JPS635886A

JPS635886A - タ−ビンノズルダイアフラムの溶接方法

Info

Publication number: JPS635886A
Application number: JP14605186A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Saito; 斉藤　正弘; Yoshiyasu Ito; 義康伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1988-01-11

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はタービンノズルダイアフラムのノズル板を内輪
および外輪に溶接により接合する方法に関する。

（従来の技術）蒸気タービンのノズルダイヤフラムはノズル板と内輪お
よび外輪をそれぞれ円環状の支持当板を介して溶接構成
されることが多い。

第７図はその一例として、軸流型蒸気タービンの要部を
示すもので、ボイラにて発生した高温高圧の蒸気は蒸気
弁を通ってタービンのケーシング１に流入する。

このケーシング１の内部にはタービンロータ２が回転自
在に配置されている。このタービンロータ２にはその軸
方向に離間して複数個のディスク２ａが取付けられ、各
ディスク２ａの円周方向に沿って蒸気の熱エネルギーを
回転エネルギーに変換すべく多数のタービンブレード３
が取付けられている。また、隣接するディスク２ａの間
には各タービンブレード３に流入する蒸気流を整流する
多数のノズル板４を有するタービンノズルダイアフラム
５が配置されている。

タービンノズルダイアフラム５は第８図に示すように、
半円形リング状の外輪６と内輪７の間に複数個のノズル
板４を放射状に配設して溝成される。

従来のノズルダイヤフラムは第９図に示す如く、内側支
持当板８と外側支持当板８′とを同芯状に配置し、これ
らの支持当板８．８′に５２けられた複数個の孔にノズ
ル板４を嵌入し、次ぎにこれらのノズル板４の両端部と
２つの支持当板８．８′とをそれぞれシール溶接９．９
′により固着した後、内側の支持当板８を内輪７と、ま
た外側の支持当板８′を外輪６とそれぞれ溶接して接合
部１０を形成することによって組立てられていた。

そのため、従来のノズルダイヤフラムでは内外輪７．６
と支持当板８．８′との間にそれぞれ非溶着部１１およ
び１１′が存在し、また支持当板８．８′とノズル板４
との間に非溶着部１２ａ′、１２ｂ′が存在するのが一
般的であった。

また、最近では２つの支持当板８．８′の間にノズル板
を固着した後、内側支持当板８の内側に内輪７を、外側
支持当板８′の外側に外輪６をそれぞれ焼嵌により嵌入
し、端面をシール溶接した後に側面を開先溶接してノズ
ル板４と支持当板８．８′を一体化し、次ぎに支持当板
８．８゛と内外輪７．６を開先溶接する技術が開発され
ている（特願昭５８−７８３３６４、特願昭５８−７８
９０４号参照）。

（発明が解決しようとする問題点）第７図および第８図に示すタービンノズルダイアフラム
は高温、高圧で流入する蒸気流を熱膨張させて整流し、
タービン動翼に効率よく流入させるものであるところか
ら、この蒸気流の蒸気衝撃によって内外輪やノズル板に
は極めて激しい軸方向撮動ヤ高圧力が加わり、このため
ノズル板ないしノズル板溶接部に亀裂が発生して破壊に
至ることがある。

また、タービンノズルダイアフラムの溶接は施工が難し
く、溶接欠陥が発生しやすい上、製造コストが増大する
どう問題点がある。

かかる問題点は、次ぎのような原因によって発生するも
のと考えられる。

第１の原因は例えばノズルダイヤフラムに非溶着部が存
在することである。第１０図はノズルダイヤフラムの有
限要素法による弾塑性解析の結果を示すもので、斜線密
度が高くなればなるほど塑性変形が著しいことを表して
いる。この図から明らかなように、応力が高くて塑性変
形が著しいのは、内輪側蒸気入口のノズル板付根部の非
溶着部１２ａの近傍である。実際に実機大モデルの繰返
し負荷による疲労試験を実施した場合でも、主として亀
裂は内輪側非溶着部１２ａの先端を起点にして発生して
おり、非溶着部の存在がノズルダイアフラムの強度、剛
性低下の原因となっていることは明らかである。

