(57)【要約】【課題】シュラウドリングの嵌め合い結合の際の翼の座屈や破壊を防止できる嵌め合い方法を提供する。【解決手段】複数の翼２に対して、翼２の外周側端部より内周側で、複数の翼２の全てを連結するリング状の連結部材６を取りつけ、翼２の連結部材６よりも内周側の領域を冷却すると共に、加熱したシュラウドリング４を翼２の外周側端部を取り囲むように嵌め込む。これにより、シュラウドリング４からの圧縮応力ＣＳを連結部材６で分散させると共に、連結部材６が大きな線膨張係数を有することによって外周側へ大きく熱膨張し、この連結部材６の外周側への熱膨張と翼２の収縮の影響による引張応力ＴＳで圧縮応力ＣＳを相殺する。【選択図】図２
2010169017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線周りに設けられた複数の翼に対して、前記翼の外周側端部より内周側で、前記複数の翼の全てを連結するリング状の連結部材を取りつけ、
加熱したシュラウドリングを前記翼の前記外周側端部を取り囲むように嵌め込み、
前記連結部材は、前記複数の翼よりも大きな線膨張係数を有することを特徴とするシュラウドリングの嵌め合い方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンの回転体のシュラウドリングの嵌め合い方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タービンのブレードの補強リングを加熱によって嵌め合い結合する技術が知られている（例えば、特許文献１）。ファンの回転体の翼の外周側端部にシュラウドリングを嵌め合い結合する際も、図６に示すように、シュラウドリングを加熱して熱膨張させた状態で翼の外周側端部を取り囲むように嵌め込み、時間経過に伴いシュラウドリングが冷めて収縮することにより嵌め合い結合がなされる。また、シュラウドリングの嵌め合い結合の方法として、翼の回転軸付近の領域（例えば、図２におけるＡの領域）を冷却することで、翼の変形を確実に抑制しながらシュラウドリングを翼に嵌め込む方法が知られている。
【特許文献１】特表２００７−５３８１９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような嵌め合い方法によれば、シュラウドリングが冷めて収縮する一方、シュラウドリングからの熱伝達によって翼は熱膨張し、圧縮応力を受けることによって翼が破壊され、あるいは塑性変形によって、嵌め合い結合をすることができなくなる場合があった。また、翼の回転軸付近の領域を冷却することでシュラウドリングを翼に嵌め込む方法では、冷却装置が別途必要となると共に、確実に目標冷却範囲のみを冷却することが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、冷却装置を用いることなく、シュラウドリングの嵌め合い結合の際の翼の座屈や破壊を防止できる嵌め合い方法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】
【０００５】
本発明に係るシュラウドリングの嵌め合い方法は、中心軸線周りに設けられた複数の翼に対して、翼の外周側端部より内周側で、複数の翼の全てを連結するリング状の連結部材を取りつけ、加熱したシュラウドリングを翼の外周側端部を取り囲むように嵌め込み、連結部材は、複数の翼よりも大きな線膨張係数を有することを特徴とする。
【０００６】
このシュラウドリングの嵌め合い方法によれば、シュラウドリングからの圧縮応力を連結部材で分散させると共に、連結部材が大きな線膨張係数を有することによって外周側へ大きく熱膨張し、この連結部材の外周側への熱膨張の影響による引張応力で圧縮応力を相殺することによって、翼に対する負荷が軽減されて座屈や破壊を防止することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、シュラウドリングの嵌め合い結合の際の翼の座屈や破壊を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明に係るシュラウドリングの嵌め合い方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係るシュラウドリングの嵌め合い方法によって製造されたファンの回転体を中心軸線の延在方向から見たときの概略図である。ファンの回転体１は、例えば、ガスタービン等に組み込まれるものであり、作動流体の供給を受けて回転力を発生するものである。回転体１は、図１に示すように、中心軸線周りに複数並設される翼２と、翼２の内周側の端部を支持するハブ３と、翼２の外周側の端部を支持するシュラウドリング４と、シュラウドリング４よりも内周側で全ての翼２を連結する連結部材６とを備えて構成されている。
【００１０】
翼２は、中心軸線周りに所定の間隔で複数並設される流線形の翼であり、作動流体の供給を受けることによって回転体１の中心軸線周りに回転する。ハブ３は中央に軸などを通すための貫通孔が形成された円筒状部材であり、その外周面に全ての翼２の内周側の端部が固定される。
【００１１】
シュラウドリング４は、複数の翼２を中心軸線周りに取り囲むと共に、その内周面で複数の翼２の外周側の端部を支持するリング状の支持部材である。このシュラウドリング４は、回転時に遠心力を受ける翼２の変形を防止し、応力を緩和する機能を有しており、翼２に対して嵌め合い結合によって取り付けられている。このシュラウドリング４は、機械加工によって翼２と一体的に形成したものではなく、翼２に溶接やロウ付けなどによって固定したものでもない。
【００１２】
