JP2019049233A - タービンの組立方法、タービン組立支援システム及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】車室のフランジ面の密着状態を容易に把握すると共に、車室をフランジ面が密着するように締め付けるために必要なボルト締付量をタービンの本組立前に把握する。【解決手段】下半車室１，１０に静止体を設置し、下半車室１，１０のフランジ面３，１３に面圧センサ２０を設置し、上半車室２，１１を下半車室１，１０に設置して、上半車室２，１１と下半車室１，１０をボルトで締め付け、面圧センサ２０で計測された計測面圧値と予め設定された設計面圧値とを比較して、ボルトの締付量を調整し、ボルトの調整後の締付量である調整締付量を記憶し、タービンの本組立の際に、上半車室１，１０と下半車室２，１１を調整締付量で締め付けて、タービンを組み立てる。【選択図】図３

Description

本発明は、タービンの組立方法、タービン組立支援システム及び制御プログラムに関する。

一般的に、タービンは、ロータ等で構成される回転体と、ダイアフラム、ブレードリング、パッキンリング、ダミーリング等からなる翼環等で構成される静止体と、回転体及び静止体を格納する車室（ケーシング）とを備えている。静止体には、車室に設置されるものもある。この種のタービンの組立作業を正確かつスムーズに実施するためには、正しい位置に調整された回転体を基準として、車室の内部における静止体の位置を計測し調整する作業（アライメント作業）を実施する必要がある。

通常、車室（内部車室及び外部車室）は、半割れ形状の上半車室及び下半車室に分割されており、上半車室及び下半車室の水平なフランジ面をボルトで締め付けて構成されている。上述したアライメント作業における静止体の位置の調整量（静止体調整量）は、車室をボルトで締め付ける際のボルトの締め付け量（ボルト締付量）により変化し得る。そのため、静止体調整量を計測する車室の仮組立時のボルト締付量と本組立時のボルト締付量とは、同じであることが望ましい。

タービンを組み立てる際に上半車室及び下半車室のフランジ面を締め付ける方法として、ボルトの形状や太さにより締付トルクを管理する方法、油圧ジャッキを用いてボルトに伸びを与えて伸び管理をする方法、ボルトをヒータで加熱して熱伸びを与え、締付け後の伸び量を計測する方法（焼締め）等がある。

一方、上半車室及び下半車室のフランジ面を締め付けるボルトの締付力（ボルト締付力）の低下を抑制する方法として、ボルトの両端に装着されたナットとワッシャで上半車室と下半車室を締め付ける際に、ワッシャを経年的に膨張する経年膨張材で形成してナットとフランジ面との間に配置する方法がある（特許文献１等を参照）。また、被固定部材とボルトの間に、２つの電極が互いに非接触状態で表面から露出して設けられた電極基板と、２つの電極に一面側が当接するように配設された感圧センサと、感圧センサの他面側に絶縁材からなるカバー部材とを順に重ねた検出用センサ部材を配設し、感圧センサで取得した圧力変化に基づいてボルト締付力の低下を検知する方法もある（特許文献２等を参照）。

特開２００７−１２０４６２号公報 特開２０１４−２２８４６５号公報

新規に製作された車室と、定期検査時など高温環境下で一定期間使用された後の車室とでは、車室のフランジ面の平滑度が異なるため、上半車室及び下半車室のフランジ面の密着領域に違いが生じ得る。すなわち、新規に製作された車室では、上半車室及び下半車室の機械加工された平滑なフランジ面が全面に亘って密着するのに対し、実運転を経て開放された車室では、高温条件下でのクリープ変形などの影響により、上半車室及び下半車室のフランジ面にうねりや口開きが発生し得るため、全面に亘って密着するとは限らない。このように、実運転を経たタービンを組み立てる場合には、車室のフランジ面を設計締付量で締め付けてもフランジ面が全面に亘って密着しない場合があり、アライメント作業で計測された静止体調整量にズレが生じる可能性がある。静止体調整量のズレは、回転体と静止体の間隙が小さい場合には、回転体と静止体の接触による振動発生やシールフィンの損傷を引き起こし、回転体と静止体の間隙が大きい場合には、段落間のシール不足によるタービン性能低下の原因となり得る。更に、フランジ面が全面に亘って密着しないことにより、フランジ面から蒸気が漏れてタービン性能が低下したり、漏洩した蒸気が局所的に車室を加熱して予測不能な車室変形の原因にもなり得る。

特許文献１では、フランジ面の密着状態やボルト締付力を把握することは困難である。また、特許文献２では、ボルト締付力の低下（ボルトの緩み）を検知することはできるものの、フランジ面の密着状態を把握することは困難である。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、車室のフランジ面の密着状態を容易に把握すると共に、車室をフランジ面が密着するように締め付けるために必要なボルト締付量をタービンの本組立前に把握することができるタービンの組立方法、タービン組立支援システム及び制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、上半車室と下半車室のフランジ面をボルトで締め付けて構成された車室と、車室の内部に収容された静止体と、車室の内部に収容され、静止体に対し回転する回転体とを備えるタービンの組立方法において、下半車室に静止体を設置し、前記下半車室のフランジ面に面圧センサを設置し、前記上半車室を前記下半車室に設置して、前記上半車室と前記下半車室を前記ボルトで締め付け、前記面圧センサで計測された計測面圧値と予め設定された設計面圧値とを比較して、前記ボルトの締付量を調整し、前記ボルトの調整後の締付量である調整締付量を記憶し、タービンの本組立の際に、前記上半車室と前記下半車室を前記調整締付量で締め付けて、前記タービンを組み立てることを特徴とする。

