(57)【要約】【課題】タービンの低コスト化を効果的に図れるタービン静翼構造を提供する。【解決手段】各ノズル翼２の一端に外輪植込み用のアウターシュラウド３を備えると共に、他端にタービンロータとの隙間に介装されるラビリンスシール５を装着可能なインナーシュラウド４を備えたタービン静翼構造において、前記各ノズル翼におけるインナーシュラウドの周方向の剛性を向上させる自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面相互に互い違いの段差４ａ，４ｂを設けて全面的に接触させた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ノズル翼の一端に外輪植込み用のアウターシュラウドを備えると共に、他端にタービンロータとの隙間に介装されるシール材を装着可能なインナーシュラウドを備えたタービン静翼構造において、
前記各ノズル翼におけるインナーシュラウドの周方向の剛性を向上させる自己拘束手段を設けたことを特徴とするタービン静翼構造。
【請求項２】
前記自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面相互に互い違いの段差を設けて全面的に接触させたことを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼構造。
【請求項３】
前記自己拘束手段として、インナーシュラウドの側面に周方向へ貫通する開溝を少なくとも複数枚のノズル翼に亙って連通するように形成し、これらの開溝内へ少なくとも複数枚のノズル翼に跨がる長さの線状ピースを嵌め込んだことを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼構造。
【請求項４】
前記自己拘束手段として、周方向に複数分割された外輪の合せ面に位置するノズル翼のインナーシュラウドの端面に、外輪組立の際に締込み可能なかしめ代を設けたことを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼構造。
【請求項５】
前記自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面間に、棒状ピースが半径方向及び／又は軸方向に打込み可能な凹部を相対向して形成したことを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼構造。
【請求項６】
前記自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面相互に相対向して形成された嵌合穴に、組立の際に、隣接するインナーシュラウドに跨がるようにして剪断キーを嵌入することを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼構造。
【請求項７】
前記自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面間に、溝と突起からなるロッキング構造を設けたことを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼構造。
【請求項８】
前記自己拘束手段として、複数枚のノズル翼を一体成形し、綴り翼としたことを特徴とする請求項１に記載のタービン静翼構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンやガスタービンに用いて好適なタービン静翼構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービンでは、ロータから放射状に突出する動翼と、作動流体を所定角度で動翼に衝突させる静翼の組合せが何段にもわたり直列に配置されている。静翼は外輪と内輪の間に取り付けられ、環状のタービン仕切板（ノズルダイヤフラムとも表現する）を構成する。
【０００３】
従来、タービン仕切板は多数のパーツを溶接して製作されていたが、このようにして製作するのは作業性が悪くコスト高である。また、溶接を行うと歪みが生じるので、後工程で焼鈍して歪みを除去する必要があるが、焼鈍工程を経た静翼は折角研磨していた表面が荒れ、作動流体の流れを乱すことになり、タービン性能が悪化するという問題がある。
【０００４】
そのため、最近では、溶接によらないで最終形態を完成させる組立式のタービン仕切板が多く用いられるようになっている。具体的には、外輪と内輪を所定角度に分割してその外輪と内輪の間に静翼分割片を嵌め込んでいき、最終的には外輪の分割片同士と内輪の分割片同士をボルトで結合して環状のタービン仕切板を完成させるものである。このような組立式タービン仕切板の例を特許文献１や特許文献２に見ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９７２１８号公報（第８−１３頁、図１−２３）
【特許文献２】特開２００５−１４６８９６号公報（第６−９頁、図１−５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１や特許文献２に開示されたタービン静翼構造にあっては、溶接無しの組立式としたことにより、工数削減によるコストダウンと熱処理による翼表面の面粗度悪化の回避に基づく性能向上が図れるが、最近の激しい国際競争の中、タービンの低コスト化及び高性能化への要求が一段と激しくなってきており、タービン静翼構造のさらなる簡素化が希求されている。
