時，將葉片根部4及葉片槽5上產(chǎn)生的局部應(yīng)力抑制成在實(shí)用上無障礙的程度，并且能提供抑制了由于葉片根部4及葉片槽5的切口底部的局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位接觸而產(chǎn)生的磨蝕疲勞的汽輪機(jī)動葉片。
另外，在基于本實(shí)施例的汽輪機(jī)動葉片中，因?yàn)槟芤种迫~片根部4及葉片槽5的疲勞壽命的降低，所以在汽輪機(jī)的設(shè)計上提高了作為重要部位的汽輪機(jī)動葉片及汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子3的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)動葉片，具有葉片部；嵌入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，在該汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向上具有多級齒鉤的葉片根部；以及在上述葉片部和葉片根部之間設(shè)置的平臺，其特征在于，上述葉片根部具有相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的規(guī)定的角度α而筆直插入的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，作為上述葉片部在上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向上的剖面形狀，連接前緣部前端和從動緣部前端的直線相對于上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，上述角度α與上述傾斜同方向地設(shè)置，相對于上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向小于90度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，上述葉片根部從上述平臺側(cè)具有倒圣誕樹形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，上述平臺具有成上述角度α而插入的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，從上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向看，上述齒鉤與承受上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向外周側(cè)的載荷的面的圓周面所成的角度θ和上述角度α的值為由下述公式1、2及3規(guī)定的范圍，500≥α×θ≥0 ……公式190＞θ≥0……公式290＞α＞0……公式3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，從上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向看，上述齒鉤與承受上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的徑向外周側(cè)的載荷的面的圓周面所成的角度θ和上述角度α的值為由下述公式4、5及6規(guī)定的范圍，500≥α×θ≥0 ……公式490＞θ≥39……公式590＞α＞0 ……公式6。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，上述葉片部的前端具有護(hù)罩，該護(hù)罩在上述葉片部一體地形成或通過榫接合為一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，各個上述護(hù)罩具有通過相對于鄰接的上述護(hù)罩產(chǎn)生表面壓力地相互接觸而連接的結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，上述θ只適用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向最內(nèi)周側(cè)的上述齒鉤配合部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，上述齒鉤具有3級或4級。
12. 一種汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，具有軸部和連接在該軸部的主體部，具有多級汽輪機(jī)動葉片嵌入該主體部上的盤狀的嵌入部，其特征在于，上述嵌入部具有類似于上述汽輪機(jī)動葉片的葉片根部的形狀的凹部，具有相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的規(guī)定的角度α地把上述葉片根部筆直插入的形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的汽輪機(jī)動轉(zhuǎn)子，其特征在于，上述嵌入部具有多級齒鉤。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的汽輪機(jī)動轉(zhuǎn)子，其特征在于，上述嵌入部為圣誕樹形狀。
15.一種汽輪機(jī)，具有在連接在軸部的主體部上具有多級盤狀的嵌入部的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子；以及嵌入上述嵌入部的汽輪機(jī)動葉片，其特征在于，上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括如權(quán)利要求12所述的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，上述汽輪機(jī)動葉片的至少1級的全部包括如權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)動葉片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽輪機(jī)，其特征在于，上述汽輪機(jī)動葉片設(shè)置在上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的所有級上。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的汽輪機(jī)，其特征在于，上述汽輪機(jī)動葉片通過設(shè)置在上述葉片部的護(hù)罩的各個相對于鄰接的上述護(hù)罩產(chǎn)生表面壓力地相互接觸而連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的汽輪機(jī)，其特征在于，上述護(hù)罩在上述葉片部一體地形成或通過榫接合為一體。
19.一種汽輪機(jī)發(fā)電設(shè)備，其特征在于，具有高壓汽輪機(jī)—中壓汽輪機(jī)—低壓汽輪機(jī)、高中壓一體型汽輪機(jī)—低壓汽輪機(jī)及高低壓一體型汽輪機(jī)的任意一個，上述高壓汽輪機(jī)、中壓汽輪機(jī)、高中壓一體型汽輪機(jī)、低壓汽輪機(jī)及高低壓一體型汽輪機(jī)的至少一個由如權(quán)利要求15所述的汽輪機(jī)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種汽輪機(jī)動葉片，具有軸向插入型冷杉樹狀的葉片根部，通過把葉片根部做成相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成大于0度的一定的角度α的方向能在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子外周部的被限定的區(qū)域更多地設(shè)置，抑制葉片根部與葉片槽上形成的切口底部產(chǎn)生的局部應(yīng)力的增加的同時抑制因局部應(yīng)力產(chǎn)生部位與相對的部位的接觸而產(chǎn)生的磨蝕疲勞。該汽輪機(jī)動葉片具有葉片部和嵌入汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子并在該汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子徑向上具有多級齒鉤的葉片根部，葉片根部具有相對于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向成規(guī)定的角度α而插入的形狀，從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向看與中心線成直角的面和葉片根部及葉片槽上各自形成的齒鉤彼此的接觸部平行面所成的角度θ和α值在α×θ≤500、90＞θ≥39、90＞α＞0范圍。
文檔編號F01D5/32GK1840860SQ20061000821
公開日2006年10月4日 申請日期2006年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者野上修平, 依田秀夫 申請人:株式會社日立制作所