(57)【要約】【課題】周方向剛性を一層に強化すること。【解決手段】静翼環（７）は、外輪（５）と、内輪（６）と、外輪（５）の内周側に配置される複数の外側シュラウド環（８）と、内輪（６）の外周側に配置される内側シュラウド環（９）と、両環（８，９）の間の静翼環とから構成されている。複数の内側シュラウド要素（１３）のうち周方向に並ぶ２つの内側シュラウド要素（１３）は、周方向に結合する結合要素（２５）により結合される。結合要素（２５）は、２つの内側シュラウド要素（１３）に円周方向に跨って形成される装着溝（２７）に装着されている。２つの内側シュラウド要素（１３）は周方向に結合し、周方向の剛性が強化される。隣り合う内側シュラウド要素（１３）の間の分割面は、周方向結合力特に圧入力により引き締められる。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に並ぶ複数の動翼環と、
前記動翼環の間に配置され前記軸方向に並ぶ複数の静翼環とを具え、
前記静翼環の１つは、
外輪と、
内輪と、
前記外輪の内周側に配置され複数の外側シュラウド要素が周方向に並ぶ外側シュラウド環と、
前記内輪の外周側に配置され複数の内側シュラウド要素が周方向に並ぶ内側シュラウド環と、
前記外側シュラウド環と前記内側シュラウド環の間に配置され複数の静翼要素が周方向に並ぶ静翼列環と、
前記複数の内側シュラウド要素のうち前記周方向に並ぶ２つの内側シュラウド要素を前記周方向に結合する結合要素とを具え、
前記結合要素は、前記２つの前記内側シュラウド要素に円周方向に跨って形成される装着溝に装着されている
回転機械。
【請求項２】
前記結合要素は前記内側シュラウド要素の下流側に配置されている
請求項１の回転機械。
【請求項３】
前記結合要素は、前記装着溝に放射方向に打ち込まれて前記２つの内側シュラウド要素を周方向に剛体化する
請求項１の回転機械。
【請求項４】
前記結合要素は、前記装着溝に軸方向に打ち込まれて前記２つの内側シュラウド要素を周方向に剛体化する
請求項１の回転機械。
【請求項５】
前記装着溝は閉環状に形成されている
請求項１〜４の回転機械。
【請求項６】
前記装着溝は周方向に延びる部分環状穴として形成され、前記結合要素は前記装着溝に摩擦嵌合することにより前記２つの内側シュラウド要素を周方向に剛体化する
請求項１の回転機械。
【請求項７】
前記複数の外側シュラウド要素のうち前記周方向に並ぶ２つの外側シュラウド要素を前記周方向に結合する外側結合要素を更に具え、
前記外側結合要素は、前記２つの前記外側シュラウド要素に円周方向に跨って形成される外側装着溝に装着されている
請求項１の回転機械。
【請求項８】
前記外側結合要素は前記静翼要素の下流側に配置されている
請求項７の回転機械。
【請求項９】
前記外側結合要素は、前記外側装着溝に求心方向に打ち込まれて前記２つの外側シュラウド要素を周方向に剛体化する
請求項７の回転機械。
【請求項１０】
前記外側結合要素は、前記外側装着溝に軸方向に打ち込まれて前記２つの外側シュラウド要素を周方向に剛体化する
請求項７の回転機械。
【請求項１１】
前記外側装着溝は閉環状に形成されている
請求項７〜１０から選択される１請求項の回転機械。
【請求項１２】
前記外側装着溝は周方向に延びる部分環状穴として形成され、前記外側結合要素は前記外側装着溝に摩擦嵌合することにより前記２つの外側シュラウド要素を周方向に剛体化する
請求項７の回転機械。
【請求項１３】
下記の工程の集合：
外輪の半環と内輪の半環を機械加工により製造する工程、
外輪の半環の内周側に規定数の外側シュラウド要素を順次に差し込む工程、
内輪の半環の外周側に規定数の内側シュラウド要素を順次に差し込む工程、
周方向に隣り合う２つの静翼要素に跨る結合要素を装着する工程
を具える回転機械の組付方法。
【請求項１４】
前記装着する工程は内側シュラウド要素を順次に差し込む前記工程の後に実行され、前記装着する工程では、結合要素は軸方向に差し込まれる
