(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有する中空構造体に設けられた検査穴封止構造において、
前記中空構造体の板厚領域の中空部側に位置する小径部分、該板厚領域の中空部から見て外側に位置し内面に雌ネジが切られた大径部分、及び前記大径部分から前記小径部分への遷移部分とからなる検査穴と、
前記小径部分に嵌入されるガイド部及び前記遷移部分に当接可能な当接部が一体に結合された内プラグと、
前記大径部分の雌ネジに螺入する雄ネジを有し、前記内プラグを外側から中空部側へ押圧する外プラグとからなり、
前記中空構造体が蒸気タービンの分割中空ディスクを有する溶接ローターであり、
前記検査穴が該分割中空ディスクの溶接継ぎ手部検査穴であり、
前記溶接ローターの中空部は、そこに酸化防止用ガスが封入され、
前記内プラグの熱膨張係数が、前記検査穴が設けられた前記中空構造体の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする検査穴封止構造。
【請求項２】
中空部を有する中空構造体に設けられた検査穴封止構造において、
前記中空構造体の板厚領域の中空部側に位置する小径部分、該板厚領域の中空部から見て外側に位置し内面に雌ネジが切られた大径部分、及び前記大径部分から前記小径部分への遷移部分とからなる検査穴と、
前記小径部分に嵌入されるガイド部及び前記遷移部分に当接可能な当接部が一体に結合された内プラグと、
前記大径部分の雌ネジに螺入する雄ネジを有し、前記内プラグを外側から中空部側へ押圧する外プラグとからなり、
前記内プラグにおける前記中空部から見て外側の端面に、雌ネジ穴が穿設されていることを特徴とする検査穴封止構造。
【請求項３】
中空部を有する中空構造体に設けられた検査穴封止構造において、
前記中空構造体の板厚領域の中空部側に位置する小径部分、該板厚領域の中空部から見て外側に位置し内面に雌ネジが切られた大径部分、及び前記大径部分から前記小径部分への遷移部分とからなる検査穴と、
前記小径部分に嵌入されるガイド部及び前記遷移部分に当接可能な当接部が一体に結合された内プラグと、
前記大径部分の雌ネジに螺入する雄ネジを有し、前記内プラグを外側から中空部側へ押圧する外プラグとからなり、
前記外プラグにおける前記中空部から見て外側の端面の周縁部に、前記検査穴の中心軸に対して半径方向の突起と、前記中空構造体の外表面に前記突起を嵌着可能な切り欠き部とを有することを特徴とする検査穴封止構造。
【請求項４】
前記内プラグにおける前記中空部から見て外側の端面に、雌ネジ穴が穿設されていることを特徴とする請求項３記載の検査穴封止構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空構造体の検査穴、特に蒸気タービンにおける分割中空ディスクからなる溶接ロータの溶接継ぎ手部検査穴に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空構造体の一例である蒸気タービンにおける溶接ロータは、図６に示すように、一対の支持軸１に連結している端部中空ディスク２、及び該端部中空ディスク２の間にありそれぞれ異なる過酷度に対応可能な異種材料よりなる複数の中間中空ディスク３から構成されており、互いに隣接するディスク間が溶接継ぎ手部４を介して結合されている。ここで、端部中空ディスク２及び中間中空ディスク３は、分割中空ディスクと総称される。
【０００３】
前記溶接ロータでは、運転中の事故を防止する目的で、溶接継ぎ手部４の健全性を確保するための検査が不可欠である。しかし、超音波探傷試験などの非破壊検査では、溶接ロータのような中空構造体における中空部側の溶接部の欠陥の有無を精度良く確認できない。従って、図７に示すような溶接ロータを貫通する検査穴５を設け、検査穴５に可撓性の光ファイバを通して中空部側の溶接部を観察する必要がある。
【０００４】
従来の溶接ロータのような中空構造体に設けられた検査穴５の封止構造を図７に示す。
従来の検査穴５は、検査時を除いて中空部に封入されたアルゴンなどの酸化防止用ガスが漏出しないように、また外側から中空部へ蒸気が侵入しないように、平座金又はＯリングなどの環状シール材６及びプラグ７によって封止されている。具体的には、検査穴５の中空部側の径を小さくすることにより、該検査穴５の中間に環状シール材６を押圧するための段部５ｂを形成している。さらに、検査穴５の中空部から見て外側の大径部分には、プラグ７を螺入するために雌ネジ部５ａが形成されている。施工手順は、先ず段部５ｂに環状シール材６を挿入し、次いで雌ネジ部５ａにプラグ７を螺入することにより、環状シール材６が段部５ｂに押圧され、最後に端部中空ディスク２又は中間中空ディスク３からなる溶接ロータのような中空構造体の外面とプラグ７の頭部端面の間でプラグ７の緩み防止のための回り止め施工により掛止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記溶接ロータのような中空構造体に設けられた検査穴５は、直径２０数ミリメートル程度で可能な限り小さいものが望ましい事と、検査穴５の段部５ｂは中空構造体外面から板厚方向の深い位置に設けられているため、段部５ｂへ環状シール材６を装着することが難しく、特に芯合わせが煩瑣である。即ち、環状シール材６が途中で引っ掛かって傾いたり、環状シール材６と検査穴５の中心がズレていると、シール性が損なわれるという問題がある。
