(57)【要約】【課題】蒸気タービンロータのシール摺動キー部材、関連アセンブリ、及び蒸気タービンを提供する。【解決手段】種々の実施形態は、関連アセンブリ及び蒸気タービン（２）とともに、ロータキー部材（２０）を含む。特定の実施形態は、蒸気タービンロータ本体（４６）内で周方向シール（２４）を周方向に保持するためのロータキー部材（２０）を含み、ロータキー部材（２０）は、周方向シール（２４）の軸方向面（５６）に接触するようにサイズ決定された主本体（２６）と、主本体（２６）から軸方向に周方向シール（２４）に向かう方向に延在するロック部材（２８）であって、周方向シール（２４）内の対応するスロット（３０）を実質的に補完して、蒸気タービンロータ本体（４６）に対する周方向シール（２４）の移動を制限するようにサイズ決定された１以上の周方向縁部（２９）を有するロック部材（２８）とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンロータ本体（４６）内で周方向シール（２４）を周方向に保持するためのロータキー部材（２０）であって、
周方向シール（２４）の軸方向面（５６）に接触するようにサイズ決定された主本体（２６）と、
主本体（２６）から軸方向に周方向シール（２４）に向かう方向に延在するロック部材（２８）であって、周方向シール（２４）内の対応するスロット（３０）を実質的に補完して、蒸気タービンロータ本体（４６）に対する周方向シール（２４）の移動を制限するようにサイズ決定された１以上の周方向縁部（２９）を有するロック部材（２８）と、
を備えるロータキー部材（２０）。
【請求項２】
１以上の周方向縁部（２９）は、周方向シール（２４）のスロット（３０）内の周方向に面した対応する壁（３２）に係合するようにサイズ決定された別個の２つの周方向縁部（２９）を含む、請求項１に記載のロータキー部材（２０）。
【請求項３】
主本体（２６）及びロック部材（２８）は、スロット（３０）内の対応する棚部（３６）を補完するようにサイズ決定された張出部（３４）を形成する、請求項１に記載のロータキー部材（２０）。
【請求項４】
主本体（２６）及びロック部材（２８）は、実質的に単体であり、共通の材料で形成される、請求項１に記載のロータキー部材（２０）。
【請求項５】
共通の材料は鋼を含む、請求項４に記載のロータキー部材（２０）。
【請求項６】
ロック部材（２８）は、主本体（２６）の周方向長さにほぼ等しい周方向長さを有する、請求項１に記載のロータキー部材（２０）。
【請求項７】
蒸気タービン（２）のロータアセンブリ（２２）であって、
ロータ本体（４６）であって、ロータ本体（４６）の主軸を中心として実質的に周方向全体に延在するスロット（４８）を有し、スロット（４８）は、
ロータ本体（４６）を中心として実質的に周方向距離の全体に延在する一次スロット（５０）と、
一次スロット（５０）から軸方向に延在し、ロータ本体（４６）を中心として周方向距離の一部分のみに及ぶ二次スロット（５２）とを有するロータ本体（４６）と、
ロータ本体（４６）を中心として実質的に周方向距離の全体に及ぶ、一次スロット（５０）内の周方向シール（２４）であって、周方向に延在する１以上のスロット（３０）を含む周方向シール（２４）と、
ロータキー部材（２０）であって、
周方向シール（２４）の軸方向面（５６）に接触するようにサイズ決定された主本体（２６）と、
主本体（２６）から軸方向に周方向シール（２４）に向かう方向に延在するロック部材（２８）であって、周方向シール（２４）内の周方向に延在するスロット（３０）を実質的に補完して、ロータ本体（４６）に対する周方向シール（２４）の移動を制限するようにサイズ決定された１以上の周方向縁部（２９）を有するロック部材（２８）とを含むロータキー部材（２０）と、
を備える、蒸気タービン（２）のロータアセンブリ（２２）。
【請求項８】
ケーシング（７）と、
ケーシング（７）内に少なくとも部分的に収容されたロータアセンブリ（２２）とを備え、ロータアセンブリ（２２）は、
ロータ本体（４６）であって、ロータ本体（４６）の主軸を中心として実質的に周方向全体に延在するスロット（４８）を有し、スロット（４８）は、
