WO2020174801A1 - 蒸気タービンのダイヤフラム製造方法 - Google Patents

蒸気タービンのダイヤフラム製造方法 Download PDF

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WO2020174801A1
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collector
adapter
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河野　孝典
久保　直人
望 小笠原
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    • F05D2260/31—Retaining bolts or nuts

Definitions

  • the present invention relates to a steam turbine diaphragm manufacturing method.
  • Steam turbines sometimes employ a structure in which a seal fin that seals the gap between the outer ring of the diaphragm and the tip of the rotor blade is embedded in the outer ring of the diaphragm (see Patent Document 1, etc.).
  • the diaphragm In a steam turbine, the diaphragm has a heat drop, and especially on the downstream side of the steam turbine, steam is condensed and a large amount of drain is generated.
  • the generated drain collides with the moving blade on the downstream side of the diaphragm, erosion may occur on the moving blade.
  • a collector ring Since the drain is carried along the side surface of the outer ring of the diaphragm and in the circumferential direction, a collector ring is installed for the purpose of collecting the drain without applying the drain to the tip of the moving blade.
  • a part of the drain carried along the streamline collides with and adheres to the moving blade, and the drain that adheres to the moving blade scatters radially outward due to centrifugal force. There is concern that erosion may occur on the inner surface of the collector ring near the fins.
  • the RSS structure seal fin has a larger root inserted into the collector ring than the implantable seal fin of the same class.
  • PCD pitch circle diameter
  • the seal fin has an RSS structure, it is necessary to increase the pitch circle diameter (PCD) of the bolt connecting the collector ring and the diaphragm outer ring in order to avoid interference with the root of the enlarged seal fin. is there.
  • the outer diameter of the existing diaphragm outer ring is P. C.
  • the wall thickness is not secured to allow the enlargement of D, or there is a case where it interferes with the slit. In this case, the P. C. D.
  • the diaphragm outer ring is a part of a diaphragm having an integral structure. Therefore, when expanding the outer diameter of the diaphragm outer ring, it is a reality that the entire diaphragm including the blade and the inner ring of the diaphragm is newly manufactured by spending a long period of work at present.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a steam turbine and a diaphragm having a structure which can improve reliability of a fixing structure of a seal fin and can greatly shorten a construction period.
  • the present invention provides a diaphragm for a steam turbine in which a diaphragm inner ring, a diaphragm outer ring, and a blade portion are integrally formed, and a collector ring and a collector ring arranged on the downstream side of the diaphragm outer ring. Further comprising a seal fin having a radial spill strip structure fitted in the inner ring, and an adapter ring interposed between the diaphragm outer ring and the collector ring, wherein the diaphragm outer ring and the adapter ring are axially inserted from the downstream side.
  • the collector ring and the adapter ring are in close contact with each other and sealed, and the collector ring and the adapter ring have an outer diameter larger than that of the diaphragm outer ring and are larger than the seal fin.
  • the reliability of the seal fin fixing structure can be improved and the construction period can be greatly shortened.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a part III in FIG. 2, showing a structure of a main part of the diaphragm according to the embodiment of the present invention.
  • the flowchart showing the judgment procedure of the application of the manufacturing method of the diaphragm of this invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a method of manufacturing a diaphragm according to an embodiment of the present invention, showing a diaphragm before modification.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of steam turbine equipment according to an embodiment of the present invention.
  • the steam turbine power generation facility 100 shown in FIG. 1 includes a steam generation source 1, a high pressure turbine 3, an intermediate pressure turbine 6, a low pressure turbine 9, a condenser 11 and a load device 13.
  • the flow direction of steam which is a working fluid in each turbine, is used as a reference.
  • the low-pressure turbine 9 (FIG. 2)
  • the flow direction of the main flow of the steam S flowing through the working fluid flow path F is the reference.
  • the steam generation source 1 is a boiler, which heats the water supplied from the condenser 11 to generate high-temperature and high-pressure steam.
  • the steam generated by the steam generation source 1 is guided to the high-pressure turbine 3 via the main steam pipe 2, and drives the high-pressure turbine 3.
  • the steam that has been depressurized by driving the high-pressure turbine 3 is guided to the steam generation source 1 via the high-pressure turbine exhaust pipe 4, and is reheated to be reheated steam.
  • the reheated steam generated by the steam generation source 1 is guided to the intermediate pressure turbine 6 via the reheated steam pipe 5, and drives the intermediate pressure turbine 6.
  • the steam whose pressure has been reduced by driving the medium-pressure turbine 6 is guided to the low-pressure turbine 9 via the medium-pressure turbine exhaust pipe 7 and drives the low-pressure turbine 9.
  • the steam, which is driven by the low-pressure turbine 9 to reduce the pressure, is guided to the condenser 11 via the diffuser.
  • the condenser 11 is provided with a cooling water pipe (not shown), and the steam guided to the condenser 11 and the cooling water flowing in the cooling water pipe are heat-exchanged to condense the steam.
  • the water condensed in the condenser 11 is sent to the steam generation source 1 again by the water supply pump P.
  • the turbine rotors 12 of the high-pressure turbine 3, the intermediate-pressure turbine 6, and the low-pressure turbine 9 are coaxially connected.
  • the load device (typically a generator) 13 is connected to the turbine rotor 12, and is driven by the rotational outputs of the high pressure turbine 3, the intermediate pressure turbine 6 and the low pressure turbine 9.
  • the load device 13 may be a pump instead of the generator.
  • the configuration including the high-pressure turbine 3, the intermediate-pressure turbine 6, and the low-pressure turbine 9 is illustrated, the configuration may be such that the intermediate-pressure turbine 6 is omitted.
  • the configuration in which the same load device 13 is driven by the high-pressure turbine 3, the medium-pressure turbine 6, and the low-pressure turbine 9 has been illustrated, but the high-pressure turbine 3, the medium-pressure turbine 6, and the low-pressure turbine 9 drive different load devices. May be.
  • the high-pressure turbine 3, the intermediate-pressure turbine 6, and the low-pressure turbine 9 may be divided into two groups (that is, two turbines and one turbine), and one load device may be driven for each group.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the low pressure turbine 9.
  • the low-pressure turbine 9 includes the turbine rotor 12 and a stationary body 15 that covers the turbine rotor 12.
  • a diffuser is arranged at the exit of the stationary body 15.
  • the rotation direction of the turbine rotor 12 is defined as “circumferential direction”
  • the direction in which the rotation center line C of the turbine rotor 12 extends is defined as “axial direction”
  • the radial direction of the turbine rotor 12 is defined as “radial direction”. ..
  • the turbine rotor 12 is configured to include rotor disks 13a-13d and moving blades 14a-14d.
  • the rotor disks 13a-13d are disk-shaped members that are arranged one on top of the other in the axial direction.
  • the rotor disks 13a-13d may be alternately superposed with spacers (not shown).
  • a plurality of rotor blades 14a-14d are provided at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotor disks 13a-13d.
  • the rotor blades 14a-14d extend radially outward from the outer peripheral surface of the rotor disks 13a-13d and face the annular working fluid flow passage F.
  • the fluid energy of the steam S flowing through the working fluid flow path F is converted into rotation energy by the moving blades 14a-14d, and the turbine rotor 12 rotates integrally around the rotation center line C.