本発明によれば、車室のフランジ面の密着状態を容易に把握すると共に、車室をフランジ面が密着するように締め付けるために必要なボルト締付量をタービンの本組立前に把握することができるタービンの組立方法、タービン組立支援システム及び制御プログラムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る組立方法を適用可能な高中圧タービンの外車を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る組立方法を適用可能な高中圧タービンの内車を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るタービンの組立方法の手順を示すフローチャートである。 内車の側面図であって、内車のフランジ面の変形を模式的に示す図である。 下半内車のフランジ面をレーザを用いて３Ｄスキャン計測した場合における鉛直方向の分布を模式的に示す図である。 内車のフランジの変形状況を説明する図であって、図４の矢印Ａ−Ａ線による矢視断面図である。 内車のフランジの変形状況を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係るタービンの組立方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係るタービン組立支援システムの機能ブロックを表す図である。 本発明の第３実施形態に係るタービン組立支援システムによる処理を実行するコンピュータの模式図である。

以下、本発明に係る組立方法を蒸気タービンに適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明では、「外部車室」及び「内部車室」を「外車」及び「内車」と適宜称する。

＜第１実施形態＞
（構成）
１．タービン
図１は、本実施形態に係る組立方法を適用可能な高中圧タービンの外車を示す斜視図である。以下、本発明に係る組立方法を高中圧タービンに適用した場合を例に挙げて説明するが、本発明は、高圧タービンや低圧タービンにも適用可能である。外車の内部には、内車等が収容されている。なお、図１では、簡単化のため、内車等を省略している。

図１に示すように、本実施形態に係る外車１００は、下半外車１と上半外車２とに水平面（地面に対し平行な面）で上下に分割されている。下半外車１は、各種配管が接続された状態で、タービン架台（不図示）に設置（支持）される。上半外車２は、下半外車１の上部に設置され、下半外車１に結合されて固定される。下半外車１及び上半外車２は、結合部分に厚肉のフランジ面３，４を有している。下半外車１のフランジ面３には、ボルト穴５が適切な配置で複数設けられている。上半外車２のフランジ面４には、下半外車１のフランジ面３に設けられた複数のボルト穴５と鉛直方向において同軸となるようにボルト穴９が複数設けられている。外車１００は、下半外車１に上半外車２を設置した状態で、ボルト穴５，９にボルト（不図示）を挿入し、ワッシャ、ナット等を用いてボルトを締め込んで下半外車１と上半外車２を締め付けて構成される。

図２は、本実施形態に係る組立方法を適用可能な高中圧タービンの内車を示す斜視図である。内車の内部には、静止体、静止体に対し回転する回転体等が収容されている。なお、図２では、簡単化のため、静止体、回転体等を省略している。

図２に示すように、本実施形態に係る内車２００は、下半内車１０と上半内車１１とに水平面で上下に分割されている。下半内車１０は、下半外車１のフランジ面３の内側６に下半車室１と一体で形成された内車支持部８（図１を参照）に、内車載せ部１２を合わせることで、下半外車１に設置（支持）される。上半内車１１は、下半内車１０の上部に設置され、下半内車１０に結合されて固定される。下半内車１０及び上半内車１１は、結合部分に厚肉のフランジ面１３，１４を有している。下半内車１０のフランジ面１３には、翼環を支持する翼環支持部１６が軸方向位置の段落位置に対応して設けられている。上半内車１１のフランジ面１４にも、翼環支持部が設けられているが、図２では省略してある。下半内車１０のフランジ面１３には、ボルト穴１５が適切な配置で複数設けられている。上半内車１１のフランジ面１４には、下半内車１０のフランジ面１３に設けられた複数のボルト穴１５と鉛直方向において同軸となるようにボルト穴１７が複数設けられている。内車２００は、下半内車１０の内部に回転体及び静止体を設置した後、下半内車１０に上半内車１１を設置して、ボルト穴１５，１７にボルト（不図示）を挿入し、ワッシャ、ナット等を用いてボルトを締め込んで下半内車１０と上半内車１１を締め付けて構成される。

一般的に、タービンの組立工程における外車及び内車の組み立ては、分割された上半車室及び下半車室をフランジ面で合わせて、ボルト及びナットを用いて締め付けて行われる。このとき、ボルトを設計締付量で締め付けることで、上半車室及び下半車室のフランジ面は隙間を有することなく全体に亘って密着していると想定される。ボルトの設計締付量とは、上半車室及び下半車室を締め付けた場合に上半車室及び下半車室のフランジ面を全面に亘って密着させ得るボルト締付量を言い、例えば、タービンの設計時などに予め設定されるものである。一方、実際に上半車室及び下半車室のフランジ面の密着状態を確認する方法は、隙間ゲージ等の薄い金属板を上半車室及び下半車室のフランジ面間に挿入する方法以外には考え難い。ただ、隙間ゲージを用いてフランジ面の密着状態を確認する場合、図１，２に示すように、下半車室のフランジ面３，１３の外側７，１８である車室外部側からは、フランジ面３，１３の密着状態を比較的容易に確認することができ得るが、下半車室のフランジ面３，１３の内側６，１９となる車室内部側からは、車室に内蔵される構成部材の影響により、計測者が車室の内部に入ることが難しく、フランジ面３，１３の密着状態を確認することが困難な場合がある。

