(57)【要約】  【課題】  外輪と静翼分割片を隙間無く組み合わせることにより静翼分割片の取付角度が設計角度からずれるのを防止できるタービン仕切板を提供する。  【解決手段】  タービン仕切板１は外輪１０と内輪２０の間に複数の静翼分割片３０を挿入して構成される。外輪１０の内周面には取付溝１１が形成され、静翼分割片３０には取付溝１１に係合するほぞ部３４が形成される。取付溝１１とほぞ部３４とは外輪１０の円周方向には相対移動可能であるが外輪１０の直径方向には相対移動が制限される形状をなしている。外輪１０と静翼分割片３０の間には、静翼分割片３０を外輪１０の中心方向に圧迫する圧迫手段が設けられる。取付溝１１の底面と、ほぞ部３４の外周面との間に挿入される波板バネ４０が圧迫手段を構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外輪と、内輪と、それらの間に挿入される複数の静翼分割片によって構成されるタービン仕切板において、
前記外輪の内周面には取付溝が形成され、前記静翼分割片には前記取付溝に係合するほぞ部が形成され、これら取付溝とほぞ部とは外輪円周方向には相対移動可能であるが外輪直径方向には相対移動が制限される形状をなしているとともに、外輪と静翼分割片の間には、静翼分割片を外輪中心方向に圧迫する圧迫手段が設けられていることを特徴とするタービン仕切板。
【請求項２】
前記取付溝の底面と前記ほぞ部の外周面との間に挿入される波板バネが前記圧迫手段を構成することを特徴とする請求項１に記載のタービン仕切板。
【請求項３】
前記取付溝の底面と前記ほぞ部の外周面との間に挿入される皿板バネが前記圧迫手段を構成することを特徴とする請求項１に記載のタービン仕切板。
【請求項４】
前記取付溝の底面と前記ほぞ部の外周面との間に前記外輪の端面より挿入されるくさびが前記圧迫手段を構成することを特徴とする請求項１に記載のタービン仕切板。
【請求項５】
前記取付溝の底面と前記ほぞ部の外周面との間に注入される充填剤が前記圧迫手段を構成することを特徴とする請求項１に記載のタービン仕切板。
【請求項６】
前記外輪にねじ込まれるボルトが前記圧迫手段を構成し、このボルトは前記静翼分割片に対し、外輪中心方向への分力と外輪端面方向への分力を与えるものであることを特徴とする請求項１に記載のタービン仕切板。
【請求項７】
外輪と、内輪と、それらの間に挿入される複数の静翼分割片によって構成されるタービン仕切板において、
前記静翼分割片は、静翼分割片同士でかみ合いを生じることにより外輪円周方向への相互分離が不能となるインターロッキング構造を備えることを特徴とするタービン仕切板。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のタービン仕切板を備えたタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービン仕切板及びそれを備えたタービンに関する。
【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み合わ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。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。
【０００３】
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間に外輪と内輪の間に静翼分割片をはめ込んで行き、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、２に見ることができる。
【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】
【０００４】
組立式のタービン仕切板にあって、外輪と静翼分割片の連結は、通常、外輪の内周面側に形成された取付溝に静翼分割片の外周面側に形成されたほぞ部を嵌合することによって行われる。取付溝とほぞ部は、外輪と静翼分割片が外輪の直径方向に分離することを防ぐ形状になっている。特許文献１、２に開示された構造もその例に漏れない。しかしながら機械部品の嵌合部にあっては加工公差による隙間の発生が避けられない。外輪と静翼分割片の連結箇所に隙間があると、作動流体の圧力を受けた静翼分割片の取付角度が設計角度からずれてしまう「倒れ」現象が生じる。また、静翼分割片同士が溶接によって固定されていないことから円周方向の剛性が低下し、これも「倒れ」の原因となる。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、組立式タービン仕切板において、外輪と静翼分割片を隙間無く組み合わせることにより静翼分割片の「倒れ」を防止できるタービン仕切板を提供することを目的とする。また静翼分割片同士を溶接によることなく連結して剛性を高めることにより「倒れ」を防止できるタービン仕切板を提供することを目的とする。