JP2013194519A - タービン - Google Patents

Abstract

【課題】タービンの製造効率向上、及び、製造コスト削減を図れるようにする。
【解決手段】内部にロータが設けられる車室１１と、ステンレス鋼により形成されて、ロータに対向するように設けられるシールリング１３と、ステンレス鋼により形成されると共に溶接部１６を介して車室１１に固定されて、シールリング１３を固定するシールリング固定部材１２と、を備えるタービンを提供する。また、このタービンにおいて、車室１１の内周面１１ｃから窪む収容凹部１８を形成し、シールリング固定部材１２を収容凹部１８の一方の内側面に面接触させて他方の内側面との間に隙間１９が形成されるように収容凹部１８に収容し、隙間１９を埋めるように溶接部１６を形成し、さらに、ステンレス鋼からなる嵌合部材７１をシールリング固定部材１２と溶接部１６との間に嵌め込む。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば、発電プラント、化学プラント、ガスプラント、製鉄所、船舶等に用いられるタービンに関する。

周知のように、蒸気タービンには、車室と、車室の内部に回転自在に設けられた軸体と、車室の内周部に固定配置された複数の静翼と、これら複数の静翼の下流側において軸体に放射状に設けられた複数の動翼とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。このような蒸気タービンでは、蒸気（流体）が車室内で軸体の軸方向に流れることで、動翼に回転力が付与されて軸体が回転する。

ところで、この種の蒸気タービンでは、動翼の先端部と車室の内周面との間に、径方向の間隙が形成され、前述した蒸気はこの間隙にも流れるが、間隙を流れる蒸気（漏洩蒸気）は動翼に対して回転力を付与しない。このため、従来では、間隙を狭く設定する等して漏洩蒸気の漏れ流れの低減化を図っている。

ところが、この間隙が狭くなると、間隙を通過する蒸気の流速が速くなることに起因して、車室の内周部のうち間隙をなす領域にエロージョン（腐食）が発生してしまう。特に、車室は、耐エロージョン性に劣る材料（例えば、炭素鋼やクロムモリブデン（ＣｒＭｏ）鋼）によって構成されることが多いため、エロージョンの発生が顕著となる。そこで、従来では、肉盛溶接によって、車室の内周面のうち間隙をなす領域に、耐エロージョン性に優れたステンレス鋼（例えばオーステナイト系ステンレス）からなる肉盛部を形成し、この肉盛部によって車室の内周面を覆っている。

また、このように車室に対して肉盛溶接を施す場合、車室の材料と肉盛部の材料とで線膨張係数が異なることで、肉盛溶接を実施した後の車室には高い残留応力が発生してしまう。そのため、従来では、肉盛溶接後に、熱処理（ＰＷＨＴ）を実施して前述の残留応力を緩和した上で、肉盛部を含む車室（特に内周部）を切削加工等により最終形状に仕上げる仕上げ加工を実施している。

実開昭６１−１５７１０３号公報

しかしながら、上記従来のように車室に対して肉盛溶接を施す場合には、肉盛溶接によって形成される肉盛部の溶接量が多くなるため、言い換えれば、車室をなす炭素鋼等の材料の体積に対する肉盛部をなすステンレス鋼の体積が大きくなるため、肉盛溶接に起因する残留応力が高くなってしまう。そして、この残留応力が高くなるほど、仕上げ加工に要する工数も多くってしまうため、タービンの製造効率が低くなり、また、製造コストが高くなる、という問題が生じる。

本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、効率よく製造できると共に製造コストの削減も図ることが可能なタービンを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のタービンは、内部にロータが設けられる車室と、ステンレス鋼により形成されて、前記ロータに対向するように設けられるシールリングと、ステンレス鋼により形成されると共に溶接部を介して前記車室に固定されて、前記シールリングを固定するシールリング固定部材と、を備えることを特徴とする。

なお、前記ロータは、車室内部に回転自在に設けられる軸体と、軸体に放射状に設けられる複数の動翼によって構成されるものである。また、前記シールリングは、動翼の先端部との間に径方向の間隙が形成されるように、動翼の先端部に対向して設けられるものである。さらに、前記溶接部は、従来の肉盛部と同様に、ステンレス鋼によって形成されるものである。

上記タービンによれば、車室の内周部のうちシールリングを取り付ける領域、言い換えれば、前記間隙の周囲領域が、耐エロージョン性に優れるステンレス鋼からなるシールリング固定部材及び溶接部によって覆われている。このため、流体が速い流速でロータ（動翼）とシールリングとの間隙を通過しても、車室にエロージョンが発生することを抑制できる。
そして、上記タービンによれば、ステンレス鋼からなる溶接部は、肉盛溶接によって形成されるが、シールリング固定部材を車室の内周部に固定するように形成されている。このため、従来の肉盛溶接による肉盛部の溶接量と比較して、溶接部の溶接量は少なくなる。したがって、溶接部の形成によって車室に発生する残留応力を低く抑えることが可能となり、溶接部の形成後に、車室を最終形状に仕上げる仕上げ加工を実施する工数を減らすことができる。