本実施形態では、車室のフランジ面の隙間に挟み込むことが可能な厚さに形成され、面としての圧力分布を計測可能な薄膜の面圧センサを用いて、車室を組み立てた後におけるフランジ面の密着状態の確認を実施する。

図２に示すように、本実施形態では、面圧センサ２０は、内車２００を組み立てる前（つまり、下半内車１０に上半内車１１が設置されていない状態）における下半車室１０のフランジ面１３に設置されている。面圧センサ２０は、フランジ面１３の縁部（エッジ部）に設けることが好ましい。フランジ面１３の中央部はボルト穴１５に近いため、その分、下半内車１０及び上半内車１１のフランジ面１３，１４が面接触し易いためである。また、面圧センサ２０は、フランジ面１３の外側１８よりも内側１９に設置することが好ましい。フランジ面１３の外側１８は計測者が目視等により確認し易いが、フランジ面１３の内側１９は計測者が目視等により確認し難いためである。本実施形態では、面圧センサ２０は、下半内車１０のフランジ面１３における設置位置から動かないように、下半内車１０のフランジ面１３を除く内車２００の側面（内面及び外面）等を利用して固定されている。具体的には、面圧センサ２０を下半内車１０のフランジ面１３に設置した後、内車２００の側面等を利用してテープ等で固定する。本実施形態では、面圧センサ２０を下半内車１０のフランジ面１３に設置する構成を例に挙げて説明するが、この構成に限定されない。例えば、面圧センサ２０を上半内室１１のフランジ面１４に設置することも可能である。また、面圧センサ２０を内車２００に適用すると共に、外車１００に適用しても良い。具体的には、図１に示すように、面圧センサ２０を下半外車１のフランジ面３に設置することも可能であり、また、上半外車２のフランジ面４に設置することも可能である。

図２に示すように、面圧センサ２０には、信号ケーブル２１が接続している。信号ケーブル２１は、面圧センサ２０と面圧計測装置２２を接続する信号線であり、面圧センサ２０で計測された面圧値（計測面圧値）に関する信号を面圧計測装置２２に伝送するものである。なお、下半内車１０の面圧センサ２０をフランジ面１３の外側１８に設置する場合には、直接、面圧計測装置２２に信号ケーブル２１を接続することができるが、面圧センサ２０を下半内車１０のフランジ面１３の内側１９に設置する場合は、内車２００の内部に設けられた静止体、回転体等を避けて内車２００の外部へ信号ケーブル２１を引き出して、面圧計測装置２２に接続する。面圧計測装置２２は、面圧センサ２０から入力した計測面圧値に関する信号から面圧センサ２０で計測された計測面圧値を取得し表示するものであり、例えば、コンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等の装置を適用することができる。

２．タービンの組立方法
本実施形態では、タービンの定期検査等のように、一定期間稼働したタービンを解体して再度組み立てる場合を例に挙げて説明する。

図３は、本実施形態に係るタービンの組立方法の手順を示すフローチャートである。

初めに、作業者は、タービンの外車１００及び内車２００を開放し、回転体及び静止体を車室から取り出して、タービンを分解する（ステップＳ１）。具体的に、作業者は、下半外車１と上半外車２を締め付けるボルトを外して、上半外車２を下半外車１から取り外す。続いて、作業者は、下半内車１０と上半内車１１を締め付けるボルトを外して、上半内車１１を下半内車１０から取り外す。そして、作業者は、回転体及び静止体を下半内車１０から取り出す。なお、本実施形態では、静止体は半割れ形状の上半静止体及び下半静止体に分割されており、作業者は、上半静止体を下半静止体から取り外し、回転体を下半静止体から取り外して、下半静止体を下半内車１０から取り出す。

次に、作業者は、車室、回転体、静止体、シールフィン等の検査及び手入れを行う（ステップＳ２）。

タービンの定期検査にシールフィンの交換等、回転体と静止体の間隙調整を実施する必要がある項目が含まれている場合、静止体調整量を演算する必要がある。この場合、作業者は、ステップＳ２に続いて、タービンの仮組みを実施してタービンの組立状態を模擬し、静止体調整量を演算して静止体の位置を調整する（ステップＳ３〜Ｓ１５）。以下、詳しく説明する。

まず、作業者は、下半内車１０に翼環などの静止体及び回転体の仮想中心軸であるマンドレルやピアノ線を設置し、仮想中心軸から静止体までの距離をレーザ等の非接触式もしくは接触式のセンサ装置を用いて計測する（ステップＳ３）。続いて、作業者は、下半内車１０のフランジ面１３の外側１８及び内側１９の縁部近傍に面圧センサ２０を設置する（ステップＳ４）。そして、作業者は、上半内車１１を下半内車１０に設置して、上半内車１１と下半内車１０をボルトで締め付ける（ステップＳ５）。

