JP4865508B2

JP4865508B2 - 調芯機構

Info

Publication number: JP4865508B2
Application number: JP2006297925A
Authority: JP
Inventors: 卓一柳
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-11-01
Also published as: JP2008115720A

Description

本発明は、タービンの内車室、あるいは圧縮機やタービン等の回転機械における翼環の調芯を行う調芯機構に関するものである。

従来、タービンの内車室、あるいは圧縮機やタービン等の回転機械における翼環の調芯は、水平方向についてはピンを用いて、垂直方向についてはキー（ライナ）を用いて行われていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１７１７８３号公報（図２、図３）

この場合、キーを計画値よりも厚めに作っておき、組立調整時にその厚みを実物に合わせて削り、垂直方向の調芯を行っている。内車室および翼環は、車室や軸受台の変形、ロータの自重撓み等を考慮して、運転中における動翼やフィンとの隙間が周方向に沿ってできるだけ偏らないように調整する必要がある。
しかし、試運転した結果、車室や軸受台の変形、ロータの自重撓み等が予測と異なる場合には、内車室および翼環の垂直方向および幅方向の調芯を再度調整しなければならなくなる。ただし、内車室および翼環の幅方向位置を再調整する頻度は、相対的に少ない。したがって、垂直方向の調芯が主な再調整作業となる。
そして、このような場合には、キーを新しく作り直し、新しい寸法に削ったキーに取り替えなければならず、内車室および翼環の調芯作業に時間がかかり、また、コストも増加してしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、調芯作業の効率化を図ることができ、作業時間の短縮化およびコストの低減化を図ることができる調芯機構を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る調芯機構は、半径方向内側に位置する内側部材を、この内側部材を周方向に沿って取り囲むように配置された外側部材に対して調芯させる調芯機構であって、前記内側部材の垂直方向の位置決めを無段階で行う垂直方向位置決め手段を備えており、前記内側部材が載置されるとともに、水平方向に対して斜めに延在する斜材を備え、前記斜材を水平方向に移動させることにより、垂直方向の位置決めを行い、前記内側部材が載置される前記斜材の上面と水平面とのなす角が、前記内側部材の摩擦角以上とされている。
このような調芯機構によれば、内側部材の垂直方向における調芯が、無段階で行われることとなる。すなわち、調芯作業時（例えば、組立調整時）に、垂直方向位置決め手段により内側部材が垂直方向に無段階に移動させられて、所望の位置で位置決めされることとなる。
これにより、内側部材の垂直方向の位置決めを容易かつ迅速に行うことができ、調芯作業の効率化を図ることができて、作業時間の短縮化を図ることができる。
また、従来のように、調芯作業を行うたびに新しいキー（ライナ）を用意する必要がないので、調芯作業に要するコストと作業時間を大幅に短縮することができる。
また、このような調芯機構によれば、斜材を水平方向に移動させると、これにともなって斜材の上（より詳しくは斜材の上面）に載置された内側部材を垂直方向に移動させられて、これにより内側部材の垂直方向の位置決めが行われることとなる。
さらに、このような調芯機構によれば、内側部材の軸方向への移動が防止されることとなるので、内側部材を常に調芯された所望の位置に保持することができる。

上記調芯機構において、前記内側部材の低圧側端面と、前記外側部材の高圧側端面とが、常に当接した状態となるように構成されているとさらに好適である。
このような調芯機構によれば、例えば、回転機械が停止している状態、または起動直後等のガス圧が低い状態においても、内側部材の低圧側端面と、外側部材の高圧側端面とが常に当接した状態、すなわち、内側部材の低圧側端面と、外側部材の高圧側端面との間が常にシールされた状態に保持されることとなる。

本発明に係る回転機械は、内側部材の垂直方向の位置決めを容易かつ迅速に行うことができる調芯機構を具備しているので、回転機械の新設設置作業や保守点検作業等の効率化を図ることができて、作業時間の短縮化を図ることができる。

本発明によれば、調芯作業の効率化を図ることができ、作業時間の短縮化およびコストの低減化を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る調芯機構の一実施形態を、図１ないし図５を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る調芯機構１をタービン（以下、「ガスタービン」という。）１００に適用した一具体例を示す概略構成図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図、図５は垂直方向位置決め手段を構成するキーの斜視図である。