また、環状シール材６は、運転時に長時間高温下でプラグ７により押圧され、段部５ｂに圧着されるため焼き付きを起こす可能性もある。その場合は、環状シール材６の交換が困難又は不可能になるという問題がある。
さらに、中空構造体の外面とプラグ７の頭部端面が一部互いに交錯するように回り止め施工されることによって、両者はそれぞれ変形又は損傷を受ける。プラグ７は交換可能であるが、中空構造体は交換しないため、該中空構造体の変形又は損傷は残り、その後の定期点検時のプラグ７の脱着、再回り止め施工に支障が生じる可能性がある。
以上のことは、蒸気タービンの溶接ロータのみならず、中空構造体の検査穴には共通の問題点である。
【０００６】
本発明は、上記問題点の少なくとも一つを解決するためになされたもので、装着性に優れ、シールの信頼性が高く、取り外しが容易な中空構造体の検査穴封止構造の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、中空部を有する中空構造体に設けられた検査穴封止構造において、前記中空構造体の板厚領域の中空部側に位置する小径部分、該板厚領域の中空部から見て外側に位置し内面に雌ネジが切られた大径部分、及び前記大径部分から前記小径部分への遷移部分とからなる検査穴と、前記小径部分に嵌入されるガイド部及び前記遷移部分に当接可能な当接部が一体に結合された内プラグと、前記大径部分の雌ネジに螺入する雄ネジを有し、前記内プラグを外側から中空部側へ押圧する外プラグとからなる特徴とする。
【０００８】
更に、蒸気タービンの分割中空ディスクを有する溶接ローターからなり、前記検査穴が該分割中空ディスクの溶接継ぎ手部検査穴であり、前記溶接ローターの中空部は、そこに酸化防止用ガスが封入されていることを特徴とする。
【００１０】
更に、前記内プラグの熱膨張係数が、検査穴が設けられた中空構造体の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、中空部を有する中空構造体に設けられた検査穴封止構造において、前記中空構造体の板厚領域の中空部側に位置する小径部分、該板厚領域の中空部から見て外側に位置し内面に雌ネジが切られた大径部分、及び前記大径部分から前記小径部分への遷移部分とからなる検査穴と、前記小径部分に嵌入されるガイド部及び前記遷移部分に当接可能な当接部が一体に結合された内プラグと、前記大径部分の雌ネジに螺入する雄ネジを有し、前記内プラグを外側から中空部側へ押圧する外プラグとからなり、前記内プラグにおける前記中空部から見て外側の端面に、雌ネジ穴が穿設されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、中空部を有する中空構造体に設けられた検査穴封止構造において、前記中空構造体の板厚領域の中空部側に位置する小径部分、該板厚領域の中空部から見て外側に位置し内面に雌ネジが切られた大径部分、及び前記大径部分から前記小径部分への遷移部分とからなる検査穴と、前記小径部分に嵌入されるガイド部及び前記遷移部分に当接可能な当接部が一体に結合された内プラグと、前記大径部分の雌ネジに螺入する雄ネジを有し、前記内プラグを外側から中空部側へ押圧する外プラグとからなり、前記外プラグにおける前記中空部から見て外側の端面の周縁部に、前記検査穴の中心軸に対して半径方向の突起と、前記中空構造体の外表面に前記突起を嵌着可能な切り欠き部とを有することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項３記載の検査穴封止構造において、前記内プラグにおける前記中空部から見て外側の端面に、雌ネジ穴が穿設されていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１ないし図５に示す実施例に基づいて説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明にすぎない。図１は本発明の実施形態の一つである検査穴５０を示す溶接ロータの部分断面図、図２は図１の平面図、図３は内プラグ６０、外プラグ７０が嵌着する前の部分断面図、図４は内プラグ６０を示す断面図、図５は外プラグ７０を示す断面図である。なお図６、図７の従来例と同一部材については同一符号を使用する。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施形態の一つにおける検査穴５０は、溶接ロータの一部である中間中空ディスク３の板厚領域において中空部側に位置する小径部分５２、該板厚領域の中空部から見て外側に位置し内面に雌ネジ５５が切られた大径部分５１、及び前記大径部分５１から前記小径部分５２への遷移部分５３から構成される。大径部分５１、小径部分５２、及び遷移部分５３は、図２に示すように平面断面が円形である。ただし、小径部分５２は平面断面が多角形であってもよい。