ステップＳ５における、上半内車１１と下半内車１０をボルトで締め付ける過程で、作業者は、面圧センサ２０で計測され、面圧計測装置２２に表示された計測面圧値Ｐｓをモニタリングする（ステップＳ６）。本実施形態では、面圧センサ２０で計測された計測面圧値Ｐｓに関する信号が、面圧センサ２０から信号ケーブル２１を介して面圧計測装置２２に伝送され、伝送された計測面圧値Ｐｓに関する信号に対応する計測面圧値Ｐｓが面圧計測装置２２に表示される。続いて、作業者は、面圧計測装置２２に表示された計測面圧値Ｐｓと設計面圧値Ｐとを比較して、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐ以上であるか否か（つまり、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐに達しているか否か）を判断する（ステップＳ７）。

ステップＳ７において、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐ以上であると判断した場合（Ｙｅｓ）、作業者は、ボルト締付量の調整が完了したと判定し、調整後のボルト締付量（第１の調整締付量）Ｔｂ１と、その時の計測面圧値Ｐｓとを記憶する（ステップＳ８）。なお、面圧センサ２０で計測された計測面圧値Ｐｓが上半内車１１と下半内車１０の締め付けに応じて上昇する過程で、面圧センサ２０の断線により、面圧センサ２０からの出力が途絶える場合がある。この場合、面圧センサ２０の最大計測面圧値Ｐｍａｘ以上の面圧が上半内車１１及び下半内車１０に付加されたものと見なすことができる。この時、ボルト締付量が設計締付量Ｔに達していなければ、作業者は、ボルトを設計締付量Ｔまで締め込んでボルト締付量の調整が完了したと判定し、設計締付量Ｔを第１の調整締付量Ｔｂ１とする。

ステップＳ７において、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐ未満であると判断した場合（Ｎｏ）、作業者は、ボルト締付量の調整が完了していないと判定する（ステップＳ９）。次に、作業者は、ボルト締付量が設計締付量Ｔを超えているか否か判断する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０において、ボルト締付量が設計締付量Ｔを超えており（Ｙｅｓ）、ボルトを許容強度に達するまで増し締めしても、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐ未満である場合、作業者は、フランジ面１３，１４が変形し口開きが発生していると判定して、調整後のボルト締付量（第２の調整締付量）Ｔｂ２と、口開きが発生していると思われる位置とを記憶し（ステップＳ１１）、上半内車１１と下半内車１０の締め付けが完了したと判定する。なお、作業者は、必要に応じて、フランジ面１３，１４に対し研削加工等を実施しても良い。反対に、ステップＳ１０において、ボルト締付量が設計締付量Ｔを超えていない場合（Ｎｏ）、作業者は、ステップＳ５に手順を移し、ボルトを増し締めする（ボルト締付量を増加させる）。

次に、作業者は、外車１００の仮組みする（ステップＳ１２）。具体的に、作業者は、上半外車２を下半外車１に設置し、上半外車２と下半外車１をボルトで締め付ける。なお、図３に例示するタービンの組立方法の手順では、外車１００の仮組みにおいて、下半外車１のフランジ面３に面圧センサ２０を設置し、計測面圧値Ｐｓをモニタリングして、ボルト締付量を調整する工程を省略しているが、外車１００の仮組みにおいても、上述した工程を実施しても良い。

次に、作業者は、内車、外車を締め付けた後の最終的な静止体の設置位置を計測する（ステップＳ１３）。具体的には、マンドレルと呼ばれる仮想軸やピアノ線等を、回転体であるロータの仮想中心軸として設置し、仮想中心軸から静止体までの距離をレーザ等の非接触式もしくは接触式のセンサ装置を用いて計測することにより、上半内車、上半外車の設置前から、上半内車、上半外車の設置後(ボルト締結後)の設置位置の比較を行い、変位量を算出する。

次に、作業者は、車室を開放する（ステップＳ１４）。具体的に、下半外車１と上半外車２を締め付けるボルトを外して、上半外車２を下半外車１から取り外す。続いて、下半内車１０と上半内車１１を締め付けるボルトを外し、上半内車１１を下半内車１０から取り外す。続いて、上半静止体を下半静止体から取り外し、仮想中心軸であるマンドレルやピアノ線及び下半静止体を下半内車１から取り出す。

次に、作業者は、ステップＳ１３において計測された変位量に基づき、静止体の位置を微調整する（ステップＳ１５）。静止体の設置位置を微調整した後、静止体と回転体との間にある微小隙間の幅（以下、間隙幅と適宜称する）を計測するため、下半内車１に調整後の設置位置に基づいて静止体および回転体を設置し、順次上半内車１１、上半外車を設置してボルト締結する。具体的には、間隙幅を計測する領域（例えば、シールフィンを設ける領域）に予め鉛線を設けておく。そして、鉛線が設けられた状態で回転体を下半内車に組み付けて、上半静止体を下半静止体に取り付ける。このとき、シール領域に設けられた鉛線は、間隙幅の分を残して潰される。そして、車室を再度開放した後、鉛線を取り出し、鉛線のうち潰されずに残った部分の厚みを計測する。この残った部分が、間隙幅に相当する。これにより、間隙幅を正確に計測することができる。得られた間隙幅の計測値に基づいて、シール領域に設けられたシールフィンの高さ等を微調整する。

