JP2017115803A - ノズルダイアフラム、タービンロータ及び蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気タービンを分解することなく、簡易な構造で高精度にノズルダイアフラムのクリープ変形の進行の程度を確認する。【解決手段】実施の形態によるノズルダイアフラム内輪１１は、タービンロータ２０のディスク２２及び動翼２３と蒸気タービンの軸方向で対向するように、ケーシング８に収容されるノズルダイアフラムのノズルダイアフラム内輪である。このノズルダイアフラム内輪１１は、環状に形成され、その外周部で静翼を支持する内輪ベース部１１０と、内輪ベース部１１０におけるディスク２２側を向く部分からディスク２２に向けて突出するノズル側突出部１１１〜１１３と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、ノズルダイアフラム、タービンロータ及び蒸気タービンに関する。

蒸気タービンでは、一般に、ボイラからの主蒸気の温度を上昇させることにより、その運転効率が向上する。ところが、主蒸気の温度を上昇させると、タービン段落における特に初段付近のノズルダイアフラムのクリープ変形が早まり且つ増大する傾向となる。図８は一般的な横置きの蒸気タービンの概略的な縦断面図を示す。以下、図８を参照しつつ蒸気タービンに生じるクリープ変形を説明する。

図８には、タービンケーシング８に収容されたノズルダイアフラム１０とタービンロータ２０とが示されている。ノズルダイアフラム１０は、ノズルダイアフラム内輪１１と、ノズルダイアフラム外輪１２と、これらの間に配置された複数の静翼１３と、ノズルダイアフラム内輪１１の内周面に設けられたパッキンリング１４と、を有している。タービンロータ２０は、回転軸２１と、回転軸２１の外周面から張り出した環状のディスク２２と、を有し、ディスク２２の先端には動翼２３が設けられている。

運転時においては、静翼１３を通過した主蒸気が動翼２３へ流入し、タービンロータ２０を回転させる。この際、主蒸気の圧力によって、ノズルダイアフラム１０は、その下流側へ押される。ここで、ノズルダイアフラム外輪１２は、タービンケーシング８における嵌合部８Ａに支えられているため、主にノズルダイアフラム内輪１１及び静翼１３がディスク２２及び動翼２３側に押され、これによりノズルダイアフラム１０が湾曲するように変形する。

上述のように変形したノズルダイアフラム１０は、元の状態に戻ろうとするものの、高温域において常に主蒸気の圧力がかかっているため、定常クリープ状態となる。これによりノズルダイアフラム１０においてクリープ変形が生じる場合がある。

上述のクリープ変形が進行し続けると、ノズルダイアフラム内輪１１とディスク２２との間の間隙、及び、パッキンリング１４とディスク２２との間の間隙が、適正な間隙から外れ、最終的に、ノズルダイアフラム内輪１１とディスク２２とが接触し、パッキンリング１４とディスク２２とが接触する。その結果、ノズルダイアフラム内輪１１、パッキンリング１４及びディスク２２に損傷が生じる虞がある。

クリープ変形によってノズルダイアフラムとロータのディスク等とが接触し、損傷が生じた場合には、その損傷の復旧、損傷発生の詳細な原因調査に膨大な時間を要する。また、蒸気タービンの停止、開放及び分解が必要となり、その期間での電力供給が不能となることで、コストインパクトが大きい。

そのため、ノズルダイアフラムのクリープ変形による損傷を防止するために、クリープ変形の発生の有無の検査が適宜実施され、且つノズルダイアフラムが適宜補修される場合がある。この際には、ノズルダイアフラムの寸法が計測され、クリープ変形が認められた場合に、例えば、ノズルダイアフラムが交換されたり、ノズルダイアフラム内輪に接触する虞のある面を削整してノズルダイアフラム内輪とロータ等との間の間隙が適正な値に戻されたりする。

