(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室（１８）を密封する内側層（２０）と、力を支持する外側層（２４）との間に断熱用の耐圧中間層（２２）を有している多層構造の車室壁（１６）を備えた高圧タービンのタービン車室（１０）において、前記中間層（２２）が砂などの非金属ばら積み材（Ｓ）から成り、前記外側層（２４）が、熱膨張係数が異なる少なくとも２つの部分層、即ち、外側の第１部分層および内側の第２部分層（２４ａおよび２４ｂ）から構成されていることを特徴とするタービン車室。
【請求項２】
中間層（２２）が、内側層（２０）および外側層（２４）に比べて厚肉であることを特徴とする請求項１記載のタービン車室。
【請求項３】
内側層（２０）および／又は外側層（２４）が耐熱金属から成っていることを特徴とする請求項１又は２記載のタービン車室。
【請求項４】
前記耐熱金属は、１０％クロム鋼であることを特徴とする請求項３に記載のタービン車室。
【請求項５】
前記第１部分層が巻回された板金から成っていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のタービン車室。
【請求項６】
外側層（２４）を少なくとも部分的に包囲する断熱層（２６）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のタービン車室。
【請求項７】
外側層（２４）および／又は中間層（２２）を冷却する手段（２８、Ｋ）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のタービン車室。
【請求項８】
車室内部室（１０８）を密封する内側層（２０）、断熱用の耐圧中間層（２２）および力を支持する外側層（２４）を有する多層構造の車室壁（１６）を備え、前記外側層（２４）が、熱膨張係数が異なる少なくとも２つの部分層から構成されたタービン車室の製造方法において、鋳型（１００、１００′）の中に、中間層（２２）を代理する中子（１０４ｂ）が、外側層（２４）に対する空洞（１０６、１２１）および又は内側層（２０）に対する空洞（１０６、１２０）を形成した状態で挿入され、続いてその空洞（１０６、１２０、１２１）に鋳造材料（Ｇ）が充填されることを特徴とするタービン車室の製造方法。
【請求項９】
鋳型（１００）の内部に、中間層（２２）を代理する第１中子（１０４ｂ）と、車室内部室（１０８）を代理する第２中子（１０４ａ）とによって、内側層（２０）および外側層（２４）に対する片側断面Ｕ形の回転対称体の形をしたドーナツ焼き型状の空洞（１０６）が形成されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
予め作られた内側層（２０）および中間層（２２）を代理する中子（１０４ｂ）が鋳型（１００′）の中に挿入され、外側層（２４）に対する空洞（１２１）に鋳造材料（Ｇ）が充填されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
予め作られた外側層（２４）および中間層（２２）を代理する中子（１０４ｂ）が鋳型（１００′）の中に挿入され、内側層（２０）に対する空洞（１２０）に鋳造材料（Ｇ）が充填されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
鋳型（１００′）の中に、外側層（２４）および／又は内側層（２２）に対する片側断面Ｌ形の回転対称体の形をした空洞（１２０ないし１２１）が形成されることを特徴とする請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１３】
中間層（２２）を代理する中子（１０４ｂ）が、中間層（２２）として車室壁（１６）内に残されることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
中間層（２２）を代理する中子（１０４ｂ）と一緒に、多数のピン（１１０）が中子支持装置として鋳型（１００）の中に挿入されることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
