JPS61212602A - 羽根車の分解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気タービンの羽根車の分解方法に圓する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、蒸気タービン等におけるタービン羽根車におい
ては、ロータ円盤の外周に半径方向に単段あるいは複数
段に渡って形成された円周方向溝に、羽根の根元（以下
植込部と称す）を係合させて、この半径方向の移動を規
制するようにしたものが使用されている。

第１１図はタービン羽根車の分解部分図であり、ロータ
円盤１の外周には、前後両面に延びる複数段の溝２が形
成されており、このロータ円盤１の外周部には、羽根３
の植込Ｉｇ３’がくら状に嵌合せしめられ、当該植込部
３′の対向内面に形成された突条部４が上記ロータ円盤
１の溝２と係合している。

ところで、上記ロータ円盤１の溝２の形成部には゛、半
径方向に延びるとともに、植込部３′の厚さとほぼ等し
い幅の切欠部５が、円周上に１個あるいは複数個形成さ
れており、当該切欠部５から羽根３の植込部３′を半径
方向に挿入した摸、円周方向に摺動させて、ロータ円盤
１の外周に結合させることにより、羽根３の半径方向の
移動が規制される。

このようにして、所定数の羽根３が円周方向に圧接せし
められ、環状体に組立てられる。そして、その最終段階
において、上記切欠部５には、第１２図に示すように、
当該切欠部形状に一致する溝状部６を有する止め羽根７
が係合される。

この止め羽根７の溝６とタービン円盤１の切欠部５の係
合は、羽根３の場合とは異なって単純な嵌合であり、ロ
ータ円盤１に対する半径方向の移動規制が行なわれない
ため、止め羽根７は第１３図あるいは第１４図に示すよ
うに、止め羽根７とこれに隣接する羽根３ａ、３ｂある
いはさらにそれに隣接する羽根３Ｃ１３ｄの植込部の接
合面に、ロータ円盤１の厚さ方向のビン孔８を設けて、
これにビン９を圧入すると共に、止め羽根７とこれに嵌
合する切欠部５に、これらを貫通するビン孔１０を設け
てビン１１を圧入するという方法により行なわれている
。

一方、第１１図において、羽根３の先端には、羽根３か
ら一体に削りだされた宋起（以下テノンと称す）１２が
設けられており、当該テノン・１２を通して、囲い輪（
以下シュラウドと称す）１３が圧接せしめられ、環状体
に組立てられた羽根群を第１３図の如く、数枚をひとつ
の群として周方向にいくつかの群に分割固定して蒸気力
を始めとしたいろいろな励振源に抗し得るようにされて
いる。

第１５図は当該シュラウド１３の羽根３との接合部を示
す拡大図であり、テノン１２を偏平状のかしめ部１２′
になるまで、コーキングすることによって、シュラウド
１３が羽根３に固定されている。このテノン１２とテノ
ンかしめ部１２′により、シュラウド１３に作用する蒸
気力と高遠心力とに抗している。

このようなタービン羽根車の頂部、さらに具体的には、
シュラウド１３あるいはテノン１２，１２′に損傷が発
生した場合、このＩｌ傷が重度の場合には、羽根の新製
取替えが行なわれるのが、普通であるが、損傷が軽度の
場合には、羽根の肩すり下げという技法が採用され、損
傷羽根を再使用して復旧することがおこなわれている。

後者の場合、損傷範囲の広さに応じて、通常法のような
手順がとられる。まず、損傷範囲が狭く、しかも止め羽
根７に近い位置の場合には、損傷羽根を含む群から、止
め羽根を含む群までを後取り、損傷部の補修を行うこと
になる。

羽根の抜取りのためには、前述したタービン羽根車の組
立手順の逆を行えばよいわけであるが、全ての羽根は、
第１３図の如く、群に構成されているため、まず扱取り
対象羽根の全てを単独羽根に分離する必要がある。

