JP2017089455A - タービンケーシング - Google Patents

Abstract

【課題】フランジ部の座面を得るための加工時間を短縮することができるタービンケーシングを提供する。
【解決手段】タービンケーシング１０は、ケーシング本体１２と、ケーシング本体１２の周縁部に設けられたフランジ部１３と、を備えている。フランジ部１３は、合わせ面１４と、合わせ面１４とは反対側に設けられた背面１５と、合わせ面１４から背面１５に延びる複数のボルト穴１６と、を有している。背面１５に、締結装置２０の一部が当接する座面１７が設けられている。座面１７は、背面１５より合わせ面１４の側に位置付けられるとともに、ボルト穴１６の中心軸方向で見たときにボルト穴１６の配列方向に沿って延びている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施の形態は、タービンケーシングに関する。

一般に、高圧タービンや中圧タービンのケーシング構造体は、水平面で上半ケーシングと下半ケーシングとに２分割された構造を有している。上半ケーシングと下半ケーシングは、ボルト、ナットおよび座金によって締結されて、一体化されている。そして、上半ケーシングのフランジ部と下半ケーシングのフランジ部とを気密に接触させて、ケーシング内の高圧蒸気が外部に漏洩することを防止するとともに、外気がケーシング構造体内に流入することを防止している。

上半ケーシングや下半ケーシングは、一般的に鋳造で作製されている。そして、鋳造後にフランジ部等を機械加工している。例えば、フランジ部の合わせ面が機械加工されて、合わせ面に、高圧蒸気の漏洩防止および外気の流入防止を図るシール面としての機能を持たせている。また、フランジ部の鋳肌面として形成されている背面の一部も機械加工されて、ボルト頭や、ナット、座金の座面が形成されている。この座面にも、高圧蒸気の漏洩防止および外気の流入防止を図るシール面としての機能を持たせている。

このような座面５０は、一般的に、図９および図１０に示すように座ぐり加工によって形成されている。より具体的には、座面５０は、円形状の平面形状を有し、フランジ部５１に設けられたボルト穴５２に同心状に形成されている。

特開平１０−８９０１１号公報 特開２０１４−１７３４７５号公報

しかしながら、座面５０はボルト穴５２毎に形成されている。このことにより、座面５０をボルト穴５２に同心状に形成するために、座ぐり加工は、その都度、ボルト穴５２の位置を確認してから行われる。このため、ボルト本数が多くなると、ボルト穴５２の位置確認のための段取り作業の作業量が多くなり、座面５０を得るための機械加工に多くの時間が費やされるという問題が生じる。

また、座面５０の径は、対応するボルト穴５２に挿入されるボルトや、そのボルトに螺合するナット、座金のサイズによって決定される。このため、使用するボルトのサイズが異なる場合には、ボルトのサイズに対応させて加工工具を交換する等、段取り作業に時間を費やし、座面５０を得るための機械加工に要する時間が増大し得る。

さらに、互いに隣り合う座面５０の間に、図９に示すような薄肉部５３や図１０に示すようなエッジ５４が形成される場合もある。このうち薄肉部５３は、互いに隣り合う座面５０の間で鋳肌面が加工されずに残存した部分であるが、このような薄肉部５３は折損しやすくなっている。このため、座面５０が形成された後に薄肉部５３は除去される。また、エッジ５４は、座面５０の周囲で鋳肌面が加工されずに残存した部分であるが、作業者がこのエッジ５４に触れると損傷を受ける可能性がある。このため、エッジ５４も、上述した薄肉部５３と同様に、座面５０が形成された後に除去される。このような薄肉部５３やエッジ５４を除去するための仕上げ作業も、座面５０を得るための加工時間を増大させる一因となっている。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、フランジ部の座面を得るための加工時間を短縮することができるタービンケーシングを提供することを目的とする。

実施の形態によるタービンケーシングは、各々がボルトを含む複数の締結装置によって他のタービンケーシングに締結される。このタービンケーシングは、ケーシング本体と、ケーシング本体の周縁部に設けられたフランジ部と、を備えている。フランジ部は、他のタービンケーシングの側に設けられる合わせ面と、合わせ面とは反対側に設けられた背面と、合わせ面から背面に延びる複数のボルト穴と、を有している。背面に、締結装置の一部が当接する座面が設けられている。座面は、背面より合わせ面の側に位置付けられるとともに、ボルト穴の中心軸方向で見たときにボルト穴の配列方向に沿って延びている。