車室内部室（１０８）を密封する内側層（２０）、断熱用の耐圧中間層（２２）および力を支持する外側層（２４）を有する多層構造の車室壁（１６）を備えたタービン車室の製造方法において、片側断面Ｕ形の回転対称体の形をしたドーナツ焼き型状の形材部品（１０６′）の中間空洞（１２２）の中に、充填物質が中間層（２２）として入れられ、その充填物質として砂などの非金属ばら積み材（Ｓ）が利用されることを特徴とするタービン車室の製造方法。
【請求項１６】
片側断面Ｕ形の回転対称体の形をしたドーナツ焼き型状の形材部品（１０６′）が多分割構造をなし、外側層（２４）および内側層（２０）の結合中あるいは結合後に、充填物質（Ｓ）が中間層（２２）として入れられることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
外側層（２４）および／又は内側層（２０）が耐熱金属、特に９％〜１１％クロム鋼で鋳造されることを特徴とする請求項１５又は１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、圧力室を密封する内側層と、力を支持する外側層との間に断熱用の耐圧中間層を有する多層構造の車室壁を備えたタービン車室に関する。本発明は更にこの車室の製造方法に関する。ここでタービン車室とは、特に高圧蒸気タービンの外部車室を意味している。
【０００２】
原動機として作動するタービンにおいては、例えばガスあるいは蒸気のような流れ作動媒体の位置エネルギが機械仕事に変換される。そのために、タービンは主要構成要素として動翼車および固定静翼車を有する。そして、蒸気タービン内において、流れ媒体として作用する蒸気が凝縮するまで膨張して仕事をする。蒸気タービンの構造的形成は、特に蒸気状態によって、即ち蒸気圧および蒸気温度によって決定される。
【０００３】
蒸気タービンの効率をできるだけ高くすると言う願望から、特に高い蒸気状態を得る努力が払われている。高圧タービンにおいて、主蒸気圧を例えば３００バールに高め、主蒸気温度を例えば６００℃に高める場合、その温度作用に応じてタービン車室の材料を選択し、その高温のもとで作用する内圧を考慮してタービン車室の壁厚を決定する必要がある。また、構造部品の温度が増大するにつれて、許容応力が著しく低下することに注意しなければならない。従って、タービン車室によって圧力を受けるために、それに応じた大きな壁厚が必要とされる。
【０００４】
高い蒸気状態に対して必要な耐熱性材料から成る大きな壁厚の車室部分は、その材料が高価であることから、かなりの材料費がかかる。しかも壁厚の増大に伴ない製造性が悪くなり、特に必要な壁厚に応じて合金の鋳造性が悪くなる。また、車室部分の暖機および冷却時の挙動により影響される始動および停止時間についてのタービンの運転挙動が悪くなり、且つ壁厚の増大に伴って増大する質量により取扱性も悪くなる。更にまた、タービン車室の壁厚が圧力の増大に伴って増大するだけでなく、材料の強度が温度上昇に伴って通常低下することも考慮しなければならない。
【０００５】
高圧タービンの外部車室を熱絶縁するために、外部車室の内側面に、内張り付き絶縁層を設けることが、ドイツ特許出願公開第１９５３５２２７号明細書で知られている。この多層構造に形成された車室壁の場合、絶縁層として、注型成形可能なセラミックスあるいは注型成形可能な耐火軽量コンクリートが考慮される。しかしこの場合、硬化した絶縁層が、運転中の熱応力に基づいて割れを生じてしまうという欠点がある。これは、隣接する層、特に外側層に亀裂を生じさせてしまうと言う不都合がある。
【０００６】
更にオーストリア特許第３８１３６７号明細書により、蒸気タービンの蒸気室内に、特に金属繊維の形をした金属絶縁体を設けることが知られている。蒸気室内に設けられた絶縁体は、絶縁媒体として作用する蒸気と直に接触するので、金属部分は、一方ではタービンの損傷時に蒸気によって一緒に運び去られないようにするために、十分な大きさを持っていなければならない。他方では、蒸気が絶縁体を少なくともほとんど支障なしに貫流できるようにするために、金属部分は緩く積み重ねねばならない。そのような金属絶縁体では、十分な断熱作用および耐圧強度は得られない。