このために、通常第１６図の一点鎖線で示すようにグラ
インダ等によるシュラウド１３の切断が行われる。この
ようにして分離された羽根は、まず第１３図の止め羽根
７が抜かれるが、このためには、ビン９．１１を打抜け
ばよい。一旦、止め羽根７が抜き取られると、残りの羽
根３　（３ａ。

３ｂ、３ｃ・・・・・・）は、第１１図における溝２に
沿って円周方向に摺動させ、切欠部５から容易に抜き取
ることができる。

このようにして抜取られた個々の羽根は、第１７図に示
す如く、適当な工具を使用して、まずテノンかしめ部１
２′を撤去して、シュラウド１３を抜取り、ついで、グ
ラインダあるいは機械加工により、第１８図に示す如く
、新しいテノン１４を羽根有効部の一部を使って成形す
ることになる。

これは、上記の如くテノン１２′を削り落しているため
、ロータ円盤１に再度組込み、シュラウド１３間を嵌合
固定させる際のテノンかしめ部１２′に相当するコーキ
ング代を確保するためである。この結果、新しい羽根１
５の有効部高さは、元の高さβ１からぶ２へΔぶだけ短
くなるため、通常肩すり下げという言葉が使われている
。

一方、損傷範囲が全周に渡る場合には、そのタービン羽
根車に属する全部の羽根の肩すり下げが必要となる。こ
の場合には、上述のような単独間へ分離して処置する方
法がとられることもあるが、むしろ、旋盤上での全周削
りによってシュラウドおよびテノンを削除する方法がと
られることの方が多い。

即ち、第１９図に示すように、まず切削線１ａ、Ｉｂに
沿って、テノン幅を残して、両側からシュラウド１３を
削りとる。このとき、第１８図の肩すり下げ量Δβに相
当する分だけ深く羽根３を切込むこともできる。ついで
、切削線■に沿って、テノンかしめ部１２′を削除すれ
ば、第２０図および第２１図に示すように内面側からの
簡単な打撃によって、残りのシュラウド１６を撤去でき
る。

この状態でグラインダ等により第１８図のようにテノン
１４と羽根１５の頂部の仕上げを行えば、そのまま再組
立の準備が整うことになる。

このようにして、羽根３を抜かずにその頂部のみを補修
することが可能となる。勿論、グラインダ等による手作
業を行えば、後者の全周補修のやり方を前者の部分補修
に適用することができるし、逆に、手間さえかければ前
述の如く前者の単独羽根への分離処理法を後者の全周補
修に適用することもできる。

このような肩すり下げ技法は、局部的な補修あるいは緊
急時の暫定処置としては極めて有効であるが、第２２図
の如（、もともと必要な羽根有効長β１を肩すり下げ量
Δぶだけ取去る訳であるから、羽根としての効率が低下
することは避は得ない。

特に、ロータ羽根車全周に渡って、この技法を適用する
場合にはその影響は無視できなくなり、蒸気タービンの
複数段落に適用される場合には、蒸気タービン性能その
ものを相当に悪くすることになる。例えば火力タービン
の２６５ＭＶ級の中圧タービンに上記技法を用いた場合
、熱消Ｔ１串で０．０４％低下するという事例もある。

このような性能低下を避けるためには、上記の肩すり下
げを避けること、即ち、テノンの削り落しＩＩ　２’　
を他のなんらかの方法で補うことが必要であり、例えば
；第２２図の如く、テノンの肉盛溶接による再成形とい
う手法も部分的には行なわれている。

この方法が一般的に行なわれないのは、例え適正な溶接
棒を使用して、適切な溶接と熱処理が施されたとしても
、第２２図に示す如く残存テノン１７と肉盛部１８との
間に溶接による熱影響部１９とマクロ的な溶接欠陥（ア
ンダーカットと称する）が溶接開始点２０ａと終了点２
０ｂに発生しやすいことから、振動成分を含んだ長期的
な高荷重に耐えなければならないテノン１２としては、
信頼性が充分でないためである。

