(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
舶用の主機タービンにおけるタービンロータ軸と減速機ピニオン軸とを連結するタービン継手の継手構造であって、
前記タービン継手の継手軸と前記タービンロータ軸との接触部を、前記タービンロータ軸の端部の軸芯位置に取外し可能な中心栓を有し、前記継手軸の端部の軸芯位置に取外し可能な接触片を有する構成とし、
前記接触片の端部に中央が突出する球面部を設け、
前記中心栓の前記球面部と接する表面を、該球面部と点接触するように平面に形成し、
前記接触片と前記中心栓との接触部の表面にそれぞれコバルト基合金の盛り金を具備させたことを特徴とする舶用主機タービンの継手構造。
【請求項２】
前記接触片の端部に設けた球面部に、該球面部の軸方向高さと等しい厚さの盛り金を具備させ、
前記中心栓の接触部が具備する盛り金を、前記接触片の球面部が具備する盛り金の厚さと等しい厚さにした請求項１に記載の舶用主機タービンの継手構造。
【請求項３】
前記タービン継手と減速機ピニオン軸との間に、該減速機ピニオン軸と接触して前記継手軸を前記タービンロータ軸側に付勢する付勢部を備え、
該付勢部に、前記減速機ピニオン軸と接触する接触部材と、該接触部材を継手軸側から減速機ピニオン軸側に付勢する付勢部材とを具備している請求項１又は２に記載の舶用主機タービンの継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用の主機タービンにおける継手部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、舶用の主機関として蒸気タービンが採用されるものがある。例えば、ＬＮＧ運搬船の場合には、航海中において運搬するガスから発生するボイルオフガス（Boil Off Gas）をボイラで燃焼させ、そのボイラの蒸気で駆動する蒸気タービンが主機関（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、「主機タービン」という）として採用されている。
【０００３】
このような舶用の主機タービンには、蒸気タービンのタービンロータ軸とプロペラ軸を駆動する減速機のピニオン軸との間の動力伝達にタービン継手が採用されている。このタービン継手は、タービンロータ軸と減速機ピニオン軸との間で芯ずれ等を吸収する撓み継手にもなっている。
【０００４】
図６は、従来の舶用主機タービンとタービン継手とを模式的に示す全体図である。この図では、主機タービンを縦断面して示している。図示する右側が船首側であり、左側が船尾側である。船尾側に設けられる減速機やプロペラ軸等の構成は、記載を省略している。なお、この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、タービン継手の入力側であるタービンロータ軸５３側を上流側、出力側である減速機ピニオン軸７１側を下流側という。
【０００５】
図示するように、主機タービン５１には複数段のタービン翼５２が設けられ、これらのタービン翼５２によって回転させられるタービンロータ軸５３が軸受５９によって支持されている。このタービンロータ軸５３には、船尾側に接続フランジ５４が設けられている。タービンロータ軸５３と減速機ピニオン軸７１との間にはタービン継手６１が設けられ、上記接続フランジ５４はこのタービン継手６１の上流側にあるスプラインフランジ６２とボルト６３で連結されている。タービン継手６１の下流側は減速機ピニオン軸７１の接続フランジ７２とボルト６３で連結されている。これら主機タービン５１、タービン継手６１は、運転時にはカバー５５，５６，６４で覆われており、保守点検時にこれらのカバー５５，５６，６４が取外されて分解・点検等が行われる。なお、主機タービン５１の詳細な説明は省略する。
【０００６】
図７は、図６に示すVII部の舶用主機タービンにおける継手構造の縦断面図であり、図８は、図７に示すVIII部拡大図である。図７に示すように、上記スプラインフランジ６２の内周には外側スプライン６６が形成されており、タービン継手６１の継手軸６５の端部には、この外側スプライン６６に係合する内側スプライン６７が形成されている。これら外側スプライン６６と内側スプライン６７とによってスプライン部６８が構成されており、このスプライン部６８により、継手軸６５は軸方向のスライドが許容された状態で周方向の回転動力を伝達するようになっている。このようなスプライン部６８により、タービンロータ軸５３や減速機ピニオン軸７１における熱膨張等をタービン継手６１部で吸収している。
【０００７】