【０００７】
本発明の課題は、断熱用に特に適した耐圧中間層を設けることによって、高い蒸気状態、即ち流れ媒体の高温高圧も実現できるような高圧タービンにおける多層構造のタービン車室を提供することにある。更にまた、このような高圧タービンにおける多層構造のタービン車室を製造するために特に適した製造方法を提供することにある。
【０００８】
このタービン車室に関する課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載した手段によって解決される。本発明に基づいて、タービン車室は、圧力室を密封する内側層と力を支持する外側層との間に、非金属ばら積み材から成る断熱用の耐圧中間層を備えた三層構造の車室壁を有している。また、前記外側層は、熱膨張係数が異なる少なくとも２つの部分層から構成されている。
【０００９】
この場合、特に中間層用のばら積み材として砂を利用することが有利である。この中間層は、その厚さあるいは半径方向の距離にわたり温度を低下する、温度勾配を生ずる断熱層の機能を特に有利に果たす。中間層は、内側層の圧力を受けて、これを他の個所に伝える。従ってこの中間層は、耐圧性並びに耐熱性を有するが、気密機能は有していない。また熱伝導率が非常に小さいという利点を有する。と言うのは、熱伝導率が絶縁層の厚さおよび熱流束を決定するからである。重要なことは、中間層として砂を利用する場合、例えば金属材料のような塊材料に比べて非常に良好な断熱性が得られ、必要な形状に関して、特に良好に実情に適合させることができることである。
【００１０】
絶縁層として砂を利用する場合、硬化状態にある硬いセラミックス材料、あるいは注型成形可能な耐火軽量コンクリート、並びにレンガ壁と比較して、中間層に絶縁層を突然破損してしまうような応力集中が生じないので、隣接する層に亀裂を生じさせるという危険が防止される。
【００１１】
車室壁の流れ媒体に直に曝される流れ媒体側の内側層は、単に圧力室を密封する機能だけを果たし、流れ媒体を他の層から分離する。そのために、この内側層は外側層に接触支持され、内圧をこの外側層に伝えればよいので、内側層は壁の総厚さに対比して小さな壁厚しか必要としない。内側層は、これが他の層の機械的および熱的に条件づけられる伸びに追従しなければならないので、好適には耐熱性および延性を有する材料から成っている。従って、内側層用の材料として、フェライト／ベイナイト混合組織を持つ耐熱クロム鋼あるいは鋳鋼、特に１０％クロム鋼を利用するのが目的に適っている。
【００１２】
外側層は、中間の断熱層により伝えられる流れ媒体圧による圧力を受けるために使われ、タービン車室の内圧によって発生される力を支える。従って、外側層は流れ媒体の圧力に対する反力を生ずる。外側層用の材料として、フェライト／ベイナイト混合組織を利用するのが同様に目的に適っている。ばら積み材から成る中間層の形をした内側断熱層のために、支持外側層は流れ媒体の温度よりかなり低い温度を有しているので、この外側層に対して、比較的僅かなあるいは小さな耐熱性を有する安価な材料（ＧＧＧあるいはＧＳ）が利用できる。これはまた同時に、低い温度において比較的大きな荷重容量を有するので、壁厚を薄くできる。これによって、材料費についてかなりの節約が図れる。
【００１３】
外側層が２つの部分層から構成されている場合、これらの部分層は、好適には異なった熱膨張係数を有している。「バイメタル」の形をした適当な材料対を利用することによって、外側層の特性が変えられ、例えば熱膨張およびタービン車室の内圧に対する追従性についての特性が変えられる。これによって、熱膨張および内圧に基づく内側層の負担が減少される。また、内側層の負荷を特に小さくすることを考慮に入れて、剛性および熱膨張をその都度の用途に特に柔軟に適合することができる。
【００１４】