本発明によれば、フランジ部の座面を得るための加工時間を短縮することができる。

図１は、実施の形態におけるケーシング構造体の一例を示す概略斜視図である。 図２は、図１に示すケーシング構造体において、締結装置によって締結されたフランジ部を示す断面図である。 図３は、図２のフランジ部を示す部分拡大断面図である。 図４は、図３の座面を示す平面図である。 図５は、図３の座面を示す斜視図である。 図６は、図２の変形例を示す断面図である。 図７は、異なる高さで形成された図３のフランジ部の一例を示す斜視図である。 図８は、同一高さで形成された図３のフランジ部の一例を示す斜視図である。 図９は、一般的な座面を示す斜視図である。 図１０は、一般的な他の座面を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態におけるタービンケーシングについて説明する。

（第１の実施の形態）
図１乃至図６を用いて、第１の実施の形態におけるタービンケーシングについて説明する。ここでは、まず、高圧タービンや中圧タービンのケーシング構造体について図１を用いて説明する。

図１に示すように、ケーシング構造体１は、水平面で２分割された上半ケーシング１０と下半ケーシング１１とを備えている。上半ケーシング１０と下半ケーシング１１とは、各々がボルト２１、ナット２２および座金２３を含む複数の締結装置２０（図２参照）によって互いに締結されて一体化されている。なお、図１においては、上半ケーシング１０と下半ケーシング１１とを離間させた状態でケーシング構造体１が示されている。

上半ケーシング１０と下半ケーシング１１とにより構成されるケーシング構造体１内には、各ケーシング１０、１１に対して回転可能に設けられたタービンロータ（図示せず）が収容されている。このタービンロータには、動翼（図示せず）が取り付けられている。一方、各ケーシング１０、１１には、図示しない静翼が取り付けられている。ケーシング構造体１には、供給管２が連結されており、高圧作動流体（蒸気や燃焼ガス等）がケーシング構造体１内の静翼に供給されるようになっている。静翼に供給された高圧作動流体は動翼に案内され、動翼が高圧作動流体から仕事を受けて回転エネルギを得る。これにより、タービンロータが回転するようになっている。

次に、上半ケーシング１０（タービンケーシング）について説明する。

図１に示すように、上半ケーシング１０は、ケーシング本体１２と、ケーシング本体１２の周縁部に設けられたフランジ部１３と、を備えている。このうちケーシング本体１２は、上述した動翼や静翼が収容される部分である。

図１および図２に示すように、フランジ部１３は、下半ケーシング１１の側に設けられる合わせ面１４と、合わせ面１４とは反対側に設けられた背面１５と、合わせ面１４から背面１５に延びる複数のボルト穴１６と、を有している。このうち合わせ面１４は、下半ケーシング１１の合わせ面１４に当接する面である。ボルト穴１６は、フランジ部１３を貫通している。

図２乃至図５に示すように、フランジ部１３の背面１５には、締結装置２０の一部（例えば、後述するボルト頭２１ａ、ナット２２、座金２３等）が当接する座面１７が設けられている。この座面１７は、背面１５より合わせ面１４の側に位置付けられている。また、座面１７は、図４および図５に示すように、ボルト穴１６の中心軸方向（中心軸線Ｘに沿う方向）で見たときに（以下、平面視と記す）、ボルト穴１６の配列方向Ｐに沿って延びている。本実施の形態においては、背面１５に、平面視でボルト穴１６の配列方向Ｐに沿って延びる凹部１８が設けられている。上述した座面１７は、この凹部１８の底面をなしている。

また、図３に示すように、背面１５に、中間面１９が設けられていてもよい。この中間面１９は、背面１５より合わせ面１４の側（座面１７の側）に位置付けられるとともに、座面１７より合わせ面１４の側とは反対側（背面１５の側）に位置付けられている。すなわち、合わせ面１４からの高さとしてみたときに、座面１７が最も低く、背面１５が最も高く、中間面１９は、座面１７よりも高いが背面１５よりは低い中間高さ位置に形成されている。この中間面１９は、平面視で座面１７よりフランジ部１３の周縁１３ａの側に位置付けられている。図３に示す形態では、中間面１９は、フランジ部１３の周縁１３ａに達している。