ロータ本体（４６）を中心として実質的に周方向距離の全体に延在する一次スロット（５０）と、
一次スロット（５０）から軸方向に延在し、ロータ本体（４６）を中心として周方向距離の一部分のみに及ぶ二次スロット（５２）とを有するロータ本体（４６）と、
ロータ本体（４６）を中心として実質的に周方向距離の全体に及ぶ、一次スロット（５０）内の周方向シール（２４）であって、周方向に延在する１以上のスロット（３０）を含む周方向シール（２４）と、
ロータキー部材（２０）であって、
周方向シール（２４）の軸方向面（５６）に接触するようにサイズ決定された主本体（２６）と、
主本体（２６）から軸方向に周方向シール（２４）に向かう方向に延在するロック部材（２８）であって、周方向シール（２４）内の周方向に延在するスロット（３０）を実質的に補完して、ロータ本体（４６）に対する周方向シール（２４）の移動を制限するようにサイズ決定された１以上の周方向縁部（２９）を有するロック部材（２８）とを含むロータキー部材（２０）と、
を有する蒸気タービン（２）。
【請求項９】
周方向に延在するスロット（３０）は、ロータ本体（４６）を中心として周方向距離の一部分のみに延在する、請求項８に記載の蒸気タービン（２）。
【請求項１０】
周方向シール（２４）は、軸方向面（５６）からロータキー部材（２０）に向けて軸方向に延在する突起（６０）をさらに含み、突起（６０）は、周方向に延在するスロット（３０）の半径方向内側に位置する、請求項８に記載の蒸気タービン（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、蒸気タービンに関する。具体的には、本明細書に開示する主題は、蒸気タービンのシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンは、作用流体の流れを回転ロータに連結されたタービンバケット内に導く静止ノズルアセンブリを含む。ノズル構造（複数のノズルを含む、又は「翼形」）は、時には「ダイアフラム」又は「ノズルアセンブリ段」とも称される。蒸気タービンのダイアフラムは、２つの片割れを含み、２つの片割れは、ロータの周りで組み立てられ、それらの間に水平ジョイントを作り出す。各タービンダイアフラム段は、それぞれの水平ジョイントで支持棒、支持耳又は支持ねじによりダイアフラムの各側に垂直に支持される。ダイアフラムの水平ジョイントは、蒸気タービンのダイアフラムを取り囲むタービンケーシングの水平ジョイントにも対応する。
【０００３】
蒸気タービンは、ロータ構成要素とステータ構成要素の間、典型的には、ロータバケット先端の半径方向外側とダイアフラムノズルカバー（ステータ）の半径方向内側との間のシールを利用する。一部のシールは、ロータ及び／又はステータの歯として形成されるが、他の構成は、ロータ内の周方向ダブテールスロット内に位置する周方向（又は回転）シールを含む。これらの回転（周方向）シールは、半径方向保持、回転制御、周方向ロック、及び周面全体のシール均一性を含む、固有の設計制約条件を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２８８３６１号明細書
【発明の概要】
【０００５】
種々の実施形態は、関連アセンブリ及び蒸気タービンとともに、ロータキー部材を含む。特定の実施形態は、蒸気タービンロータ本体内で周方向シールを周方向に保持するためのロータキー部材を含み、ロータキー部材は、周方向シールの軸方向面に接触するようにサイズ決定された主本体と、主本体から軸方向に周方向シールに向かう方向に延在するロック部材であって、周方向シール内の対応するスロットを実質的に補完して、蒸気タービンロータ本体に対する周方向シールの移動を制限するようにサイズ決定された１以上の周方向縁部を有するロック部材とを有する。
【０００６】
本開示の第１の態様は、蒸気タービンロータ本体内で周方向シールを周方向に保持するためのロータキー部材を含み、ロータキー部材は、周方向シールの軸方向面に接触するようにサイズ決定された主本体と、主本体から軸方向に周方向シールに向かう方向に延在するロック部材であって、周方向シール内の対応するスロットを実質的に補完して、蒸気タービンロータ本体に対する周方向シールの移動を制限するようにサイズ決定された１以上の周方向縁部を有するロック部材とを有する。