【０００７】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、タービンの低コスト化を効果的に図れるタービン静翼構造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】
【０００８】
斯かる目的を達成するための本発明に係るタービン静翼構造は、各ノズル翼の一端に外輪植込み用のアウターシュラウドを備えると共に、他端にタービンロータとの隙間に介装されるシール材を装着可能なインナーシュラウドを備えたタービン静翼構造において、
前記各ノズル翼におけるインナーシュラウドの周方向の剛性を向上させる自己拘束手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面相互に互い違いの段差を設けて全面的に接触させたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記自己拘束手段として、インナーシュラウドの側面に周方向へ貫通する開溝を少なくとも複数枚のノズル翼に亙って連通するように形成し、これらの開溝内へ少なくとも複数枚のノズル翼に跨がる長さの線状ピースを嵌め込んだことを特徴とする。
【００１１】
また、前記自己拘束手段として、周方向に複数分割された外輪の合せ面に位置するノズル翼のインナーシュラウドの端面に、外輪組立の際に締込み可能なかしめ代を設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面間に、棒状ピースが半径方向及び／又は軸方向に打込み可能な凹部を相対向して形成したことを特徴とする。
【００１３】
また、前記自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面相互に相対向して形成された嵌合穴に、組立の際に、隣接するインナーシュラウドに跨がるようにして剪断キーを嵌入することを特徴とする。
【００１４】
また、前記自己拘束手段として、隣接するノズル翼のインナーシュラウドの対向面間に、溝と突起からなるロッキング構造を設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記自己拘束手段として、複数枚のノズル翼を一体成形し、綴り翼としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るタービン静翼構造によれば、内輪を廃止したことによる簡素化により、さらなるコストダウンが図れる一方、自己拘束手段により各ノズル翼におけるインナーシュラウドの周方向の剛性を向上させてノズル翼の倒れを減少させ、ノズル翼の破損等を未然に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るタービン静翼構造を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の実施例１を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）は要部正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ矢視断面図である。
【００１９】
図示のように、上下に半割りされた外輪１Ａ，１Ｂの内面には、各ノズル翼２の一端に一体成形されたアウターシュラウド３が植え込まれると共に、各ノズル翼２の他端には図示しないタービンロータとの隙間に介装されるラビリンスシール（シール材）５を装着可能なインナーシュラウド４が一体成形される。
【００２０】
尚、各ノズル翼２のアウターシュラウド３は、外輪１Ａ，１Ｂの内面側に形成された嵌合溝６内に周方向から順次スライドさせて嵌合されるようになっている。また、ラビリンスシール５は、各ノズル翼２のインナーシュラウド４の内面側に形成された嵌合溝７内に周方向からスライドさせて嵌合されるようになっている。
【００２１】
そして、本実施例では、前記各ノズル翼２におけるインナーシュラウド４のタービン段落（ロータ軸）方向の両側面に、周方向へ貫通する開溝８ａ，８ｂを少なくとも複数枚のノズル翼２に亙って連通（連続）するようにそれぞれ形成され、これらの開溝８ａ，８ｂ内に少なくとも複数枚のノズル翼２に跨がる長さの金属製の線状ピース９ａ，９ｂが嵌め込まれている。従って、これらの開溝８ａ，８ｂとこれらに嵌め込まれる線状ピース９ａ，９ｂとで前記各ノズル翼２におけるインナーシュラウド４の周方向の剛性を向上させる自己拘束手段を構成している。
【００２２】
このように本実施例では、従来の図１０に示すタービン静翼構造における内輪１０２を廃止したので、構造の簡素化により、さらなるコストダウンが図れる一方、前述した線状ピース９ａ，９ｂの剛性により、各ノズル翼２におけるインナーシュラウド４の周方向の剛性が向上され、これによってノズル翼２の倒れを減少させ、ノズル翼２の破損等を未然に回避することができる。
【００２３】
