タービン動翼翼列および蒸気タービン
【課題】種々の制約を受けることなく重量バランスの調整をすることができるタービン動翼翼列、およびこのタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンを提供する。
【解決手段】タービン動翼翼列３０は、タービンロータ１４のロータディスク１５の外周部に形成された周方向に延びる植込溝に、複数の動翼１３の植込部を嵌合して保持し、ロータディスク１５に形成された切り欠き部に止め翼４０が固定されている。複数の動翼１３は、理論計算に基づいて定まる周方向の翼幅を有する普通翼５０、普通翼５０よりも周方向の翼幅が広い長幅翼５１、および普通翼５０よりも周方向の翼幅が狭い短幅翼５２の３種類の動翼で構成される。
【解決手段】タービン動翼翼列３０は、タービンロータ１４のロータディスク１５の外周部に形成された周方向に延びる植込溝に、複数の動翼１３の植込部を嵌合して保持し、ロータディスク１５に形成された切り欠き部に止め翼４０が固定されている。複数の動翼１３は、理論計算に基づいて定まる周方向の翼幅を有する普通翼５０、普通翼５０よりも周方向の翼幅が広い長幅翼５１、および普通翼５０よりも周方向の翼幅が狭い短幅翼５２の３種類の動翼で構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータのロータディスクの周方向に複数の動翼を植設して環状に構成されるタービン動翼翼列に係り、特に重量バランスの調整を容易に行うことができるタービン動翼翼列およびこのタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンにおけるタービン動翼翼列は、例えば、タービンロータの周方向に亘って形成されたロータディスクの植込部に設けられた切欠溝から周方向に沿って、動翼を１本ずつ挿入し、最後に、止め翼などの締付用部品を固定して構成される（例えば、特許文献１および非特許文献１参照。）。
【０００３】
締付用部品においては、機械的強度、タービン効率、重量バランスなどの種々の観点から、様々な工夫が施されている。例えば、締付用部品は、ロータディスクの植込部に設けられた切欠溝に固定されるため、植込部を有していない。そのため、締付用部品の両側の動翼に荷重を持たせることで、例えば、締付用部品にかかる遠心力に対抗して組立状態を維持している。そこで、両側の動翼にかかる負荷を小さくするために、締付用部品の重さは、できる限り軽いことが好ましい。
【０００４】
締付用部品として、例えば、最大限に重量を軽減した止め金、翼有効部などが削除された植込部のみの構造からなる止めブロック、他の動翼と同じ翼部を有する止め翼などが使用されている。そして、タービン段落の強度設計などに応じて、これらの締付用部品の中から適宜に選択され、使用される。
【０００５】
これらの締付用部品は、タービン動翼翼列を主として構成する、理論計算に基づいて形成された動翼とは重量が異なるために、重量を軽減すればするほど、タービン動翼翼列としての重量バランスが崩れる。そのため、タービンロータの振動発生源にならないように、重量調整用の動翼を備えることも必要となる。
【０００６】
一方、地球温暖化防止の目的から、蒸気タービンのさらなる性能の向上が求められている。例えば、段落損失の増加を防止するという観点から、締付用部品として、蒸気通路部が欠落する止めブロックは採用せずに、止め翼を採用する傾向になっている。また、止め翼をチタンなどで形成する試みも行われている。止め翼の材料として、チタンを用いる利点の一つは、重量が鉄鋼系材料の約６０％になるという軽量性にある。しかしながら、チタンは、加工性が悪いことや、高価であることなどの欠点も有している。
【０００７】
ここで、従来のタービン動翼翼列の構成について説明する。
【０００８】
まず、締付用部品として止めブロックを備えた、従来のタービン動翼翼列について説明する。
【０００９】
図２２は、締付用部品として止めブロック４１０を備えた、従来のタービン動翼翼列４００を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図２３は、止めブロック４１０を周方向からみたときの平面図である。図２４は、止めブロック４１０を備えた部分の、タービン動翼翼列４００を拡大した図である。図２５は、止めブロック４１０の取付状態を示す分解斜視図である。図２６は、重量バランスを調整するために溝４１５が設けられた動翼を周方向からみたときの平面図である。なお、図２２には、植設された動翼４１１の数に対応する番号が記載されている。
【００１０】
図２２に示されたタービン動翼翼列４００は、止めブロック４１０を除いて、１４７枚の動翼４１１が周方向に設けられている。図２３に示すように、止めブロック４１０は、翼有効部などが削除された植込部のみの構造であり、図２４に示すように、動翼４１１間に固定されている。
【００１１】
また、図２５に示すように、ロータディスク４２０の外周部の両側面には、周方向に延びる複数の植込溝４２１が形成されており、動翼４１１の植込部４１１ａに形成されているフック部４１１ｂがロータディスク４２０の植込溝４２１に嵌合されている。なお、動翼４１１は、ロータディスク４２０に形成された切り欠き部４２２から挿入され、ロータディスク４２０の植込溝４２１に嵌合される。
【００１２】
ここで、図２４および図２５に示すように、切り欠き部４２２に位置する止めブロック４１０は、止めブロック４１０の植込部４１０ａおよび隣接する動翼４１１の植込部４１１ａに、タービンロータ軸方向に平行にそれぞれ形成されたキー溝４１２ａ、４１２ｂによって形成される穴４１２にキー４１３を挿入することで固定されている。これによって、止めブロック４１０に加わる遠心力は、キー４１３を介して隣接する動翼４１１に支持され、止めブロック４１０の抜け出しが防止される。
【００１３】
このタービン動翼翼列４００において、止めブロック４１０を備えたことに対する重量バランスは、通常、止めブロック４１０のタービンロータ中心軸に対して対称となる位置に配置された動翼の重量を軽減することによって調整される。
【００１４】
重量バランスの調整の最も簡単な方法は、カウンタ動翼（止めブロック４１０とタービンロータ中心軸に対して点対称な位置にある動翼）を、止めブロック４１０と同様の形状とすることである。しかしながら、この構成を採用すると、蒸気通路部の欠落部が周上に２箇所存在することとなり、性能が低下するため好ましくない。そのため、従来のタービン動翼翼列４００では、止めブロック４１０とタービンロータ中心軸に対して点対称となる側に位置する何本かの動翼（例えば、図２２における番号５９〜番号８８）を、図２６に示されているように局部的に加工して、すなわち溝４１５を設けて重量を調整し、重量バランスを調整している。以下、溝４１５を設けて重量が調整された動翼を重量軽減動翼という。
【００１５】
次に、締付用部品として止め翼を備えた、従来のタービン動翼翼列について説明する。
【００１６】
図２７は、締付用部品として止め翼４４０を備えた、従来のタービン動翼翼列４０１を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。なお、止め翼４４０の固定方法は、前述した止めブロック４１０を固定する方法と基本的に同様であるが、止め翼４４０を用いる場合は、止め翼４４０の植込部およびロータディスクにピン穴を設け、それぞれのピン穴に止めピンを挿入して止め翼４４０の遠心力による浮き上がりを完全に防止するように構成する。
【００１７】
上記したように、段落損失の増加を防止するという観点から、締付用部品として、止め翼を採用する傾向になっている。ここで、全周に、例えば１４８本の動翼４１１（止め翼４４０も含む）を備える構成を最初から考慮して設計製作する場合には、重量バランスの調整は容易に行える。しかしながら、例えば、締付用部品として止めブロックを備えていたものを、後の設計変更や構造変更によって、締付用部品として止め翼を採用した構成にする場合には、当初の重量バランス状態を考慮した上で、重量バランスを調整しなければならず、容易に行うことはできない。
【００１８】
例えば、新たに製作される止め翼４４０が、動翼４１１と同じ鉄鋼系材料で形成されている場合、前述した、締付用部品として止めブロック４１０を備えるときに使用された重量軽減動翼を、全て通常の動翼４１１に置き換えて、アンバランス量を小さくした上で対策を考えることになる。ここで、１つの方策として、止め翼４４０を備えることによるアンバランス量を小さくするために、止め翼４４０をチタンで形成し、止め翼４４０とタービンロータ中心軸に対して点対称となる側（以下、カウンタ側という）に位置する何本かの動翼（例えば、図２７における番号７０〜番号７８）を、重量軽減動翼とすることで重量バランスが調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０００−２２０４０５号公報
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Turbine steam Path- Volume IIIb-Mechanical Design and manufacture, Sanders, William P, Pennwell Corp.,2004, ISBN 1-59370-010-5, p.616, p.638-642, p.645-646
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上記したように、従来のタービン動翼翼列では、締付用部品として、止めブロックまたは止め翼を採用する場合、重量バランスを調整するために、カウンタ側に、複数の重量軽減動翼が配置される。この重量軽減動翼は、前述したように、動翼に溝を設けて構成されるが、強度上の制約から溝を大きく形成することができない。そのため、通常の動翼を重量軽減動翼に置き換えても重量の低減量は少ない。したがって、カウンタ側に多くの重量軽減動翼を配置しなければならない。
【００２２】
また、動翼の設計条件が強度において厳しく制限されている場合などにおいては、重量軽減動翼を使用することが許されないこともある。このような場合には、締付用部品として止めブロックを採用したり、カウンタ動翼として止めブロックと同様の形状の動翼を採用したりする必要があり、段落損失が増加する設計となる。
【００２３】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、種々の制約を受けることなく重量バランスの調整をすることができるタービン動翼翼列、およびこのタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、タービンロータのロータディスクの外周部に形成された周方向に延びる植込溝に、複数の動翼の植込部を嵌合して保持させ、前記ロータディスクに形成された切り欠き部に止め翼を固定してなるタービン動翼翼列において、前記複数の動翼が、理論計算に基づいて定まる周方向の翼幅を有する普通翼、前記普通翼よりも周方向の翼幅が広い長幅翼、および前記普通翼よりも周方向の翼幅が狭い短幅翼の３種類の動翼で構成されていることを特徴とするタービン動翼翼列が提供される。
【００２５】
また、本発明の一態様によれば、上記したタービン動翼翼列を備えたことを特徴とする蒸気タービンが提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のタービン動翼翼列およびこのタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンによれば、重量バランスの調整をする際に受ける制約を少なくし、容易に重量バランスの調整を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンの、タービンロータの中心線を含む断面（子午断面）を示す図である。
【図２】締付用部品として止め翼を備えた、第１の実施の形態のタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図３】動翼の周方向の翼幅を説明するために、普通翼をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図４】タービン動翼翼列を構成する短幅翼の周方向の断面を展開して示した図である。
【図５】図４に示された翼幅Ｓよりも狭い翼幅Ｓを有する短幅翼５２の周方向の断面を展開して示した図である。
【図６】締付用部品として止めブロックを備えたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図７】図６に示された締付用部品に換えて止め翼を備えた、第１の実施の形態のタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図８】所定の動翼（普通翼）をタービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に、長幅翼および短幅翼を使用してすれ幅などが調整されたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図９】所定の動翼（普通翼）をタービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に生じるずれ幅を説明するための、タービン動翼翼列の一部を展開した図である。
【図１０】所定の動翼（普通翼）をタービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に生じる戻し幅を説明するための、タービン動翼翼列の一部を展開した図である。
【図１１】補修溝が加工されたロータディスクの植込部を示す斜視図である。
【図１２】補修用動翼が植設された、ロータディスクの植込部における周方向の断面を示す図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１４】補修用動翼の植込部の周方向の中央に補修溝が位置するときの、ロータディスクの植込部の第１フックと、補修用動翼の植込部の第１フックとの間の面圧を模式的に示す図である。