連結部材６は、翼２の外周側の端部付近で全ての翼２に固定されたリング状の支持部材である。この連結部材６は、翼２にシュラウドリング４を嵌め合い結合する際に、翼２に作用する圧縮荷重を分散させる機能を有する。更に、連結部材６は、翼２にシュラウドリング４を嵌め合い結合する際に、外周側に膨張して翼２の内周側を引っ張ることによって引張応力を作用させる機能を有する。特に、本実施形態では、連結部材６は、翼２よりも線膨張係数の大きい材料から構成されている。具体的には、翼２の材料として鉄、チタン、析出硬化系ステンレス（ＳＵＳ６３０など）を選択した場合、線膨張係数が８〜１２×１０−６となるので、連結部材６の材料としては、線膨張係数１７×１０−６程度のオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ３０４など）を選択することができる。
【００１３】
ここで、シュラウドリング４の翼２に対する嵌め合い結合について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、中心軸線の延在方向から見たときの回転体１の概略図であり、シュラウドリング４の取り付け前の様子を示している。
【００１４】
取り付け前において、シュラウドリング４の内径は翼２の外径よりも小さくされている。取り付けの際は、図２に示すようにシュラウドリング４を加熱させて膨張させることによって、シュラウドリング４の内径を翼２の外径よりも大きくする。シュラウドリング４を膨張させた状態で翼２の外周側の端部に嵌め込む。このとき、加熱されたシュラウドリング４が嵌め込まれることによって、シュラウドリング４から翼２に熱が伝達され、この伝達された熱によって翼２が外周側に膨張する。従って、シュラウドリング４とハブ３との間で熱膨張することによって、シュラウドリング４から翼２に対して圧縮応力ＣＳが作用する。このとき、連結部材６が設けられていない場合は、図３に示すように、翼２及び治具が定常温度に戻るまでの間に、一時的に圧縮応力あるいは圧縮荷重が許容応力ＡＴあるいは座屈荷重ＡＴを超えることによって、翼２が破断する可能性がある。
【００１５】
このとき本実施形態においては、翼２には連結部材６が固定されているため、シュラウドリング４から作用する圧縮応力ＣＳは、図４に示すように、連結部材６へ伝達されることによって分散される。これによって、翼２に対する負荷は軽減される。
【００１６】
また、取り付けの際、翼２に固定された連結部材６は、シュラウドリング４からの熱が伝達されて熱膨張することによって、図５において点線Ｂで示すように外周側へ広がる。特に、本発明では、連結部材６は翼２よりも大きな線膨張係数を有しているため、大きく外周側へ広がる。これによって、連結部材６の熱膨張による外周側への引っ張りの影響により、翼２には引張応力ＴＳが作用する。この引張応力ＴＳがシュラウドリング４からの圧縮応力ＣＳを相殺することによって、翼２に対する負荷は軽減される。このように、翼２の連結部材６よりも内周側の領域（図２においてＡで示す部分）を冷却することなく、圧縮応力ＣＳを相殺することが可能となる。
【００１７】
以上のように、本発明の実施形態に係るシュラウドリングの嵌め合い方法によれば、シュラウドリング４からの圧縮応力ＣＳを連結部材６で分散させると共に、連結部材６が大きな線膨張係数を有することによって外周側へ大きく熱膨張し、この連結部材６の外周側への熱膨張と翼２の収縮の影響による引張応力ＴＳで圧縮応力ＣＳを相殺することによって、翼２に対する負荷が軽減されて座屈や破壊が防止される。
【００１８】
比較のため、従来のシュラウドリングの嵌め合い方法について説明する。図６は従来のシュラウドリングの嵌め合い方法によってシュラウドリング４が取り付けられたファンの回転体１０の概略図である。この回転体１０には連結部材が設けられておらず、翼２の外周側の端部に直接シュラウドリング４を焼き嵌めする。このとき、シュラウドリング４から翼２に対する圧縮応力ＣＳは全て翼２の負荷として作用する。図７は、シュラウドリング４及び翼２の半径の変形と経過時間との関係を示す線図である。翼２に嵌っていないときのシュラウドリング４の本来の内径は曲線Ｃ１で示され、シュラウドリング４が嵌っていないときの翼２の本来の外径は曲線Ｃ２で示され、シュラウドリング４が翼２に嵌まっているときの両者の釣合径（嵌め合い時の両者の現実の径）は曲線Ｃ３で示される。図７に示すように、加熱後に冷めることによりシュラウドリング４の本来の内径は徐々に小さくなってゆき、シュラウドリング４から熱が伝達されることによって翼２の本来の外径は徐々に大きくなってゆく。これによって、翼２の本来の外径と現実の外径との間で大きな差が生じ、その差分が圧縮応力として翼２に作用する。これによって、翼２に大きな負荷がかかり、許容荷重を超えたときに破壊され、あるいは塑性変形によって、嵌め合い結合をすることができなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るシュラウドリングの嵌め合い方法によって製造されたファンの回転体を中心軸線の延在方向から見たときの概略図である。
【図２】中心軸線の延在方向から見たときの回転体の概略図であり、シュラウドリングの取り付け前の様子を示している。
【図３】翼に作用する圧縮応力と経過時間との関係を示す線図である。
【図４】中心軸線の延在方向から見たときの回転体の概略図であり、シュラウドリングからの圧縮応力が分散される様子を示している。
【図５】中心軸線の延在方向から見たときの回転体の概略図であり、翼に引張応力が作用する様子を示している。
【図６】従来のシュラウドリングの嵌め合い方法によってシュラウドリング４が取り付けられたファンの回転体の概略図である。
【図７】シュラウドリング及び翼の半径の変形と経過時間との関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００２０】
１…回転体、２…翼、４…シュラウドリング、６…連結部材。
【図１】
2010169017.tif 000003
【図２】
2010169017.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010169017.tif 000006
【図５】
2010169017.tif 000007
【図６】
2010169017.tif 000008
【図７】
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