  • the stationary body 15 includes a casing 16 and diaphragms 17a-17d.
  • the casing 16 is a tubular member that forms the outer peripheral wall of the low-pressure turbine 9.
  • Diaphragms 17a-17d are attached to the inner peripheral portion of the casing 16.
  • the diaphragms 17a to 17d are segments, and each of them is integrally formed by including a diaphragm outer ring 18, a diaphragm inner ring 19 and a plurality of wings 20.
  • a plurality of diaphragms 17a-17d are arranged in the circumferential direction to form an annular shape.
  • the diaphragm outer ring 18 is a member that defines the outer circumference of the working fluid flow path F with its inner peripheral surface, and is supported by the inner peripheral surface of the casing 16.
  • the outer diaphragm 18 has an annular shape.
  • the inner peripheral surface of the diaphragm outer ring 18 is inclined radially outward toward the downstream side (right side in FIG. 2).
  • the diaphragm inner ring 19 is a member that defines the inner circumference of the working fluid flow path F with its outer peripheral surface, and is arranged radially inward of the diaphragm outer ring 18.
  • the diaphragm inner ring 19 has an annular shape (a cylindrical shape in this example).
  • the wing portions 20 are arranged side by side in the circumferential direction, extend in the radial direction, and connect the diaphragm inner ring 19 and the diaphragm outer ring 18.
  • the diaphragm and the rotor blade adjacent to the diaphragm form one paragraph.
  • the diaphragm 17a and the moving blade 14a are the first paragraph (first stage)
  • the diaphragm 17b and the moving blade 14b are the second paragraph
  • the diaphragm 17c and the moving blade 14c are the third paragraph
  • the diaphragm 17d and the moving blade 14d are the fourth paragraph. This is the paragraph (final stage).
  • FIG. 3 is an enlarged view of part III in FIG. 2 and is a cross-sectional view showing a main part structure of the diaphragm according to the embodiment of the present invention.
  • the structure described below is applied to the diaphragm 17d of at least one paragraph (for example, a wet paragraph where drainage is apt to adhere to the blade surface, typically the final stage of the low-pressure turbine 9).
  • the applicability to the diaphragm of the paragraphs other than the fourth paragraph is higher in the downstream paragraph, that is, the applicability is higher in the order of the diaphragms 17c, 17b, and 17a.
  • the diaphragm 17d of the fourth paragraph of the low-pressure turbine 9 is applied to the example will be described with reference to FIG. 3, the case where the diaphragm 17d of another paragraph is applied has the same structure. If necessary, it can also be applied to the diaphragms of the high-pressure turbine 3 and the intermediate-pressure turbine 6.
  • the diaphragm 17d includes a diaphragm outer ring 18, a diaphragm inner ring 19 (FIG. 2), a wing portion 20, a collector ring 21, a seal fin 22, and an adapter ring 23.
  • the collector ring 21 is an annular member that is arranged on the downstream side of the diaphragm outer ring 18 and holds the seal fin 22, and is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction (for example, divided into an upper half portion and a lower half portion, or 4). -It is divided into 6).
  • the outer diameter R1 of the collector ring 21 is larger than the outer diameter R0 of the downstream end of the diaphragm outer ring 18.
  • the inner diameter of the collector ring 21 is about the same as the inner diameter of the downstream end of the diaphragm outer ring 18.
  • the upstream end surface 21a and the downstream end surface 21b of the collector ring 21 are flat surfaces parallel to a surface orthogonal to the rotation center line C (FIG. 2) of the turbine rotor 12.
  • a slit 24 extending in the circumferential direction is provided on the inner peripheral surface of the collector ring 21.
  • the slit 24 has a radial groove 24a extending in the radial direction and an axial groove 24b extending in the axial direction, and has a T-shaped cross section.
  • the radial groove 24a has a role of restraining movement of the seal fin 22 in the axial direction.
  • the axial groove 24b has a role of restraining the radial movement of the seal fin 22.
  • the axial groove 24b is located radially outward of the inner peripheral surface of the collector ring 21, is separated from the working fluid flow passage F by the structural material of the collector ring 21, and does not face the working fluid flow passage F. ..
  • the through holes 25 penetrating in the axial direction are provided in the collector ring 21 at intervals in the circumferential direction.
  • a counterbore 25 a is provided in the through hole 25 on the downstream end face side of the collector ring 21.
  • the through holes 25 including the counterbore 25a are all positioned radially outside the slits 24 so as not to interfere with the slits 24 or become insufficient in thickness. Further, at least a part of the through hole 25 is located outside the outer diameter of the downstream end of the diaphragm outer ring 18.
  • the pitch circle diameter (PCD) D1 of the through hole 25 centering on the rotation center line C (FIG. 2) is set to be larger than the pitch circle diameter D2 of the through hole 26 described later (through hole
  • the pitch circle of No. 25 is located outside the pitch circle of the through hole 26 in the radial direction).
  • the seal fin 22 projects radially inward from the inner peripheral surface of the collector ring 21, and seals the gap between the tip surface of the moving blade 14d and the inner peripheral surface of the collector ring 21.
  • the seal fin 22 is an annular member, but is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction (for example, divided into an upper half portion and a lower half portion, or divided into 4-6 pieces).
  • the seal fin 22 is provided with a root portion 22a having a radial spill strip (RSS) structure whose cross section is formed in a T shape in accordance with the slit 24 of the collector ring 21.
  • the seal fin 22 is fixed to the inner peripheral portion of the collector ring 21 by fitting the root portion 22a into the slit 24 from the circumferential direction.
  • FIG. 3 shows a state when the operation is stopped, and the seal fins 22 are located on the downstream side of the moving blades 14d. However, during operation, the turbine rotor 12 thermally expands so that the seal fins 22 The axial position of the moving blade 14d overlaps. Further, although FIG. 3 exemplifies the seal fin 22 having one row of fins, when a plurality of rows of fins are installed in the axial direction, the structure of the seal fin 22 is changed to a structure having a plurality of rows of fins in the axial direction. It can be dealt with by replacing.
  • the adapter ring 23 is a ring that is interposed between the diaphragm outer ring 18 and the collector ring 21 to attach the collector ring 21 to the diaphragm outer ring 18 having a smaller diameter than the collector ring 21. It is desirable that the adapter ring 23 is a seamless one-piece ring, but like the collector ring 21, the adapter ring 23 is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction (for example, the upper half and the lower half are divided into two, or 4 to 6 pieces). The structure may be divided into two parts).
  • the adapter ring 23 has the same outer diameter as that of the collector ring 21, and is larger than the downstream end of the diaphragm outer ring 18.
  • the inner diameter of the adapter ring 23 is about the same as the inner diameter of the downstream end of the diaphragm outer ring 18.
  • the upstream end surface 23a and the downstream end surface 23b of the adapter ring 23 are flat surfaces parallel to a plane orthogonal to the rotation center line C (FIG. 2) of the turbine rotor 12.
  • bolt holes (screw holes) 27 are provided at intervals in the circumferential direction corresponding to the through holes 25 of the collector ring 21.
  • the adapter ring 23 is provided with through holes 26 penetrating in the axial direction at intervals in the circumferential direction. The positions of these through holes 26 correspond to bolt holes (screw holes) 28 provided in the downstream end surface 18a of the diaphragm outer ring 18 at intervals in the circumferential direction.
