(57)【要約】【課題】被取付部材同士を強固に固定可能としつつ、ヒータの過加熱を防止してヒータの耐久性を向上させることが可能な締結部材用ヒータ、締結ユニット、回転機械及び部材固定方法を提供する。【解決手段】締結部材用ヒータ６は、被取付部材同士を固定するために、これら被取付部材に挿入される締結部材１に形成されたヒータ挿入穴４６に挿入され、温度変化による伸縮によって前記締結部材１の緩め、締付を行うための締結部材用ヒータ６であって、前記ヒータ挿入穴４６に挿入され、発熱するヒータ５０と、前記ヒータ挿入穴４６に挿入された前記ヒータ５０と前記ヒータ挿入穴４６との間に気体を導入する気体導入手段７１とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被取付部材同士を固定するために、これら被取付部材に挿入される締結部材に形成されたヒータ挿入穴に挿入され、温度変化による伸縮によって前記締結部材の緩め、締付を行うための締結部材用ヒータであって、
前記ヒータ挿入穴に挿入され、発熱するヒータと、
前記ヒータ挿入穴に挿入された前記ヒータと前記ヒータ挿入穴との間に気体を導入する気体導入手段とを備えることを特徴とする締結部材用ヒータ。
【請求項２】
請求項１に記載の締結部材用ヒータにおいて、
前記ヒータは、略円柱状の本体部と、
該本体部の外周面から放射状に突出する複数の突出部とを有することを特徴とする締結部材用ヒータ。
【請求項３】
請求項２に記載の締結部材用ヒータにおいて、
複数の前記突出部は、それぞれの端部に接する包絡線の外径が前記ヒータ挿入穴の内径よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする締結部材用ヒータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の締結部材用ヒータにおいて、
前記気体導入手段は、前記気体としてヘリウムを導入することを特徴と締結部材用ヒータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の締結部材用ヒータにおいて、
前記ヒータの外面は、黒体塗料が塗布されていることを特徴とする締結部材用ヒータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の締結部材用ヒータにおいて、
ヒータ挿入穴に連通し、内部に気体を導入するための導入口を備えることを特徴とする締結部材用ヒータ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の締結部材用ヒータと、
前記被取付部材に挿入され、前記締結部材用ヒータが挿入される前記ヒータ挿入穴が形成された前記締結部材とを備えることを特徴とする締結ユニット。
【請求項８】
請求項７に記載の締結ユニットにおいて、
前記締結部材の前記ヒータ挿入穴は、貫通して形成され、前記締結部材用ヒータが挿入される部分よりも縮径された縮径部を有することを特徴とする締結ユニット。
【請求項９】
請求項８に記載の締結ユニットにおいて、
前記縮径部の径は、該縮径部における圧力損失を該縮径部に働く前記気体の浮力よりも大きくする寸法に設定されていることを特徴とする締結ユニット。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の締結ユニットにおいて、
前記ヒータ挿入穴は、内周面のうち、少なくとも挿入される前記ヒータに加熱される範囲には黒体塗料が塗布されていることを特徴とする締結ユニット。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の締結ユニットにより固定された締結部材と、
前記締結部材により、前記被取付部材として互いに固定された上半部及び下半部を有する車室とを備えることを特徴とする回転機械。
【請求項１２】
被取付部材同士を固定するための部材固定方法であって、
締結部材用ヒータを挿入するためのヒータ挿入穴が形成された締結部材を、前記被取付部材に挿入する被取付部材取付工程と、
前記締結部材の前記ヒータ挿入穴に、前記締結部材用ヒータを挿入し、前記ヒータ挿入穴に気体を導入した状態で、前記ヒータを発熱させて前記締結部材を加熱、伸張させる締結部材加熱工程と、
加熱、伸張した状態の前記締結部材を前記被取付部材に固定する被取付部材固定工程と、
前記被取付部材に前記締結部材が固定された状態で、前記ヒータ挿入穴から前記ヒータを取り外し、前記締結部材を冷却、収縮させる締付工程とを備えることを特徴とする部材固定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の部材固定方法であって、
