JPH05231102A - タービン仕切板の製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズル片を外輪と内輪との間に円周方向に一
定の間隔で配列し、これらを電子ビーム溶接して製作さ
れるタービン仕切板の製作方法において、ノズル片と外
輪及び内輪とが異材金属であることによりこの異材金属
間を電子ビーム溶接する際にビームの偏向が生じて目外
れを生じる問題を解消したタービン仕切板の製作方法を
提供すること。 【構成】 ノズル片１と外輪２及び内輪３との取合い部
を突起１０，１５と溝１１，１３とにより互いに嵌合す
る形状とし、これら嵌合部分を嵌合面を避けて円周方向
に電子ビーム溶接するようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタービン仕切板、特に、
外輪と内輪との間に周方向に複数のノズル片が配列され
ていて蒸気タービンの蒸気通路内に設けられるタービン
仕切板の製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンは、蒸気の持つエネルギを
仕切板の蒸気通路に有するノズルで速度エネルギに変
え、これをロータに植込まれた羽根に作用させることに
よって、回転力を得るものである。仕切板は、ロータに
植込まれた羽根列と軸方向に交互になって多段に組合わ
されるが、ノズルと羽根との組合せからなる蒸気通路部
は主としてタービンの性能を左右する主要な構成部分と
なっている。

【０００３】図７及び図８はタービン仕切板が設けられ
ている部分の概略図及びタービン仕切板の全体図を示し
たものである。仕切板の蒸気通路を構成する部分はノズ
ル、ノズル板、又はノズル片１と称され、このノズル片
１は仕切板外輪２と仕切板内輪３とによって固定されて
いる。仕切板内輪３の半径方向内側端にはラビリンスパ
ッキン４が装備されている。仕切板は全体として円板状
をしており、外輪２の外周部がケーシング５側の溝に嵌
め込まれている。仕切板はまた、組立て及び分解時の作
業性を考慮して、水平継手部分６で２分割できるように
なっている。ノズル片１の後流側にはロータ７に植込ま
れた羽根８が位置されている。

【０００４】仕切板はその製作方法により、組立・溶接
式ノズルタイプと、鋳込式ノズルタイプとがあるが、最
近において、特に前者の組立・溶接式ノズルタイプで
は、仕切板の製作コストの低減を図って、電子ビーム溶
接（ＥＢＷ）が適用されてきている。この電子ビーム溶
接を適用した仕切板の製作方法の一例を図９及び図１０
に示す。

【０００５】ノズル片１は機械加工によって個々に製作
され、その両端にはノズル取付部９を有している。個々
のノズル片１は外輪２と内輪３との間で円周方向に配列
され、そして、ノズル取付部９と外輪２との間及びノズ
ル取付部９と内輪３との間の突合せ面を両側から円周方
向に沿って電子ビーム溶接することにより結合して仕切
板が製作される。なお、図１０では電子ビーム溶接（Ｅ
ＢＷ）を矢印によって示してある。

【０００６】また、別の製作方法によれば、両端に取付
部を有しないストレート片を加工し、これを固定するた
めにシュラウドと称するリングを使用するが、これにノ
ズルプロファイルの形を円周方向に一定の間隔を持って
配列するよう加工し、これにノズル片を挿入して固定
し、シュラウドと外輪との突合せ面及びシュラウドと内
輪との突合せ面をこの突合せ面に沿って両側から電子ビ
ーム溶接する方法もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、タービン仕
切板は、通常、ノズル片の材料として１２％Ｃｒ系ステ
ンレス鋼が使用され、外輪及び内輪の材料には炭素鋼又
は低合金鋼（主にＣｒ−Ｍｏ鋼）が使用されていて、溶
接部が異材の組合せとなっている。したがって、従来に
おけるノズル片と外輪及び内輪との突合せ電子ビーム溶
接による仕切板の製作方法においては、異材金属間の熱
起電力差により誘起される電流によって磁場が形成さ
れ、この磁場によって電子ビームが偏向されるという現
象（Ｄ−Ｍ偏向と呼ばれている）が生じている。この現
象は、上記材料の組合せでは、ビームが１２％Ｃｒ鋼の
側に偏向する現象となって現れる。このため、電子ビー
ム溶接時のビームの狙い位置は、炭素鋼又は低合金鋼側
へあらかじめずらしておく必要がある。この偏向量は、
異材の組合せの違い、板厚、溶込み深さにより変化する
ものであり、あらかじめ最適の溶接条件を設定しておく
ことが不可欠であって、そのために相当のコストを要す
る結果となっている。さらに、部材に残留磁気が存在す
ると、偏向量が増加するため、脱磁処理が必要となるな
ど、製作工数が増える場合もある。

