(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動翼間に配置されてロータ全周を囲み上下に分割可能な内輪と外輪からなる蒸気タービンの仕切板において、前記内輪の内周側に上下内輪にわたって左右対称に円弧状でその内径を前記内輪の内径と同じくする変形防止部材を嵌め込み、前記変形防止部材にはその外周側に１条又は複数条の溝を、前記内輪の内周側には同溝と対応する位置に突起部より成る嵌め込み部をそれぞれ設け、これら溝と嵌め込み部とを相互に嵌め合わせてなることを特徴とする蒸気タービンの仕切板構造。
【請求項２】
前記変形防止部材は円弧状であり、その中心角度はほぼ９０度で、前記内輪に係合することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンの仕切板構造。
【請求項３】
前記変形防止部材は前記内輪の材質よりも線膨張係数の小さな材料であることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気タービンの仕切板構造。
【請求項４】
前記変形防止部材は上流側の一部の仕切板に適用したことを特徴とする請求項１から３項のいずれかに記載の蒸気タービンの仕切板構造。
【請求項５】
動翼間に配置されてロータ全周を囲み上下に分割可能な内輪と外輪からなる蒸気タービンの仕切板において、前記内輪の内周側に上下内輪にわたって左右対称に円弧状でその内径を前記内輪の内径と同じくする変形防止部材を嵌め込み、前記円弧状の左右対称の変形防止部材は前記内輪の内周側に設けられた溝状嵌め込み部に上下の内輪にわたって嵌め込まれてなることを特徴とする蒸気タービンの仕切板構造。
【請求項６】
前記変形防止部材は前記内輪の材質よりも線膨張係数が大きな材料であることを特徴とする請求項５記載の蒸気タービンの仕切板構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸気タービンの仕切板の構造に関し、蒸気タービンの運転中に仕切板に生ずる局部的たわみを減少させるような構造としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の蒸気タービンの縦断面図である。図において１１は上車室、１２は下車室、１３はロータ、１４はノズル室である。１５は動翼であり、ロータ１３の周囲に取付けられている。１６は仕切板であり、各動翼１５間に配置され、上・下車室１１，１２に固定されている。１７は蒸気入口弁、１８は NO.１抽気管、１９は NO.２抽気管、２０は排気出口管である。なお、本図は背圧タービンを示すものであるが、その他の蒸気タービンであっても同様な構造である。
【０００３】
この装置において、高温高圧の蒸気は蒸気入口弁１７より流入し、上・下車室１１，１２に保持されたノズル室１４を経てロータ１３に何段にも固定された動翼１５と、その動翼１５と上・下車室１１，１２に保持された各動翼層を仕切る仕切板１６との間を通過することにより、衝動、反動作用を生じさせ、ロータ１３に回転力を与えて、排気出口管２０より排出される。なお、本蒸気タービンは各段落の途中より蒸気を抽気するための、 NO.１抽気管１８、 NO.２抽気管１９が備えられている。上車室１１、下車室１２及び仕切板１６は、蒸気タービンの開放、保守、点検を容易にならしめる為に、上下各半リングで水平面で分割可能な構造となっている。
【０００４】
