(57)【要約】【課題】湿り蒸気に晒される軸継手のボルトおよびナットの隙間に湿り蒸気が浸入しないようにした。【解決手段】湿り蒸気に晒される軸継手４に用いるボルト１０の両端部に突起１０３，１０４を設け、このボルト１０に結合する袋ナット１１，１２に突起用貫通孔１１２，１２２を開ける。ナットを締め込んだときに貫通孔１１２，１２２から突出した突起１０３，１０４相互間の長さを計測することによりボルトの締め代管理を行い、かつ、ボルト１０およびと袋ナット１１，１２の隙間に湿り蒸気が浸入しないように孔１１２，１２２と突起の隙間をシール材１６でシールする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ロータおよび低圧ロータを軸継手により一軸状に結合するように構成された蒸気タービンロータにおいて、
前記軸継手は、前記高圧ロータおよび低圧ロータの軸端部にそれぞれ形成したフランジをボルトおよびナットにより締結されるように構成され、
前記ボルトは、両側に雄ネジを設けるとともにその先端部に突起を配するように構成され、前記ナットは、前記ボルトの雄ネジに結合する雌ネジを有するとともに前記ボルト先端部の前記突起を貫通させる突起用貫通孔を有する袋ナットに構成され、前記突起と前記突起用貫通孔との隙間がシール材によりシールされてなることを特徴とする蒸気タービンロータ。
【請求項２】
前記突起と前記突起用貫通孔との隙間は、溶接によりシールされることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンロータ。
【請求項３】
前記突起と前記突起用貫通孔との隙間は、高圧ロータ側の最終タービン段落から排出される湿り蒸気温度に耐え、かつ、前記ロータ材を腐食させない成分によりシールされることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンロータ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の蒸気タービンロータを製造する蒸気タービンロータの製造方法において、
前記ボルトの締め代が所定値か否かを、前記ボルトの両端に設けた突起相互間の長さを計測して判定し、前記突起相互間の長さが所定値のとき、前記突起と前記突起用貫通孔との隙間をシール材によりシールすることを特徴とする蒸気タービンロータの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３に記載の蒸気タービンロータを一体形のタービンケーシング内にタービン静翼とともに配置したことを特徴とする蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高圧ロータおよび低圧ロータをタービンケーシング内で軸継手により結合してなる蒸気タービンロータおよびその製造方法、ならびに蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蒸気タービンとして、タービンケーシングを高圧タービンケーシングおよび低圧タービンケーシングに区分けし、各タービンケーシング内にそれぞれタービン静翼と、タービン動翼を備えたタービンロータとを収容することによって高圧蒸気タービンおよび低圧蒸気タービンを構成し、高圧蒸気タービンのロータ（高圧ロータ）と低圧蒸気タービンのロータ（低圧ロータ）をこれらの間（すなわち高圧タービンケーシングと低圧タービンケーシングの外部）で軸直結させたタイプの蒸気タービンが知られている。
【０００３】
このように、タービンケーシングの外部で高圧、低圧の各蒸気タービンを結合すると、全体として長スパンになるため、高圧ロータおよび低圧ロータを組み合せて一つのケーシング内に収容させてスパンを短くした、いわゆる高低圧一体形のものが実施されている。
【０００４】
この高低圧一体形蒸気タービンには、高圧ロータおよび低圧ロータを蒸気通路部で軸継手により一体的に結合するタイプのものがある。このタイプの蒸気タービンの場合、高圧ロータと低圧ロータとに異なる材料特性を用いることができるので、高圧ロータと低圧ロータとを一体に製作する一体形ロータや、高圧ロータと低圧ロータとを溶接接合する溶接ロータなどに比べてコストを低減することができる。
【０００５】
このような軸継手による高圧ロータと低圧ロータの結合は、軸継手のフランジ面にて複数組のボルトとナットを締結させて行なわれる。ボルトとナットの締結に当たっては、ボルト・ナット間の締め代の管理が行なわれる。これにより、ボルト・ナット間の締めが不足してフランジ面間にガタが生じることや、逆にボルト・ナット間を締め過ぎてボルトに大きな張力が作用してボルトの強度が下がることを防ぎ、高圧ロータと低圧ロータを確実に結合させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−５０３３４号公報