前記締結部材加熱工程では、前記気体としてヘリウムを導入することを特徴とする部材固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被取付部材同士を固定するために用いられる締結部材用ヒータ、締結ユニット、回転機械及び部材固定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、部材同士を結合させる手段の一つとしてボルトによる締結方法が挙げられる。例えば、蒸気タービンや圧縮機等の回転機械には、タービン翼又はインペラを収容して蒸気を導入する略円筒状の車室が設けられている。このような車室は、半筒状で上側に配された上半部と、半筒状の下側に配された下半部とを備えている。そして、該上半部と下半部とは、それぞれのフランジ部分を上下方向にボルトで締結固定されている。
【０００３】
ここで、ボルト使用する締結方法としては、例えば油圧トルクレンチ等の機械によってトルクを与えて締結力を発揮させる方法や、加熱したボルトを冷却させて収縮させることで締結力を発揮させるボルトヒータによる方法等がある。
【０００４】
ボルトヒータによるボルト締結方法では、フランジに設けられた孔に挿通されるとともに内部に軸線方向に沿ってボルトヒータ孔が設けられたボルトにヒータを挿入する。そして、ヒータを加熱することによりボルトを熱膨張させて、この状態でボルトを締結する。その後、ヒータの発熱を止めると、ボルトが冷却し軸方向に収縮して強固な締結力を発揮するものである（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１１９４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載のボルト締結方法では、ヒータの温度が必要以上に上昇し過加熱してしまう場合がある。このため、このようなボルト締結方法では、多数の締結部材であるボルトを加熱して部材同士を固定させる作業を繰り返し行う必要があるが、過加熱によりヒータの耐久性が低くなってしまうという問題点があった。
また、近年、圧縮機やタービン等の回転機械は大容量化が求められる傾向にあり、これに対応すべく回転機械の車室に用いる締結用ボルトは従来よりも大口径化することが必要になってきている。ここで、締結用ボルトが大口径化するとボルトの熱容量が増大するため、上記に示すボルトを加熱する方法では該ボルトが上記と同様に過加熱してしまうという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、被取付部材同士を強固に固定可能としつつ、ヒータの過加熱を防止してヒータの耐久性を向上させることが可能な締結部材用ヒータ、締結ユニット、回転機械及び部材固定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る締結部材用ヒータは、被取付部材同士を固定するために、これら被取付部材に挿入される締結部材に形成されたヒータ挿入穴に挿入され、温度変化による伸縮によって前記締結部材の緩め、締付を行うための締結部材用ヒータであって、前記ヒータ挿入穴に挿入され、発熱するヒータと、前記ヒータ挿入穴に挿入された前記ヒータと前記ヒータ挿入穴との間に気体を導入する気体導入手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このような締結部材用ヒータでは、ヒータが発熱することで締結部材の温度が上昇し該締結部材は伸張状態となる。そして、締結部材用ヒータによる加熱を止めて、締結部材を冷却することで該締結部材は収縮状態となる。よって、被取付部材と締結部材とを密着させることができるため、被取付部材同士を強固に固定することができる。
ここで、締結部材を加熱する際には、ヒータが発熱するとともに、締結部材に形成されたヒータ挿入穴に気体が導入されるため、該ヒータ挿入穴内の気体の対流を促進することができる。よって、締付部材が締付を行うのに必要な温度以上にヒータが温度上昇することを抑え、該ヒータの過加熱を防止することができる。
【００１０】
また、本発明に係る締結部材用ヒータでは、前記ヒータは、略円柱状の本体部と、該本体部の外周面から放射状に突出する複数の突出部とを有することが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、ヒータの外周面とヒータ挿入穴の内周面との間には、少なくとも突出部の高さ分の空間が均一に存在する。このため、ヒータ挿入穴において、ヒータから締結部材への熱伝達と、気体の対流による熱伝達の均一化とを図ることができる。よって、締結部材を効率的に加熱することができるとともに、ヒータの局所的な加熱を防止することができる。