さらに、このようなタービン仕切板を備えた高性能の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】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために本発明は、外輪と、内輪と、それらの間に挿入される複数の静翼分割片によって構成されるタービン仕切板において、前記外輪の内周面には取付溝が形成され、前記静翼分割片には前記取付溝に係合するほぞ部が形成され、これら取付溝とほぞ部とは外輪円周方向には相対移動可能であるが外輪直径方向には相対移動が制限される形状をなしているとともに、外輪と静翼分割片の間には、静翼分割片を外輪中心方向に圧迫する圧迫手段が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
この構成によると、圧迫手段で静翼分割片を外輪中心方向に圧迫することにより、取付溝とほぞ部の対向面同士を強固に密着させ、作動流体の圧力で静翼分割片の取付角度がずれないようにすることができる。これにより、タービン仕切板は作動流体を設計通りの角度で動翼に衝突させ、所期のタービン性能を引き出すことができる。
【０００８】
（２）また本発明は、上記構成のタービン仕切板において、前記取付溝の底面と前記ほぞ部の外周面との間に挿入される波板バネが前記圧迫手段を構成することを特徴としている。
【０００９】
この構成によると、構造簡単で作成が容易であり、故障の懸念のない、コスト安の圧迫手段を得ることができる。
【００１０】
（３）また本発明は、上記構成のタービン仕切板において、前記取付溝の底面と前記ほぞ部の外周面との間に挿入される皿板バネが前記圧迫手段を構成することを特徴としている。
【００１１】
この構成によると、調達しやすく故障の懸念のない、コスト安の圧迫手段を得ることができる。
【００１２】
（４）また本発明は、上記構成のタービン仕切板において、前記取付溝の底面と前記ほぞ部の外周面との間に前記外輪の端面より挿入されるくさびが前記圧迫手段を構成することを特徴としている。
【００１３】
この構成によると、強い圧迫力を容易に得ることができる。また、所定数の静翼分割片をすべて外輪と内輪の間に挿入し、静翼分割片の位置が定まってからくさびを打ち込めばよいので、静翼分割片の挿入に手間取ることがない。
【００１４】
（５）また本発明は、上記構成のタービン仕切板において、前記取付溝の底面と前記ほぞ部の外周面との間に注入される充填剤が前記圧迫手段を構成することを特徴としている。
【００１５】
この構成によると、力を使わずに圧迫手段を目的の位置に置くことができるうえ、バネと異なり弾性低下を懸念する必要がない。
【００１６】
（６）また本発明は、上記構成のタービン仕切板において、前記外輪にねじ込まれるボルトが前記圧迫手段を構成し、このボルトは前記静翼分割片に対し、外輪中心方向への分力と外輪端面方向への分力を与えるものであることを特徴としている。
【００１７】
この構成によると、ボルトにより静翼分割片に強い圧迫力を及ぼすことができるうえ、その圧迫力は外輪中心方向への分力の要素とと外輪端面方向への分力の要素を備えるものであるから、様々な方向からの力に耐えられる形で静翼分割片を固定することができる。
【００１８】
（７）また本発明は、外輪と、内輪と、それらの間に挿入される複数の静翼分割片によって構成されるタービン仕切板において、前記静翼分割片は、静翼分割片同士でかみ合いを生じることにより外輪円周方向への相互分離が不能となるインターロッキング構造を備えることを特徴としている。
【００１９】
この構成によると、静翼分割片同士が外輪円周方向に分離することのないよう連結しているから、静翼分割片の外輪円周方向における剛性が高まり、「倒れ」を防止することができる。
【００２０】
（８）また本発明は、上記構成のタービン仕切板を備えたタービンであることを特徴としている。
【００２１】
この構成によると、上記のように構成された剛性の高いタービン仕切板を用いることにより、タービンの性能を最大限に引き出すことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、溶接を用いることなくタービン仕切板を組み立てるものの、作動流体の圧力で静翼分割片の取付角度がずれたりすることのないタービン仕切板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１２は組立式タービン仕切板の基本的構成を示す斜視図である。タービン仕切板１は外輪１０、内輪２０、及びそれらの間に挿入される複数の静翼分割片３０からなる。外輪１０と内輪２０は各々１８０゜の角度で分割されており、最終的に１８０゜分割体同士をボルトで結合して環状の外輪１０と内輪２０を完成させる。
【００２４】
