JP6529166B2 - ロータのリーマ穴補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータのリーマ穴補修方法に関する。

タービンを有する発電所設備は、締結具（リーマボルトおよびナット）およびリーマ穴によって高精度に位置決めされた状態で、各回転機器の回転部同士を連結するロータを備える。

このような設備では、各種機器が定期的に検査されており、この検査において、ロータのリーマ穴にクラックなどの損傷が見つけられると、この損傷箇所を機械加工で除去する補修が行われる。補修済みリーマ穴の穴径が検査対象設備での設計時の許容誤差範囲内であれば、補修済みリーマ穴を備えるロータは、検査対象設備で再び利用される。また、補修済みリーマ穴の穴径が検査対象設備とは異なる別の設備での設計時の許容誤差範囲内であれば、補修済みリーマ穴を備えるロータは、別の設備で利用される。

特開平７−７７００４号公報 特開２０００−２８３１７１号公報

しかしながら、補修済みリーマ穴の穴径が設計時の許容誤差範囲を越えてオーバーサイズとなる（大きくなる）と、ロータと締結する機器のリーマ穴も当該補修済みリーマ穴の穴径と同じ大きさに加工し、さらに補修済みリーマ穴の穴径に適合するリーマボルトを用いる必要があることから、作業が煩雑化しコスト増を招いてしまうという課題があった。そのため、補修済みリーマ穴の穴径が設計時の許容誤差範囲を越えてオーバーサイズとなった場合であっても、設計時の許容誤差範囲内など、所望の大きさに比較的容易に復元できることが望まれていた。

このようなことから、本発明は、前述した課題を解決するために為されたものであって、穴径を所望の大きさに比較的容易に復元することができるロータのリーマ穴補修方法を提供することを目的としている。

上述した課題を解決する第１の発明に係るロータのリーマ穴補修方法は、
ロータが有するリーマ穴を補修するロータのリーマ穴補修方法であって、
前記リーマ穴の損傷箇所を除去する損傷箇所除去工程と、
前記損傷箇所を除去したリーマ穴にブッシュを装着するブッシュ装着工程と、
前記ブッシュを装着したリーマ穴を有する前記ロータに所望の穴径の穴が前記ロータの前記リーマ穴に対応する位置に設けられた治具をボルトで固定する治具固定工程と、
前記治具の前記穴の穴径と同じ外径を有する回転工具により、前記治具の前記穴を介して前記ブッシュの穴を仕上げ加工する仕上げ加工工程と、
前記治具を前記ロータから取り外して分解する分解工程とを備え、
前記ロータおよび前記治具は、同心をなし径断面で円形をなす凹部をそれぞれ有し、
前記治具固定工程において、前記ロータに前記治具を前記ボルトで固定する前に、前記ロータの前記凹部に嵌まり込む円形断面をなす第一凸部と前記治具の前記凹部に嵌まり込む円形断面をなす第二凸部とが同心をなしそれぞれ側部に設けられたスペーサを用い、前記ロータの凹部に前記スペーサの前記第一凸部を嵌め込むと共に、前記スペーサの前記第二凸部に前記治具の前記凹部を嵌め込む
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係るロータのリーマ穴補修方法は、前述した第１の発明に係るロータのリーマ穴補修方法であって、
前記ブッシュは円筒形状である
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係るロータのリーマ穴補修方法は、前述した第１または第２の発明に係るロータのリーマ穴補修方法であって、
前記リーマ穴への前記ブッシュの装着は、冷やし嵌めである
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明に係るロータのリーマ穴補修方法は、前述した第１から第３の何れか一つの発明に係るロータのリーマ穴補修方法であって、
前記治具の前記穴は、リーマボルトの軸部に沿う形状である
ことを特徴とする。

本発明によれば、穴径を所望の大きさに比較的容易に復元することができる。

本発明の主な実施形態に係るロータのリーマ穴補修方法の作業手順を示すフローチャートである。 損傷箇所除去工程を説明するための図である。 ブッシュ装着工程を説明するための図である。 治具固定工程を説明するための図である。 仕上げ加工工程を説明するための図である。 分解工程を説明するための図である。 ロータのフランジ部の正面図であって、図３（ａ）に仕上げ加工前の状態を示し、図３（ｂ）に仕上げ加工後の状態を示す。 補修済みリーマ穴を有するロータの使用状態の一例を示す説明図である。 ロータのリーマ穴補修方法で用いられる治具の一例の正面図である。 ロータのリーマ穴補修方法で用いられるスペーサの一例の正面図である。 補修前のリーマ穴を有するロータの使用状態の一例を示す説明図である。