このような問題を解決するため、本発明者等は、先に、
第２３図に示すような、羽根３の先端に残存する残存テ
ノン１２上に溶接肉盛部を形成する羽根テノンの溶接肉
盛方法において、前記残存テノン１２の外周に、この残
存テノンの外周形状より若干大きめの形状の貫通孔を有
する当板２５を被嵌し、前記残存テノン１２外周を前記
貫通孔内周との間隙寸法を所定の値に保って、前配当板
２５を固定し、この後、前記残存テノン１２上面と前記
貫通孔内面との形成する空間内において、前記残存テノ
ン１２上に溶接肉盛することを特徴とする羽根テノンの
溶接肉盛方法を発明し、これを出願した。

この発明の羽根テノンの溶接肉盛方法によれば、その作
業性を大幅に改善することができると共に高品質の肉感
再生テノンを得ることができる。従ってテノン肉盛溶接
による補修をより広範囲に使用することができる。

一方、従来技術では、第２４図に示すように残存テノン
部１２を最大限に生かすことが前提となっているため、
テノン肉盛後の仕上形状４４がら再かしめを行って、テ
ノン頂部のかしめ部１２′を再生したとき、溶接開始点
２０ａあるいは終了点２０ｂおよび熱影響部１９はちょ
うど、シュラウド１３の上面あるいはその近傍に一致す
ることになる。

第２５図は、テノン１２．１２′とシュラウド１３との
接合部における一般的な応力分布を示す図であり、シュ
ラウド１３のテノン１２嵌合穴周囲には面取り部１３ａ
および１３ｂが、そして羽根３の頂部におけるテノン１
２の根元には根元Ｒ１２ａがそれぞれ施Ｃである。この
ような部品が高回転速度で回転すると、面取り部１３ｂ
に接するテノン１２′にはシュラウド１３の遠心力によ
る剪断応力の集中が生じ、面取り部１３ａには、シュラ
ウド１３とテノン１２．１２′にかかる遠心力に基づく
引張り応力の集中が生じることになる。このような結合
体の一般的な破壊形態を調べてみると、上記面取り部１
３ｂの剪断破壊４７あるいはテノン１２の引張り破壊４
８が多く、必ずしも常にそのようになるとは限らないが
、一般的には面取り部１３ｂの方が面取り部１３ａより
も若干厳しい状態にあるといえる。

［発明の目的］ 本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、羽根からのシュラウドの取り外しを容易に行なうこと
ができるとともに強度および信頼性の高い溶接肉盛テノ
ンを得ることのできる羽根車の分解方法を提供しようと
するものである。

［発明の概要］ すなわち、本発明は、先端面にテノンを形成した羽根の
外周にシュラウドを配置し、このシュラウドの厚み方向
に穿設される貫通孔内に前記テノンを挿入し、その先端
をかしめることにより前記シュラウドを前記羽根先端面
に固定してなる羽根車を分解する方法において、前記シ
ュラウドの外周側から、前記テノンの側端とシュラウド
の貫通孔側端を含む断面において、前記シュラウドおよ
びテノンを突切り、少なくとも羽根母材に到達する深さ
の溝を前記テノンの両側に形成した後、前記羽根から前
記シュラウドを取り去ることを特徴とする羽根車の分解
方法である。

［発明の実施例］ 以下本発明方法の詳細を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の羽根車の分解方法の一実施例を示す
ものであるが、この実施例では、まずロータ羽根車を旋
盤（図示せず）等の上で、低速回転させながら、突っ切
りバイト等により、テノン１２の側端とシュラウ、ド１
３の貫通孔側端を含む断面において切込みｌ［４および
ｍｂをいれて、シュラウド１３を切断する。

次いで、切削線ＩＶａあるいはＩＶｂに沿って、テノン
かしめ部１２′およびテノン根元部１２を削り取れば、
第２図の平面図で示すような状態となるので、シュラウ
ド１３は内側（羽根３側）から軽い打撃により残存テノ
ン１７から容易に分離することができる。なお、特に図
示しないが、切込みＩＩ［ａおよびｍｂの深さを羽根３
母材にわずかに切込むようにしてもよい。