  • the downstream end surface 18a of the diaphragm outer ring 18 is also a flat surface parallel to the surface orthogonal to the rotation center line C.
  • a counterbore 26a is provided in each through hole 26 on the downstream end face side of the adapter ring 23.
  • the pitch circle diameter D2 of the through hole 26 centered on the rotation center line C is smaller than the pitch circle diameter D1 of the through hole 25 of the collector ring 21 (that is, the pitch circle diameter of the bolt hole 27).
  • the through hole 26 or the counterbore 26a of the adapter ring 23 at least partially overlaps the root portion 22a of the seal fin 22 in the radial direction. That is, at least a part of the through hole 26 or the counterbore 26a of the adapter ring 23 overlaps the root portion 22a of the seal fin 22 when viewed in the axial direction.
  • the diaphragm outer ring 18 and the adapter ring 23 are connected by a plurality of first bolts 31 axially inserted from the downstream side.
  • the first bolt 31 is, for example, a hexagon socket head bolt, and is screwed into the bolt hole 28 of the diaphragm outer ring 18 via the through hole 26 of the adapter ring 23.
  • the head of the first bolt 31 is housed in the counterbore 26a of the adapter ring 23 so as not to project from the downstream end surface 23b of the adapter ring 23 to the collector ring 21 side.
  • the opposing surfaces (that is, the downstream end surface 18a and the upstream end surface 23a) of the diaphragm outer ring 18 and the adapter ring 23 are in close contact with each other to form a circumferentially continuous sealing surface. ..
  • the first bolt 31 is orthogonal to the sealing surface of the diaphragm outer ring 18 and the adapter ring 23, and the tightening force of the first bolt 31 is efficiently converted into the contact pressure of the sealing surface.
  • the adapter ring 23 and the collector ring 21 are connected by a plurality of second bolts 32 axially inserted from the downstream side at a position on the outer peripheral side of the root portion 22a of the seal fin 22.
  • the second bolt 32 is, for example, a hexagon socket head bolt, and is screwed into the bolt hole 27 of the adapter ring 23 through the through hole 25 of the collector ring 21.
  • the second bolt 32 is located on the outer peripheral side of the first bolt 31.
  • the head of the second bolt 32 is housed in the counterbore 25a of the collector ring 21, and does not protrude from the downstream end surface 21b of the collector ring 21.
  • the respective second bolts 32 By tightening the respective second bolts 32, they are fastened at the facing surfaces of the adapter ring 23 and the collector ring 21 (that is, the downstream end surface 23b and the upstream end surface 21a).
  • the second bolt 32 is orthogonal to the facing surface of the adapter ring 23 and the collector ring 21.
  • the collector ring 21 holding the seal fins 22 is attached to the downstream side of the diaphragm outer ring 18 via the adapter ring 23.
  • the seal fin 22 By mounting the seal fin 22, the leakage of the steam S through the gap flow passage on the outer peripheral side of the moving blade 14d is suppressed, and the reduction in turbine efficiency is suppressed.
  • the sealing surface of the adapter ring 23 continuously surrounds the working fluid flow path F, and leakage of the steam S between the facing surfaces of the diaphragm outer ring 18 and the adapter ring 23 is also suppressed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for determining whether to apply the diaphragm manufacturing method of the present invention
  • FIG. 5 is an explanatory view of the diaphragm manufacturing method according to the embodiment of the present invention, showing the diaphragm before modification.
  • the diaphragm shown in FIG. 5 is used in an existing steam turbine facility, and an example in which the seal fin is formed into an RSS structure based on the diaphragm shown in the figure will be described.
  • the diaphragm shown in FIG. 5 is for a steam turbine, and an inner ring (not shown) of the diaphragm, an outer ring a of the diaphragm and a blade portion f are integrally formed.
  • a collector ring b is connected to the downstream side of the diaphragm outer ring a by a bolt c.
  • the bolt c is axially inserted from the collector ring b side and screwed into the diaphragm outer ring a.
  • a seal fin d is embedded in the inner peripheral surface of the collector ring b.
  • the seal fin d is fixed to the collector ring b by caulking.
  • Step S1 it is determined whether the diaphragm of FIG. 5 belongs to the wet stage, that is, whether the seal fin d requires the RSS structure. In the first place, if the RSS structure has already been applied to the seal fin d, it is not necessary to apply the invention, and the procedure is moved to step S5, and the study ends without applying the invention.
  • Step S2 When the seal fin d of the diaphragm of FIG. 5 is formed into the RSS structure, the procedure is transferred to step S2, and the seal fin of the RSS structure (the seal fin 22 of FIG. 3) and a new collector ring with a slit for holding the seal fin (FIG. Design the collector ring 21).
  • Step S3 it is determined whether the slit e of the new collector ring (slit 24 in FIG. 3) interferes with the fastening hole e of the diaphragm outer ring a, that is, whether the slit and the fastening hole e overlap with each other when viewed from the axial direction. If the slit does not overlap the fastening hole e, a new collector ring can be attached using the fastening hole e, and it is not necessary to separately prepare an adapter ring (adapter ring 23 in FIG. 3). In this case, the procedure is moved to step S5 and the examination is finished.
  • ⁇ Step S4 When the slit of the new collector ring interferes with the fastening hole e of the diaphragm outer ring a or the wall thickness is insufficient, a new bolt hole can be formed on the downstream end surface of the diaphragm outer ring a by expanding the pitch circle diameter. To judge. If there is a margin in the outer diameter (that is, the wall thickness) of the diaphragm outer ring a and a new bolt hole can be machined, it is not necessary to separately prepare an adapter ring in this case as well.
  • New bolt holes can be formed in the diaphragm outer ring a, and through holes corresponding to these bolt holes can be provided in the new collector ring to directly attach the new collector ring to the diaphragm outer ring a. In this case also, the procedure is moved to step S5 and the examination is ended.
  • Step S6 If a new bolt hole cannot be provided in the downstream end surface of the diaphragm outer ring a, the procedure is moved to step S6 and the invention is applied, and the study is ended.
  • the procedure of manufacturing the diaphragm 17d of FIG. 3 by modifying the diaphragm of FIG. 5 mainly includes a processing step of the outer ring of the diaphragm, a manufacturing step of parts, and an assembling step.
  • the downstream end of the diaphragm outer ring a is removed so that the seal fin 22 is located at a desired position when the collector ring 21 is attached via the adapter ring 23. 18 is formed.
  • the portion on the right side of the two-dot chain line of the diaphragm outer ring a in FIG. 5 is removed.
  • the removal amount of the downstream end of the diaphragm outer ring a can be arbitrarily set within a range where it does not interfere with the blade f.
  • a method of cutting the downstream end of the diaphragm outer ring a by machining to finish the downstream end surface 18a can be adopted.
  • a method of cutting the downstream end of the diaphragm outer ring a by machining to finish the downstream end surface 18a can be adopted.
  • a bolt hole 28 is formed in the downstream end surface 18a of the diaphragm outer ring 18.
  • the collector ring 21, the seal fin 22, and the adapter ring 23 shown in FIG. 3 are manufactured. This component manufacturing process may be performed before or after the diaphragm outer ring processing process, or may be performed concurrently.
