JP4801373B2

JP4801373B2 - タービンの車室構造

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Publication number: JP4801373B2
Application number: JP2005142140A
Authority: JP
Inventors: 仁志森本; 太一尾崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: CN1865667A; DE102006007088A1; JP2006316749A; US20090226313A1; CN100400801C; US7581922B1

Description

本発明は、ガスタービンや蒸気タービンなどのタービンの車室構造に関する。

産業用大型ガスタービンや蒸気タービンなどのタービンでは、その内部が高温になることから、内部と外部の温度差の影響が大きく、その結果静止部の熱変形が発生しオーバル変形等を引き起こし、静止側（後述の内部車室に組み付けられた静翼等）と回転側（ロータに組み付けられた動翼等）に、より大きな隙間が必要となってくる。その熱影響を少なくする為、車室の内部に更に車室（内部車室）を設けた構造（二重ケーシング構造）が用いられており、高温ガスの流れるガス流路部分と車室外の大気との間に一層の空気層が設けられた構造となっている。

前記内部車室は、静止側の翼を支持する構造となっており、その内部車室は外部車室に支持、固定される構造となっている。
このような構造を有するタービンの一例として、図１０に示すようなタービンの車室構造３０がある。このタービンの車室構造３０では、外部車室３１に対する内部車室（翼環）３２の支持、及び位置決め（アライメント調整）が、タービンの上流側より見て左右方向についてはトルクピン３３、上下方向については水平キー３４にてそれぞれ行われている。水平キー３４は、図１１に示すように、下半の内部車室３２ａの分割面３２ｂにボルト３５により固定されており、その先端部３４ａ側が外部車室３１の分割面３１ａ近傍に設けられた上下ライナ３６，３７間に設置されている。

前述した二重ケージング構造を有するタービンの他例として、特許文献１に記載のタービンケーシングの位置決め機構が知られている。このタービンケーシングの位置決め機構では、エンジンケーシング（外部車室）に形成された調整孔に偏心ピンが挿入され、その胴部を調整孔内に配置させる一方、前記胴部に対して偏心した先端部をタービンケーシング（内部車室）に形成された軸方向に延びる調整溝に配置させ、平行ピンを取り付けて調整孔に対して偏心ピンを回り止めし、偏心ピンの頭部に接して配置された蓋体によりエンジンケーシングに固定させている。

特許文献２には、上・下側ケーシングを締結するフランジレスケーシングの締結構造が開示されている。このフランジレスケーシングの締結構造では、上・下側ケーシングにボルト孔が形成され、前記上側ケーシングのボルト孔における接合面近傍に設けられたねじ穴に、外周に形成された外ねじを螺合させて円筒状スリーブを装着させ、前記下側ケーシングのボルト孔にボルトを締結させたときに、スリーブ上端面に接合する大径部をボルトに形成させ、前記ボルトを前記ボルト孔に差し込ませて、上・下側ケーシングを固定させている。

特許文献３には、静翼環を車室に固定する連結型１８０°分割静翼の上下ボルト締め構造が開示されている。この連結型１８０°分割静翼の上下ボルト締め構造では、穴付ボルトにより上下静翼を一体化させ、前記穴付ボルトの穴に固定されたキーを、車室に設けられた上下ライナー間に配置させて、前記静翼環を前記車室に固定させている。

特開２００４−１６２５３６号公報特開２００１−１０７９２２号公報特開平９−１１２２０４号公報

前述したタービンの車室構造３０では、近年、性能向上や信頼性の面より、回転側と静止側のクリアランスの設定において、精度の向上が求められている。そのため、外部車室３１内に内部車室３２を搭載した後に、内部車室３２と外部車室３１とのクリアランスを計測し、この計測値が設計値の許容範囲内でなければ、外部車室３１内から内部車室３２を取り出し、前記クリアランスを最適にさせるべく水平キー３４を加工し、加工した水平キー３４を用いて、外部車室３１内に内部車室３２を再度組み込ませている。よって、従来のタービンの車室構造３０では、外部車室３１に対して内部車室３２の上下方向の位置を外部から調整することができないため、その調整作業の効率が悪く、作業コストを増加させてしまう、という課題がある。