【図１５】補修用動翼の植込部の、周方向の、中央と端部との間に補修溝が位置するときの、ロータディスクの植込部の第１フックと、補修用動翼の植込部の第１フックとの間の面圧を模式的に示す図である。
【図１６】補修用動翼の植込部の周方向の端部に補修溝が位置するときの、ロータディスクの植込部の第１フックと、補修用動翼の植込部の第１フックとの間の面圧を模式的に示す図である。
【図１７】補修用動翼の植込部の周方向の一端部と、補修溝の周方向の一端部との周方向距離Ｍを示した図である。
【図１８】補修用動翼を備えたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図１９】図１８の補修用動翼が配置された領域を拡大した図である。
【図２０】補修用動翼を備えたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図２１】図２０の補修用動翼が配置された領域を拡大した図である。
【図２２】締付用部品として止めブロックを備えた、従来のタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図２３】止めブロックを周方向からみたときの平面図である。
【図２４】止めブロックを備えた部分の、タービン動翼翼列を拡大した図である。
【図２５】止めブロックの取付状態を示す分解斜視図である。
【図２６】重量バランスを調整するために溝が設けられた動翼を周方向からみたときの平面図である。
【図２７】締付用部品として止め翼を備えた、従来のタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０を備えた蒸気タービン１０の、タービンロータ１４の中心線を含む断面（子午断面）を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、蒸気タービン１０は、例えば、内部ケーシング１１とその外側に設けられた外部ケーシング１２とから構成される二重構造のケーシングを備えている。また、内部ケーシング１１内には、タービンロータ１４が貫設されている。このタービンロータ１４には、タービンロータ軸方向に複数段のロータディスク１５が形成されている。また、各ロータディスク１５には複数の動翼１３が周方向に植設され、タービン動翼翼列３０を構成している。
【００３０】
また、内部ケーシング１１の内周側には、ダイヤフラム外輪１６およびダイヤフラム内輪１７との間に、複数のノズル１８が周方向に支持され、ノズル翼列３１を構成している。このノズル翼列３１は、各タービン動翼翼列３０の上流側に設けられ、ノズル翼列３１とタービン動翼翼列３０とによってタービン段落を構成している。
【００３１】
さらに、蒸気タービン１０には、蒸気入口管１９が、外部ケーシング１２および内部ケーシング１１を貫通して設けられ、さらに蒸気入口管１９の端部が、ノズルボックス２０に連通して接続されている。
【００３２】
このような構成を備える蒸気タービン１０において、蒸気入口管１９を経て、ノズルボックス２０内に流入した蒸気は、各タービン段落を通過しながら、膨張仕事を行い、タービンロータ１４を回転させる。膨張仕事をした蒸気は、排気され、例えば、低温再熱管（図示しない）を通りボイラ（図示しない）に流入する。
【００３３】
次に、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０の構成について説明する。
【００３４】
ここでは、タービン動翼翼列３０において、（１）設計当初から締付用部品として止め翼を使用する場合、（２）締付用部品として止めブロックを備えていたものを、後の設計変更によって、締付用部品として止め翼を使用する場合について説明する。
【００３５】
（１）設計当初から締付用部品として止め翼４０を使用する場合
図２は、締付用部品として止め翼４０を備えた、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。なお、図２には、植設された動翼１３（止め翼４０を含む）の数に対応する番号が記載されている。また、図２において、止め翼４０、長幅翼５１および短幅翼５２以外の動翼は、普通翼５０である。図３は、動翼１３の周方向の翼幅を説明するために、普通翼５０をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【００３６】
図２に示されたタービン動翼翼列３０は、止め翼４０および１４７枚の動翼１３が周方向に設けられている。なお、動翼１３の装着方法や止め翼４０の固定方法は、前述した図２４および図２５に示した方法と同じである。
【００３７】
図２に示すように、タービン動翼翼列３０は、理論計算に基づいて定まる周方向の翼幅Ｎを有する普通翼５０、普通翼５０の翼幅Ｎよりも広い周方向の翼幅Ｌを有する長幅翼５１、および普通翼５０の翼幅Ｎよりも狭い周方向の翼幅Ｓを有する短幅翼５２の３種類の動翼１３で構成されている。
【００３８】
ここで、普通翼５０の周方向の翼幅は、理論計算上、全周の角度（すなわち３６０°）から止め翼４０の周方向の翼幅に相当する角度を差し引いた角度を普通翼５０の本数で除した角度に基づいて定めることができる。また、動翼１３（普通翼５０）の周方向の翼幅とは、図３に示すように、翼有効部１３ａと植込部１３ｃとの間に形成されるシャンク部１３ｂにおける翼有効部１３ａ側端部の周方向の翼幅Ｎをいう。なお、長幅翼５１、短幅翼５２および止め翼４０においても、周方向の翼幅の定義は、これと同じである。
【００３９】
また、長幅翼５１および短幅翼５２のシャンク部や植込部における周方向の翼幅は、普通翼５０におけるそれらと異なるが、長幅翼５１および短幅翼５２の翼有効部やシュラウドの構成は、普通翼５０におけるそれらと同一の構成である。そのため、これらの動翼における重量差は、シャンク部や植込部における周方向の翼幅の違いによるものとなる。そして、動翼の周方向の翼幅の単位長さ当たりの重量は、短幅翼５２、普通翼５０、長幅翼５１の順に大きい（短幅翼５２＞普通翼５０＞長幅翼５１）。
【００４０】
なお、例えば、長幅翼５１の１本当たりの重量調整量は、前述した、溝を設けて重量が調整された重量軽減動翼の１本当たりの重量調整量よりも大きい。そのため、少ない本数の長幅翼５１で重量バランスを調整することができる。
【００４１】
次に、周方向幅および重量バランスの調整について説明する。
【００４２】
図２において、番号１に、普通翼５０ではなく、周方向の翼幅Ｃを有する止め翼４０を配置することで、タービン動翼翼列３０の周方向幅の増加分は、「Ｃ−Ｎ」で算出される。なお、止め翼４０の翼幅Ｃは、普通翼５０の翼幅Ｎよりも広い。そして、この幅の増加分に対する重量バランスを解消するためには、次の式（１）を満たすような、止め翼４０とタービンロータ中心軸に対して点対称となる側であるカウンタ側の普通翼５０をａ本の長幅翼５１に置き換えることによって、基本的に重量バランスを調整することができる。
Ｃ−Ｎ＝ａ×（Ｌ−Ｎ） …式（１）
【００４３】
ａの値は、長幅翼５１の翼幅Ｌと、普通翼５０の翼幅Ｎとの差（Ｌ−Ｎ）（以下、ΔＬという）によって決まり、ここでは仮にａを４とする。
【００４４】
また、止め翼４０の両側の動翼１３には、止め翼４０の遠心力がかかる。そこで、止め翼４０の両側の動翼１３を長幅翼５１とすることで、これらの動翼１３の植込部における応力を軽減することができる。そのため、ここでは、止め翼４０の両側の動翼１３を長幅翼５１としている。
【００４５】
止め翼４０の両側の動翼１３を長幅翼５１とすることで、この追加した２本の長幅翼５１における重量バランスの調整のために、カウンタ側に、さらに２本の長幅翼５１を追加する必要がある。この結果、カウンタ側（番号７２〜番号７７）には、６本の長幅翼５１が設けられ、このタービン動翼翼列の周上には、全部で８本の長幅翼５１が設けられる。８本の普通翼５０を８本の長幅翼５１に置き換えることで、事実上周方向の長さが「８×ΔＬ」だけ長くなる。この周方向の長さの増加分を削減するために、他の普通翼５０に換えて短幅翼５２が使用される。
【００４６】
ここで、普通翼５０の翼幅Ｎと、短幅翼５２の翼幅Ｓとの差（Ｎ−Ｓ）（以下、ΔＳという）がΔＬに等しいとすると、重量バランスを崩さないように、８本の短幅翼５２が、このタービン動翼翼列の周上に配列される。図２では、止め翼４０の位置から±９０度の位置およびその近傍の位置（番号３６〜番号３９、番号１１１〜番号１１４）に、それぞれ４本ずつ短幅翼５２を設けた一例が示されている。
【００４７】
上記したように、設計当初から締付用部品として止め翼４０を使用する場合には、普通翼５０の一部を、長幅翼５１または短幅翼５２に置き換えることで、重量バランスの調整を容易に行うことができる。なお、上記した重量バランスの調整方法は一例であり、これに限定されるものではない。
【００４８】
ここでは、ΔＬとΔＳが等しい一例を示したが、ΔＬをΔＳで除した値（ΔＬ／ΔＳ）が自然数となることが好ましい。この関係を有することで、長幅翼５１と短幅翼５２の本数比を単純化することができるため、重量バランスの調整を実用的かつ容易にすることができる。
【００４９】
例えば、ΔＬ／ΔＳが１の場合には、上記したΔＬとΔＳが等しい場合に相当する。また、ΔＬ／ΔＳが２または３の場合には、１本の長幅翼５１による翼幅の増加量ΔＬを削減するために、短幅翼５２を２本または３本備えることが必要となる。また、ΔＬ／ΔＳが２または３の場合には、植込部の応力は、ΔＬ／ΔＳが１の場合の植込部の応力の、それぞれ１／２、１／３となるので、植込部の応力レベルに応じて、ΔＬ／ΔＳの値を設定することができる。
【００５０】
なお、ΔＬ／ΔＳが４以上の場合、植込部の応力は、ΔＬ／ΔＳが１の場合の植込部の応力の１／４となるので、応力の観点から好ましいが、１本の長幅翼５１による翼幅の増加量ΔＬを削減するために、短幅翼５２を４本備えることが必要となり、重量バランスの調整が煩雑になる傾向がある。そのため、ΔＬ／ΔＳを４以上に設定することもできるが、長幅翼５１や短幅翼５２の本数を削減するという観点から、３以下に設定することが好ましい。
【００５１】
また、長幅翼５１の翼幅Ｌは、普通翼５０の翼幅Ｎの１．０５倍以下に設定されることが好ましい。すなわち、長幅翼５１の翼幅Ｌは、普通翼５０の翼幅Ｎの１倍より広く、かつ普通翼５０の翼幅Ｎの１．０５倍以下に設定されることが好ましい。
【００５２】
この理由を次に述べる。長幅翼５１は、普通翼５０と同一の翼有効部を、普通翼５０よりも周方向の翼幅がΔＬだけ広い植込部で支えるため、植込部の遠心力に基づく応力は、普通翼５０におけるものよりも低くなる。そのため、応力の観点からは、ΔＬを大きく設定しても支障はない。しかしながら、長幅翼５１も、普通翼５０と同様に、タービンロータのロータディスクの植込部に設けられた切欠溝から挿入されるため、植込部のフックの接触幅がΔＬ小さくなる。このため、長幅翼５１の翼幅Ｌが、普通翼５０の翼幅Ｎの１．０５倍を超えることは好ましくない。また、長幅翼５１の翼幅Ｌを普通翼５０の翼幅Ｎの１．０５倍以下に設定することで、隣り合う動翼の距離が離れることで生じる蒸気流の乱れを抑制することもできる。
【００５３】
また、短幅翼５２の翼幅Ｓは、普通翼５０の翼幅Ｎの０．９５倍以上に設定されることが好ましい。すなわち、短幅翼５２の翼幅Ｓは、普通翼５０の翼幅Ｎの１倍より狭く、かつ普通翼５０の翼幅Ｎの０．９５倍以上に設定されることが好ましい。
【００５４】
この理由を次に述べる。短幅翼５２は、普通翼５０と同一の翼有効部を、普通翼５０よりも周方向の翼幅がΔＳだけ狭い植込部で支えるため、植込部の遠心力に基づく応力は、普通翼５０におけるものよりも高くなる。通常、動翼の植込部の使用応力は、許容応力に対する余裕を小さく設計することが多いことから、この応力の増加量は、極力抑える必要がある。また、短幅翼５２の翼幅Ｓが狭くなると、構造上の制約も受けることから、短幅翼５２の翼幅Ｓを、普通翼５０の翼幅Ｎの０．９５倍よりも狭くすることは好ましくない。
【００５５】
ここで、図４は、タービン動翼翼列を構成する短幅翼５２の周方向の断面を展開して示した図である。図５は、図４に示された翼幅Ｓよりも狭い翼幅Ｓを有する短幅翼５２の周方向の断面を展開して示した図である。
【００５６】
例えば、低圧タービン段落を構成するタービン動翼翼列の動翼１３において、図４に示すように、翼有効部１３ａの後縁端は、シャンク部１３ｂから飛び出すように形成される。そして、組立上の要求から、図５に示すように、シャンク部１３ｂの一端側には、一般的に、張出部１３ｄおよびこの張出部１３ｄに対応する切欠部１３ｅが設けられる。しかしながら、短幅翼５２の翼幅Ｓが狭くなるほど、図５に示すように、翼有効部１３ａの前縁端がシャンク部１３ｂから飛び出すように形成される。そして、組立上の要求から、図４に示すように、シャンク部１３ｂの他端側には、一端側と同様に、張出部１３ｆおよびこの張出部１３ｆに対応する切欠部１３ｇが設けられる。そのため、動翼１３を加工する工程が大幅に増加する。さらに、短幅翼５２の翼幅Ｓが狭くなると、隣り合う動翼１３間の距離が小さくなり、蒸気の流れの特性を変えることがある。このようなことからも、短幅翼５２の翼幅Ｓは、普通翼５０の翼幅Ｎの０．９５倍以上に設定されることが好ましい。
【００５７】
（２）締付用部品として止めブロック６０を備えていたものを、後の設計変更によって、締付用部品として止め翼４０を使用する場合
図６は、締付用部品として止めブロック６０を備えたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図７は、図６に示された締付用部品に換えて止め翼４０を備えた、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【００５８】
ここでは、止め翼４０として、チタン製の翼を使用した一例を示す。チタン製の止め翼４０の形状は、前述した、動翼を構成する通常の材料で構成された止め翼４０の形状と同じである。また、チタン製の止め翼４０の重量は、動翼を構成する通常の材料で構成された止め翼４０の重量の約６０％程度となる。
【００５９】