図５は上記に説明した従来の仕切板１６の下半部のみを示した斜視図である。図において仕切板１６は上半部１と下半部２の２分割構造であるが、図４ではその下半部２のみ示している。３は外輪であり仕切板の外側を形成している半円形状の輪である。５は内輪であり、外輪３と内輪５との間にはノズル４が設けられている。６はキーであり、上下の内輪５を係合するためのものである。このように構成された仕切板上半部１と下半部２とはそれぞれ外輪３を上・下車室１１，１２に設けられた溝に埋め込んだ後、更に水平継手キー６０で上・下車室１１，１２に固定されている。運転中は軸方向の圧力荷重Ｐが仕切板１６に作用すると外輪３の外周囲の固定面９が上・下車室との嵌合部に押し付けられ固定面として作用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の図５に示す仕切板は運転中には流体の圧力荷重Ｐにより前後に生ずる差圧の為に内輪５の部分が下流側に押される形のたわみが生ずるが、そのたわみ量は周方向で一定でなく、水平面付近で大、仕切板上半部１の頂部または下半部２の下部で小となる傾向にある。即ち、図６に示すように水平継手面３０では圧力荷重Ｐにより点線で示す正常な状態から実線で示すように、たわみが生じ、そのたわみは（Ｘ）で示す水平継手面３０の部分で変形が大で、下部（Ｙ）の部分で変形が小となる。
【０００６】
図４に示す形状の仕切板では、仕切板上半部１と下半部２は水平継手面３０に設置されたキー６により、そのたわみ量そのものは互いに拘束されているが、その曲げモーメントは水平継手部で開放されているため、水平継手部付近で大きくたわみ易くなっている。このようにたわみ量が大きい水平継手面３０において回転部（動翼の取付部及びロータ部分）との軸方向隙間が狭くなることによる回転部、静止部間の接触を防止するために、仕切板の板厚を厚くし、たわみ量を少くする必要があったが、仕切板の板厚は隣接する動翼との関係より厚さには限度があった。又、このたわみ量は、高温高圧蒸気が流れる上流側の仕切板ほど大きな変形量が発生するので、上流側の仕切板において特にたわみ量を少くする必要があった。
【０００７】
そこで本発明は、蒸気タービンの仕切板において、仕切板の板厚を厚くすることなく、２分割構造の仕切板の水平継手面付近に生ずる局部的たわみを減少させ、動翼、ロータと仕切板とが接触しないようにして回転をスムーズに行うことのできる仕切板構造を提供することを課題としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決するために次の（１）乃至（６）の手段を提供する。
【００１０】
（１）動翼間に配置されてロータ全周を囲み上下に分割可能な内輪と外輪からなる蒸気タービンの仕切板において、前記内輪の内周側に上下内輪にわたって左右対称に円弧状でその内径を前記内輪の内径と同じくする変形防止部材を嵌め込み、前記変形防止部材にはその外周側に１条又は複数条の溝を、前記内輪の内周側には同溝と対応する位置に突起部より成る嵌め込み部をそれぞれ設け、これら溝と嵌め込み部とを相互に嵌め合わせてなることを特徴とする蒸気タービンの仕切板構造。
【００１１】
（２）前記変形防止部材は円弧状であり、その中心角度はほぼ９０度で前記内輪に係合することを特徴とする（１）記載の蒸気タービンの仕切板構造。
【００１２】
（３）前記変形防止部材は前記内輪の材質よりも線膨張係数の小さな材料であることを特徴とする（１）又は（２）記載の蒸気タービンの仕切板構造。
【００１３】
（４）前記変形防止部材は上流側の一部の仕切板に適用したことを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の蒸気タービンの仕切板構造。
【００１４】
（５）動翼間に配置されてロータ全周を囲み上下に分割可能な内輪と外輪からなる蒸気タービンの仕切板において、前記内輪の内周側に上下内輪にわたって左右対称に円弧状でその内径を前記内輪の内径と同じくする変形防止部材を嵌め込み、前記円弧状の左右対称の変形防止部材は前記内輪の内周側に設けられた溝状嵌め込み部に上下の内輪にわたって嵌め込まれてなることを特徴とする蒸気タービンの仕切板構造。
【００１５】
（６）前記変形防止部材は前記内輪の材質よりも線膨張係数が大きな材料であることを特徴とする（５）記載の蒸気タービンの仕切板構造。
【００１６】
本発明の蒸気タービンの仕切板は、（１）の発明の構成では、内輪の内周側に上下内輪にわたって円弧状でその内径が内輪の内径と同じくする変形防止部材を左右対称に嵌め込んでいるので、圧力荷重によって最もたわみ易い内輪の水平継手部近辺の内周を上下一体化することができ、これにより水平継手部付近に生ずる局部的なたわみを減少させることができる。このたわみを減少させる効果により仕切板の軸方向の厚さを薄くすることが可能となる。