請求項１３の回転機械の組付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械、及び、それの組付方法に関し、特に、圧縮機、ポンプ、タービンのように静翼と動翼を構成する回転機械、及び、それの組付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的駆動源、機械的駆動源のように、多様な動力源としてタービンが知られている。タービンは、ガス流、蒸気流が導入されるタービン車室の中に構成される回転機械系として提供されている。その回転機械系は、環状静翼列と環状動翼列とから形成されている。環状静翼列は、外輪と内輪と内外輪の間に挟まれて支持される固定翼列とから形成されている。
【０００３】
環状静翼列は、その組立の便宜のために、半環状の上側静翼半環と半環状の下側静翼半環とに分割されている。上側静翼半環と下側静翼半環は水平面で面接合している。このように接合して組み立てられる上側静翼半環と下側静翼半環の翼列環状構造は、その接合領域が存在するために、半径方向組付け構造と周方向組付け構造を機械的に完全対称に構成することが困難である。その非対称性に起因する剛性構造の劣化を回避するために多様な構造的工夫がなされている。
【０００４】
静翼列の剛性を確保するために多数の静翼を内外輪に結合する結合強度を確実にする技術は、後掲特許文献１で知られている。既述の接合面領域の結合剛性を確保する技術は、後掲特許文献２で知られている。
【０００５】
周方向剛性は、静翼列を構成する多数の静翼要素と内外輪の間の機械的結合性に強く影響される。そのような機械的結合性は、個々の静翼要素の間の周方向結合性、内外輪の間の環状構造として形成される静翼列要素の集合体であるシュラウドの半径方向結合性、その他の要因により規定される。特に、シュラウドを半径方向に分割する分割面の存在は、周方向剛性の低下の重要な原因である。周方向剛性の低下は、タービン運転中の圧力荷重により下流側に静翼列を倒す倒れ力の増大を招く。このような増大は、下流側に倒れる静翼列が下流側の動翼又はロータディスクに接触し、その結果として重大な事故を誘発する恐れを完全に解消することができない。周方向剛性の強化のために溶接技術は有効であるが、溶接には他の問題点がある。
【０００６】
周方向剛性の一層の強化が求められている。溶接技術を用いないことは重要である。
【０００７】
【特許文献１】実開昭５９−１０２９０１号
【特許文献２】特開平９−１１２２０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、周方向剛性を一層に強化する回転機械、及び、それの組付方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、周方向剛性を一層に簡素に強化する回転機械、及び、それの組付方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による回転機械は、軸方向に並ぶ複数の動翼環（３）と、動翼環（３）の間に配置され軸方向（Ｚ）に並ぶ複数の静翼環（７）とから構成されている。静翼環（７）の１つは、外輪（５）と、内輪（６）と、外輪（５）の内周側に配置され複数の外側シュラウド要素（１２）が周方向に並ぶ外側シュラウド環（８）と、内輪（６）の外周側に配置され複数の内側シュラウド要素（１３）が周方向に並ぶ内側シュラウド環（９）と、外側シュラウド環（８）と内側シュラウド環（９）の間に配置され複数の静翼要素（１４）が周方向に並ぶ静翼環（７）と、複数の内側シュラウド要素（１３）のうち周方向に並ぶ２つの内側シュラウド要素（１３）を周方向に結合する結合要素（２５）とから構成されている。結合要素（２５）は、２つの内側シュラウド要素（１３）に円周方向に跨って形成される装着溝（２７）に装着されている。
【００１０】
互いに周方向に隣り合う内側シュラウド要素（１３）は周方向に結合し、周方向の剛性が強化される。隣り合う内側シュラウド要素（１３）の間の分割面は、周方向結合力特に圧入力により引き締められる。結合要素が内側シュラウド要素の下流側に配置されることは、下流側に流体圧を受ける下流側部位が引き締められて周方向に拘束されるので特に重要である。静翼環（７）は、２つの半環の結合として構成される。半環の周方向剛性の強化は、２つの半環の結合領域の周方向剛性を強化することができる。