【００１２】
また、本発明に係る締結部材用ヒータでは、複数の前記突出部は、それぞれの端部に接する包絡線の外径が前記ヒータ挿入穴の内径よりも小さくなるように設定されていてもよい。
【００１３】
この構成によれば、ヒータがヒータ挿入穴の内周面に接触する可能性が低く、仮にヒータがヒータ挿入穴の内周面に接触した場合でも突出部の端部が接触するのみであるため、ヒータの局所的な加熱を防止することができる。
【００１４】
また、本発明に係る締結部材用ヒータでは、前記気体導入手段は、前記気体としてヘリウムを導入してもよい。
【００１５】
この構成によれば、ヘリウムは熱伝導率が高いため、ヒータの温度を低く抑えた状態としつつ締結部材の加熱効率を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る締結部材用ヒータでは、前記ヒータの外面は、黒体塗料が塗布されていてもよい。
【００１７】
この構成によれば、ヒータの熱放射による熱伝達を向上させることができるため、ヒータの温度を低く抑えた状態で締結部材を効率良く加熱することができる。
【００１８】
また、本発明に係る締結部材用ヒータでは、ヒータ挿入穴に連通し、内部に気体を導入するための導入口を備えていてもよい。
【００１９】
この構成によれば、導入口からヒータ挿入穴の内部に気体を確実に導入するとともに、該ヒータ挿入穴にヒータを挿入できるため、被取付部材同士を強固に固定可能としつつ、ヒータの過加熱を防止してヒータの耐久性を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明に係る締結ユニットは、上記のうちのいずれか一に記載の締結部材用ヒータと、前記被取付部材に挿入され、前記締結部材用ヒータが挿入される前記ヒータ挿入穴が形成された前記締結部材とを備えることを特徴とする。
【００２１】
このような締結ユニットでは、上記の締結部材用ヒータと締結部材とにより、被取付部材同士を強固に固定可能としつつ、ヒータの過加熱を防止してヒータの耐久性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明に係る締結ユニットでは、前記締結部材の前記ヒータ挿入穴は、貫通して形成され、前記締結部材用ヒータが挿入される部分よりも縮径された縮径部を有することが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、縮径部で圧力損失が生じるため、該縮径部からの空気の進入を防止することができる。よって、ヒータ挿入穴内において気体を確実に対流させることができるため、該対流による熱伝達を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明に係る締結ユニットでは、前記縮径部の径は、該縮径部における圧力損失を該縮径部に働く前記気体の浮力よりも大きくする寸法に設定されていてもよい。
【００２５】
この構成によれば、縮径部からの空気の進入をより確実に防止することができため、ヒータ挿入穴内において気体を確実に対流させることができ、該対流による熱伝達をさらに向上させることができる。
【００２６】
また、本発明に係る締結ユニットは、前記ヒータ挿入穴は、内周面のうち、少なくとも挿入される前記ヒータに加熱される範囲には黒体塗料が塗布されていてもよい。
【００２７】
この構成によれば、ヒータ挿入穴の内周面の熱放射による熱伝達を向上させることができるため、ヒータの温度を低く抑えた状態で締結部材を加熱することができる。
【００２８】
また、本発明に係る回転機械は、上記のうちのいずれか一に記載の締結ユニットにより固定された締結部材と、前記締結部材により、前記被取付部材として互いに固定された上半部及び下半部を有する車室とを備えることを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、上記のうちのいずれか一に記載の締結ユニットにより固定された締結部材を備えるため、上半部と下半部とを強固に固定することができる。
【００３０】