上半ケーシング１０は、鋳造により形成されており、好適には鋳鉄によって作製されている。このため、上述したフランジ部１３の合わせ面１４、座面１７および中間面１９は、機械加工された面となっている。このうち合わせ面１４は、所望の表面粗さを有するように機械加工されており、高圧作動流体の漏洩防止を図るとともにケーシング構造体１内部への外気の流入防止を図るシール面としての機能を有している。

一方、フランジ部１３の背面１５は、鋳肌面となっている。このため、背面１５の一部が機械加工されて、座面１７および中間面１９が形成されている。このうち座面１７は、合わせ面１４と同様に所望の表面粗さを有するように機械加工されており、高圧作動流体の漏洩防止を図るとともにケーシング構造体１内部への外気の流入防止を図るシール面としての機能を有している。中間面１９は、鋳肌面である背面１５に座面１７を形成するための一次加工によって形成された面である。そしてこの中間面１９を二次加工することにより、所望の表面粗さを有する座面１７が形成されている。この場合、中間面１９は、一次加工を効率良く行うために、シール面として機能する程度の表面粗さを有していないことが好適である。

このようにして、背面１５から、座面１７および中間面１９が機械加工されていることにより、座面１７の表面粗さおよび中間面１９の表面粗さは、背面１５の表面粗さよりも小さくなっている。そして、座面１７の表面粗さは、中間面１９の表面粗さよりも小さくなっている。すなわち、背面１５、中間面１９および座面１７の順に、表面粗さが小さくなっている。なお、表面粗さは、上述したシール面として機能することができれば、特定の種別の表面粗さに限られることはなく、例えばＪＩＳ−Ｂ０６０１で規定されている算術平均粗さや最大高さ等、任意の種別の表面粗さを採用することができる。

このようにして構成された上半ケーシング１０は、図２に示すように、複数の締結装置２０によって下半ケーシング１１（他のタービンケーシング）に締結されている。なお、下半ケーシング１１は、上述した上半ケーシング１０と同様の構成を有している。そして、下半ケーシング１１は、上述した複数の締結装置２０によって他のタービンケーシングである上半ケーシング１０に締結されていると言うこともできる。下半ケーシング１１については、同一部分に同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

図２に示すように、上半ケーシング１０と下半ケーシング１１とを締結する締結装置２０は、ボルト２１と、ナット２２と、座金２３と、を含んでいる。図２に示す形態では、上半ケーシング１０のボルト穴１６および下半ケーシング１１のボルト穴１６に、上半ケーシング１０の上方からボルト頭２１ａ付きボルト２１が挿入されて、これらのボルト穴１６を貫通しており、下半ケーシング１１から突出したボルト２１の先端部に、ナット２２が螺合されている。ボルト頭２１ａと、上半ケーシング１０の座面１７との間に座金２３が介在されて、ボルト頭２１ａが座金２３を介して座面１７に当接している。一方、ナット２２と下半ケーシング１１の座面１７との間に座金２３が介在されて、ナット２２が座金２３を介して座面１７に当接している。このようにして、締結装置２０によって上半ケーシング１０と下半ケーシング１１とが締結されている。なお、図２に示す形態では、ボルト頭２１ａ付きのボルト２１の代用として、後述する図６に示すような植込みボルト２４を用いて、植込みボルト２４の上半ケーシング１０から突出した端部をナット２２で螺合して、当該ナット２２と座面１７との間に座金２３が介在されるようにしてもよい。

上述のようにして上半ケーシング１０と下半ケーシング１１とが締結されることにより、上半ケーシング１０の合わせ面１４と、下半ケーシング１１の合わせ面１４とが、互いに当接して、高圧作動流体の漏洩防止および外気の流入防止を図っている。また、ボルト頭２１ａが座金２３を介して上半ケーシング１０の座面１７に当接していることにより、上半ケーシング１０のボルト穴１６から高圧作動流体が外部に漏洩することを防止するとともに、当該ボルト穴１６から外気が流入することを防止している。同様にして、ナット２２が座金２３を介して下半ケーシング１１の座面１７に当接していることにより、下半ケーシング１１のボルト穴１６から高圧作動流体が外部に漏洩することを防止するとともに、当該ボルト穴１６から外気が流入することを防止している。