因みに、蒸気タービンの静翼は、蒸気差圧によるロータ軸方向の荷重を受けるので、内輪を廃止したことで周方向の剛性が低下し、倒れ易くなる不具合が生じるのであるが、本実施例のように自己拘束手段を設けることで上述した不具合が効果的に解消される。
【００２４】
尚、開溝８ａ，８ｂ内に金属製の線状ピース９ａ，９ｂを嵌め込むにあたって、開溝８ａ，８ｂの開口縁をかしめたり、線状ピース９ａ，９ｂに線膨張係数の大きい材質や形状記憶合金等を用いて温度が上昇すると開溝８ａ，８ｂ内に抜け出し不能に嵌め込まれるようにすると好適である。
【実施例２】
【００２５】
図２は本発明の実施例２を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）は要部正面図、同図（ｂ）は要部斜視図である。
【００２６】
これは、実施例１における自己拘束手段として、隣接する各ノズル翼２のインナーシュラウド４の周方向対向（接触）面相互に互い違いの段差（半径方向接触面）４ａ，４ｂを設けて全面的に接触させた例である。即ち、隣接する各ノズル翼２間において一方のインナーシュラウド４の上向きの段差４ａに他方のインナーシュラウド４の下向きの段差４ｂを合わせて組み立てていくのである。その他の構成は実施例１と同様なので、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２７】
これによれば、ノズル翼２が倒れると隣接するノズル翼２のインナーシュラウド４との周方向及び半径方向の接触・摩擦によって周方向及びロータ軸方向に対する自己拘束を起こし、実施例１と同様に、ノズル翼２の倒れを減少させ、ノズル翼２の破損等を未然に回避することができる。尚、この実施例において、半径方向の接触のみで、周方向に隙間があいている場合でも効果がある。
【実施例３】
【００２８】
図３は本発明の実施例３を示すタービン静翼構造の要部正面図、図４は各変形例の構造説明図である。
【００２９】
これは、実施例１における自己拘束手段として、上下に半割りされた外輪１Ａ，１Ｂの合せ面に位置する任意のノズル翼２のインナーシュラウド４の端面に、外輪組立の際に図示しないボルトで締込み可能なかしめ代１０ａ（１０ｂ）を別体（一体物でもよい）に設けた例である。その他の構成は実施例１と同様なので、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３０】
尚、上記の場合、図４の（ａ）に示すように、従前どおり組み立てられるノズル翼２のインナーシュラウド４に単にかしめ代１０ａ（１０ｂ）を設けても良いし、図４の（ｂ）に示すように、ボルトによる締付により整列するように、ノズル翼２及びインナーシュラウド４の初期形状を予め通常よりも数度傾斜（捻じれ）させて作成しても良い。
【００３１】
これによれば、組立後から隣接するノズル翼２のインナーシュラウド４との接触・摩擦が発生し、周方向の剛性が高められて、実施例１と同様に、ノズル翼２の倒れを減少させ、ノズル翼２の破損等を未然に回避することができる。
【実施例４】
【００３２】
図５は本発明の実施例４を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）は要部正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ矢視図である。
【００３３】
これは、実施例１における自己拘束手段として、隣接するノズル翼２のインナーシュラウド４の対向面間に、二本（一本又は三本以上でも良い）の金属製の棒状ピース１１が半径方向に打込み可能な凹部４ｃを相対向して形成した例である。その他の構成は実施例１と同様なので、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３４】
これによれば、棒状ピース１１と凹部４ｃを介してのインナーシュラウド４との接触・摩擦が発生し、周方向の剛性が高められて、実施例１と同様に、ノズル翼２の倒れを減少させ、ノズル翼２の破損等を未然に回避することができる。
【実施例５】
【００３５】
図６は本発明の実施例５を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）は要部正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ矢視図である。
【００３６】
これは、実施例１における自己拘束手段として、隣接するノズル翼２のインナーシュラウド４の対向面間に、一本（複数本でも良い）の金属製の棒状ピース１１がロータ軸方向から打込み可能な凹部４ｃを相対向して形成した例である。その他の構成は実施例１と同様なので、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３７】
これによれば、実施例４と同様に、棒状ピース１１と凹部４ｃを介してのインナーシュラウド４との接触・摩擦が発生し、周方向の剛性が高められて、実施例１と同様に、ノズル翼２の倒れを減少させ、ノズル翼２の破損等を未然に回避することができる。
【実施例６】
【００３８】
図７は本発明の実施例６を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）はインナーシュラウドの連接状態の斜視図、同図（ｂ）はインナーシュラウド単体の斜視図である。