本発明に係るロータのリーマ穴補修方法の主な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

［主な実施形態］
本発明の主な実施形態に係るロータのリーマ穴補修方法を図１〜図７に基づいて説明する。

本実施形態では、図７に示すように、間にスペーサ２０を介した状態でリーマボルト７１およびナット７２の締結具７０により互いに連結した蒸気タービン用のロータ１０，６０のうち、一方のロータ１０のリーマ穴１２Ａに対し補修を施す場合を例にとって説明する。なお、補修時は、ロータ１０，６０とスペーサ２０と締結具７０とを分解する。

図７において、ロータ１０は、円形断面のフランジ部１１を備える。フランジ部１１は、８個のリーマ穴１２Ａと、凹部１４とを備える。

８個のリーマ穴１２Ａは、フランジ部１１の肉厚方向に貫通し且つ中心Ｏから一定距離で周方向に等間隔に隣接して設けられている。凹部１４は、フランジ部１１の径断面で円形をなし、フランジ部１１の接合面１３側にこの面１３と同心に設けられている。

スペーサ２０は、ロータ１０のフランジ部１１と同径の略円盤形をなし、８個の穴２１と凸部２４，２５とを備える。

８個の穴２１は、それぞれロータ１０の８個のリーマ穴１２Ａに対応した位置にスペーサ２０の肉厚方向に貫通して設けられている。

凸部２４，２５は、円径断面をなし、スペーサ２０の両面２２，２３側にそれぞれこれらの面２２，２３と同心に設けられ、ロータ１０，６０の凹部１４，６４と嵌合い可能な直径とされている。なお、スペーサ２０の凸部２４，２５の直径はロータ１０，６０の凹部１４，６４の直径より大きく、上記嵌合いは締結具７０で締結しないとできないようになっている。具体的には、スペーサ２０の凸部２４，２５の直径は、ロータ１０，６０の凹部１４，６４の直径に対して０〜０．０３ｍｍ大きいことが好ましい。これにより、ロータ回転時の位置ずれを防止できるようになっている。

なお、ロータ６０は、ロータ１０と同様な構成である。すなわち、ロータ６０は、円形断面のフランジ部６１を備える。フランジ部６１は、８個のリーマ穴６２と、凹部６４とを備える。８個のリーマ穴６２は、フランジ部６１の肉厚方向に貫通し且つ中心Ｏから一定距離で周方向に等間隔に隣接して設けられている。凹部６４は、フランジ部６１の径断面で円形をなし、フランジ部６１の接合面６３側にこの面６３と同心に設けられている。

本実施形態に係るロータのリーマ穴補修方法では、治具３０（図２Ｃ、図２Ｄおよび図５参照）とブッシュ４０（図２Ｂ〜図２Ｄ参照）を別途使用する。

治具３０は、図２Ｃ、図２Ｄおよび図５に示すように、ロータ１０のフランジ部１１およびスペーサ２０と同径の略円盤形をなし、８個の穴３１と凹部３４とを備える。

８個の穴３１は、それぞれロータ１０の８個のリーマ穴１２Ａに対応した位置に治具３０を肉厚方向に貫通して設けられている。

凹部３４は、治具３０の径断面で円形をなし、治具３０の片面３２側（図２Ｃおよび図２Ｄの治具３０の左側）にこの面３２と同心に設けられ、スペーサ２０の凸部２４または凸部２５と嵌合い可能な直径とされている。なお、治具３０の凹部３４の直径はスペーサ２０の凸部２４，２５の直径より大きく形成されている。具体的には、治具３０の凹部３４の直径は、スペーサ２０の凸部２４，２５の直径に対して０．０４ｍｍ〜０．０６ｍｍ大きいことが好ましい。これにより、嵌合せ時にスペーサ２０および治具３０の表面に傷がつくことを防止できるようになっている。

