(57)【要約】【課題】蒸気入口路のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面の口開きを抑制しうる舶用低圧タービン車室を提供する。【解決手段】前進車室１０は、ロータ貫通部１９の周りに設けられたスクロール形状の蒸気入口路１６を車室端部に有する。車室上半部１０Ａと車室下半部１０Ｂとは、水平継手フランジ面１１で合わされて、締結ボルト２０によって締結される。締結ボルト２０は、水平継手フランジ面１１の近傍の蒸気入口路１６を囲むように該蒸気入口路１６の内壁面１６Ｓに沿って周方向に配列される。蒸気入口路１６を囲むように周方向に配列された締結ボルト２０よりもロータ寄りに面圧向上ボルトが設けられる。この面圧向上ボルトによって、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面１１の面圧を向上させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの周りに設けられたスクロール形状の蒸気入口路を車室端部に有し、水平継手フランジ面で合わされた車室上半部と車室下半部とが締結されてなる舶用低圧タービン車室であって、
前記水平継手フランジ面の近傍の蒸気入口路を囲むように該蒸気入口路の内壁面に沿って周方向に配列された複数の締結ボルトによって、車室上半部と車室下半部とが締結され、
前記複数の締結ボルトよりもロータ寄りに設けられた面圧向上ボルトによって、蒸気入口路のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面の面圧を向上させたことを特徴とする舶用低圧タービン車室。
【請求項２】
前記蒸気入口路と前記ロータとの間において車室上半部および車室下半部に固定され、車室からの蒸気漏れ及び車室への外気侵入を防止するグランドリングを備え、
前記グランドリングは、上半部と下半部との半割り構造であり、上半部と下半部とをフランジ継手部においてグランドリング締結ボルトで締結したことを特徴とする請求項１に記載の舶用低圧タービン車室。
【請求項３】
前記グランドリング締結ボルトは、大径ボルトおよび該大径ボルトよりも直径が小さい小径ボルトを含むことを特徴とする請求項２に記載の舶用低圧タービン車室。
【請求項４】
前記小径ボルトは、前記大径ボルトよりも長く、前記大径ボルトよりもロータ寄りに設けられることを特徴とする請求項３に記載の舶用低圧タービン車室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール形状の蒸気入口路を有する舶用低圧タービン車室に関する。
【背景技術】
【０００２】
舶用蒸気タービンとしては、高圧タービンおよび低圧タービンを備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。
このような舶用の低圧タービンは、スクロール形状の蒸気入口路が端部に設けられ、車室上半部と車室下半部とが水平継手フランジ面で締結されてなる車室構造を有するものが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２３３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スクロール形状の蒸気入口路の内壁面側は、比較的高温の蒸気に直接触れることから、高温になる。一方、蒸気入口路の外壁面側は、相対的に低温である。このように、舶用低圧タービンの蒸気入口路の周辺には温度分布があるため、車室の熱変形は複雑な挙動を示すことが予想される。
【０００５】
そこで、本発明者らがＦＥＭ（有限要素法：Finite Element Method）による解析を行ったところ、蒸気入口路のスパイラル形状の内周側の水平継手フランジ面が口開きを起こす場合があることが明らかになった。
【０００６】
図７は、蒸気入口路周辺の車室の口開き変形を示すＦＥＭ解析結果であり、図７（ａ）は蒸気入口路側から視た車室の正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣで示した領域の拡大図である。図８は、水平継手フランジ面（車室上半部側）における面圧分布を示すＦＥＭ解析結果である。なお、図８では、面圧分布を色の濃淡で表しており、色が濃い場所では面圧が大きいことを意味する。