そして、前記タービンにおいて、前記車室が、その内周面から窪んで形成されると共に前記ロータの軸方向に互いに対向する一対の内側面を有する収容凹部を備え、前記シールリング固定部材は、前記一対の内側面の一方に面接触するように、かつ、他方の内側面との間に隙間が形成されるように、前記収容凹部に収容され、前記溶接部が、前記隙間を埋めるように設けられ、ステンレス鋼により形成される嵌合部材が、前記シールリング固定部材と前記溶接部との間に嵌め込まれていると好ましい。

上記タービンによれば、シールリング固定部材を車室に固定するための溶接部が、シールリング固定部材と収容凹部の他方の内側面との隙間のみに形成されるため、溶接部の溶接量をさらに減らすことが可能となる。
また、シールリング固定部材と溶接部との間に嵌合部材を嵌め込むことで、シールリング固定部材が一方の内側面に強く押し付けられるため、シールリング固定部材を車室に対して強固に固定することが可能となる。
すなわち、上記タービンによれば、溶接部の溶接量をさらに減少させて車室に発生する残留応力をさらに低く抑えながら、シールリング固定部材を車室に対して強固に固定できる。

また、前記タービンにおいては、前記隙間が、前記シールリング固定部材の前記ロータの軸方向上流側に位置していることが、より好ましい。

車室のエロージョンは、前述した間隙の軸方向上流側において発生しやすいが、上記タービンのように、溶接部によって埋められる隙間を、シールリング固定部材よりも軸方向上流側に配することで、溶接部の溶接量を減らしながらエロージョンの発生を効果的に抑えることができる。

さらに、前記タービンにおいて、前記シールリングには、その径方向外側に突出する係合突起が形成され、前記シールリング固定部材には、その径方向外側に窪んで前記係合突起を挿入して係合させる係合溝が形成され、前記係合突起の突出方向先端部に、前記ロータの軸方向に張り出す先端張出部が形成され、前記係合溝の窪み方向先端部に、前記ロータの軸方向に拡幅されて前記先端張出部を挿入させる溝拡幅部が形成されていてもよい。
すなわち、前記係合突起及び前記係合溝は、周方向に直交する断面で、互いに対応するＴ字状あるいはＬ字状に形成されている。

上記タービンでは、係合突起の先端張出部が係合溝の溝拡幅部に挿入されることで、係合突起が係合溝に係合している。すなわち、シールリングは、この係合によってシールリング部材に固定されている。
そして、このタービンによれば、係合突起の突出方向の基端から先端張出部に至るまでの寸法、及び、係合溝の開口部から溝拡幅部に至るまでの寸法を短く設定するだけで、シールリング固定部材の内周面から外周面に至るシールリング固定部材の厚みを小さく抑えて体積を小さく設定できる。このように、ステンレス鋼からなるシールリング固定部材の体積を小さく設定することで、車室に発生する残留応力をさらに低く抑えることが可能となる。

本発明によれば、車室に発生する残留応力を低く抑えて、車室を最終形状に仕上げる仕上げ加工の工数を減らせるため、タービンの製造効率向上、及び、タービンの製造コスト削減を図ることができる。

本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンを示す概略構成断面図である。 図１の蒸気タービンを構成するケーシング本体を軸体の軸方向に直交する断面で見た概略断面図である。 図１の蒸気タービンにおいて動翼とシールリングとの間隙の近傍を示す要部拡大断面図である。 図３に示す構成において、収容凹部とシールリング固定部材との隙間に溶接部を形成する前の状態を示す拡大断面図である。 図１〜３に示すケーシングの製造方法を説明する概略断面図である。 本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンにおいて動翼とシールリングとの間隙の近傍を示す要部拡大断面図である。 図６に示すケーシングの製造方法のうち溶接工程を説明する拡大断面図である。

〔第一実施形態〕
以下、図１〜５を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気（流体）Ｓの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転自在に設けられ、動力を図示しない発電機等の機械に伝達する軸体３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０と、を備えて大略構成されている。

ケーシング１０は、その内部空間を気密に封止するように形成され、蒸気Ｓの流路を画成するケーシング本体（車室）１１と、ケーシング本体１１の内周部に強固に固定されるリング状のシールリング固定部材１２（図２，３参照）とを備えている。さらに、図３に示すように、シールリング固定部材１２の内周部には、シールリング１３が設けられている。
ケーシング本体１１は、例えば炭素鋼あるいはクロムモリブデン（ＣｒＭｏ）鋼等の材料によって構成されている。一方、シールリング固定部材１２及びシールリング１３は、例えばオーステナイト系ステンレス等のステンレス鋼によって構成されている。