また、治具３０の各穴３１は高精度にあけられている。すなわち、各穴３１は、中心Ｏからの半径方向の距離および互いに隣接する周方向の距離が精度良い一定値となるように正確にあけられている。各穴３１の内径についても精度良い一定値となるように正確にあけられている。すなわち、各穴３１は、リーマボルト７１の軸部７１ａに沿う形状をなし、リーマ穴として機能している。

ブッシュ４０は、軸方向に延在し両端部で開口する穴４２を有する。ブッシュ４０を損傷箇所除去済みリーマ穴１２に装着する方法として（後述するブッシュ装着工程Ｓ１２にて）、例えば、冷やし嵌めを行うことが可能である。なお、ブッシュ４０は、常温にて、外径が損傷箇所除去済みリーマ穴１２の穴径よりも大きく、内径（穴径）が所望の大きさよりも小さい形状をなしている。ブッシュ４０は、円筒形状であることが好ましい。ブッシュ４０は、耐熱性を有し、常温より低くしたときに常温のときと比べて収縮し、常温に戻したときに低温のときと比べて膨張して元の大きさに戻ることが可能な材料であることが好ましい。ブッシュ４０として、ロータ１０およびスペーサ２０と同じものであり、例えば、鉄を含んだ金属体で作製されたものを用いることが好ましい。

本実施形態に係るロータのリーマ穴補修方法では、図１に示すように、先ず、検査によってクラックなどの損傷を内面などに見つけ補修を行う必要があると判断したリーマ穴に対し、損傷箇所を除去しつつ、リーマボルトの保持力が所定の大きさとなるように、既設穴径に対しφ０．５ｍｍ〜φ１．０ｍｍオーバーサイズのための機械加工を実施する（損傷箇所除去工程Ｓ１１）。これにより、図２Ａに示すように、損傷箇所を除去したリーマ穴（損傷箇所除去済みリーマ穴）１２の穴径は、損傷箇所を除去する前のリーマ穴１２Ａの穴径よりも大きくなる。

続いて、図１および図２Ｂに示すように、損傷箇所除去済みリーマ穴１２にブッシュ４０を装着する（ブッシュ装着工程Ｓ１２）。これにより、損傷箇所除去済みリーマ穴１２の内周面とブッシュの外周面４１とが密着することになる。

続いて、図１および図２Ｃに示すように、ブッシュ４０を装着したリーマ穴１２を有するロータ１０と、スペーサ２０と、治具３０とをボルト５１およびナット５２の締結具５０で仮固定する（治具固定工程Ｓ１３）。仮固定は、例えば、３〜４箇所の穴を用いて行うことが好ましい。ボルト５１は、締結具７０のリーマボルト７１の軸径よりも細径をなしている。なお、ロータ１０、スペーサ２０および治具３０の外周部には、位置決めするためのマーカが付与されている。ロータ１０の凹部１４と、スペーサ２０の両面２２，２３に設けられる凸部２４，２５と、治具３０の両面３２，３３に設けられる凹部３４および凸部３５は、ロータ１０の凹部１４にスペーサ２０の凸部２４を嵌め込むと共に、スペーサ２０の凸部２５に治具３０の凹部３４を嵌め込むことにより、ロータ１０とスペーサ２０と治具３０とが同じ中心Ｏで芯合わせする形状をなしている。すなわち、治具固定工程Ｓ１３において、ロータ１０に治具３０を固定する前に、スペーサ２０を用い、ロータ１０の凹部１４にスペーサ２０の凸部２４を嵌め込むと共に、スペーサ２０の凸部２５に治具３０の凹部３４を嵌め込むことで、ロータ１０とスペーサ２０と治具３０とは、高精度に位置決めされることになる。

続いて、図１および図２Ｄに示すように、治具３０の穴３１の穴径と同じ外径を有する回転工具１００の刃１０１により、治具３０の穴３１およびスペーサ２０の穴２１を介してロータ１０のブッシュ４０の穴４２を仕上げ加工する（仕上げ加工工程Ｓ１４）。これにより、ブッシュ４０の穴４２は回転工具１００の刃１０１により拡径されて、治具３０の穴３１およびスペーサ２０の穴２１と同じ穴径および同じ芯を有する穴（本穴）４２Ａとなる。すなわち、ロータ１０のリーマ穴１２に装着されたブッシュ４０の穴４２Ａは、リーマボルトを締結することで高精度に位置決め可能なリーマ穴として機能することになる。