クリープ変形の進行具合は温度に起因することから、蒸気タービンの運転条件に大きく左右され、低温状態の運転が長ければ進行は遅く、逆に高温状態の運転が長ければ進行は早い。したがって、クリープ変形によるノズルダイアフラム内輪とディスク等との接触の有無及びその時期を推定することは、困難である。そのため、上述のような検査を定期的に実施することが望ましく、当該検査は、一般に、比較的多く実施されている。しかしながら、検査の度に、蒸気タービンの停止、開放及び分解が必要であるため、検査の回数を多くすると、コストインパクトが大きくなってしまう一方、検査の回数を抑制すると、接触による損傷のリスクが高まってしまう。また、検査時にノズルダイアフラムの変形に対する処置を実施したとしても、次回の検査前に接触による損傷が生じる虞もある。

ノズルダイアフラムのクリープ変形を防止するための技術としては、ノズルダイアフラム外輪の材質とノズルダイアフラム内輪の材質とを異ならせることにより、内側と外側とのクリープ変形の速度に差を生じさせてクリープ変形を抑制する技術が知られている。また、ノズルダイアフラム内輪の下半継手面に磁気センサが設けられ、磁気センサがノズルダイアフラム内輪の上半継手面との間の距離を検出し、検出した距離に基づき演算装置がクリープ変形量を算出する技術も知られている。

特開２００２−１８８４０８号公報 特開昭６０−１４７５０５号公報

蒸気タービンを分解することなく、ノズルダイアフラムのクリープ変形の程度を確認可能な装置を備える蒸気タービンとして、特許文献２に開示の技術がある。しかしながら、この技術では磁気センサによって距離を検出し、検出した距離に基づきクリープ変形量を演算装置で算出するため、必要な機器が多く、且つクリープ変形量を直接的に算出するものではないことで変形量の精度にばらつきが生じる虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、蒸気タービンを分解することなく、簡易な構造で高精度にノズルダイアフラムのクリープ変形の進行の程度を確認することができるノズルダイアフラム、タービンロータ及び蒸気タービンを提供することを目的とする。

実施の形態によるノズルダイアフラムは、タービンケーシングに固定される静翼と、前記タービンケーシングに回転可能に支持されるタービンロータのディスクに設けられる動翼とを備える蒸気タービンに設けられ、前記静翼を固定するための外輪と内輪が前記動翼と前記蒸気タービンの軸方向に沿って対向するように設けられる前記静翼を有する内輪を備えるノズルダイアフラムである。このノズルダイアフラムの内輪は、環状に形成され、その外周部で静翼を支持する内輪ベース部と、前記内輪ベース部におけるタービンロータのディスク側に対向する部分から前記ディスクに向けて突出するノズル側突出部を有している。

本発明によれば、蒸気タービンを分解することなく、簡易な構造で高精度にノズルダイアフラムのクリープ変形の進行の程度を確認することができる。

第１の実施の形態による蒸気タービンの概略的な縦断面図である。 第１の実施の形態による蒸気タービンのノズルダイアフラムの分割時の状態を蒸気タービンの軸方向に沿って見た図である。 第１の実施の形態による蒸気タービンのノズルダイアフラムに設けられるノズル側突出部の斜視図である。 第２の実施の形態による蒸気タービンの概略的な縦断面図である。 第２の実施の形態による蒸気タービンのノズルダイアフラムに設けられるノズル側突出部の斜視図である。 第２の実施の形態による蒸気タービンのノズルダイアフラムの分割時の状態の斜視図である。 第３の実施の形態による蒸気タービンの概略的な縦断面図である。 一般的な蒸気タービンの概略的な縦断面図である。

以下に、添付の図面を参照して各実施の形態を詳細に説明する。以下の各実施の形態における構成部分のうちの図８に示した一般的な蒸気タービンの構成部分と同様の部分には、同一の符号が付されている。

（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態による蒸気タービン１の概略的な縦断面図を示している。図１に示すように、本実施の形態による蒸気タービン１は、タービンケーシング８（以下、ケーシング８と略す。）と、ノズルダイアフラム１０と、タービンロータ２０と、を備えている。ノズルダイアフラム１０及びタービンロータ２０は、ケーシング８に収容されている。タービンロータ２０は、ケーシング８に回転可能に支持され、図示しないボイラから主蒸気が供給された際、図示しない回転軸線を中心に回転する。タービンロータ２０の回転軸線上の方向又は当該回転軸線に平行な方向を、以下では、蒸気タービン１の軸方向又は単に軸方向と呼び、タービンロータ２０の回転軸線に直交する方向を、蒸気タービン１の径方向又は単に径方向と呼ぶ。