また、特許文献１に記載のタービンケーシングの位置決め機構では、エンジンケーシングとタービンケーシングの上下部に位置決め機構をそれぞれ配置することで、前記エンジンケーシングに対する前記タービンケーシングの左右方向位置がその上部と下部で拘束されており、前記タービンケーシングが熱膨張しても、その中心位置が前記エンジンケーシングに対して左右方向にずれることがなく、前記エンジンケーシングと前記タービンケーシングの同心関係を維持することができるものの、この位置決め機構を用いても、前記エンジンケーシングに対して前記タービンケーシングの上下方向の位置を調整できない、また、この位置決め機構を前記エンジンケーシングおよび前記タービンケーシングの分割面近傍に配置しても、前記エンジンケーシングに対して前記タービンケーシングの上下方向の位置を調整できない。そのため、前記タービンケーシングの位置決め機構では、タービンの車室構造３０と同様に、前記エンジンケーシングと前記タービンケーシングとのクリアランスを最適に調整するためには、前記エンジンケーシングから前記タービンケーシングを取り出し、前記位置決め機構および上下方向位置決め機構を加工して調整する必要があるので、前記エンジンケーシングに対して前記タービンケーシングの上下方向の位置を外部から調整することができない、という課題がある。

特許文献２に記載のフランジレスケーシングの締結構造では、上下に分割された内部車室同士あるいは外部車室同士を連結することができるものの、前記外部車室に対して前記内部車室の上下方向の位置を外部から調整することができない、という課題がある。

特許文献３に記載の連結型１８０°分割静翼の上下ボルト締め構造では、上・下半部静翼を連結する穴付ボルトに固定されたキーを車室に設けられた上下ライナー間に配置させることで、外部車室に対して内部車室を所定の位置にて固定することができるものの、前記外部車室に対して前記内部車室の上下方向の位置を調整するには、キーなどを加工する必要があるため、前記外部車室に対して前記内部車室の上下方向の位置を外部から調整することができない、という課題がある。

そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、外部車室に対して内部車室の上下方向の位置を外部から調整可能にしたタービンの車室構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係るタービンの車室構造は、外部車室と、前記外部車室内に配置される内部車室を有するタービンの車室構造であって、前記内部車室に形成された凹部内に配置され、該凹部の上部及び下部に接し、側部に接しない形状のブッシュと、前記外部車室に形成された連通穴に差し込まれ、先端が前記ブッシュに当接して配置された偏心軸と、前記偏心軸に係止して配置され、前記外部車室に固定された固定部材と、を有する位置調整機構が、前記タービンの上流側から見て前記車室の左右両側のそれぞれに配置され、前記固定部材が、前記偏心軸に形成された歯車状の被係合部と係合するように形成された係合部を備えることを特徴とする。
前記偏心軸としては、先端部側の軸中心と頭部側の軸中心とが偏心した軸が挙げられる。

上述した課題を解決する第２の発明に係るタービンの車室構造は、第１の発明に記載されたタービンの車室構造であって、前記固定部材に確認穴が形成されることを特徴とする。

第１の発明に係るタービンの車室構造によれば、偏心軸の周方向における位置を調整して固定部材により固定することで、前記偏心軸の先端では、その左右方向の移動がブッシュによりキャンセルされるものの、その上下方向の移動がブッシュを介して内部車室に作用しており、前記外部車室に対して前記内部車室の上下方向の位置を外部から調整可能になる。その結果、作業の効率化が図れる。製造時において、偏心軸の偏心量、偏心軸の被係合部、及び固定部材の係合部の組み合わせを記録しておけば、現地での設置時に、製造時と同様の状態にタービンの車室構造を容易に組み付けることができる。さらに、外部車室に対して内部車室の上下方向の位置を精度良く設定することができる。

第２の発明に係るタービンの車室構造によれば、第１の発明に記載されたタービンの車室構造と同様な作用効果を奏する他、確認穴から偏心軸の被係合部の位置を確認することができるので、前記被係合部と固定部材の係合部との組み合わせを容易に調整することができ、作業の効率化が図れる。