【００１１】
結合要素（２５）は、装着溝（２７）に放射方向に打ち込まれて２つの内側シュラウド要素を周方向に剛体化する。この場合には、結合要素（２５）は内輪（６）により放射方向に閉じ込められ抜け出しが防止される。閉環状に形成される装着溝（２７）に装着される閉環状の結合要素（２５）は、機械的にその剛性が強い。結合要素（２５）を軸方向に装着することは、静翼環（７）の全環又は半環を組立てた後に可能であるので、組付工程の自由度を拡張することができる。
【００１２】
装着溝（２７）は周方向に延びる部分環状穴として形成される。この場合には、結合要素（２５）は装着溝（２７）に摩擦嵌合することにより２つの内側シュラウド要素（１３）を周方向に剛体化する。
【００１３】
周方向に隣り合う外側シュラウド要素の周方向剛性強化は、内側シュラウド要素の周方向剛性強化に同じである。その場合には、外側結合要素は求心方向に圧入される。軸方向挿入は、内側の結合要素の挿入方法に同じである。
【００１４】
本発明による回転機械の組付方法は、下記の工程の集合：
外輪の半環と内輪の半環を機械加工により製造する工程、外輪の半環の内周側に規定数の外側シュラウド要素を順次に差し込む工程、内輪の半環の外周側に規定数の内側シュラウド要素を順次に差し込む工程、周方向に隣り合う２つの静翼要素に跨る結合要素を装着する工程
として構成されている。このような製造プロセスでは、内側シュラウド要素を順次に差し込む工程の後に、結合要素を軸方向に装着することにより、製造工程の自由度を拡張することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による回転機械、及び、それの組付方法は、周方向剛性を一層に強化することができ、その強化は機械構造的に簡素である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による回転機械の実施の好ましい形態は、図に対応して、詳細に記述される。タービンの主要構造は、図１に概略的に示されるように、タービン車室１に貫通して支持される車軸２と、車軸２の周面側で車軸に固定されて多段に配置される動翼環（半環）３と、軸方向に隣り合う動翼環３の間に配置される静翼構造環（半環）４とから構成されている。主蒸気は、主蒸気入口Ａから車室１の中に導入される。主蒸気の軸方向流れの向きは、静翼構造環４により調整されて、下流側の動翼環３に向かって噴射される。動翼環３は、流れ方向が調整されている軸流蒸気から周方向成分力を受けて回転する。周方向成分力は、上流側から下流側の間で多段に動翼環３に与えられる。
【００１７】
図２は、１つの段の静翼構造環４を示している。静翼構造環４は、外輪５と内輪６と静翼環７とから形成されている。静翼環７は、外輪５と内輪６の間の環状空間に配置されている。静翼環７は、外側シュラウド８と内側シュラウド９と環状静翼要素列１１とから形成されている。外側シュラウド８は、周方向に分割され周方向に並ぶ多数（例示：数十）の外側シュラウド要素１２の結合的集合である。内側シュラウド９は、周方向に分割され周方向に並ぶ多数の内側シュラウド要素１３の結合的集合である。環状静翼要素列１１は、周方向に分割され周方向に並ぶ多数の静翼要素１４の結合的集合である。多数の外側シュラウド要素１２は、外輪５の内周面側に形成される環状溝１５に半円周線に沿って順次に挿入され、隣り合う外側シュラウド要素１２は突き当たり的に半円周上で対面的に接合する。多数の内側シュラウド要素１３は、内輪６の外周面側に形成される環状溝（又は環状突起）１６に半円周線に沿って順次に挿入され、隣り合う内側シュラウド要素１３は突き当たり的に半円周上で対面的に接合する。多数の静翼要素１４は、そのように配列されている外側シュラウド８と内側シュラウド９の間に挿入されている。
【００１８】