図７（ａ）に示すように、車室上半部１０Ａと車室下半部１０Ｂとは水平継手フランジ面１１で合わされて、多数のボルト２０によって締結されている。ところが、図７（ｂ）に示すように、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側において、水平継手フランジ面１１が口開きを起こし、車室上半部１０Ａと車室下半部１０Ｂとの間に微小な隙間Ｇ１（１００μｍオーダー）が生じてしまう。よって、車室上半部１０Ａと車室下半部１０Ｂとの間の隙間Ｇ１を介して、蒸気が漏洩してしまう可能性がある。なお、図７（ｂ）では、車室変形量を１０００倍に拡大している。
また、図８に示すように、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側の水平継手フランジ面１１（図８中、Ｄで示した領域）は、口開きが起きているため、ボルト２０による締結力が伝わっておらず、面圧がゼロ（又は不足）である。なお、図８における符号２１は、ボルト２０のボルト穴を示している。
【０００７】
この水平継手フランジ面の口開き現象は、スクロール形状の蒸気入口路の内壁面側が外壁面側に比べて高温であることに起因して、両者間に熱膨張差が発生するためである。そして、口開き現象が蒸気入口路のスクロール形状の内周側において選択的に起こるのは、蒸気入口路の周りに均等にボルトが配列されておらず（図８に示すように、蒸気入口路１６を中心として約２７０度の角度範囲に限ってボルト穴２１が配列されている。）、蒸気入口路のスクロール形状の外周側に比べて内周側のほうがボルトの締め付け力が弱いためであると考えられる。
【０００８】
ところで、近年、陸用蒸気タービンと同様に舶用蒸気タービンについても、効率向上の観点から蒸気温度が高くなる傾向にある。例えば、ＵＳＴ（Ultra Steam Turbine）対応の舶用低圧タービンでは、４００℃程度の蒸気がスクロール形状の蒸気入口路を通って車室に流入する。
そして、上述の水平継手フランジ面の口開きは、蒸気入口路を通過する蒸気の温度が高くなるにつれて、その程度は大きくなる。よって、水平継手フランジ面の口開き現象を抑制することは、今後ますます重要になっていくはずである。
【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、蒸気入口路のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面の口開きを抑制しうる舶用低圧タービン車室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】
【００１０】
本発明に係る舶用低圧タービン車室は、ロータの周りに設けられたスクロール形状の蒸気入口路を車室端部に有し、水平継手フランジ面で合わされた車室上半部と車室下半部とが締結されてなる舶用低圧タービン車室であって、前記水平継手フランジ面の近傍の蒸気入口路を囲むように該蒸気入口路の内壁面に沿って周方向に配列された複数の締結ボルトによって、車室上半部と車室下半部とが締結され、前記複数の締結ボルトよりもロータ寄りに設けられた面圧向上ボルトによって、蒸気入口路のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面の面圧を向上させたことを特徴とする。
【００１１】
この舶用低圧タービン車室によれば、水平継手フランジ面の近傍の蒸気入口路を囲む複数の締結ボルトよりもロータ寄りに設けた面圧向上ボルトによって、この部分における水平継手フランジ面の面圧を向上させたので、蒸気入口路のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面の口開きを抑制できる。よって、車室上半部と車室下半部との間の隙間を介した蒸気の漏洩を防止できる。
【００１２】
上記舶用低圧タービン車室は、前記蒸気入口路と前記ロータとの間において車室上半部および車室下半部に固定され、車室からの蒸気漏れ及び車室への外気侵入を防止するグランドリングを備え、前記グランドリングは、上半部と下半部との半割り構造であり、上半部と下半部とをフランジ継手部においてグランドリング締結ボルトで締結してもよい。
【００１３】
一般的に、グランドリングは、高温の蒸気が流れる蒸気入口路に比べて低温であり、グランドリングの熱膨張量は蒸気入口路近傍の車室の熱膨張量に比べて小さい。このため、蒸気入口路とロータとの間において車室上半部および車室下半部に固定されるグランドリングは、蒸気入口路近傍の車室の大きな熱膨脹によって半径方向外方に引っ張られ、グランドリングの上半部と下半部との間のフランジ継手面における面圧を確保することが難しいことがある。