このようにして分離した羽根３は、全周組立ての状態、
あるいは単独羽根に分解してからでもよいが、テノン肉
盛のために頂部の仕上加工が行われる。

第３図および第４図は、このようにして仕上げられた残
存テノン１７上に前述した手順に従って溶接肉盛を行っ
た結果を示す図である。すなわち、第３図は、第１図の
切削線［％ｌａに従った場合であり、残存テノン１７は
元のシュラウド１３の厚さにほぼ等しい高さを有してい
る。

一方、第４図は第１図の切削線ＩＶｂを使用した場合で
あり、残存テノン１７の高さはシュラウド１３の厚さの
ほぼ中間に位置している。

第５図は、第３図あるいは第４図の前縁あるいは後縁の
拡大図であるが、このよ、うにすることにより、溶接量
始点２０ａおよび溶接終了点２０ｂを、残存テノン１７
ではなく羽根３の頂部とすることができる。

第１図に示した本発明の全周削り方法を従来技術と比較
すれば明らかなように、切削範囲は非常に限定されてお
り、最小量に押えられていることがわかる。しかも、切
込みｍａ、ｍｂおよび切削線ｆｑａあるいはＩＶｂに沿
った加工だけでテノン肉盛のための基本形状を形成する
ことができる。従って、損傷羽根の分解が極めて短時間
でかつ容易に行えるようになる。

一方、このようにして準備された残存テノン１７への肉
盛は前述のごとく、少なくとも残存テノン１７の前縁部
および慢縁部では、第一層の肉盛溶接の開始点２０ａお
よび終了点２０ｂが残存テノン１７上ではなく、羽根３
の上面になるので、第２５図で示した応力分布図の高応
力部を完全にはずすことができるという利点を有する。

すなわち、この部位は、第５図から明らかなように、も
ともとシュラウド１３と羽根３との単純な接触面である
から、たとえ、溶接開始点２０ａあるいは終了点２０ｂ
にアンダーカットを生じたとしても、グラインダ等によ
り、容易に取去ることが可能である。

なお、第１図における切削線ＴＶａあるいは■ｂの使い
分けは、第２５図の応力分布を考え、たとえば遠心応力
的に激しい羽根に対しては高応力部を避けるように切削
線■ｂを選択し、逆に、比較的楽な場合には、作業量を
削減するために切削線［％ｌａを選べばよい。

第６図は、本発明の羽根車の分解方法の他の実施例を示
すもので、この実施例では、リング状の切込み溝を作る
ことができるコアカッター（図示せず）により環状の切
込み溝■が形成されている。

この実施例では、切込み溝■により羽根３とシュラウド
１３との係合は完全に分断されるので、シュラウド１３
はロータ羽根車１から容易に取りはずされ、羽根３は頂
部に残存テノン１７と、これのかしめにより押えられて
いるシュラウド１３の断片をのせた形で単独間へ分断さ
れることになる。

従って、この分解方法は、単独間として頂部仕上を行う
方法に適している。

すなわち、この状態で第１１図の切欠部５から止め羽根
７を順次抜取る従来技術の分解方法が使用でき、単独間
になった状態で第１図の切削線■ａあるいはＩＶｂに沿
って、残存テノン１７の頂部仕上を行えば、第３図ある
いは第４図さらにはそれらの拡大図である第５図と同一
の状態に容易に移行できることは明らかである。

この場合のテノン肉盛前の残存テノン１７の前縁部ある
いは後縁部の形状は第２図の加工方法による平面図であ
る第７図においては平面で仕上げられるのに対して、第
６図の加工方法による場合には、第８図のように円筒面
となるため、肉盛厚さがより一様となり、残存テノン１
７と肉盛部１８の融合性をより良くすることができる。