【０００７】
本開示の第２の態様は、蒸気タービンロータアセンブリを含み、蒸気タービンロータアセンブリは、ロータ本体であって、ロータ本体の主軸を中心として実質的に周方向全体に延在するスロットを有し、スロットは、ロータ本体を中心として実質的に周方向距離の全体に延在する一次スロットと、一次スロットから軸方向に延在し、ロータ本体を中心として周方向距離の一部分のみに及ぶ二次スロットとを有するロータ本体と、ロータ本体を中心として実質的に周方向距離の全体に及ぶ一次スロット内の周方向シールであって、周方向に延在する１以上のスロットを含む周方向シールと、ロータキー部材であって、周方向シールの軸方向面に接触するようにサイズ決定された主本体と、主本体から軸方向に周方向シールに向かう方向に延在するロック部材であって、周方向シール内の周方向に延在するスロットを実質的に補完して、ロータ本体に対する周方向シールの移動を制限するようにサイズ決定された１以上の周方向縁部を有するロック部材とを含むロータキー部材とを含む。
【０００８】
本開示の第３の態様は、蒸気タービンを含み、蒸気タービンは、ケーシングと、ケーシング内に少なくとも部分的に収容されたロータアセンブリとを備え、ロータアセンブリは、ロータ本体であって、ロータ本体の主軸を中心として実質的に周方向全体に延在するスロットを有し、スロットは、ロータ本体を中心として実質的に周方向距離の全体に延在する一次スロットと、一次スロットから軸方向に延在し、ロータ本体を中心として周方向距離の一部分のみに及ぶ二次スロットとを有するロータ本体と、ロータ本体を中心として実質的に周方向距離の全体に及ぶ一次スロット内の周方向シールであって、周方向に延在する１以上のスロットを含む周方向シールと、ロータキー部材であって、周方向シールの軸方向面に接触するようにサイズ決定された主本体と、主本体から軸方向に周方向シールに向かう方向に延在するロック部材であって、周方向シール内の周方向に延在するスロットを実質的に補完して、ロータ本体に対する周方向シールの移動を制限するようにサイズ決定された１以上の周方向縁部を有するロック部材とを含むロータキー部材とを有する。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴は、本開示の種々の実施形態を描いた添付図面に関連してなされる本発明の種々の態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】種々の実施形態による蒸気タービンの概略部分断面図を示している。
【図２】本開示の種々の実施形態によるロータキー部材の概略三次元斜視図を示している。
【図３】本開示の種々の実施形態による、キー部材を含む蒸気タービンロータアセンブリ（略してロータアセンブリ）の概略切欠き斜視図を示している。
【図４】図２及び図３のキー部材を表示しない交差部を通る、本開示の種々の実施形態によるロータアセンブリの概略切欠き図を示している。
【図５】本開示の種々の実施形態によるロータアセンブリの一部分の三次元斜視図を示している。
【図６】本開示の種々の実施形態による周方向シール部材の概略三次元斜視図を示している。
【図７】本開示の種々の実施形態による、第１の位置にあるロータアセンブリの一部分の三次元斜視図を示している。
【図８】本開示の種々の実施形態による、第２の位置にあるロータアセンブリの一部分の三次元斜視図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の図面は必ずしも原寸に比例して描かれていないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定していると見なされるものではない。図面において、同じ番号の付与は図面間で同じ要素を表す。
【００１２】
本明細書に開示する主題は、蒸気タービンに関する。具体的には、本明細書に開示する主題は、蒸気タービンの回転シールに関する。
【００１３】