以下に、本発明に係るタービンの車室構造を実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造を適用したタービンの概略断面図であり、図２は、図１における囲み線ＩＩの拡大図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。図４は、図２におけるＩＶ矢視図である。図５は、本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造が有する位置調整機構の説明図であり、図６は、それが有する蓋部材の後面視図である。図７は、それが有する蓋部材と偏心軸との係合組み合わせと内部車室の上下移動量との関係を示す図であり、図７（ａ）に前記偏心軸の偏心位置（頭部の軸中心に対する先端部の軸中心の位置）が上流側にある場合を示し、図７（ｂ）に前記偏心軸の偏心位置が下流側にある場合を示す。図８は、本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造を組み付けたときの状態を示す図であり、図９は、本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造が有する偏心軸の軸調整用治具の側面図である。

タービンの車室構造１０は、図１に示すように、上下二つに分割された外部車室１と、外部車室１内に配置され、上下二つに分割された内部車室２とを有し、タービンの上流側から見て、外部車室１の上部及び下部には、トルクピン（周方向移動抑止手段）３がそれぞれ取り付けられ、下半の外部車室１の分割面１ａ近傍に、且つタービンの上流側から見て、外部車室１の左右両側部には、位置調整機構４がそれぞれ取り付けられる。内部車室２には、図示しないロータを回転自在に支持し、前記ロータに多段に組み付けられた動翼（図示せず）の間に配置された複数の静翼（図示せず）が組み付けられる。

トルクピン３により、外部車室１に対して内部車室２の左右方向の位置が調整され、外部車室１に対して内部車室２の周方向への移動が抑止される。位置調整機構４により、外部車室１に対して内部車室２の上下（垂直）方向の位置が調整される。トルクピン３及び位置調整機構４の近傍には、外部車室１に対して内部車室２の位置を計測する計測ゲージ５がそれぞれ取り付けられる。

位置調整機構４は、図２乃至図６に示すように、内部車室２の内部に向かって凹んだ凹部１２に配置されたブッシュ７と、内部車室２の凹部１２に対向して外部車室１に形成された車室内外を連通する連通穴１ｂに差し込まれ、その先端８ａがブッシュ７に当接して配置された偏心軸８と、偏心軸８の頭部８ｂに接して配置され、外部車室１にボルト９により固定される固定部材である蓋部材１１とを有する。ただし、ブッシュ７は、図３に示すように、ボルト６により該凹部１２内に固定されて該凹部１２からの抜けが阻止され、内部車室２の凹部１２の上部１２ａ及び下部１２ｂとは接するものの、その側部１２ｃ，１２ｄとは接しない形状となっており、凹部１２内における上下方向への移動が阻止されるものの、凹部１２内における左右方向への移動が自在である形状となる。

蓋部材１１は、図２、図４乃至図６に示すように、ボルト９が挿通するボルト穴１１ａと、後述する偏心軸８の被係合部１４に係合する係合部１３を有する。ボルト穴１１ａは、蓋部材１１の外周に沿って所定の間隔にて形成されており、ここでは７個形成される。蓋部材１１の係合部１３は、筒状になっており、その内部に形成され、外側に凸となる凸部１３ａと、隣接する凸部１３ａの間の凹部１３ｂとからなる。この係合部１３では、凸部１３ａ及び凹部１３ｂがそれぞれ１２個形成される。蓋部材１１には確認穴１１ｂが形成されており、この穴１１ｂから偏心軸８の被係合部１４の軸凸部１４ａに対応して偏心軸８の頭部８ｂに記載された文字の確認が可能となる。

偏心軸８の頭部８ｂには、図５に示すように、蓋部材１１の係合部１３に係合する被係合部１４が形成される。偏心軸８の被係合部１４は、その外側に凸となる軸凸部１４ａと、隣接する軸凸部１４ａの間の軸凹部１４ｂとからなる歯車状のものである。この被係合部１４では、軸凸部１４ａ及び軸凹部１４ｂがそれぞれ１２個形成される。ただし、偏心軸８の頭部８ｂにおける軸中心Ｃ₁は、図４に示すように、その先端８ａの軸中心Ｃ₂に対して距離Ｌだけ偏心している。ここでは、距離Ｌは、０．８ｍｍである。

