JPS5912390B2 - タ−ビンダイヤフラムの溶接方法 - Google Patents

タ−ビンダイヤフラムの溶接方法

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JPS5912390B2
JPS5912390B2 JP53119391A JP11939178A JPS5912390B2 JP S5912390 B2 JPS5912390 B2 JP S5912390B2 JP 53119391 A JP53119391 A JP 53119391A JP 11939178 A JP11939178 A JP 11939178A JP S5912390 B2 JPS5912390 B2 JP S5912390B2
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welding
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turbine
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平和 横田
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F01D9/044Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators permanently, e.g. by welding, brazing, casting or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/04Electron-beam welding or cutting for welding annular seams
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    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316Impeller making
    • Y10T29/4932Turbomachine making
    • Y10T29/49323Assembling fluid flow directing devices, e.g., stators, diaphragms, nozzles

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、タービンダイヤフラムの製造法に係り、特に
スペーサを電子ビーム溶接にて内、外輪に溶着する場合
の溶接方法に関する。
〔発明の背景〕
タービンとして軸流蒸気タービンを例に取り上げて説明
すると、第1図に於て蒸気弁ITから導入された高温、
高圧蒸気はケーシング3に流入する。
このケーシング3の内部には回転体であるタービンロー
タ1が設置され、軸方向に複数のデイ’o スクIaを
有し、各ディスク1aの円周方向にそつて蒸気の熱エネ
ルギーを回転エネルギーに変換すべき多数のタービンブ
レード2を備えている。隣接するディスク1aの間には
各タービンブレード2に流入する蒸気流を整流する円環
状に多数配5 列されたノズル翼Tを有するダイヤフラ
ム4が配置されている。第2図及び第3図はダイヤフラ
ム4の全体構造を示すものである。
ダイヤフラム4は上下分割型であることから上半、下半
ダイヤフラム4a、フ04bはそれぞれ半円形状であり
、各ダイヤフラムははぼ中央部の円周上に多数配列され
たノズル翼7とノズル翼□をささえる半円形状のリング
である外輪5、内輪6とから成つている。従来のダイヤ
フラム構造は第4a図に示す如く、ク5 内輪6及び外
輪5にスペーサ8を介してノズル翼Tをアーク溶接にて
形成した肉盛部10によつて固着しているか、又は第4
b図に示す如く、内輪6及び外輪5にスペーサ8を介し
てノズル翼Tを該ノズル翼中央部のインロー部12を除
いた全域30に電子ビーム溶接を施して溶着部11を形
成し、これによつて固着している。
しかしながら第4b図に示す電子ビーム溶接方法では、
第6図に示すように溶接深さaの増加と共に溶接部での
欠陥の発生率が増大する。更に第4a図のアーク溶接の
35場合には溶接の為開先を大きくとらねばならず、従
つて溶接量も多くなり、溶接による熱変形、製品の重量