ケーシング本体１１は、軸体３０（図１参照）の中心軸を含む面で、図２に示すように、車室上半部１１Ａと車室下半部１１Ｂとに二分割されている。なお、本実施形態では、ケーシング本体１１が上下方向に分割されているが、例えば左右方向に分割されてもよい。これら車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂには、それぞれ相手側に突き合わせる面（分割面１４Ａ，１４Ｂ）において、軸体３０の径方向に突出するフランジ部１５Ａ，１５Ｂが各々形成されている。そして、車室上半部１１Ａと車室下半部１１Ｂとは、フランジ部１５Ａ，１５Ｂにおいてボルト９により締結されている。
なお、図２に示す概略断面図は、径方向内側に動翼５０（図１参照）が配される軸方向位置におけるケーシング本体１１の断面を示しており、この断面位置におけるケーシング本体１１は円筒状に形成されている。

また、リング状のシールリング固定部材１２も、ケーシング本体１１と同様に、軸体３０の中心軸を含む面で二つの固定部分割体１２１，１２１によって構成されている。各固定部分割体１２１は、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂにそれぞれ固定され、車室上半部１１Ａと車室下半部１１Ｂとを締結固定することで、二つの固定部分割体１２１，１２１が接続されてシールリング固定部材１２となる。

図１に示すように、調整弁２０は、ケーシング１０のケーシング本体１１内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気Ｓが流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３と、蒸気室２４とを備えている。この調整弁２０では、弁体２２が弁座２３から離れることで蒸気流路が開き、これによって、蒸気Ｓが蒸気室２４を介してケーシング１０の内部空間に流入するようになっている。

軸体３０は、軸本体３１と、軸本体３１の外周から径方向外側に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体３０は、回転エネルギーを、図示しない発電機等の機械に伝達するようになっている。
また、軸受部６０は、ジャーナル軸受装置６１及びスラスト軸受装置６２を備えており、ケーシング１０のケーシング本体１１内部に挿通された軸体３０をケーシング本体１１の外側において回転可能に支持している。

静翼４０は、軸体３０を囲繞するように放射状に多数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ前述したケーシング本体１１に保持されている。すなわち、静翼４０はそれぞれケーシング本体１１からその径方向内側に延出している。
静翼４０の延出方向の先端部は、ハブシュラウド４１によって構成されている。このハブシュラウド４１は、同一の環状静翼群をなす複数の静翼４０を連結するようにリング状に形成されている。リング状のハブシュラウド４１には軸体３０が挿通されているが、ハブシュラウド４１は軸体３０との間に径方向の間隙を介して配されている。
そして、複数の静翼４０からなる環状静翼群は、ケーシング１０や軸体３０の回転軸方向（軸方向）に間隔をあけて六つ形成されており、蒸気Ｓの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、軸方向下流側に隣接する動翼５０側に案内するようになっている。

動翼５０は、軸体３０を構成するディスク３２の外周部に強固に取り付けられ、軸体３０から径方向外側に延出している。この動翼５０は、前述した軸体３０と共にケーシング本体１１の内部に回転自在に設けられるロータを構成している。
また、この動翼５０は、各環状静翼群の下流側において、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。そして、上記環状動翼群と前述した環状静翼群とは、一組一段とされている。すなわち、蒸気タービン１は、六段に構成されている。

そして、動翼５０の先端部は、図３に示すように、周方向に延びるチップシュラウド５１となっている。このチップシュラウド５１は、ケーシング１０のシールリング１３との間に径方向の間隙を介して対向配置されている。そして、シールリング１３に対向するチップシュラウド５１の外周面は、軸方向に平行するように形成されている。

一方、シールリング１３には、チップシュラウド５１の外周面に向けて径方向内側に延出する複数（図示例では四つ）のシールフィン１３３が設けられている。これら複数のシールフィン１３３は、軸方向に間隔をあけて配列されている。そして、各シールフィン１３３の延出方向先端とチップシュラウド５１の外周面との間には微小隙間が画成されている。
このように構成されていることで、シールリング１３とチップシュラウド５１との間隙を通過する蒸気Ｓの漏洩流量を低減することができる。

次に、本実施形態の特徴部分であるケーシング本体１１とシールリング固定部材１２との固定構造について説明する。
シールリング固定部材１２は、図２，３に示すように、オーステナイト系ステンレス等のステンレス鋼によって形成される溶接部１６を介してケーシング本体１１の内周部に固定されている。
具体的に説明すれば、図３に示すように、円筒状に形成されているケーシング本体１１の内周部には、軸方向上流側から下流側に向けてケーシング本体１１の径方向寸法を拡径させる段差部１７が形成されている。この段差部１７は、図１に示すように、軸方向下流側に位置する静翼４０や動翼５０の径方向寸法が、軸方向上流側に位置する静翼４０や動翼５０の径方向寸法よりも大きく設定されることに伴って形成されるものである。