締付用部品として止めブロック６０を備えるタービン動翼翼列では、図６に示すように、止めブロック６０を備えたことに対する重量バランスは、止めブロック６０のカウンタ側の何本かの普通翼５０を、溝を設けて重量が調整された重量軽減動翼７０に置き換えることで調整されている。ここでは、番号５９〜番号８８に３０本の重量軽減動翼７０を設けて重量バランスの調整が施されたタービン動翼翼列を示している。なお、重量軽減動翼７０の翼幅は、普通翼５０の翼幅Ｎと同じである。
【００６０】
次に、図６に示された止めブロック６０に換えて止め翼４０を備え、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０を構成する際の重量バランスの調整について説明する。
【００６１】
止めブロック６０に換えて止め翼４０を備え、止め翼４０のカウンタ側の３０本の重量軽減動翼７０を普通翼５０に置き換えるとともに、その普通翼５０のうちのｂ本を重量バランスを調整するために短幅翼５２に置き換えたときの重量バランスに関する関係式は、式（２）のようになる。なお、ここでも、上記した理由と同様の理由から、止め翼４０の両側の動翼１３を長幅翼５１としている。
止め翼４０の重さ−止めブロック６０の重さ＋２×（長幅翼５１の重さ−普通翼５０の重さ×（１+ΔＬ／Ｎ））＝普通翼５０の重さ×（３０−ｂ）＋（短幅翼５２の重さ＋普通翼５０の重さ×ΔＳ／Ｎ）×ｂ …式（２）
【００６２】
式（２）の左辺では、止めブロック６０およびこの止めブロック６０の両側が普通翼５０で構成された場合と、止め翼４０およびこの止め翼４０の両側が長幅翼５１で構成された場合との重量差を算出している。なお、この際、止め翼４０および２本の長幅翼５１における周方向の翼幅は、「Ｃ＋２×Ｌ」、すなわち「Ｃ＋２×（Ｎ＋ΔＬ）」であるのに対して、止めブロック６０および２本の普通翼５０における周方向の翼幅は、「Ｃ＋２×Ｎ」である。そのため、左辺における重量差の算出において、同じ周方向の翼幅で評価するため、止めブロック６０および２本の普通翼５０における周方向の翼幅を「Ｃ＋２×（Ｎ＋ΔＬ）」としている。また、この周方向の翼幅が増加した分は、普通翼５０の周方向の翼幅が増加したとみなして重量を算出している。
【００６３】
また、式（２）の右辺では、止め翼４０のカウンタ側において、重量軽減動翼７０に換えて３０本の普通翼５０で構成した場合と、３０本の普通翼５０のうちｂ本を短幅翼５２に換えて構成した場合との重量差を算出している。なお、この際、３０本の普通翼５０のうちｂ本を短幅翼５２に換えて構成した場合おける周方向の翼幅は、「（３０−ｂ）×Ｎ＋ｂ×（Ｎ−ΔＳ）」であるのに対し、３０本の普通翼５０で構成した場合おける周方向の翼幅は、「３０×Ｎ」である。そのため、右辺における重量差の算出において、同じ周方向の翼幅で評価するため、３０本の普通翼５０のうちｂ本を短幅翼５２に換えて構成した場合おける周方向の翼幅を、「（３０−ｂ）×Ｎ＋ｂ×（Ｎ−ΔＳ）＋ｂ×ΔＳ」、すなわち「３０×Ｎ」としている。また、この周方向の翼幅が増加した分は、普通翼５０の周方向の翼幅が増加したとみなして重量を算出している。
【００６４】
ここで、ｂを４とし、ΔＳがΔＬに等しいとすると、図７に示すように、止め翼４０のカウンタ側に、４本の短幅翼５２（例えば、番号７３〜番号７６）が設けられ、その周囲に２６本の普通翼５０（例えば、番号６０〜番号７２、番号７７〜番号８９）が設けられる。また、タービン動翼翼列３０の周上には、全部で４本の短幅翼５２が設けられる。そのため、４本の普通翼５０を４本の短幅翼５２に置き換えることで、事実上周方向の長さが「４×ΔＳ」だけ短くなる。この周方向の長さの減少分を補うために、他の普通翼５０に換えて長幅翼５１が使用される。ここでは、上記したように、ΔＳがΔＬに等しいとしているので、重量バランスを崩さないように、４本の長幅翼５１が、このタービン動翼翼列の周上に配列される。すでに、止め翼４０の両側に１本ずつ長幅翼５１が備えられているので、図７に示すように、止め翼４０の位置から±９０度の位置（番号１１２および番号３８）に、それぞれ１本ずつ長幅翼５１を設けた。
【００６５】
上記したように、止めブロック６０に換えて止め翼４０を備える場合においても、重量軽減動翼７０を使用せずに、普通翼５０の一部を、長幅翼５１または短幅翼５２に置き換えることで、重量バランスの調整を容易に行うことができる。重量軽減動翼７０を使用しないため、強度の低下を防止することができる。さらに、締付用部品として止め翼４０を使用するため、締付用部品として止めブロック６０を使用する場合よりも、段落損失を抑制することができる。
【００６６】
なお、上記した重量バランスの調整方法は、一例であり、これに限定されるものではない。また、ΔＬ／ΔＳ、長幅翼５１の翼幅Ｌおよび短幅翼５２の翼幅Ｓについては、前述したとおりである。
【００６７】
上記したように、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０によれば、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することで、使用する締付用部品の構成が制約されることなく、重量軽減動翼などを採用せずに、容易に、周方向幅の調節や重量バランスの調整を行うことができる。さらに、使用する締付用部品の構成が制約されることがないため、例えば、締付用部品による段落損失を防止し、効率の向上を図ることができる。さらに、重量軽減動翼などを採用しないため、機械的な強度を維持することができ、タービン動翼翼列としての信頼性を向上させることができる。
【００６８】
また、設計当初から締付用部品として止め翼を使用する場合、および締付用部品として止めブロックを備えていたものを、後の設計変更によって、締付用部品として止め翼を使用する場合であっても、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することで、容易に、周方向幅の調節や重量バランスの調整を行うことができる。
【００６９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、所定の動翼を動翼の周方向の翼幅の範囲内で、例えばタービン動翼翼列の回転方向または反回転方向に移動させて配置可能とし、その移動によって生じたずれ幅を、長幅翼５１および短幅翼５２を組み合せて備えることで補充し、さらに重量バランスの調整を行うことができるタービン動翼翼列を示す。
【００７０】
例えば、所定の動翼を、タービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらしたい場合、締付用部品と所定の動翼との間に次の式（３）を満たすｃ本の長幅翼５１およびｄ本の短幅翼５２を普通翼５０に換えて備えることで実現できる。なお、ｃおよびｄは、長幅翼５１および短幅翼５２の数が最小となるように設定されることが好ましい。
Ｈ＝ｃ×ΔＬ−ｄ×ΔＳ …式（３）
【００７１】
ここでｃ、ｄは自然数である。なお、重量バランスを調整するために、長幅翼５１および短幅翼５２に置き換えられた位置のカウンタ側は、長幅翼５１および短幅翼５２に置き換えられた位置と同様に、長幅翼５１および短幅翼５２に置き換えられる。
【００７２】
具体的には、例えば、Ｈが２．５ｍｍ、ΔＬが１ｍｍ、ΔＳが０．５ｍｍである場合、ｃを３、ｄを１とすることができる。
【００７３】
図８は、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に、長幅翼５１および短幅翼５２を使用してすれ幅などが調整されたタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図９は、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列３０の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に生じるずれ幅を説明するための、タービン動翼翼列３０の一部を展開した図である。図１０は、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列３０の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に生じる戻し幅を説明するための、タービン動翼翼列３０の一部を展開した図である。
【００７４】
図９に示すように、４本の普通翼５０を３本の長幅翼５１および１本の短幅翼５２（ｊ１群）に置き換えることによって、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列３０の反回転方向に２．５ｍｍ移動することができる。また、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列の反回転方向に２．５ｍｍ移動することで、図１０に示すように、２．５ｍｍの戻し幅が発生する。この戻し幅は、５本の普通翼５０を５本の短幅翼５２に置き換えることによって解消することができる。戻し幅を調整するための短幅翼５２（ｋ１群）は、図８に示すように、３本の長幅翼５１および１本の短幅翼５２からなるｊ１群の位置に対して、タービン動翼翼列の反回転方向にほぼ９０度の位置に構成される。
【００７５】
また、重量バランスを調整するために、ｊ１群のカウンタ側（ｊ２群）には、ｊ１群と同じ構成で、長幅翼５１および短幅翼５２が設けられ、ｋ１群のカウンタ側（ｋ２群）には、ｋ１群と同じ構成で、短幅翼５２が設けられる。なお、ここでは、止め翼４０の一方の側の動翼を長幅翼５１で構成した一例を示しているが、止め翼４０の両側の動翼を長幅翼５１で構成してもよい。この場合には、重量バランスを調整するため、この長幅翼５１のカウンタ側にも、長幅翼５１が配置される。そのため、ｋ１群およびｋ２群に隣接する普通翼５０を短幅翼５２に換えることで、周方向幅の調整および重量バランスの調整を行うことができる。
【００７６】
上記したような所定の動翼の移動が必要になる事例としては、タービン動翼翼列を構成する動翼と動翼との間におけるロータディスク１５の損傷の発生が挙げられる。この損傷は、主として、蒸気に含まれる不純物が動翼間の間隙に堆積することに起因する腐蝕疲労である。このような損傷あるいは損傷の兆候が発見されると、通常、直ちに研削等によってロータディスク１５の表面から損傷などが除去される。そして、除去後の損傷サイズが小さな場合には、応急処置として、上記したように、損傷の発生源である動翼間の位置を元の位置からずらすという対応が採られる。本発明に係るタービン動翼翼列では、このような対応に適応することが可能である。
【００７７】
上記した所定の動翼を周方向に所定幅移動させて配置可能とする構成は、他の状況においても適用することができる。次に、他の適用例について説明する。
【００７８】
タービンロータ１４のロータディスク１５の表面の損傷が進展すると、例えば、動翼間に位置する、ロータディスク１５の植込部８０の外周面に発生した腐蝕疲労痕からクラックが形成されることがある。このクラックは、高サイクル疲労によって、タービンロータ１４の内部に向かってほぼ半径方向に伝播することが知られている。
【００７９】
図１１は、補修溝９０が加工されたロータディスク１５の植込部８０を示す斜視図である。クラックが形成された場合、図１１に示すように、溝加工によってクラックを完全に削り取る処理が施されるが、クラックは、単純に半径方向のみに進展するのではなく、周方向に傾いて進展することもある。また、加工された補修溝９０の先端（溝底部）は、応力集中を軽減するため、Ｒ形状に仕上げられる。これらにより、補修溝９０は、図１１に示すように、所定の幅Ｗおよび深さＹを有する溝となる。
【００８０】
補修溝９０が加工されたロータディスク１５の植込部８０は、例えば、図１１に示すように、第１フック８０ａと第２フック８０ｂが、補修溝９０によって部分的に削除された形状となる。そのため、この補修溝９０の位置に配置される動翼として、普通翼５０を使用すると、補修溝９０以外の部分的に残存する植込部８０で、普通翼５０の遠心力を支えなければならず、植込部８０の応力が高くなり過ぎる。そこで、この遠心力を軽減するために、補修溝９０の位置に配置される動翼として、例えば、チタン製の補修用動翼が使用される。
【００８１】
ここで、図１２は、補修用動翼１００が植設された、ロータディスク１５の植込部８０における周方向の断面を示す図である。図１３は、図１２のＡ−Ａ断面を示す図である。図１４は、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の中央に補修溝９０が位置するときの、ロータディスク１５の植込部８０の第１フック８０ａと、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａとの間の面圧を模式的に示す図である。図１５は、補修用動翼１００の植込部１０１の、周方向の、中央と端部との間に補修溝９０が位置するときの、ロータディスク１５の植込部８０の第１フック８０ａと、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａとの間の面圧を模式的に示す図である。図１６は、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の端部に補修溝９０が位置するときの、ロータディスク１５の植込部８０の第１フック８０ａと、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａとの間の面圧を模式的に示す図である。
【００８２】
なお、これらの面圧は、フックに作用する反力を受圧面積で除したものであるが、１本の動翼について、フック各部位の作用反力によるモーメントがつりあう条件から、それぞれの部位に作用する反力が算出される。
【００８３】