【０００８】本発明は上記事情にかんがみてなされたも
ので、異材金属の突合せ電子ビーム溶接により生じてい
た不具合を解消したタービン仕切板の製作方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的に対し、本発明
によれば、ノズル片が外輪と内輪との間に円周方向に一
定の間隔で配列するように組立てられ、そしてこれらノ
ズル片と外輪及び内輪とを溶接することにより製作され
るタービン仕切板の製作方法において、ノズル片の両端
のノズル取付部に突起を設け、これら突起に対向する外
輪及び内輪の取合い部を前記突起が嵌合する形状に加工
し、この加工部と前記突起とを嵌合させて組立て、ノズ
ル片と外輪及び内輪とが嵌合する部分を円周方向の嵌合
面を避けて円周方向に電子ビーム溶接してなるタービン
仕切板の製作方法が提供される。

【００１０】

【作用】上記手段によれば、ノズル片の取付部と外輪及
び内輪との突合せ部分をこの突合せ面に沿って溶接する
という手法は取らずに、溶接方向を嵌合面に対して直角
としたり溶接位置を嵌合面とずらして円周方向に電子ビ
ーム溶接していくことにより、ノズル片の取付部と外輪
及び内輪とを接合するようにしている。

【００１１】

【実施例】以下図１ないし図６に例示した本発明の好適
な実施例について詳述する。なお、これらの図におい
て、図７に示したものと同一の要素には同一の符号を付
してある。

【００１２】図１ないし図３は本発明による第１の実施
例を示すもので、図１はタービン仕切板の要部を拡大し
て示した分解斜視図、図２は電子ビーム溶接を行う位置
を示した仕切板の部分正面図、図３は電子ビーム溶接の
溶込み深さを示す部分断面図である。

【００１３】ノズル片１はその上下両端にあるノズル取
付部９にノズル軸方向に矩形断面の突起１０を有するよ
う一体に加工される。その突起１０に合わせて、外輪２
及び内輪３のノズル片１との取合い部に、それぞれ突起
１０と嵌合する溝１１が一定の間隔を保って周方向に配
列するように設けられている。

【００１４】そして、図２に示すように、個々のノズル
片１の突起部１０を外輪２の内周面及び内輪３の外周面
に設けられた溝１１に順次嵌合させて組立てた後、その
嵌合部を溶接方向が嵌合面に対して直角方向となるよう
にして円周方向に電子ビーム溶接し、ノズル片１と外輪
２及び内輪３とを接合する。この方法によれば、嵌合面
に対して直角方向にビームを当てていくので、溶接部分
で偏向が生じたとしても溶接方向に偏向するだけであ
り、連続的にビームを当てて行くことにより溶接部分が
連続して生じるため、偏向による目外れの問題が解消さ
れることになる。

【００１５】この実施例の場合、ノズルの材料は１２％
Ｃｒ−０．４％Ｍｏステンレス鋼を使用し、外輪２及び
内輪３の材料として炭素鋼を使用している。溶接はノズ
ル片１を外輪２及び内輪３に嵌合せしめた後、真空容器
内のターンテーブル上に回転中心を合わせて設置し、電
子銃固定の下向き溶接とし、ターンテーブルを回転させ
ながら周方向に嵌合部を図２において符号１２で示した
ように２ビード電子ビーム溶接するが、これは外輪２、
内輪３についてそれぞれ両面から行われる。

【００１６】電子ビーム溶接時の溶込み深さは板厚の約
２／３を目標に下記の溶接条件で行う。すなわち、 加速電圧 ：Ｅ＝７０ＫＶ ビーム電流：Ｉ＝１５０ｍＡ 溶接速度 ：ｖ＝０．２ｍ／分 ａｄ値（加工距離）＝０．９３ である。ここで、ａｄ値は ａｄ値＝Ｗ／Ｆ であり、Ｗは電子銃の集束レンズから溶接しようとする
嵌合部の表面までの距離であり、Ｆは集束レンズからそ
の焦点位置までの距離である。