さらに、図３，４に示すように、ケーシング本体１１には、その内周面１１ｃから径方向外側に窪んでシールリング固定部材１２を収容する収容凹部１８が形成されている。この収容凹部１８は、周方向に延びており、径方向内側に開口している。そして、本実施形態では、収容凹部１８が、前述した段差部１７に形成されていることで、軸方向下流側にも開口している。

そして、本実施形態のシールリング固定部材１２は、その内周面の径方向位置がケーシング本体１１の内周面１１ｃの径方向位置に略一致するように、また、軸方向下流側に向くシールリング固定部材１２の面が径方向に延びる段差部１７の段差面１７ａの軸方向位置に略一致するように、収容凹部１８に収容される。
この収容状態では、シールリング固定部材１２と収容凹部１８の内面との間に隙間１９が画成され、溶接部１６はこの隙間１９を埋めるように設けられている。なお、本実施形態の隙間１９には、軸方向下流側に向く収容凹部１８の内側面１８ａとシールリング固定部材１２との間において径方向内側に開口する第一隙間１９Ａと、径方向内側に向く収容凹部１８の底面１８ｃとシールリング固定部材１２との間において軸方向下流側に開口する第二隙間１９Ｂとがある。

これら隙間１９Ａ，１９Ｂを埋める溶接部１６は肉盛溶接を実施することで形成されるが、本実施形態では、この肉盛溶接を容易に実施できるように、各隙間１９Ａ，１９Ｂの形状が設定されている。すなわち、各隙間１９Ａ，１９Ｂは、その底部から開口部に向かうにしたがって、収容凹部１８の内側面１８ａや底面１８ｃとシールリング固定部材１２との間隔が広がるように設定されている。なお、図示例では、収容凹部１８の内側面１８ａが径方向に対して傾斜するように、また、収容凹部１８の底面１８ｃが軸方向に対して傾斜するように形成されることで、各隙間１９Ａ，１９Ｂの開口部が底部よりも広くなっているが、例えば、収容凹部１８の内側面１８ａや底面１８ｃに対向するシールリング固定部材１２の面を傾斜させることで、各隙間１９Ａ，１９Ｂの開口部を底部よりも広く設定してもよい。

次に、本実施形態におけるシールリング固定部材１２に対するシールリング１３の取付構造について説明する。
シールリング１３は、前述したシールフィン１３３を内周面に設けたリング状のシール本体部１３１と、シール本体部１３１の径方向外側に突出する係合突起１３２とを備えている。これらシール本体部１３１及び係合突起１３２は、いずれも周方向に延びるように形成されている。そして、係合突起１３２は、その突出方向の中途部に軸方向上流側及び下流側に張り出す張出部１３４を有して、周方向に直交する断面で十字状に形成されている。

一方、シールリング固定部材１２には、その内周面から径方向外側に窪む係合溝１２２が形成されている。この係合溝１２２は、周方向に延びるように形成されている。また、係合溝１２２は、その窪み方向の中途部に軸方向上流側及び下流側に拡幅する溝拡幅部１２３を有し、前述した係合突起１３２に対応する断面十字状に形成されている。
そして、シールリング１３の係合突起１３２をシールリング固定部材１２の係合溝１２２に挿入して、係合突起１３２の張出部１３４が係合溝１２２の溝拡幅部１２３に挿入されることにより、係合突起１３２が係合溝１２２に係合する。すなわち、シールリング１３は、この係合によってシールリング固定部材１２に固定されている。

次に、上述した固定構造及び取付構造を有するケーシング１０の製造方法について説明する。
ケーシング１０を製造する際には、はじめに、図３に示すように、シールリング固定部材１２を溶接部１６によってケーシング本体１１に固定する（溶接工程）。この工程は、図５（ａ）に示すように、ケーシング本体１１を車室上半部１１Ａと車室下半部１１Ｂとに分割すると共に、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂの各分割面１４Ａ，１４Ｂに、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂの変形を抑えるための拘束板８をボルト９（図２参照）により固定した状態で実施する。

そして、この溶接工程では、図４に示すように、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂの各収容凹部１８にシールリング固定部材１２の固定部分割体１２１を収容した上で、図３に示すように、肉盛溶接によって固定部分割体１２１と収容凹部１８の内面との隙間１９を埋めるように溶接部１６を形成する。これにより、固定部分割体１２１が車室上半部１１Ａや車室下半部１１Ｂに固定される。
この溶接工程後の状態では、ケーシング本体１１の材料（例えば炭素鋼）とシールリング固定部材や溶接部１６の材料（ステンレス鋼）との線膨張係数の差に基づく残留応力が発生している。

上記溶接工程後には、熱処理（ＰＷＨＴ）を実施して前述した残留応力を緩和する（熱処理工程）。この工程後には、図５（ｂ）に示すように、拘束板８を車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂから取り外す。
なお、熱処理工程を実施しても、固定部分割体１２１を固定した車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂには若干の残留応力が残っているため、拘束板８を取り外した状態ではこの残留応力に基づいて、これら車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂに変形が生じる。なお、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂに生じる主な変形は、その径方向寸法が小さくなる撓み変形である。