【００１７】
そして、変形防止部材には溝を、内輪側には突起状の嵌め込み部がそれぞれ設けられるので、上記の変形防止部材と上下内輪とが確実に係合し、上下の内輪を強固に一体化することができる。又、本発明の（２）では変形防止部材が円弧の角度が９０度としているので、部材の加工や内輪への挿入が容易となる。又、（３）では変形防止部材の材質の線膨張係数が内輪よりも小さな材料よりなるので、組立や開放時には、変形防止部材の溝内での内輪の嵌め込み部に適度の隙間を有し、運転中においては、メタル温度の上昇に伴い内輪の突起部が溝よりも大きく膨張し、隙間を消滅させ、上下の内輪、即ち上下に分割された仕切板を互に強固に一体化することができる。
【００１８】
又、本発明の（４）では、特に仕切板のたわみが大きく、その影響を受けやすい上流部（高温部）の仕切板に変形防止部材を重点的に適用するようにし、下流側で比較的たわみが少く変形によるロータの回転に支障がなければ、下流側では適用を省略することもできる。又、本発明の（５）では、動翼間に配置されてロータ全周を囲み上下に分割可能な内輪と外輪からなる蒸気タービンの仕切板において、前記内輪の内周側に上下内輪にわたって左右対称に円弧状でその内径を前記内輪の内径と同じくする変形防止部材を嵌め込み、内輪の内周側に溝を設けるようにし、この溝状嵌め込み部に変形防止部材が嵌入されるようにしており、変形防止部材に溝等の加工の必要がなく、変形防止部材は円弧状の単純な形状となって加工が容易となる。又、内輪にも突起部がなく、例えば凹状の溝を加工するのみでその製作も簡単な形状となる。更に、（６）においては、上記（５）の変形防止部材の材料は内輪よりも線膨張係数が大きいので、組立や開放時においては、内輪の嵌め込み部内で変形防止部材は適度の隙間を保って嵌入され、運転時においては、メタル温度の上昇に伴い、変形防止部材の方が内輪の嵌め込み部より大きく膨張して隙間を消滅させ、上下の仕切板を互に強固に一体化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実施の第１形態に係る蒸気タービンの仕切板構造の斜視図、図２はその正面図である。図において仕切板は従来と同じく２分割構造からなり、仕切板上半部２１と仕切板下半部２２からなっている。
【００２０】
各仕切板上半部２１と下半部２２には、それぞれ円環状の外輪３が外周部に、内周側には内輪２５がそれぞれ配置され、その間にノズル４が多数設けられている。この外輪３は、その外周部を上・下車室１１，１２に設けられた溝に嵌め込んだ後、更に水平継手キー６０で上・下車室１１，１２に固定されていて内側はフリーの状態となっている。仕切板上半部２１と下半部２２とは上・下車室１１，１２を組立てるのに伴って、水平継手面４０で接合され、仕切板を形成する。
【００２１】
仕切板上半部２１及び下半部２２の内輪５の内側には上半部２１の内輪と下半部２２の内輪を跨がるように円弧状の変形防止部材７ａ，７ｂが左右対称となるように嵌め込まれている。この変形防止部材７ａ，７ｂにはそれぞれ後述するように外周面の全長にわたって凹状の溝８ａ−１，８ａ−２が設けられ、内輪２５に設けられた凸状の嵌め込み部８ｂ−１，８ｂ−２とそれぞれ係合し、内輪２５の蒸気による圧力荷重を受ける構造となっている。
【００２２】
上記のように変形防止部材７ａ，７ｂの嵌め込み部８ａ−１，８ａ−２は凹状の溝に形成され、他方の内輪５の嵌め込み部８ｂ−１，８ｂ−２は逆に凸形の突起状に形成され、相互に嵌め込まれて一体的に構成される。又、変形防止部材７ａ，７ｂは、図２に示すように、内径ｄ0 は内輪２５の内径と同じくし、同心状で円弧の一部を切欠いた形状としている。又、円弧の中心角度θは挿入の容易さと強度の観点から９０度程度にすることが好ましい。又、仕切板の材料よりも線膨張係数の小さな材料で製作することが好ましい。