図３は、外側シュラウド８の一部の外側シュラウド要素１２と、内側シュラウド９の一部の内側シュラウド要素１３と、環状静翼要素列１１の一部の静翼要素１４のそれぞれの立体形状とそれらの立体的配置関係を示している。円周方向に隣り合う外側シュラウド要素１２と内側シュラウド要素１３は、円周方向に互いに対向する回転方向前方側分割面１７と回転方向後方側分割面１８とをそれぞれに有している。回転方向前方側分割面１７と回転方向後方側分割面１８は、それぞれに、回転軸心線を含む放射面の２つの放射面部分とその放射面に対して斜めに向く斜面部分１９とから形成されている。斜面部分１９による外側シュラウド要素１２の分割線と、斜面部分１９による内側シュラウド要素１３の分割線とは、放射方向又は半径方向Ｒに直交する円筒面（周面）に現れる。回転方向前方側分割面１７と回転方向後方側分割面１８との間の隙間２１を完全に消去することは不可能であり、このために周方向剛性は機械的加工精度のみでは理想的には得られない。外側シュラウド要素１２と内側シュラウド要素１３と静翼要素１４は、それぞれに、軸心線方向Ｚに適正な厚みを有している。内側シュラウド要素１３の立体形状は、大きさの点を除いて、外側シュラウド要素１２の立体形状に概ね同形である。静翼要素１４の周方向Ｐの前後面は放射面に対して傾斜し、且つ、えん曲に曲がっている。周方向に隣り合う２つの静翼要素１４の組は、その間の蒸気噴射流路２２に蒸気を通すノズルを構成している。
【００１９】
図４は、本発明による回転機械の周方向剛性強化構造の実施の好ましい形態を示している。図４は、外側シュラウド８又は内側シュラウド９のＲ視の展開図として表されている。本形態は、外側シュラウド８に対しても適用される。軸流方向の規定が重要である。軸流（例示：蒸気流）方向は、図中に矢付きで示されるＺ方向に反対であるＺ方向負方向として規定される。分割面１７，１８が内側シュラウド要素１３の内周面（側面）に現れる２本の分割折れ線（以下、分割線と呼ばれる）を含む分割境界領域２３のうち下流側領域（又は、出口側領域）２４で、隣り合う２つの内側シュラウド要素１３に跨って拘束ピース２５が挿入的に、且つ、圧入的に埋め込まれる。本形態の拘束ピース２５は、門型に形状化されている。回転方向前方側分割面１７と回転方向後方側分割面１８は、それぞれに概ね軸心線を含む放射面に平行である。下流側領域２４の分割線は、以下、下流側仮想的分割線２６と呼ばれる。下流側仮想的分割線２６は、Ｚ方向に延びている。
【００２０】
拘束ピース２５は、Ｚ方向に延びる拘束ピース圧入溝２７に埋め込まれる。拘束ピース圧入溝２７は、内周面側（気流の下流側として規定される出口側）ＤＳで開放されている。拘束ピース圧入溝２７は、隣り合う内側シュラウド要素１３に跨って円周方向Ｐに延びる円周方向溝部分２８と、円周方向溝部分２８の円周方向一方側に連続し放射方向に一方側の内側シュラウド要素１３の中で延びる一方側放射方向溝部分２９と、円周方向溝部分２８の円周方向他方側に連続し放射方向に他方側の内側シュラウド要素１３の中で延びる他方側放射方向溝部分３１とから形成されている。拘束ピース２５は、円周方向溝部分２８に位置的に対応する円周方向ピース部分３２と、一方側放射方向溝部分２９に位置的に対応する一方側放射方向ピース部分３３と、他方側放射方向溝部分３１に位置的に対応する他方側放射方向ピース部分３４とから一体的に形成されている。高剛性金属で形成されている拘束ピース２５は、拘束ピース圧入溝２７に軸方向に打ち込まれ隣り合う２つの内側シュラウド要素１３に跨って圧入的に埋め込まれる。
【００２１】
拘束ピース２５は、環状に並んで隣り合う外側シュラウド要素１２又は内側シュラウド要素１３を半環状に連結（連成）して一体連結構造を形成することができ、半環構造の剛性を高めることができる。拘束ピース２５の列は、外側シュラウド８又は内側シュラウド９の出口側（下流側）に配置されていて、上流側から下流側に（軸心線方向Ｚに）流れる気流３５により下流側に押し倒される押倒し力（ピッチング力）に対して環状静翼要素列１１の高剛性化により抵抗力が増大する。環状静翼要素列１１に流れる気流３５は、軸心線方向Ｚに平行ではなく軸心線方向Ｚに対して斜めに向く斜流であり、環状静翼要素列１１には周方向成分の圧力が作用する。拘束ピース２５は、下流側で環状静翼要素列１１の周方向剛性を強化するので、既述の押倒し力に対する抵抗を強化することができる。拘束ピース２５を軸方向に打ち込むことができるこのような側面装着の形態では、環状静翼要素列１１が外側シュラウド８に組み付けられた後に、拘束ピース２５を外側シュラウド要素１２に装着することができて、組立作業の自由度が拡大される。門型である拘束ピース２５は、加工が容易である。