図８に示すように、このタービン継手６１とタービンロータ軸５３との接触部５７は、継手軸６５の軸芯位置に上流側接触片６９が設けられ、タービンロータ軸５３側の軸芯位置に設けられた中心栓５８とこの上流側接触片６９とが接触するようになっている。上流側接触片６９の表面は球面に形成され、中心栓５８の表面は平面に形成され、これらは点接触によって接触している。一般的に、これら上流側接触片６９と中心栓５８との接触部５７の表面は、焼入れ・焼戻し等の処理が施されて表面硬度が上げられている。
【０００８】
なお、この種の蒸気タービンに関する従来技術として、タービン動翼のシュラウドカバーとの接触面にコバルト基合金の溶接材を肉盛り溶接することにより、長期間安定的に使用し得るタービン翼とそれを備えた蒸気タービンを提供しようとするものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、他の従来技術として、蒸気タービン部材の表面処理として、高硬度セラミックス粉末を金属バインダとともに肉盛り溶接するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３３６５０２号公報
【特許文献２】特開平４−２２４２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上記したような主機タービン５１は、数年毎に定期検査が行われ、その定期検査時に各部の点検が行われる。上記したように、タービン継手６１の両端部は、上流側はタービンロータ軸５３と接触し、下流側は減速機ピニオン軸７１と接触した状態で共に回転して動力を伝達しているので、これらの接触部にすべり等を生じることがない構造となっている。
【００１１】
しかしながら、船舶のタービン継手６１の場合、船体動揺等によってタービンロータ軸５３との接触部に微少なすべりを生じ、経年使用によりこの接触部にフレッチング（一種の腐食摩耗）を生じることがある。このフレッチングによる摩耗を生じると、その磨耗した摩耗粉が更に摩耗を促進させ、上流側接触片６９の球面による点接触が面接触になり、接触部における抵抗を増加させる。しかも、摩耗が進むと大きな面での接触によってタービン継手６１が撓み継手の機能を失うおそれもある。
【００１２】
そのため、蒸気タービンの定期検査時にはタービン継手６１の両端部の接触部も検査されるが、タービン継手６１の両端部を検査するには、主機タービン５１の構成部品を多く分解しなければならず、重量物（例えば、数トン）が多い主機タービン５１側の構成部品を分解し、移動させるには非常に多くの時間と労力を要する。特に、タービンロータ軸５３を分解するには軸受５９の部分を分解しなければならず、更に多くの時間と労力を要する。
【００１３】
また、上記したように、タービン継手６１の継手軸６５とタービンロータ軸５３との接触部５７である上流側接触片６９と中心栓５８の表面には焼入れ・焼戻し等の表面処理が施されて硬度が高くなっているが、上記定期検査時にフレッチングによる摩耗が発見される場合が多い。しかも、船舶によっては定期検査の度（例えば、２．５年毎）にフレッチングによる摩耗が発見される場合がある。この摩耗は、上記したように磨耗した摩耗粉が更に摩耗を促進させることによるものと考えられる。
【００１４】
そして、このフレッチングによる摩耗が発見された場合には、上記したように分解、交換、組立等の作業に多くの時間と労力を要して行わなければならず、保守点検作業に多くの時間と労力を要してしまう。そのため、タービン継手の両端部における接触部のフレッチングによる摩耗を長期間防止できる継手構造が切望されている。
【００１５】
なお、上記特許文献１，２に記載された発明は、タービン翼の摩耗を防止しようとするものであり、本発明のように舶用主機タービンの継手における接触部のフレッチングを防止できるものではない。
【００１６】
そこで、本発明は、舶用の主機タービンにおける継手部において、接触部におけるフレッチング等に対する耐久力を高めることができる継手構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、舶用の主機タービンにおけるタービンロータ軸と減速機ピニオン軸とを連結するタービン継手の継手構造であって、前記タービン継手の継手軸と前記タービンロータ軸との接触部を、前記タービンロータ軸の端部の軸芯位置に取外し可能な中心栓を有し、前記継手軸の端部の軸芯位置に取外し可能な接触片を有する構成とし、前記接触片の端部に中央が突出する球面部を設け、前記中心栓の前記球面部と接する表面を、該球面部と点接触するように平面に形成し、前記接触片と前記中心栓との接触部の表面にそれぞれコバルト基合金の盛り金を具備させたことを特徴とする。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「コバルト基合金の盛り金」は、例えば、ステライト（Ｒ）の溶接材による肉盛り溶接等の盛り金をいう。これにより、タービンロータ軸と継手軸との接触部では盛り金が接触するので、これらの接触部のフレッチング等による摩耗進行に対する耐久力を大幅に高めることができ、保守点検時における部品交換等の期間を延して、保守点検に要する時間と労力を大幅に軽減することができる。 