次に、タービンの本組立を行う（ステップＳ１６）。具体的に、下半静止体及び回転体を下半内車１０に組み付けて、上半静止体を下半静止体に取り付ける。そして、上半内車１１を下半内車１０に設置して、第１のボルト締付量Ｔｂ１又は第２のボルト締付量Ｔｂ２でボルトを締め付ける。続いて、上半外車１１を下半外車１０に設置して、ボルトで締め付ける。

（効果）
（１）本実施形態では、下半車室に静止体を設置し、下半車室のフランジ面に面圧センサ２０を設置し、上半車室を下半車室に設置して、上半車室と下半車室をボルトで締め付けた状態において、設計面圧値Ｐと面圧センサ２０で計測された計測面圧値Ｐｓとを比較してボルト締付量を調整し、調整後のボルト締付量である調整締付量を記憶し、上半車室を下半車室から取り外して、車室の内部における静止体の位置を調整し、上半車室を下半車室に設置して、ボルトで上半車室と下半車室を調整締付量で締め付けて、タービンを組み立てる。

そのため、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐ以上であれば、車室のフランジ面が密着していると判断することができ、反対に、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐ未満であれば、車室のフランジ面が密着していないと判断することができる。このように、本実施形態では、高温環境下で一定期間使用され、経年変形した後の車室であっても、計測面圧値Ｐｓと設計面圧値Ｐの比較結果に基づいて、車室のフランジ面の密着状態を容易に把握することができる。また、本実施形態では、計測面圧値Ｐｓと設計面圧値Ｐの比較結果に基づいてボルト締付量を調整し、静止体の設置位置を調整した後、上半車室と下半車室を調整後の締付量で締め付けて、タービンの本組立を実施する。そのため、フランジ面を密着させるために必要なボルト締付量をタービンの本組立前に把握することができる。

以上のことから、本実施形態では、車室のフランジ面の密着状態を容易に把握すると共に、車室をフランジ面が密着するように締め付けるために必要なボルト締付量をタービンの本組立前に把握することができる。そして、これにより、タービンを組み立てる際の不確定要素を解消することができ、タービンの組み立てをより確実に実施することができる。また、タービンの組み立てにおいて、最適なアライメント調整を行うことができ、タービンの組立作業の効率を向上させることができる。

（２）本実施形態では、上述したように、車室のフランジ面の密着状態を容易に把握することができる。そのため、車室のフランジ面のうち、ボルトで集中的に締め付ける必要がある位置を事前に把握することができる。これにより、ボルトの締付時間を短縮させることができ、その分、タービンの定期検査に要する期間を短縮させることができる。

（３）本実施形態では、上述したように、車室のフランジ面に面圧センサを設置して計測面圧値Ｐｓを直接取得している。そのため、フランジの面圧を間接的に計測する場合に比べて、面圧の計測を高精度で実施することができる。

＜第２実施形態＞
図４は、内車２００の側面図であって、内車２００のフランジ面１３，１４の変形を模式的に示す図である。本実施形態では、内車２００を例に挙げて説明するが、外車１００についても同様である。

図４に示すように、実運転を経たタービンでは、内車２００を開放すると、高温条件下でのクリープ変形等の影響により、フランジ面１３，１４にうねりや口開きが発生する傾向がある。図４に例示するように、下半内車１０のフランジ３０のフランジ面１３に水平面３６よりも上方に突き出した凸部３２が形成される変形や、水平面３６よりも下方に窪んだ凹部３３が形成される変形が発生している場合がある。また、上半内車１１のフランジ３１のフランジ面１４に水平面３６よりも上方に窪んだ凹部３３が形成される変形が発生し、下半内車１０のフランジ面１３に発生している変形とは一致しない変形が発生している場合もある。

上述した変形は目視で判断することが難しいほどの微小な変形であるが、車室を締め付ける際には、フランジ面の密着に大きな影響を与え得る。そのため、車室を締め付ける前にフランジ面に発生している変形状況を把握することができれば、適切なボルト締結量や面圧センサの設置場所を特定することが可能となる。

フランジ３０，３１のフランジ面１３，１４の変形状況を可視化する手段として、レーザを用いてフランジ面１３，１４を３Ｄスキャン計測するものがある。

図５は、下半内車１０のフランジ面１３をレーザを用いて３Ｄスキャン計測した場合における鉛直方向の分布を模式的に示す図である。

図５の例では、下半内車１０のフランジ面１３に、大きく分けて、内側１９から外側１８に向かって窪む２つの領域（窪み領域）がある。これらの窪み領域は、水平面３６（図４を参照）よりも径方向外側に位置する凹部３３に相当すると言える。