そこで、拘束板８を取り外した後には、ケーシング本体１１やこれに固定されたシールリング固定部材１２に切削加工等を施して最終形状に仕上げる仕上げ加工工程を実施する。
本実施形態の仕上げ加工工程では、はじめに、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂの分割面１４Ａ，１４Ｂが互いに面接触するように（図５（ｂ）において各分割面１４Ａ，１４Ｂが二点鎖線に位置するように）、分割面１４Ａ，１４Ｂに切削加工等を施す（分割面加工）。なお、この分割面加工では、二つの固定部分割体１２１，１２１を互いに突き合わせる固定部分割体１２１の分割面にも同様の加工が施されてもよい。

この分割面加工が終了した後には、図５（ｃ）に示すように、車室上半部１１Ａと車室下半部１１Ｂとを固定してケーシング本体１１とすると共に、二つの固定部分割体１２１，１２１を互いに固定してシールリング固定部材１２とした上で、ケーシング本体１１やシールリング固定部材１２の内周面に切削加工等を施す（内周面加工）。この内周面加工では、ケーシング本体１１やシールリング固定部材１２の内周面が真円となるように加工する。

また、このケーシング１０の製造方法では、シールリング１３をシールリング固定部材１２に固定する取付工程も実施するが、この取付工程は、溶接工程前、熱処理工程後、あるいは、仕上げ加工工程後のいずれかで実施されればよい。そして、この取付工程を実施するタイミングによっては、例えば、シールリング１３に対しても前述の分割面加工や内周面加工を施してもよい。
以上により、ケーシング１０の製造が完了する。

次に、上述した構成の蒸気タービン１の動作について説明する。
まず、調整弁２０（図１参照）を開状態とすると、図示しないボイラから蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入する。
ケーシング１０の内部空間に流入した蒸気Ｓは、各段における環状静翼群と環状動翼群とを順次通過する。この際には、圧力エネルギーが静翼４０によって速度エネルギーに変換され、静翼４０を経た蒸気Ｓのうちの大部分が同一の段を構成する動翼５０間に流入し、動翼５０により蒸気Ｓの速度エネルギーが回転エネルギーに変換されて、軸体３０に回転が付与される。

一方、蒸気Ｓのうちの一部（例えば、数％）は、静翼４０から流出した後、動翼５０の先端部とケーシング１０のシールリング１３との間隙に流入する、いわゆる、漏洩蒸気となる。ただし、本実施形態の蒸気タービンでは、シールリング１３のシールフィン１３３によって上記間隙が微小に抑えられているため、動翼５０の先端部とケーシング１０のシールリング１３との間隙を通る漏洩流量を十分に低減することが可能である。

以上説明したように、本実施形態の蒸気タービン１では、ケーシング本体１１の内周部のうちシールリング１３を取り付ける領域が、耐エロージョン性に優れるステンレス鋼からなるシールリング固定部材１２及び溶接部１６によって覆われている。このため、蒸気Ｓが速い流速でロータ（動翼５０）とシールリング１３との間隙を通過しても、耐エロージョン性に劣るケーシング本体１１にエロージョンが発生することを抑制できる。

そして、本実施形態の蒸気タービン１によれば、ステンレス鋼からなる溶接部１６は、肉盛溶接によって形成されるものの、シールリング固定部材１２をケーシング本体１１の内周部に固定するように形成されている。このため、従来の肉盛溶接による肉盛部の溶接量と比較して、溶接部１６の溶接量は少なくなる。したがって、溶接部１６の形成によってケーシング本体１１に発生する残留応力を低く抑えることが可能となり、溶接部１６の形成後（溶接工程後）の仕上げ加工工程において、ケーシング本体１１やシールリング固定部材１２に対する仕上げ加工の工数を減らすことができる。

工数削減について具体的に説明すれば、従来のようにケーシング本体１１の内周部に肉盛部のみを形成する場合には、肉盛溶接に起因する残留応力が非常に高いため、本実施形態と同様の熱処理工程及び仕上げ加工工程を施した後に、ケーシング本体１１を車室上半部１１Ａと車室下半部１１Ｂとに分割すると、前述した残留応力によって、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂに蒸気タービン１用のケーシング１０として許容できない程度の変形が生じる。したがって、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂの変形が許容可能な程度となるまで、仕上げ加工工程を繰り返し実施する必要がある。

これに対し、本実施形態の構成では、溶接工程によってケーシング本体１１に生じる残留応力が小さいため、熱処理工程及び仕上げ加工工程を施した後、ケーシング本体１１を車室上半部１１Ａと車室下半部１１Ｂとに分割しても、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂの変形は、蒸気タービン１用のケーシング１０として許容できる程度に抑えられる。したがって、仕上げ加工工程を再度実施する必要がない。
以上のように、本実施形態の蒸気タービン１によれば、ケーシング本体１１を最終形状に仕上げる仕上げ加工の工数を削減できるため、蒸気タービン１の製造効率向上、及び、蒸気タービン１の製造コスト削減を図ることが可能となる。