【００１８】
また、接触部の耐久力を大幅に高めることができると共に、保守点検時に中心栓と接触片とを交換すれば接触部の摩耗分を元に戻すことができ、保守点検に要する時間と労力の軽減と、効率の良い作業を行うことができる。このことは、例えば、上記したように２．５年に１回の割合で定期検査（保守点検）のためにドックに入る船舶の場合、中心栓と接触片とを５年に１回の割合で交換すればよくなるので、１回の交換に要する時間約２００時間程度を削減できる。 
【００１９】
しかも、前記接触片の端部に設けた球面部に、該球面部の軸方向高さと等しい厚さの盛り金を具備させ、前記中心栓の接触部が具備する盛り金を、前記接触片の球面部が具備する盛り金の厚さと等しい厚さにしてもよい。これにより、フレッチング等による摩耗進行に対する耐久力を大幅に高めて、球面部で形成した継手軸の端部とタービンロータ軸との接触を長期間ほぼ点接触の状態とすることができ、接触部における摩擦抵抗を極力小さくすることができる。 
【００２０】
さらに、タービンロータ軸と継手軸との接触部における摩耗進行量を同等にでき、タービンロータ軸と継手軸との接触部における寿命を同等にすることができる。
【００２１】
また、前記タービン継手と減速機ピニオン軸との間に、該減速機ピニオン軸と接触して前記継手軸を前記タービンロータ軸側に付勢する付勢部を備え、該付勢部に、前記減速機ピニオン軸と接触する接触部材と、該接触部材を継手軸側から減速機ピニオン軸側に付勢する付勢部材とを具備してもよい。これにより、継手軸をタービンロータ軸側に所定の力で付勢することができ、タービンロータ軸と継手軸との接触部における接触圧力を駆動動力等に適した圧力として、接触部におけるすべりによる摩耗を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、以上説明したような手段により、舶用主機タービンのタービン継手部における接触部の摩耗進行に対する耐久力を大幅に高めることができ、部品交換期間等を長くして舶用主機タービンの保守点検作業に要する労力と時間を大幅に軽減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る舶用主機タービンの継手構造を示す縦断面図であり、図２は、図１に示すII部拡大図、図３は、図２に示す上流側接触片と中心栓とを分解した拡大図である。なお、上述した図６，７に示すタービンロータ軸５３と減速機ピニオン軸７１とに関する構成で同一の構成には、上述した符号と同一の符号を付して説明する。また、これらの図では、円形の軸を半断面して示している。
【００２５】
図１に示すように、タービン継手１は、上流側にはタービンロータ軸５３が連結され、下流側には減速機ピニオン軸７１が連結された状態で設けられる。このタービン継手１の上流側には、タービンロータ軸５３の接続フランジ５４と連結されるスプラインフランジ２が設けられ、下流側には、減速機ピニオン軸７１の接続フランジ７２と連結されるスプラインフランジ３が設けられている。これらのスプラインフランジ２，３は、両接続フランジ５４，７２とボルト４で連結されている。
【００２６】
また、このタービン継手１の継手軸５には、上流側に上記スプラインフランジ２の内周に形成された外側スプライン６と係合する内側スプライン７が形成され、下流側に上記スプラインフランジ３の内周に形成された外側スプライン６と係合する内側スプライン７が形成されている。これら外側スプライン６と内側スプライン７とからなるスプライン部８によって、継手軸５とタービンロータ軸５３及び減速機ピニオン軸７１とが係合している。これにより、継手軸５の軸方向スライドをスプライン部８で許容しつつ、回転動力を伝達している。スプラインフランジ２，３には、内側スプライン７の軸方向移動を所定位置で係止する係止爪９がそれぞれ設けられている。
【００２７】
