JP2017141727A - 車室の製造方法、及び回転機械の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易な組立が可能な車室の製造方法、及び回転機械の製造方法を提供する。
【解決手段】ロータが貫挿され、上下に２分割された車室上半部３と車室下半部４との各フランジ部１０、１１が互いに接合されてなる車室の製造方法であって、車室下半部４の外周端面にサポート治具１９を着脱可能に取り付けるとともに、サポート治具１９の内周側にさらにサポート部材１６を取り付ける準備工程と、タービン架台５から上方に突出するサポート台座１５上にサポート部材１６を載置する下半設置工程と、車室上半部３のフランジ部１０がサポート治具１９及びサポート部材１６上に載置されるように設置する上半設置工程と、車室上半部３と車室下半部４とのフランジ部１０、１１を接合するボルト接合工程と、サポート治具１９を車室下半部４のフランジ部１１及びサポート部材１６から外して除去する治具除去工程と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、車室の製造方法、及び回転機械の製造方法に関する。

一般的に蒸気タービンは、軸線回りに回転するロータと、このロータを外周側から覆う車室と、を備えている。ロータの外周面上には複数の動翼が配列されており、車室の内周面上にはこれら動翼に対向するように複数の静翼が配列されている。さらに、車室の一端側には蒸気を取り入れる吸気口が形成され、他端側には蒸気を排出する排気口が形成されている。吸気口から車室内に流入した高温高圧の蒸気は、動翼と静翼とに順次衝突することで、動翼を介してロータに回転エネルギーを与える。このようにして、蒸気の持つ熱エネルギーがロータの運動エネルギーとして取り出され、発電機の駆動等、種々の利用に供される。

ところで、上記の車室は、上半部と下半部とに上下方向に２分割された構成を採ることが従来一般的である。このように２分割された車室を有する蒸気タービンを組み立てるに当たっては、まずタービン架台上に下半部を配置した後、ロータや補機類を下半部上に配置し、最後に上半部を下半部の上部に配置する工程を経ることが多い。このような構成を採用した装置の具体例として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に係る蒸気タービンは、下部に配置される下半ダイヤフラム、及び上部に設置される上半ダイヤフラムと、下半ダイヤフラムのみを外周側から支持するサポートバーと、を備えている。

ここで、蒸気タービンの運転中には、高温高圧の蒸気によって車室、及びロータに、軸線方向両側への熱膨張を生じることが知られている。上記特許文献１に記載された蒸気タービンのように、下半ダイヤフラムのみをサポートバーによって支持する構成を採った場合、当該下半ダイヤフラムの熱伸びがサポートバーによって規制される一方で、何ら支持されていない上半ダイヤフラムには相対的に大きな熱伸びが生じる。つまり、上半ダイヤフラムと下半ダイヤフラムとの間における熱伸び量の差によって、車室の上部と下部とでロータとのクリアランスに周方向の不均衡が生じてしまう虞がある。クリアランスに不均衡を生じた場合、蒸気タービンの性能に影響が及ぶ場合がある。

そこで、上記のように車室下半部を支持する構成に代えて、車室上半部のみをサポート台によって支持する構成を採ることが考えられる。このような構成によれば、上半部と下半部との分割面の高さと、サポート台によって支持される位置の高さとを一致させることができるため、車室に熱伸びを生じても、ロータのクリアランスへの影響は限定的である。

特開昭５８−１０６０１０３号公報

しかしながら、上記のように上半部のみを支持する構成を採る場合、製造・組立工程が複雑になる虞がある。このような工程の一例として、車室下半部のみを一時的に仮支持部材によって下方から支持した状態で、ロータ、及び上半部を下半部に配置し、最後に仮支持部材を取り去り、支持部材を新たに配置するという方法が考えられる。このように、仮支持部材の取り付けと除去とを行う点で、工数及びコストの増加を招く虞がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、容易な組立が可能な車室の製造方法、及び回転機械の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、車室の製造方法は、軸線方向に延びるロータが内部に貫挿され、上下に２分割された車室上半部と車室下半部との各フランジ部が互いにボルト接合されてなる車室の製造方法であって、前記車室下半部の外周端面に、外周側に向かって突出するサポート治具を着脱可能に取り付けるとともに、前記サポート治具の内周側にさらにサポート部材を着脱可能に取り付ける準備工程と、該準備工程の後に、タービン架台から上方に突出するサポート台座上に、前記サポート部材を載置することで、前記サポート台座によって前記車室下半部を支持させる下半設置工程と、該下半設置工程の後に、前記車室上半部を、該車室上半部のフランジ部が前記サポート治具及び前記サポート部材上に載置されるように設置する上半設置工程と、該上半設置工程の後に、前記車室上半部と前記車室下半部とのそれぞれのフランジ部をボルト接合するボルト接合工程と、該ボルト接合工程の後に、前記サポート治具を前記車室下半部のフランジ部及び前記サポート部材から外して除去する治具除去工程と、を含む。