【００３９】
これは、実施例１における自己拘束手段として、隣接するノズル翼２のインナーシュラウド４の対向面相互に相対向して形成された嵌合穴１２に、組立の際に、隣接するインナーシュラウド４に跨がるようにして一本（複数本でも良い）の剪断キー１３を嵌入した例である。その他の構成は実施例１と同様なので、図１を参照してここでは詳しい説明は省略する。
【００４０】
これによれば、実施例４と同様に、剪断キー１３と嵌合穴１２を介してのインナーシュラウド４との接触・摩擦が発生し、周方向の剛性が高められると共に、剪断キー１３の剪断作用でノコギリ歯状変形が防止されて、実施例１と同様に、ノズル翼２の倒れを減少させると共に、ノズル翼２の破損等を未然に回避することができる。
【実施例７】
【００４１】
図８は本発明の実施例７を示すタービン静翼構造におけるインナーシュラウドを内方からみた図である。
【００４２】
これは、実施例１における自己拘束手段として、隣接するノズル翼２のインナーシュラウド４の対向面間に、溝１４と突起１５からなるロッキング構造を設けた例である。図示例では、半径方向に溝１４と突起１５を逆にしてロッキング構造を二箇所設けているが、一箇所又は三箇所以上設けても良い。また、図示例では周方向にロッキング構造の深さを変化させているが、一定でも良い。その他の構成は実施例１と同様なので、図１を参照してここでは詳しい説明は省略する。
【００４３】
これによれば、ロッキング構造により隣接するインナーシュラウド４間相互が影響し合って、周方向の剛性が高められて、実施例１と同様に、ノズル翼２の倒れを減少させ、ノズル翼２の破損等を未然に回避することができる。
【実施例８】
【００４４】
図９は本発明の実施例８を示すタービン静翼構造の要部正面図である。
【００４５】
これは、実施例１における自己拘束手段として、複数枚（図示例では４枚と３枚）のノズル翼２を一体成形し、綴り翼とした例である。その他の構成は実施例１と同様なので、図１と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００４６】
これによれば、ノズル翼２間の相対移動が防止されて周方向の剛性が高められと共に、周方向・ロータ軸方向のノコギリ歯状変形が防止されて、実施例１と同様に、ノズル翼２の倒れを減少させ、ノズル翼２の破損等を未然に回避することができる。
【００４７】
尚、本実施例では、１８０°分を一体成形することは困難なので、数枚毎に隙間が生じる場合があるが、その隙間には上述した他の実施例を適用すれば好適である。
【００４８】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、各実施例を単独で実施する以外に適宜組み合わせて実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）は要部正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ矢視断面図である。
【図２】本発明の実施例２を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）は要部正面図、同図（ｂ）は要部斜視図である。
【図３】本発明の実施例３を示すタービン静翼構造の要部正面図である。
【図４】各変形例の構造説明図である。
【図５】本発明の実施例４を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）は要部正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ矢視図である。
【図６】本発明の実施例５を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）は要部正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ矢視図である。
【図７】本発明の実施例６を示すタービン静翼構造の構造説明図で、同図（ａ）はインナーシュラウドの連接状態の斜視図、同図（ｂ）はインナーシュラウド単体の斜視図である。
【図８】本発明の実施例７を示すタービン静翼構造におけるインナーシュラウドを内方からみた図である。
【図９】本発明の実施例８を示すタービン静翼構造の要部正面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ，１Ｂ  外輪
２  ノズル翼
３  アウターシュラウド
４  インナーシュラウド
４ａ，４ｂ  段差
４ｃ  凹部
５  ラビリンスシール
８ａ，８ｂ  開溝
９ａ，９ｂ  線状ピース
１０ａ，１０ｂ  かしめ代
１１  棒状ピース
１２  嵌合穴
１３  剪断キー
１４  溝
１５  突起
【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】
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【図８】
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【図９】
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