また、本発明に係る部材固定方法は、被取付部材同士を固定するための部材固定方法であって、締結部材用ヒータを挿入するためのヒータ挿入穴が形成された締結部材を、前記被取付部材に挿入する被取付部材取付工程と、前記締結部材の前記ヒータ挿入穴に、前記締結部材用ヒータを挿入し、前記ヒータ挿入穴に気体を導入した状態で、前記ヒータを発熱させて前記締結部材を加熱、伸張させる締結部材加熱工程と、加熱、伸張した状態の前記締結部材を前記被取付部材に固定する被取付部材固定工程と、前記被取付部材に前記締結部材が固定された状態で、前記ヒータ挿入穴から前記ヒータを取り外し、前記締結部材を冷却、収縮させる締付工程とを備えることを特徴とする。
【００３１】
このような部材固定方法では、被取付部材取付工程で挿入した締結部材を、締結部材加熱工程でヒータを加熱することにより該締結部材を伸張することができる。次に、該締結部材を被取付部材固定工程で被取付部材に固定し、締付工程でヒータの加熱を止めて締結部材を冷却、収縮させることで確実に締付けることができる。よって、被取付部材同士を強固に固定することができる。
また、締付部材加熱工程では、ヒータ挿入穴に気体を導入するため、該ヒータ挿入穴内の気体の対流を促進することができる。よって、締付部材が締付を行うのに必要な温度以上にヒータが温度上昇することを抑えて、ヒータの過加熱を防止することができる。
【００３２】
また、本発明に係る部材固定方法では、前記締結部材加熱工程では、前記気体としてヘリウムを導入することが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、ヘリウムは熱伝導率が高いため、ヒータの温度を低く抑えた状態としつつ締結部材の加熱効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る締結部材用ヒータ、締結ユニット、回転機械及び部材固定方法によれば、被取付部材同士を強固に固定可能としつつ、締付部材が締付を行うのに必要な温度以上にヒータが温度上昇することはなくヒータの過加熱を防止してヒータの耐久性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る締結ユニットを用いて固定された蒸気タービンの概略全体斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る締結ユニットの要部の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る締結ユニットの縮径部の径と圧力損失との関係とを、気体（ヘリウム）の流速毎に表したグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る部材固定方法のフローチャートである。
【図５】本発明の第二実施形態に係る締結ユニットの要部の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る締結ユニットの要部の構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る締結ユニットの要部の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（第一実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第一実施形態に係る締結ユニットを用いて固定された蒸気タービンについて説明する。
図１は、回転機械の一例である蒸気タービンの概略全体斜視図である。
図１に示すように、蒸気タービン２は、回転軸３と、車室１０と、複数の締結部材１とを備えている。
また、車室１０は、該回転軸３の上部に配された図示しない静翼等を収容する上半部１１と、該回転軸３の下部に配された図示しない静翼等を収容する下半部１６とを備えている。
ここで、上半部１１と下半部１６とは、被取付部材として構成されており、締結部材１を有する締結ユニット５を用いて互いに固定されている。
【００３７】
上半部１１は、上方に向かって凸の半筒形状であって回転軸３に沿って延在する上本体１２と、該上本体１２に設けられた一対の上フランジ１３と、上方に突出した複数の排気口１５とを有している。
下半部１６は、下方に向かって凸の半筒形状であって回転軸３に沿って延在する下本体１７と、該下本体１７に設けられた一対の下フランジ１８と、下方に突出した複数の吸気口２３とを有している。
なお、本実施形態では、上半部１１に排気口１５が、下半部１６に吸気口２３がそれぞれ形成されているが、両者を逆にして、上半部１１に吸気口が、下半部１６に排気口がそれぞれ形成されていてもよい。
【００３８】
図１及び図２に示すように、上フランジ１３は、上本体１２の外周面の縁部から外方に向かって突出し、回転軸３に沿って延在している。また、該上フランジ１３には、上下方向に貫通する上側孔部１４が、回転軸３に沿って間隔を有して複数穿設されている。
