JPH023005B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は曲面状の板部材を接合してタービンノ
ズル翼を形成するタービンのホローノズル翼に係
る。特に、曲面状の腹板と背板との２枚の板部材
を接合すると共に、その内部空間にリブ部材を嵌
挿せしめたタービンノズル翼に関する。

周知の如く、蒸気タービンは蒸気の持つエネル
ギをタービンノズル翼によつて膨脹させ、これを
連動エネルギに変換し、発電機の回転力を得るも
のである。従つて、効率の良い蒸気タービンを供
給するには、ノズル翼によるエネルギの変換を効
率よく行わねばならないため、複雑な形状で、か
つ精度の良いノズル翼が要求される。特にタービ
ンの最終段のノズル翼は、多量の蒸気が流れるた
め特に形状が複雑となり、高精度のものが要求さ
れる。

第１図に示す如く、タービンノズル翼（以下ノ
ズル翼と称す）１７は外輪１８と内輪１９間に放
射状に跨設され、第２図に示す如く、蒸気流線η
はノズル翼１７間を通り、ロータ翼（図示せず）
に回転力を与える。一般に使用されるノズル翼１
７の形状としては第３図および第４図に示すもの
が採用されている。すなわち、ノズル翼１７の高
さ寸法ｌが長くなる方向にノズル翼１７のプロフ
イルＣが大きくなり、かつ捩れ角θが変化する複
雑な形状を有している。この複雑なノズル翼１７
の製法としては、第５図および第６図に示す如
く、立方体状の平角鋼材１０から削り出しで加工
するものや、第８図に示す如く、ノズル翼１７の
外表面輪郭に見合う曲面形状に形成された腹板１
と背板２の一端縁部を溶接すると共に、他端縁部
にピース３を溶接し、ピース３をノズル翼輪郭に
加工するもの等が採用されていた。しかしなが
ら、第６図に示す削り出しのものは切粉として棄
却される箇所が多く鋼材が無駄となるのみなら
ず、加工工数が膨大となる欠点を有していた。
又、第８図のものも、上記の如くピース３を加工
する必要があるのみならず、溶接変形が生ずるた
め腹板１および背板２の外表面をも加工せざるを
得ない欠点を有していた。

すなわち、第３図および第４図に示した如く、
ノズル翼１７の高さ寸法ｌが高くなるに従つてノ
ズル翼１７のプロフイルＣがその一端部のプロフ
イルC₀より拡大すると共に上記の如く捩れ角θ
も変化する。第９図において、横軸には捩れ角
θdegを表示し、縦軸にはノズル翼１７の全高さ
寸法Ｌに対する寸法ｌの比、すなわちノズル翼高
さ比l/Lを表示すると、捩れ角δはほゞマイナス
側に変化した後、変曲点Ｒに相当するl/Lの位置
からl/Lの増加に伴つてプラス側に増加するよう
に複雑な変化をする。又、第１０図において、横
軸にプロフイル拡大率Ｃ／C₀を表示し、縦軸に
上記ノズル翼高さ比l/Lを表示すると、曲線Ａの
如くノズル翼１７の輪郭は曲線状に変化する。以
上の如く、ノズル１７は複雑な３次元曲面から形
成されている。

この複雑なノズル翼１７の製造方法としては、
従来より、平角鋼材から削り出す方式、鋳鍛造に
よる方式、鉄板を曲面状に成形し、これを溶接し
てノズル翼輪郭を形成するホローノズル翼による
方式等が採用されている。

平角鋼材から削り出す方式としては、第５図お
よび第６図に示す如く、横幅Ｖ、縦幅Ｗおよび厚
みＺの平角鋼材から、短辺W₁および長辺W₂の２
つの梯形部材を切断し、第６図の斜線に示す部分
を削り取つて所定のノズル翼１７を削り出し形成
するものである。図で明らかの如く、斜線に示す
部分は切粉となり、ノズル翼１７が長く、かつプ
ロフイルが大きくなるに従つてこの切粉量が増加
し、鋼材の製品歩留りを悪化することになる。更
に、複雑な形状を削り出すためには多くの加工工
数を必要とし、作業効率上問題となるのみなら
ず、高価のものとなる欠点を有している。