さらに、この継手軸５は、軸方向長さがタービンロータ軸５３と減速機ピニオン軸７１との間の間隔Ｌよりも短く形成されており、タービンロータ軸５３と減速機ピニオン軸７１との間に所定の隙間Ｓが設けられている。この継手軸５の上流側には、軸芯位置に上流側接触片１０が設けられ、この上流側接触片１０がタービンロータ軸５３の軸芯位置に設けられた中心栓２０と接触している。中心栓２０の詳細は，後述する。この上流側接触片１０は、継手軸５の軸芯位置に形成された挿入穴１１内に設けられている。
【００２８】
一方、継手軸５の下流側には、軸芯位置に下流側接触片１２が設けられ、この下流側接触片１２が減速機ピニオン軸７１と接触している。この下流側接触片１２は、継手軸５の下流側端部に設けられた案内部材１３のスライド穴１４内で軸方向にスライド可能なように設けられている。下流側接触片１２は継手軸５側が開放し、減速機ピニオン軸７１側が閉鎖された筒状に形成されている。この下流側接触片１２と案内部材１３との間には、下流側接触片１２を減速機ピニオン軸７１側に付勢する付勢部材たるスプリング１５が設けられている。このスプリング１５によって下流側接触片１２を減速機ピニオン軸７１側に付勢することにより、その反力で案内部材１３を介して継手軸５がタービンロータ軸５３側に付勢され、継手軸５の上流側軸芯位置に設けられた上流側接触片１０がタービンロータ軸５３の中心栓２０に押付けられている。この下流側接触片１２とスプリング１５とを備えた部分が、減速機ピニオン軸７１と継手軸５との間に設けられて、この継手軸５をタービンロータ軸５３側に付勢する付勢部１６である。このように、継手軸５をタービンロータ軸５３側に付勢することにより、継手軸５が動力伝達時に容易に軸方向に移動するのを抑止している。この継手軸５の付勢力は、上記スプリング１５のバネ力によって設定される。
【００２９】
図２に基いて、継手軸５の上流側における接触部１８を詳細に説明する。上記タービンロータ軸５３の軸芯位置には挿入穴１９が設けられ、この挿入穴１９内に中心栓２０が設けられている。この中心栓２０は、挿入穴１９内に焼きばめ等で固定されている。この中心栓２０の下流側端面は、タービンロータ軸５３の下流側端面とほぼ同一面となるように設けられている。
【００３０】
一方、継手軸５の軸芯位置に設けられた上流側接触片１０は、継手軸５に設けられた挿入穴１１に挿入される大径の基部２１と、この基部２１の中心部からタービンロータ軸５３側に突出する突出部２２とを有している。挿入穴１１に挿入された基部２１は、タービンロータ軸５３側が継手軸５の上流側端面と同一面となっており、上記挿入穴１１内に焼きばめ等で固定されている。また、突出部２２は、上記中心栓２０とほぼ同じ外径で形成され、中心栓２０側に所定高さで突出している。この上流側接触片１０の表面は球面に形成され、上記中心栓２０の表面は平面に形成されており、これらの接触部１８は点接触となっている。
【００３１】
そして、上記タービンロータ軸５３側の中心栓２０と、継手軸５側の上流側接触片１０との接触部１８に、それぞれコバルト基合金の盛り金２３，２４が具備されている。このコバルト基合金の盛り金２３，２４は、例えば、ステライト（Ｒ）が用いられ、その溶接材による肉盛り溶接等によって具備される。盛り金２３，２４としては、軸芯を中心に所定の円形に形成される。このようにコバルト基合金の盛り金２３，２４が具備された接触部１８では、非常に耐摩耗性の高いコバルト基合金の盛り金２３，２４が接触する構造となる。
【００３２】
図３に示すように、この実施の形態では、上記コバルト基合金系の盛り金２３，２４が、上流側接触片１０の突出部２２に形成された球面部２５の軸方向高さｈ（軸方向寸法）とほぼ同等の厚さｔで形成されている。盛り金２３，２４をこのような厚さｔとすることにより、継手軸５の上流側接触片１０における盛り金２４と、タービンロータ軸５３の中心栓２０における盛り金２３とが同等に摩耗して、これら上流側接触片１０と中心栓２０とが面接触するような摩耗量となるまでコバルト基合金の盛り金２３，２４による接触を保つことができる。この実施の形態では、両方の盛り金２３，２４を厚さｔとしているが、少なくとも盛り金２４を厚さｔとすることにより、球面部２５が磨耗して面接触となるのを効果的に抑止することができる。この場合、中心栓２０側の盛り金２３はより厚くなる。
【００３３】
また、この実施の形態では、継手軸５の上流側における上流側接触片１０とタービンロータ軸５３の中心栓２０との間の接触部１８にコバルト基合金系の盛り金２３，２４を具備させる例を説明したが、継手軸５の下流側における下流側接触片１２と減速機ピニオン軸７１との接触部にもコバルト基合金系の盛り金を具備させてもよく、タービン継手１の構成に応じて適宜採用すればよく、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００３４】