図６は、内車２００のフランジ３０，３１の変形状況を説明する図であって、図４の矢印Ａ−Ａ線による矢視断面図である。

図４，５に例示したように、下半内車１０のフランジ面１３に内側１９から外側１８に向かって窪む領域が形成され、図示は省略しているが、上半内車１１のフランジ面１４に内側１９から外側１８に向かって窪む領域が形成されている場合、下半内車１０のフランジ３０，３１は、図６に示すように、内車２００の断面視において、フランジ面１３，１４が内開き３４の形状となるように変形する。

図７は、内車２００のフランジ３０，３１の変形状況を説明する図である。

図示は省略しているが、下半内車１０のフランジ面１３に外側１８から内側１９に向かって窪む領域が形成され、上半内車１１のフランジ面１４に外側１８から内側１９に向かって窪む領域が形成されている場合、下半内車１０のフランジ３０，３１は、図６に示すように、内車２００の断面視において、フランジ面１３，１４が外開き３５の形状となるように変形する。

図８は、本実施形態に係るタービンの組立方法の手順を示すフローチャートである。図８において、図３に示したフローチャートと同様のステップ（二重線で囲まれたステップ以外のステップ）には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。以下、本実施形態に係る組立方法を説明する。

本実施形態に係るタービンの組立方法は、ステップＢ１〜Ｂ３を更に有し、ステップＳ４の替わりにステップＢ４を有する点で第１実施形態に係るタービンの組立方法と異なる。その他は、第１実施形態に係るタービンの組立方法と同様である。

作業者は、既存タービンを分解し（ステップＳ１）、車室、回転体、静止体、シールフィン等の検査を行った後（ステップＳ２）、レーザ計測器を用いて、内車２００のフランジ面１３，１４の３Ｄスキャン計測を実施し３Ｄスキャン計測データを取得する（ステップＢ１）。

次に、作業者は、ステップＢ１で取得した３Ｄスキャン計測データより、内車２００のフランジ面１３，１４の形状を視覚的に判断できるように、フランジ面１３，１４に対して鉛直方向の変位量をカラーマップ化する（ステップＢ２）。

次に、作業者は、ステップＢ２で取得したカラーマップに基づき、内車２００のフランジ面１３，１４が口開き（内開き及び外開き）が発生していると考えられる位置を選定する（ステップＢ３）。

次に、作業者は、下半内車１０に翼環などの静止体及び仮想中心軸であるマンドレルやピアノ線を設置し、仮想中心軸から静止体までの距離をレーザ等の非接触式もしくは接触式のセンサ装置を用いて計測した後（ステップＳ３）、ステップＢ３で選定した位置に面圧センサ２０を配置する（ステップＢ４）。

以降のステップは、第１実施形態と同様である。なお、図８に示す組立方法の手順では、外車１００のフランジ面３，４の３Ｄスキャン計測を実施して３Ｄスキャン計測データを取得し、フランジ面３，４に対して鉛直方向の変位量をカラーマップ化し、口開きが発生していると考えられる位置を選定し、選定した位置に面圧センサ２０を配置する工程を省略しているが、外車１００についても、上述した工程を実施しても良い。

本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。

本実施形態では、レーザ計測器を用いて車室のフランジ面の形状を計測し、レーザ計測器による計測結果をフランジ面に対して垂直方向の変位量としてカラーマップ化し、カラーマップに基づいて、フランジ面における面圧センサを設置する位置を選定し決定する。そのため、車室を締め付ける前にフランジ面の変形状況を把握し、フランジ面の変形状況を考慮して、面圧センサ２０を配置することができる。これにより、例えば、フランジ面が大きく変形し、口開き量の多い（口開きの度合いが高い）位置の周辺におけるボルト締付量を増加させる必要があるか否かの判断情報等に活用することができる。そのため、フランジ面をボルトでより確実に締め付けることができ、その分、タービンの組み立てをより正確に実施することができる。

＜第３実施形態＞
本発明に係るタービンの組立方法をタービン組立支援システムとして実現することもできる。以下、本発明に係るタービンの組立方法をタービン組立支援システムとして実現した場合を説明する。

図９は、本実施形態に係るタービン組立支援システムの機能ブロックを表す図である。図９に示すように、本実施形態に係るタービン組立支援システム３００は、計測面圧値取得部３０１、面圧値比較部３０２、締付量演算部３０３、記憶部３０４及び出力部３０５を備えている。

計測面圧値取得部３０１は、面圧センサ２０により計測された計測面圧値Ｐｓを取得するものである。具体的に、本実施形態では、計測面圧値取得部３０１は、面圧センサ２０と電気的に接続しており、下半内車１０に翼環などの静止体及び回転体の仮想中心軸であるマンドレルやピアノ線を設置し、下半内車１０のフランジ面１３に面圧センサ２０を設置し、上半内車１１を下半内車１０に設置して、上半内車１１と下半内車１０をボルトで締め付けた状態で、面圧センサ２０で計測された計測面圧値を取得する。

面圧値比較部３０２は、計測面圧値取得部３０１で取得された計測面圧値Ｐｓと予め設定された設計面圧値Ｐとを比較するものである。具体的に、本実施形態では、面圧値比較部３０２は、計測面圧値取得部３０１と電気的に接続しており、計測面圧値取得部３０１が取得した計測面圧値Ｐｓに関する信号を入力する。また、面圧値比較部３０２は、記憶部３０４と電気的に接続しており、記憶部３０４に記憶された設計面圧値Ｐを入力する。そして、面圧値比較部３０２は、入力した計測面圧値Ｐｓと設計面圧値Ｐとを比較する。