精密鋳造法、精密鍛造法によるソリツドタイプ
のノズル翼は上記の削り出しが不要となるが、重
量が重く取扱が不便であり、かつ、高価なものと
なる欠点を有している。

又、ホローノズル翼１７は、第７図に示す如く
板部材１７ａを曲面状に曲げ、その外表面にノズ
ル翼１７の輪郭を形成したもので、曲線部L₁，
L₂，L₄と直線部L₃とから形成されている。これ
等の曲線部と直線部からなる輪郭を１枚の板部材
を折り曲げて成形することは不可能のため、これ
を数箇所に分割し、これ等を接合する手段が採用
される。曲線部L₁は曲率半径が小さく、その成
形が難かしいため、第８図に示す如く、曲線部
L₁の代りにピース３を用い、ピース３に腹板１
および背板２の一端縁部を溶接し、腹板１と背板
２の他端縁部を相互に溶接する方式を採用してい
る。ピース３を用いずに腹板１と背板２のみの２
分割のものは溶接時における変形やSR変形が大
きく、ノズル翼輪郭を形成せしめることが困難の
ため上記の方式が用いられている。しかしなが
ら、上記の如く、この方式ではピース３を削り出
して所定の形状に加工する必要があるのみならず
溶接線がa₁，a₂，a₃からなる３線溶接であり、溶
接変形やSR変形が生じ、腹板１および背板２の
外表面を最終的に加工しなければ所定のノズル翼
形状が得られない欠点を有している。又、第７図
のＸ−Ｘ線矢視の断面形状がどの断面位置におい
ても異なる場合には、ピース３は複雑の形状とな
り、ピース３の加工に多大の時間を要し、高価の
ものとなる欠点を生ずる。以上の如く、従来のノ
ズル翼の製造方法では削り出しを必要とせず、軽
量、安価でかつ強度上の問題がないノズル翼が得
られなかつた。

本発明は以上の欠点を解決すべく創案されたも
のであり、その目的は削り出しを必要とせず作業
効率に優れると共に、軽量、安価で、組立、運搬
が容易であり、かつ、剛性に優れ、信頼性が高い
タービンバズル翼を提供することにある。

本発明は上記の目的を達成するために、曲面状
に形成された腹板と背板とを２枚合せにし、その
両端縁部をそれぞれ接合し、その外表面にタービ
ンノズル翼輪郭を形成せしめると共に、腹板およ
び背板に囲まれる内部空間にリブ部材を嵌挿し
て、腹板及び背板の断面形状の内側の大部分に接
せしめ、かつ、このリブ部材を腹板又は背板の何
れか一方に固着すると共に他方に圧接せしめたこ
とを特徴とする。

以下、本発明の実施例のいくつかを図に基づい
て説明する。

第１３図および第１４図に示すのはその内の一
実施例であるが、この例において、ノズル翼１７
は曲面状の腹板６および背板７およびリブ部材５
とから形成されている。腹板６および背板７はそ
れぞれノズル翼１７を２分割した形状にプレス等
により形成される。腹板６と背板７との相対向す
る端縁部は溶接等により接合され、溶接線b₁およ
びb₂の２線溶接を形成する。一方、腹板６背板７
とで囲まれた内部空間１１にはノズル翼輪郭から
上記腹板６等の板厚ｔの分だけ小さくした輪郭形
状を有する複数個のリブ部材５が嵌挿されてい
る。以上により腹板６と背板７との表面にはノズ
ル翼輪郭が形成されることになる。又リブ部材５
により溶接変形やSR変形が防止されるため、腹
板６等の表面を削り出しする必要がなく、かつ、
強度に優れたものが得られる。又、リブ部材５は
内部空間を充填するものでなく、適宜の間隔で配
置されるため、軽量なノズル翼１７を製作しう
る。