本開示の種々の実施形態によると、装置（例えば、キー部材）は、蒸気タービンの周方向（回転可能な）シールをロック／ロック解除し、そのシールを半径方向に保持するとともに回転を防止するように構成される。周方向シールを保持する従来の手法は、不要な回転を許容し、シールの効果を減少させるとともにシール及び隣接構成要素を磨耗させ得る、スリップ及びクリープの影響も受け易い。これら従来の手法とは対照的に、種々の実施形態は、ロータ本体内のキースロットに係合し、隣接する周方向シールを半径方向に保持するようにサイズ決定された半径方向キー部材を含む。場合によっては、半径方向キー部材は、周方向に配されたシール保持部材同士の間に位置する。追加の実施形態では、半径方向キー部材を所定位置にロックし、回転シールを周方向次元で保持するために、第２のキー部材が使用される。半径方向キー部材は、ロータ本体内のスロットに係合するようにサイズ決定された、軸方向に延在する１以上のフックを含むことができる。半径方向キー部材は、周方向シールと、ロータ本体内のキースロットの軸方向に面した壁との両方に接触するのに十分な軸方向幅を有する。
【００１４】
これらの図に示すように、「Ａ」軸は、（明瞭にするために省略されている、時にはタービン中心線と称される、タービンロータの軸に沿った）軸方向の向きを表す。本明細書において、「軸方向の（ａｘｉａｌ）」及び／又は「軸方向に（ａｘｉａｌｌｙ）」という用語は、ターボ機械（特にロータセクション）の回転軸と実質的に平行な軸Ａに沿った物体の相対位置／方向を意味する。さらに本明細書において、「半径方向の（ｒａｄｉａｌ）」及び／又は「半径方向に（ｒａｄｉａｌｌｙ）」という用語は、軸Ａに対して実質的に垂直であり１箇所のみで軸Ａと交差する軸（ｒ）に沿った物体の相対位置／方向を意味する。さらに、「周方向の（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ）」及び／又は「周方向に（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、軸Ａを取り囲むがどの箇所でも軸Ａと交差しない周面（ｃ）に沿った物体の相対位置／方向を意味する。図中で同じように表記された要素は、実質的に同様な（例えば、同じ）構成要素を示している。
【００１５】
図１に目を向けると、蒸気タービン２（例えば、高圧／中圧蒸気タービン）の概略部分断面図が示されている。蒸気タービン２は、例えば、低圧（ＬＰ）セクション４及び高圧（ＨＰ）セクション６を含み得る（ＬＰセクション４又はＨＰセクション６は、当該分野で知られているような中圧（ＩＰ）セクションを含み得ることも理解されたい）。ＬＰセクション４及びＨＰセクション６は、少なくとも部分的にケーシング７に入れられる。蒸気が、ケーシング７の１以上の入口８を介してＨＰセクション６及びＬＰセクション４に進入し、（１以上の）入口８から軸方向下流に流れ得る。幾つかの実施形態では、ＨＰセクション６及びＬＰセクション４は、軸受け１２に接触し得る共通のシャフト１０により結合され、作用流体（蒸気）がＬＰセクション４及びＨＰセクション６のそれぞれ内のブレードの回転を起こさせるときに、シャフト１０の回転が可能となる。ＬＰセクション４及びＨＰセクション６内のブレードに機械的に作用した後に、作用流体（例えば、蒸気）は、ケーシング７の出口１４から出ることができる。ＨＰセクション６及びＬＰセクション４の中心線（ＣＬ）１６が、基準点として示されている。ＬＰセクション４とＨＰセクション６の両方は、ケーシング７のセグメント内に収容されるダイアフラムアセンブリを含むことができる。
【００１６】
図２は、本開示の種々の実施形態によるロータキー部材２０の概略三次元斜視図を示している。図３は、種々の実施形態による、キー部材２０を含む蒸気タービンロータアセンブリ（略してロータアセンブリ）２２の概略切欠き斜視図を示している。図４は、キー部材２０を表示しない交差部を通る、ロータアセンブリ２２の概略切欠き図を示している。図２〜図４は同時に参照される。図２及び図３に示すように、ロータキー部材２０は、蒸気タービンのロータ本体４６内（例えば、蒸気タービン２などの蒸気タービン内のロータアセンブリ２２内）で周方向シール２４を（例えば、周方向に）保持するようにサイズ決定（構成）される。ロータアセンブリ２２（周方向シール２４を含む）は、蒸気タービンのＨＰ、ＩＰ及び／又はＬＰセクション（例えば、蒸気タービン２のＨＰ６、ＬＰ４などのセクション）内の構成要素であり得ることを理解されたい。