下フランジ１８は、断面視して下本体１７の外周面の縁部から外方に向かって突出し、回転軸３に沿って延在している。また、該下フランジ１８には上下方向に貫通する下側孔部１９が、回転軸３に沿って間隔を有して複数穿設されている。また、下側孔部１９の上下方向途中部分には、雌ネジである下側雌ネジ部２０が設けられている。また、下側孔部１９の下方の部分は、外部と通じる導出口２２として構成されている。
ここで、上側孔部１４と下側孔部１９とが連通して第一孔部２１として構成され、該第一孔部２１に挿入配置された締結ユニット５により上フランジ１３と下フランジ１８とが固定されることで、上半部１１と下半部１６とは固定されている。
【００３９】
次に、締結ユニット５について、図２を用いて詳細に説明する。
締結ユニット５は、締結部材１と、締結部材１に挿入された締結部材用ヒータ６とを備えている。
締結部材１は、第一孔部２１（図１参照）に対応して複数設けられ、第一孔部２１に螺合されたボルト３０と、該ボルト３０と螺合されたナット８０とを有している。
【００４０】
ボルト３０は、内部に軸方向に沿ってヒータ挿入穴４６が形成されている。
ボルト３０には、上端に雄ネジが形成された第一雄ネジ部４１と、下端に雄ネジが形成された第二雄ネジ部４２とが設けられている。また、第一雄ネジ部４１は上フランジ１３の上方に配され、第二雄ネジ部４２は下フランジ１８の下側雌ネジ部２０に螺合されている。
ヒータ挿入穴４６は、軸方向に貫通して上下方向に沿って形成された貫通孔である。また、ヒータ挿入穴４６は、締結部材用ヒータ６が挿入される部分よりも縮径とした縮径部４７を有している。
縮径部４７は、導出口２２と連通して設けられている。また、縮径部４７の径の寸法については後段で詳細に説明する。
【００４１】
ナット８０は、ボルト３０の第一雄ネジ部４１に螺合された下側ナット部８２と、下側ナット部８２よりも縮径して形成された上側ナット部８１とを有している。また、下側ナット部８２及び上側ナット部８１には、これらを連通するように上下方向に沿ってナット孔部８３が形成されている。
ナット孔部８３は、上側に形成された取付フランジ用孔部８４と、該取付フランジ用孔部８４よりも縮径して形成された中間第一孔部８５と、該中間第一孔部８５よりも拡径して形成された中間第二孔部８６と、該中間第二孔部８６よりも拡径して形成されるとともに雌ネジが形成された第一雄ネジ用孔部８７とを有している。また、ナット孔部８３には締結部材用ヒータ６が挿通されて、取付フランジ用孔部８４には締結部材用ヒータ６が嵌合され、第一雄ネジ用孔部８７にはボルト３０の第一雄ネジ部４１が螺合されている。
【００４２】
締結部材用ヒータ６は、ヒータ挿入穴４６に挿入されるヒータ５０と、ヒータ挿入穴４６の内部に気体を導入するための導入管（導入口）５３と、ヒータ挿入穴４６の内部に気体を導入する気体導入手段７１とを有している。
【００４３】
ヒータ５０は、ナット８０と嵌合された取付フランジ５１と、該取付フランジ５１の内部に挿通される本体部６１とを有しており、取付フランジ５１と本体部６１とは該取付フランジ５１の上面にて例えば溶接等により固定されている。
【００４４】
取付フランジ５１は、上側フランジ５２と、上側フランジ５２よりも縮径して形成された下側フランジ５８とを有しており、該下側フランジ５８はナット８０に形成された取付フランジ用孔部８４に嵌合されている。
また、上側フランジ５２には、その外縁から水平方向に沿って穿設された第一フランジ孔部４９が穿設されている。また、上側フランジ５２及び下側フランジ５８の内部には、第一フランジ孔部４９に連通するとともに上下方向に沿って上側フランジ５２及び下側フランジ５８を貫通する第二フランジ孔部５４が穿設されている。また、第二フランジ孔部５４は、ナット８０の中間第一孔部８５に連通している。
【００４５】
本体部６１は、例えばその内部にニクロム線等の図示しない発熱線が配設されて電力が供給されることで発熱可能とされている。また、本体部６１は、第二フランジ孔部５４からヒータ挿入穴４６内まで挿通された上下方向に延在する略円柱状の部材である。
【００４６】
導入管５３は、第一フランジ孔部４９に挿通された管状部材である。また、該導入管５３の一端は第一フランジ孔部４９から突出し、他端は第二フランジ孔部５４に連通している。すなわち、導入管５３から第二フランジ孔部５４、中間第一孔部８５と通ってヒータ挿入穴４６まで連通されている。
【００４７】