この構成によれば、まず準備工程で取り付けられたサポート治具とサポート部材とによって、車室下半部のフランジ部がサポート台座上で支持される。次いで、車室上半部のフランジ部が車室下半部のフランジ部にボルト接合される。このとき、車室上半部のフランジ部が、サポート治具及びサポート部材上に載置される。すなわち、この状態においては、車室上半部のフランジ部は、サポート部材を介してサポート台座によって下方から支持されており、サポート治具には荷重がかかっていない。したがって、上記の治具除去工程を実行することで、サポート治具を車室下半部のフランジ部及びサポート部材から容易に取り外すことができる。このように、サポート治具の脱着を行うのみによって、サポート台座上で車室上半部が支持される構成を得ることができる。言い換えると、サポート台座が車室下半部を支持している状態と、サポート台座が車室上半部を支持している状態との間で、車室を上方に持ち上げたり、他の支持構造物を設けたりすることなく、上記のような構成を得ることができる。

本発明の第二の態様によれば、前記サポート台座は、前記外周端面上における前記軸線方向の両側に取り付けられてもよい。

運転中において、車室及びロータは軸線方向の両側に向かって熱伸びする場合が多い。上記の構成によれば、サポート台座が軸線方向の両側に設けられることから、熱伸びによる軸線方向への変位を十分に受け止めることができる。

本発明の第三の態様によれば、回転機械の製造方法は、上記第一又は第二の態様に係る車室の製造方法と、前記下半設置工程の後に、前記ロータを前記車室下半部上に載置するロータ設置工程と、を含む。

この構成によれば、より容易に回転機械を製造することができる。

本発明によれば、容易な組立が可能な車室の製造方法、及び回転機械の製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回転機械の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る車室の製造方法において、準備工程の車室を示す図である。 本発明の実施形態に係る車室の製造方法において、下半設置工程の車室を示す図である。 本発明の実施形態に係る車室の製造方法において、上半設置工程の車室を示す図である。 本発明の実施形態に係る車室の製造方法において、ボルト接合工程、及び治具除去工程を示す図である。 本発明の実施形態に係る車室の製造方法の各工程を示すフローチャートである。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る回転機械としての蒸気タービン１００は、軸線Ａ方向に延びるロータ１と、このロータ１を外周側から覆う車室２と、を備えている。

ロータ１は軸線Ａを中心とする円柱状をなしている。詳しくは図示しないが、ロータ１の延在中途には、軸線Ａの周方向に配列されるとともに、軸線Ａ方向に間隔をあけて配列された複数の動翼段が設けられている。これら動翼段に軸線Ａ方向から流通する高温高圧の蒸気が衝突することで、ロータ１は軸線Ａ回りに回転する。なお、本実施形態では、軸線Ａは水平方向に延びている。

車室２は、軸線Ａと直交する方向、すなわち上下方向において２つの部材に分割されている（２分割されている）。具体的には、車室２は、上部の半体をなす車室上半部３と、下部の半体をなす車室下半部４と、車室２をタービン架台５上で支持する支持構造物６と、を有している。

車室上半部３、及び車室下半部４はともに軸線Ａを中心とする半円筒状をなしている。すなわち、車室上半部３と車室下半部４とを上下方向両側から組み合わせることによって、その内側には空間が形成される。この空間内部には、上記のロータ１が貫挿されている。さらに、車室上半部３、及び車室下半部４の内周面のうち、ロータ１の動翼と軸線Ａの径方向から対向する領域には、これら動翼と軸線Ａ方向に互い違いになるようにして配列された複数の静翼段が設けられている。

車室上半部３、及び車室下半部４には、外部の蒸気発生源から供給された高温高圧の蒸気が導入される吸気口７がそれぞれ設けられている。さらに、車室下半部４には、ロータ１を回転させた後の蒸気を排出するための排気口８が設けられている。

なお、以下の説明では、これら車室上半部３、及び車室下半部４を接合した際の両者の境界面を分割面Ｐと呼ぶ。分割面Ｐは、軸線Ａを含む面（水平面）内に広がる仮想的な面である。

