(57)【要約】【課題】翼の変形をより確実に抑制することが可能なシュラウドリングの焼きバメ方法を提供する。【解決手段】シュラウドリングＳＲをタービンの翼Ｗに焼きバメする際に用いられるシュラウドリングの焼きバメ方法であって、シュラウドリングＳＲに、当該シュラウドリングＳＲの回転軸Ａｘに平行な方向に突出した円筒状の突部Ｃ１，Ｃ２を設ける工程と、設けられた突部Ｃ１，Ｃ２と嵌合可能であってシュラウドリングＳＲの真円度を所定真円度以下にする溝部Ｇ１，Ｇ２を有するとともに、シュラウドリングＳＲの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する治具Ｊと、シュラウドリングＳＲとを加熱する工程と、加熱された治具Ｊの溝部Ｇ１，Ｇ２を、加熱されたシュラウドリングＳＲの突部Ｃ１，Ｃ２と嵌合させた後に、タービンと当該シュラウドリングＳＲとの位置合わせを行う工程と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュラウドリングをタービンの翼に焼きバメする際に用いられるシュラウドリングの焼きバメ方法であって、
前記シュラウドリングに、当該シュラウドリングの回転軸に平行な方向に突出した円筒状の突部を設ける工程と、
設けられた前記突部と嵌合可能であって前記シュラウドリングの真円度を所定真円度以下にする溝部を有するとともに、前記シュラウドリングの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する治具と、前記シュラウドリングとを加熱する工程と、
加熱された前記治具の前記溝部を、加熱された前記シュラウドリングの前記突部と嵌合させた後に、前記タービンと当該シュラウドリングとの位置合わせを行う工程と、
を有することを特徴とするシュラウドリングの焼きバメ方法。
【請求項２】
シュラウドリングをタービンの翼に焼きバメする際に用いられるシュラウドリングの焼きバメ方法であって、
前記タービンに、当該タービンの全ての前記翼同士を連結する連結部を設ける工程と、
設けられた連結部よりも前記タービンの内側部分を冷却するとともに、前記シュラウドリングを加熱する工程と、
冷却された前記タービンと、加熱された前記シュラウドリングとの位置合わせを行う工程と、
を有することを特徴とするシュラウドリングの焼きバメ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シュラウドリングをタービンの翼に焼きバメする際に用いられるシュラウドリングの焼きバメ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービン等のタービンの翼を囲むように設けられるシュラウドリングの開発が行われている。例えば、下記の特許文献１には、高温域で使用されるガスタービンの翼の先端とシュラウドリングとの隙間を効果的にシールして、タービン効率を向上できるシュラウドリングが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２２０２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１に示すように、シュラウドリングＳをタービンＴの翼Ｗに焼きバメする際に、破線で示すようにシュラウドリングＳが真円形状をしていない場合、一部の翼Ｗに片あたりして、翼Ｗの破断といった変形が起きてしまうおそれがある。
【０００４】
また、図２に示すように、翼Ｗに高温のシュラウドリングＳが接触すると、翼Ｗが熱膨張して、白矢印に示すような圧縮荷重Ｌが発生し、翼Ｗの塑性変形や座屈破壊といった変形が起きてしまうおそれがある。
【０００５】
翼Ｗに高温のシュラウドリングＳが接触した場合に関して、縦軸が半径Ｒを表すとともに横軸が経過時間ｔを表す図３に示すように、生じた温度差による熱膨張によって、翼外径Ｒｗが長くなるとともにシュラウドリング内径Ｒｒが短くなる。このため、両者の釣合いがとれた釣合い径Ｒｂに対応して翼Ｗ及びシュラウドリングＳの形状が決定されるが、このとき、翼外径Ｒｗと釣合い径Ｒｂとの差に対応した分だけ、シュラウドリングＳによって制限された結果の翼Ｗに対する圧縮荷重Ｌが発生している。これが、翼Ｗの許容荷重を超えると、翼Ｗの破断といった変形が起きてしまう原因となる。
【０００６】