ノズルダイアフラム１０は、環状に形成されるノズルダイアフラム内輪１１と、環状に形成されるノズルダイアフラム外輪１２と、これらの間に配置された複数の静翼１３と、ノズルダイアフラム内輪１１の内周面に設けられたパッキンリング１４と、を有している。タービンロータ２０は、回転軸２１と、回転軸２１の外周面から張り出した環状のディスク２２と、を有しており、回転軸２１の中心軸線が上述の回転軸線を規定する。またディスク２２の外周部には動翼２３が支持され、動翼２３はディスク２２から径方向の外側に延びている。

図１に示すように、この蒸気タービン１では、ノズルダイアフラム１０のノズルダイアフラム内輪１１、ノズルダイアフラム外輪１２及び静翼１３と、タービンロータ２０のディスク２２及び動翼２３とが、軸方向で互いに対向するように、ノズルダイアフラム１０及びタービンロータ２０がケーシング８に収容されている。図１においては、矢印Ｓが主蒸気の流れを示しており、図示のタービンロータ２０のディスク２２は、主蒸気が流れる方向でノズルダイアフラム１０の下流側に位置している。

本実施の形態におけるノズルダイアフラム１０は、軸方向で見た場合に、当該ノズルダイアフラム１０の中心を通ってノズルダイアフラム１０を横断する直線上に延びる継手面で分割可能となっている。図２には、分割時のノズルダイアフラム１０の状態を軸方向に沿って見た図が示されている。

図２に示すように、ノズルダイアフラム内輪１１は、内輪上半部１１Ｕと、内輪下半部１１Ｄと、を有し、ノズルダイアフラム外輪１２は、外輪上半部１２Ｕと、外輪下半部１２Ｄと、を有している。内輪上半部１１Ｕ、外輪上半部１２Ｕ、及びこれらの間に配置される複数の静翼１３によって、ノズルダイアフラム１０の上半が構成されている。また、内輪下半部１１Ｄ、外輪下半部１２Ｄ、及びこれらの間に配置される複数の静翼１３によって、ノズルダイアフラム１０の下半が構成されている。

ノズルダイアフラム１０の上半において、静翼１３の径方向の内側端部は内輪上半部１１Ｕに支持され、静翼１３の径方向の外側端部は外輪上半部１２Ｕに支持されている。同様に、ノズルダイアフラム１０の下半において、静翼１３の径方向の内側端部は内輪下半部１１Ｄに支持され、静翼１３の径方向の外側端部は外輪下半部１２Ｄに支持されている。図１においては、説明の簡略化のために、静翼１３の径方向の内側端部及び外側端部の支持構造についての図示を省略している。

ノズルダイアフラム１０の上半とノズルダイアフラム１０の下半とがケーシング８に収容されて互いに結合された際、外輪上半部１２Ｕと外輪下半部１２Ｄとが、環状のノズルダイアフラム外輪１２を構成し、内輪上半部１１Ｕと内輪下半部１１Ｄとが、環状のノズルダイアフラム内輪１１を構成する。この際、ノズルダイアフラム１０は、ケーシング８によって支持され、図示の例では、ケーシング８によって下方から支持されている。またノズルダイアフラム外輪１２は、図１に示すように、ケーシング８の内周面において環状に延び凹部を有する嵌合部８Ａに嵌め込まれて、軸方向に支持され、軸方向の移動を規制される。またノズルダイアフラム内輪１１は、回転軸２１との間に径方向の隙間を空けて保持され、当該隙間にパッキンリング１４が位置して作動蒸気の漏洩を防ぐようになっている。このようにノズルダイアフラム１０がケーシング８に支持された状態においては、静翼１３は、ケーシング８にノズルダイアフラム外輪１２及び内輪１１を介して固定されることになる。

ここで、本実施の形態におけるノズルダイアフラム内輪１１は、図１に示すように、環状に形成され、その外周部で静翼１３を支持する内輪ベース部１１０と、内輪ベース部１１０におけるディスク２２側を向く部分からディスク２２に向けて突出する第１〜第３ノズル側突出部１１１〜１１３と、を有している。本実施の形態においては、内輪ベース部１１０が、上述の継手面でベース上半部１１０Ｕとベース下半部１１０Ｄとに分割されており、第１〜第３ノズル側突出部１１１〜１１３は、ベース上半部１１０Ｕから突出している。