あるいはまた、両部分層の外側層は、板金層で構成するか、板金を巻回して構成することもできる。その場合、非常に薄い内側部分層は、ただ中間層を巻回層から分離するためだけに使用される。板金巻回構造の場合、好適には、炭素繊維強化材料が利用される。全体として、使用材料は、流れ媒体の圧力および温度によって決定されるその都度の応用に適合するよう選定される。
【００１５】
中間層の絶縁層厚さを適当に選択し、外側層を冷却することによって、一方では熱損失が僅かであり、他方では力を支持する構成要素の機能が保証されるように、外側層の温度が的確に設定される。この効果は、中間層を補助的に冷却することによって一層強められる。外側層は更に断熱層で包囲できる。この断熱層は上述の断熱層に比べて僅かな断熱作用で足りる。
【００１６】
タービン車室の製造方法に向けられた本発明の課題は、特許請求の範囲の請求項８に記載の手段によって解決される。本発明に基づいて、鋳型の中に、中間層を代理する中子が挿入され、続いて外側層に対する空洞および／又は内側層に対する空洞に鋳造材料が充填される。
【００１７】
補助的な空洞を形成するために、他の中子を鋳型に挿入できる。特に、中間層を代理する中子の片側端面に、その円周方向に分布して配置されたピンが、補助中子支持装置として鋳型の中に挿入される。鋳造圧力車室を鋳造し、これを鋳型から取り出した後、特に中間層を代理する中子の構成部品であるこれらのピンを除去する。その際、残存する開口に、車室カバーをボルト結合するための雌ねじを設けるのが有利である。
【００１８】
車室壁は単式あるいは二段式鋳造工程で製造される。単式鋳造工程の場合、特に砂含有材料から成る鋳型内の多数の中子によって、片側断面Ｕ形の回転対称体の形をしたドーナツ焼き型状の空洞が形成され、続いてこの空洞に唯一の鋳造工程で鋳造材料が充填される。二段式鋳造工程の場合、まず、予め作られた内側層あるいは予め作られた外側層が、中間層を代理する中子と一緒に、鋳型の中に挿入され、続いてそれぞれ他方の層を形成する空洞に鋳造材料が充填される。その予め作られた層は、同様に鋳造されるかあるいは中実材料で成形される。
【００１９】
特に有利な実施態様においては、鋳造工程の終了後、中子が断熱中間層として鋳造壁部品の中に残される。従ってこの中子は、絶縁物質あるいは絶縁材料を兼ねる。例えば特定範囲の的確な冷却あるいは絶縁のような適当な鋳造技術処置を講ずることで、絶縁材料が、これを取り囲む壁層間に圧縮残留応力を生じた状態で存在するように、凝固過程を制御できる。これにより中間層は、タービン外部車室の規定通りの使用中に生ずる車室内部から外側空間に向いた力束に、緊密に組み入れられる。従って、鋳造過程の終了後に車室構造部品内に残存する絶縁材料は、特に確実に二重の機能を果たす。即ち、断熱作用と、圧力車室の内部に運転中に生ずる圧力を内側層から中間層を介して外側層に伝える働きとを行う。
【００２０】
上述の製造方法についての課題は、本発明の他の実施態様において、請求項１５に記載の手段によって解決される。その有利な実施態様は、その従属請求項に記載されている。
【００２１】
この実施態様において、中間層を形成する絶縁材料が、予め作られた車室壁の壁部品に形成された中間空洞に入れられ、圧縮される。その壁部品は、予め単一形に構成されるか、あるいは外側層および内側層から２分割形に構成される。２分割構造の際、中間層を形成する絶縁材料あるいは充填材料は、外側層と内側層との結合中に、中間空洞の中に入れられる。その外側層および内側層は鋳造されるか、板金材料で成形される。
【００２２】
本発明によって得られる利点は、特に多層構造のタービン車室における比較的薄肉の内側層と厚肉の外側層との間に、無機質の非金属ばら積み材、特に砂から成る断熱中間層を設けることによって、一方では熱膨張によって層内に亀裂が発生するのを防止できることにある。中間層として砂を利用する場合、断熱作用および機械的圧縮強度の課題が同時に、特に確実に果たされる。砂は、硬化した中間層あるいは絶縁層に比べて、熱応力によってひき起こされる車室の曲がりに特に良好に追従する。これは、外側層と内側層と中間層とで形成された車室壁複合体に特に有利な挙動を生じさせる。他方では、力を受けるために使用する外側層は、特に小さな温度レベルに保たれ、従って、その機能を確実に果たす。これは、外側層と内側層と中間層とから形成された車室壁複合体の、特に有利な挙動を生じさせる。