締付量演算部３０３は、面圧値比較部３０２の比較結果に基づいて、上半内車１１と下半内車１０を締め付けるボルト締付量を演算するものである。具体的に、本実施形態では、締付量演算部３０３は、面圧値比較部３０２と電気的に接続しており、面圧値比較部３０２の比較結果を入力する。面圧値比較部３０２の比較結果には、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐ以上（Ｐ≦Ｐｓ）であるか、計測面圧値Ｐｓが設計面圧値Ｐ未満（Ｐ＜Ｐｓ）であるか等の比較結果が含まれる。そして、締付量演算部３０３は、面圧値比較部３０２の比較結果に基づいて、上半内車１１と下半内車１０を締め付けるボルト締付量を演算する。なお、面圧値比較部３０２の比較結果に基づくボルト締付量の演算方法は、第１実施形態で説明した通りである。また、本実施形態では、締付量演算部３０３は、記憶部３０４と電気的に接続しており、演算後のボルト締付量、つまり、調整締付量Ｔｂと計測面圧値Ｐｓを記憶部３０４に出力する。

記憶部３０４は、面圧値比較部３０２及び締付量演算部３０３と電気的に接続している。記憶部３０４は、設計面圧値Ｐ、計測面圧値Ｐｓ、調整締付量Ｔｂ１，Ｔｂ２等を記憶するものである。

出力部３０５は、締付量演算部３０３と電気的に接続しており、面圧センサ２０で計測された計測面圧値Ｐｓ、締付量演算部３０３で演算されたボルト締付量Ｔｂ１，Ｔｂ２等を出力装置（表示手段）３０６に出力するものである。

本実施形態に係るタービン組立支援システム３００による処理は、例えば、コンピュータに格納された制御プログラムで実行される。以下、本実施形態に係るタービン組立支援システム３００による処理をコンピュータに格納された制御プログラムで実行する場合を説明する。

図１０は、本実施形態に係るタービン組立支援システムによる処理を実行するコンピュータの模式図である。図１０に示すように、本実施形態に係るコンピュータ４００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）４０１、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）４０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４０３、ＲＯＭ（リードオンメモリ）４０４、Ｉ／Ｏポート４０５、キーボード４０６、記録媒体４０７及びモニタ４０８をハードウェアとして備えている。デスクトップ型、ノート型、タブレット型等、コンピュータ４００の形態は限定されない。また、４０２のＨＤＤはＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）を用いてもよい。

本実施形態では、制御プログラムはＲＯＭ４０４に記憶されており、ＣＰＵ４０１がＲＯＭ４０４から制御プログラムを読み出して実行することにより、タービン組立支援システム３００（計測面圧値取得部３０１、面圧値比較部３０２、締付量演算部３０３及び出力部３０５等）がＲＡＭ４０３上にロードされ、生成される。本実施形態では、制御プログラムは、下半内車１０に静止体を設置し、下半内車１０のフランジ面１３に面圧センサ２０を設置し、上半車室１１を下半車室１０に設置して、上半車室１１と下半車室１０をボルトで締め付けた状態で、面圧センサ２０で計測された計測面圧値Ｐｓを取得する処理を計測面圧値取得部３０１に実行させる。そして、制御プログラムは、計測面圧値取得部３０１が取得した計測面圧値Ｐｓと予め設定された設計面圧値Ｐとを比較する処理を面圧値比較部３０２に実行させる。そして、制御プログラムは、面圧値比較部３０２の比較結果に基づいて、ボルト締付量を演算する処理を締付量演算部３０３に実行させる。そして、制御プログラムは、締付量演算部３０３で演算されたボルト締付量を表示部３０６に出力させる処理を出力部３０５に実行させる。本実施形態では、キーボード４０６で入力された数値や信号は、面圧センサ２０で計測された計測面圧値Ｐｓ等とともに、Ｉ／Ｏポート４０５を介してＣＰＵ４０１に伝達される。また、面圧センサ２０で計測された計測面圧値Ｐｓ、締付量演算部３０３で演算された調整締付量Ｔｂ１，Ｔｂ２等は、ＨＤＤ３０２、ＲＯＭ３０４等の記憶媒体に格納される。また、面圧センサ２０で計測された計測面圧値Ｐｓ、締付量演算部３０３で演算されたボルト締付量Ｔｂ１，Ｔｂ２等は、Ｉ／Ｏポート４０５を介してモニタ（表示手段）４０８に表示される。

このように、本実施形態に係るタービン組立支援システム３００による処理は、コンピュータに格納された制御プログラムで実行されても良い。制御プログラムは、例えば、サーバ等からインストールして前述した処理を実行させても良いし、記録媒体４０７に記録しておき、これを読み取って、前述した処理を実行させることも可能である。記録媒体４０７としては、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等のように情報を光学的、電気的或いは磁気的に記録する記録媒体、ＲＯＭ，フラッシュメモリ等のように情報を電気的に記録する半導体メモリ等、様々なタイプの媒体を用いることができる。