増加、溶接工程の増加等の欠点を有す。又電子ビーム溶
接の場合は、開先の問題を除いた他のアーク溶接の場合
と同様の欠点の他に、溶接深さが深い場合、芯出しの為
の電子ビームガンの焦点合せのための位置決めがむずか
しくなる点、更に接合面から目外れするという溶接線の
ずれによる不良品の発生等が生じる。また第6図に示す
ように深込み深さが深くなるにつれて電子ビーム溶接部
の欠陥発生率も増大してくるという欠点がある。〔発明
の目的〕 本発明の目的は、溶接部の溶接を強度的に適正溶接深さ
とし溶接欠陥を大幅に減少させたタービンダイヤフラム
の溶接方法を提供することにある。
〔発明の概要〕本発明の特徴とするところは、ノズル翼
を備えたスペーサをダイヤフラムの内輪及び外輪に電子
ビーム溶接によつて溶接する場合、駆動流体の流入側及
び、流出側の溶接深さをそれぞれ強度上、必要最小限の
寸法に定めて、溶接部での欠陥発生率の低減を図るよう
にしたタービンダイヤフラムの電子ビーム溶接方法にあ
る。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例として、第5図に電子ビーム溶接によ
る溶接深さを最適にしたタービンダイヤフラムを示す。
図において、ダイヤフラムは、ス ニペーサ8にノズル
翼7を取り付け一体化したものを、外輪5及び内輪6に
電子ビーム溶接を施して形成した溶接部11a,11b
によつて溶着される。ここでLは駆動流体流入側の、外
輪上部からノズル翼7の先端までの距離、Cはノズル翼
高さを表わす。またA,bは、それぞれ駆動流体流入側
及び流出側の電子ビーム溶接部の溶接長さである。ここ
で示す実施例は溶接長さA,bの値をそれぞれa+0。
5L,b+0.3cとなるように溶接深さを浅く電子ビ
ーム溶接するものである。
ここで、駆動流体流入側の溶接深さaの最適値の決定に
対しては、第6図及び第7図に示す如く、溶接部の最大
欠陥発生率と、溶接部に発生する応力を考慮して決定さ
れる。第6図は、或る容量の電子ビーム溶接機を用いて
、溶け込み深さaを増大させていつたときの溶接部の最
大欠陥発生率を表わしたもので、a1なる深さまでは欠
陥発生率は零であり、a1より大きくなるにつれて欠陥
発生率も増加する傾向を示している。そして、欠陥が発
生し始める溶け込み深さa1は、電子ビーム溶接機の容
量が大きくなるにつれて大きくなる傾向にある。次に、
溶接部の強度的信頼性を得るために溶け込み深さaはど
の徨度必要かを有限要素法を用いて解析した。
有限要素法を用いる場合、タービン静翼、内・外輪の形
状が問題となる。しかし、タービン静翼は、その構造上
の特徴として、内・外輪の剛性はノズル翼のそれに比較
して、非常に大きい。
そのためタービン運転時に発生する変形は、ノズル翼の
変形に大きく依存する。従つて、内・外輪の形状が多少
変化しても、スペーサ部に発生する変形とそれによつて
生じる応力には、ほとんど変化がないものと思われる。
一方、ノズル翼の寸法は、タービンの容量によつてほぼ
決定されており、同一容量タービンでは等しいと考えら
れる。また、タービン容量が変化すれば、ノズル形状、
内・外輪の剛性共、相似的に変化するものと考えてよく
、従つて発生する応力は等しいものと推定できる。以上
の結論から、溶け込み深さaは、ダイヤフラム入口端か
らノズル翼先端までの距離Lとの比として解析しても結
果に大きな差が生ずることはないと推定される。
そこで、強度的信頼性を得る為にa/Lの値を0.1か
ら1.0まで溶接深さを変化させ、運転状態相当負荷に
対する溶接部強度を有限要素法により解析した。その結
果を第7図に示す。第7図の曲線Eは駆動流体流入側の
溶接部先端(A部)における応力拡大係数の変化を示し
たものである。この結果より明らかのように全体的には
図中斜線で示す範囲内(最大で10!〒3/Md)に入
るため強度的にも安全性が確認された。しかし、その傾
向を見れば、a/L=1.0の場合、ノズル翼7が固定
されるスペーサのはめ込み部との応力の干渉が生じ、そ
こで応力拡大係数が最大となる。したがつてこの近傍の
深さを避ける意味においてa/Lを0.5以下となるよ
うにした程度が最適である。応力拡大係数からは、溶け
込み深さaは、0.5L以下であることが望ましいが、
ノズル翼と内・外輪は、溶け込み部によつて一体化され
るから、全体として溶け込み深さが大きい程、全体とし
て接合面積は大きくなるはずである。そこで、aは0.