よって、このような形状を有する偏心軸８によれば、偏心軸８を回転させると、偏心軸８の先端８ａが所定の大きさの円を描く（左右方向及び上下方向に移動する）ことになるが、偏心軸８の先端８ａでは、左右方向の移動がブッシュ７によりキャンセルされるものの、上下方向の移動がブッシュ７を介して内部車室２に作用しており、外部車室１に対して内部車室２の上下方向の位置を外部から調整可能になる。その結果、作業の効率化が図れる。

ここで、蓋部材１１の１つのボルト穴１１ａ及び確認穴１１ｂを１２時方向に配置させ、且つ偏心軸８の先端８ａの軸中心Ｃ₂が９時方向に配置させた状態にて、１２時方向（車室基準軸の方向）に位置するボルト穴１１ａをＡとし、同方向に位置する（確認穴１１ｂから見える）軸凸部１４ａをａとする。各ボルト穴１１ａに対して反時計回りにＡからＧまで順次符号を付ける。同様に、各軸凸部１４ａに、反時計回りにａからｈ、ｊからｍまで順次符号を付ける。

以下に、本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造１０の組み付け手順を説明する。

（１）最初に、図８に示すように、下半の内部車室２ａの分割面２ｂに接して保持板１５を配置させると共に、下半の内部車室２ａの分割面２ｂに形成されたボルト穴２ｃと、保持板１５に形成された貫通穴１５ａを一致して配置させ、筒体であるカラー１６を貫通穴１５ａ及びボルト穴２ｃに差し込ませる。続いて、ボルト１７をカラー１６及びボルト穴２ｃに差し込ませ、ボルト１７の頭部に袋ナット１８を取り付けて、保持板１５を下半の内部車室２ａに固定させる。このように保持板１５を固定した下半の内部車室２ａを下半の外部車室１ｃに組み込ませる。

（２）続いて、図２及び図８に示すように、偏心軸８及び蓋部材１１を仮組みする。すなわち、外部車室１の連通穴１ｂに偏心軸８を差し込ませ、その先端８ａを内部車室２の凹部１２に配置されたブッシュ７に当接させる。偏心軸８の被係合部１４に蓋部材１１の係合部１３を係合させ、ボルト９により外部車室１に固定させる。ただし、このとき、偏心軸８の符号ｄの位置（偏心軸８の偏心位置）を確認する。

（３）現在の偏心軸８の被係合部１４と蓋部材１１の係合部１３の組み合わせを記録する。

（４）続いて、保持板１５、カラー１６及び袋ナット１８を下半の内部車室２ａから取り外し、下半の内部車室２ａに上半の内部車室を組み付け、下半の外部車室１ｃに上半の外部車室を組み付ける。

（５）続いて、蓋部材１１を取り外し、図９に示すように、偏心軸８の位置を調整可能な軸調整用治具１９を偏心軸８に組み付ける。

続いて、本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造が有する位置調整機構４による内部車室２の上下方向の位置を調整する手順について、以下に説明する。
（ｉ）要求される移動量に最も近い上下移動量を図７に記載の表から読み取り記録する。すなわち、偏心軸８及び蓋部材１１を仮組みした際に、タービンの上流側から見て、偏心軸８の偏心位置が上流側にある場合には、図７（ａ）に記載の表から読み取り記録し、偏心軸８の偏心位置が下流側にある場合には、図７（ｂ）に記載の表から読み取り記録する。

（ｉｉ）現在の内部車室２の位置を計測ゲージ５にて計測し、記録する。
（ｉｉｉ）続いて、押上ボルト２０で内部車室２を支持させると共に、押上ボルト２０を外部車室１に固定させ、偏心軸８及び蓋部材１１を外部車室１から取り外す。