  • the collector ring 21, the seal fin 22, and the adapter ring 23 are also manufactured in any order, and may be manufactured in any order, or a plurality of them may be manufactured at the same time.
  • the seal fin 22 having the RSS structure is fitted into the slit 24 of the collector ring 21 from the circumferential direction.
  • the adapter ring 23 is arranged on the downstream side of the diaphragm outer ring 18, and the plurality of first bolts 31 are inserted from the downstream side in the axial direction to connect the adapter ring 23 to the diaphragm outer ring 18.
  • the collector ring 21 is arranged on the downstream side of the adapter ring 23, and the plurality of second bolts 32 are axially inserted from the downstream side to connect the collector ring 21 to the adapter ring 23.
  • FIG. 6 is a diagram showing the structure of a diaphragm manufactured by modifying the diaphragm of FIG. 3 by the manufacturing method according to the comparative example.
  • the collector ring b′ of FIG. 6 has the same size and shape as the collector ring 21 of FIG.
  • the diaphragm outer ring a excluding the hatched portion is an existing one, and the diameter of the diaphragm outer ring a′ including the hatched portion is the one after the design change.
  • the collector ring b' can be attached without any problem, but the diaphragm outer ring is a part of the integral diaphragm, so the entire diaphragm including the blade and inner ring of the diaphragm must be newly manufactured due to the design change of the diaphragm outer ring. There must be. It takes a long time to manufacture a diaphragm with revised specifications. It is also conceivable to build up the outer peripheral portion of the existing diaphragm outer ring a, but this is not desirable because heat input is large and thermal deformation is a concern.
  • the diaphragm outer ring 18, the adapter ring 23 and the collector ring 21 are fastened with bolts, unlike the case of welding, thermal deformation is suppressed and the shape of the diaphragm can be finished with high precision.
  • At least a part of the first bolt 31 overlaps the seal fin 22 when viewed from the axial direction, and the head is housed in the counterbore 26a provided on the adapter ring 23.
  • the counterbore 26a is closed by the collector ring 21 so that the first bolt 31 is completely confined, and the first bolt 31 is restrained by the collector ring 21, so that the loosening of the first bolt 31 can be suppressed.

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Abstract

ダイヤフラム内輪、ダイヤフラム外輪及び翼部が一体に形成された蒸気タービン用のダイヤフラムにおいて、ラジアルスピルストリップ構造のシールフィンを保持するコレクタリング、前記ダイヤフラム外輪及び前記コレクタリングの間に介在するアダプタリングを備え、前記コレクタリング及び前記アダプタリングは前記ダイヤフラム外輪よりも外径が大きく、前記ダイヤフラム外輪及び前記アダプタリングが複数の第１ボルトで連結され、前記ダイヤフラム外輪及び前記アダプタリングの対向面が互いに密着してシールされており、前記コレクタリング及び前記アダプタリングが前記シールフィンよりも外周側の位置で複数の第２ボルトで連結されている。

Description

蒸気タービンのダイヤフラム製造方法
　本発明は、蒸気タービンのダイヤフラム製造方法に関する。
　蒸気タービンでは、ダイヤフラム外輪と動翼先端との間隙をシールするシールフィンをダイヤフラム外輪に植え込んだ構造が採用されることがある（特許文献１等を参照）。
特開２０１６－１９４３０６号公報
　蒸気タービンでは、ダイヤフラムで熱落差を持たせており、特に蒸気タービンの下流側において蒸気が凝縮されて多くのドレンが発生する。発生したドレンがダイヤフラムの下流側の動翼に衝突すると、動翼にエロージョンが発生するおそれがある。ドレンは、ダイヤフラム外輪側面及び周方向に沿って運ばれるため、動翼の先端にドレンを当てることなく収集することを目的としてコレクタリングを設置している。しかしながら、流線に沿って運ばれたドレンの一部が動翼に衝突して付着し、更に動翼に付着したドレンが遠心力により径方向外側に飛散するため、特に動翼に対向するシールフィン付近でコレクタリング内面のエロージョンの発生が懸念される。
　運転中、蒸気タービンの湿り段落においては、動翼表面に付着したドレンが遠心力で径方向外側に飛散するため、特に動翼に対向するシールフィンの付近でダイヤフラム外輪にエロージョンが発生することがある。そこでシールフィンを保持する部位をコレクタリングとして別部材化し、これをダイヤフラム外輪にボルトで連結する場合がある。この構成の場合、動翼の対向部のエロージョンが進行した場合、ダイヤフラム全体を新製品と交換しなくても、エロージョンの進行したコレクタリングのみを交換すれば済む。