図４は、本発明に係る継手構造の効果を確認するための試験装置を示す模式図であり、図５は、図４に示す試験装置による試験結果を示すグラフである。図４に示す試験装置３１は、台座３２の上部に下試験片３３を保持する移動体３４がスプリング等の弾性部材３５で支持され、その移動体３４の上部に上試験片３６を上下動可能に保持する保持体３７が設けられている。この保持体３７の上部には、一端（図示する左端）が台座３２の支持ブロック３８に揺動可能に支持され、他端（図の右端）に所定の錘３９が設けられるアーム４０が設けられている。このアーム４０に設けられる錘３９により、アーム４０の押圧部４１によって保持体３７が下向きに押圧されている。保持体３７を下向きに押圧することにより、保持体３７に保持された上試験片３６を下試験片３３に所定の押圧力で押すようにしている。上試験片３６には、下向きに突起部４２が設けられており、この突起部４２が下試験片３３に押圧されている。この突起部４２と下試験片３３との接触部が摩耗試験部である。
【００３５】
さらに、移動体３４には横方向に作動部材４３が設けられており、この作動部材４３は偏心軸付き電動機４５を駆動することによりカム４４で直線運動させられるようになっている。この作動部材４３をカム４４の偏心量で直線運動させることにより、移動体３４が下試験片３３を水平移動させ、保持体３７に保持された上試験片３６の突起部４２との接触部にすべりを生じさせる。この例では、接触部荷重を４７ｋｇｆ／ｍｍ2 、カム４４によって作動部材４３を直線運動させる振幅を２０μｍ、試験時間を２時間としている。
【００３６】
図６に示すように、上記図５に示す試験装置３１による試験結果としては、試験１に示すように、従来技術である上試験片３６に対する表面焼入れと、下試験片３３に対する表面焼鈍しとを行った場合の摩耗量を「１」とすると、試験２に示すように、本発明のタービン継手構造２７のようにコバルト基合金の盛り金２３，２４を上試験片３６と下試験片３３とに具備させれば、摩耗粉の発生も非常に少なく摩耗量が「約０．３」となる。したがって、本発明のタービン継手構造２７によれば従来技術に比べて約３倍の耐摩耗性を発揮するといえる。また、摩耗粉の発生も非常に少ないので、その摩耗粉による摩耗促進もないといえる。
【００３７】
以上のように、上記タービン継手構造２７によれば、継手軸５の上流側接触片１０とタービンロータ軸５３の中心栓２０との接触部１８におけるフレッチングによる摩耗進行に対して耐久力を大幅に高めることができるので、主機タービン５１（図６）の保守点検時等における、タービン継手１との接触部１８における上流側接触片１０や中心栓２０等の交換期間を長くすることができ、保守点検時の労力と時間を大幅に軽減することが可能となる。
【００３８】
なお、上記コバルト基合金の盛り金２３，２４の種類は、使用条件等に応じて適した種類を採用すればよく、例えば、上記ステライト（Ｒ）を採用する場合でも、そのクラスは使用条件等に応じて決定すればよい。
【００３９】
さらに、前述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る舶用主機タービンの継手構造は、軸方向に接触する接触部を有し、回転力を伝達するる継手構造に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る舶用主機タービンの継手構造を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すII部拡大図である。
【図３】図２に示す上流側接触片と中心栓とを分解した拡大図である。
【図４】本発明に係る継手構造の効果を確認するための試験装置を示す模式図である。
【図５】図４に示す試験装置による試験結果を示すグラフである。
【図６】従来の舶用主機タービンとタービン継手とを模式的に示す全体図である。
【図７】図６に示すVII部の舶用主機タービンにおける継手構造の縦断面図である。
【図８】図７に示すVIII部拡大図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…タービン継手
５…継手軸
８…スプライン部
１０…上流側接触片
１２…下流側接触片
１３…案内部材
１５…スプリング
１６…付勢部
１８…接触部
２０…中心栓
２２…突出部
２３，２４…盛り金
２５…球面部
２７…タービン継手構造
ｈ…軸方向高さ
ｔ…厚さ
【図１】
0005096958.tif 000002
【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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