図示の第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３は、ベース上半部１１０Ｕにおけるディスク２２側を向く部分において、径方向に互いに離間して配置され、詳しくは、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３は、この順で、径方向内側から外側に向けて径方向に互いに隣り合うように並んでいる。また第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３は、軸方向における高さが互いに異なっており、詳しくは、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３の順で、軸方向における高さが小さくなっている。

図３は、第１ノズル側突出部１１１の斜視図を示し、第１ノズル側突出部１１１は、円弧状に湾曲した金属製の板状部材から形成されている。第１ノズル側突出部１１１は、ベース上半部１１０Ｕに取り付けられる基端部１１１Ａと、ディスク２２側を向く先端部１１１Ｂと、を有し、先端部１１１Ｂ側から基端部１１１Ａ側を見た際に、円弧状に湾曲している。第１ノズル側突出部１１１は、ベース上半部１１０Ｕの円周方向に沿って延びるように、その基端部１１１Ａをベース上半部１１０Ｕに溶接によって取り付けられている。図示省略するが、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３も、寸法を除いて第１ノズル側突出部１１１と同様に円弧状に湾曲した金属製の板状部材から形成され、ベース上半部１１０Ｕに溶接によって取り付けられている。

なお、本実施の形態では、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３が、図１及び図３に示すように、ベース上半部１１０Ｕの円周方向の一部の範囲で当該円周方向に沿って延びるように設けられるが、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３は、ベース上半部１１０Ｕの円周方向の全域で当該円周方向に沿って延びるように設けられてもよい。また、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３は、ベース上半部１１０Ｕに設けられているが、ベース下半部１１０Ｄにも設けられる。また、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３は、円周方向で互いに離間していてもよい。また、本実施の形態では、三つのノズル側突出部１１１〜１１３が設けられるが、その数は特に限定されるものではない。

一方で、図１に示すように、タービンロータ２０では、ディスク２２が、回転軸２１の外周面から張り出した環状のディスク本体２２Ａと、ディスク本体２２Ａにおけるノズルダイアフラム内輪１１側を向く部分からノズルダイアフラム内輪１１に向けて突出する一つのロータ側突出部２２Ｂと、を有している。本実施の形態では、ディスク本体２２Ａにおけるノズルダイアフラム内輪１１側を向く部分に、ディスク本体２２Ａの円周方向に沿って延びる取付凹部２２Ｃが形成され、取付凹部２２Ｃに平板状のロータ側突出部２２Ｂが溶接によって取り付けられる。

ロータ側突出部２２Ｂは、取付凹部２２Ｃに取り付けられた状態で、その一部が取付凹部２２Ｃから突出する。ロータ側突出部２２Ｂの径方向における寸法は、上述の第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３が設けられる径方向範囲よりも大きくなっている。これにより、ロータ側突出部２２Ｂと、ノズル側突出部１１１〜１１３とが軸方向から見て重なるように位置付けられた際に、ロータ側突出部２２Ｂとノズル側突出部１１１〜１１３とが、軸方向で互いに対向する。なお、本実施の形態では、一つのロータ側突出部２２Ｂが設けられるが、その数は特に限定されるものではない。

ここで、図１に示すように、ノズルダイアフラム１０がタービンロータ２０とともにケーシング８に収容された際には、内輪ベース部１１０とディスク２２との間に、軸方向における隙間が形成される。そして本実施の形態では、ノズル側突出部１１１〜１１３の各々が、内輪ベース部１１０とディスク２２との間に形成される軸方向における最小の隙間Ｇ_ｍｉｎよりも小さい隙間Ｇ１〜Ｇ３をディスク２２のロータ側突出部２２Ｂとの間に形成するように構成されている。

本実施の形態では、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３の順で、軸方向における高さが小さくなっているため、第１ノズル側突出部１１１とロータ側突出部２２Ｂとの間の隙間Ｇ１は、第２ノズル側突出部１１２とロータ側突出部２２Ｂとの間の隙間Ｇ２よりも小さく、隙間Ｇ２は、第３ノズル側突出部１１３とロータ側突出部２２Ｂとの間の隙間Ｇ３よりも小さくなっている（つまり、Ｇ３＞Ｇ２＞Ｇ１）。