【００１７】
ロータキー部材２０は、周方向シール２４の軸方向面５６（軸方向に面した表面）に接触するようにサイズ決定された主本体２６と、主本体２６から軸方向に周方向シール２４に向かう方向に延在するロック部材２８とを含むことができる。ロック部材２８は、周方向シール２４内で周方向に延在する対応するスロット３０（図６、図７及び図８も参照）を実質的に（例えば、完全に又はほぼ完全に）補完して（例えば、同一平面上又はほぼ同一平面上で嵌って）、ロータ本体４６に対する周方向シール２４の移動を制限する（例えば、周方向シール２４の周方向、軸方向及び／又は半径方向の移動を制限する）ようにサイズ決定された１以上の周方向縁部２９（周方向に面し、図２に２つ示されている）を有する。ロック部材２８は、場合によっては、主本体２６から（例えば、場合によっては、実質的に垂直に（例えば、許容可能なずれ、１〜３％のずれなどの範囲で垂直に）延在する。種々の実施形態では、１以上の周方向縁部２９は、スロット３０内の周方向に面した対応する壁３２（図６、７、８）に係合するようにサイズ決定された別個の２つの周方向縁部２９を含む。場合によっては、１以上の周方向縁部２９は、丸みを帯びた表面、球状の表面、そうでなければ湾曲した表面を含むが、しかし、１以上の周方向縁部２９は、本明細書に記述する機能を実施できる任意の形状又は形式をとることができることを理解されたい。種々の実施形態では、主本体２６及びロック部材２８は、スロット３０内の対応する棚部３６（図３）を補完する（例えば、同一平面上又はほぼ同一平面上で嵌る）ようにサイズ決定された張出部３４（図２）を形成する。種々の実施形態によると、ロック部材２８は、主本体２６の周方向長さｌCにほぼ等しい周方向長さｌCを有する。
【００１８】
種々の実施形態では、（ロータキー部材２０の）主本体２６とロック部材２８の両方は、実質的に単体であり、共通の材料で形成され得る。この材料は、例えば、約２．５パーセント〜約１２パーセントのクロムを含む、鋼（例えば、ＩＮＣＯ６１５又はＩＮＣＯ７１８）を含むことができる。場合によっては、ロータキー部材２０は、単一の材料片で作られ得、例えば、鍛造され、鋳造され、成型され、そうでなければ共通の材料から形成され得る。
【００１９】
図５は、周方向シール２４及びロータキー部材２０を除いた、ロータアセンブリ２２の一部分の概略斜視図を示している。種々の実施形態によると、例えば、図３、図４及び図５に示すように、ロータアセンブリ２２は、ロータ本体４６の主軸（Ａ）（蒸気タービンの回転軸に対応する主軸Ａ）を中心として実質的に周方向全体に延在するスロット４８を有するロータ本体４６を含むことができる。スロット４８は、ロータ本体４６を中心として実質的に周方向距離の全体に延在する一次スロット５０と、一次スロット５０から軸方向に延在し、ロータ本体４６を中心として周方向距離の一部分のみに及ぶ二次スロット５２（図３、図５）とを含むことができる。図３に示すように、ロータアセンブリ２２は、ロータ本体４６を中心として実質的に周方向距離の全体に及ぶ、一次スロット５０内の周方向シール２４（例えば、複数のセクションで、又は連続した１つの材料片として）をさらに含むことができる。
【００２０】