車室上半部３には、上記分割面Ｐに沿って軸線Ａ方向に広がる一対の上半フランジ部１０が設けられている。より詳細には、上半フランジ部１０の下側の面（フランジ下面１１）は、上記分割面Ｐ内に広がる平面状とされている。車室下半部４にも、上記車室上半部３と同様の下半フランジ部１２が設けられている。下半フランジ部１２の上側の面（フランジ上面１３）は、分割面Ｐ内に広がる平面状とされている。すなわち、車室上半部３と車室下半部４とが接合されている時、これらフランジ下面１１とフランジ上面１３とはともに分割面Ｐ内で当接している。

以上のように構成された車室２は、タービン架台５上で支持構造物６によって下方から支持されている。タービン架台５は例えば強化コンクリート等で形成されている。また、タービン架台５には車室２を収容するための開口１４が設けられている。この開口１４に車室下半部４をおおむね埋没させるようにして、車室２がタービン架台５上で支持される。

支持構造物６は、タービン架台５の開口１４の縁部に設けられた柱状のサポート台座１５と、このサポート台座１５の上部に載置されたサポート部材１６と、を有している。上方から見て（すなわち、平面視で）、これらサポート台座１５とサポート部材１６とは、互いにほぼ同一の形状、及び断面積を有している。なお、本実施形態では、サポート台座１５及びサポート部材１６の断面形状が矩形とされている。

サポート部材１６のさらに上部には、車室上半部３における上半フランジ部１０が載置される。すなわち、本実施形態に係る蒸気タービン１００では、車室上半部３のみが支持構造物６によってタービン架台５上で下方から支持されている。車室下半部４は、車室上半部３に対して接合ボルト１８（ボルト）によって締結されている。

続いて、本実施形態に係る回転機械の製造方法（車室２の製造方法）について図２から図５を参照して説明する。本実施形態に係る製造方法は、準備工程Ｓ１と、下半設置工程Ｓ２と、ロータ設置工程Ｓ３と、上半設置工程Ｓ４と、ボルト接合工程Ｓ５と、治具除去工程Ｓ６と、を含む（図６参照）。

図２及び図３に示すように、準備工程Ｓ１では、車室下半部４の外周端面４Ａに、サポート治具１９とサポート部材１６とを取り付ける。詳しくは図３に示すように、本実施形態に係るサポート治具１９は、上記の外周端面４Ａに軸線Ａ方向から当接する基部２０と、この基部２０から車室２の外周側に向かって突出する一対の突出部２１と、を有することで平面視略Ｃ字状をなしている。一対の突出部２１はいずれも水平面内に延びている。また、これら突出部２１同士の間には、軸線Ａの径方向に間隙が形成されている。この間隙は、上記のサポート部材１６を収容するための収容凹部２２とされている。

上述したように、サポート部材１６は平面視で矩形状の断面を有している。サポート治具１９における収容凹部２２は、このサポート部材１６の断面形状に対応するように同じく矩形状をなしている。これにより、収容凹部２２の内周側（内側）には、サポート部材１６が隙間なく、かつ着脱可能に嵌合される。このようなサポート治具１９、及びサポート部材１６を、図３に示すように、補助ボルトによって車室下半部４の外周端面４Ａに着脱可能に取り付ける。以上により、準備工程Ｓ１が完了する。

続いて、準備工程Ｓ１の後に、下半設置工程Ｓ２を実行する。下半設置工程Ｓ２では、上記のようにサポート部材１６、及びサポート治具１９が取り付けられた状態の車室下半部４を、タービン架台５上に予め設けられたサポート台座１５上に載置する。ここで、本工程では、サポート台座１５上にサポート部材１６のみが載置される。言い換えれば、サポート治具１９は上下方向に向かって外部に露出した状態となる。以上により、サポート台座１５によって車室下半部４が支持された状態となる。

続くロータ設置工程Ｓ３では、上記下半設置工程Ｓ２を経てタービン架台５上に配置された車室下半部４の内側に、ロータ１やその他の補機類（軸受装置や潤滑装置等）を設置する。なお、本工程に先立ってロータ１は予め組立てられていることが望ましい。

さらに、上記のようにロータ１が車室下半部４上に配置された状態で、上半設置工程Ｓ４を実行する。図４に示すように、上半設置工程Ｓ４では、上半フランジ部１０が、サポート治具１９及びサポート部材１６を上から覆うようにして、車室上半部３を配置する。さらに、同図に示すように、上半フランジ部１０と下半フランジ部１２とを上述した接合ボルト１８によって互いに接合する（ボルト接合工程Ｓ５）。本工程を行うことにより、車室上半部３がサポート部材１６上で支持された状態となる。