【００２３】
この嵌め込み部８ｂ−１，８ｂ−２が嵌入する変形防止部材７ａ，７ｂの溝８ａ−１，８ａ−２は、図１に示す実施の第１形態においては、１条溝を開示しているが、２条溝であっても良く、溝の形状も四角状やＵ形溝等としても良いものである。又、変形防止部材７ａ，７ｂの外径前述したものに限らず、段落数の相違による圧力荷重の大小によって、変えることも可能である。
【００２４】
上記に説明の実施の第１形態によれば、仕切板上半部２１と下半部２２を跨がって変形防止部材７ａ，７ｂを設置することにより、最もたわみ易い内輪２５の水平継手面４０近辺の内周を上下一体化することができ、水平継手部付近に生じる局部的たわみを減少させることができる。そのために、仕切板２１，２２全体の軸方向の厚さを薄くすることができる。
【００２５】
又、変形防止部材７ａ，７ｂは仕切板２１，２２の材質、即ち、内輪２５の材質よりも線膨張係数が小さい材料で製作し、組立及び開放時には、溝８ａ−１，８ａ−２と嵌め込み部８ｂ−１，８ｂ−２で形成される隙間を必要な所定隙間に確保でき、運転中には仕切板２１，２２のメタル温度が上昇するのに伴ない、内輪２５の膨張が大きいので隙間を消滅させ、上・下仕切板２１，２２を互いに一体化させる効果を更に向上させることが出来る。
【００２６】
このように、仕切板２１，２２の水平継手部分のたわみが互いに拘束されることによって、たわみ量が減少し、動翼及びその保持部分の回転部と仕切板との軸方向の隙間が一定となり、ロータの回転に支障をきたすような制限がなくなり、信頼性が向上するものである。又、仕切板の内輪２５の板厚も薄くできることから、蒸気タービン全体のコスト低減にもなる。
【００２７】
図３は本発明の実施の第２形態に係る蒸気タービンの仕切板構造の斜視図である。図３において、仕切板構造は図１と同様に半リング状の仕切板上半部３１と仕切板下半部３２とを相対して水平継手面５０で接合し配置したものである。仕切板３１，３２とは、円環状の外輪３が外周部に、内部側に内輪３５が配置され、その間にノズル４が多数設けられている。この外輪３は、その外周部を上・下車室１１，１２に設けられた溝に嵌め込んだ後、更に、水平継手キー６０で上・下車室１１，１２に固定されており、内径側はフリーの状態となっている。
【００２８】
仕切板上半部３１と仕切板下半部３２の内輪３５の内径内側にはそれぞれ凹形の溝状の嵌め込み部１０ａ，１０ｂを設け、これに係合して嵌入される円弧状の変形防止部材９ａ，９ｂの２個が左右対称で、仕切板上半部３１と仕切板下半部３２を跨がるように嵌め込まれる。
【００２９】
又、変形防止部材９ａ，９ｂは、図１に示す実施の第１形態と同様に、その内径は内輪の内径と同じくし、同心状で円弧の一部を形成し、円弧の中心角度も９０度程度としている。なお、又、変形防止部材９ａ，９ｂの材質としては仕切板３１，３２の内輪３５の材料よりも線膨張係数が大きな材料とすることが好ましい。
【００３０】
上記に説明の実施の第２形態によれば、仕切板上半部３１と下半部３２を跨がって変形防止部材９ａ，９ｂを内輪３５の内側の嵌め込み部１０ａ，１０ｂに嵌入させることにより、たわみ易い水平継手面５０近辺の内周を上下に一体化することができ、水平継手部付近に生じる局部的たわみを減少させ仕切板３１，３２の内輪３５を薄くすることができる。
【００３１】
又、変形防止部材９ａ，９ｂは、仕切板の材料より線膨張係数が大きいので組立及び開放時には、内輪３５の嵌め込み部１０ａ，１０ｂと変形防止部材９ａ，９ｂとで形成される隙間を必要な所定隙間に確保でき、運転中には仕切板２１，２２の内輪３５のメタル温度が上昇するに伴なって、この隙間を消滅させ、上下の内輪３５内に密着させ、仕切板上半部３１と下半部３２とを相互に一体化させる効果を更に向上させることが出来る。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の蒸気タービンの仕切板構造は、（１）動翼間に配置されてロータ全周を囲み上下に分割可能な内輪と外輪からなる蒸気タービンの仕切板において、前記内輪の内周側に上下内輪にわたって左右対称に円弧状でその内径を内輪の内径と同じくする変形防止部材を嵌め込んだ構成により、変形防止部材を用いて圧力荷重によって最もたわみ易い内輪の水平継手部近辺の内周を上下一体化することができ、これにより水平継手部付近に生ずる局部的なたわみ減少させることができる。このたわみを減少させる効果により仕切板の軸方向の厚さを薄くすることが可能となる。