【００２３】
高圧タービンの外部車室の車室壁を、特別な機能を有する個々の層に分割することによって、相応した厚肉の車室に比べて、かなりの材料節約、従ってコストダウンが達成される。それぞれの壁層は材料を節約して設計でき、その機能について最適にできる。ばら積み材を最小圧力に維持するために、ばら積み材が外側層と内側層との間に圧縮状態で存在するように、内側層および外側層に幾分かの圧縮力を加えるのがよい。
【００２４】
内側層は特に単一品であるが、外側層は単一品又は好ましくは異なる熱膨張係数を持った部分層で構成される。これによって、内側層により吸収すべき伸びは減少されるので、この内側層は、複合体パートナーの伸び挙動で加えられる変形に、亀裂が発生する危険を防止した状態で、確実に追従する。外側層の冷却によって、その温度レベルは一層減少される。
【００２５】
そのように構成されたタービン車室は、非常に高い温度、運転中の温度変動および高い蒸気圧、従って高い蒸気状態において、確実に、一方では、封じ込まれた媒体の密封機能を果たし、他方では、包囲された媒体の圧力に対する反力を発生する機能を果たす。
【００２６】
以下、図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。各図において同一部分には同一符号が付されている。
【００２７】
図１における高圧蒸気タービンあるいは高圧タービン１は、動翼４が固定されたタービン軸２、静翼６を支持する内部車室８およびこの内部車室８を包囲する外部車室あるいは圧力車室１０を有する。入口１２を通して高圧タービン１に流入する主蒸気Ｄは、静翼６および動翼４に沿って導かれ、その際に膨張して仕事をし、これによってタービン軸２を回転させる。膨張済みの蒸気Ｄ′は、排気口１４を通って高圧タービン１から出て、例えば中圧タービン（図示せず）に導かれる。この実施例の場合、内部車室８と圧力車室１０との間に形成された圧力室１８に、蒸気温度Ｔが約６００℃、蒸気圧ｐが例えば３００バールの主蒸気Ｄが供給される。
【００２８】
図２は、高圧タービン１における外部車室あるいは圧力車室１０の多層構造に形成された車室壁１６の第１の実施態様を示す。この車室壁１６は主蒸気Ｄに直接曝される内側層２０を有する。この内側層２０は耐熱性を有し、例えば耐熱鋼から成る。この内側層２０は高圧蒸気タービンの内部車室８と圧力車室１０との間に形成された圧力室１８を密封するために使われ、蒸気Ｄを車室壁１６のすぐ次の層から分離する。内側層２０の層厚さｄＩ、即ち半径方向Ｒにおける距離は、車室壁１６の総厚さｄに対比して非常に小さい。内側層２０はこれに作用する蒸気Ｄの圧力ｐ、即ちその圧縮力Ｆｐをその後ろの層に伝えるので、そこに利用される材料は、できるだけ大きな延性と大きな耐熱性とを有するだけでよい。
【００２９】
内側層２０に、ばら積み材で形成された断熱用の中間層２２が続いている。ばら積み材として砂を利用するのが目的に適っている。これによって中間層２２は耐圧性あるいは圧縮強度を有し、非圧縮性の断熱層が形成される。一方では、この中間層２２の層厚さｄＺによって、図２の左側温度線図に示すように、車室壁１６の半径方向Ｒにおける距離に沿って温度Ｔが低下する。他方において中間層２２は、内側層２０に作用する蒸気Ｄの圧縮力Ｆｐを受け、これを外側層２４に伝える働きをする。
【００３０】
外側層２４は、内側層２０と同様に、フェライト／ベイナイト鋼、例えばクロム鋼で作るのがよい。外側層２４は車室壁１６の複合体全体の力支持構成要素を形成し、圧力室１８内における蒸気圧ｐのために中間層２２を通して伝えられる圧力を受ける。従ってこの外側層２４は、内部車室８と外部車室あるいは圧力車室１０との間の内部圧力によって発生される圧縮力Ｆｐを支持する。外側層２４で支配すべき温度は、図２の左側温度線図に示すように、中間層２２に沿って半径方向Ｒに温度降下があることに基づき、蒸気Ｄの温度Ｔより非常に低い。
【００３１】