そこで本発明は、翼の変形をより確実に抑制することが可能なシュラウドリングの焼きバメ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】
【０００７】
すなわち、本発明に係るシュラウドリングの焼きバメ方法は、シュラウドリングをタービンの翼に焼きバメする際に用いられるシュラウドリングの焼きバメ方法であって、シュラウドリングに、当該シュラウドリングの回転軸に平行な方向に突出した円筒状の突部を設ける工程と、設けられた突部と嵌合可能であってシュラウドリングの真円度を所定真円度以下にする溝部を有するとともに、シュラウドリングの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する治具と、シュラウドリングとを加熱する工程と、加熱された治具の溝部を、加熱されたシュラウドリングの突部と嵌合させた後に、タービンと当該シュラウドリングとの位置合わせを行う工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、治具は、シュラウドリングに設けられた突部と嵌合可能であってシュラウドリングの真円度を所定真円度以下にする溝部を有しているため、加熱された治具の溝部を、加熱されたシュラウドリングの突部と嵌合させることによって、シュラウドリングの真円度が所定真円度以下になる。これにより、シュラウドリングが冷却しても一部の翼に片あたりすることがなくなり、翼の破断といった変形が起きにくくなる。このため、翼の変形は、より確実に抑制される。
【０００９】
また、本発明に係るシュラウドリングの焼きバメ方法は、シュラウドリングをタービンの翼に焼きバメする際に用いられるシュラウドリングの焼きバメ方法であって、タービンに、当該タービンの全ての翼同士を連結する連結部を設ける工程と、設けられた連結部よりもタービンの内側部分を冷却するとともに、シュラウドリングを加熱する工程と、冷却されたタービンと、加熱されたシュラウドリングとの位置合わせを行う工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、タービンの全ての翼同士を連結する連結部がタービンに設けられているため、連結部よりもタービンの内側部分が冷却されると、タービンの回転中心方向への圧縮荷重が連結部によって分散されて翼への荷重が軽減される。また、連結部よりもタービンの内側部分が冷却されるため、連結部は熱膨張で半径方向の外側へ広がろうとするのに対して、翼は半径方向の内側へ収縮しようとする。これにより、翼には引張応力が発生して、焼きバメによる圧縮荷重が相殺される。このため、翼の変形は、より確実に抑制される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、翼の変形をより確実に抑制することが可能なシュラウドリングの焼きバメ方法を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。
【００１３】
（第一実施形態）
まず、図４を用いて、本発明の第一実施形態に係るシュラウドリングの焼きバメ方法について説明する。図４は、シュラウドリングＳＲをタービンの翼Ｗに焼きバメする際の、翼Ｗと、シュラウドリングＳＲと、シュラウドリングＳＲに対して機械工作を行って所望の形状に導くための治具Ｊとの位置関係を示す、シュラウドリングＳＲの半径を含む平面でこれらを切断した場合の断面図である。
【００１４】
図４（ａ）に示すように、シュラウドリングＳＲをタービンの翼Ｗに焼きバメする際、翼Ｗの外側（即ち図における右側）にシュラウドリングＳＲを配置するとともに、シュラウドリングＳＲの回転面を挟むように（即ち図における上側及び下側から挟むように）治具Ｊを配置する。
【００１５】
翼Ｗは、図４（ａ）に示すように、翼Ｗの中心側（即ち図における左側）から最も離れた外端面Ｆｗを有している。
【００１６】
シュラウドリングＳＲは、断面が長方形状であるが、このシュラウドリングＳＲの回転軸Ａｘに平行な方向（即ち図における上下方向）に突出した円筒状の突部Ｃ１，Ｃ２が設けられる工程を経ることにより、突部Ｃ１，Ｃ２を更に有している。また、シュラウドリングＳＲは、断面が長方形状である部分において、焼きバメの際に翼Ｗの外端面Ｆｗとの突き合わせが行われる合わせ面Ｆｒを有している。更に、シュラウドリングＳＲは、突部Ｃ１，Ｃ２において、治具Ｊとの突き合わせが行われる合わせ面Ｆｃを有している。なお、合わせ面Ｆｒは、設計上不要であれば、焼きバメが行われた後で研磨等によって削除してもよい。