続いて、リーマ穴１２に装着したブッシュ４０の穴４２全てを仕上げ加工したか判定し（仕上げ加工終了判定工程Ｓ１５）、ブッシュ４０の穴４２全てを仕上げ加工していない場合には、仕上げ加工対象を変更し（仕上げ加工対象変更工程Ｓ１６）、仕上げ加工工程Ｓ１４にて、リーマ穴１２に装着したブッシュ４０の穴４２を仕上げ加工することになる。これにより、図３（ａ）に示すように、フランジ部１１に設けられた複数（図示例では８つ）のリーマ穴１２のそれぞれにブッシュ４０を装着した場合であっても、全てのブッシュ４０の穴４２を仕上げ加工して、図３（ｂ）に示すように、治具３０の穴３１およびスペーサ２０の穴２１と同じ穴径および同じ芯を有する穴（本穴）４２Ａとすることができる。なお、ボルト５１を挿入した穴を仕上げ加工する必要がある場合には、仕上げ加工対象変更工程Ｓ１６にて、ボルトの締結箇所を変更すると共に、仕上げ加工対象を変更し、仕上げ加工工程Ｓ１４にて、ブッシュ４０の穴４２の仕上げ加工が行われることになる。他方、リーマ穴１２に装着したブッシュ４０の穴４２全てを仕上げ加工した場合には、分解工程Ｓ１７に進み、この分解工程Ｓ１７にて、図２Ｅに示すように、ロータ１０とスペーサ２０と治具３０とに分解することになる。

上述した手順でリーマ穴の補修が終了したロータ１０は、例えば、図４に示すように、当該ロータ１０の凹部１４にスペーサ２０の凸部２４が嵌め込まれ、スペーサ２０の凸部２５に上述した他方のロータ６０の凹部６４が嵌め込まれ、ロータ６０のリーマ穴６２およびスペーサ２０の穴２１およびロータ１０のブッシュ４０の穴４２Ａに締結具７０のリーマボルト７１の軸部７１ａが挿入され、リーマボルト７１の先端側に締結具７０のナット７２が締結されて、スペーサ２０およびロータ６０と高精度に位置決めされた状態で締結される。

したがって、本実施形態によれば、リーマ穴１２Ａの損傷箇所を除去し、損傷箇所を除去したリーマ穴１２にブッシュ４０を装着し、治具３０をボルト５１およびナット５２で固定し、リーマ穴１２に装着したブッシュ４０の穴４２を仕上げ加工し、治具３０を取り外して分解することにより、損傷箇所のあったリーマ穴１２の穴径を所望の大きさに比較的容易に復元することができる。これにより、補修済みリーマ穴を有するロータを検査対象設備や別の設備で有効に利用することができる。

ブッシュ４０が円筒形状であることで、損傷箇所を除去したリーマ穴１２にブッシュ４０をより確実に装着することができる。ブッシュ４０の穴（荒穴）４２を比較的容易に仕上げ加工して穴（本穴）４２Ａとすることができる。

治具３０の穴３１は、リーマボルト７１の軸部７１ａに沿う形状であり、ロータ１０のリーマ穴１２に対応する位置に設けられることで、当該リーマ穴１２に装着されたブッシュ４０の穴（荒穴）４２をより正確に仕上げ加工して穴（本穴）４２Ａとすることできる。ブッシュ４０の穴４２Ａをロータ１０のリーマ穴としてより正確に復元することができる。

［他の実施形態］
なお、上記では、ブッシュ４０を装着した損傷箇所除去済みリーマ穴１２を有するロータ１０とスペーサ２０と治具３０とをボルト５１およびナット５２で締結した状態で仕上げ加工するロータのリーマ穴補修方法を用いて説明したが、ブッシュを装着した損傷箇所除去済みリーマ穴を有するロータと治具とをボルトおよびナットで締結した状態で仕上げ加工するロータのリーマ穴補修方法とすることも可能である。このようなロータのリーマ穴補修方法であっても、上述したロータのリーマ穴補修方法と同様な作用効果を奏する。