〔第二実施形態〕
次に、図６，７を参照して本発明の第二実施形態について説明する。
この実施形態では、第一実施形態の蒸気タービン１と比較して、ケーシング本体に対するシールリング固定部材の固定構造、及び、シールリング固定部材に対するシールリングの取付構造のみが異なっており、その他の構成については第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同一の構成要素について同一符号を付す等して、その説明を省略する。

はじめに、本実施形態におけるケーシング本体１１とシールリング固定部材１２との固定構造について説明する。
図６，７に示すように、本実施形態のケーシング本体１１には、第一実施形態と同様に、ケーシング本体１１の内周面１１ｃから径方向外側に窪んでシールリング固定部材１２を収容する収容凹部１８が形成されている。また、収容凹部１８は、第一実施形態と同様に、周方向に延びており、径方向内側に開口している。ただし、本実施形態の収容凹部１８は、段差部１７近傍に形成されるものの、軸方向下流側には開口していない。
そして、本実施形態における収容凹部１８は、周方向に直交する断面で矩形状に形成されている。すなわち、収容凹部１８のうち軸方向に対向する一対の内側面１８ａ，１８ｂは径方向に延びており、収容凹部１８の底面１８ｃは軸方向に延びている。また、収容凹部１８のうち軸方向下流側に向く内側面１８ａ（他方の内側面１８ａ）には、この内側面１８ａから軸方向上流側に窪む窪み部１８ｄが形成されている。

一方、シールリング固定部材１２は、収容凹部１８に対応する断面略矩形状に形成されている。また、シールリング固定部材１２のうち径方向外側の端部には、軸方向上流側に突出する突起部１２４が形成されている。この突起部１２４は、周方向に延びるように形成されている。なお、図示例におけるシールリング固定部材１２の軸方向寸法は、突起部１２４の有無に関わらず収容凹部１８の軸方向寸法よりも短く設定されているが、突起部１２４を含むシールリング固定部材１２の軸方向寸法は、例えば、収容凹部１８の軸方向寸法と同等に設定されてもよい。

このシールリング固定部材１２は、その外周面が収容凹部１８の底面１８ｃに面接触するように、また、軸方向下流側に向くシールリング固定部材１２の面が軸方向上流側に向く収容凹部１８の一方の内側面１８ｂに面接触するように、シールリング固定部材１２を軸方向下流側に寄せた状態で収容凹部１８に収容されている。
この収容状態では、軸方向上流側に向くシールリング固定部材１２の面（突起部１２４が突出している面）と、窪み部１８ｄが形成された他方の内側面１８ａとの間に隙間１９が生じる。言い換えれば、この隙間１９は、シールリング固定部材１２の軸方向上流側に位置している。また、本実施形態では、シールリング固定部材１２の内周面の径方向位置が、ケーシング本体１１の内周面１１ｃの径方向位置に略一致している。
そして、本実施形態では、上述した隙間１９を埋めるように溶接部１６が肉盛溶接によって設けられている。なお、この溶接部１６は、窪み部１８ｄにも入り込んでいる。

さらに、本実施形態では、ステンレス鋼により形成されるリング状の嵌合部材７１が、シールリング固定部材１２と溶接部１６との間に嵌め込まれている。この嵌合部材７１は、軸方向に延びる筒状部７２と、筒状部７２の軸方向下流側の端部から径方向内側に延びるツバ状部７３とによって構成され、周方向に直交する断面でＬ字状に形成されている。
そして、嵌合部材７１は、ツバ状部７３が軸方向上流側に向くシールリング固定部材１２の面と溶接部１６との間に挟み込まれるように、かつ、筒状部７２が突起部１２４の径方向内側の面と溶接部１６との間に挟み込まれるように配されている。さらに、筒状部７２の軸方向上流側の端部は、シールリング固定部材１２の突起部１２４よりも軸方向上流側に突出して、溶接部１６内に食い込んでいる。
なお、以上のように設けられる嵌合部材７１は、例えばケーシング本体１１やシールリング固定部材１２の場合と同様に、軸体３０（図１参照）の中心軸を含む面で二つに分割して構成されてもよい。

次に、本実施形態におけるシールリング固定部材１２に対するシールリング１３の取付構造について説明する。
シールリング１３は、第一実施形態と同様のシール本体部１３１及び係合突起１３２とを備えている。ただし、本実施形態の係合突起１３２は、その突出方向の先端部に軸方向上流側及び下流側に張り出す張出部（先端張出部）１３４を有して、周方向に直交する断面でＴ字状に形成されている。言い換えれば、本実施形態の係合突起１３２は、第一実施形態の係合突起１３２（図３，４参照）から張出部１３４よりも径方向外側に突出する部分を削除したものに相当する。

