(57)【要約】【課題】外部車室のリブによって内部車室が支持される構造の機能を保持したままフランジの剛性を低減し、内部車室のオーバル変形を抑制する。【解決手段】ロータが内部に貫挿され、上下に２分割された内部車室上半部４と内部車室下半部５との各フランジ部６，７が互いにボルト接合されてなる内部車室３と、内部車室３を支持するリブを有する外部車室とを備え、フランジ部６，７から外周側に突出されるとともに、リブ上に載置されるサポート部材９が設けられ、フランジ部及びサポート部材には、フランジ部６，７及びサポート部材９をロータの軸線方向に複数に分割するスリット１１，１２が形成され、サポート部材９は複数のサポート片１３に分割されている車室構造。【選択図】図３
2013130151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延びるロータが内部に貫挿され、上下に２分割された内部車室上半部と内部車室下半部との各フランジ部が互いにボルト接合されてなる内部車室と、
該内部車室を囲うとともに、該内部車室を支持するリブを有する外部車室とを備え、
前記フランジ部から外周側に突出されるとともに、前記リブ上に載置されるサポート部材が設けられ、
前記フランジ部及び前記サポート部材には、前記フランジ部及び前記サポート部材を軸線方向に複数に分割するスリットが形成され、前記サポート部材は複数のサポート片に分割されていることを特徴とする車室構造。
【請求項２】
前記サポート部材の端部には、軸線方向に延在し、前記複数のサポート片の軸線方向の移動を許容しながら前記複数のサポート片を接続する規制部材が係合されていること特徴とする請求項１に記載の車室構造。
【請求項３】
前記規制部材と前記サポート部材とは、前記規制部材と前記サポート部材のうち一方に軸線方向に延在して設けられているアリ溝と、他方に前記アリ溝に対向して設けられたアリ条とによって相互に係合されていることを特徴とする請求項２に記載の車室構造。
【請求項４】
少なくとも一組の隣り合う前記サポート片において、前記スリットを介して隣接する二面のうち一面に前記サポート部材の突出方向に延在する凸条が形成され、他面に前記凸条に対向して凹溝が形成され、
前記凸条と前記凹溝との相補的な係合によって隣り合う前記サポート片同士の鉛直方向の相対移動が規制されることを特徴とする請求項１に記載の車室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンの車室構造に関し、特に、内部車室及び外部車室からなる二重車室構造を有する車室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力や原子力発電プラントにおいて使用されている蒸気タービンの車室には、熱膨張・熱収縮による金属ストレスを少なくする等の目的で、タービンロータを収容する内部車室（内車）、及びこの内部車室を収容する外部車室（外車）からなる二重車室構造とされているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
内部車室は、ロータの中心軸を含む面で概ね対称に上下に二分割された、内車室上半部及び内部車室下半部を有しており、これら内部車室上半部と下半部とはロータ径方向に突出するフランジ部においてでボルトによって締結されている。外部車室も同様に、上下に分割された外部車室上半部および外部車室下半部を有している。
【０００４】
タービン車室は、内部高温ガスによって熱膨張・熱収縮するため、タービン車室の設計もこの変形を考慮して行われる。しかしながら、この変形は周方向に一様な変形ではなく、フランジ部の剛性に起因して縦方向又は横方向に長い楕円形の変形（以下、オーバル変形と称す）となることが知られている。
【０００５】
図７はタービン車室上流側のオーバル変形を説明する図であり、破線は変形前の内部車室３の外形を示し、一点鎖線は一様に熱膨張したと仮定した場合の内部車室３の外形を示し、実線は、実際のオーバル変形後の内部車室３の外形を示している。図６に示すように、内部車室３上流側のオーバル変形は、より高温のガスに晒されることにより大きくなる一方で、タービン車室の側部に設けられた上下接続フランジ部６，７が外気温により冷却されることで側部の変形が低減されるため、車室断面は縦長のオーバル変形となる。
【０００６】
図８は、タービン車室下流側のオーバル変形を説明する図であり、破線は変形前の内部車室３の外形を示し、一点鎖線は一様に熱膨張したと仮定した場合の内部車室３の外形を示し、実線は、実際のオーバル変形後の内部車室３の外形を示している。図７に示すように、下流側においては上流側と比較して膨張量は少ないものの、上流側のフランジ変形に引きずられて横長のオーバル変形となる。
【０００７】
ロータに固定された動翼の先端とタービン車室の内周面とのクリアランスは、一様に変化することが好ましいため、オーバル変形は許容値以下にする必要がある。よって、オーバル変形の要因となるフランジ部６，７は、必要な強度を有しつつも、ある程度の変形が許容される構造とすることが好ましい。オーバル変形を抑制する手法として、特許文献２には、フランジ部にスリットを形成することでフランジ部の剛性を低減させる手法が記載されている。