【００１７】すべての溶接が終了した後、仕切板は６２
５℃±２５℃の温度で２時間応力除去処理が実施され、
電子ビーム溶接によって生じた残留応力が除去される。

【００１８】図４ないし図６は本発明による第２の実施
例を示すもので、図４はタービン仕切板の要部を拡大し
て示した分解斜視図、図５は電子ビーム溶接を行う位置
を示したタービン仕切板の部分正面図、図６は電子ビー
ム溶接の溶込み深さを示す部分断面図である。

【００１９】この実施例は、ノズル取付部９の形状を仕
切板の周方向に台形の溝１３を有するように突起１４を
ノズル片１と一体に加工し、その台形の溝１３と嵌合す
るように外輪２及び内輪３のノズル片１との取合い部に
円周方向に連続する台形の突起１５を加工したものであ
る。もちろん、ノズル片１の溝１３と外輪２、内輪３の
突起１５との嵌合形状を逆にしてもよい。

【００２０】図５に示すように、個々のノズル片１を外
輪２と内輪３との間に円周方向に順次嵌合せしめた後、
その嵌合部分を符号１２で示した位置に沿って電子ビー
ム溶接し、ノズル片１と外輪２及び内輪３とを接合す
る。この方法によれば、電子ビームの高エネルギ密度に
よる深い溶込み性を利用してノズル取付部の部材単体に
ビームを照射することで固着しているため、Ｄ−Ｍ偏向
は生じない。

【００２１】この第２の実施例においても、使用した材
料、溶接施工条件及び後熱処理条件は外輪との溶接を１
ビードとしたことを除いて第１の実施例のものと同じで
あるので記述を省略する。

【００２２】以上のようにして製作された仕切板の溶接
部の健全性及び継手強度を確保するため、溶接部から切
り出した試験体について各種の試験（組織、引張、曲
げ、硬さ等）を行ったところ、異常な溶接欠陥の発生も
なく、充分な継手強度を有していることが確認されてい
る。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明方法によ
り製作したタービン仕切板は、ノズル取付部と外輪及び
内輪との取合い部に互いに嵌合する突起及び溝を設け、
互いが嵌合する部分を電子ビームにより円周溶接すると
いう極めて簡単な方法により、従来の１２％Ｃｒ系ステ
ンレス鋼ノズル片と炭素鋼又は低合金鋼の外輪及び内輪
とを突合せて電子ビーム溶接する場合に問題となってい
たビーム偏向による目外れの問題が全く解消される。

【００２４】したがって、従来は、ビーム偏向軽減のた
めに行われていた脱磁処理も不要となると共に従来突合
せ溶接方式では電子ビーム溶接前に円周方向に並ぶノズ
ル片を固定するための仮付溶接が必要であったがこれも
本発明方法ではノズル片を外輪、内輪とその位置に保持
されて組立てるため仮付け溶接の必要もなくなり、製作
工数を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法にて製作されるタービン仕切
板の一例を示す要部拡大分解斜視図である。

【図２】電子ビーム溶接位置を示した仕切板の部分正面
図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】本発明による方法にて製作されるタービン仕切
板の他の例を示す要部拡大分解斜視図である。

【図５】電子ビーム溶接位置を示した仕切板の部分正面
図である。

【図６】図５のＣ−Ｃ断面図である。

【図７】タービン仕切板の設置部分の概要を示した部分
断面図である。

【図８】タービン仕切板の全体を示す正面図である。

【図９】従来の製作方法によるタービン仕切板の一例を
示す斜視図である。

【図１０】図９のＡ部を拡大して示した詳細図である。

【符号の説明】

１ ノズル片 ２ 外輪 ３ 内輪 ９ ノズル取付部 １０ 突起 １１ 溝 １３ 溝 １４ 突起 １５ 突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 正澄 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズル片が外輪と内輪との間に円周方向に
   一定の間隔で配列するように組立てられ、そしてこれら
   ノズル片と外輪及び内輪とを溶接することにより製作さ
   れるタービン仕切板の製作方法において、ノズル片の両
   端のノズル取付部に突起を設け、これら突起に対向する
   外輪及び内輪の取合い部を前記突起が嵌合する形状に加
   工し、この加工部と前記突起とを嵌合させて組立て、ノ
   ズル片と外輪及び内輪とが嵌合する部分を円周方向の嵌
   合面を避けて円周方向に電子ビーム溶接してなるタービ
   ン仕切板の製作方法。