【特許文献２】特開平７−７７００４号公報
【特許文献３】特開２０００−２８３１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この種の高低圧一体形蒸気タービンは、蒸気条件によっては、高圧タービンの最終タービン段落を通過した作動蒸気が「湿り蒸気」になることがある。上述の通り軸継手は高圧ロータと低圧ロータとの間に位置するため、このような高低圧一体型蒸気タービンで高圧タービンの最終タービン段落を通過した作動蒸気が湿り蒸気となる場合、軸継手は湿り蒸気雰囲気中に晒されることになる。
【０００８】
なお、高圧タービンの最終タービン段落を通過した作動蒸気が湿り蒸気となる場合については、蒸気タービンの設計により常時湿り蒸気となるもの、あるいは起動停止時や部分負荷運転時など一時的に湿り蒸気となるもののほか、長年の運転による経年変化等の理由により、当初（設計時）は乾き蒸気だったものが湿り蒸気となってしまう場合もある。
【０００９】
どのような理由であれ、軸継手が湿り蒸気の雰囲気中に晒される場合、軸継手のボルト端部とこれに結合するネジ穴の開いた六角ナットとの隙間（すなわち、雄ネジと雌ネジの隙間）から内部に湿り蒸気が浸入し、そこに腐食成分が堆積する。この状態が長時間放置されるとボルト、ナットの応力腐食割れのリスクが高くなる。
【００１０】
本発明の実施形態は、高圧ロータおよび低圧ロータを軸継手により一軸状に結合するように構成された高低圧一体形の蒸気タービンロータにおいて、湿り蒸気の雰囲気中に晒される可能性のある軸継手のボルト・ナット間のシールを確実に行うことができるようにした蒸気タービンロータおよびその製造方法、ならびに蒸気タービンを得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態によれば、高圧ロータおよび低圧ロータを軸継手により一軸状に結合するように構成された蒸気タービンロータにおいて、前記軸継手は、前記高圧ロータおよび低圧ロータの軸端部にそれぞれ形成したフランジをボルトおよびナットにより締結されるように構成され、前記ボルトは、両側に雄ネジを設けるとともにその先端部に突起を配するように構成され、前記ナットは、前記ボルトの雄ネジに結合する雌ネジを有するとともに前記ボルト先端部の前記突起を貫通させる突起用貫通孔を有する袋ナットに構成され、前記突起と前記突起用貫通孔との隙間がシール材によりシールされてなることを特徴とする。
【００１２】
また、本実施形態によれば、高圧ロータおよび低圧ロータを軸継手により一軸状に結合して製造する際に、前記軸継手を、前記高圧ロータおよび低圧ロータの軸端部にそれぞれ形成したフランジをボルトおよびナットにより締結されるように構成し、前記ボルトを、両側に雄ネジを設けるとともにその先端部に軸方向への突起を配するように構成し、前記ナットを、前記ボルトの雄ネジに結合する雌ネジを有するとともに前記ボルト先端部の前記突起を貫通させる突起用貫通孔を有する袋ナットに構成し、かつ、前記ボルトの締め代が所定値か否かを、前記ボルトの両端に設けた突起相互間の長さを計測して判定し、前記突起相互間の長さが所定値のとき、前記突起と前記突起用貫通孔との隙間をシール材によりシールすることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る高低圧一体形蒸気タービンを概念的に描いた半裁縦断面図。
【図２】軸継手のフランジ部を拡大して示す断面図。
【図３】本実施形態に係る軸継手の拡大断面図。
【図４】本実施形態に係る軸継手に用いるスタッドボルトの拡大図。
【図５】本実施形態に係る軸継手に用いる袋ナットの拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る高低圧一体形ロータを有する蒸気タービンについて説明する。  
図１は本発明の実施形態に係る高低圧一体形蒸気タービンを概念的に描いた半裁縦断面図である。  
図１に示す高低圧一体形蒸気タービン１００は、高圧および低圧を一体に形成したタービンケーシング１内に高圧タービンロータ（以下、高圧ロータという）２と、低圧タービンロータ（以下、低圧ロータという）３とを軸継手４により一軸状に配設している。
【００１５】
高圧ロータ２と低圧ロータ３とは、それぞれ一塊の鋼材からを削り出してシャフトとディスクと一体的に構成したタイプのもので、それぞれディスク２１１，２２１，２３１および３１１，３２１，３３１を軸方向に沿って形成し、各ディスク２１１，２２１，２３１，３１１，３２１，３３１にタービン動翼２１２，２２２，２３２，３１２，３２２，３３２を植設している。
【００１６】