図１に示すように、ガスタービン（回転機械）１００は、外部から吸気した空気を圧縮する圧縮機１０１と、この圧縮機１０１で圧縮された空気と燃料が供給されて燃焼ガスを発生する燃焼器１０２と、この燃焼器１０２で発生された燃焼ガスによって回転するタービン１０３とを主たる要素として構成されたものである。
また、このガスタービン１００は、外周に動翼１０１ａ，１０３ａが立設されたロータ１０４と、内周に静翼１０１ｂ，１０３ｂが立設された車室１０５とを備えている。

ロータ１０４は、圧縮機１０１の動翼１０１ａを備えた圧縮機側ロータ１０４ａと、タービン１０３の動翼１０３ａを備えたタービン側ロータ１０４ｂとを備えており、これら圧縮機側ロータ１０４ａとタービン側ロータ１０４ｂとは、中間軸１０４ｃによって連結（接続）されている。
車室１０５は、上部車室１０５ａと下部車室１０５ｂとで構成され、ロータ１０４の外周を覆うことによって、動翼１０１ａと静翼１０１ｂとがロータ１０４の軸方向に交互に配列された圧縮機車室１０６と、燃焼器１０２がロータ１０４の周方向に等間隔に配列された燃焼器車室１０７と、動翼１０３ａと静翼１０３ｂとがロータ１０４の軸方向に交互に配列されたタービン車室１０８とを形成する。

このように構成されたガスタービン１００では、圧縮機側ロータ１０４ａの回転に応じて動翼１０１ａが回転することで、圧縮機１０１内に吸引された空気が、圧縮機側ロータ１０４ａと車室１０５とで形成される圧縮機車室１０６内における各段の動翼１０１ａと静翼１０１ｂとの空間に封入されることによって圧縮される。そして、圧縮機１０１における圧縮機車室１０６で圧縮された空気が燃焼器車室１０７に流入すると、燃焼器１０２に供給される。この燃焼器１０２は、燃料ガスを含む燃料が供給されて圧縮機１０１からの圧縮空気を使用して燃焼を行い、燃焼ガスを発生する。燃焼器１０２より発生した高温高圧の燃焼ガスが、タービン側ロータ１０４ｂと車室１０５とで形成されるタービン車室１０８に供給されることで、燃焼ガスが各段の動翼１０３ａと静翼１０３ｂの空間に流れ込み、タービン側ロータ１０４ｂを回転させる。なお、このタービン側ロータ１０４ｂの回転は、中間軸１０４ｃを介して圧縮機側ロータ１０４ａに伝達されるため、圧縮機側ロータ１０４ａもタービン側ロータ１０４ｂと一緒に回転することとなる。

さて、図１および図２に示すように、圧縮機側ロータ１０４ａおよびタービン側ロータ１０４ｂの外周を覆う上部車室１０５ａは、上部外車室（外側部材）１１０および上部内車室（内側部材）１１１を備えている。また、図２に示すように、圧縮機側ロータ１０４ａおよびタービン側ロータ１０４ｂの外周を覆う下部車室１０５ｂは、下部外車室（外側部材）１１２および下部内車室（内側部材）１１３を備えている。
なお、図面の簡略化を図るため、図２には、上部車室１０５ａ、下部車室１０５ｂ、および調芯機構１以外のものを図示していない。

図２に示すように、本実施形態に係る調芯機構１は、上部内車室１１１および下部内車室１１３の水平方向（図２において左右方向）の位置決めを行う水平方向位置決め手段２と、上部内車室１１１および下部内車室１１３の垂直方向（図２において上下方向）の位置決めを行う垂直方向位置決め手段３とを主たる要素として構成されたものである。

水平方向位置決め手段２は、上部車室１０５ａの頂部（図２において上部）に設けられた第１の水平方向位置決め手段４と、下部車室１０５ｂの底部（図２において下部）に設けられた第２の水平方向位置決め手段５とを備えている。
第１の水平方向位置決め手段４は、上部外車室１１０の板厚方向に穿設された平面視円形状を呈する貫通孔６と、上部内車室１１１の外周面に設けられた平面視でロータ軸方向に長い溝状の長穴形状を呈する凹部７と、これら貫通孔６および凹部７に嵌入されるピン８とを備えている。また、貫通孔６および凹部７は、ピン８の外径と略同じ大きさの溝幅を有するように形成されている。ピン８の断面形状は、円形断面の一部が２本の平行な弦でカットされた形状であってもよい。この場合、ピン８の平行な弦の外壁面が凹部７の内壁面に嵌入するように形成される。
第２の水平方向位置決め手段５は、第１の水平方向位置決め手段４と同様に、下部外車室１１２の板厚方向に穿設された平面視円形状を呈する貫通孔６と、下部内車室１１３の外周面に設けられた平面視でロータ軸方向に長い溝状の長穴形状を呈する凹部７と、これら貫通孔６および凹部７に嵌入されるピン８とを備えている。