ところで、締結装置２０は、図６に示すような構成であってもよい。すなわち、図６に示す締結装置２０は、植込みボルト２４と、ナット２２と、座金２３と、を含んでいる。ここでは、下半ケーシング１１のフランジ部１３の構成は、上半ケーシング１０のフランジ部１３の構成と異なっている。すなわち、下半ケーシング１１のボルト穴１６は、背面１５まで延びておらず（フランジ部１３を貫通しておらず）、当該ボルト穴１６にねじ部が形成されている。また、下半ケーシング１１のフランジ部１３には、上述した座面１７や中間面１９は形成されていない。植込みボルト２４の一端部（下半ケーシング１１の側の端部）は、下半ケーシング１１のボルト穴１６のねじ部に螺合し、他端部（上半ケーシング１０から突出した端部）は、ナット２２に螺合している。ナット２２と上半ケーシング１０の座面１７との間に座金２３が介在されている。なお、図６に示す形態では、植込みボルト２４およびナット２２の代用として、図２に示すようなボルト頭２１ａ付きのボルト２１を用いてもよい。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、上半ケーシング１０の製造方法について説明する。

初めに、上半ケーシング１０が鋳造により作製される。そして、鋳造により作製された上半ケーシング１０のフランジ部１３が機械加工される。この場合、まず、上半ケーシング１０の合わせ面１４が機械加工により形成され、続いて、上半ケーシング１０の背面１５が機械加工され、その後にボルト穴１６が機械加工により形成される。

背面１５を機械加工する際、まず、背面１５が一次加工されて中間面１９が形成される。中間面１９は、フランジ部１３の周縁１３ａに達するように形成されることが好適である。このことにより、大きな径の工具を使用して効率良く一次加工することができ、一次加工の加工時間が増大することを抑制できる。また、一次加工時には、ボルト穴１６の配列方向Ｐに沿う方向に工具を移動する。

中間面１９が形成された後、二次加工が行われて、中間面１９に凹部１８が形成される。二次加工時には、一次加工で使用した工具の径よりも小さな径を有する工具が使用され、この工具が、ボルト穴１６の配列方向Ｐに沿う方向に移動する。このことにより、ボルト穴１６の配列方向Ｐに沿って延びる凹部１８、すなわち座面１７を連続的に形成することができる。このように座面１７を連続的に形成することができるため、各ボルト穴１６の位置の確認を不要とし、段取り作業の作業量を低減することができる。

また、二次加工時に使用する工具の径は、座金２３の径に対して所望の裕度を有する径とすることが好適である。異なるサイズのボルト２１が使用される場合には、最も大きなサイズのボルト２１に対応する座金２３の径に対して所望の裕度を有する径とすることが好適である。このことにより、最も大きなサイズのボルト２１に対応する座金２３を当接させることが可能な座面１７を得ることができる。また、座面１７を形成する間に、ボルト２１のサイズに応じて工具を交換することを不要とし、段取り作業の作業量を低減することができる。

さらに、座面１７が、ボルト穴１６の配列方向Ｐに沿って延びるように形成されるため、二次加工後の仕上げ作業の作業量を低減することができる。より具体的には、図９に示すような薄肉部５３や図１０に示すようなエッジ５４が形成されることを回避できる。このため、このような薄肉部５３やエッジ５４を除去するための除去作業を不要とすることができ、仕上げ作業の作業量を低減することができる。

このようにして、上半ケーシング１０が製造される。下半ケーシング１１も同様に製造することができ、ここでは詳細な説明は省略する。

上述のようにして製造された上半ケーシング１０と下半ケーシング１１は、締結装置２０によって互いに締結される。このようにして、ケーシング構造体１が得られる。

ところで、一般的な上半ケーシング１０のフランジ部１３は、図７に示すように、フランジ部１３の背面１５が部分的に異なる高さ（厚さ）で形成され、背面１５に段差が形成されている場合がある。この場合には、高さが違う背面１５毎に、一次加工および二次加工が行われて、座面１７が形成され得る。これに対して、図８に示すように、フランジ部１３の背面１５が、同一高さで形成されている場合もある。この場合には、一次加工および二次加工を、フランジ部１３全体にわたって連続して行うことができ、一次加工をするための段取り作業の作業量や、二次加工をするための段取り作業の作業量を、低減することができる。このため、図８に示すようにフランジ部１３の背面１５が同一高さで形成されている場合には、座面１７を得るための機械加工を単純化させることができ、座面１７の加工時間を短縮させる効果を高めることができる。