続いて、図５に示すように、サポート治具１９のみを、下半フランジ部１２及びサポート部材１６から外す。上述したように、サポート治具１９はサポート台座１５上には載置されておらず、下方に向かってその全体が露出した状態となっている。このため、サポート治具１９を下方に向かって引き抜くことで、容易にこれを除去することができる。サポート治具１９を取り除くことで、本実施形態に係る回転機械の製造方法の全工程が完了する。

以上に説明したように、本実施形態に係る方法によれば、まず準備工程Ｓ１で取り付けられたサポート治具１９とサポート部材１６とによって、車室下半部４の下半フランジ部１２がサポート台座１５上で支持される。次いで、車室上半部３の上半フランジ部１０が車室下半部４の下半フランジ部１２にボルト接合される。このとき、上半フランジ部１０が、サポート治具１９及びサポート部材１６上に載置される。すなわち、この状態においては、上半フランジ部１０は、サポート部材１６を介してサポート台座１５によって下方から支持されており、サポート治具１９には荷重がかかっていない。したがって、上記の治具除去工程Ｓ６を実行することで、サポート治具１９を下半フランジ部１２及びサポート部材１６から容易に取り外すことができる。このように、サポート治具１９の脱着を行うのみによって、サポート台座１５上で車室上半部３が支持される構成を得ることができる。言い換えると、サポート台座１５が車室下半部４を支持している状態と、サポート台座１５が車室上半部３を支持している状態との間で、車室２を上方に持ち上げたり、他の支持構造物６を設けたりすることなく、上記のような構成を得ることができる。したがって、車室２、蒸気タービン１００の製造にかかる工数、コストをいずれも低減化することができる。

また、上述のような構成によれば、車室上半部３と車室下半部４との分割面Ｐの高さと、サポート台座１５によって支持される上半フランジ部１０の高さとを一致させることができるため、車室２に熱伸びを生じても、ロータ１と車室２とのクリアランスへの影響は限定的である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明した。しかしながら、上記実施形態はあくまで一例に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更を施すことが可能である。
例えば、上記実施形態では、回転機械として蒸気タービン１００を用いた例に基づいて説明した。しかしながら、回転機械の態様は蒸気タービン１００に限定されず、ガスタービンに用いられる圧縮機やタービンであってもよい。これら圧縮機やタービンの車室２に対しても、上記と同様の構成、及び製造方法を適用することが可能である。

１…ロータ
２…車室
３…車室上半部
４…車室下半部
４Ａ…外周端面
５…タービン架台
６…支持構造物
７…吸気口
８…排気口
１０…上半フランジ部
１１…フランジ下面
１２…下半フランジ部
１３…フランジ上面
１４…開口
１５…サポート台座
１６…サポート部材
１８…接合ボルト
１９…サポート治具
２０…基部
２１…突出部
２２…収容凹部
１００…蒸気タービン
Ａ…軸線
Ｐ…分割面
Ｓ１…準備工程
Ｓ２…下半設置工程
Ｓ３…ロータ設置工程
Ｓ４…上半設置工程
Ｓ５…ボルト接合工程
Ｓ６…治具除去工程

Claims (3)

1. 軸線方向に延びるロータが内部に貫挿され、上下に２分割された車室上半部と車室下半部との各フランジ部が互いにボルト接合されてなる車室の製造方法であって、
   前記車室下半部の外周端面に、外周側に向かって突出するサポート治具を着脱可能に取り付けるとともに、前記サポート治具の内周側にさらにサポート部材を着脱可能に取り付ける準備工程と、
   該準備工程の後に、タービン架台から上方に突出するサポート台座上に、前記サポート部材を載置することで、前記サポート台座によって前記車室下半部を支持させる下半設置工程と、
   該下半設置工程の後に、前記車室上半部を、該車室上半部のフランジ部が前記サポート治具及び前記サポート部材上に載置されるように設置する上半設置工程と、
   該上半設置工程の後に、前記車室上半部と前記車室下半部とのそれぞれのフランジ部をボルト接合するボルト接合工程と、
   該ボルト接合工程の後に、前記サポート治具を前記車室下半部のフランジ部及び前記サポート部材から外して除去する治具除去工程と、
   を含む車室の製造方法。
2. 前記サポート台座は、前記外周端面上における前記軸線方向の両側に取り付けられる請求項１に記載の車室の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の車室の製造方法と、
   前記下半設置工程の後に、前記ロータを前記車室下半部上に載置するロータ設置工程と、
   を含む回転機械の製造方法。

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