【００１７】
治具Ｊは、第一治具Ｊ１と、第二治具Ｊ２とから構成されており、第一治具Ｊ１及び第二治具Ｊ２ともに、シュラウドリングＳＲの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する。第一治具Ｊ１は、突部Ｃ１と嵌合可能であってシュラウドリングＳＲの真円度（即ち、幾何学的な真円からの狂いの大きさ）を所定真円度以下にするために規定の真円度が確保された溝部Ｇ１を有する。また、溝部Ｇ１は、突部Ｃ１との突き合わせが行われる合わせ面Ｆ１ｊを有している。
【００１８】
同様に、第二治具Ｊ２は、突部Ｃ２と嵌合可能であってシュラウドリングＳＲの真円度を所定真円度以下にするために規定の真円度が確保された溝部Ｇ２を有する。また、溝部Ｇ２は、突部Ｃ２との突き合わせが行われる合わせ面Ｆ２ｊを有している。
【００１９】
ここで、第一治具Ｊ１、第二治具Ｊ２、及びシュラウドリングＳＲを均等に加熱することによって熱膨張させる。このように、均等に加熱することによって、第一治具Ｊ１の合わせ面Ｆ１ｊ、及び第二治具Ｊ２の合わせ面Ｆ２ｊの真円度が維持される。
【００２０】
次に、図４（ｂ）に示すように、加熱された第一治具Ｊ１の溝部Ｇ１を、加熱されたシュラウドリングＳＲの突部Ｃ１と嵌合させ、更に、加熱された第二治具Ｊ２の溝部Ｇ２を、加熱されたシュラウドリングＳＲの突部Ｃ２と嵌合させる。これにより、第一治具Ｊ１と第二治具Ｊ２とが接触した状態となる。その後で、タービン（図示せず）の翼Ｗと、このシュラウドリングＳＲとの位置合わせを行いながら、翼Ｗの外端面Ｆｗと合わせ面Ｆｒとを突き合わせる工程を行う。このとき、第一治具Ｊ１及び第二治具Ｊ２が、白矢印で示される熱膨張Ｈによって、翼Ｗの外側（即ち図における右側）に膨張する。
【００２１】
引き続き、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態では、治具Ｊは、シュラウドリングＳＲに設けられた突部Ｃ１，Ｃ２と嵌合可能であってシュラウドリングＳＲの真円度を所定真円度以下にする溝部Ｇ１，Ｇ２を有している。このため、加熱された治具Ｊの溝部Ｇ１，Ｇ２を、加熱されたシュラウドリングＳＲの突部Ｃ１，Ｃ２と嵌合させた後に、タービン（図示せず）と、このシュラウドリングＳＲとの位置合わせを行うことによって、シュラウドリングＳＲの真円度が予め確保できていなくても、シュラウドリングＳＲの形状が治具Ｊで矯正されて、シュラウドリングＳＲの真円度が所定真円度以下になる。
【００２２】
これにより、シュラウドリングＳＲの加熱が停止され、冷却されて熱収縮が開始されても、真円度が保持されたままであるため、焼きバメ結合の際に一部の翼Ｗに片あたりすることがなくなり、翼Ｗの破断といった変形が起きにくくなる。このため、翼Ｗの変形をより確実に抑制したままで、シュラウドリングＳＲをタービンの翼Ｗに焼きバメすることが可能になる。
【００２３】
通常、径が大きく薄肉形状のシュラウドリングは剛性が低いため、シュラウドリングを予め真円形状に加工することは困難である。このようなシュラウドリングをタービンに焼きバメする際には、シュラウドリングの加工誤差を原因とする片あたりによって、焼きバメ後に内部荷重が発生し、シュラウドリング又は翼が破損してしまう可能性がある。
【００２４】
このような破損を回避するためには、加工誤差分のマージンを考慮して焼きバメする必要があり、これが設計上の制約となってしまう。更に、所望の焼きバメ代を確保できるとは限らない。例えば、本来０．５ｍｍの焼きバメ代が必要であっても、加工誤差によって０．３ｍｍの焼きバメ代しか確保できなくなってしまうことがある。しかしながら、本実施形態では、所望の焼きバメ代を予め確保できていなくても、シュラウドリングＳＲの真円度を、容易に所定真円度以下にすることができる。
【００２５】
また、比較的高精度に加工可能な治具に関してのみ真円度を確保させればよいため、治具に対する加工工数を含めた全体的な加工工数の総数を低減することが可能になる。
【００２６】
（第二実施形態）
次に、図５を用いて、本発明の第二実施形態に係るシュラウドリングの焼きバメ方法について説明する。図５は、シュラウドリング（図示せず）をタービンＴの翼Ｗに焼きバメする前に、タービンＴに連結材Ｂ（連結部）を設ける工程が行われることを示す説明図である。タービンＴには、当該タービンＴが有する全ての翼Ｗ同士と連結された連結材Ｂが設けられる。