　ここで、従来構造の既存の蒸気タービンにはコレクタリングに対してシールフィンを内径側から植え込んでかしめたものがあるが、コレクタリングとシールフィンとが係合するかしめ部分が、動翼から飛散してくるドレンに直接晒されることになる。こうしたシールフィンとコレクタリングとの係合部の信頼性向上の一つとして、シールフィンのラジアルスピルストリップ（ＲＳＳ）構造化が挙げられる。
　しかし、ＲＳＳ構造のシールフィンは、同クラスの植え込み型のシールフィンに比べてコレクタリングに挿入される根部が大きい。シールフィンをＲＳＳ構造化する場合、大型化したシールフィンの根部との干渉を避けるためにコレクタリングとダイヤフラム外輪とを連結するボルトのピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）を拡大する必要がある。但し、既存のダイヤフラム外輪の外径にボルトのＰ．Ｃ．Ｄの拡大を許容するだけの肉厚が確保されていない、若しくはスリットと干渉する場合がある。この場合、拡大したボルトのＰ．Ｃ．Ｄ．を許容するダイヤフラム外輪を新製する必要があるが、ダイヤフラム外輪は一体構成のダイヤフラムの一部である。そのため、ダイヤフラム外輪の外径を拡大するに当たって、現状では長期間の工期を費やして翼部やダイヤフラム内輪を含めたダイヤフラム全体を新製しているのが実情である。
　本発明の目的は、シールフィンの固定構造の信頼性を高めると共に工期の大幅な短縮が望める構造の蒸気タービン及びダイヤフラムの製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、ダイヤフラム内輪、ダイヤフラム外輪、及び翼部が一体に形成された蒸気タービン用のダイヤフラムにおいて、前記ダイヤフラム外輪の下流側に配置されたコレクタリング、前記コレクタリングに嵌め込まれたラジアルスピルストリップ構造のシールフィン、及び前記ダイヤフラム外輪及び前記コレクタリングの間に介在するアダプタリングを更に備え、前記ダイヤフラム外輪及び前記アダプタリングは下流側から軸方向に挿し込まれた複数の第１ボルトで連結され、前記ダイヤフラム外輪及び前記アダプタリングの対向面が互いに密着してシールされており、前記コレクタリング及び前記アダプタリングは前記ダイヤフラム外輪よりも外径が大きく、前記シールフィンよりも外周側の位置で下流側から軸方向に挿し込まれた複数の第２ボルトで連結されている。
　本発明によれば、シールフィンの固定構造の信頼性を高めると共に工期の大幅な短縮が望める。
本発明の一実施形態に係る蒸気タービン設備の模式図 本発明の一実施形態に係る蒸気タービンの断面図 図２中のIII部の拡大図であって本発明の一実施形態に係るダイヤフラムの要部構造を表す図 本発明のダイヤフラムの製造方法の適用の判断手順を表すフローチャート 本発明の一実施形態に係るダイヤフラムの製造方法の説明図であって改造前のダイヤフラムを表す図 比較例に係る製造方法により図３のダイヤフラムを改造して製作したダイヤフラムの構造を表す図
　以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
　－蒸気タービン発電設備－
　図１は本発明の一実施形態に係る蒸気タービン設備の模式図である。同図に示した蒸気タービン発電設備１００は、蒸気発生源１、高圧タービン３、中圧タービン６、低圧タービン９、復水器１１及び負荷機器１３を備えている。以下、各タービンにおいて作動流体である蒸気の流れ方向を基準とする。低圧タービン９（図２）で言えば、作動流体流路Ｆを流れる蒸気Ｓの主流の流れ方向が基準である。
　蒸気発生源１はボイラであり、復水器１１から供給された水を加熱し、高温高圧の蒸気を発生させる。蒸気発生源１で発生した蒸気は、主蒸気管２を介して高圧タービン３に導かれ、高圧タービン３を駆動する。高圧タービン３を駆動して減圧した蒸気は、高圧タービン排気管４を介して蒸気発生源１に導かれ、再度加熱されて再熱蒸気となる。
　蒸気発生源１で生成された再熱蒸気は、再熱蒸気管５を介して中圧タービン６に導かれ、中圧タービン６を駆動する。中圧タービン６を駆動して減圧した蒸気は、中圧タービン排気管７を介して低圧タービン９に導かれ、低圧タービン９を駆動する。低圧タービン９を駆動して減圧した蒸気は、ディフューザーを介して復水器１１に導かれる。復水器１１は冷却水配管（不図示）を備えており、復水器１１に導かれた蒸気と冷却水配管内を流れる冷却水とを熱交換させて蒸気を凝縮する。復水器１１で凝縮された水は給水ポンプＰにより再び蒸気発生源１に送られる。
　高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９のタービンロータ１２は同軸に連結されている。負荷機器（代表的には発電機）１３はタービンロータ１２に連結されており、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９の回転出力により駆動される。
　なお、負荷機器１３には、発電機に代えてポンプが採用される場合もある。また、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９を備えた構成を例示したが、例えば中圧タービン６を省略した構成としても良い。高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９で同一の負荷機器１３を駆動する構成を例示したが、高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９でそれぞれ異なる負荷機器を駆動する構成であっても良い。高圧タービン３、中圧タービン６及び低圧タービン９を２つのグループ（つまり２つのタービンと１つのタービン）に分け、グループ毎に各１つの負荷機器を駆動する構成としても良い。更に、蒸気発生源１としてボイラを備える構成を例示したが、ガスタービンの排熱を利用する廃熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を蒸気発生源１として採用する構成としても良い。つまりコンバインドサイクル発電設備である。原子炉も蒸気発生源１の一例に挙げられる。
　－蒸気タービン－
　図２は低圧タービン９の断面図である。同図に示したように、低圧タービン９は、上記タービンロータ１２及びこれを覆う静止体１５を備えている。静止体１５の出口にはディフューザーが配置されている。なお、本願明細書では、タービンロータ１２の回転方向を「周方向」、タービンロータ１２の回転中心線Ｃの伸びる方向を「軸方向」、タービンロータ１２の半径方向を「径方向」と定義する。
　タービンロータ１２は、ロータディスク１３ａ－１３ｄ及び動翼１４ａ－１４ｄを含んで構成されている。ロータディスク１３ａ－１３ｄは、軸方向に重ねて配置した円盤状の部材である。ロータディスク１３ａ－１３ｄはスペーサ（不図示）と交互に重畳される場合もある。動翼１４ａ－１４ｄはそれぞれロータディスク１３ａ－１３ｄの外周面の周方向に等間隔に複数設けられている。動翼１４ａ－１４ｄはロータディスク１３ａ－１３ｄの外周面から径方向外側に伸び、環状の作動流体流路Ｆに臨んでいる。作動流体流路Ｆを流れる蒸気Ｓの流体エネルギーが動翼１４ａ－１４ｄにより回転エネルギーに変換され、回転中心線Ｃ周りにタービンロータ１２が一体に回転する。
　静止体１５は、ケーシング１６及びダイヤフラム１７ａ－１７ｄを含んで構成されている。ケーシング１６は低圧タービン９の外周壁を形成する筒状の部材である。このケーシング１６の内周部にダイヤフラム１７ａ－１７ｄが取り付けられている。ダイヤフラム１７ａ－１７ｄはセグメントであり、それぞれダイヤフラム外輪１８、ダイヤフラム内輪１９及び複数の翼部２０を含んで一体に形成されている。ダイヤフラム１７ａ－１７ｄがそれぞれ周方向に複数並んで環状を構成する。