高圧ロータ２について説明すると、ディスク２１１、ディスク２２１，２３１の上流側に前記ケーシング１に固定されたタービン静翼２１３，２２３，２３３を配置して、タービン静翼２１３とタービン動翼２１２との対、タービン静翼２２３とタービン動翼２２２との対、タービン静翼２３３とタービン動翼２３２との対によりそれぞれタービン段落を構成している。
【００１７】
同様に、低圧ロータ３では、ディスク３１１、ディスク３２１，３３１の上流側に前記ケーシング１に固定されたタービン静翼３１３，３２３，３３３を配置し、タービン静翼３１３とタービン動翼３１２との対、タービン静翼３２３とタービン動翼３２２との対、タービン静翼３３３とタービン動翼３３２との対によりそれぞれタービン段落を構成している。５，６はそれぞれ高圧ロータ側、低圧ロータ側に配置した軸受である。
【００１８】
なお、図１に示す高低圧一体形蒸気タービン１００は、模式的に表してあるため、高低圧蒸気タービンともタービン段落は３段ずつしか設けていないが、実際の場合にはもう少し多い段数を有していることは言うまでもない。
【００１９】
このように構成された高低圧一体形蒸気タービン１００に対して、図示しないボイラから出力された高温高圧の作動蒸気は、図示しない蒸気弁（蒸気止弁、蒸気加減弁）を通過した後、高圧タービンの蒸気室７に送られる。この蒸気室７に送られてきた作動蒸気は、高圧ロータ２の第１タービン段落（タービン静翼２１３とタービン動翼２１２）、第２のタービン段落（タービン静翼２２３とタービン動翼２２２）および最終タービン段落（タービン静翼２３３とタービン動翼２３２）でそれぞれ膨張仕事をして高圧ロータ２を回転駆動し、前記ケーシング１によって形成された軸継手収容空間部８に到る。このとき、高圧ロータ２の最終タービン段落を経て空間部８に到った作動蒸気の温度は、約２５０℃から１５０℃程度まで低下して湿り蒸気となる。
【００２０】
この湿り蒸気となった作動蒸気は、下流側の低圧ロータ３の第１のタービン段落（タービン静翼３１３とタービン動翼３１２）、第２のタービン段落（タービン静翼３２３とタービン動翼３２２）および最終タービン段落（タービン静翼３３３とタービン動翼３３２）でそれぞれ膨張仕事をして低圧ロータ３を回転駆動したのち、図示しない復水器に排気される。
【００２１】
ところで、蒸気タービン１００の高圧ロータ２と低圧ロータ３とを結合させる軸継手４は、図２で示すように、高圧ロータ２および低圧ロータ３のそれぞれのシャフト端部に形成したフランジ部２Ｆおよび３Ｆに円周方向に沿って複数個（シャフトの径によって異なるが、通常２０数個程度）のボルト貫通穴９を開けており、このボルト貫通穴９に詳細を図４で示すスタッドボルト１０を挿通し、その両側のネジ部に詳細を図５で示す袋ナット１１，１２をネジ込むように構成されている。なお、１３は、低圧ロータ側のフランジ３Ｆの外周に形成した環状溝であり、この溝１３に図示しないバランスウェイトを取付けて回転バランスをとるようにしている。この溝１３は高圧ロータ側のフランジ２Ｆに設けるようにしてもよい。
【００２２】
スタッドボルト１０は、図４で示すように中間部を除いた両側に雄ネジ１０１，１０２を設けており、かつ、雄ネジ１０１，１０２の中心線上（軸方向）の最先端に突起１０３，１０４を設けている。なお、突起１０３，１０４の中心線に垂直な断面形状は円形や多角形など適宜設定できるが、最大の径方向幅はスタッドボルト１０の直径よりも小さく設定されている。スタッドボルト１０の一方の突起１０３から反対側の突起１０４までの長さ（軸方向長さ）はスタッドボルト生産時点で予め規定された長さＬｉに揃えられており、スタッドボルト１０に引張力や圧縮力を加えていない状態では、その長さはＬｉに管理されているものとする。
【００２３】
また、袋ナット１１および１２は、図５で示すように前記スタッドボルト１０の雄ネジ１０１，１０２に組合される雌ネジ（ネジ穴）１１１，１２１を設けるとともに、このネジ穴１１１，１２１を閉塞する端面に前記突起１０３，１０４を貫通させる突起貫通孔１１２，１２２を設けている。図３において、１４および１５はそれぞれフランジ２Ｆと袋ナット１１、フランジ３Ｆと袋ナット１２間に介挿されるワッシャーである。
【００２４】
次に、本実施形態における軸継手４の組み立て工程について説明する。  
（１）まず、高低圧ロータ２，３のフランジ２Ｆ，３Ｆのボルト貫通穴９を位置決めしながら衝合面に形成したインロウ部を嵌合し、位置決めができたらボルト貫通穴９にスタッドボルト１０を挿通する。
【００２５】
（２）次に、スタッドボルト１０の両側のネジ部１０１，１０２にワッシャー１４，１５を嵌めた後、袋ナット１１，１２を適当な工具を使ってほぼ均等にネジ込んでいく（締め込んでいく）。
【００２６】
（３）図３のように袋ナット１１，１２の閉塞端面からスタッドボルト１０の突起１０３，１０４がそれぞれ適当な長さに突出するまでネジ込んだら、両端の突起１０３，１０４相互間の長さＬを測定する。このとき、スタッドボルト１０には両側から引張力が作用するので、計測値Ｌは、初期状態すなわち引張力や圧縮力を加えない状態のときの長さＬｉよりも幾分伸張している（Ｌ＞Ｌｉ）。