【０００８】
また、タービン車室の構造として、図９に示すような内部車室３を外部車室下半部２で支持する構造（外車支持タイプ）が知られている。この車室構造においては、内部車室３を、タービン架台１に支持された外部車室下半部２によって支持している。内部車室３は、内部車室上半部４と内部車室下半部５とからなる。
【０００９】
内部車室上半部４と内部車室下半部５とは、内部車室上半部４と内部車室下半部５との突合わせ面において、ロータの径方向に突出するとともに、ロータの軸方向に延在するフランジ部６，７において、ボルト８で締結されている。
内部車室３は、内部車室下半部５のフランジ部７より水平方向に突出するサポート部材１０９を介して外部車室下半部２に支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２３５５０５号公報
【特許文献２】特開２００７−３２７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述したような、外部車室下半部２で内部車室３を支持するような車室構造を採用した場合、サポート部材１０９がフランジ部の剛性をさらに高めることによって、オーバル変形が助長されてしまうという問題がある。さらに、フランジ部７にスリットを形成した場合においても、サポート部材１０９がスリットを塞いでしまうため、さらに剛性が高くなるという問題がある。
【００１２】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、外部車室のリブによって内部車室が支持される構造の機能を保持したままフランジの剛性を低減し、内部車室のオーバル変形を抑制することができる車室構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の車室構造は、軸線方向に延びるロータが内部に貫挿され、上下に２分割された内部車室上半部と内部車室下半部との各フランジ部が互いにボルト接合されてなる内部車室と、該内部車室を囲うとともに、該内部車室を支持するリブを有する外部車室とを備え、前記フランジ部から外周側に突出されるとともに、前記リブ上に載置されるサポート部材が設けられ、前記フランジ部及び前記サポート部材には、前記フランジ部及び前記サポート部材を軸線方向に複数に分割するスリットが形成され、前記サポート部材は複数のサポート片に分割されていることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、外部車室のリブによって内部車室が支持される構造の車室構造において、内部車室のフランジ部に加えて、フランジ部より突出するサポート部材にもスリットが形成されていることによって、外部車室のリブによって内部車室が支持される構造の機能を保持したままフランジの剛性を低減することができる。これにより、内部車室のオーバル変形を抑制することができ、ロータと内部車室との隙間をより一様に近づけることができる。
【００１５】
また上記車室構造において、前記サポート部材の端部には、軸線方向に延在し、前記複数のサポート片の軸線方向の移動を許容しながら前記複数のサポート片を接続する規制部材が係合されていることが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、隣り合うサポート片同士の鉛直方向の相対移動を規制することができ、ひいては、サポート部材の鉛直方向の剛性を高めることができる。
【００１７】
また、上記車室構造において、前記規制部材と前記サポート部材とは、前記規制部材と前記サポート部材のうち一方に軸線方向に延在して設けられているアリ溝と、他方に前記アリ溝に対向して設けられたアリとによって相互に係合されていることが好ましい。
【００１８】
また、上記車室構造において、少なくとも一組の隣り合う前記サポート片において、前記スリットを介して隣接する二面のうち一面に前記サポート部材の突出方向に延在する凸条が形成され、他面に前記凸条に対向して凹溝が形成され、前記凸条と前記凹溝との相補的な係合によって隣り合う前記サポート片同士の鉛直方向の相対移動が規制される構成としてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、より簡素な構成で隣り合うサポート片同士の鉛直方向の相対移動を規制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、外部車室のリブによって内部車室が支持される構造の車室構造において、内部車室のフランジ部に加えて、フランジ部より突出するサポート部材にもスリットが形成されていることによって、外部車室のリブによって内部車室が支持される構造の機能を保持したままフランジの剛性を低減することができる。