これにより、本実施の形態では、蒸気タービン１の運転中の主蒸気の圧力の影響でノズルダイアフラム１０がそのノズルダイアフラム外輪１２を支点としてディスク２２側に湾曲し、主蒸気の熱の影響で湾曲状態でのクリープ変形がノズルダイアフラム１０にて進行した場合において、内輪ベース部１１０とディスク２２とが接触する前に、ノズル側突出部１１１〜１１３がロータ側突出部２２Ｂに接触可能となる。とりわけ本実施の形態では、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３の順で、ロータ側突出部２２Ｂとの接触が生じるようになっている。ここでロータ側突出部２２Ｂを摩耗性材料にしておけば、突出部との接触がおきてもロータ側突出部２２Ｂが削れる結果、従来技術よりも内輪、ロータディスクの損傷を防ぐことができる。摩耗性材料としては、公知の快削性材料（アブレイダブル材料）の各種を用いることができる。例えば、摩耗性材料としては、コバルト、ニッケル、クロム、アルミニウム及びイットリウム系の材料（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ系材料）、ニッケル、クロム、アルミニウム系の材料（ＮｉＣｒＡｌ系材料）、又はニッケル、クロム、アルミニウム、ホウ素及び窒素系の材料（ＮｉＣｒＦｅＡｌＢＮ系材料）等が用いられてもよい。

なお、本実施の形態では、複数のノズル側突出部１１１〜１１３とロータ側突出部２２Ｂとの間の隙間が、径方向内側から順に大きくなっているが、このような隙間の大小関係の順番は特に限定されるものではない。

また本実施の形態による蒸気タービン１は、集音器（マイク）４１と、集音器４１で取り込んだ音を出力される周波数検出器４２と、を有する接触音検出装置４０をさらに備えている。接触音検出装置４０は、ノズル側突出部１１１〜１１３がロータ側突出部２２Ｂに接触した際の音を検出するために設けられている。

本実施の形態では、図１に示すように、ベース上半部１１０Ｕの内部における第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３に軸方向で隣接する領域に、収容空間１１０Ｓが形成され、収容空間１１０Ｓに、集音器４１が設けられている。周波数検出器４２は、ケーシング８の外部に配置されており、ケーブル４３によって集音器４１に電気的に接続されている。ケーブル４３は、ベース上半部１１０Ｕ、静翼１３、ノズルダイアフラム外輪１２及びケーシング８の各々に形成された図示省略する孔を通されて、集音器４１と周波数検出器４２とを接続する。周波数検出器４２は、ノズル側突出部１１１〜１１３とロータ側突出部２２Ｂとの接触音の周波数を抽出することにより、ノズル側突出部１１１〜１１３とロータ側突出部２２Ｂとの接触を検出可能となっている。

次に本実施の形態の作用について説明する。

蒸気タービン１では、静翼１３を通過した主蒸気が動翼２３へ流入することで、タービンロータ２０が回転する。この際、主蒸気の圧力によって、ノズルダイアフラム１０は、その下流側で隣接するディスク２２及び動翼２３側に押される。ここで、ノズルダイアフラム外輪１２は、ケーシング８における嵌合部８Ａに支えられているため、主にノズルダイアフラム内輪１１及び静翼１３がディスク２２及び動翼２３側に押される。これにより、ノズルダイアフラム１０が湾曲するように変形する。

上述のように変形したノズルダイアフラム１０では、高温域において常に主蒸気の圧力がかかる場合に、定常クリープ状態が生じて、クリープ変形が生じる場合がある。この際に、本実施の形態では、ノズルダイアフラム内輪１１とディスク２２とが接触する前に、まず、第１ノズル側突出部１１１とロータ側突出部２２Ｂとを接触させることができる。そして第１ノズル側突出部１１１とロータ側突出部２２Ｂとが接触した際の接触音を接触音検出装置４０によって検出することで、第１ノズル側突出部１１１とロータ側突出部２２Ｂとが接触したことを確認することができる。