【００２７】
このときの測定値Ｌが予め設定した所定の長さＬＲに達していない場合（ＬＲ＞Ｌ＞Ｌｉ）、さらに袋ナット１１，１２をネジ込み、再び両端の突起１０３，１０４相互間の長さＬを測定する。このネジ込みおよび測定の工程を適当回数繰り返して、測定値Ｌが所定の長さにＬＲにほぼ一致（Ｌ≒ＬＲ）したら袋ナット１１，１２のネジ込みを停止し、その位置を保持する。
【００２８】
このときのスタッドボルト１０の突起１０３，１０４相互間の長さＬＲは、未使用時の長さ（初期値）Ｌｉよりもδ分だけ伸張している（δ＝ＬＲ−Ｌｉ）。このスタッドボルト１０が伸張した分の長さδを「ボルトの締め代」という。
【００２９】
このボルトの締め代δはスタッドボルト１０の引張力に応じた長さになることが予め分っているので、スタッドボルト１０の長さがＬＲになったことを計測で確認することができれば、軸継手４のスタッドボルト１０および袋ナット１１，１２による締め付け力が所定値であること、すなわち、軸継手４のスダッドボルト１０および袋ナット１１，１２が過不足無く締め込んであることが確認できる。
【００３０】
（４）このようにして、軸継手４のスダッドボルト１０および袋ナット１１，１２による締め付け力すなわち、ボルトの締め代が所定値であることが確認された時点でスタッドボルト１０の突起１０３，１０４と袋ナット１１，１２の突起貫通孔１１２，１２２との間をシール（密閉）するように溶接材で溶接する。図３中の符号１６が溶接によるシール部（シール材）である。この溶接によって、シールだけでなく、袋ナット１１，１２の緩み止めの効果も期待できる。
【００３１】
なお、スタッドボルト１０の突起１０３，１０４と袋ナット１１，１２の突起貫通孔１１２，１２２との間のシール部１６は、溶接に限る必要はない。例えば、軸継手４が晒される湿り蒸気の温度（例えば、２５０℃程度の温度の蒸気）に耐え、かつ前記ロータ材を腐食させることのない成分を有するコーキング材（シーリング材）を採用するようにしてもよい。
【００３２】
このように本実施形態によれば、スタッドボルト１０に突起１０３，１０４を設け、袋ナット１１，１２に突起貫通孔１１２，１２２を設けたことにより、スタッドボルト１０と袋ナット１１，１２の締め代の管理を確実に行なうことができる。そして、このように締め代を管理してスタッドボルト１０と袋ナット１１，１２を締結した後、スタッドボルト１０の突起１０３，１０４と袋ナット１１，１２の突起貫通孔１１２，１２２との間の隙間が閉塞され、また、フランジ２Ｆ，３Ｆと袋ナット１１，１２間はワッシャー１４，１５によって閉塞されるので、スタッドボルト１０と袋ナット１１，１２によるネジ結合部（ネジ結合による応力集中部）は勿論のこと、フランジ２Ｆ，３Ｆのボルト貫通穴９にも低圧ロータ３の作動蒸気となる湿り蒸気が浸入することはない。したがって、これらの部分に湿り蒸気中に含まれる腐食成分が堆積することはなく、応力腐食割れを懸念する必要もなくなる。
【００３３】
なお、以上述べた実施形態では、スタッドボルト１０の突起１０３，１０４相互間の長さＬＲを測定して、ボルトの締め代が所定値であるか否かを確認するようにしたが、突起１０３，１０４の袋ナット端面からの突出した長さそのものを測定してボルトの締め代が所定値であるか否かを確認するようにしてもよい。この場合、袋ナット１１，１２やワッシャー１４，１５の厚み寸法も予め規定値に管理しておく必要がある。
【００３４】
このように、本発明の実施形態によれば、高圧ロータおよび低圧ロータを軸継手により一軸状に結合するように構成された高低圧一体形の蒸気タービンにおいて、ロータ間の軸継手が湿り蒸気の雰囲気中に晒されることとなってもボルト・ナット間のシールを確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…蒸気タービン、２…高圧ロータ、２１２，２２２，２３２…高圧タービン動翼、２１３，２２３，２３３…高圧タービン静翼、３低圧ロータ、３１２，３２２，３３２…低圧タービン動翼、３１３，３２３，３３３…低圧タービン静翼、４…軸継手、５，６…軸受、７…蒸気室、８…軸継手収容部、９…スタッドボルト貫通穴、１０…スタッドボルト、１０１，１０２…雄ネジ、１０３，１０４…突起、１１…袋ナット、１１１…雌ネジ、１１２…突起用貫通孔、１２…袋ナット、１２１…雌ネジ、１２２…突起用貫通孔、１３…バランスウェイト溝、１４，１５…ワッシャー、１６…シール部。
【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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