これにより、内部車室のオーバル変形を抑制することができ、ロータと内部車室との隙間をより一様に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る車室構造を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る車室構造における内部車室の支持部分を示す概略図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る内部車室のフランジ部の斜視図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る内部車室のフランジ部の斜視図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る内部車室のフランジ部の斜視図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係る内部車室のフランジ部の斜視図である。
【図７】タービン車室上流側のオーバル変形を説明する図である。
【図８】タービン車室下流側のオーバル変形を説明する図である。
【図９】従来の車室構造を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第一実施形態）
以下、蒸気タービンに適用された例を用いて本発明の第一実施形態の車室構造を説明する。
図１に示すように、車室構造は、タービン架台１に支持された外部車室下半部２と、外部車室下半部２に支持され、内部に図示しないロータを貫挿する内部車室３と、内部車室３の上方を覆う外部車室上半部１０とを有している。外部車室下半部２は、タービン架台１の内壁１ａに沿って設けられている側壁２ａと、側壁２ａに直交して設けられているリブ２ｂとを有している。内部車室３は、外部車室下半部２のリブ２ｂによって支持されている。
【００２３】
内部車室３は、内部車室上半部４と内部車室下半部５とからなり、内部車室上半部４と内部車室下半部５とは、ロータの中心軸を通る面で上下方向（左右方向でも良い）に二分割されている。内部車室上半部４と内部車室下半部５とは、内部車室上半部４と内部車室下半部５との突合わせ面において、ロータの径方向に突出するとともに、ロータの軸方向に延在するフランジ部６，７において、ボルト８で締結されている。
【００２４】
図２に、本実施形態の車室構造における内部車室３の支持部分を示し、図３に、本実施形態の内部車室３のフランジ部６，７の斜視図を示す。
図２及び図３に示すように、内部車室３は、内部車室下半部５のフランジ部７より水平方向に突出するサポート部材９を介して外部車室下半部２に支持されている。内部車室下半部５のフランジ部７とサポート部材９とは金属溶接によって接合されている。
【００２５】
サポート部材９は、平面視矩形で、所定の厚さを有する板状部材であり、一方の長辺を構成する端面９ａがフランジ部７に接合されている。また、下面９ｂが外部車室下半部２によって支持されている。
【００２６】
フランジ部６，７及びサポート部材９には、ロータの軸方向に直交する方向に延在するスリット１１，１２が複数設けられている。即ち、フランジ部７及びサポート部材９は、スリット１１，１２によって複数に分割されている。サポート部材９は、短冊形状の複数のサポート片１３に分割され、各々のサポート片１３の基部がフランジ部７に接合されている。
【００２７】
また、フランジ部７のスリット１２は、サポート部材９のスリット１１の延長線上に、スリット１１と連続して形成されている。即ち、分割されたフランジ部７が互いに離間する方向に水平方向に変形する場合、サポート部材９によってその変形が妨げられることがない。言い換えれば、フランジ部７が互いに離間する方向に軸線方向に変形する場合、サポート部材９もフランジ部７に従って、軸線方向に離間する。
サポート部材９の上下方向の厚さは、スリット１１による剛性の不足を勘案して設定される。例えばスリットを設けない形状よりも、厚さを増大させている。
【００２８】
上記実施形態によれば、フランジ部６，７に加えてサポート部材９にスリット１１が形成され、フランジ部６，７の剛性が低減されることによって内部車室３の周方向の剛性がより均一化され、上流側のオーバル変形を低減することができる。また、上流側のフランジ変形に引きずられた下流側の変形も抑制することができる。
即ち、外部車室下半部２のリブ２ｂによって内部車室３が支持される車室構造においてもサポート部材９によってフランジ部６，７の剛性の低減が妨げられることがなく、内部車室３のオーバル変形を抑制することができ、ロータと内部車室３との隙間をより一様に近づけることができる。
【００２９】
（第二実施形態）
以下、本発明に係る車室構造の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態に係る内部車室のフランジ部の斜視図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図４に示すように、サポート部材９Ｂは、フランジ部７に接合された本体部１５と、本体部１５に取り付けられた規制部材１６とから構成されている。本体部１５と規制部材１６とは共に、ロータ軸線方向に延在する直方体形状を成しており、本体部１５と規制部材１６とが組み合わされた状態で、各々の下面が同一平面上になるように構成されている。