【００２７】
連結材Ｂは、リング形状であり、連結材Ｂの回転中心とタービンＴの翼Ｗの回転中心とが一致するように配置されている。そして、設けられた連結材ＢよりもタービンＴの内側部分の範囲Ａを冷却するとともに、タービンＴの翼Ｗの外側に配置されるシュラウドリング（図示せず）を加熱する工程が行われる。
【００２８】
その後で、タービンＴの翼Ｗと、このシュラウドリングとの位置合わせを行いながら、翼Ｗの外端面Ｆｗとこのシュラウドリングの対応面とを突き合わせる工程が行われる。
【００２９】
引き続き、本実施形態の作用効果、即ち、タービンＴの内側部分の範囲Ａを冷却するとともに、タービンＴの翼Ｗの外側に配置されるシュラウドリングを加熱することによる作用効果について、図６を用いて説明する。図６は、縦軸が翼Ｗが受ける圧縮荷重又は応力ＢＰを表すとともに横軸が経過時間ｔを表すグラフである。翼Ｗが定常温度に戻るまでの間に、翼Ｗの一時的な熱膨張により、圧縮荷重又は応力ＢＰが座屈荷重又は許容応力Ｔｂｐを超えて、破断する場合がある。
【００３０】
しかしながら、シュラウドリングＳＲをタービンＴの翼Ｗに焼きバメした後の状態を模式的に表す図７に示すように、連結材ＢよりもタービンＴの内側部分の前述の範囲Ａ（図５参照）が冷却されると、白矢印で示されるタービンＴの回転中心方向への圧縮荷重Ｌが連結材Ｂによって分散されて翼Ｗへの荷重が軽減され、座屈が抑制される。
【００３１】
また、シュラウドリング（図示せず）をタービンＴの翼Ｗに焼きバメする際の状態を模式的に表す図８に示すように、連結材ＢよりもタービンＴの内側部分の前述の範囲Ａ（図５参照）が冷却されると、連結材Ｂは白矢印で示される熱膨張Ｈによって半径方向の外側へ広がろうとするのに対して、翼Ｗは半径方向の内側へ収縮しようとする。これにより、翼Ｗには引張応力Ｆが発生して、焼きバメによる圧縮荷重が相殺される。このため、翼Ｗの変形をより確実に抑制したままで、シュラウドリングをタービンの翼Ｗに焼きバメすることが可能になる。
【００３２】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の第一実施形態における図４において、第一治具Ｊ１及び第二治具Ｊ２ともに小さい線膨張係数を有するものとしたが、この代わりに、第一治具Ｊ１の溝部Ｇ１と突部Ｃ１との間や、第二治具Ｊ２の溝部Ｇ２と突部Ｃ２との間に、低伝導率の材料を詰め込むようにしてもよい。また、第一治具Ｊ１の溝部Ｇ１と突部Ｃ１との間や、第二治具Ｊ２の溝部Ｇ２と突部Ｃ２との間に、低伝導率の材料をコーティングしてもよい。このように、低伝導率の材料を用いて治具とシュラウドリングとの間の温度差を設けることにより熱を遮断して、治具の真円度を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】シュラウドリングをタービンに焼きバメする際の説明図である。
【図２】シュラウドリングをタービンに焼きバメした際の説明図である。
【図３】翼及びシュラウドリングの半径と経過時間との関係を表すグラフである。
【図４】シュラウドリングをタービンの翼に焼きバメする際の断面図である。
【図５】タービンに連結材を設ける工程が行われることを示す説明図である。
【図６】翼が受ける圧縮荷重又は応力と経過時間との関係を表すグラフである。
【図７】シュラウドリングをタービンの翼に焼きバメした後の状態を模式的に表す説明図である。
【図８】シュラウドリングをタービンの翼に焼きバメする際の状態を模式的に表す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ…範囲、Ａｘ…回転軸、Ｂ…連結材、Ｃ１，Ｃ２…突部、Ｆ…引張応力、Ｆ１ｊ，Ｆ２ｊ，Ｆｃ，Ｆｒ…合わせ面、Ｆｗ…外端面、Ｇ１，Ｇ２…溝部、Ｈ…熱膨張、Ｊ…治具、Ｊ１…第一治具、Ｊ２…第二治具、Ｌ…圧縮荷重、Ｓ，ＳＲ…シュラウドリング、Ｔ…タービン、Ｗ…翼。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010144538.tif 000009
【図８】
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