静翼分割片３０は外周側シュラウド３１と内周側シュラウド３２の間に１個の翼片３３を形成した構造であり、外輪１０と内輪２０の間隙に１個ずつ送り込まれる。静翼分割片３０の外周面側と外輪１０の内周面との間、及び静翼分割片３０の内周面側と内輪２０の外周面との間にはそれぞれ取付溝とほぞ部の組み合わせからなる連結構造が形成される。外輪側では外輪１０の内周面に形成した取付溝と静翼分割片３０に形成したほぞ部が連結構造を構成し、内輪側では内輪２０の外周面に形成したほぞ部と静翼分割片に形成した取付溝が連結構造を構成する。
【００２５】
本発明の第１実施形態に係る外輪１０と静翼分割片３０の連結構造を図１に示す。図１は部分断面図である。外輪１０は内周面に取付溝１１を有し、静翼分割片３０は外周側シュラウド３１の外面にほぞ部３４を有する。取付溝１１とほぞ部３４は、外輪１０の円周方向には相対移動可能であるが、外輪１０の直径方向には相対移動が制限される形状となっている。このような要請を満たす溝とほぞの組み合わせには、あり溝とありほぞの組み合わせ、Ｔ字溝とＴ字ほぞの組み合わせ、あるいは特許文献１、２に記載されたＬ字溝とＬ字ほぞの組み合わせなどがある。第１実施形態ではＴ字溝とＴ字ほぞの組み合わせが採用されている。すなわち取付溝１１の内面には対向する突条１２が形成され、ほぞ部３４の両側面には突条部１２を受け入れる溝３５が形成される。突条１２も溝３５も断面形状は矩形である。
【００２６】
外輪１０と静翼分割片３０の間には、静翼分割片３０を外輪１０中心方向に圧迫する圧迫手段が設けられる。第１実施形態で圧迫手段を構成するのは、取付溝１１の底面（取付溝１１の、外輪１０の中心方向を向いた開口部と対向する面）とほぞ部３４の外周面との間に挿入された波板バネ４０（図２参照）である。波板バネ４０の長さは任意であり、長さの短いものを静翼分割片１個毎に１枚ずつ用意してもよく、複数の静翼分割片３０にかかる長いバネを用いてももよい。波板バネ４０は、ほぞ部３４を取付溝１１に差し込んで行くときに一緒に差し込むものとする。
【００２７】
取付溝１１の底面とほぞ部３４の外周面との間に波板バネ４０が挿入されると、取付溝１１とほぞ部３４の外周面との隙間が押し広げられる一方で、ほぞ部３４の溝３５の中で図において下向きになった面が突条１２の上向きになった面に強く押し付けられて隙間ゼロとなる。これにより静翼分割片３０は強固に固定され、翼片３３に作動流体の圧力がかかったとしても、静翼分割片３０に「倒れ」が生じることがない。従ってタービン仕切板１は作動流体を設計通りの角度で動翼に衝突させ、所期のタービン性能を引き出すことができる。
【００２８】
波板バネ４０は構造簡単であり、作成が容易である。波板バネ４０を採用することにより、故障の懸念のない、コスト安の圧迫手段を得ることができる。
【００２９】
本発明の第２実施形態を図２に示す。図２は圧迫手段として用いる皿板バネ４１の斜視図である。波板バネ４０に代えて皿板バネ４１を用いることにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。皿板バネ４１は１個の静翼分割片３０に１個ずつ、あるいは複数ずつ組み合わせる。皿板バネ４１には標準機械部品として調達しやすいというメリットがある。
【００３０】
本発明の第３実施形態に係る外輪１０と静翼分割片３０の連結構造を図３に示す。図３は部分断面図である。
【００３１】
第３実施形態では、圧迫手段としてくさび４２を用いる。くさび４２は外面がテーパ状になったピンからなる。外輪１０の側面に、図５に見られるようなくさび４２を打ち込むための穴１３を明ける。穴１２は取付溝１１の底面とほぞ部３４の外周面との間をねらって形成されるものであり、くさび４２と同様テーパ状になっている。
【００３２】
ほぞ部３４を取付溝１１に差し込み、位置を落ち着かせた後に穴１３にくさび４２を挿入すると、くさび４２の先端は取付溝１１の底面とほぞ部３４の外周面との間の空間に進出する。ハンマーなどでくさび４２をさらに打ち込むと、くさび４２はほぞ部３４に強い圧迫力を及ぼす。これにより静翼分割片３０はしっかりと固定される。
【００３３】
第３実施形態の構成によれば、強い圧迫力を容易に得ることができる。また、所定数の静翼分割片３０をすべて外輪１０と内輪２０の間に挿入し、静翼分割片３０の位置が定まってからくさび４２を打ち込めばよいので、静翼分割片３０の挿入に手間取ることがない。なお、図４では作動流体（蒸気）の流れに関し上流側と下流側の両方からくさび４２を打ち込むものとしているが、どちらか一方だけにしても構わない。
【００３４】
本発明の第４実施形態に係る外輪１０と静翼分割片３０の連結構造を図６に示す。図６は部分断面図である。
【００３５】
第４実施形態では、取付溝１１の底面とほぞ部３４の外周面との間に注入される充填剤４３が圧迫手段を構成する。充填剤４３は注入後硬化し、圧力に耐えるものとなる。
【００３６】
充填剤４３の注入には特に力を使う必要がなく、作業が楽である。またバネと異なり弾性低下を懸念する必要がない。
【００３７】
第１〜第４実施形態では取付溝１１の底面とほぞ部３４の外周面との間に圧迫手段を配置したが、圧迫手段の位置は変更可能である。波板バネ４０を例にそれを説明する。