上記では、他方のロータ６０と接続するロータ１０のリーマ穴１２Ａを補修する場合について説明したが、軸方向で複数の分割ロータをリーマボルトで結合してなる組立ロータのリーマ穴を補修するロータのリーマ穴補修方法とすることも可能である。このようなロータのリーマ穴補修方法であっても、上述のロータのリーマ穴補修方法と同様な作用効果を奏する。

また、上述したロータのリーマ穴補修方法をスペーサの穴の補修に適用することも可能である。

上記では、他方のロータ６０のリーマ穴６２と同じ穴径および同じ芯を有するように一方のロータ１０のリーマ穴１２Ａを補修するロータのリーマ穴補修方法について説明したが、他方のロータのリーマ穴よりも大きいまたは小さく、他方のロータのリーマ穴と同じ芯を有するように一方のロータのリーマ穴を補修するロータのリーマ穴補修方法とすることも可能である。

１０ ロータ
１１ フランジ部
１２ 損傷箇所を除去したリーマ穴（損傷箇所除去済みリーマ穴）
１２Ａ 損傷箇所を除去する前のリーマ穴
１４ 凹部
２０ スペーサ
２１ 穴（本穴）
２４ 凸部（第一凸部）
２５ 凸部（第二凸部）
３０ 治具
３１ 穴（本穴）
３４ 凹部
３５ 凸部
４０ ブッシュ
４１ 外周面
４２ 穴（荒穴）
４２Ａ 穴（本穴）
５０ 締結具
６０ ロータ
６１ フランジ部
６２ リーマ穴
６３ 接合面
６４ 凹部
７０ 締結具
７１ リーマボルト
１００ 回転工具
１０１ 刃
Ｓ１１ 損傷箇所除去工程
Ｓ１２ ブッシュ装着工程
Ｓ１３ 治具固定工程
Ｓ１４ 仕上げ加工工程
Ｓ１５ 仕上げ加工終了判定工程
Ｓ１６ 仕上げ加工対象変更工程
Ｓ１７ 分解工程

Claims (4)

1. ロータが有するリーマ穴を補修するロータのリーマ穴補修方法であって、
   前記リーマ穴の損傷箇所を除去する損傷箇所除去工程と、
   前記損傷箇所を除去したリーマ穴にブッシュを装着するブッシュ装着工程と、
   前記ブッシュを装着したリーマ穴を有する前記ロータに所望の穴径の穴が前記ロータの前記リーマ穴に対応する位置に設けられた治具をボルトで固定する治具固定工程と、
   前記治具の前記穴の穴径と同じ外径を有する回転工具により、前記治具の前記穴を介して前記ブッシュの穴を仕上げ加工する仕上げ加工工程と、
   前記治具を前記ロータから取り外して分解する分解工程とを備え、
   前記ロータおよび前記治具は、同心をなし径断面で円形をなす凹部をそれぞれ有し、
   前記治具固定工程において、前記ロータに前記治具を前記ボルトで固定する前に、前記ロータの前記凹部に嵌まり込む円形断面をなす第一凸部と前記治具の前記凹部に嵌まり込む円形断面をなす第二凸部とが同心をなしそれぞれ側部に設けられたスペーサを用い、前記ロータの凹部に前記スペーサの前記第一凸部を嵌め込むと共に、前記スペーサの前記第二凸部に前記治具の前記凹部を嵌め込む
   ことを特徴とするロータのリーマ穴補修方法。
2. 請求項１に記載されたロータのリーマ穴補修方法であって、
   前記ブッシュは円筒形状である
   ことを特徴とするロータのリーマ穴補修方法。
3. 請求項１または請求項２に記載されたロータのリーマ穴補修方法であって、
   前記リーマ穴への前記ブッシュの装着は、冷やし嵌めである
   ことを特徴とするロータのリーマ穴補修方法。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載されたロータのリーマ穴補修方法であって、
   前記治具の前記穴は、リーマボルトの軸部に沿う形状である
   ことを特徴とするロータのリーマ穴補修方法。

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