そこで、グランドリングの上半部と下半部とをフランジ継手部においてグランドリング締結ボルトで締結することで、グランドリングのフランジ継手面における面圧を確保できる。また、上記舶用低圧タービン車室では、面圧向上ボルトによって、蒸気入口路のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面の口開きが抑制され、蒸気入口路近傍の車室の半径方向外方への熱変形が少ないので、グランドリングのフランジ継手面における面圧をより一層確保できる。
【００１４】
この場合、前記グランドリング締結ボルトは、大径ボルトおよび該大径ボルトよりも直径が小さい小径ボルトを含んでいてもよい。
【００１５】
直径が異なる複数種のボルトを用いることで、スクロール形状の蒸気入口路とロータとの間の限られたスペースにより多くのグランドリング締結ボルトを設けて、グランドリングのフランジ継手面における面圧を向上させることができる。
【００１６】
また、前記小径ボルトは、前記大径ボルトよりも長く、前記大径ボルトよりもロータ寄りに設けられていてもよい。
【００１７】
これにより、スクロール形状の蒸気入口路とロータとの間の限られたスペースを有効に活用して、より多くのボルトを設けることができる。また、小径ボルトを大径ボルトよりも長くして、小径であることによる締結力の小ささを長さで補うことによって、グランドリングのフランジ継手面における面圧を均一に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水平継手フランジ面の近傍の蒸気入口路を囲む複数の締結ボルトよりもロータ寄りに設けた面圧向上ボルトによって、この部分における水平継手フランジ面の面圧を向上させたので、蒸気入口路のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面の口開きを抑制できる。よって、車室上半部と車室下半部との間の隙間を介した蒸気の漏洩を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】舶用低圧タービンの構成例を示す斜視図である。
【図２】前進車室（舶用低圧タービン車室）の構成例を示す斜視図である。
【図３】図２の前進車室の車室上半部における水平継手フランジ面を示す図である。
【図４】図２のフランジ継手部周辺の拡大図である。
【図５】実施形態に係る前進車室における蒸気入口路周辺の車室の変形を示すＦＥＭ解析結果であり、（ａ）は蒸気入口路側から視た前進車室の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡで示した領域の拡大図である。
【図６】実施形態に係る前進車室の水平継手フランジ面における面圧分布を示すＦＥＭ解析結果である。
【図７】蒸気入口路周辺の車室の口開き変形を示すＦＥＭ解析結果であり、（ａ）は蒸気入口路側から視た車室の正面図、（ｂ）は（ａ）のＣで示した領域の拡大図である。
【図８】水平継手フランジ面（車室上半部側）における面圧分布を示すＦＥＭ解析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は、舶用低圧タービンの構成例を示す斜視図である。同図に示す舶用低圧タービン１は、ロータ２およびロータ２を収納する前進車室（「舶用低圧タービン車室」に相当）１０により構成される。なお、ロータ２は、軸受６によって回転自在に支持されている。
【００２２】
ロータ２には動翼３が取り付けられており、この動翼３は前進車室１０側に取り付けられた静翼（不図示）に対向して蒸気通路を形成している。中圧タービン（不図示）から排気された蒸気が、スクロール形状の蒸気入口路１６を介して前進車室１０に流入し、動翼３と静翼とが対向している蒸気通路を流れることによって、ロータ２が回転駆動される。前進車室１０内の蒸気通路を通過した蒸気は、排気室１４を介して、排気室１４の下部に設けられた復水器に流入し、復水される。
なお、船舶が後進する際には、ボイラからの蒸気が後進車室１２に供給され、後進タービン１８を回転駆動するようになっている。
【００２３】
図２は、前進車室の構成例を示す斜視図である。図３は、図２の前進車室の車室上半部における水平継手フランジ面を示す図である。