気体導入手段７１は、本実施形態では不活性であり熱伝導率が空気よりも高いヘリウムを気体として、ヒータ挿入穴４６に挿入されたヒータ５０と該ヒータ挿入穴４６との間に導入している。また、気体導入手段７１は、ヘリウムを導入管５３から導入して、第二フランジ孔部５４、中間第一孔部８５へと通じて、ヒータ挿入穴４６へと導入している。
【００４８】
次に、上記ヒータ挿入穴４６に設けられた縮径部４７の径の設定方法について説明する。
図３は、縮径部４７の径と圧力損失ΔＰとの関係をヘリウムの流速毎に表したものである。図３から、縮径部４７の径が小さいほど、またヘリウムの流速が大きいほど、圧力損失が大きくなることが分かる。
また、縮径部４７に働くヘリウムの浮力ＰＶは、以下に示す式（１）で表すことができる。
【００４９】
【数１】
2013164085.tif 000003
【００５０】
なお、γａｉｒは空気密度を、γＨｅはヘリウム密度を、Ｈは縮径部４７の下端から導入管５３の上下方向中央までの高さ（図２参照）をそれぞれ示している。また、Ｈが大きいほど、浮力は大きくなる。
【００５１】
ここで、ヘリウムは空気よりも密度が小さいためヘリウムには浮力が生じ、空気が導出口２２からヒータ挿入穴４６内に進入する場合がある。そこで、導出口２２からの空気の進入を防止するためには、ΔＰ＞ＰＶ（縮径部４７における圧力損失が縮径部４７に働くヘリウムの浮力よりも大きくなる）となるように導入するヘリウムの流速に応じて縮径部４７の径を設定すればよい。
【００５２】
次に、上記の締結ユニット５を用いた蒸気タービン２の上半部１１と下半部１６とを固定する部材固定方法について説明する。
図４は、部材固定方法のフローチャートである。
まず、前工程として、上半部１１を下半部１６の上方に配設する。
すなわち、上フランジ１３の上側孔部１４と下フランジ１８の下側孔部１９とを連通させるように、上フランジ１３と下フランジ１８とを当接させる。
【００５３】
次に、被取付部材取付工程Ｓ０１を実行する。
ボルト３０を上フランジ１３及び下フランジ１８に穿設された第一孔部２１に挿入する。ここで、上フランジ１３の上方からボルト３０を上側孔部１４及び下側孔部１９に挿通する。そして、ボルト３０の第一雄ネジ部４１を上フランジ１３の上方に位置するまで、ボルト３０を下方に移動させて、第二雄ネジ部４２を下フランジ１８の下側雌ネジ部２０に螺合させるとともに、ナット８０をボルト３０の第一雄ネジ部４１に螺合させる。
【００５４】
次に、締結部材加熱工程Ｓ０２を実行する。
ボルト３０に形成されたヒータ挿入穴４６に締結部材用ヒータ６を挿入して、下側フランジ５８をナットに形成された取付フランジ用孔部８４に嵌合する。ここで、ヒータ５０の本体部６１の外周面はヒータ挿入穴４６の内周面との間に間隙を有して配設されている。そして、導入管５３からヘリウムをヒータ挿入穴４６の内部、すなわちヒータ５０の本体部６１の外周面とヒータ挿入穴４６の内周面との間に間隙部分に導入する。このようにヘリウムを導入した状態で、ヒータ５０を発熱させて、ボルト３０を加熱、伸張させる。
【００５５】
次に、被取付部材固定工程Ｓ０３を実行する。
上記の加熱、伸張した状態のボルト３０の第一雄ネジ部４１にナット８０を更に締付けて螺合させることで、ボルト３０を上半部１１及び下半部１６に固定する。
【００５６】
次に、締付工程Ｓ０４を実行する。
上記の上半部１１及び下半部１６にボルト３０が固定された状態で、ヒータ挿入穴４６からヒータ５０を取り外し、自然冷却によりボルト３０を冷却、伸縮させる。
【００５７】
このように構成された締結ユニット５を用いるとともに部材固定方法により固定された蒸気タービン２では、締結部材加熱工程Ｓ０２でヒータ５０を発熱しして、ボルト３０を加熱、伸張した状態となる。次に、被取付部材固定工程Ｓ０３でナット８０を締付けて、ボルト３０を上半部１１及び下半部１６に固定し、締付工程Ｓ０４でボルト３０を冷却、伸縮することで、当該ボルト３０をヒータ挿入穴４６に密着させた状態を維持して、上半部１１と下半部１６とを強固に固定することができる。
【００５８】
また、締結部材加熱工程Ｓ０２においては、ヒータ挿入穴４６にヘリウムを導入するため、該ヒータ挿入穴４６の内部においてヘリウムの対流を促進することができる。よって、ボルト３０が締付を行うのに必要な温度以上にヒータ５０が温度上昇することはなく、ヒータ５０の過加熱を防止することができ、締結部材用ヒータ６を健全な状態として使用することができ、耐久性を向上させることができる。