　ダイヤフラム外輪１８はその内周面で作動流体流路Ｆの外周を画定する部材であり、ケーシング１６の内周面に支持されている。ダイヤフラム外輪１８は環状をなす。本実施形態において、ダイヤフラム外輪１８の内周面は下流側（図２中の右方）に向かって径方向外側に傾斜している。ダイヤフラム内輪１９はその外周面で作動流体流路Ｆの内周を画定する部材であり、ダイヤフラム外輪１８に対して径方向内側に配置されている。ダイヤフラム内輪１９は環状（本例では円筒状）をなす。翼部２０は、周方向に複数並べて配置され、径方向に延びてダイヤフラム内輪１９及びダイヤフラム外輪１８を連結している。
　なお、ダイヤフラムとその下流側に隣接する動翼とで１つの段落を構成する。本実施形態では、ダイヤフラム１７ａと動翼１４ａが第１段落（初段）、ダイヤフラム１７ｂと動翼１４ｂが第２段落、ダイヤフラム１７ｃと動翼１４ｃが第３段落、ダイヤフラム１７ｄと動翼１４ｄが第４段落（最終段）である。
　－ダイヤフラム外輪－
　図３は図２中のIII部の拡大図であって本発明の一実施形態に係るダイヤフラムの要部構造を表す断面図である。以下に説明する構造は、少なくとも１つの段落（例えば動翼表面にドレンが付着し易い湿り段落、代表的には低圧タービン９の最終段）のダイヤフラム１７ｄに適用される。低圧タービン９において第４段落以外の段落のダイヤフラムへの適用可能性は下流側の段落ほど高く、すなわちダイヤフラム１７ｃ，１７ｂ，１７ａの順に適用可能性が高い。図３を用いて低圧タービン９の第４段落のダイヤフラム１７ｄを適用対象にした場合を例示して説明するが、他の段落のダイヤフラムに適用する場合も同様の構造である。必要な場合には、高圧タービン３や中圧タービン６のダイヤフラムにも適用可能である。
　図３に示したように、ダイヤフラム１７ｄには、ダイヤフラム外輪１８、ダイヤフラム内輪１９（図２）、翼部２０に加え、コレクタリング２１、シールフィン２２及びアダプタリング２３が備わっている。
　コレクタリング２１は、ダイヤフラム外輪１８の下流側に配置されてシールフィン２２を保持する環状の部材であり、周方向に複数分割されている（例えば上半部と下半部に２分割、或いは４－６個に分割されている）。コレクタリング２１の外径Ｒ１はダイヤフラム外輪１８の下流側端部の外径Ｒ０よりも大きい。コレクタリング２１の内径については、ダイヤフラム外輪１８の下流側端部の内径と同程度である。またコレクタリング２１の上流側端面２１ａと下流側端面２１ｂはタービンロータ１２の回転中心線Ｃ（図２）との直交面に平行な平坦面である。
　コレクタリング２１の内周面には、周方向に延びるスリット２４が設けられている。スリット２４は径方向に延びるラジアル溝２４ａと軸方向に延びるアキシャル溝２４ｂとで断面がＴ字型に形成されている。ラジアル溝２４ａには、シールフィン２２の軸方向への動き拘束する役割がある。アキシャル溝２４ｂには、シールフィン２２の径方向への動きを拘束する役割がある。アキシャル溝２４ｂはコレクタリング２１の内周面よりも径方向外側に位置しており、作動流体流路Ｆに対してコレクタリング２１の構造材で隔てられ、作動流体流路Ｆには臨んでいない。
　コレクタリング２１には、軸方向に貫通する貫通孔２５が周方向に間隔を空けて設けられている。貫通孔２５には、コレクタリング２１の下流側端面側に座繰り２５ａが設けられている。座繰り２５ａを含めて貫通孔２５は、スリット２４に干渉しない若しくは肉厚不足にならないように、全部がスリット２４よりも径方向外側に位置している。また貫通孔２５の少なくとも一部は、ダイヤフラム外輪１８の下流側端部の外径よりも外側に位置している。回転中心線Ｃ（図２）を中心とする貫通孔２５のピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）Ｄ１は、後述する貫通孔２６のピッチ円直径Ｄ２よりも大きく設定されている（貫通孔２５のピッチ円は貫通孔２６のピッチ円よりも径方向外側に位置している）。
　シールフィン２２は、コレクタリング２１の内周面から径方向内側に突出し動翼１４ｄの先端面とコレクタリング２１の内周面との間隙をシールする。このシールフィン２２は環状の部材であるが、周方向に複数分割されている（例えば上半部と下半部に２分割、或いは４－６個に分割されている）。シールフィン２２にはコレクタリング２１のスリット２４に合わせて断面がＴ字型に形成されたラジアルスピルストリップ（ＲＳＳ）構造の根部２２ａが備わっている。上記のスリット２４に周方向から根部２２ａを嵌め入れることでコレクタリング２１の内周部にシールフィン２２が固定されている。
　なお、図３では運転停止時の状態を表しており、シールフィン２２が動翼１４ｄよりも下流側に位置しているが、運転中にはタービンロータ１２が熱伸びすることでシールフィン２２と動翼１４ｄとの軸方向位置が重なる。また図３ではフィンが１列のシールフィン２２を例示しているが、軸方向にフィンを複数列設置する場合には、シールフィン２２の構造を軸方向に複数列のフィンを備えた構造に代えることで対応できる。
　アダプタリング２３は、ダイヤフラム外輪１８及びコレクタリング２１の間に介在し、コレクタリング２１に対して小径のダイヤフラム外輪１８にコレクタリング２１を取り付けるためのリングである。このアダプタリング２３は継ぎ目のない一体のリングであることが望ましいが、コレクタリング２１と同様に周方向に複数分割された構造（例えば上半部と下半部に２分割、或いは４－６個に分割された構造）であっても良い。またアダプタリング２３はコレクタリング２１と同程度の外径であり、ダイヤフラム外輪１８の下流側端部よりも外径が大きい。アダプタリング２３の内径については、ダイヤフラム外輪１８の下流側端部の内径と同程度である。アダプタリング２３の上流側端面２３ａと下流側端面２３ｂはタービンロータ１２の回転中心線Ｃ（図２）との直交面に平行な平坦面である。
　アダプタリング２３の下流側端面２３ｂには、コレクタリング２１の貫通孔２５に対応して周方向に間隔を空けてボルト穴（ネジ穴）２７が設けられている。また、アダプタリング２３には、軸方向に貫通する貫通孔２６が周方向に間隔を空けて設けられている。これら貫通孔２６の位置は、ダイヤフラム外輪１８の下流側端面１８ａに周方向に間隔を空けて設けたボルト穴（ネジ穴）２８に対応している。ダイヤフラム外輪１８の下流側端面１８ａも回転中心線Ｃとの直交面に平行な平坦面である。各貫通孔２６には、アダプタリング２３の下流側端面側に座繰り２６ａが設けられている。前述した通り回転中心線Ｃ（図２）を中心とする貫通孔２６のピッチ円直径Ｄ２はコレクタリング２１の貫通孔２５のピッチ円直径Ｄ１（つまりボルト穴２７のピッチ円直径）よりも小さい。本実施形態において、アダプタリング２３の貫通孔２６又は座繰り２６ａは、少なくとも部分的にシールフィン２２の根部２２ａと径方向の位置が重なっている。つまり、アダプタリング２３の貫通孔２６又は座繰り２６ａの少なくとも一部が、軸方向から見てシールフィン２２の根部２２ａに重なっている。
　ダイヤフラム外輪１８及びアダプタリング２３は、下流側から軸方向に挿し込まれた複数の第１ボルト３１で連結されている。第１ボルト３１は例えば六角穴付きボルトであり、アダプタリング２３の貫通孔２６を介してダイヤフラム外輪１８のボルト穴２８にねじ込まれている。第１ボルト３１の頭部はアダプタリング２３の座繰り２６ａに納まり、アダプタリング２３の下流側端面２３ｂからコレクタリング２１側に突き出さないようになっている。各第１ボルト３１を締め込むことで、ダイヤフラム外輪１８及びアダプタリング２３の対向面（つまり下流側端面１８ａ及び上流側端面２３ａ）が互いに密着して周方向に連続するシール面を形成している。第１ボルト３１はダイヤフラム外輪１８及びアダプタリング２３のシール面に直交しており、第１ボルト３１の締め付け力がシール面の接触圧力に効率的に変換される。
　アダプタリング２３及びコレクタリング２１は、シールフィン２２の根部２２ａよりも外周側の位置で下流側から軸方向に挿し込まれた複数の第２ボルト３２で連結されている。第２ボルト３２は例えば六角穴付きボルトであり、コレクタリング２１の貫通孔２５を介してアダプタリング２３のボルト穴２７にねじ込まれている。本実施形態では、第２ボルト３２は第１ボルト３１よりも外周側に位置している。第２ボルト３２の頭部はコレクタリング２１の座繰り２５ａに納まり、コレクタリング２１の下流側端面２１ｂから突き出さないようになっている。各第２ボルト３２を締め込むことで、アダプタリング２３及びコレクタリング２１の対向面（つまり下流側端面２３ｂ及び上流側端面２１ａ）で締結されている。第２ボルト３２はアダプタリング２３及びコレクタリング２１の対向面に直交している。