図２に示すように、前進車室１０の端部には、ロータ貫通部１９の周りに、スクロール形状の蒸気入口路１６が設けられている。前進車室１０は、車室上半部１０Ａと車室下半部１０Ｂとの半割り構造である。これら車室上半部１０Ａと車室下半部１０Ｂは、水平継手フランジ面１１で合わされて、多数の締結ボルト２０によって締結される。なお、締結ボルト２０は、スタッドボルトからなり、ナットで締め付けられている。
【００２４】
図３に示すように、締結ボルト２０がねじ込まれるボルト穴２１が水平継手フランジ面１１に多数設けられる。一部のボルト穴２１は、蒸気入口路１６を囲むように該蒸気入口路１６の内壁面１６Ｓに沿って周方向に配列され、囲繞（囲み）ボルト穴列２２を形成している。この囲繞ボルト穴列２２は、約２７０度の角度範囲に亘って蒸気入口路１６を囲んでいる。
【００２５】
本実施形態では、囲繞ボルト穴列２２よりもロータ寄りにボルト穴２４を設け、このボルト穴２４に面圧向上ボルトをねじ込むことで、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面１１の面圧を向上させる。
これにより、面圧向上ボルト（ボルト穴２４）の近傍における水平継手フランジ面１１の面圧が向上し、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面１１の口開きを抑制できる。よって、車室上半部１０Ａと車室下半部１０Ｂとの間の隙間を介した蒸気の漏洩を防止できる。
【００２６】
また、図２に示すように、蒸気入口路１６とロータ貫通部１９との間には、グランドリング３０が設けられる。グランドリング３０には、軸封蒸気供給管３２及び衛帯蒸気排出管３４が接続されている。軸封蒸気供給管３２を介してグランドリング３０に供給された軸封蒸気（グランド蒸気）は、前進車室１０内からの漏洩蒸気とともに、衛帯蒸気排出管３４を介してグランド復水器に回収される。また、大気側から侵入する空気も、衛帯蒸気排出管３４を介してグランド復水器に回収される。なお、グランド蒸気は大気圧より高い圧力に調整され、またグランド復水器は大気圧よりも若干低い真空圧力に保たれている。
このようにして、グランドリング３０は、前進車室１０からの蒸気漏れ及び前進車室１０への外気侵入を防止するようになっている。
【００２７】
グランドリング３０は、上半部３０Ａと下半部３０Ｂとの半割り構造である。グランドリング３０の上半部３０Ａは、車室上半部１０Ａに固定される。一方、グランドリング３０の下半部３０Ｂは、車室下半部１０Ｂに固定される。なお、上半部３０Ａ及び下半部３０Ｂの車室側への固定は、ロータ貫通部１９を中心として周方向に設けられたボルト３２を用いて行われる。
【００２８】
また、グランドリング３０の上半部３０Ａと下半部３０Ｂとは、フランジ継手部３４においてボルト締結される。
一般的に、グランドリング３０は、高温の蒸気が流れる蒸気入口路１６に比べて低温であり、グランドリング３０の熱膨張量は蒸気入口路１６近傍の前進車室１０の熱膨張量に比べて小さい。このため、蒸気入口路１６とロータ貫通部１９との間において車室上半部１０Ａおよび車室下半部１０Ｂに固定されるグランドリング３０は、蒸気入口路１６近傍の前進車室１０の大きな熱膨脹によって半径方向外方に引っ張られ、グランドリング３０の上半部３０Ａと下半部３０Ｂとの間のフランジ継手面における面圧を確保することが難しいことがある。
そこで、グランドリング３０の上半部３０Ａと下半部３０Ｂとをフランジ継手部３４においてボルト締結することで、グランドリング３０のフランジ継手面における面圧を確保できる。また、前進車室１０では、ボルト穴２４に取り付けられる面圧向上ボルトによって、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面１１の口開きが抑制され、蒸気入口路１６近傍の前進車室１０の半径方向外方への熱変形が少ないので、グランドリング３０のフランジ継手面における面圧をより一層確保できる。
【００２９】
図４は、図２のフランジ継手部３４周辺の拡大図である。図４に示すように、上半部３０Ａと下半部３０Ｂとは、フランジ継手部３４において大径ボルト３６及び小径ボルト３８によって締結されている。大径ボルト３６及び小径ボルト３８は、それぞれ、図３に示す大径ボルト穴３７と小径ボルト穴３９にねじ込まれる。なお、ここでは、大径ボルト３６が１本で、小径ボルト３８が２本の例について説明したが、これらのボルトの本数は適宜変更してもよい。