一方、シールリング固定部材１２には、第一実施形態と同様の係合溝１２２が形成されている。ただし、本実施形態の溝拡幅部１２３は、係合溝１２２の窪み方向の先端部において軸方向上流側及び下流側に拡幅しており、これによって、係合溝１２２は、前述した係合突起１３２に対応する断面Ｔ字状に形成されている。言い換えれば、本実施形態の係合溝１２２は、第一実施形態の係合溝１２２（図３，４参照）から溝拡幅部１２３よりも径方向外側に窪む部分を削除したものに相当する。
そして、第一実施形態の場合と同様に、シールリング１３の係合突起１３２をシールリング固定部材１２の係合溝１２２に挿入して、係合突起１３２の張出部１３４が係合溝１２２の溝拡幅部１２３に挿入されることにより、係合突起１３２が係合溝１２２に係合する。シールリング１３は、この係合によってシールリング固定部材１２に固定されている。

上述した固定構造及び取付構造を有する本実施形態のケーシング１０は、溶接工程を除いて第一実施形態と同様の製造方法によって製造することが可能である。
すなわち、本実施形態の溶接工程では、図７（ａ）に示すように、はじめに、肉盛溶接によって収容凹部１８の他方の内側面１８ａに溶接部１６を形成する。この形成の際には、軸方向に沿う溶接部１６と一方の内側面１８ｂとの間隔が、突起部１２４を含むシールリング固定部材１２の軸方向寸法よりも小さくなるようにする。このように形成される溶接部１６は、他方の内側面１８ａに形成された窪み部１８ｄにも入り込んでいるため、形成された箇所に保持されることになる。

次いで、軸方向に沿う溶接部１６と一方の内側面１８ｂとの間隔が、突起部１２４を含むシールリング固定部材１２の軸方向寸法と同等、あるいは、シールリング固定部材１２よりも僅かに大きく又は小さく設定されるように、溶接部１６に研削・研磨等の仕上げ加工を施す。
その後、図７（ｂ）に示すように、収容凹部１８にシールリング固定部材１２の固定部分割体１２１を収容する。最後に、図７（ｃ）に示すように、嵌合部材７１を固定部分割体１２１と溶接部１６との間に嵌め込むことで、本実施形態の溶接工程が完了する。
そして、上記のように製造されるケーシング１０を備える本実施形態の蒸気タービンの動作は、第一実施形態の場合と同様である。

第二実施形態の蒸気タービンは、第一実施形態と同様の効果を奏する。
さらに、本実施形態の蒸気タービンでは、シールリング固定部材１２をケーシング本体１１に固定するための溶接部１６が、シールリング固定部材１２と収容凹部１８の他方の内側面１８ａとの隙間１９にのみ形成されるため、溶接部１６の溶接量をさらに減らすことが可能となる。また、シールリング固定部材１２と溶接部１６との間に嵌合部材７１を嵌め込むことで、シールリング固定部材１２が一方の内側面１８ｂに強く押し付けられるため、シールリング固定部材１２をケーシング本体１１に対して強固に固定することが可能となる。
したがって、本実施形態の蒸気タービンによれば、溶接部１６の溶接量をさらに減少させてケーシング本体１１に発生する残留応力をさらに低く抑えながら、シールリング固定部材１２をケーシング本体１１に対して強固に固定できる。

また、本実施形態の蒸気タービンでは、溶接部１６によって埋められる隙間１９が、シールリング固定部材１２の軸方向上流側に位置するため、溶接部１６の溶接量を減らしながら、動翼５０とシールリング１３との間隙の軸方向上流側において発生しやすいケーシング本体１１のエロージョンの発生を効果的に抑えることができる。

さらに、本実施形態の蒸気タービンによれば、シールリング１３をシールリング固定部材１２に固定するための係合突起１３２及び係合溝１２２の径方向寸法が、第一実施形態のものと比較して短く設定されているため、シールリング固定部材１２の内周面から外周面に至るシールリング固定部材１２の厚みを小さく抑えて体積を容易に小さく設定できる。このように、ステンレス鋼からなるシールリング固定部材１２の体積を小さく設定することで、ケーシング本体１１に発生する残留応力をさらに低く抑えることが可能となる。

そして、 上記第二実施形態のように、溶接工程によってケーシング本体１１に生じる残留応力がさらに低くなれば、熱処理工程後の状態でもケーシング本体１１の車室上半部１１Ａや車室下半部１１Ｂに生じる変形も小さくなるため、例えば仕上げ加工工程を実施しなくても、車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂの分割面１４Ａ，１４Ｂを互いに面接触させることができ、また、蒸気タービン用のケーシング１０として許容できる程度のケーシング本体１１やシールリング固定部材１２の内周面の真円度も得ることができる。したがって、蒸気タービンの製造効率をさらに向上させることが可能となる。
なお、溶接工程によってケーシング本体１１に生じる残留応力が十分に小さく、仕上げ加工工程が不要である場合、溶接工程は、例えば車室上半部１１Ａ及び車室下半部１１Ｂを固定した状態、すなわち、ケーシング本体１１の状態で実施されてもよい。