図１４に示すように、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の中央に補修溝９０が位置する場合、補修溝９０を挟んで両側に発生する面圧は、ほぼ均一であり、同じ圧力分布となる。ここで、補修用動翼１００の植込部１０１の中央に補修溝９０が位置するとは、補修溝９０の周方向の中心に対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の中心が位置するように、補修用動翼１００が配置されていることを意味する（図１３参照）。
【００８４】
図１５に示すように、補修用動翼１００の植込部１０１の、周方向の、中央と端部との間に補修溝９０が位置する場合、第１フック８０ａとの当接面積が多い側（図１５では右側）の面圧は、低くほぼ均一になるのに対して、第１フック８０ａとの当接面積が少ない側（図１５では左側）の面圧は、高くなる。この傾向は、第１フック８０ａとの当接面積が少ない側（図１５では左側）において、当接面積の減少に伴って顕著になる。ここで、補修用動翼１００の植込部１０１の、周方向の、中央と端部との間に補修溝９０が位置するとは、補修溝９０の周方向の中心に対応する位置が、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の中心よりも補修用動翼１００の植込部１０１の端部側に位置するように、補修用動翼１００が配置されていることを意味する。
【００８５】
図１６に示すように、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の端部に補修溝９０が位置する場合、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａの一端部１０２は、第１フック８０ａと当接しないため、面圧はかからない。一方、第１フック８０ａとの当接する部分における面圧は、ほぼ均一な分布を示す。ここで、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の端部に補修溝９０が位置するとは、補修溝９０の周方向の一端部９０ａに対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２が位置するように、補修用動翼１００が配置されていることを意味する。なお、隣接する動翼の植込部と接触する、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２は、補修溝９０が形成された周方向の範囲内に位置すればよい。ここで、図１７は、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２と、補修溝９０の周方向の一端部９０ａとの周方向距離Ｍを示した図である。ここで、第１フック８０ａの面圧は（Ｎ／（Ｎ−Ｍ））倍に増大するので、Ｍは小さいほうが好ましい。組立て時の位置に対する公差を考慮して、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２と、補修溝９０の周方向の一端部９０ａとの周方向距離Ｍを２ｍｍ以下とすることが実用的である。
【００８６】
上記した面圧分布を考慮すると、図１４または図１６に示した面圧分布が得られるように補修用動翼１００を配置することが好ましい。すなわち、図１４に示すように、補修溝９０の周方向の中心に対応する位置に、動翼（ここでは補修用動翼１００）の周方向の中心が位置するように、動翼が配置されることが好ましい。また、図１６や図１７に示すように、補修溝９０が形成された周方向の範囲内において、隣接する動翼（例えば、補修用動翼１００と長幅翼５１）の植込部どうしが接触するように配置されることが好ましい。このように補修用動翼１００を配置することで、応力的に最も安定した補修を行うことができる。
【００８７】
ここで、図１４または図１６に示した面圧分布が得られるように補修用動翼１００を配置する際、重量バランスを調整するために、長幅翼５１や短幅翼５２を使用するが、これらの動翼の使用数を極力少なくするために、図１６に示した面圧分布が得られるように補修用動翼１００を配置することがさらに好ましい。図１６に示した補修用動翼１００の配置を採用することで、長幅翼５１や短幅翼５２の使用数を少なくできるのは、図９を参照して説明した、ずれ幅が小さく抑えられるからである。
【００８８】
ここで、図１６に示した面圧分布が得られるように補修用動翼１００を配置する場合における、重量バランスの調整について説明する。
【００８９】
図１８は、補修用動翼１００を備えたタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図１９は、図１８の補修用動翼１００が配置された領域を拡大した図である。
【００９０】
図１８では、止め翼４０から反回転方向の半周上に補修溝９０を有する場合が示されている。また、止め翼４０の両側には、長幅翼５１が配置され、止め翼４０は、前述した固定方法と同様の方法で長幅翼５１に固定されている。
【００９１】
また、図１９に示すように、補修溝９０の周方向の一端部９０ａ（反回転方向の端部） に対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２（反回転方向の端部）が位置するように、補修用動翼１００（番号２２）が配置されている。また、補修用動翼１００は、前述した止め翼４０と同様に、両側に配置された長幅翼５１にキー１１０によって固定される。
【００９２】
このように補修用動翼１００を配置する際のタービン動翼翼列３０を構成する方法の一例について説明する。ここでは、チタン製の補修用動翼１００を使用し、補修用動翼１００の翼幅が長幅翼５１の翼幅Ｌと等しい場合について説明する。
【００９３】
まず、補修用動翼１００の配置位置を定める。ここでは、上記したように、補修溝９０の周方向の一端部９０ａ（反回転方向の端部）に対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２（反回転方向の端部）が位置するように、補修用動翼１００（番号２２）が配置される。
【００９４】
続いて、反回転方向の、止め翼４０と補修用動翼１００の間に普通翼５０を配置する。ここで、普通翼５０を配置するだけでは周方向の位置調整ができない場合には、長幅翼５１や短幅翼５２を使用して、止め翼４０と補修用動翼１００の間の動翼の位置調整を行う。ここでは、図１８および図１９に示すように、止め翼４０と補修用動翼１００の間の動翼の位置調整のために、５本の長幅翼５１が使用されている。この５本の長幅翼５１、補修用動翼１００および補修用動翼１００の一方の側の長幅翼５１が配置された部分をＢ部という。
【００９５】
ここでは、止め翼４０の反回転方向側に配置されている長幅翼５１、および長幅翼５１と同じ翼幅の補修用動翼１００を備えるため、翼幅の観点から、止め翼４０と補修用動翼１００の間に、全部で７本の長幅翼５１を使用していることに相当する。さらに、補修用動翼１００の反回転方向側の長幅翼５１を含めると、すでに８本の長幅翼５１が使用されていることに相当する。そのため、長幅翼５１を備えることで生ずる周方向幅の増加量を、短幅翼５２を使用することで相殺する必要がある。なお、ここでは、ΔＬとΔＳが等しくなるように、長幅翼５１および短幅翼５２を構成している。また、ここでは、補修用動翼１００の翼幅を長幅翼５１の翼幅Ｌと同じにした一例を示したが、例えば、補修溝９０の幅Ｗなどに応じて、補修用動翼１００の翼幅は、普通翼５０の翼幅Ｎまたは短幅翼５２の翼幅Ｓと同じにしてもよい。
【００９６】
止め翼４０と補修用動翼１００の間の配列が定まった後、軽量化されたＢ部の重量を補うため、さらにはこれまで使用された長幅翼５１による周方向幅の増加量を相殺するため、Ｂ部の反回転方向側に隣接させて、複数の短幅翼５２を配置する。この短幅翼５２が配置された部分をＣ部という。
【００９７】
続いて、止め翼４０と、止め翼４０の両側に配置される長幅翼５１とからなるＡ部を構成する部分の回転方向側に隣接させて、軽量化されたＡ部の重量を補うため、さらには止め翼４０の回転方向側に配置される長幅翼５１による周方向幅の増加量を相殺するため、複数の短幅翼５２を配置する。この短幅翼５２が配置された部分をＥ部という。
【００９８】
続いて、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｅ部との重量バランスの調整および周方向の長さの最終調整のために、これらの領域のカウンタ側となる部分に、複数の長幅翼５１を配置する。この長幅翼５１が配置された部分をＤ部という。
【００９９】
このようにして、図１８に示す、補修用動翼１００を備えたタービン動翼翼列３０が構成される。なお、止め翼４０、長幅翼５１および短幅翼５２以外の部分は、普通翼５０で構成されている。
【０１００】
ここで、図２０は、補修用動翼１００を備えたタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図２１は、図２０の補修用動翼１００が配置された領域を拡大した図である。
【０１０１】
図２０および図２１には、止め翼４０から回転方向の半周上に補修溝９０を有する場合が示されている。また、止め翼４０の両側には、長幅翼５１が配置され、止め翼４０は、前述した固定方法と同様の方法で長幅翼５１に固定されている。
【０１０２】
また、図２１に示すように、補修溝９０の周方向の一端部９０ａ（回転方向の端部）に対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２（回転方向の端部）が位置するように、補修用動翼１００（番号９６）が配置されている。また、補修用動翼１００は、前述した止め翼４０と同様に、両側に配置された長幅翼５１にキー１１０によって固定される。
【０１０３】
この止め翼４０から回転方向の半周上に補修溝９０を有する場合にも、上記した止め翼４０から反回転方向の半周上に補修溝９０を有する場合と同様の方法で、補修用動翼１００を備えたタービン動翼翼列３０が構成される。
【０１０４】
上記したように、第２の実施の形態のタービン動翼翼列３０によれば、例えば、タービンロータ１４のロータディスク１５の表面に損傷が生じた場合においては、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することによって、所定の動翼を移動して、その損傷部が蒸気に曝されないように構成することができる。このため、蒸気タービンの安全性を向上させることができる。
【０１０５】
また、ロータディスク１５の植込部８０に、クラックを除去するために形成された補修溝９０を備え、例えば、補修溝９０にかかる部分にチタン製の補修用動翼１００を配置するような場合であっても、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することによって、容易に、周方向幅の調節や重量バランスの調整を行うことができる。また、補修溝９０に対する補修用動翼１００の配置位置を調整することができるため、例えば、ロータディスク１５の植込部８０の第１フック８０ａや、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａにかかる応力を均一にすることができる。
【０１０６】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。上記した実施の形態に示されたタービン動翼翼列は一例であり、これら構成に限定されるものではない。すなわち、重量軽減動翼を使用することなく、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することで、周方向幅の調節や重量バランスの調整が行われたタービン動翼翼列であれば、本発明に係るタービン動翼翼列に含まれる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…蒸気タービン、１１…内部ケーシング、１２…外部ケーシング、１３…動翼、１３ａ…翼有効部、１３ｂ…シャンク部、１３ｃ…植込部、１３ｄ…張出部、１３ｅ…切欠部、１３ｆ…張出部、１３ｇ…切欠部、１４…タービンロータ、１５…ロータディスク、１６…ダイヤフラム外輪、１７…ダイヤフラム内輪、１８…ノズル、１９…蒸気入口管、２０…ノズルボックス、３０…タービン動翼翼列、３１…ノズル翼列、４０…止め翼、５０、５０ａ…普通翼、５１…長幅翼、５２…短幅翼、６０…止めブロック、７０…重量軽減動翼、８０、１０１…植込部、８０ａ…第１フック、８０ｂ…第２フック、９０…補修溝、９０ａ、１０２…一端部、１００…補修用動翼、１０１ａ…第１フック、１１０…キー。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンロータのロータディスクの周方向に複数の動翼を植設して環状に構成されるタービン動翼翼列に係り、特に重量バランスの調整を容易に行うことができるタービン動翼翼列およびこのタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンにおけるタービン動翼翼列は、例えば、タービンロータの周方向に亘って形成されたロータディスクの植込部に設けられた切欠溝から周方向に沿って、動翼を１本ずつ挿入し、最後に、止め翼などの締付用部品を固定して構成される（例えば、特許文献１および非特許文献１参照。）。
【０００３】
締付用部品においては、機械的強度、タービン効率、重量バランスなどの種々の観点から、様々な工夫が施されている。例えば、締付用部品は、ロータディスクの植込部に設けられた切欠溝に固定されるため、植込部を有していない。そのため、締付用部品の両側の動翼に荷重を持たせることで、例えば、締付用部品にかかる遠心力に対抗して組立状態を維持している。そこで、両側の動翼にかかる負荷を小さくするために、締付用部品の重さは、できる限り軽いことが好ましい。
【０００４】
締付用部品として、例えば、最大限に重量を軽減した止め金、翼有効部などが削除された植込部のみの構造からなる止めブロック、他の動翼と同じ翼部を有する止め翼などが使用されている。そして、タービン段落の強度設計などに応じて、これらの締付用部品の中から適宜に選択され、使用される。
【０００５】