このときの破壊形態は第１１図に示す通りであり、せん
断による破壊である。つまり、ノズル板に衝突する高速
、高圧の蒸気流１３はノズル板４を等分布荷重で負荷す
る。−方、漏れ蒸気流１４も等分布荷重で内輪７を負荷
する。しかし、ノズル板４に比べ内輪７は極めて剛性が
高いために、破壊はノズル板を起点としてせん断で発生
することになる。第１１図の破壊形態より明らかなこと
は、亀裂発生側には引張り応力が、その反対側には圧縮
応力が作用しており、ざらにそれらは内輪側および外輪
側で相反していることである。

第２の原因として、溶接施工時の問題がある。

特に電子ビーム溶接では溶接を真空中で実施するために
段取りに時間を要することが多い。また、被溶接物の芯
出しと、ガンの位置決めが難しいことにより、接合面か
ら口外れし、溶接線のずれによる不良品が出やすい。第
１２図に示す欠陥の発生率の通り、開先ギャップの大小
によっても欠陥発生率が増大するおそれがあり、芯出し
作業や位置決め作業は電子ビーム溶接の重要なポイント
となっている。ざらに開先を大きくすることにより溶接
量が多くなり、製品重量の増大や、熱影響部が広範囲の
ため熱変形が大きく、機械加工工数の増加、ひいては溶
接部の強度低下につながる。

そこで本発明は、タービンノズルダイアフラムの破壊を
防止するとともに、溶接施工時の作業を簡単にし、しか
も溶接欠陥の発生を防止し、溶接部の信頼性を向上させ
ることをその技術課題とするものである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段〉本発明のタービンノズルダイアフラムの溶接方法はノズ
ル板と内輪および外輪とをそれぞれ円環状の支持当板を
介して溶接構成するタービンノズルダイアフラムの溶接
方法において、内輪と支持当板の溶接面、および外輪と
支持当板の溶接面を相反する方向にし、電子ビーム溶接
にて突合せ溶接することを特徴とする。

（作　用）上述のように構成した本発明方法においては次ぎのよう
に作用する。

すなわち、内輪と支持当板および外輪と支持当板の溶接
面を相反する方向にすることで、亀裂が発生する非溶着
部を圧縮側にし、第１０図および第１１図に示す塑性変
形や破壊形態を改善する。

ざらに外輪の電子ビーム溶接を２回で完了させ、溶接施
工時間の低減を図ることができる。

また、内外輪と支持当板の接合面をＬ型にすることで、
電子ビーム溶接時のポイントである芯出し、位置決めが
簡単になり、作業時間の短縮と共に強度向上および溶接
施工時の信頼性が向上する。

さらに、電子ビーム溶接に一般に見られる溶は落ちを防
止し、溶接施工時の欠陥発生を防止することができる。

（実施例）以下、第１図ないし第６図を参照して本発明の詳細な説
明する。

本発明においては、従来と同様に内側支持当板８と外側
支持当板８′　とを同芯状に置き、これらの支持当板８
と８′の対向面に設けられた複数個の孔にノズル板４を
嵌入し、次ぎにこれらのノズル板４の両端部と２つの支
持当板８．８′とをそれぞれシール溶接９．９′により
固着した後、内側支持当板８を内輪７に、また外側の支
持当板８′を外輪６に、溶接方向が互いに相反する方向
に向くよう溶接面１３．１３′を突合せ溶接して、ター
ビンノズルダイアフラムを形成する。

上述の突合せ溶接面は第１１図に示す破壊形態の亀裂発
生、伝播開始側とするため内輪７と外輪６との支持当板
８．８′の本溶接面は相反する方向としているが、これ
は第１０図、第１１図に示す通り、塑性変形や破壊がノ
ズル板４の溶接部近傍で発生するために、塑性変形が大
きい部分および破壊しやすい部分が突合せ溶接により溶
接金属量が多量になり、剛性と強度の著しい向上が得ら
れるからである。

ざらに内外輪７．６の突合せ溶接面が２ケ所であるため
、第９図に示した従来例の４ケ所に比べ溶接施工時間が
短縮される。

また、タービンノズルダイアフラムｅのポイントである
溶接線の芯出しや設定は第２図に示す通り、内輪７およ
び外輪６と内外支持当板８．８′を機械加工にてＬ型に
形成して嵌入れることで簡素化している。