【００３３】
また、変形防止部材には溝を、内輪側には突起状の嵌め込み部がそれぞれ設けられるので、上記の変形防止部材と上下内輪とが確実に係合し、上下の内輪を一体化することができる。又、本発明の（２）では、上記（１）の発明において、変形防止部材が円弧の角度が９０度の部材としているので、部材の加工や内輪への挿入が容易となる。又、（３）では上記（１）又は（２）の発明において、変形防止部材の材質の線膨張係数が内輪よりも小さな材料よりなるので、組立や開放時には、変形防止部材の溝内での内輪の嵌め込み部に適度の隙間を有し、運転中においては、メタル温度の上昇に伴い内輪の突起部が溝よりも大きく膨張し、隙間を消滅させ、上下の内輪、即ち上下に分割された仕切板を互いに強固に一体化することができる。
【００３４】
又、本発明の（４）では、上記（１）から（３）のいずれかにおいて、特に仕切板のたわみが大きく、その影響を受けやすい上流部（高温部）の仕切板に変形防止部材を重点的に適用するようにし、特にたわみの影響が大きい上流側の仕切板のたわみを重点的に解消することができる。又、本発明の（５）では、動翼間に配置されてロータ全周を囲み上下に分割可能な内輪と外輪からなる蒸気タービンの仕切板において、前記内輪の内周側に上下内輪にわたって左右対称に円弧状でその内径を前記内輪の内径と同じくする変形防止部材を嵌め込み、内輪の内周側に溝を設けるようにし、この溝状嵌め込み部に変形防止部材が嵌入されるようにしており、変形防止部材に溝等の加工の必要がなく、変形防止部材は円弧状の単純な形状となって加工が容易となる。又、内輪にも突起部がなく、例えば凹状の溝を加工するのみでその製作も簡単な形状となる。更に、（６）においては、上記（５）の変形防止部材の材料は内輪よりも線膨張係数が大きいので、組立や開放時においては、内輪の嵌め込み部内で変形防止部材は適度の隙間を保って嵌入され、運転時においては、メタル温度の上昇に伴い、変形防止部材の方が内輪の嵌め込み部より大きく膨張して隙間を消滅させ、上下の仕切板を互に強固に一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る蒸気タービンの仕切板構造の斜視図である。
【図２】本発明の実施の第１形態に係る蒸気タービンの仕切板構造の正面図である。
【図３】本発明の実施の第２形態に係る蒸気タービンの仕切板構造の斜視図である。
【図４】蒸気タービンの縦断面図である。
【図５】従来の蒸気タービンの仕切板構造の下半部のみを示す斜視図である。
【図６】従来の蒸気タービンの仕切板構造の下半部を示す斜視図で、圧力荷重による変形を示す。
【符号の説明】
３                      外輪
４                      ノズル
７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ  変形防止部材
８ａ−１，８ａ−２      溝
８ｂ−１，８ｂ−２      嵌め込み部
９                      固定面
１０ａ，１０ｂ          嵌め込み部
２１，３１              仕切板上半部
２２，３２              仕切板下半部
４０，５０              水平継手面
６０                    水平継手キー
【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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