つぎに、垂直方向位置決め手段３を、図３ないし図５を参照しながら説明する。
垂直方向位置決め手段３は、車室１０５（図１参照）の両側部、すなわち、上部車室１０５ａと下部車室１０５ｂとの接合部近傍に設けられている。垂直方向位置決め手段３は、下部外車室１１２の側方上端部に位置する内周面に設けられて、平面視矩形形状を呈する（図３参照）とともに、断面視矩形形状を呈する（図４参照）キー溝１０と、このキー溝１０内に収められて（収容されて）、（ロータ１０４の）軸方向に往復移動するキー１１と、下部内車室１１３の側方上端部に位置する外周面に設けられて、キー１１の一部を摺動可能に受け入れる溝部１２とを備えている。

キー溝１０は、キー１１の高さと略同じ高さを有するように（あるいはキー１１の高さよりも若干（幾分）高くなるように）形成され、その上端は、開放端とされている。すなわち、下部車室１０５ｂの上に上部車室１０５ａが載置されることにより、この開放端が塞がれるようになっている。また、キー溝１０は、キー１１の幅よりも大きい幅を有するように形成されており、キー１１がキー溝１０内において軸方向に往復移動することができるようになっている。一方、キー溝１０の底面（開放端と対向する面）には、後述するキー固定用ボルト１８の先端部に設けられた雄ネジ部１８ａと螺合する雌ネジ部１０ａが設けられている。

図３および図５に示すように、キー１１は、軸方向と直交する方向に沿って延びるとともに、上流側（高圧側）に位置する第１の部材１３と、軸方向と直交する方向に沿って延びるとともに、下流側（低圧側）に位置する第２の部材１４と、軸方向に沿って延びるとともに、第１の部材１３の低圧側端面と第２の部材１４の高圧側端面とを連結する斜材１６とを備えている。第１の部材１３および第２の部材１４はそれぞれ、キー溝１０の高さと略同じ高さを有する（あるいはキー溝１０の高さよりも若干（幾分）低い高さを有する）おおよそ四角柱の部材であり、斜材１６は、上流側（高圧側）から下流側（低圧側）に向かって下方に傾斜する板状の部材である。

また、斜材１６の傾斜角は、ガスタービン１００（図１参照）が停止している状態（すなわち、上部内車室１１１および下部内車室１１３の上流側（高圧側）の端面（図３において左側の端面）および下流側（低圧側）の端面（図３において右側の端面）にガスが作用していない状態）で、上部内車室１１１および下部内車室１１３に作用する重力のみによって、上部内車室１１１および下部内車室１１３が斜材１６に沿って自然に下方へ滑り落ちていくような角度（すなわち、図３において右方向に移動していくような角度、換言すれば、摩擦角より大きい角度）に設定されている。
なお、この角度設定は、厳密に摩擦角以上を指定するものではない。通常、内部車室や翼環では、動作流体の流れによりロータ軸方向に荷重が働き、上部内車室１１１および下部内車室１１３は、運転が開始されると速やかに下流に押し付けられ、定位置に着座する（従来の水平キー上に載っている場合でも、例えば取付け溝内の遊びで上流側に偏って位置していても、運転が開始されると摩擦に抗して下流の定位置に着座する）。傾斜角を下流側へ滑る方向に設けることは着座を助けるという意味と、傾斜角が摩擦角以上であれば運転開始から安定して定位置に着座できるので、更に好ましいといえる。

第１の部材１３および第２の部材１４の断面視における略中央部にはそれぞれ、高さ方向に沿って貫通孔１７が穿設されており、この貫通孔１７内にキー固定用ボルト１８が通されて、このキー固定用ボルト１８の雄ネジ部１８ａを雌ネジ部１０ａに締め付けていくことにより、キー固定用ボルト１８のボルトヘッド１８ｂとキー溝１０の底面との間にキー１１が挟み込まれて、キー１１が下部外車室１１２に固定される。
貫通孔１７は、軸方向と直交する方向よりも軸方向に大きく穿設された、軸方向に沿って延びる平面視長穴状を呈する孔であって、キー固定用ボルト１８を弛めた状態で、キー１１が軸方向に沿って往復移動できるように形成されている。