上述した本発明の実施例によるタービンノズルダイアフ
ラムの溶接施工試験の結果を第３図に示す。

この図から明らかなように、溶接作業時間は従来と変ら
ないが、芯出し、位置決め、組立作業や真空作業はそれ
ぞれ１／２に低下している。電子ビーム溶接では専用機
を用いて真空中で溶接を行うが、溶接雰囲気を真空する
には長時間を要するため、溶接面を４ケ所にした従来と
溶接面を２ケ所にした本発明とでは真空作業時間に大き
な差が生じる。

一方、溶接部の欠陥は、−般に裏波の不具合や、溶は落
ちにより発生しやすいため、不実施例による内外輪７．
６および内外支持当板８．８′のＬ型形状はこれらの溶
接欠陥が発生しにくい状態にし、剛性および強度の著し
い向上と溶接欠陥を防止し、信頼性の高い溶接施工法を
提供できる。

第４図は本発明の伯の実施例を示すもので、内外輪７．
６および支持当板８．８′のＬ型の非溶着部を溶接し、
溶接部１３ａ、１３ａ′としたものである。この場合、
溶接は電子ビーム溶接に限らず他の方法によっても良く
、手溶接、ガス溶接等、施工時間を短縮した方法が好ま
しい。この実施例においては、第４図の通り、圧縮応力
の加わる非溶着部を溶接することで剛性および強度が向
上する。

また、第５図や第６図に示す通り、タービンノズルダイ
アフラムの応力、撓み量は角度θが４５°以下では極め
て大きいため、内外輪７．６および内外支持当板８．８
′の溶接深さはθが４５°以下では深く、４５′以上で
は浅くし、溶接量と施工時間を減少させることができる
。

し発明の効果コ以上、説明したように、本発明のタービンノズルダイヤ
フラムの溶接方法においては内外輪と内外の支持当板の
溶接面を相反する方向にして溶接し、かつ、内外輪と内
外支持当板の接合面をＬ字型にしたので、剛性および強
度が著しく向上し、また溶接施工時間を大きく短縮する
ことができる。

このため従来のように蒸気流による変形や、亀裂発生な
らびに溶接施工時の溶接欠陥の発生および工数が一段と
抑制される利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるタービンノズルダイアフラムの
溶接施工の一実施例を示す断面図、第２図は本発明の溝
成を示す溶接前の断面図、第３図は本発明に係わる溶接
施工で得られた施工時間の従来との比較例を示す線図、
第４図は本発明の他の実施例を示す断面図、第５図は有
限要素法による解析結果のノズル翼応力図、第６図は同
撓み図、第７図は蒸気タービンの概略構造を示す断面図
、第８図はタービンノズルダイアフラムの正面図、第９
図は従来の溶接方法によるノズルダイヤフラムの断面図
、第１０図は有限要素法解析結果による塑性変形域の分
布図、第１１図はタービンノズルダイアフラムの破壊形
態を示す断面図、第１２図は欠陥発生率とギャップ比を
示す実験値の線図である。１・・・・・・・・・タービンケーシング２・・・・・
・・・・タービンロータ２ａ・・・・・・ディスク３・・・・・・・・・タービンブレード４・・・・・・
・・・ノズル板５・・・・・・・・・ノズルダイヤフラム６・・・・・
・・・・外輪７・・・・・・・・・内輪８・・・・・・・・・内側支持当板８′・・・・・・外側支持当板９．９′・・・シール溶接部１０・・・・・・・・・開先溶接部１１．１１’　、１２ａ、１２ａ’　、１２ｂ、１２ｂ
′・・・非溶着部１３．１３′・・・電子ビーム溶接部１３ａ、１３ａ′・・・非溶着部の溶接部代理人　弁理
士　　則　近　憲　缶周　　三俣弘文第１図 → 第２図第３図第５図第７図第９図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ノズル板と内輪および外輪とをそれぞれ円環状の
支持当板を介して溶接構成するタービンノズルダイアフ
ラムの溶接方法において、内輪と支持当板の溶接面、お
よび外輪と支持当板の溶接面を相反する方向にし、電子
ビーム溶接にて突合せ溶接することを特徴とするタービ
ンノズルダイアフラムの溶接方法。
（２）内輪および外輪と支持当板の接合面をＬ字型にし
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のタービ
ンノズルダイアフラムの溶接方法。