このように本実施の形態によれば、上半ケーシング１０のフランジ部１３の背面１５に設けられた座面１７が、平面視でボルト穴１６の配列方向Ｐに沿って延びている。このことにより、座面１７の加工時に使用する工具を、ボルト穴１６の配列方向Ｐに沿った方向に移動させることで、座面１７を連続的に形成することができる。このため、段取り作業や仕上げ作業の作業量を低減することができる。この結果、フランジ部１３の座面１７の機械加工を効率良く行うことができ、座面１７を得るための加工時間を短縮することができる。

また、本実施の形態によれば、フランジ部１３の座面１７は、背面１５に設けられた凹部１８であって、平面視でボルト穴１６の配列方向Ｐに沿って延びる凹部１８の底面をなしている。このことにより、工具をボルト穴１６の配列方向Ｐに沿う方向に移動させることにより、座面１７を形成することができ、座面１７を効率良く得ることができる。

また、本実施の形態によれば、フランジ部１３の背面１５より合わせ面１４の側であって、座面１７より合わせ面１４の側とは反対側に中間面１９が設けられている。このことにより、鋳肌面である背面１５を一次加工して中間面１９を形成し、中間面１９を二次加工して座面１７を形成することができる。このため、一次加工として加工速度を大きくして中間面１９を形成し、その後に二次加工として加工速度を小さくして座面１７を形成することができ、座面１７を得るための加工時間を短縮することができる。

さらに、本実施の形態によれば、フランジ部１３の座面１７の表面粗さが、背面１５の表面粗さよりも小さくなっている。このことにより、座面１７を、高圧作動流体の漏洩防止を図るとともにケーシング構造体１内部への外気の流入防止を図るシール面として機能させることができる。とりわけ、本実施の形態によれば、中間面１９の表面粗さが、背面１５の表面粗さよりも小さく、座面１７の表面粗さが、中間面１９の表面粗さよりも小さくなっている。このことにより、中間面１９の加工速度を座面１７の加工速度よりも大きくすることができ、中間面１９の加工時間の短縮化を図ることができる。このため、座面１７を得るための加工時間を短縮することができる。

なお、上述した本実施の形態においては、背面１５に、中間面１９が設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、中間面１９は形成されていなくてもよい。すなわち、一次加工として、座面１７と同一の幅の中間面１９を形成した場合には、中間面１９は、二次加工後（座面１７形成後）に残存しないようになる。この場合、平面視で、座面１７よりフランジ部１３の周縁１３ａの側には、鋳肌面である背面１５が残存するようになる。

以上述べた実施の形態によれば、フランジ部の座面を得るための加工時間を短縮することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０：上半ケーシング、１１：下半ケーシング、１２：ケーシング本体、１３：フランジ部、１４：合わせ面、１５：背面、１６：ボルト穴、１７：座面、１８：凹部、１９：中間面、２０：締結装置、２１：ボルト

Claims (5)

1. 各々がボルトを含む複数の締結装置によって他のタービンケーシングに締結されるタービンケーシングであって、
   ケーシング本体と、
   前記ケーシング本体の周縁部に設けられたフランジ部と、を備え、
   前記フランジ部は、前記他のタービンケーシングの側に設けられる合わせ面と、前記合わせ面とは反対側に設けられた背面と、前記合わせ面から前記背面に延びる複数のボルト穴と、を有し、
   前記背面に、前記締結装置の一部が当接する座面が設けられ、
   前記座面は、前記背面より前記合わせ面の側に位置付けられるとともに、前記ボルト穴の中心軸方向で見たときに前記ボルト穴の配列方向に沿って延びていることを特徴とするタービンケーシング。
2. 前記座面は、前記背面に設けられた凹部であって、前記ボルト穴の中心軸方向で見たときに前記ボルト穴の配列方向に沿って延びる凹部の底面をなしていることを特徴とする請求項１に記載のタービンケーシング。
3. 前記座面の表面粗さは、前記背面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のタービンケーシング。
4. 前記背面に、中間面が設けられ、
   前記中間面は、前記背面より前記合わせ面の側に位置付けられるとともに、前記座面より前記合わせ面の側とは反対側に位置付けられ、
   前記中間面は、前記ボルト穴の中心軸方向で見たときに前記座面より前記フランジ部の周縁側に位置付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のタービンケーシング。
5. 前記中間面の表面粗さは、前記背面の表面粗さよりも小さく、
   前記座面の表面粗さは、前記中間面の表面粗さよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のタービンケーシング。

Images