さらに、ヘリウムは熱伝導率が高いためヒータ５０からボルト３０への熱伝達を向上させることができる。よって、ヒータ５０の温度を低く抑えた状態としつつボルト３０の温度上昇を促進させるとともに、ヒータ５０の冷却をも促進させることができる。したがって、ヒータ５０の過加熱を確実に防止できる。また、締結部材加熱工程Ｓ０２におけるヒータ５０の加熱時間及び冷却時間を短縮することができるため、作業時間を短縮することもできる。さらには、発熱量を低減することがでるため、コストを抑えることが可能となる。
また、締結部材用ヒータ６は、上半部１１及び下半部１６に穿設された第一孔部２１に対応して複数回用いられるところ、ヒータ５０の耐久性の向上は非常に有益である。
【００５９】
また、縮径部４７における圧力損失が縮径部４７に働くヘリウムの浮力よりも大きいため、導出口２２からの空気の進入を防止することができる。よって、ヒータ挿入穴４６に導入したヘリウムをヒータ挿入穴４６の内部で確実に対流させることができるため、該対流による熱伝達を向上させることができる。
【００６０】
また、ヘリウムの流速を、空気の進入を防止することができる最小値に設定することにより、ヘリウムの消費量を抑えて低コストで熱伝達を向上させることができる。
【００６１】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態に係る締結ユニット２０５について、図５を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６２】
本実施形態に係る締結ユニット２０５では、ヒータ２５０の本体部２６１の外周面及びヒータ挿入穴２４６の内周面に黒体塗料が塗布されている。
【００６３】
本体部２６１は、その外周面に上下方向であって、図５に示す長さＬの範囲に黒体塗料が塗布されて、黒体部２６２が形成されている。本実施形態では、例えば約３００〜９００度の耐熱性のある耐熱黒体塗料が塗布されている。
【００６４】
ここで、黒体部２６２の上下方向の長さＬは、以下のように設定されている。
本体部２６１の有効発熱長さＬｈ、上フランジ１３の上下方向の長さをＬＣとすると、Ｌｈ＞ＬＣとし、本体部２６１の有効発熱部分の上端の方が上フランジ１３の上端よりも上方に位置するとともに、本体部２６１の有効発熱部分の下端の方が上フランジ１３の下端よりも下方に位置するように設定する。
また、黒体部２６２の上下方向の長さＬはＬ＞Ｌｈであり、黒体部２６２の上端の方が上フランジ１３の上端よりも上方に位置している。また、黒体部２６２の上端から上フランジ１３の上端までの距離Ｈ１は５０ｍｍ以下であり、黒体部２６２の下端から上フランジ１３の下端までの距離Ｈ２は５０ｍｍ以下であるように設定することが望ましい。
【００６５】
ヒータ挿入穴２４６は、その外周面において上下方向であって、図５に示す長さＭの範囲にわたって黒体塗料が塗布されている。また、本実施形態では、その内部に黒体塗料を流し込んで付着させることにより、該ヒータ挿入穴２４６の内周面に該黒体塗料が塗布されている。
【００６６】
なお、上記の黒体塗料を塗布することにより、放射率を０．９以上とすることが望ましい。
【００６７】
ここで、本体部２６１の外面とヒータ挿入穴４６の内面との間の放射伝熱量Ｑは、以下の式（２）で表すことができる。
【００６８】
【数２】
2013164085.tif 000004
【００６９】
なお、ε１は本体部２６１の放射率を、ε２はヒータ挿入穴４６の放射率を、Ａは本体部２６１の表面積を、σはステファンボルツマン定数を、Ｔ１は本体部２６１の温度を、Ｔ２はヒータ挿入穴２４６の温度をそれぞれ表している。
【００７０】
ここで、本体部２６１の外周面に黒体塗料が塗布されることにより、該本体部２６１の放射率ε１が増大し、ヒータ挿入穴２４６の内周面に黒体塗料が塗布されることにより、該ヒータ挿入穴２４６の放射率ε２が増大する。これにともない、放射伝熱量Ｑが増大することが分かる。
【００７１】
このように構成された締結ユニット２０５では、ヒータ５０の本体部２６１の外周面及びヒータ挿入穴２４６の内周面に黒体塗料が塗布されることにより、放射伝熱量を増大させることができるため、本体部２６１の温度を通常よりも低温としてボルト３０を加熱することが可能となる。よって、加熱時間を短縮することができるとともに、ヒータ２５０の耐久性を向上させることができる。
【００７２】
（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態に係る締結ユニット３０５について、図６及び図７を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７３】
第一実施形態に係る締結ユニット５では、ヒータ５０は取付フランジ５１と本体部６１とを有している。一方、本実施形態では、ヒータ３５０は取付フランジ５１と本体部６１と突出部３８０とを有している。