これらの締付用部品は、タービン動翼翼列を主として構成する、理論計算に基づいて形成された動翼とは重量が異なるために、重量を軽減すればするほど、タービン動翼翼列としての重量バランスが崩れる。そのため、タービンロータの振動発生源にならないように、重量調整用の動翼を備えることも必要となる。
【０００６】
一方、地球温暖化防止の目的から、蒸気タービンのさらなる性能の向上が求められている。例えば、段落損失の増加を防止するという観点から、締付用部品として、蒸気通路部が欠落する止めブロックは採用せずに、止め翼を採用する傾向になっている。また、止め翼をチタンなどで形成する試みも行われている。止め翼の材料として、チタンを用いる利点の一つは、重量が鉄鋼系材料の約６０％になるという軽量性にある。しかしながら、チタンは、加工性が悪いことや、高価であることなどの欠点も有している。
【０００７】
ここで、従来のタービン動翼翼列の構成について説明する。
【０００８】
まず、締付用部品として止めブロックを備えた、従来のタービン動翼翼列について説明する。
【０００９】
図２２は、締付用部品として止めブロック４１０を備えた、従来のタービン動翼翼列４００を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図２３は、止めブロック４１０を周方向からみたときの平面図である。図２４は、止めブロック４１０を備えた部分の、タービン動翼翼列４００を拡大した図である。図２５は、止めブロック４１０の取付状態を示す分解斜視図である。図２６は、重量バランスを調整するために溝４１５が設けられた動翼を周方向からみたときの平面図である。なお、図２２には、植設された動翼４１１の数に対応する番号が記載されている。
【００１０】
図２２に示されたタービン動翼翼列４００は、止めブロック４１０を除いて、１４７枚の動翼４１１が周方向に設けられている。図２３に示すように、止めブロック４１０は、翼有効部などが削除された植込部のみの構造であり、図２４に示すように、動翼４１１間に固定されている。
【００１１】
また、図２５に示すように、ロータディスク４２０の外周部の両側面には、周方向に延びる複数の植込溝４２１が形成されており、動翼４１１の植込部４１１ａに形成されているフック部４１１ｂがロータディスク４２０の植込溝４２１に嵌合されている。なお、動翼４１１は、ロータディスク４２０に形成された切り欠き部４２２から挿入され、ロータディスク４２０の植込溝４２１に嵌合される。
【００１２】
ここで、図２４および図２５に示すように、切り欠き部４２２に位置する止めブロック４１０は、止めブロック４１０の植込部４１０ａおよび隣接する動翼４１１の植込部４１１ａに、タービンロータ軸方向に平行にそれぞれ形成されたキー溝４１２ａ、４１２ｂによって形成される穴４１２にキー４１３を挿入することで固定されている。これによって、止めブロック４１０に加わる遠心力は、キー４１３を介して隣接する動翼４１１に支持され、止めブロック４１０の抜け出しが防止される。
【００１３】
このタービン動翼翼列４００において、止めブロック４１０を備えたことに対する重量バランスは、通常、止めブロック４１０のタービンロータ中心軸に対して対称となる位置に配置された動翼の重量を軽減することによって調整される。
【００１４】
重量バランスの調整の最も簡単な方法は、カウンタ動翼（止めブロック４１０とタービンロータ中心軸に対して点対称な位置にある動翼）を、止めブロック４１０と同様の形状とすることである。しかしながら、この構成を採用すると、蒸気通路部の欠落部が周上に２箇所存在することとなり、性能が低下するため好ましくない。そのため、従来のタービン動翼翼列４００では、止めブロック４１０とタービンロータ中心軸に対して点対称となる側に位置する何本かの動翼（例えば、図２２における番号５９〜番号８８）を、図２６に示されているように局部的に加工して、すなわち溝４１５を設けて重量を調整し、重量バランスを調整している。以下、溝４１５を設けて重量が調整された動翼を重量軽減動翼という。
【００１５】
次に、締付用部品として止め翼を備えた、従来のタービン動翼翼列について説明する。
【００１６】
図２７は、締付用部品として止め翼４４０を備えた、従来のタービン動翼翼列４０１を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。なお、止め翼４４０の固定方法は、前述した止めブロック４１０を固定する方法と基本的に同様であるが、止め翼４４０を用いる場合は、止め翼４４０の植込部およびロータディスクにピン穴を設け、それぞれのピン穴に止めピンを挿入して止め翼４４０の遠心力による浮き上がりを完全に防止するように構成する。
【００１７】
上記したように、段落損失の増加を防止するという観点から、締付用部品として、止め翼を採用する傾向になっている。ここで、全周に、例えば１４８本の動翼４１１（止め翼４４０も含む）を備える構成を最初から考慮して設計製作する場合には、重量バランスの調整は容易に行える。しかしながら、例えば、締付用部品として止めブロックを備えていたものを、後の設計変更や構造変更によって、締付用部品として止め翼を採用した構成にする場合には、当初の重量バランス状態を考慮した上で、重量バランスを調整しなければならず、容易に行うことはできない。
【００１８】
例えば、新たに製作される止め翼４４０が、動翼４１１と同じ鉄鋼系材料で形成されている場合、前述した、締付用部品として止めブロック４１０を備えるときに使用された重量軽減動翼を、全て通常の動翼４１１に置き換えて、アンバランス量を小さくした上で対策を考えることになる。ここで、１つの方策として、止め翼４４０を備えることによるアンバランス量を小さくするために、止め翼４４０をチタンで形成し、止め翼４４０とタービンロータ中心軸に対して点対称となる側（以下、カウンタ側という）に位置する何本かの動翼（例えば、図２７における番号７０〜番号７８）を、重量軽減動翼とすることで重量バランスが調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０００−２２０４０５号公報
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Turbine steam Path- Volume IIIb-Mechanical Design and manufacture, Sanders, William P, Pennwell Corp.,2004, ISBN 1-59370-010-5, p.616, p.638-642, p.645-646
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
上記したように、従来のタービン動翼翼列では、締付用部品として、止めブロックまたは止め翼を採用する場合、重量バランスを調整するために、カウンタ側に、複数の重量軽減動翼が配置される。この重量軽減動翼は、前述したように、動翼に溝を設けて構成されるが、強度上の制約から溝を大きく形成することができない。そのため、通常の動翼を重量軽減動翼に置き換えても重量の低減量は少ない。したがって、カウンタ側に多くの重量軽減動翼を配置しなければならない。
【００２２】
また、動翼の設計条件が強度において厳しく制限されている場合などにおいては、重量軽減動翼を使用することが許されないこともある。このような場合には、締付用部品として止めブロックを採用したり、カウンタ動翼として止めブロックと同様の形状の動翼を採用したりする必要があり、段落損失が増加する設計となる。
【００２３】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、種々の制約を受けることなく重量バランスの調整をすることができるタービン動翼翼列、およびこのタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、タービンロータのロータディスクの外周部に形成された周方向に延びる植込溝に、複数の動翼の植込部を嵌合して保持させ、前記ロータディスクに形成された切り欠き部に止め翼を固定してなるタービン動翼翼列において、前記複数の動翼が、理論計算に基づいて定まる周方向の翼幅を有する普通翼、前記普通翼よりも周方向の翼幅が広い長幅翼、および前記普通翼よりも周方向の翼幅が狭い短幅翼の３種類の動翼で構成されていることを特徴とするタービン動翼翼列が提供される。
【００２５】
また、本発明の一態様によれば、上記したタービン動翼翼列を備えたことを特徴とする蒸気タービンが提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のタービン動翼翼列およびこのタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンによれば、重量バランスの調整をする際に受ける制約を少なくし、容易に重量バランスの調整を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のタービン動翼翼列を備えた蒸気タービンの、タービンロータの中心線を含む断面（子午断面）を示す図である。
【図２】締付用部品として止め翼を備えた、第１の実施の形態のタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図３】動翼の周方向の翼幅を説明するために、普通翼をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図４】タービン動翼翼列を構成する短幅翼の周方向の断面を展開して示した図である。
【図５】図４に示された翼幅Ｓよりも狭い翼幅Ｓを有する短幅翼５２の周方向の断面を展開して示した図である。
【図６】締付用部品として止めブロックを備えたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図７】図６に示された締付用部品に換えて止め翼を備えた、第１の実施の形態のタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図８】所定の動翼（普通翼）をタービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に、長幅翼および短幅翼を使用してすれ幅などが調整されたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図９】所定の動翼（普通翼）をタービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に生じるずれ幅を説明するための、タービン動翼翼列の一部を展開した図である。
【図１０】所定の動翼（普通翼）をタービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に生じる戻し幅を説明するための、タービン動翼翼列の一部を展開した図である。
【図１１】補修溝が加工されたロータディスクの植込部を示す斜視図である。
【図１２】補修用動翼が植設された、ロータディスクの植込部における周方向の断面を示す図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１４】補修用動翼の植込部の周方向の中央に補修溝が位置するときの、ロータディスクの植込部の第１フックと、補修用動翼の植込部の第１フックとの間の面圧を模式的に示す図である。
【図１５】補修用動翼の植込部の、周方向の、中央と端部との間に補修溝が位置するときの、ロータディスクの植込部の第１フックと、補修用動翼の植込部の第１フックとの間の面圧を模式的に示す図である。
【図１６】補修用動翼の植込部の周方向の端部に補修溝が位置するときの、ロータディスクの植込部の第１フックと、補修用動翼の植込部の第１フックとの間の面圧を模式的に示す図である。
【図１７】補修用動翼の植込部の周方向の一端部と、補修溝の周方向の一端部との周方向距離Ｍを示した図である。
【図１８】補修用動翼を備えたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図１９】図１８の補修用動翼が配置された領域を拡大した図である。
【図２０】補修用動翼を備えたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図２１】図２０の補修用動翼が配置された領域を拡大した図である。
【図２２】締付用部品として止めブロックを備えた、従来のタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【図２３】止めブロックを周方向からみたときの平面図である。
【図２４】止めブロックを備えた部分の、タービン動翼翼列を拡大した図である。
【図２５】止めブロックの取付状態を示す分解斜視図である。
【図２６】重量バランスを調整するために溝が設けられた動翼を周方向からみたときの平面図である。
【図２７】締付用部品として止め翼を備えた、従来のタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０を備えた蒸気タービン１０の、タービンロータ１４の中心線を含む断面（子午断面）を示す図である。
【００２９】
図１に示すように、蒸気タービン１０は、例えば、内部ケーシング１１とその外側に設けられた外部ケーシング１２とから構成される二重構造のケーシングを備えている。また、内部ケーシング１１内には、タービンロータ１４が貫設されている。このタービンロータ１４には、タービンロータ軸方向に複数段のロータディスク１５が形成されている。また、各ロータディスク１５には複数の動翼１３が周方向に植設され、タービン動翼翼列３０を構成している。
【００３０】
また、内部ケーシング１１の内周側には、ダイヤフラム外輪１６およびダイヤフラム内輪１７との間に、複数のノズル１８が周方向に支持され、ノズル翼列３１を構成している。このノズル翼列３１は、各タービン動翼翼列３０の上流側に設けられ、ノズル翼列３１とタービン動翼翼列３０とによってタービン段落を構成している。
【００３１】
さらに、蒸気タービン１０には、蒸気入口管１９が、外部ケーシング１２および内部ケーシング１１を貫通して設けられ、さらに蒸気入口管１９の端部が、ノズルボックス２０に連通して接続されている。