5L近辺に設定することが好ましい。溶け込み深さaを
0.5Lに設定した場合、一般に電子ビーム溶接が施さ
れている高圧タービンのダイヤフラムではLは、最大で
も50〜60n程度であり、溶け込み深さaは約30m
mとなる。この程度の深さであれば、通常の電子ビーム
溶接機で欠陥発生率は零とすることができる。即ち、こ
の程度の溶け込み深さは、第6図のa1よりも小であり
溶接欠陥の発生は零となる。また第7図で曲線Fは駆動
流体流入側であるダイヤフラムのB点での応力値を示す
もので、最大1.51<9/m赤程度という小さい値し
かとらないこと 1がわかる。
この結果から溶接深さa/Lが0.5以下であつても強
度には問題無く、接合面に蒸気やガスの侵入を防ぐ程度
の浅い溶接深さで良こととが確められた。これらのこと
より、従来のダイヤフラムの溶接方法と異なり、溶接強
度が確保される上に溶接量が削減される為、溶接工数の
低減並びに熱変形の減少が可能となる。次に、ダイヤフ
ラムの駆動流体流出側の最適溶接深さbの決定に対して
は、流入側と同様、b/Cを0.1〜0.7まで変化さ
せ、有限要素法により 二応力値を解析した。
その結果を第8図に示す。第8図は、電子ビーム溶接に
よる溶接深さb/Cの変化に対して、溶接部断面の最大
応力値を降伏応力で割つて無次元化したものである。図
中、bは溶接深さ、Cはノズル翼高さである。第8図か
ら明らかなように、溶接深さb/C=0.3で、溶接部
断面の最大応力σは降伏応力σrの45%となり、それ
以上溶接深さを長くしても、応力的には大きな改善は、
見られない。また最大応力σが降伏応力σrの0.5以
下であれば強度的にも十分信頼性が得られる為、溶接深
さb/Cは0.3程度が最適と思われる。この場合も流
入側と同様に溶接強度が確保されると共に溶接深さの減
少にともなうダイヤフラムの溶接工程の削減と熱変形低
減が期待できる。〔発明の効果〕 本発明の効果としては、ダイヤフラムの電子ビーム溶接
において、その溶接深さを最適深さに設定出来ることか
ら、溶接部での欠陥の発生率が大幅に低減可能となつた
ことがあげられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は蒸気タービン概略構造を示す断面図、第2図は
タービンダイヤフラムの正面図、第3図は第2図のA−
A断面図、第4a図はアーク溶接による従来技術である
ダイヤフラムのスペーサと内・外輪溶接法の説明図、第
4b図は電子ビーム溶接による従来技術であるダイヤフ
ラムのスペーサと内・外輪溶接法の説明図、第5図は本
発明の一実施例であるダイヤフラムの電子ビーム溶接方
法を示す説明図、第6図は電子ビーム溶接による溶接部
の溶込み深さと最大欠陥発生率の関係図、第7図は電子
ビーム溶接におけるダイヤフラムの内・外輪溶接部の応
力及び応力拡大係数と溶接深さとの関係図、第8図はダ
イヤフラムの蒸気流出側における溶接部の溶接深さと溶
接部応力の関係図である。 4・・・・・・ダイヤフラム、5・・・・・・外輪、6
・・・・・・内輪、7・・・・・・ノズル翼、11a・
・・・・・蒸気流入側溶接部、11b・・・・・・蒸気
流出側溶接部、8・・・・・・スペーサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ノズル翼が備えられているスペーサをダイヤフラム
    の内輪及び外輪に駆動蒸気流入側並びに流出側の双方か
    ら電子ビーム溶接にて溶着するタービンダイヤフラムの
    溶接方法において、駆動蒸気流入側に面した電子ビーム
    溶接部の溶接深さを前記ダイヤフラム入口端からノズル
    翼先端までの距離の1/2に設定すると共に、前記蒸気
    流出側に面した電子ビーム溶接部の溶接深さをノズル翼
    高さの0.3倍となるように設定して溶接するようにし
    たことを特徴とするタービンダイヤフラムの溶接方法。
JP53119391A 1978-09-29 1978-09-29 タ−ビンダイヤフラムの溶接方法 Expired JPS5912390B2 (ja)

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