ノズルダイアフラム１０のクリープ変形がさらに進行した際には、第２ノズル側突出部１１２とロータ側突出部２２Ｂとが接触するとき、これらの接触音を接触音検出装置４０によって検出することで、第２ノズル側突出部１１２とロータ側突出部２２Ｂとが接触したことを確認することができる。その後は、第３ノズル側突出部１１３とロータ側突出部２２Ｂとを接触させることができ、これらの接触音を接触音検出装置４０によって検出することで、第３ノズル側突出部１１３とロータ側突出部２２Ｂとが接触したことを確認することができる。

ここで、本実施の形態においては、ノズルダイアフラム１０のクリープ変形の進行の程度を、ノズル側突出部１１１〜１１３のいずれかとロータ側突出部２２Ｂとの間の隙間の寸法によって特定可能であるため、ノズル側突出部１１１〜１１３のいずれかとロータ側突出部２２Ｂとの接触音を検出することにより、クリープ変形の進行の程度を正確に把握することができる。

したがって、本実施の形態によれば、蒸気タービン１を分解することなく、簡易な構造で高精度にノズルダイアフラム１０のクリープ変形の進行の程度を確認することができる。これにより、蒸気タービン１の分解の回数を抑制して作業コストを抑えつつ、ノズルダイアフラム１０の補修を適切に実施できることでクリープ変形によるノズルダイアフラム１０等の損傷を回避できる。とりわけ本実施の形態では、第１ノズル側突出部１１１、第２ノズル側突出部１１２及び第３ノズル側突出部１１３の順で、ロータ側突出部２２Ｂとの接触が生じるため、クリープ変形の進行の程度を段階的に確認することができるため、ノズルダイアフラム１０の補修のタイミングを状況に応じて任意に選択することができる。

なお、ノズルダイアフラム１０のクリープ変形の進行の程度を更に詳細に把握する必要がある場合や把握のタイミングを調整したい場合には、ノズル側突出部の数や高さを適宜設定することで対応できる。例えばノズル側突出部の高さを調整することによれば、クリープ変形を確認可能なタイミングを、要求や状況に応じて調整することができる。

また本実施の形態では、ノズル側突出部１１１〜１１３が内輪ベース部１１０に溶接され、ロータ側突出部２２Ｂがディスク本体２２Ａに溶接されるため、ノズル側突出部１１１〜１１３及びロータ側突出部２２Ｂを容易に取り外すことができる。そのため、接触によってノズル側突出部１１１〜１１３又はロータ側突出部２２Ｂが損傷した場合の交換を容易に行うことができ、復旧が容易となる。なお、ノズル側突出部１１１〜１１３が内輪ベース部１１０に溶接される場合には、ノズル側突出部１１１〜１１３と内輪ベース部１１０とが同じ材質であることが好ましいが、特に限定されるものではない。同様に、ロータ側突出部２２Ｂとディスク本体２２Ａとが同じ材質であることが好ましいが、特に限定されるものではない。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における構成部分のうちの第１の実施の形態の構成部分と同様の部分には、同一の符号が付され、説明を省略する。

図４は第２の実施の形態による蒸気タービンの概略的な縦断面図である。図４に示すように、本実施の形態では、ノズルダイアフラム１１の内輪ベース部１１０に、その円周方向に延びる第１〜第３嵌合溝３１１，３１２，３１３が形成されている。そして第１嵌合溝３１１には複数の第１ノズル側突出部１１１’が取り外し可能に嵌め込まれており、第２嵌合溝３１２には複数の第２ノズル側突出部１１２’が取り外し可能に嵌め込まれており、第３嵌合溝３１３には複数の第３ノズル側突出部１１３’が取り外し可能に嵌め込まれている。

図５は本実施の形態における第１ノズル側突出部１１１’の斜視図である。図５に示すように、第１ノズル側突出部１１１’は、板状の基部１１１Ｘと、基部１１１Ｘの主面から突出する突出部本体１１１Ｙと、を有する。基部１１１Ｘ及び突出部本体１１１Ｙは、突出部本体１１１Ｙ側から基部１１１Ｘ側に見た場合に、互いに沿う状態で円弧状に湾曲している。図示の例では、基部１１１Ｘ及び突出部本体１１１Ｙが一体形成されている。図示省略するが、第２ノズル側突出部１１２’及び第３ノズル側突出部１１３’も、寸法を除いて第１ノズル側突出部１１１’と同様の形状に形成されている。