【００３２】
このような構成を備える蒸気タービン１０において、蒸気入口管１９を経て、ノズルボックス２０内に流入した蒸気は、各タービン段落を通過しながら、膨張仕事を行い、タービンロータ１４を回転させる。膨張仕事をした蒸気は、排気され、例えば、低温再熱管（図示しない）を通りボイラ（図示しない）に流入する。
【００３３】
次に、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０の構成について説明する。
【００３４】
ここでは、タービン動翼翼列３０において、（１）設計当初から締付用部品として止め翼を使用する場合、（２）締付用部品として止めブロックを備えていたものを、後の設計変更によって、締付用部品として止め翼を使用する場合について説明する。
【００３５】
（１）設計当初から締付用部品として止め翼４０を使用する場合
図２は、締付用部品として止め翼４０を備えた、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。なお、図２には、植設された動翼１３（止め翼４０を含む）の数に対応する番号が記載されている。また、図２において、止め翼４０、長幅翼５１および短幅翼５２以外の動翼は、普通翼５０である。図３は、動翼１３の周方向の翼幅を説明するために、普通翼５０をタービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【００３６】
図２に示されたタービン動翼翼列３０は、止め翼４０および１４７枚の動翼１３が周方向に設けられている。なお、動翼１３の装着方法や止め翼４０の固定方法は、前述した図２４および図２５に示した方法と同じである。
【００３７】
図２に示すように、タービン動翼翼列３０は、理論計算に基づいて定まる周方向の翼幅Ｎを有する普通翼５０、普通翼５０の翼幅Ｎよりも広い周方向の翼幅Ｌを有する長幅翼５１、および普通翼５０の翼幅Ｎよりも狭い周方向の翼幅Ｓを有する短幅翼５２の３種類の動翼１３で構成されている。
【００３８】
ここで、普通翼５０の周方向の翼幅は、理論計算上、全周の角度（すなわち３６０°）から止め翼４０の周方向の翼幅に相当する角度を差し引いた角度を普通翼５０の本数で除した角度に基づいて定めることができる。また、動翼１３（普通翼５０）の周方向の翼幅とは、図３に示すように、翼有効部１３ａと植込部１３ｃとの間に形成されるシャンク部１３ｂにおける翼有効部１３ａ側端部の周方向の翼幅Ｎをいう。なお、長幅翼５１、短幅翼５２および止め翼４０においても、周方向の翼幅の定義は、これと同じである。
【００３９】
また、長幅翼５１および短幅翼５２のシャンク部や植込部における周方向の翼幅は、普通翼５０におけるそれらと異なるが、長幅翼５１および短幅翼５２の翼有効部やシュラウドの構成は、普通翼５０におけるそれらと同一の構成である。そのため、これらの動翼における重量差は、シャンク部や植込部における周方向の翼幅の違いによるものとなる。そして、動翼の周方向の翼幅の単位長さ当たりの重量は、短幅翼５２、普通翼５０、長幅翼５１の順に大きい（短幅翼５２＞普通翼５０＞長幅翼５１）。
【００４０】
なお、例えば、長幅翼５１の１本当たりの重量調整量は、前述した、溝を設けて重量が調整された重量軽減動翼の１本当たりの重量調整量よりも大きい。そのため、少ない本数の長幅翼５１で重量バランスを調整することができる。
【００４１】
次に、周方向幅および重量バランスの調整について説明する。
【００４２】
図２において、番号１に、普通翼５０ではなく、周方向の翼幅Ｃを有する止め翼４０を配置することで、タービン動翼翼列３０の周方向幅の増加分は、「Ｃ−Ｎ」で算出される。なお、止め翼４０の翼幅Ｃは、普通翼５０の翼幅Ｎよりも広い。そして、この幅の増加分に対する重量バランスを解消するためには、次の式（１）を満たすような、止め翼４０とタービンロータ中心軸に対して点対称となる側であるカウンタ側の普通翼５０をａ本の長幅翼５１に置き換えることによって、基本的に重量バランスを調整することができる。
Ｃ−Ｎ＝ａ×（Ｌ−Ｎ） …式（１）
【００４３】
ａの値は、長幅翼５１の翼幅Ｌと、普通翼５０の翼幅Ｎとの差（Ｌ−Ｎ）（以下、ΔＬという）によって決まり、ここでは仮にａを４とする。
【００４４】
また、止め翼４０の両側の動翼１３には、止め翼４０の遠心力がかかる。そこで、止め翼４０の両側の動翼１３を長幅翼５１とすることで、これらの動翼１３の植込部における応力を軽減することができる。そのため、ここでは、止め翼４０の両側の動翼１３を長幅翼５１としている。
【００４５】
止め翼４０の両側の動翼１３を長幅翼５１とすることで、この追加した２本の長幅翼５１における重量バランスの調整のために、カウンタ側に、さらに２本の長幅翼５１を追加する必要がある。この結果、カウンタ側（番号７２〜番号７７）には、６本の長幅翼５１が設けられ、このタービン動翼翼列の周上には、全部で８本の長幅翼５１が設けられる。８本の普通翼５０を８本の長幅翼５１に置き換えることで、事実上周方向の長さが「８×ΔＬ」だけ長くなる。この周方向の長さの増加分を削減するために、他の普通翼５０に換えて短幅翼５２が使用される。
【００４６】
ここで、普通翼５０の翼幅Ｎと、短幅翼５２の翼幅Ｓとの差（Ｎ−Ｓ）（以下、ΔＳという）がΔＬに等しいとすると、重量バランスを崩さないように、８本の短幅翼５２が、このタービン動翼翼列の周上に配列される。図２では、止め翼４０の位置から±９０度の位置およびその近傍の位置（番号３６〜番号３９、番号１１１〜番号１１４）に、それぞれ４本ずつ短幅翼５２を設けた一例が示されている。
【００４７】
上記したように、設計当初から締付用部品として止め翼４０を使用する場合には、普通翼５０の一部を、長幅翼５１または短幅翼５２に置き換えることで、重量バランスの調整を容易に行うことができる。なお、上記した重量バランスの調整方法は一例であり、これに限定されるものではない。
【００４８】
ここでは、ΔＬとΔＳが等しい一例を示したが、ΔＬをΔＳで除した値（ΔＬ／ΔＳ）が自然数となることが好ましい。この関係を有することで、長幅翼５１と短幅翼５２の本数比を単純化することができるため、重量バランスの調整を実用的かつ容易にすることができる。
【００４９】
例えば、ΔＬ／ΔＳが１の場合には、上記したΔＬとΔＳが等しい場合に相当する。また、ΔＬ／ΔＳが２または３の場合には、１本の長幅翼５１による翼幅の増加量ΔＬを削減するために、短幅翼５２を２本または３本備えることが必要となる。また、ΔＬ／ΔＳが２または３の場合には、植込部の応力は、ΔＬ／ΔＳが１の場合の植込部の応力の、それぞれ１／２、１／３となるので、植込部の応力レベルに応じて、ΔＬ／ΔＳの値を設定することができる。
【００５０】
なお、ΔＬ／ΔＳが４以上の場合、植込部の応力は、ΔＬ／ΔＳが１の場合の植込部の応力の１／４となるので、応力の観点から好ましいが、１本の長幅翼５１による翼幅の増加量ΔＬを削減するために、短幅翼５２を４本備えることが必要となり、重量バランスの調整が煩雑になる傾向がある。そのため、ΔＬ／ΔＳを４以上に設定することもできるが、長幅翼５１や短幅翼５２の本数を削減するという観点から、３以下に設定することが好ましい。
【００５１】
また、長幅翼５１の翼幅Ｌは、普通翼５０の翼幅Ｎの１．０５倍以下に設定されることが好ましい。すなわち、長幅翼５１の翼幅Ｌは、普通翼５０の翼幅Ｎの１倍より広く、かつ普通翼５０の翼幅Ｎの１．０５倍以下に設定されることが好ましい。
【００５２】
この理由を次に述べる。長幅翼５１は、普通翼５０と同一の翼有効部を、普通翼５０よりも周方向の翼幅がΔＬだけ広い植込部で支えるため、植込部の遠心力に基づく応力は、普通翼５０におけるものよりも低くなる。そのため、応力の観点からは、ΔＬを大きく設定しても支障はない。しかしながら、長幅翼５１も、普通翼５０と同様に、タービンロータのロータディスクの植込部に設けられた切欠溝から挿入されるため、植込部のフックの接触幅がΔＬ小さくなる。このため、長幅翼５１の翼幅Ｌが、普通翼５０の翼幅Ｎの１．０５倍を超えることは好ましくない。また、長幅翼５１の翼幅Ｌを普通翼５０の翼幅Ｎの１．０５倍以下に設定することで、隣り合う動翼の距離が離れることで生じる蒸気流の乱れを抑制することもできる。
【００５３】
また、短幅翼５２の翼幅Ｓは、普通翼５０の翼幅Ｎの０．９５倍以上に設定されることが好ましい。すなわち、短幅翼５２の翼幅Ｓは、普通翼５０の翼幅Ｎの１倍より狭く、かつ普通翼５０の翼幅Ｎの０．９５倍以上に設定されることが好ましい。
【００５４】
この理由を次に述べる。短幅翼５２は、普通翼５０と同一の翼有効部を、普通翼５０よりも周方向の翼幅がΔＳだけ狭い植込部で支えるため、植込部の遠心力に基づく応力は、普通翼５０におけるものよりも高くなる。通常、動翼の植込部の使用応力は、許容応力に対する余裕を小さく設計することが多いことから、この応力の増加量は、極力抑える必要がある。また、短幅翼５２の翼幅Ｓが狭くなると、構造上の制約も受けることから、短幅翼５２の翼幅Ｓを、普通翼５０の翼幅Ｎの０．９５倍よりも狭くすることは好ましくない。
【００５５】
ここで、図４は、タービン動翼翼列を構成する短幅翼５２の周方向の断面を展開して示した図である。図５は、図４に示された翼幅Ｓよりも狭い翼幅Ｓを有する短幅翼５２の周方向の断面を展開して示した図である。
【００５６】
例えば、低圧タービン段落を構成するタービン動翼翼列の動翼１３において、図４に示すように、翼有効部１３ａの後縁端は、シャンク部１３ｂから飛び出すように形成される。そして、組立上の要求から、図５に示すように、シャンク部１３ｂの一端側には、一般的に、張出部１３ｄおよびこの張出部１３ｄに対応する切欠部１３ｅが設けられる。しかしながら、短幅翼５２の翼幅Ｓが狭くなるほど、図５に示すように、翼有効部１３ａの前縁端がシャンク部１３ｂから飛び出すように形成される。そして、組立上の要求から、図４に示すように、シャンク部１３ｂの他端側には、一端側と同様に、張出部１３ｆおよびこの張出部１３ｆに対応する切欠部１３ｇが設けられる。そのため、動翼１３を加工する工程が大幅に増加する。さらに、短幅翼５２の翼幅Ｓが狭くなると、隣り合う動翼１３間の距離が小さくなり、蒸気の流れの特性を変えることがある。このようなことからも、短幅翼５２の翼幅Ｓは、普通翼５０の翼幅Ｎの０．９５倍以上に設定されることが好ましい。
【００５７】
（２）締付用部品として止めブロック６０を備えていたものを、後の設計変更によって、締付用部品として止め翼４０を使用する場合
図６は、締付用部品として止めブロック６０を備えたタービン動翼翼列を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図７は、図６に示された締付用部品に換えて止め翼４０を備えた、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。
【００５８】
ここでは、止め翼４０として、チタン製の翼を使用した一例を示す。チタン製の止め翼４０の形状は、前述した、動翼を構成する通常の材料で構成された止め翼４０の形状と同じである。また、チタン製の止め翼４０の重量は、動翼を構成する通常の材料で構成された止め翼４０の重量の約６０％程度となる。
【００５９】
締付用部品として止めブロック６０を備えるタービン動翼翼列では、図６に示すように、止めブロック６０を備えたことに対する重量バランスは、止めブロック６０のカウンタ側の何本かの普通翼５０を、溝を設けて重量が調整された重量軽減動翼７０に置き換えることで調整されている。ここでは、番号５９〜番号８８に３０本の重量軽減動翼７０を設けて重量バランスの調整が施されたタービン動翼翼列を示している。なお、重量軽減動翼７０の翼幅は、普通翼５０の翼幅Ｎと同じである。
【００６０】
次に、図６に示された止めブロック６０に換えて止め翼４０を備え、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０を構成する際の重量バランスの調整について説明する。
【００６１】
止めブロック６０に換えて止め翼４０を備え、止め翼４０のカウンタ側の３０本の重量軽減動翼７０を普通翼５０に置き換えるとともに、その普通翼５０のうちのｂ本を重量バランスを調整するために短幅翼５２に置き換えたときの重量バランスに関する関係式は、式（２）のようになる。なお、ここでも、上記した理由と同様の理由から、止め翼４０の両側の動翼１３を長幅翼５１としている。
止め翼４０の重さ−止めブロック６０の重さ＋２×（長幅翼５１の重さ−普通翼５０の重さ×（１+ΔＬ／Ｎ））＝普通翼５０の重さ×（３０−ｂ）＋（短幅翼５２の重さ＋普通翼５０の重さ×ΔＳ／Ｎ）×ｂ …式（２）
【００６２】
式（２）の左辺では、止めブロック６０およびこの止めブロック６０の両側が普通翼５０で構成された場合と、止め翼４０およびこの止め翼４０の両側が長幅翼５１で構成された場合との重量差を算出している。なお、この際、止め翼４０および２本の長幅翼５１における周方向の翼幅は、「Ｃ＋２×Ｌ」、すなわち「Ｃ＋２×（Ｎ＋ΔＬ）」であるのに対して、止めブロック６０および２本の普通翼５０における周方向の翼幅は、「Ｃ＋２×Ｎ」である。そのため、左辺における重量差の算出において、同じ周方向の翼幅で評価するため、止めブロック６０および２本の普通翼５０における周方向の翼幅を「Ｃ＋２×（Ｎ＋ΔＬ）」としている。また、この周方向の翼幅が増加した分は、普通翼５０の周方向の翼幅が増加したとみなして重量を算出している。
【００６３】
また、式（２）の右辺では、止め翼４０のカウンタ側において、重量軽減動翼７０に換えて３０本の普通翼５０で構成した場合と、３０本の普通翼５０のうちｂ本を短幅翼５２に換えて構成した場合との重量差を算出している。なお、この際、３０本の普通翼５０のうちｂ本を短幅翼５２に換えて構成した場合おける周方向の翼幅は、「（３０−ｂ）×Ｎ＋ｂ×（Ｎ−ΔＳ）」であるのに対し、３０本の普通翼５０で構成した場合おける周方向の翼幅は、「３０×Ｎ」である。そのため、右辺における重量差の算出において、同じ周方向の翼幅で評価するため、３０本の普通翼５０のうちｂ本を短幅翼５２に換えて構成した場合おける周方向の翼幅を、「（３０−ｂ）×Ｎ＋ｂ×（Ｎ−ΔＳ）＋ｂ×ΔＳ」、すなわち「３０×Ｎ」としている。また、この周方向の翼幅が増加した分は、普通翼５０の周方向の翼幅が増加したとみなして重量を算出している。