なお、この加工方法は、第１図において、先に切断ｍＩ
ＶａあるいはＩＶｂに渡りて、テノン幅に相当する幅だ
けテノン部を削除し、その後で第６図のコアカッターに
よる切込み溝を形成するようにすれば、全周羽根が植え
こまれたままの状態で頂部仕上を行うことができるので
、その適用を必ずしも単独間による処理方法に限定する
必要はない。

第９図は、羽根車の回転中におけるシュラウド１３の遠
心力による変形の状態を破線にて誇張して図示したもの
であり、第１０図はその断面図である。シュラウド１３
の変形は図示のごとく、テノン１２の前後部では片持ち
ぼり、周方向には両端固定ぼりにそれぞれ近い変形とな
ることは良く知られている。従って、テノン１２にかか
る力は、第１０図のシュラウド１３の固定部において最
大になる傾向にあるが、第１２図のごとくテノン１２の
前縁部および後縁部の品質を向上させるという本発明の
効果は、ロータ羽根車のテノンに溶接補修技術の信頼性
を向上さ°せること極めて大といえる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の羽根車の分解方法によれば
羽根からのシュラウドの取り外しを容易に行なうことが
できるとともに高品質の肉盛再生テノンを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明方法による羽根車外周の加
工形状を示す説明図、第３図乃至第５図はテノンへの肉
感溶接を示す説明図、第６図は本発明方法の他の実施例
による羽根車外周の加工形状を示す説明図、第７図およ
び第８図はテノンの仕上状態を示す説明図、第９図およ
び第１０図は羽根車の回転によるシュラウドの変形を示
す説明図、第１１図はタービン羽根車の外観図、第１２
図は止め羽根の外観図、第１３図は羽根の組立を示す正
面図、第１４図は第１３図のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図、
第１５図はシュラウドと羽根との接合部を示す縦断面図
、第１６図はシュラウドの切断を示す説明図、第１７図
はテノンを撤去した状態を示す説明図、第１８図は羽根
の肩すり下げを示す説明図、第１９図はテノンおよびシ
ュラウドの切断を示す説明図、第２０図および第２１図
はテノンおよびシュラウドの切断後の状態を示す説明図
、第２２図は従来のテノン溶接肉盛を示す説明図、第２
３図は本発明者がすでに出願した羽根テノンの溶接肉盛
方法を示す説明図、第２４図は従来の残存テノンを示す
説明図、第２５図はテノンの応力分布を示す説明図であ
る。 １・・・・・・・・・・・・ロータ円盤３．１５・・・
羽根 ５・・・・・・・・・・・・切欠部 １２．１４・・・テノン １３・・・・・・・・・・・・シュラウド１７・・・・
・・・・・・・・残存テノン１９・・・・・・・・・・
・・熱影響部２０ａ・・・・・・・・・溶接開始点 ２０ｂ・・・・・・・・・溶接終了点 ２５・・・・・・・・・・・・当板 ２６・・・・・・・・・・・・穴 ３０・・・・・・・・・・・・冷却板 代理人弁理士　　　則　近　憲　佑 （ほか１名） 第１図 第２図 第３図 第４図 第７図 第９図 第り図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 第１７図 第ぢ図 第１９図 第乙図 第２１［！１ 第２２図 第２３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端面にテノンを形成した羽根の外周にシュラウ
   ドを配置し、このシュラウドの厚み方向に穿設される貫
   通孔内に前記テノンを挿入し、その先端をかしめること
   により前記シュラウドを前記羽根先端面に固定してなる
   羽根車を分解する方法において、前記シュラウドの外周
   側から、前記テノンの側端とシュラウドの貫通孔側端を
   含む断面において、前記シュラウドおよびテノンを突切
   り、少なくとも羽根母材に到達する深さの溝を前記テノ
   ンの両側に形成した後、前記羽根から前記シュラウドを
   取り去ることを特徴とする羽根車の分解方法。