（ｉｖ）続いて、上下の移動量を確認し、計測ゲージを見ながら、押上ボルト２０にて内部車室２を移動させる。

（ｖ）続いて、（ｉ）にて記録した偏心軸８と蓋部材１１の係合組み合わせの符号となるように、偏心軸８及び蓋部材１１を組み付ける。ただし、偏心軸８及び蓋部材１１を組み合わせ通り組み付けにくいときには、押上ボルト２０で内部車室２の位置を調整しても良い。
（ｖｉ）外部車室１に対して内部車室２の上下方向の位置を調整する作業が終了し、蓋部材１１の確認穴１１ｂに塞止プラグ（図示せず）などを組み込ませる。

したがって、本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造１０によれば、偏心軸８の周方向における位置を調整して蓋部材１１により固定することで、偏心軸８の先端８ａでは、その左右方向の移動がブッシュ７によりキャンセルされるものの、その上下方向の移動がブッシュ７を介して内部車室２に作用しており、外部車室１に対して内部車室２の上下方向の位置を外部から調整可能になり、作業の効率化が図れる。また、製造時において、偏心軸８の偏心量、偏心軸８の被係合部１４、蓋部材１１の係合部１３の組み合わせを記録しておけば、現地での設置時に、製造時と同様の状態にタービンの車室構造を容易に組み付けることができる。さらに、外部車室１に対して内部車室２の上下方向の位置を精度良く設定することができる。確認穴１１ｂから偏心軸８の被係合部１４の位置を確認することができるので、被係合部１４と、蓋部材１１の係合部１３との組み合わせを容易に調整することができ、作業の効率化が図れる。

なお、上記では、偏心軸８の頭部８ｂに係合して配置され、外部車室１に固定される蓋部材１１を用いて説明したが、偏心軸８を係止すると共に、外部車室１に固定することができる部材であれば良い。また、偏心軸８の偏心量を大きくすれば、外部車室１に対して内部車室２の上下移動範囲が大きくなり、蓋部材１１の係合部１３、および偏心軸８の被係合部１４の数量を増やせば前記上下移動範囲内を細かいピッチにて調整可能になり、蓋部材１１の係合部１３、および偏心軸８の被係合部１４の数量を減らせば前記上下移動範囲内を粗いピッチにて調整可能になる。

本発明は、タービンの車室構造に利用することが可能である。

本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造を適用したタービンの概略断面図である。図１における囲み線ＩＩの拡大図である。図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。図２におけるＩＶ矢視図である。本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造が有する位置調整機構の説明図である。本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造が有する蓋部材の後面視図である。本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造が有する蓋部材と偏心軸との係合組み合わせと内部車室の上下移動量との関係を示す図である。本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造を組み付けたときの状態を示す図である。本発明の第１の実施例に係るタービンの車室構造が有する偏心軸の軸調整用治具の側面図である。従来のタービンの車室構造を適用したタービンの概略断面図である。図１０おける囲み線ＸＩの拡大図である。

符号の説明

１外部車室
２内部車室
３トルクピン
４位置調整機構
５計測ゲージ
６ボルト
７ブッシュ
８偏心軸
９ボルト
１０タービンの車室構造
１１蓋部材
１２凹部
１３係合部
１４被係合部
１５保持板
１６カラー
１７ボルト
１８袋ナット
１９軸調整用治具
２０押上ボルト

Claims

外部車室と、前記外部車室内に配置される内部車室を有するタービンの車室構造であって、
前記内部車室に形成された凹部内に配置され、該凹部の上部及び下部に接し、側部に接しない形状のブッシュと、
前記外部車室に形成された連通穴に差し込まれ、先端が前記ブッシュに当接して配置された偏心軸と、
前記偏心軸に係止して配置され、前記外部車室に固定された固定部材と、を有する位置調整機構が、前記タービンの上流側から見て前記車室の左右両側のそれぞれに配置され、
前記固定部材は、前記偏心軸に形成された歯車状の被係合部と係合するように形成された係合部を備える
ことを特徴とするタービンの車室構造。
請求項１に記載されたタービンの車室構造であって、
前記固定部材に確認穴が形成される
ことを特徴とするタービンの車室構造。