外側層２４に用いる材料、例えばねずみ鋳鉄は、内側層２０に比べて小さな耐熱性を持つ。その場合、外側層２４は同時に中間層２２に比べて小さな壁厚あるいは層厚ｄＡにできる。原理的な半径方向応力経過Ｇを、図２の右側線図に示す。
【００３２】
追加的な熱絶縁のために、外側層２４、従って車室壁１６の複合体全体を包囲する断熱層２６を設けることができる。更に、外側層２４を冷却するため、この外側層２４に、冷却材Ｋ、例えば既に膨張した蒸気Ｄ′が供給される冷却通路系２８を設けることができる。代替的にあるいはまた付加的に、冷却通路系２８を中間層２２にも設けるか、外側層２４の外側面に置くこともできる。断熱層２６の厚さｄＷと、外側層２４および／又は中間層２２の追加的な冷却とによって、一方では車室壁１６による熱損失が小さく、他方では力支持機能が一層向上するように、外側層２４の温度を的確に設定できる。
【００３３】
図３は、２つの部分層２４ａ、２４ｂから構成された外側層２４の実施態様を示す。これらの両部分層２４ａ、２４ｂは、互いに異なる熱膨張率の材料（材料対）から成っている。これによって種々の用途に、内側層２０の応力を減少し、車室壁１６の複合体全体の強度および熱膨張を十分にした状態で、特に柔軟に適合することができる。
【００３４】
図４は、更に外側層２４が第１部分層２４ａ′と第２部分層２４ｂ′から成る実施態様を示す。その第１の、即ち外側の部分層２４ａ′は、板金を巻回して形成され、その場合、特に炭素繊維強化材料が利用される。第２の、即ち内側の部分層２４ｂ′は、中間層２２と、巻回されているか引張り要素層を備えた部分層２４ａ′との間を分離するためのみに使用され、従って薄く作られる。第１部分層２４ａ′は、鋼板層（板金層）を巻回して形成することもできる。
【００３５】
図５は、蒸気タービン１における多層構造の円筒状車室壁１６を鋳造するため、従って外部車室あるいは圧力車室１０を製造するための鋳型１００を示す。この鋳型１００は、湯口（注ぎ口）１０２と、上がり湯口（上がり）１０３と、多数の中子１０４ａ、１０４ｂとを備える。この鋳型１００は、図示の中子１０４ａ、１０４ｂと組み合わせて、片側断面Ｕ形の回転対称体の形をした、ドーナツ焼き型状の空洞１０６を形成する。この空洞１０６は、車室壁１６における将来の外側層２６に対する外側空洞あるいは空洞脚部と、将来の内側層２０に対する内側空洞脚部とを備えている。
【００３６】
鋳造材料Ｇで充填すべき空洞１０６は、車室壁１６を代理する木型によって、微粒子状鋳型材から成る鋳型１００内に作られる。そのために鋳型１００の型枠として、木型の上に、下側型枠１００ａが、続いて上側型枠１００ｂが型打ちされる。結合剤を添加した鉱物成分を含む鋳型材Ｆが固められる。木型を型枠１００ａ、１００ｂから取り出した後、中子１０４ａ、１０４ｂを鋳型１００に挿入する。その中子１０４ａ、１０４ｂは長手方向および円周方向において中子用心金で補強される。鋳型１００を、型枠１００ａ、１００ｂの結合によって閉じた後、鋳造材料Ｇを湯口１０２を通して空洞１０６の中に充填する。その際に上がり湯口１０３に達した鋳造材料Ｇは、空洞１０６に逆流する。中子１０４ｂにある環状フランジ１０７は、中子の重量に基づいて、あるいは鋳造過程中における中子の浮き上がりのために生ずる力あるいはトルクを受けるために使われる。
【００３７】
鋳造材料Ｇの凝固後に、鋳型１００を鋳造車室壁１０６から取り外す。続いて、車室内部室１０８を代理する中央中子１０４ａ並びに部分的に環状中間中子１０４ｂを取り除く。中子１０４ｂにおける車室壁１６の外側層２４と内側層２０との間に位置する部分は、鋳造構造部品に中間層２２として残存する（図６参照）。従って、この一点鎖線分離線１０９に沿って中子１０４ｂから分離された中子部分は、車室壁１６の内部における絶縁材料を兼ねる利点がある。これによって、一方では中間層２２の形成に関する製造工程が省かれる。他方では、その中間層２２としての中子１０４ｂの部分は、鋳造材料Ｇの凝固過程中に、空洞１０６の内部において車室壁１６の外側層２４と内側層２２との間にかみ合いおよび摩擦結合で埋設される。
【００３８】