【００３０】
本体部１５は、フランジ部７よりロータの径方向外周側に突出するように設けられており、第一実施形態のサポート部材９と同様に、スリット１１Ｂにより複数のサポート片１７が形成されるように分割されている。規制部材１６は、本体部１５の突出方向の端部に複数のサポート片１７を接続するように係合されている。
【００３１】
具体的には、本体部１５の突出方向の端面に、複数のサポート片１７に亘って連続して形成されたアリ溝１８と、アリ溝１８に対向して規制部材１６に形成されたアリ条１９とによって係合されている。
【００３２】
上記実施形態によれば、規制部材１６が複数のサポート片１７同士の鉛直方向の相対移動を規制するため、サポート部材９Ｂの鉛直方向の剛性を高めることができる。一方で、サポート片１７においては、アリ溝１８の延在方向の移動は許容されるため、サポート部材９Ｂのロータ軸線方向の剛性を低減させることができる。
なお、上記実施形態においては、サポート部材９Ｂの本体部にアリ溝１８を設け、規制部材１６にアリ条１９を形成する構成としてもよい。また、規制部材１６とサポート部材９Ｂとの係合は、アリ溝とアリ条に限らず、規制部材の脱落を防ぎつつ、サポート片の軸線方向の相対移動を許容する形状であればよい。
【００３３】
（第三実施形態）
次に、本発明の第三実施形態に係る車室構造について図面に基づいて説明する。
図５は、本実施形態に係る車室構造を示す斜視図である。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態によるサポート部材９Ｃでは、第一実施形態の規制部材１６に代わって、規制軸２０が設けられている。
【００３４】
具体的には、本実施形態のサポート部材９Ｃは、フランジ部７に接合され、複数のサポート片１３Ｃに分割された本体部１５Ｃと、本体部１５Ｃに形成された貫通孔２１に挿通された規制軸２０とから構成されている。貫通孔２１は、複数のサポート片１３Ｃに亘って連続して形成された断面円形の貫通孔である。規制軸２０は、貫通孔２１に挿通される断面円形の長尺棒状部材であり、サポート部材の軸線方向の長さと略同一の長さを有している。
【００３５】
上記実施形態によれば、規制軸２０が複数のサポート片１３Ｃ同士の鉛直方向の相対移動を規制するため、サポート部材９Ｃの鉛直方向の剛性を高めることができる。一方で、サポート片１３Ｃにおいては、規制軸２０の延在方向の移動は許容されるため、サポート部材９Ｃのロータ軸線方向の剛性を低減させることができる。
なお、貫通孔及び規制軸の断面形状は円形に限ることはなく、角柱とこれに対応する形状の孔としてもよい。
【００３６】
（第四実施形態）
次に、本発明の第四実施形態に係る車室構造について図面に基づいて説明する。
図６に示すように、本実施形態のサポート部材９Ｄは、３種類のサポート片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（２３）の組み合わせで構成されている。これらサポート片２３は隣り合うサポート片２３において、スリット１１Ｄを介して隣接する二面のうち一面にサポート部材９Ｄの突出方向に延在する凸条２４が形成され、他面に凸条２４に対向して凹溝２５が形成されている。凸条２４と凹溝２５とは、互いに相補的に係合するように構成されている。
【００３７】
即ち、隣り合うサポート片２３同士が、軸線方向に突出する凸条２４と凹溝２５とで接続されている。凸条２４と凹溝２５との相補的な係合によって、隣り合うサポート片２３同士の鉛直方向の相対移動が規制されるとともに、隣り合うサポート片２３同士が離間する方向（軸線方向）の相対移動は許容される。
【００３８】
なお、凸条と凹溝の形状は、上述した形状に限ることはなく、隣り合うサポート片２３同士の鉛直方向の相対移動を規制するとともに、軸線方向の移動を許容する形状であればよい。例えばＶ字形状の凸条と、これに対応する溝の形態としてもよい。軸線方向の移動を規制する、アリ溝とアリ条は適さないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
２…外部車室下半部、３…内部車室、４…内部車室上半部、５…内部車室下半部、６…フランジ部、７…フランジ部、９…サポート部材、１０…外部車室上半部、１１…スリット、１２…スリット、１３…サポート片、１５…本体部、１６…規制部材、１７…サポート片、１８…アリ溝、１９…アリ条、２３…サポート片、２４…凸条、２５…凹溝
【図１】
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【図２】
2013130151.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013130151.tif 000007
【図６】
2013130151.tif 000008
【図７】
2013130151.tif 000009
【図８】
2013130151.tif 000010
【図９】
2013130151.tif 000011