【００２２】
図５は、本発明による回転機械の周方向剛性強化構造の実施の好ましい他の形態を示している。本形態の拘束ピース２５は、閉じた矩形状環に形状化されている。矩形型のような閉環は、変形しにくく既述の形態の門型より拘束力が強化されている。本形態の拘束ピース２５は、２つの円周方向ピース部分３２’と、軸方向に延びる両側の放射方向ピース部分３３’とから一体的に閉じて形成されている。このような矩形環を挿入することができる拘束ピース圧入溝２７は、隣り合う外側シュラウド要素１２又は内側シュラウド要素１３に放射方向に延びて形成されている。円周方向ピース部分３２’は、隣り合う２つの外側シュラウド要素１２又は内側シュラウド要素１３の中で円周方向Ｐに跨って放射方向に打ち込まれる。拘束ピース２５の放射方向Ｒに直交する端面は、外輪５の内周面又は内輪６の内周面に接合する。内輪６と外輪５は拘束ピース２５に対して蓋の機能を有していて、拘束ピース２５の脱落を阻止することができる。拘束ピース２５が出口側に配置されることの意義は、既述の通りである。
【００２３】
図６は、本発明による回転機械の周方向剛性強化構造の実施の好ましい更に他の形態を示している。図６は、外側シュラウド８と環状静翼要素列１１と内側シュラウド９のＺ視の展開図として表されている。門型の第１拘束ピース２５−Ｏは、外側シュラウド８の隣り合う２つの外側シュラウド要素１２の下流側仮想的分割線２６に跨って外側シュラウド８の下流側端面に接合している。門型の第２拘束ピース２５−Ｉは、内側シュラウド９の隣り合う２つの内側シュラウド要素１３の下流側仮想的分割線２６に跨って内側シュラウド９の下流側端面に接合している。端面装着型の本形態の拘束ピース２５−Ｏ，Ｉの脱落防止効果は図５の既述の形態の拘束ピース２５のそれに同じである。
【００２４】
図７は、本発明による回転機械の周方向剛性強化構造の実施の好ましい更に他の形態を示している。図７は、外側シュラウド８と環状静翼要素列１１と内側シュラウド９のＺ視の展開図として表されている。矩形環型の第１拘束ピース２５−Ｏは、外側シュラウド８の隣り合う２つの外側シュラウド要素１２の下流側仮想的分割線２６に跨って外側シュラウド８の下流側端面に接合している。矩形環型の第２拘束ピース２５−Ｉは、内側シュラウド９の隣り合う２つの内側シュラウド要素１３の下流側仮想的分割線２６に跨って内側シュラウド９の下流側端面に接合している。側面装着型の本形態の拘束ピース２５−Ｏ，Ｉの組立作業の自由度拡大効果は、図４の既述の形態の拘束ピース２５の通りである。
【００２５】
図８は、本発明による回転機械の周方向剛性強化構造の実施の好ましい更に他の形態を示している。本形態の拘束ピース２５は、図５の拘束ピース２５に置換されている。本形態の拘束ピース２５は、２つの穴が開いた矩形板として形成され、外側シュラウド要素１２又は内側シュラウド要素１３の端面に埋め込まれ、２つのボルト３６により外側シュラウド要素１２又は内側シュラウド要素１３に取り付けられている。端面結合型の本形態は、既述の脱落防止効果を有している。図７の拘束ピース２５は、図８の拘束ピース２５に置換され得る。
【００２６】
図９は、本発明による回転機械の周方向剛性強化構造の実施の好ましい更に他の形態を示している。外側シュラウド要素１２に現れる分割面２６には、軸方向Ｚに直交し又は直交する成分を持ち軸方向に延びる軸方向直交分割面３７が追加されている。隣り合う２つの外側シュラウド要素１２は、軸方向直交分割面３７に直交する螺軸線を持つボルト３８により面接合的に結合する。ボルト穴は、拘束ピース圧入溝２７の代わりに形成される。その結合部位が出口側に配置される点は、既述の通りである。このように分割面どうしを結合する本形態は、内側シュラウド９にも適用され得る。側面固定型の本形態の結合作業は、翼全体の組立の後に可能であり、既述の作業の自由度拡大効果を有している。