遷移部分５３は図３に示すように立断面がテーパ状に形成されているが、立断面が多段状に形成されていても良い。
【００１５】
上記検査穴５０に嵌着される内プラグ６０は、検査穴５０の小径部分５２に嵌入されるガイド部６１及び遷移部分５３に当接可能な当接部６２が一体として結合されている。
当接部６２の断面は図４に示すように立断面がテーパ状に形成されているが、検査穴５０の遷移部分５３の形状に合わせて、立断面が多段状に形成されていても良い。遷移部分５３及び当接部６２が、テーパ状又は多段状に形成されているため、両者がなじみやすく、当接度合いの変化が緩やかであり、微調整が可能となる。
また、図４に見るように、当接部６２はテーパ状部と柱状部から構成されているため、先鋭な部分が形成されない。さらに、ガイド部６１と当接部６２の間にガイド部６１の径より小さい径の首部が介在しているが、これらの構成、形状に限定されるものではない。
【００１６】
内プラグ６０の材料を、その熱膨張係数が溶接ロータのような中空構造体の熱膨張係数よりも大きい材料とすることもできる。これにより、溶接ロータ及び内プラグ６０の温度が上昇して検査穴５０が熱膨張しても内プラグ６０の熱膨張の方が大きいため、内プラグ６０の当接部６２を検査穴５０の遷移部５３に密着させることができる。即ち、溶接ロータの中空部に封入されたアルゴンなどの酸化防止用ガスが漏出しないように、また外側から中空部へ蒸気が侵入しないようにシール性を確保することができる。さらに、内プラグ６０の材料は、溶接ロータのような中空構造体の材料と異なるため、長時間高温下での運転によっても焼き付きを起しにくく、内プラグ６０を容易に引き出すことができる。
【００１７】
内プラグ６０の当接部６２における溶接ロータの中空部から見て外側の端部には雌ネジ孔６５を設けることもできる。これにより、雄ネジを有する脱着具により内プラグ６０を脱着することもできる。
【００１８】
また図５に見るように、外プラグ７０において、溶接ロータの中空部側に位置する柱状部７２の外周には雄ネジが設けられている。また、溶接ロータの中空部から見て外側に位置する頭部７１の端部中央には脱着用六角レンチ穴７７が設けられている。雌ネジが切られた検査穴５０の大径部分５１に外プラグ７０の柱状部７２を螺着することにより、内プラグ６０を溶接ロータの中空部側に押圧し、内プラグの当接部６２を検査穴５０の遷移部分５３に当接させ、シール性を高めることができる。
【００１９】
外プラグ７０における頭部７１の端部は、板厚が薄い周縁部７５を設けることもできる。これにより、検査穴５０の中心軸に対して半径方向の突起７６を形成するように周縁部７５を容易に変形できる。従って、中空部から見て外側の溶接ロータ表面に設けた切り欠き部８０に前記突起７６を嵌着させることができ、板厚が薄い周縁部７５及び切り欠き部８０を設けない場合に比べて信頼性の高い回り止め施工が可能となる。さらに、溶接ロータ外表面に予め切り欠き部８０を設けておくため、回り止めの施工又は除去時に溶接ロータを変形又は損傷させる事はなく、外プラグ７０を交換すれば繰り返して検査穴５０の封止、回り止め施工が可能である。
図２では、切り欠き部８０は、検査穴５０の中心軸に対して点対称に一対設けられているが、外プラグ７０の回り止めが目的のため、切り欠き部８０は点対称でなくとも良く、一対にも限定されない。
【００２０】
施工手順について、以下に示す。
まず、検査穴５０が上部に位置するように溶接ロータを回動し、検査穴５０の中心軸を鉛直にするような位置で固定する。次いで、内プラグ６０の中心軸を検査穴５０のそれに一致させると共に、ガイド部６１を下方にして、内プラグ６０を検査穴６１に落とし込む。検査穴５０が内プラグ６０を挿入する方向より大径部分５１から小径部分５２に構成されている事と、内プラグ６０が小径部分５２に案内するガイド部６１を有している事のため、検査穴５０の中心軸を垂直にした状態で内プラグ６０を検査穴５０に落とし込む事により、内プラグ６０のガイド部６１が検査穴５０の小径部分５２に嵌入され、テーパ状の当接面６２が検査穴５０のテーパ状の遷移部分５３に当接し、容易に内プラグ６０と検査穴５０の芯合わせができる。
前記手順の代わりに、内プラグ６０の雌ネジ穴６５に、雄ネジを有する脱着具を装着し、脱着具の把持部を持って、内プラグ６０を検査穴５０に嵌入した後、脱着具を反対に回して雌ネジ穴６５から脱着具を外すようにしても良い。