以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、第二実施形態においては、収容凹部１８の他方の内側面１８ａに窪み部１８ｄが形成されるとしたが、溶接工程において溶接部１６を形成した際に溶接部１６が他方の内側面１８ａに保持されるのであれば、窪み部１８ｄは特に形成されなくても構わない。
また、第二実施形態においては、嵌合部材７１が断面Ｌ字状に形成されているが、これに限ることは無く、少なくともシールリング固定部材１２と溶接部１６との間に嵌め込まれた状態で、シールリング固定部材１２を一方の内側面１８ｂに押し付けることが可能な任意の断面形状に形成されてよい。

さらに、第二実施形態において、収容凹部１８は、断面矩形状に形成されるとしたが、少なくとも軸方向に対向する一対の内側面１８ａ，１８ｂを有していれば、任意の断面形状を呈してよい。したがって、例えば、収容凹部１８の底部が丸みを帯びていてもよいし、収容凹部１８の一対の内側面１８ａ，１８ｂが互いに傾斜していてもよい。これに伴い、シールリング固定部材１２も第二実施形態の形状に限らず、収容凹部１８に収容された状態で、少なくとも一方の内側面１８ｂに面接触し、また、他方の内側面１８ａとの間に隙間１９が形成されるように、収容凹部１８に対応する任意の断面形状を呈していればよい。

また、溶接部１６によって埋められる隙間１９は、上記第二実施形態のようにシールリング固定部材１２の軸方向上流側に位置することに限らず、例えばシールリング固定部材１２の軸方向下流側に位置してもよい。この場合、シールリング固定部材１２の突起部１２４は、軸方向下流側に突出していればよい。
さらに、上記第二実施形態の突起部１２４は、例えば形成されなくてもよい。

そして、全ての実施形態では、係合突起１３２の張出部１３４や係合溝１２２の溝拡幅部１２３は、軸方向上流側及び下流側の両方に張り出している、あるいは、拡幅しているが、これに限ることは無く、少なくとも軸方向上流側及び下流側の一方に張り出したり、拡幅したりしていればよい。すなわち、張出部１３４や溝拡幅部１２３は、例えば周方向に直交する断面でＬ字状に形成されてもよい。

また、上記実施形態では、本発明を復水式の蒸気タービンに適用したが、他の型式の蒸気タービン、例えば、二段抽気タービン、抽気タービン、混気タービン等のタービン型式に本発明を適用することもできる。
さらに、上記実施形態では、本発明を蒸気タービンに適用したが、ガスタービンにも本発明を適用することができ、さらには、回転翼のある全てのものに本発明を適用することができる。

１…蒸気タービン（タービン）、１０…ケーシング、１１…ケーシング本体（車室）、１１ｃ…内周面、１２…シールリング固定部材、１２２…係合溝、１２３…溝拡幅部、１３…シールリング、１３２…係合突起、１３４…張出部（先端張出部）、１６…溶接部、１８…収容凹部、１８ａ…内側面（他方の内側面）、１８ｂ…内側面（一方の内側面）、１９，１９Ａ，１９Ｂ…隙間、３０…軸体、５０…動翼、７１…嵌合部材

Claims (4)

1. 内部にロータが設けられる車室と、
   ステンレス鋼により形成されて、前記ロータに対向するように設けられるシールリングと、
   ステンレス鋼により形成されると共に溶接部を介して前記車室に固定されて、前記シールリングを固定するシールリング固定部材と、を備えることを特徴とするタービン。
2. 前記車室が、その内周面から窪んで形成されると共に前記ロータの軸方向に互いに対向する一対の内側面を有する収容凹部を備え、
   前記シールリング固定部材は、前記一対の内側面の一方に面接触するように、かつ、他方の内側面との間に隙間が形成されるように、前記収容凹部に収容され、
   前記溶接部が、前記隙間を埋めるように設けられ、
   ステンレス鋼により形成される嵌合部材が、前記シールリング固定部材と前記溶接部との間に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記隙間が、前記シールリング固定部材の前記ロータの軸方向上流側に位置することを特徴とする請求項２に記載のタービン。
4. 前記シールリングには、その径方向外側に突出する係合突起が形成され、
   前記シールリング固定部材には、その径方向外側に窪んで前記係合突起を挿入して係合させる係合溝が形成され、
   前記係合突起の突出方向先端部に、前記ロータの軸方向に張り出す先端張出部が形成され、
   前記係合溝の窪み方向先端部に、前記ロータの軸方向に拡幅されて前記先端張出部を挿入させる溝拡幅部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタービン。

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