図６は、空洞１０６の頂点範囲における中子の好適な補助支持装置を部分的に示す。複数、例えば４本のピン１１０が円周方向に分布して配置されている。これらのピン１１０は、その長さの一部が外側層２４と内側層２０との間の中間空洞に突出している。ピン１１０のこの部分を、中子１０４ａに予め設けられたフランジ１１１上に置き、例えばそこに予め設けられた凹所内に置く。ピン１１０は、好適には中子１０４ｂの構成部分である。ピン１１０を鋳造過程の終了後に除く。その際に生じた開口に、車室カバーをボルト結合するためのねじを加工する。その車室カバーをボルト結合後に気密溶接する。
【００３９】
車室壁１６、即ち圧力車室１０の壁を、互いに別個の機能担体に分割することによって、車室壁１６の各層２０〜２４は材料を節約して設計され、その機能について最適化される。内側層２０は中間層２２に支持され、その中間層２２を介して外側層２４に支持され、内圧をただこの外側層２３に伝達すればよいので、内側層２０は壁の総厚さに対比して僅かな壁厚しか必要としない。鋳造材料として、好適にはフェライト／ベイナイト混合組織をした９％〜１１％クロム鋼、特に１０％クロム鋼が利用される。
【００４０】
図７は、鋳型１００′の対称軸線あるいは回転中心軸線１１２の上側に位置する部分が概略的に示す。この部分は、図５と同様に上側型枠１００ｂ′となっている。将来の車室内部室１０８を代理する中子１０４ａの回転中心軸線１１２の上側に位置する部分は、片側断面Ｌ形の回転対称体の形をした空洞１２０を境界づけている。この空洞１２０の脚部１２０ａおよび１２０ｂは、微粒子状鋳型材Ｆから成る鋳型１００′に型取られている。この実施態様の場合、まず内側層２０を、空洞１２０に鋳造材料Ｇを充填することによって作られる。
【００４１】
その代わりに、図８に示すように、同じようにして、まず外側層２４が作られる。その鋳型１００′は、図７における実施態様とは、主に中子１０４ａ、１０４ｂの半径方向距離によって相違している。この中子１０４ａ、１０４ｂは将来の車室内部室１０８並びに内側層２０と中間層２２にとって必要な空洞を代理する。外側層２４を製造するために、予め設けられた空洞１２１が、短い脚部１２１ａと長い脚部１２１ｂとを備えた片側断面Ｌ形の回転対称体の形をした空洞を有するようにするのが良い。短い脚部１２１ａは、内側層２０のために予め設けられた空洞１２０に対して、内側層２０の短い脚部１２０ａと反対側に配置され、回転軸線１１２に向けられている。
【００４２】
図９は、それに続く多層構造の車室壁１６の製造工程を示す。この製造工程において、車室内部室１０８を代理する中子１０４ａと共に、図７の実施態様において、最初の製造工程で予め作られた内側層２０が、あるいは図８における実施態様で予め作られた外側層２４が、その鋳型１００′に挿入される。同時に、中間層２２を代理する中子１０４ｂが、予めそれに応じて型どられた鋳型１００′に挿入される。その実施態様に応じて、内側層２０に対する空洞１２０あるいは外側層２４に対する空洞１２１が形成される。続いてこの空洞１２０ないし１２１に鋳造材料Ｇが充填される。このようにして作られた車室壁１６の場合も、中子１０４ｂが鋳造部品に中間層２２として残る。
【００４３】
別個の中子１０４ｂを挿入する代わりに、必要な壁厚および形状をした絶縁材料を、予め既に作った内、外側層２４、２０上に置くこともできる。その絶縁材料は、これが後の鋳造過程の要求に応えるように設けられ、場合によっては補強されねばならない。補強のため、例えば中子用心金が利用される。絶縁材料の造形は次のような特殊な中子型によっても行える。即ち、その中子は、予め作られた内、外側層２４、２０がその中に挿入され、絶縁材料で包囲される。このように絶縁材料で包囲され鋳型１００′に挿入された鋳物部品は、実際に、将来の車室壁１０の内外層２４、２０を既に含み、続く鋳造工程の終了後に、完成構造部品内に残存する中子を形成する。
【００４４】
順々に製造された鋳物部品あるいは内外層２４、２０と、空洞脚部１２０ａ、１２０ｂ、１２１ａ、１２１ｂとの確実な結合は、かみ合い結合、摩擦結合、材料間結合あるいはこれらの結合方式の組合せによって行われる。また、例えば溶接によって追加的に結合することもできる。鋳造順序により、収縮のために、内外の壁部分あるいは壁層２４、２２間の絶縁材料に、所望の圧縮残留応力が得られる。この効果は、適当な鋳造技術処置、例えば的確な冷却により高められる。