【００２７】
静翼構造環は、原則的に２分割される。２つの環の接合面の近傍のみに周方向剛性を強化することは、本発明とは異なる考えに依拠している。橋脚、ダムのアーチ構造で周知であるように、アーチの中央部分の周方向剛性の強化は、アーチの端部の周方向剛性を強化する。半環状の内外シュラウドの接合面近傍で本発明の拘束ピース２５が適用される。上側半環の最下端の外側シュラウド要素１２と内側シュラウド要素１３に下側半環の最上端の外側シュラウド要素１２と内側シュラウド要素１３とをそれぞれに拘束ピース２５で連成的に連結することにより、半環どうしの接合領域の周方向剛性を強化することができる。その接合領域で拘束ピース２５を特別に高剛性に形成し、且つ、特別にサイズを大きくすることにより、環全体の剛性を均等化することができる。
【００２８】
実施のその他の形態：
隣り合う外側シュラウド要素１２又は内側シュラウド要素１３の周方向の接合面領域に跨り周方向に延びる部分環状ピンを埋め込み、そのピンと外側シュラウド要素１２又は内側シュラウド要素１３の摩擦結合により周方向剛性を高めることは有意義である。その場合に、環状ピンの断面は、円形に限られず、星型、歯車型のように周面の面積が大きい形状の摩擦面に形成することが望ましい。焼嵌めによる挿入は有効である。
【００２９】
図１の半環の組立又は組付は、下記の工程を含む。
（１）外輪５の半環と内輪６の半環を機械加工により製造すること
（２）外輪５の半環の内周側に規定数の外側シュラウド要素１２を順次に差し込むこと
（３）内輪５の半環の外周側に規定数の内側シュラウド要素１３を順次に差し込むこと
（４）工程（２）と工程（３）の後に、又は、工程（２）と工程（３）とに同時的に規定数の静翼要素を外側シュラウド要素と内側シュラウド要素の間に装着すること
（５）周方向に隣り合う２つの静翼要素に跨る結合要素２５を装着すること
ここで、工程（５）は、結合要素（２５）が軸方向に挿入される場合には、工程（３）の後に工程（４）を実行することができる。結合要素２５を放射方向に装着する場合と結合
要素２５を軸方向に装着する場合のいずれの場合にも、結合要素２５は内輪６により求心方向に抜け出すことはない。このような組付順序は、外側シュラウドを結合要素により結合する場合にも適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明による回転機械の好ましい形態を示す断面図である。
【図２】図２は、シュラウドを示す斜軸投影図である。
【図３】図３は、静翼環を示す斜軸投影図である。
【図４】図４は、周方向剛性強化の好ましい形態を示す展開図である。
【図５】図５は、周方向剛性強化の好ましい他の形態を示す展開図である。
【図６】図６は、周方向剛性強化の好ましい更に他の形態を示す展開図である。
【図７】図７は、周方向剛性強化の好ましい更に他の形態を示す展開図である。
【図８】図８は、周方向剛性強化の好ましい更に他の形態を示す展開図である。
【図９】図９は、周方向剛性強化の好ましい更に他の形態を示す展開図である。
【符号の説明】
【００３１】
３…動翼環
５…外輪
６…内輪
７…静翼環
８…外側シュラウド環
９…内側シュラウド環
１２…外側シュラウド要素
１３…内側シュラウド要素
１４…静翼要素
２５…結合要素
２７…装着溝
Ｚ…軸方向
【図１】
2005307892.tif 000003
【図２】
2005307892.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005307892.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005307892.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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