図６は本実施の形態におけるノズルダイアフラム１０の分割時の状態の斜視図である。図４及び図６に示すように、第１〜第３嵌合溝３１１，３１２，３１３の各々は、対応するノズル側突出部１１１’〜１１３’の基部を嵌め入れる嵌合部本体と、当該嵌合部本体の径方向中央位置からディスク２２側に開放して対応するノズル側突出部１１１’〜１１３’の突出部本体を外部に突出させるための開放部と、を有している。図６に示すように、本実施の形態では、このような第１〜第３嵌合溝３１１，３１２，３１３が、内輪上半部１１Ｕのベース上半部１１０Ｕの一方の継手面から他方の継手面にわたって延びている。そして本実施の形態では、複数のノズル側突出部１１１’〜１１３’が、対応する第１〜第３嵌合溝３１１，３１２，３１３の一方の継手面から他方の継手面側に向けて順次挿入されることで、内輪ベース部１１０に取り外し可能に嵌め込まれている。

本実施の形態によれば、ノズル側突出部１１１’〜１１３’が内輪ベース部１１０に取り外し可能に嵌め込まれているため、ノズル側突出部１１１’〜１１３’の取付及び交換を容易に行うことができる。なお、本実施の形態では、複数のノズル側突出部１１１’〜１１３’が、対応する第１〜第３嵌合溝３１１，３１２，３１３の一方の継手面から他方の継手面側に向けて順次挿入されるが、複数のノズル側突出部１１１’〜１１３’のうちの一部には、図５に示したような突出部本体が形成されていなくてもよい。

（第３の実施の形態）
続いて第３の実施の形態について説明する。本実施の形態における構成部分のうちの第１の実施の形態の構成部分と同様の部分には、同一の符号が付され、説明を省略する。

図７は第３の実施の形態による蒸気タービンの概略的な縦断面図である。図７に示すように、本実施の形態では、ノズルダイアフラム１１の内輪ベース部１１０と一つの第１ノズル側突出部１１１’’とが、一体形成されている。すなわち、本実施の形態では、単一の金属材料から、内輪ベース部１１０と第１ノズル側突出部１１１’’（本例では、その一部）とが削り出されている。

詳しくは、本実施の形態における第１ノズル側突出部１１１’’は、内輪ベース部１１０と一体の突出部本体１１１Ｚと、突出部本体１１１Ｚの先端に設けられた接触部１１１Ｗと、を有し、接触部１１１Ｗが突出部本体１１１Ｚの材質とは異なる摩耗性材料から形成されている。摩耗性材料からなる接触部１１１Ｗを設ける場合には、突出部本体１１１Ｚの先端に摩耗性材料を蒸着してもよい。

本実施の形態によれば、第１ノズル側突出部１１１’’が接触によって損傷した際に、突出部本体１１１Ｚに摩耗性材料からなる接触部１１１Ｗを設けることで、第１ノズル側突出部１１１’’を容易に復旧させることができる。なお、第１ノズル側突出部１１１’’に摩耗性材料からなる接触部１１１Ｗが設けられていなくてもよいが、損傷した場合に、肉盛溶接やノズルダイアフラム内輪１１全体の交換を行う必要が生じる。これに比較して、突出部本体１１１Ｚに摩耗性材料からなる接触部１１１Ｗを設ける構成によれば、復旧を容易に行うことができる。

なお、本実施の形態では、第１ノズル側突出部１１１’’の先端部が摩耗性材料から形成されるが、第１ノズル側突出部１１１’’の全体が摩耗性材料から形成されてもよい。また、第１及び第２の実施の形態におけるノズル側突出部の少なくとも先端部が、摩耗性材料から形成されていてもよい。またロータ側突出部２２Ｂの全部又は先端部が摩耗性材料から形成されていてもよい。

なお、上記の実施の形態は、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。この新規な実施の形態は、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。この実施の形態やその変形は、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。