【００６４】
ここで、ｂを４とし、ΔＳがΔＬに等しいとすると、図７に示すように、止め翼４０のカウンタ側に、４本の短幅翼５２（例えば、番号７３〜番号７６）が設けられ、その周囲に２６本の普通翼５０（例えば、番号６０〜番号７２、番号７７〜番号８９）が設けられる。また、タービン動翼翼列３０の周上には、全部で４本の短幅翼５２が設けられる。そのため、４本の普通翼５０を４本の短幅翼５２に置き換えることで、事実上周方向の長さが「４×ΔＳ」だけ短くなる。この周方向の長さの減少分を補うために、他の普通翼５０に換えて長幅翼５１が使用される。ここでは、上記したように、ΔＳがΔＬに等しいとしているので、重量バランスを崩さないように、４本の長幅翼５１が、このタービン動翼翼列の周上に配列される。すでに、止め翼４０の両側に１本ずつ長幅翼５１が備えられているので、図７に示すように、止め翼４０の位置から±９０度の位置（番号１１２および番号３８）に、それぞれ１本ずつ長幅翼５１を設けた。
【００６５】
上記したように、止めブロック６０に換えて止め翼４０を備える場合においても、重量軽減動翼７０を使用せずに、普通翼５０の一部を、長幅翼５１または短幅翼５２に置き換えることで、重量バランスの調整を容易に行うことができる。重量軽減動翼７０を使用しないため、強度の低下を防止することができる。さらに、締付用部品として止め翼４０を使用するため、締付用部品として止めブロック６０を使用する場合よりも、段落損失を抑制することができる。
【００６６】
なお、上記した重量バランスの調整方法は、一例であり、これに限定されるものではない。また、ΔＬ／ΔＳ、長幅翼５１の翼幅Ｌおよび短幅翼５２の翼幅Ｓについては、前述したとおりである。
【００６７】
上記したように、第１の実施の形態のタービン動翼翼列３０によれば、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することで、使用する締付用部品の構成が制約されることなく、重量軽減動翼などを採用せずに、容易に、周方向幅の調節や重量バランスの調整を行うことができる。さらに、使用する締付用部品の構成が制約されることがないため、例えば、締付用部品による段落損失を防止し、効率の向上を図ることができる。さらに、重量軽減動翼などを採用しないため、機械的な強度を維持することができ、タービン動翼翼列としての信頼性を向上させることができる。
【００６８】
また、設計当初から締付用部品として止め翼を使用する場合、および締付用部品として止めブロックを備えていたものを、後の設計変更によって、締付用部品として止め翼を使用する場合であっても、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することで、容易に、周方向幅の調節や重量バランスの調整を行うことができる。
【００６９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、所定の動翼を動翼の周方向の翼幅の範囲内で、例えばタービン動翼翼列の回転方向または反回転方向に移動させて配置可能とし、その移動によって生じたずれ幅を、長幅翼５１および短幅翼５２を組み合せて備えることで補充し、さらに重量バランスの調整を行うことができるタービン動翼翼列を示す。
【００７０】
例えば、所定の動翼を、タービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらしたい場合、締付用部品と所定の動翼との間に次の式（３）を満たすｃ本の長幅翼５１およびｄ本の短幅翼５２を普通翼５０に換えて備えることで実現できる。なお、ｃおよびｄは、長幅翼５１および短幅翼５２の数が最小となるように設定されることが好ましい。
Ｈ＝ｃ×ΔＬ−ｄ×ΔＳ …式（３）
【００７１】
ここでｃ、ｄは自然数である。なお、重量バランスを調整するために、長幅翼５１および短幅翼５２に置き換えられた位置のカウンタ側は、長幅翼５１および短幅翼５２に置き換えられた位置と同様に、長幅翼５１および短幅翼５２に置き換えられる。
【００７２】
具体的には、例えば、Ｈが２．５ｍｍ、ΔＬが１ｍｍ、ΔＳが０．５ｍｍである場合、ｃを３、ｄを１とすることができる。
【００７３】
図８は、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に、長幅翼５１および短幅翼５２を使用してすれ幅などが調整されたタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図９は、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列３０の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に生じるずれ幅を説明するための、タービン動翼翼列３０の一部を展開した図である。図１０は、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列３０の反回転方向に、Ｈ（Ｈ＜Ｎ）だけずらした場合に生じる戻し幅を説明するための、タービン動翼翼列３０の一部を展開した図である。
【００７４】
図９に示すように、４本の普通翼５０を３本の長幅翼５１および１本の短幅翼５２（ｊ１群）に置き換えることによって、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列３０の反回転方向に２．５ｍｍ移動することができる。また、所定の動翼（普通翼５０ａ）をタービン動翼翼列の反回転方向に２．５ｍｍ移動することで、図１０に示すように、２．５ｍｍの戻し幅が発生する。この戻し幅は、５本の普通翼５０を５本の短幅翼５２に置き換えることによって解消することができる。戻し幅を調整するための短幅翼５２（ｋ１群）は、図８に示すように、３本の長幅翼５１および１本の短幅翼５２からなるｊ１群の位置に対して、タービン動翼翼列の反回転方向にほぼ９０度の位置に構成される。
【００７５】
また、重量バランスを調整するために、ｊ１群のカウンタ側（ｊ２群）には、ｊ１群と同じ構成で、長幅翼５１および短幅翼５２が設けられ、ｋ１群のカウンタ側（ｋ２群）には、ｋ１群と同じ構成で、短幅翼５２が設けられる。なお、ここでは、止め翼４０の一方の側の動翼を長幅翼５１で構成した一例を示しているが、止め翼４０の両側の動翼を長幅翼５１で構成してもよい。この場合には、重量バランスを調整するため、この長幅翼５１のカウンタ側にも、長幅翼５１が配置される。そのため、ｋ１群およびｋ２群に隣接する普通翼５０を短幅翼５２に換えることで、周方向幅の調整および重量バランスの調整を行うことができる。
【００７６】
上記したような所定の動翼の移動が必要になる事例としては、タービン動翼翼列を構成する動翼と動翼との間におけるロータディスク１５の損傷の発生が挙げられる。この損傷は、主として、蒸気に含まれる不純物が動翼間の間隙に堆積することに起因する腐蝕疲労である。このような損傷あるいは損傷の兆候が発見されると、通常、直ちに研削等によってロータディスク１５の表面から損傷などが除去される。そして、除去後の損傷サイズが小さな場合には、応急処置として、上記したように、損傷の発生源である動翼間の位置を元の位置からずらすという対応が採られる。本発明に係るタービン動翼翼列では、このような対応に適応することが可能である。
【００７７】
上記した所定の動翼を周方向に所定幅移動させて配置可能とする構成は、他の状況においても適用することができる。次に、他の適用例について説明する。
【００７８】
タービンロータ１４のロータディスク１５の表面の損傷が進展すると、例えば、動翼間に位置する、ロータディスク１５の植込部８０の外周面に発生した腐蝕疲労痕からクラックが形成されることがある。このクラックは、高サイクル疲労によって、タービンロータ１４の内部に向かってほぼ半径方向に伝播することが知られている。
【００７９】
図１１は、補修溝９０が加工されたロータディスク１５の植込部８０を示す斜視図である。クラックが形成された場合、図１１に示すように、溝加工によってクラックを完全に削り取る処理が施されるが、クラックは、単純に半径方向のみに進展するのではなく、周方向に傾いて進展することもある。また、加工された補修溝９０の先端（溝底部）は、応力集中を軽減するため、Ｒ形状に仕上げられる。これらにより、補修溝９０は、図１１に示すように、所定の幅Ｗおよび深さＹを有する溝となる。
【００８０】
補修溝９０が加工されたロータディスク１５の植込部８０は、例えば、図１１に示すように、第１フック８０ａと第２フック８０ｂが、補修溝９０によって部分的に削除された形状となる。そのため、この補修溝９０の位置に配置される動翼として、普通翼５０を使用すると、補修溝９０以外の部分的に残存する植込部８０で、普通翼５０の遠心力を支えなければならず、植込部８０の応力が高くなり過ぎる。そこで、この遠心力を軽減するために、補修溝９０の位置に配置される動翼として、例えば、チタン製の補修用動翼が使用される。
【００８１】
ここで、図１２は、補修用動翼１００が植設された、ロータディスク１５の植込部８０における周方向の断面を示す図である。図１３は、図１２のＡ−Ａ断面を示す図である。図１４は、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の中央に補修溝９０が位置するときの、ロータディスク１５の植込部８０の第１フック８０ａと、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａとの間の面圧を模式的に示す図である。図１５は、補修用動翼１００の植込部１０１の、周方向の、中央と端部との間に補修溝９０が位置するときの、ロータディスク１５の植込部８０の第１フック８０ａと、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａとの間の面圧を模式的に示す図である。図１６は、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の端部に補修溝９０が位置するときの、ロータディスク１５の植込部８０の第１フック８０ａと、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａとの間の面圧を模式的に示す図である。
【００８２】
なお、これらの面圧は、フックに作用する反力を受圧面積で除したものであるが、１本の動翼について、フック各部位の作用反力によるモーメントがつりあう条件から、それぞれの部位に作用する反力が算出される。
【００８３】
図１４に示すように、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の中央に補修溝９０が位置する場合、補修溝９０を挟んで両側に発生する面圧は、ほぼ均一であり、同じ圧力分布となる。ここで、補修用動翼１００の植込部１０１の中央に補修溝９０が位置するとは、補修溝９０の周方向の中心に対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の中心が位置するように、補修用動翼１００が配置されていることを意味する（図１３参照）。
【００８４】
図１５に示すように、補修用動翼１００の植込部１０１の、周方向の、中央と端部との間に補修溝９０が位置する場合、第１フック８０ａとの当接面積が多い側（図１５では右側）の面圧は、低くほぼ均一になるのに対して、第１フック８０ａとの当接面積が少ない側（図１５では左側）の面圧は、高くなる。この傾向は、第１フック８０ａとの当接面積が少ない側（図１５では左側）において、当接面積の減少に伴って顕著になる。ここで、補修用動翼１００の植込部１０１の、周方向の、中央と端部との間に補修溝９０が位置するとは、補修溝９０の周方向の中心に対応する位置が、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の中心よりも補修用動翼１００の植込部１０１の端部側に位置するように、補修用動翼１００が配置されていることを意味する。
【００８５】
図１６に示すように、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の端部に補修溝９０が位置する場合、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａの一端部１０２は、第１フック８０ａと当接しないため、面圧はかからない。一方、第１フック８０ａとの当接する部分における面圧は、ほぼ均一な分布を示す。ここで、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の端部に補修溝９０が位置するとは、補修溝９０の周方向の一端部９０ａに対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２が位置するように、補修用動翼１００が配置されていることを意味する。なお、隣接する動翼の植込部と接触する、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２は、補修溝９０が形成された周方向の範囲内に位置すればよい。ここで、図１７は、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２と、補修溝９０の周方向の一端部９０ａとの周方向距離Ｍを示した図である。ここで、第１フック８０ａの面圧は（Ｎ／（Ｎ−Ｍ））倍に増大するので、Ｍは小さいほうが好ましい。組立て時の位置に対する公差を考慮して、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２と、補修溝９０の周方向の一端部９０ａとの周方向距離Ｍを２ｍｍ以下とすることが実用的である。
【００８６】