【００４５】
図５における単式の製造方法に比べ、車室壁１６の段階式製造方法の主な利点は、内側層２０ないし外側層２４に対する異なった要件に応じて、異なった材料を組み合わせられることにある。もう１つの利点は、その都度用意すべき鋳型１００′が、比較的単純に形成できることにある。これに対して図５の実施態様における製造方法の主な利点は、唯一の鋳造工程しか必要としないことにある。
【００４６】
図１０および図１１における製造方法の場合、まず片側断面Ｕ形の回転対称体の形をした、ドーナツ焼き型状の形材１０６′が、車室壁１６として、いわゆる包囲式、接合式、分離式ないし切除式製造方法に応じて製造される。図１０における実施態様の場合も、内側層２０を代理する脚部と外側層２４を代理する脚部とを備えた片側断面Ｕ形の回転対称体の形をした、ドーナツ焼き型状の形材１０６′を製造するために、まず円筒状車室壁１６を鋳造する。続いて、中間層２２を形成するために、形材１０６′の脚部間に存在する円環状中間空洞１２２に、砂Ｓを絶縁材料として充填し、圧縮する。
【００４７】
外側層２４に対する低融点材料、例えばねずみ鋳鉄と、内側層２０に対する高融点材料、例えばフェライトあるいはオーステナイトとを組み合わせる場合、特に図７〜図９を参照して述べた製造方法と同様に、図１１に示す製造方法が適用される。ここでも、内外両層２４、２０は別個に、改善された製造方法で製造され、続いて互いに片側断面Ｕ形の回転対称体の形をした、ドーナツ焼き型状の形材１０６′を形成するために結合される。その互いに結合される外側層２４および内側層２０の形状は種々な形にできる。
【００４８】
図１１は、外側層２４が片側断面Ｌ形をしており、内側層２０がそれに適合する段付き形状を有する態様を示す。この実施態様の場合、ばら積み材Ｓから成る絶縁材料を、内外両層２４、２０を結合する間に、中間空洞１２２の中に中間層２２として入れ、続いて圧縮する。
【００４９】
中間層２２に対する充填物質として注ぎ込まれた砂Ｓにより、例えば金属材料のような塊材料と異なって、非常に良好な断熱作用が得られる。その場合、砂Ｓは、必要な形に対して特に良好に適合する。従って、応力集中が生じ、その結果、隣接する内外両層２４、２０に亀裂が生じるのを有効に防止できる。砂Ｓに対する最小圧力に維持するために、内側層２０および外側層２４にバイアス圧力を与えるのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  内部車室と外部車室とを備えた高圧蒸気タービンの縦断面図。
【図２】  図１における多層構造に形成された外部車室の部分拡大詳細図（図１の部分ＩＩの拡大詳細図）。
【図３】  外部車室の異なった実施例の図１における部分ＩＩＩに相当する拡大詳細図。
【図４】  外部車室の異なった実施例の図１における部分ＩＶに相当する拡大詳細図。
【図５】  複数の中子を備えた鋳型内にある多層構造の車室部分の一部断面斜視図。
【図６】  図５における部分ＶＩの補助中子支持装置の断面図。
【図７】  多層構造の車室壁部分を段階的に製造するための鋳造工程の説明図。
【図８】  図７と異なった鋳造工程の説明図。
【図９】  図７、図８と異なった鋳造工程の説明図。
【図１０】  単一形二重壁構造の車室壁に中間層を設ける方法の概略説明図。
【図１１】  多分割形二重壁構造の車室壁に中間層を設ける方法の概略説明図。
【符号の説明】
１０    タービン車室
１６    車室壁
２０    内側層
２２    中間層
２４    外側層
１００    鋳型
１０４ｂ  中子
１２０    空洞
１２１    空洞
１２２    中間空洞
Ｇ    鋳造材料
Ｓ    砂
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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