【００７４】
すなわち、突出部３８０は、本体部６１の外周面から放射状に突出しており、該本体部６１の周方向に間隔を有して３個形成されている。また、本実施形態では、例えば、突出部３８０の突出高さＨ３は１ｍｍ以下に、突出部３８０の幅Ｗは３ｍｍ以下にそれぞれ設定されている。また、突出部３８０の上下方向の長さＬ１は黒体部２６２の上下方向の長さＬと比較して、Ｌ１＞Ｌとして、突出部３８０の上端の方が黒体部２６２の上端よりも上方に位置するとともに、突出部３８０の下端の方が黒体部２６２の下端よりも下方に位置するように設定されている。
【００７５】
また、ヒータ挿入穴２４６は断面視して略円形状であり、本体部６１及びヒータ挿入穴２４６は同心円状に配設されている。また、突出部３８０の端部３８０Ａに接する包絡線Ｄの外径Ｒ１は、ヒータ挿入穴２４６の内周面の内径Ｒ２よりも小さくなるように設定されている。本実施形態では、突出部３８０の端部３８０Ａからヒータ挿入穴４６の内周面までの距離Ｈ４は１ｍｍ以下に設定されている。
なお、上記寸法は一例であり、当該数字に限定されるものではない。
【００７６】
このように構成された締結ユニット３０５では、本体部６１の外周面とヒータ挿入穴２４６の内周面との間には、突出部３８０が存在しない箇所では突出部３８０の高さＨ３と距離Ｈ４分の空間が、突出部３８０が存在する箇所では距離Ｈ４分の空間が、それぞれ均一に存在する。このため、ヒータ３５０の熱放射による熱伝達と、ヘリウムの対流による熱伝達とを、ヒータ挿入穴２４６において一定とすることができる。よって、ボルト３０を効率的に加熱することができるとともに、ヒータ３５０の局所的な加熱を防止することができ、ヒータ３５０の耐久性を向上させることができる。
【００７７】
また、本体部６１が偏心してヒータ３５０がヒータ挿入穴２４６の内周面に接触する場合でも、突出部３８０がヒータ挿入穴２４６の内周面に接触するだけで本体部６１がヒータ挿入穴２４６の内周面に接触することはない。よって、本体部６１の局所的な加熱を確実に防止することができるため、該本体部６１の熱変形を防止することができる。
【００７８】
また、断面視して本体部６１の中心位置とヒータ挿入穴４６の中心位置との偏位量は距離Ｈ４の１ｍｍ以下とされるため、ヘリウムの熱伝導抵抗が小さくなり本体部６１からボルト３０に対する伝熱量が増大する。よって、発熱量を抑えて低コストで、ボルト３０を加熱することが可能となる。
【００７９】
なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００８０】
例えば、導入管５３をフレキシブルホースとすることが好ましい。この場合、ナット８０をボルト３０に対して回転させて締め付ける際に、該導入管５３への回転による無理な力の負担を減らして滑らかに回転させることができる。
【００８１】
また、ヒータ挿入穴４６，２４６に導入する気体としては、本実施形態ではヘリウムを例示しているが、これに限られず他の気体であってもよい。例えば、気体として空気を採用した場合には、低コストかつ容易に本発明を実現することができる。また、不活性気体を採用した場合には、ボルト３０やヒータ５０等が酸化により劣化することを防止することができる。さらに、他の熱伝導率の良い気体を採用した場合には、上記のヘリウムを採用した場合と同様の効果が得られる。
【００８２】
なお、上記に示す実施形態においては、回転機械として蒸気タービン２を例に挙げて説明したがこれに限られず、圧縮機やガスタービン等他の回転機械においても適用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１…締結部材
２…蒸気タービン（回転機械）
５，２０５，３０５…締結ユニット
６…締結部材用ヒータ
１１…上半部（被取付部材）
１６…下半部（被取付部材）
４６，２４６…ヒータ挿入穴
４７…縮径部
５０，２５０，３５０…ヒータ
５３…導入管（導入口）
６１，２６１…本体部
７１…気体導入手段
３８０…突出部
Ｄ…包絡線
Ｒ１…外径
Ｒ２…内径
【図１】
2013164085.tif 000005
【図２】
2013164085.tif 000006
【図３】
2013164085.tif 000007
【図４】
2013164085.tif 000008
【図５】
2013164085.tif 000009
【図６】
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【図７】
2013164085.tif 000011