上記した面圧分布を考慮すると、図１４または図１６に示した面圧分布が得られるように補修用動翼１００を配置することが好ましい。すなわち、図１４に示すように、補修溝９０の周方向の中心に対応する位置に、動翼（ここでは補修用動翼１００）の周方向の中心が位置するように、動翼が配置されることが好ましい。また、図１６や図１７に示すように、補修溝９０が形成された周方向の範囲内において、隣接する動翼（例えば、補修用動翼１００と長幅翼５１）の植込部どうしが接触するように配置されることが好ましい。このように補修用動翼１００を配置することで、応力的に最も安定した補修を行うことができる。
【００８７】
ここで、図１４または図１６に示した面圧分布が得られるように補修用動翼１００を配置する際、重量バランスを調整するために、長幅翼５１や短幅翼５２を使用するが、これらの動翼の使用数を極力少なくするために、図１６に示した面圧分布が得られるように補修用動翼１００を配置することがさらに好ましい。図１６に示した補修用動翼１００の配置を採用することで、長幅翼５１や短幅翼５２の使用数を少なくできるのは、図９を参照して説明した、ずれ幅が小さく抑えられるからである。
【００８８】
ここで、図１６に示した面圧分布が得られるように補修用動翼１００を配置する場合における、重量バランスの調整について説明する。
【００８９】
図１８は、補修用動翼１００を備えたタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図１９は、図１８の補修用動翼１００が配置された領域を拡大した図である。
【００９０】
図１８では、止め翼４０から反回転方向の半周上に補修溝９０を有する場合が示されている。また、止め翼４０の両側には、長幅翼５１が配置され、止め翼４０は、前述した固定方法と同様の方法で長幅翼５１に固定されている。
【００９１】
また、図１９に示すように、補修溝９０の周方向の一端部９０ａ（反回転方向の端部） に対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２（反回転方向の端部）が位置するように、補修用動翼１００（番号２２）が配置されている。また、補修用動翼１００は、前述した止め翼４０と同様に、両側に配置された長幅翼５１にキー１１０によって固定される。
【００９２】
このように補修用動翼１００を配置する際のタービン動翼翼列３０を構成する方法の一例について説明する。ここでは、チタン製の補修用動翼１００を使用し、補修用動翼１００の翼幅が長幅翼５１の翼幅Ｌと等しい場合について説明する。
【００９３】
まず、補修用動翼１００の配置位置を定める。ここでは、上記したように、補修溝９０の周方向の一端部９０ａ（反回転方向の端部）に対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２（反回転方向の端部）が位置するように、補修用動翼１００（番号２２）が配置される。
【００９４】
続いて、反回転方向の、止め翼４０と補修用動翼１００の間に普通翼５０を配置する。ここで、普通翼５０を配置するだけでは周方向の位置調整ができない場合には、長幅翼５１や短幅翼５２を使用して、止め翼４０と補修用動翼１００の間の動翼の位置調整を行う。ここでは、図１８および図１９に示すように、止め翼４０と補修用動翼１００の間の動翼の位置調整のために、５本の長幅翼５１が使用されている。この５本の長幅翼５１、補修用動翼１００および補修用動翼１００の一方の側の長幅翼５１が配置された部分をＢ部という。
【００９５】
ここでは、止め翼４０の反回転方向側に配置されている長幅翼５１、および長幅翼５１と同じ翼幅の補修用動翼１００を備えるため、翼幅の観点から、止め翼４０と補修用動翼１００の間に、全部で７本の長幅翼５１を使用していることに相当する。さらに、補修用動翼１００の反回転方向側の長幅翼５１を含めると、すでに８本の長幅翼５１が使用されていることに相当する。そのため、長幅翼５１を備えることで生ずる周方向幅の増加量を、短幅翼５２を使用することで相殺する必要がある。なお、ここでは、ΔＬとΔＳが等しくなるように、長幅翼５１および短幅翼５２を構成している。また、ここでは、補修用動翼１００の翼幅を長幅翼５１の翼幅Ｌと同じにした一例を示したが、例えば、補修溝９０の幅Ｗなどに応じて、補修用動翼１００の翼幅は、普通翼５０の翼幅Ｎまたは短幅翼５２の翼幅Ｓと同じにしてもよい。
【００９６】
止め翼４０と補修用動翼１００の間の配列が定まった後、軽量化されたＢ部の重量を補うため、さらにはこれまで使用された長幅翼５１による周方向幅の増加量を相殺するため、Ｂ部の反回転方向側に隣接させて、複数の短幅翼５２を配置する。この短幅翼５２が配置された部分をＣ部という。
【００９７】
続いて、止め翼４０と、止め翼４０の両側に配置される長幅翼５１とからなるＡ部を構成する部分の回転方向側に隣接させて、軽量化されたＡ部の重量を補うため、さらには止め翼４０の回転方向側に配置される長幅翼５１による周方向幅の増加量を相殺するため、複数の短幅翼５２を配置する。この短幅翼５２が配置された部分をＥ部という。
【００９８】
続いて、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部、Ｅ部との重量バランスの調整および周方向の長さの最終調整のために、これらの領域のカウンタ側となる部分に、複数の長幅翼５１を配置する。この長幅翼５１が配置された部分をＤ部という。
【００９９】
このようにして、図１８に示す、補修用動翼１００を備えたタービン動翼翼列３０が構成される。なお、止め翼４０、長幅翼５１および短幅翼５２以外の部分は、普通翼５０で構成されている。
【０１００】
ここで、図２０は、補修用動翼１００を備えたタービン動翼翼列３０を、タービンロータ軸方向の上流側から見たときの模式図である。図２１は、図２０の補修用動翼１００が配置された領域を拡大した図である。
【０１０１】
図２０および図２１には、止め翼４０から回転方向の半周上に補修溝９０を有する場合が示されている。また、止め翼４０の両側には、長幅翼５１が配置され、止め翼４０は、前述した固定方法と同様の方法で長幅翼５１に固定されている。
【０１０２】
また、図２１に示すように、補修溝９０の周方向の一端部９０ａ（回転方向の端部）に対応する位置に、補修用動翼１００の植込部１０１の周方向の一端部１０２（回転方向の端部）が位置するように、補修用動翼１００（番号９６）が配置されている。また、補修用動翼１００は、前述した止め翼４０と同様に、両側に配置された長幅翼５１にキー１１０によって固定される。
【０１０３】
この止め翼４０から回転方向の半周上に補修溝９０を有する場合にも、上記した止め翼４０から反回転方向の半周上に補修溝９０を有する場合と同様の方法で、補修用動翼１００を備えたタービン動翼翼列３０が構成される。
【０１０４】
上記したように、第２の実施の形態のタービン動翼翼列３０によれば、例えば、タービンロータ１４のロータディスク１５の表面に損傷が生じた場合においては、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することによって、所定の動翼を移動して、その損傷部が蒸気に曝されないように構成することができる。このため、蒸気タービンの安全性を向上させることができる。
【０１０５】
また、ロータディスク１５の植込部８０に、クラックを除去するために形成された補修溝９０を備え、例えば、補修溝９０にかかる部分にチタン製の補修用動翼１００を配置するような場合であっても、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することによって、容易に、周方向幅の調節や重量バランスの調整を行うことができる。また、補修溝９０に対する補修用動翼１００の配置位置を調整することができるため、例えば、ロータディスク１５の植込部８０の第１フック８０ａや、補修用動翼１００の植込部１０１の第１フック１０１ａにかかる応力を均一にすることができる。
【０１０６】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。上記した実施の形態に示されたタービン動翼翼列は一例であり、これら構成に限定されるものではない。すなわち、重量軽減動翼を使用することなく、長幅翼５１および短幅翼５２を使用することで、周方向幅の調節や重量バランスの調整が行われたタービン動翼翼列であれば、本発明に係るタービン動翼翼列に含まれる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…蒸気タービン、１１…内部ケーシング、１２…外部ケーシング、１３…動翼、１３ａ…翼有効部、１３ｂ…シャンク部、１３ｃ…植込部、１３ｄ…張出部、１３ｅ…切欠部、１３ｆ…張出部、１３ｇ…切欠部、１４…タービンロータ、１５…ロータディスク、１６…ダイヤフラム外輪、１７…ダイヤフラム内輪、１８…ノズル、１９…蒸気入口管、２０…ノズルボックス、３０…タービン動翼翼列、３１…ノズル翼列、４０…止め翼、５０、５０ａ…普通翼、５１…長幅翼、５２…短幅翼、６０…止めブロック、７０…重量軽減動翼、８０、１０１…植込部、８０ａ…第１フック、８０ｂ…第２フック、９０…補修溝、９０ａ、１０２…一端部、１００…補修用動翼、１０１ａ…第１フック、１１０…キー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータのロータディスクの外周部に形成された周方向に延びる植込溝に、複数の動翼の植込部を嵌合して保持させ、前記ロータディスクに形成された切り欠き部に止め翼を固定してなるタービン動翼翼列において、
前記複数の動翼が、理論計算に基づいて定まる周方向の翼幅を有する普通翼、前記普通翼よりも周方向の翼幅が広い長幅翼、および前記普通翼よりも周方向の翼幅が狭い短幅翼の３種類の動翼で構成されていることを特徴とするタービン動翼翼列。
【請求項２】
前記長幅翼の翼幅が前記普通翼の翼幅よりもΔＬ広く、前記短幅翼の翼幅が前記普通翼の翼幅よりもΔＳ狭いとした場合、ΔＬをΔＳで除した値（ΔＬ／ΔＳ）が自然数となることを特徴とする請求項１記載のタービン動翼翼列。
【請求項３】
前記止め翼の両側に配置される動翼が、前記長幅翼であることを特徴とする請求項１または２記載のタービン動翼翼列。
【請求項４】
前記ロータディスクの外周部に発生したき裂を除去したことによって、前記ロータディスクの外周部の一部にタービンロータ軸方向に亘って補修溝が形成されている場合、
前記補修溝の周方向の中心に対応する位置に、前記動翼の周方向の中心が位置するように、前記動翼が配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービン動翼翼列。
【請求項５】
前記ロータディスクの外周部に発生したき裂を除去したことによって、前記ロータディスクの外周部の一部にタービンロータ軸方向に亘って補修溝が形成されている場合、
前記補修溝が形成された周方向の範囲内において、周方向に隣接する動翼の植込部どうしが接触することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービン動翼翼列。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載のタービン動翼翼列を備えたことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１】
タービンロータのロータディスクの外周部に形成された周方向に延びる植込溝に、複数の動翼の植込部を嵌合して保持させ、前記ロータディスクに形成された切り欠き部に止め翼を固定してなるタービン動翼翼列において、
前記複数の動翼が、理論計算に基づいて定まる周方向の翼幅を有する普通翼、前記普通翼よりも周方向の翼幅が広い長幅翼、および前記普通翼よりも周方向の翼幅が狭い短幅翼の３種類の動翼で構成されていることを特徴とするタービン動翼翼列。
【請求項２】
前記長幅翼の翼幅が前記普通翼の翼幅よりもΔＬ広く、前記短幅翼の翼幅が前記普通翼の翼幅よりもΔＳ狭いとした場合、ΔＬをΔＳで除した値（ΔＬ／ΔＳ）が自然数となることを特徴とする請求項１記載のタービン動翼翼列。
【請求項３】
前記止め翼の両側に配置される動翼が、前記長幅翼であることを特徴とする請求項１または２記載のタービン動翼翼列。
【請求項４】
前記ロータディスクの外周部に発生したき裂を除去したことによって、前記ロータディスクの外周部の一部にタービンロータ軸方向に亘って補修溝が形成されている場合、
前記補修溝の周方向の中心に対応する位置に、前記動翼の周方向の中心が位置するように、前記動翼が配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービン動翼翼列。
【請求項５】
前記ロータディスクの外周部に発生したき裂を除去したことによって、前記ロータディスクの外周部の一部にタービンロータ軸方向に亘って補修溝が形成されている場合、
前記補修溝が形成された周方向の範囲内において、周方向に隣接する動翼の植込部どうしが接触することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のタービン動翼翼列。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載のタービン動翼翼列を備えたことを特徴とする蒸気タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
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【図１３】
【図１４】
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【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１１−１８５１９３（Ｐ２０１１−１８５１９３Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２７７６（Ｐ２０１０−５２７７６）
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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