図６は、周方向シール２４の概略斜視図を示している。図７及び図８は、種々の実施形態による、周方向シール２４、第１の（ロック解除）位置にあるロータキー部材２０（図７）、第２の（ロック）位置にあるロータキー部材２０（図８）を含む、ロータアセンブリ２２の一部分の概略斜視図を示している。図６、図７及び図８に示すように、場合によっては、周方向シール２４は、（周方向シール２４の）軸方向面５６からロータキー部材２０に向かって軸方向に延在する突起６０を含む。場合によっては、突起６０は、周方向に延在するスロット３０の半径方向内側に位置し、（図７に示す第１の位置で）二次スロット５２を通してロータアセンブリ２２内に半径方向に挿入されるときにロータキー部材２０のためのガイドとして働くことができる。図３に関連して見られる図８に見ることができるように、ロータキー部材２０は、二次スロット５２内を半径方向に通るようにサイズ決定されており、ロータキー部材２０がロータ本体４６とともに回転（例えば、図７〜図８に示すような、タービンの始動又は初期負荷のときの時計回りの回転）するときに、ロック部材２８は、周方向に延在するスロット３０内で摺動して、（スロット３０内の）周方向に面した壁３２の１つに係合する。壁３２（及び棚部３６）に係合することによって、ロータキー部材２０は、周方向シール２４を周方向に有効にロックし、これは、周方向シールが（スロット３０を介して）ロック部材２８により保持されている間に、ロータキー部材２０が二次スロット５２内に保持されるためである。ロータキー部材２０は、ロータ本体４６とともに回転し（二次スロット５２内に保持される）、このことは、ロータキー部材がロック機構を導き、それにより、（例えば、この例に示す時計回り方向に）前進しながら周方向シール２４を保持することを意味する。
【００２１】
種々の実施形態によると、ロータキー部材２０（及びロータアセンブリ２２）は、蒸気タービン（例えば、蒸気タービン２）内の複数の段で利用され得、周方向シール構成要素の組立／分解の両方を支援でき、磨耗及び構成要素の故障による問題を抑制できることを理解されたい。さらに、種々の実施形態によると、周方向シール２４は、複数の（例えば、１以上の）スロット３０を含むことができ、複数のロータキー部材２０は、本明細書に記述するように、スロットの数に対応し周方向シール２４を保持するために利用され得る。
【００２２】
本明細書における用語は、特定の実施形態を記述することのみを目的としており、本開示を限定することを意図していない。本明細書において、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかに別様に指示していない限り、複数形も含むことを意図している。この明細書において、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、述べられる特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を除外しないことがさらに理解されるであろう。
【００２３】
この記載された説明では、最良の態様を含めて本発明を開示するために、さらには、任意の当業者が任意の装置又はシステムの作製及び使用並びに任意の組み込み方法の実行を含めて本発明を実施することを可能にするために、例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、請求項により規定されており、当業者が思い付く他の例を含み得る。このような他の例は、請求項の文言から相違しない構成要素を有する場合、又は、請求項の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、請求項の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００２４】
２  蒸気タービン
４  低圧（ＬＰ）セクション
６  高圧（ＨＰ）セクション
７  ケーシング
８  入口
１０  シャフト
１２  軸受け
１４  出口
１６  中心線（ＣＬ）
２０  ロータキー部材
２２  ロータアセンブリ
２４  周方向シール
２６  主本体
２８  ロック部材
２９  周方向縁部
３０  スロット
３２  壁
３４  張出部
３６  棚部
４６  ロータ本体
４８  スロット
５０  一次スロット
５２  二次スロット
５６  軸方向面
６０  突起
【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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【外国語明細書】
2017106457000001.pdf