また、第１の部材１３の高圧側端面および第２の部材１５の低圧側端面にはそれぞれ、キー位置調整用ボルト１９の先端部に設けられた雄ネジ部１９ａと螺合する雌ネジ部２０が設けられている。そして、キー位置調整用ボルト１９のボルトヘッド１９ｂをキー溝１０の側面と当接させながら、一方のキー位置調整用ボルト１９を締め付けていき、他方のキー位置調整用ボルト１９を弛めていくことにより、キー１１を軸方向に沿って移動させることができる。

溝部１２は、キー１１の斜材１６を受け入れる溝であって、斜材１６の傾斜角と同じ傾斜角を有するように形成されている。

つぎに、このように構成された垂直方向位置決め手段３を用いて行う、上部内車室１１１および下部内車室１１３の垂直方向の位置決め調整手順について説明する。
まず、キー固定用ボルト１８を弛めて、ボルトヘッド１８ｂの下端面とキー１１の上端面との間に隙間ができるようにする。
つづいて、下部内車室１１３が、垂直方向において所望の位置にくるように、一方のキー位置調整用ボルト１９を弛めていくとともに、他方のキー位置調整用ボルト１９を締め付けていき、キー１１を軸方向に沿って移動させることにより、下部内車室１１３を軸方向と直交する方向（すなわち、垂直方向）に移動させる。
下部内車室１１３が、所望の位置の位置にきたら、ボルトヘッド１９ｂがキー溝１０の側面を押圧するように、キー位置調整用ボルト１９をそれぞれ弛める方向に回してキー１１が軸方向に移動しないように固定する。
最後に、キー固定用ボルト１８をそれぞれ締める方向に回して、キー１１を下部外車室１１２に対して完全に（堅固に）固定する。

本実施形態に係る調芯機構１によれば、キー１１をキー溝１０において軸方向に移動させるだけで、キー１１に設けられた斜材１６に沿って下部内車室１１３が軸方向と直交する方向（すなわち、垂直方向）に無段階に移動することとなる。
これにより、上部内車室１１１および下部内車室１１３の垂直方向の位置決めを容易かつ迅速に行うことができ、調芯作業の効率化を図ることができて、作業時間の短縮化を図ることができる。
また、従来のように、調芯作業を行うたびに新しいキー（ライナ）を用意する必要がないので、調芯作業に要するコストと作業時間を大幅に短縮することができる。

さらに、斜材１６の傾斜角は、ガスタービン１００（図１参照）が停止している状態、または起動直後等のガス圧が低い状態において、上部内車室１１１および下部内車室１１３の低圧側端面１１１ａ，１１３ａが、上部外車室１１０および下部外車室１１２の高圧側端面１１０ａ，１１２ａとそれぞれ当接するように（押し付けられるように）設定されている。すなわち、斜材１６の傾斜角は、上部内車室１１１および下部内車室１１３の低圧側端面と、上部外車室１１０および下部外車室１１２の高圧側端面とが常にシールされた状態となるように設定されている。
これにより、上部内車室１１１および下部内車室１１３の軸方向（より詳しくは軸方向高圧側）への移動を防止することができ、上部内車室１１１および下部内車室１１３を常に調芯された所望の位置に保持することができる。

なお、本発明に係る調芯機構は、図１に示すガスタービンを一例として説明したが、ガスタービンに限定されるものではなく、圧縮機等の回転機械における内部車室や翼環の調芯にも適用することができる。

本発明の一実施形態に係る調芯機構を具備した、ガスタービンの要部概略構成図である。図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。垂直方向位置決め手段を構成するキーの斜視図である。

符号の説明

１調芯機構
３垂直方向位置決め手段
１００ガスタービン（回転機械）
１１０上部外車室（外側部材）
１１１上部内車室（内側部材）
１１２下部外車室（外側部材）
１１３下部外車室（内側部材）

Claims

半径方向内側に位置する内側部材を、この内側部材を周方向に沿って取り囲むように配置された外側部材に対して調芯させる調芯機構であって、
前記内側部材の垂直方向の位置決めを無段階で行う垂直方向位置決め手段を備えており、
前記内側部材が載置されるとともに、水平方向に対して斜めに延在する斜材を備え、
前記斜材を水平方向に移動させることにより、垂直方向の位置決めを行い、
前記内側部材が載置される前記斜材の上面と水平面とのなす角が、前記内側部材の摩擦角以上とされていることを特徴とする調芯機構。
前記内側部材の低圧側端面と、前記外側部材の高圧側端面とが、常に当接した状態となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の調芯機構。
請求項１または２に記載の調芯機構を具備してなることを特徴とする回転機械。