＜その他＞
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することも可能である。また、各実施形態の構成の一部を削除することも可能である。

上述した各実施形態では、面圧センサ２０と面圧計測装置２２を信号ケーブル２１で接続した構成を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の本質的効果は、車室の仮組みを省略しタービン組立期間を短縮化しつつ、静止体の位置調整の精度を維持することができるタービンの組立方法、タービン組立支援システム及び制御プログラムを提供することであり、この本質的効果を得る限りにおいては、必ずしも上述した構成に限定されない。例えば、面圧センサ２０と面圧計測装置２２をＷｉ−Ｆｉなどの無線通信機能を用いて接続しても良い。面圧センサ２０と面圧計測装置２２とを無線通信機能を用いて接続すると、面圧センサ２０の信号をケーブルレスでモニタリングすることができ、フランジ面の内側における様々な位置の密着具合や面圧などの情報を車室の外部に送信することができる。

また、上述した各実施形態では、本発明を蒸気タービンに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はガスタービンにも適用可能である。この場合でも、上述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述した各実施形態では、本発明を一軸タービンに適用した場合を例に挙げて説明したが、二軸タービンにも本発明は適用可能である。この場合でも、上述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。

１ 下半外車（下半車室）
２ 上半外車（上半車室）
１０ 下半内車（下半車室）
１１ 上半内車（上半車室）
３，４，１３，１４ フランジ面
２０ 面圧センサ
１００ 外車（車室）
２００ 内車（車室）

Claims (6)

1. 上半車室と下半車室のフランジ面をボルトで締め付けて構成された車室と、前記車室の内部に収容された静止体と、前記車室の内部に収容され、前記静止体に対し回転する回転体とを備えるタービンの組立方法において、
   前記下半車室に前記静止体を設置し、
   前記下半車室のフランジ面に面圧センサを設置し、
   前記上半車室を前記下半車室に設置して、前記上半車室と前記下半車室を前記ボルトで締め付け、
   前記面圧センサで計測された計測面圧値と予め設定された設計面圧値とを比較して、前記ボルトの締付量を調整し、
   前記ボルトの調整後の締付量である調整締付量を記憶し、
   タービンの本組立の際に、前記上半車室と前記下半車室を前記調整締付量で締め付けて、前記タービンを組み立てることを特徴とするタービンの組立方法。
2. 請求項１に記載のタービンの組立方法において、
   前記車室のフランジ面の形状をレーザ計測器で計測し、
   前記レーザ計測器による計測結果を前記フランジ面に対して垂直方向の変位量としてカラーマップ化し、
   前記カラーマップに基づいて、前記フランジ面における前記面圧センサを設置する位置を決定することを特徴とするタービンの組立方法。
3. 請求項１に記載のタービンの組立方法において、
   前記車室は、外部車室と前記外部車室の内側に設けられた内部車室とを含むことを特徴とするタービンの組立方法。
4. 請求項１に記載のタービンの組立方法において、
   前記タービンは、蒸気タービンに備えられた高圧タービン、高中圧タービン及び中圧タービンを含むことを特徴とするタービンの組立方法。
5. 上半車室と下半車室のフランジ面をボルトで締め付けて構成された車室と、前記車室の内部に収容された静止体と、前記車室の内部に収容され、前記静止体に対し回転する回転体とを備えるタービンの組み立てを支援するタービン組立支援システムにおいて、
   前記下半車室に前記静止体を設置し、前記下半車室のフランジ面に面圧センサを設置し、前記上半車室を前記下半車室に設置して、前記上半車室と前記下半車室を前記ボルトで締め付けた状態で、前記面圧センサで計測された計測面圧値を取得する計測面圧値取得部と、
   前記計測面圧値と予め設定された設計面圧値とを比較する面圧値比較部と、
   前記比較部の比較結果に基づいて、前記ボルトの締付量を演算する締付量演算部と、
   前記演算部で演算された前記ボルトの締付量である調整締付量を記憶する記憶部と、
   前記演算部で演算された調整締付量を表示部に出力する出力部と
   を備えることを特徴とするタービン組立支援システム。
6. 上半車室と下半車室のフランジ面をボルトで締め付けて構成された車室と、前記車室の内部に収容された静止体と、前記車室の内部に収容され、前記静止体に対し回転する回転体とを備えるタービンの組み立てを支援するタービン組立支援システムの制御プログラムにおいて、
   前記下半車室に前記静止体を設置し、前記下半車室のフランジ面に面圧センサを設置し、前記上半車室を前記下半車室に設置して、前記上半車室と前記下半車室を前記ボルトで締め付けた状態で、前記面圧センサで計測された計測面圧値を取得する処理と、
   前記計測面圧値と予め設定された設計面圧値とを比較する処理と、
   前記比較部の比較結果に基づいて、前記ボルトの締付量を演算する処理と、
   前記演算部で演算された前記ボルトの締付量である調整締付量を記憶する処理と、
   前記演算部で演算された調整締付量を表示部に出力させる処理と
   を前記タービン組立支援システムに実行させることを特徴とする制御プログラム。

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