　以上のようにダイヤフラム外輪１８の下流側に、シールフィン２２を保持するコレクタリング２１がアダプタリング２３を介して装着される。シールフィン２２が装着されることで、動翼１４ｄの外周側の間隙流路を介する蒸気Ｓのリークが抑制されてタービン効率の低下が抑制される。更にアダプタリング２３の上記シール面は作動流体流路Ｆの周囲を切れ目なく取り囲み、ダイヤフラム外輪１８とアダプタリング２３との対向面間を介する蒸気Ｓのリークも抑制される。
　－製造方法－
　図４は本発明のダイヤフラムの製造方法の適用の判断手順を表すフローチャート、図５は本発明の一実施形態に係るダイヤフラムの製造方法の説明図であって改造前のダイヤフラムを表す図である。図５に示したダイヤフラムは既存の蒸気タービン設備で用いられているものであり、同図に示したダイヤフラムをベースにしてシールフィンをＲＳＳ構造化する例を説明する。
　図５に示したダイヤフラムは蒸気タービン用であり、ダイヤフラム内輪（不図示）、ダイヤフラム外輪ａ及び翼部ｆが一体に形成されている。ダイヤフラム外輪ａの下流側にはコレクタリングｂがボルトｃで連結されている。ボルトｃはコレクタリングｂ側から軸方向に挿し込まれてダイヤフラム外輪ａにねじ込まれている。コレクタリングｂの内周面にはシールフィンｄが植え込まれている。シールフィンｄはコレクタリングｂに対してかしめにより固定されている。このような既存のダイヤフラムをベースにしてＲＳＳ構造のシールフィンを備えた新たなダイヤフラムを製造するに当たり、本発明を適用するか否かをまず図４の手順で検討する。
　・ステップＳ１
　まず図５のダイヤフラムが湿り段落に属するか、つまりシールフィンｄのＲＳＳ構造化を要するものであるかを判断する。そもそもシールフィンｄに既にＲＳＳ構造が適用されていれば発明を適用する必要はなく、ステップＳ５に手順を移して発明を適用することなく検討を終了する。
　・ステップＳ２
　図５のダイヤフラムのシールフィンｄをＲＳＳ構造化する場合、ステップＳ２に手順を移し、ＲＳＳ構造のシールフィン（図３のシールフィン２２）とこれを保持するスリット付きの新たなコレクタリング（図３のコレクタリング２１）を設計する。
　・ステップＳ３
　次にダイヤフラム外輪ａの締結用穴ｅに新たなコレクタリングのスリット（図３のスリット２４）が干渉するか、つまり軸方向から見てスリットと締結用穴ｅが重なるかを判断する。スリットが締結用穴ｅに重ならなければ、締結用穴ｅを利用して新たなコレクタリングが装着可能であるため、アダプタリング（図３のアダプタリング２３）を別途用意する必要がない。この場合はステップＳ５に手順を移して検討を終了する。
　・ステップＳ４
　ダイヤフラム外輪ａの締結用穴ｅに新たなコレクタリングのスリットが干渉もしくは肉厚不足が発生する場合、ピッチ円直径を拡大してダイヤフラム外輪ａの下流側端面に新たなボルト穴が加工可能であるかを判断する。ダイヤフラム外輪ａの外径（つまり肉厚）に余裕があって新たなボルト穴が加工可能であれば、この場合もアダプタリングを別途用意する必要がない。新たなボルト穴をダイヤフラム外輪ａに加工すると共に、それらボルト穴に対応する貫通孔を新たなコレクタリングに設け、ダイヤフラム外輪ａに新たなコレクタリングを直接装着することができる。この場合もステップＳ５に手順を移して検討を終了する。
　・ステップＳ６
　ダイヤフラム外輪ａの下流側端面に新たなボルト穴を設けることができない場合、ステップＳ６に手順を移して発明を適用することとして検討を終了する。
　発明を適用することとした場合、図５のダイヤフラムを改造して図３のダイヤフラム１７ｄを製造する手順は、大きくは、ダイヤフラム外輪の加工工程、部品の製作工程、及び組立工程からなる。
　ダイヤフラム外輪の加工工程では、アダプタリング２３を介してコレクタリング２１を取り付けた際にシールフィン２２が所望の位置に来るように、ダイヤフラム外輪ａの下流側端部を除去して図３のダイヤフラム外輪１８を形成する。本例においては、図５のダイヤフラム外輪ａの二点鎖線から右側の部分を除去する。但しダイヤフラム外輪ａの下流側端部の除去量は翼部ｆに干渉しない範囲で任意に設定することができる。ダイヤフラム外輪ａの下流側端部を除去する場合、例えばダイヤフラム外輪ａの下流側端部を機械加工により切削して下流側端面１８ａを仕上げる方法を採用することができる。大まかにダイヤフラム外輪ａの下流側端部をガス切断した上で機械加工により下流側端面１８ａを仕上げることもできるが、機械加工のみで仕上げることで入熱によるダイヤフラム外輪１８の熱変形が抑えられる。また、ダイヤフラム外輪１８の下流側端面１８ａにボルト穴２８を加工する。
　部品の製作工程では、図３に示したコレクタリング２１、シールフィン２２及びアダプタリング２３を製作する。この部品の製作工程は、ダイヤフラム外輪の加工工程の前に実施しても後に実施しても良く、また同時並行的に実施することもできる。コレクタリング２１、シールフィン２２及びアダプタリング２３の製作順序も順不同であり、どの順で製作しても良いし、複数を同時に製作しても勿論構わない。
　組立工程では、コレクタリング２１のスリット２４にＲＳＳ構造のシールフィン２２を周方向から嵌め込む。また、ダイヤフラム外輪１８の下流側にアダプタリング２３を配置し、下流側から軸方向に複数の第１ボルト３１を挿し込んでダイヤフラム外輪１８に対してアダプタリング２３を連結する。そして、アダプタリング２３の下流側にコレクタリング２１を配置し、下流側から軸方向に複数の第２ボルト３２を差し込んでアダプタリング２３に対してコレクタリング２１を連結する。
　－比較例－
　図６は比較例に係る製造方法により図３のダイヤフラムを改造して製作したダイヤフラムの構造を表す図である。比較のために図６のコレクタリングｂ’は図３のコレクタリング２１と大きさ及び形状を同一としてある。
　図４では既存のダイヤフラムのシールフィンをＲＳＳ構造化するに当たってダイヤフラム外輪ａの締結用穴ｅのピッチ円直径が拡大不可である場合、発明を適用して図３の構造に改造した。しかし、従来は図６のようにダイヤフラム外輪ａの外径が不足していてＲＳＳ構造のシールフィンを保持する新たなコレクタリングｂ’が取り付けられない場合、ダイヤフラム外輪の設計を外径の大きなものに変更していた。図６においてハッチング部分を除いたダイヤフラム外輪ａが既存のものであり、ハッチング部分を含んで大径化されたダイヤフラム外輪ａ’が設計変更後のものである。この場合、問題なくコレクタリングｂ’が取り付けられるが、ダイヤフラム外輪は一体構成のダイヤフラムの一部であるため、ダイヤフラム外輪の設計変更に伴って翼部やダイヤフラム内輪を含めてダイヤフラム全体を新製しなければならない。仕様を改めたダイヤフラムの製造には長期間を要する。また既存のダイヤフラム外輪ａの外周部を肉盛り溶接することも考えられるが、入熱が大きく熱変形が懸念されるため望ましくない。
　－効果－
　（１）本実施形態ではシールフィン２２をＲＳＳ構造とすることによってコレクタリング２１に挿入される根部が大きくなり、シールフィン２２の固定構造のエロージョンに対する信頼性を高めることができる。また、ダイヤフラム外輪の下流側端部を除去して既存のダイヤフラムを大部分利用できるので、ダイヤフラムにおけるシールフィンのＲＳＳ構造化の工期の大幅な短縮が望める。
　また、ダイヤフラム外輪１８、アダプタリング２３及びコレクタリング２１はボルトで締結するので、溶接の場合と異なり熱変形が抑えられてダイヤフラムの形状を高精度に仕上げることができる。
　（２）第１ボルト３１は軸方向から見てシールフィン２２に少なくとも一部が重なっており、アダプタリング２３に設けた座繰り２６ａに頭部が納まっている。このように第１ボルト３１とシールフィン２２とで径方向のスペースを共用することで、アダプタリング２３にコレクタリング２１を装着するためのボルト穴２７を設けるスペースの余裕を確保することができる。また、アダプタリング２３に座繰り２６ａを設けて第１ボルト３１の頭部を収容することで、アダプタリング２３とコレクタリング２１との対向面に対する第１ボルト３１の頭部の干渉を回避できる。また座繰り２６ａがコレクタリング２１で塞がれて第１ボルト３１が完全に閉じ込められた構成となり、第１ボルト３１がコレクタリング２１で拘束されるため第１ボルト３１の緩みも抑制できる。