【００３８】
図７の構成例では、ほぞ部３４の溝３５の図において上向きになった面と、突条１２の下向きになった面との間に波板バネ４０を挿入した。この構成により、取付溝１１の底面とほぞ部３４の外周面との間に波板バネ４０を挿入したのと同じ作用効果を得ることができる。
【００３９】
図８の構成例では、ほぞ部３４の溝３５の図において下向きになった面と、突条１２の上向きになった面との間に波板バネ４０を挿入した。これにより、ほぞ部３４の溝３５の図において上向きになった面と突条１２の下向きになった面、又は取付溝１１の底面とほぞ部３４の外周面が隙間ゼロでぴったりと密着し、静翼分割片３０は外輪１０に強固に固定される。
【００４０】
図７、８において、波板バネ４０に代え、皿板バネ４１、くさび４２、あるいは充填剤４３を用いる構成が可能であることは言うまでもない。
【００４１】
本発明の第５実施形態に係る外輪１０と静翼分割片３０の連結構造を図９に示す。図９は部分断面図である。
【００４２】
第５実施形態では、外輪１０にねじ込まれるボルト４４が圧迫手段を構成する。ボルト４４は外輪１０の外周面に斜め４５゜の角度で形成したボルト穴１３にねじ込まれ、先端でほぞ部３４の外周面を押すものである。ボルト４４を締め付けて行くと、ほぞ部３４には２種類の分力が作用することになる。その１は外輪１０の中心方向への分力Ｆｖであり、その２は外輪１０の端面方向への分力Ｆｈである。
【００４３】
第５実施形態では、ボルト４４により静翼分割片３０に強い圧迫力を及ぼすことができるうえ、その圧迫力は外輪１０の中心方向への分力の要素とと外輪１０の端面方向への分力の要素を備えるものであるから、様々な方向からの力に耐えられる形で静翼分割片３０を固定することができる。
【００４４】
図１０、１１に本発明の第６実施形態を示す。図１０は静翼分割片の部分斜視図、図１１は連結状態にある静翼分割片の平面図である。
【００４５】
第６実施形態では、外輪１０と静翼分割片３０との関わりよりも、静翼分割片３０同士の連結に重点が置かれている。すなわち各静翼分割片３０は、それを挟む両側の静翼分割片３０との間に、静翼分割片３０同士でかみ合いを生じることにより外輪１０の円周方向への相互分離が不能となるインターロッキング構造３６を備えている。
【００４６】
インターロッキング構造３６は、ほぞ部３４の一方の側面に形成したあり溝３７と、他方の側面に形成したありほぞ３８により構成される。隣接する静翼分割片３０からのありほぞ３８を自己のあり溝３７で受け入れ、自己のありほぞ３８を隣接する静翼分割片３０のあり溝３７に係合させることにより、静翼分割片３０を次々に連結して行くことができ、このように連結したうえでほぞ部３４を取付溝１１に挿入する。あり溝３７とありほぞ３８の係合なので、連結後の静翼分割片３０同士が外輪１０の円周方向に分離することがない。このため静翼分割片３０の外輪円周方向における剛性が高まり、「倒れ」を防止することができる。
【００４７】
インターロッキング構造３６はあり溝３７とありほぞ３８の組み合わせに限定されるものではない。外輪１０の円周方向に分離することが防がれる構造でありさえすれば、どのような構造でも採用可能である。
【００４８】
上記各実施形態のタービン仕切板１をタービンに搭載することにより、作動流体を設計通りの角度で動翼に衝突させ、タービンの性能を最大限に引き出すことができる。
【００４９】
以上本発明の各実施形態につき説明したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は蒸気タービンやガスタービンに広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る部分断面図
【図２】第１実施形態の圧迫手段を構成する波板バネの端面図
【図３】第２実施形態の圧迫手段を構成する皿板バネの斜視図
【図４】本発明の第３実施形態に係る部分断面図
【図５】第３実施形態の外輪の部分側面図
【図６】本発明の第４実施形態に係る部分断面図
【図７】他の構成例を示す部分断面図
【図８】他の構成例を示す部分断面図
【図９】本発明の第５実施形態に係る部分断面図
【図１０】本発明の第６実施形態に係る静翼分割片の部分斜視図
【図１１】第６実施形態の静翼分割片の平面図
【図１２】組立式タービン仕切板の基本的構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００５２】
１    タービン仕切板
１０  外輪
１１  取付溝
２０  内輪
３０  静翼分割片
３４  ほぞ部
３６  インターロッキング構造
４０  波板バネ（圧迫手段）
４１  皿板バネ（圧迫手段）
４２  くさび（圧迫手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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