【００２１】
次に、六角レンチの先端を外プラグ７０の六角レンチ用穴７７に装着し、六角レンチにより外プラグ７０の柱状部７２を検査穴５０の大径部分５１に螺着させ、内プラグ６０を外プラグ７０により押圧し、内プラグ６０の当接部６２が検査穴５０の遷移部分５３へ当接する度合いを高め、シール性を確保することができる。外プラグ７０は内プラグ６０とは別体で構成されているため、外プラグ７０がネジ部に螺着するのとは独立に内プラグ６０の芯出しが可能である。
【００２２】
最後に、検査穴５０に内プラグ６０及び外プラグ７０の嵌着が完了した後に、外プラグ７０の回り止めのために、外プラグ７０の頭部７１に設けた周縁部７５の一部を、溶接ロータ外表面に設けた切り欠き部８０に嵌着するような突起７６を形成するように、検査穴５０の中心軸に対して半径方向に延出させる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、各請求項記載の発明によれば、溶接ロータのような中空構造体に設けられた検査穴が、内プラグを挿入する方向より大径部分から小径部分に構成されている事と、内プラグが小径部分に案内するガイド部を有している事のため、検査穴の中心軸を垂直にした状態で内プラグを検査穴に落とし込む事により、内プラグのガイド部が検査穴の小径部分に嵌入され、容易に内プラグと検査穴の芯合わせができる。さらに、外プラグは内プラグとは別体で構成されているため、外プラグがネジ部に螺着するのとは独立に内プラグの芯出しが可能である。
【００２５】
また、請求項１記載の発明によれば、上記の効果に加えて、内プラグの材料を、その熱膨張係数が溶接ロータのような中空構造体の熱膨張係数よりも大きい材料とすることにより、溶接ロータ及び内プラグの温度が上昇して検査穴が熱膨張しても該内プラグの熱膨張の方が大きいため、該内プラグの当接部を該検査穴の遷移部に密着させることができる。これにより、溶接ロータの中空部に封入されたアルゴンなどの酸化防止用ガスが漏出しないような、また外側から中空部へ蒸気が侵入しないような高いシール性を確保することができる。さらに、内プラグの材料は、溶接ロータのような中空構造体の材料と異なるため、長時間高温下での運転によっても焼き付きを起しにくく、内プラグを容易に引き出すことができる。
【００２６】
また、請求項２、４記載の発明によれば、上記の効果に加えて、内プラグの雌ネジ穴に雄ネジを有する脱着具を装着することで、脱着具の把持部を持って、容易に内プラグを検査穴に嵌入又は引き出すことができる。
【００２７】
また、請求項３記載の発明によれば、上記の効果に加えて、溶接ロータのような中空構造体に設けられた切り欠き部に、外プラグの周縁部の一部を検査穴の中心軸に対して半径方向に延出して嵌着させることにより、信頼性の高い外プラグの回り止めができる。さらに、中空構造体外表面に予め切り欠き部を設けておくため、回り止めの施工又は除去時に中空構造体を変形又は損傷させる事はなく、外プラグを交換すれば繰り返して検査穴の封止、回り止め施工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一つを示す部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態の一つである図１の平面図である。
【図３】本発明の実施形態の一つである図１の内プラグ及び外プラグが嵌着される前の部分断面図である。
【図４】本発明の内プラグの一実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の外プラグの一実施例を示す断面図である。
【図６】蒸気タービンの分割中空ディスクより成る溶接ロータを示す概略断面図である。
【図７】従来の検査穴の封止構造である。
【符号の説明】
２      端部中空ディスク
３      中間中空ディスク
４      溶接継ぎ手部
５      検査穴
７      プラグ
５０      検査穴
５１      大径部分
５２      小径部分
５３      遷移部分
６０      内プラグ
６１      ガイド部
６２      当接部
６５      雌ネジ穴
７０      外プラグ
７６      突起
８０      切り欠き部
【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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【図６】
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【図７】
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