　（３）ダイヤフラム外輪１８及びアダプタリング２３のシール面が第１ボルト３１に直交する平坦面であるため、第１ボルト３１の締め付け力がダイヤフラム外輪１８及びアダプタリング２３のシール面の接触圧力に無駄なく変換できる。これによりダイヤフラム外輪１８及びアダプタリング２３のシール面の良好なシール性能が確保できる。
１７ａ－１７ｄ…ダイヤフラム、１８…ダイヤフラム外輪、１８ａ…下流側端面（ダイヤフラム外輪及びアダプタリングの対向面、シール面）、１９…ダイヤフラム内輪、２０…翼部、２１…コレクタリング、２１ａ…上流側端面（アダプタリング及びコレクタリングの対向面）、２２…シールフィン、２３…アダプタリング、２３ａ…上流側端面（ダイヤフラム外輪及びアダプタリングの対向面、シール面）、２３ｂ…下流側端面（アダプタリング及びコレクタリングの対向面）、２６ａ…座繰り、３１…第１ボルト、３２…第２ボルト、Ｒ１…コレクタリングの外径、Ｒ２…ダイヤフラム外輪の外径

Claims (5)

  1. 　ダイヤフラム内輪、ダイヤフラム外輪、及び翼部が一体に形成された蒸気タービン用のダイヤフラムにおいて、
    　前記ダイヤフラム外輪の下流側に配置されたコレクタリング、
    　前記コレクタリングに嵌め込まれたラジアルスピルストリップ構造のシールフィン、及び
    　前記ダイヤフラム外輪及び前記コレクタリングの間に介在するアダプタリングを更に備え、
    　前記ダイヤフラム外輪及び前記アダプタリングは下流側から軸方向に挿し込まれた複数の第１ボルトで連結され、前記ダイヤフラム外輪及び前記アダプタリングの対向面が互いに密着してシールされており、
    　前記コレクタリング及び前記アダプタリングは前記ダイヤフラム外輪よりも外径が大きく、前記シールフィンよりも外周側の位置で下流側から軸方向に挿し込まれた複数の第２ボルトで連結されているダイヤフラム。
  2. 　請求項１のダイヤフラムにおいて、前記第１ボルトは軸方向から見て前記シールフィンに少なくとも一部が重なっており、前記アダプタリングには前記第１ボルトの頭部を納める座繰りが設けられているダイヤフラム。
  3. 　請求項１のダイヤフラムにおいて、前記ダイヤフラム外輪及び前記アダプタリングのシール面が前記第１ボルトに直交する平坦面であるダイヤフラム。
  4. 　請求項１のダイヤフラムを少なくとも１段落に適用した蒸気タービン。
  5. 　ダイヤフラム内輪、ダイヤフラム外輪、及び翼部が一体に形成された蒸気タービン用のダイヤフラムをベースにしてラジアルスピルストリップ構造のシールフィンを備えた新たなダイヤフラムを製造するダイヤフラムの製造方法であって、
    　前記ダイヤフラム外輪よりも外径が大きなコレクタリング及びアダプタリングを製作し、
    　前記コレクタリングに前記シールフィンを嵌め込み、
    　前記ダイヤフラム外輪の下流側端部を除去し、
    　前記ダイヤフラム外輪の下流側に前記アダプタリングを配置し、下流側から軸方向に複数の第１ボルトを挿し込んで前記ダイヤフラム外輪に対して前記アダプタリングを連結し、
    　前記アダプタリングの下流側に前記コレクタリングを配置し、前記シールフィンよりも外周側の位置で下流側から軸方向に複数の第２ボルトを差し込んで前記アダプタリングに対して前記コレクタリングを連結するダイヤフラムの製造方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102485641B1 (ko) * 2018-07-13 2023-01-06 미츠비시 파워 가부시키가이샤 플로 가이드, 증기 터빈, 내측 부재 및 플로 가이드의 제조 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6034502U (ja) * 1983-08-18 1985-03-09 株式会社東芝 蒸気タ−ビンのドレンキヤツチヤ−
JPH04308304A (ja) * 1991-01-10 1992-10-30 Westinghouse Electric Corp <We> 蒸気タービン
US5501573A (en) * 1993-01-29 1996-03-26 Steam Specialties, Inc. Segmented seal assembly and method for retrofitting the same to turbines and the like
JP2008169705A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Toshiba Corp 蒸気タービン
WO2018184788A1 (de) * 2017-04-05 2018-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur abdichtung eines ringspaltes in einer turbine sowie turbine
JP2018168844A (ja) * 2017-03-30 2018-11-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ドレン除去装置及び蒸気タービン

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5752602A (en) 1980-09-16 1982-03-29 Toshiba Corp Steam-water separator in steam turbine
US9938841B2 (en) * 2014-09-18 2018-04-10 Solar Turbines Incorporated Diaphragm assembly with a preswirler
JP6153650B2 (ja) 2016-08-03 2017-06-28 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービンの静止体及びこれを備えた蒸気タービン

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6034502U (ja) * 1983-08-18 1985-03-09 株式会社東芝 蒸気タ−ビンのドレンキヤツチヤ−
JPH04308304A (ja) * 1991-01-10 1992-10-30 Westinghouse Electric Corp <We> 蒸気タービン
US5501573A (en) * 1993-01-29 1996-03-26 Steam Specialties, Inc. Segmented seal assembly and method for retrofitting the same to turbines and the like
JP2008169705A (ja) * 2007-01-09 2008-07-24 Toshiba Corp 蒸気タービン
JP2018168844A (ja) * 2017-03-30 2018-11-01 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ドレン除去装置及び蒸気タービン
WO2018184788A1 (de) * 2017-04-05 2018-10-11 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur abdichtung eines ringspaltes in einer turbine sowie turbine

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