例えば、上述の各実施の形態では、ディスク２２がロータ側突出部２２Ｂを有するが、ディスク２２はロータ側突出部２２Ｂを有していなくてもよい。

１…蒸気タービン、８…タービンケーシング、８Ａ…嵌合部、１０…ノズルダイアフラム、１１…ノズルダイアフラム内輪（内輪）、１１Ｕ…内輪上半部、１１Ｄ…内輪下半部、１１０…内輪ベース部、１１０Ｕ…ベース上半部、１１０Ｄ…ベース下半部、１１１，１１１’，１１１’’…第１ノズル側突出部、１１１Ｗ…接触部、１１２，１１２’…第２ノズル側突出部、１１３，１１３’…第３ノズル側突出部、１２…ノズルダイアフラム外輪（外輪）、１２Ｕ…外輪上半部、１２Ｄ…外輪下半部、１３…静翼、１４…パッキンリング、２０…タービンロータ、２１…回転軸、２２…ディスク、２２Ａ…ディスク本体、２２Ｂ…ロータ側突出部、２２Ｃ…取付凹部、２３…動翼、４０…接触音検出装置、４１…集音器、４２…周波数検出器。

Claims (11)

1. タービンケーシングに固定される静翼と、前記タービンケーシングに回転可能に支持されるタービンロータのディスクに設けられる動翼とを備える蒸気タービンに設けられ、前記静翼を固定するための外輪と内輪が前記動翼と前記蒸気タービンの軸方向に沿って対向するように設けられる前記静翼を有する内輪を備えるノズルダイアフラムであって、
   前記ノズルダイアフラムの内輪は、
   環状に形成され、その外周部で静翼を支持する内輪ベース部と、
   前記内輪ベース部における前記ディスク側を向く部分から前記ディスクに向けて突出するノズル側突出部と、を有している、ノズルダイアフラム。
2. 前記内輪ベース部と前記ディスクとの間に、前記軸方向における隙間が形成され、
   前記ノズル側突出部は、前記内輪ベース部と前記ディスクとの間に形成される前記軸方向における最小の隙間よりも小さい隙間を前記ディスクとの間に形成するように、構成されている、請求項１に記載のノズルダイアフラム。
3. 複数の前記ノズル側突出部が、設けられており、
   複数の前記ノズル側突出部は、前記内輪ベース部における前記ディスク側を向く部分において、前記蒸気タービンの径方向に互いに離間して配置されている、請求項１又は２に記載のノズルダイアフラム。
4. 前記ノズル側突出部は、前記内輪ベース部に溶接されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のノズルダイアフラム。
5. 前記ノズル側突出部は、前記内輪ベース部に取り外し可能に嵌め込まれている、請求項１乃至３のいずれかに記載のノズルダイアフラム。
6. 前記ノズル側突出部と前記内輪ベース部とは、一体形成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のノズルダイアフラム。
7. 前記ノズル側突出部の少なくとも先端部が、摩耗性材料から形成されている、請求項１乃至６のいずれかに記載のノズルダイアフラム。
8. 回転軸と、前記回転軸の外周面から突出し、その外周部で動翼を支持するディスクと、を有し、前記ディスクが蒸気タービンを構成するタービンケーシングに収容されるノズルダイアフラムの内輪と前記蒸気タービンの軸方向に沿って対向するように、前記タービンケーシングに収容されるタービンロータであって、
   前記ディスクは、環状のディスク本体と、前記ディスク本体における前記ノズルダイアフラムの前記内輪側を向く部分から前記内輪に向けて突出する少なくとも一つのロータ側突出部と、を有している、タービンロータ。
9. 前記ロータ側突出部の少なくとも先端部が、摩耗性材料から形成されている、請求項８に記載のタービンロータ。
10. 請求項１乃至７のいずれかに記載のノズルダイアフラムと、
    請求項８又は９に記載のタービンロータと、を備え、
    前記ノズルダイアフラムがその外輪を支点として前記ディスク側に湾曲した際に、前記ノズルダイアフラムの前記内輪の前記ノズル側突出部が、前記タービンロータの前記ロータ側突出部に接触可能となるように、構成されている、蒸気タービン。
11. 前記ノズルダイアフラムの前記ノズル側突出部と前記タービンロータとが接触した際の音を検出する接触音検出装置を備えている、請求項１０に記載の蒸気タービン。

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