このように直径が異なる複数種のボルト３６，３８を用いることで、スクロール形状の蒸気入口路１６とロータ貫通部１９との間の限られたスペースに設けるボルトの個数を増やして、グランドリング３０のフランジ継手面における面圧を向上させることができる。
【００３０】
小径ボルト穴３９は、図３に示すように、大径ボルト穴３７よりもロータ貫通部１９寄りに設けられる。このため、図４に示すように、小径ボルト３８の頭部を、大径ボルト３６の頭部に比べて高い位置に設けても、グランドリング３０の上半部３０Ａを車室上半部１０Ａに固定するためのボルト３２との干渉が問題にならない。したがって、小径ボルト３８のボルト長を、大径ボルト３６に比べて長くして、小径であることによる小径ボルト３８の締結力の小ささを長さで補うことによって、グランドリング３０のフランジ継手面における面圧を均一に向上させることができる。
【００３１】
［ＦＥＭ解析結果］
次に、上述の実施形態に係る前進車室１０について本発明者らが行ったＦＥＭ解析結果について説明する。図５は、前進車室１０における蒸気入口路１６周辺の車室の変形を示すＦＥＭ解析結果であり、図５（ａ）は蒸気入口路１６側から視た前進車室１０の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡで示した領域の拡大図である。図６は、水平継手フランジ面１１における面圧分布を示すＦＥＭ解析結果である。なお、図６では、面圧分布を色の濃淡で表しており、色が濃い場所では面圧が大きいことを意味する。
【００３２】
図５（ｂ）に示すように、水平継手フランジ面１１の口開きによって生じた車室上半部１０Ａと車室下半部１０Ｂとの隙間Ｇは１０μｍ程度であった。なお、図５では、車室変形量を１０００倍に拡大している。
このことから、水平継手フランジ面１１の近傍の蒸気入口路１６を囲む複数の締結ボルト２０よりもロータ寄りに設けた面圧向上ボルト４０によって、この部分における水平継手フランジ面１１の面圧が向上し、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側における水平継手フランジ面１１の口開きを抑制できることが確認された。
【００３３】
また、図６に示すように、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側の水平継手フランジ面１１の口開きが抑制されたため、面圧向上ボルト４０のボルト穴２４の周辺の面圧分布が大幅に改善された。
また、蒸気入口路１６のスクロール形状の内周側の水平継手フランジ面１１の口開きが抑制されたため、グランドリング３０のフランジ継手面４２における面圧を向上させることができた。さらに、グランドリング３０を締結するために大径ボルト３６及び小径ボルト３８を設けるに当たって、小径ボルト３８の小径ボルト穴３９を大径ボルト穴３７よりもロータ貫通部１９寄りに配置したので、グランドリング３０のフランジ継手面４２における面圧をより一層向上させることができた。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１          舶用低圧タービン
２          ロータ
３          動翼
６          軸受
１０        前進車室
１０Ａ      車室上半部
１０Ｂ      車室下半部
１１        水平継手フランジ面
１２        後進車室
１４        排気室
１６        蒸気入口路
１８        後進タービン
１９        ロータ貫通部
２０        締結ボルト
２１        ボルト穴
２２        囲繞ボルト穴列
２４        ボルト穴
３０        グランドリング
３０Ａ      上半部
３０Ｂ      下半部
３２        軸封蒸気供給管
３４        衛帯蒸気排出管
３６        大径ボルト
３７        大径ボルト穴
３８        小径ボルト
３９        小径ボルト穴
【図１】
2012132380.tif 000003
【図２】
2012132380.tif 000004
【図３】
2012132380.tif 000005
【図４】
2012132380.tif 000006
【図５】
2012132380.tif 000007
【図７】
2012132380.tif 000008
【図６】
2012132380.tif 000009
【図８】
2012132380.tif 000010