次に、この実施例を更に詳しく説明する。

第１２図に示す如く、２つ割にされた腹板６と
背板７との両端縁部を溶接線b₁およびb₂により２
線溶接接合すると、腹板６および背板７は示矢
Q₁，Ｑの如く内側に縮み、腹板６等の外表面に
形成されるノズル翼輪郭は変形する。従つて、腹
板６および背板をプレス等によつて正確に成形し
ても溶接後その外表面を削り出し等で修正しなけ
ればならない。一方、変形したままバズル翼１７
を使用すると、第２図に示す如く、蒸気流線ηに
乱れが生じ、蒸気の損失が大きくなるのみなら
ず、スロートＴを確保するために必要な傾き角度
αを確保することができず、蒸気の流出角度が変
り、次段ブレードでの損失が大きくなる。又、必
要な傾き角度αを確保する様にすればスロートＴ
が確保できず蒸気通路面積が不足し、エネルギ変
換量が変り、必要な段落効率を得ることができな
い。従つて、変形したままのノズル翼１７を使用
することはできない。又、第１１図に示す如く、
外輪１８と内輪１９とに跨設されたノズル翼１７
には蒸気圧ｋが示矢の如く作用する。このため、
外輪１８等には撓みδが生ずる。この撓みは外輪
１８および内輪１９に比べて剛性の低いノズル翼
１７に最も多く発生する。従つて、ノズル１７の
剛性が低く、撓み量が一定値以上になると図示し
ない車軸とダイヤフラムとの間隙が増加し、これ
を防止するためにタービンスパンを長くしなけれ
ばならなくなる。

以上の種々の欠点を解決するため上記したリブ
部材５が採用されている。

第１５図ｂに示す如く、背板７は第１５図ａに
示す板素材１３を上部曲げ型１４と下部曲げ型１
５とによりプレス成形して曲面状に形成される。
この場合、上部曲げ型１４および下部曲げ型１５
はプレス後のスプリングバツクを考慮し、背板７
の外表面がノズル翼輪郭の一部を形成するように
形成される。

次に、パンチ抜き又はプラズマ切断により、ノ
ズル翼の輪郭から腹板６および背板７の板厚ｔだ
け小さな形状に形成したリブ部材５を、第１５図
ｃに示す如く、背板７の内表面に溶接等により固
着する。なお、リブ部材５は複数個適宜の間隔で
配置される。又、背板７とリブ部材５との固着は
数個所の点付溶接であつても十分である。

腹板６は図示していないが背板７と同様にして
プレス形成された後、第１５図ｄに示す如く、リ
ブ部材５を覆うようにして背板７に係合させる。
そして、第１４図に示す如く、相対向する両端縁
部を溶接線b₁，b₂により接合する。この接合によ
り、第１２図に示した示矢Q₁，Q₂の力が内側に
作用し、リブ部材５と腹板６とは圧接されその間
に間隙が生じなくなる。以上により、第１３図に
示したホローノズル翼１７が形成される。

なお、リブ部材５のノズル翼高さｌ方向の取付
位置については、第９図の変曲点Ｒにその１つを
取付けることにより腹板６と背板７との溶接時に
おける内側への縮み量を低減できる。

以上の如く、腹板６と背板７とを接合する際の
縮みがリブ部材５により除去されると共に、リブ
部材５が腹板６と背板７とに嵌挿されることによ
り、削り出し等をすることなく、腹板６と背板７
との外表面にノズル翼輪郭を形成でき、かつ、所
要の剛性を保持することが可能となる。又、従来
のソリツドタイプのノズル翼に比べ、重量が大幅
に軽減でき（1/3程度に軽減）ると共に、第１図
に示す内輪１９および外輪１８にノズル翼１７を
組立溶接する場合に組立作業が容易となり、第２
図に示すスロートＴの調整が正確に、かつ迅速に
行うことができる。又、内輪１９と外輪１８が鋳
造の場合には、予めノズル翼１７をセツトして内
輪１９等を鋳込むため、ノズル翼１７が軽量にな
ることによりこのセツト作業が容易となり、セツ
ト時間の短縮化が計れる。以上によりノズル翼製
作の作業効率が向上する。又、ノズル翼の軽量化
によりダイヤフラムも軽量となり、その組立、運
搬が容易となる効果が上げられる。

上記の実施例においてはリブ部材５と背板７側
に溶接したが、腹板６側に溶接するものでも構わ
ない。

第１６図は別の実施例を示したものである。腹
板６と背板７に嵌挿されるリブ部材５ａの輪郭部
の一部に切込み部８を形成せしめ、リブ部材５ａ
と腹板６又は背板７との接触面積をへらし、その
圧接を容易にするようにしたものである。

以上の説明によつて明らかの如く、本発明によ
れば削り出し作業を必要とせずノズル翼製作の作
業効率を向上せしめると共に、軽量、安価で組立
運搬が容易であり、かつ、剛性にすぐれ信頼性が
向上しうるホローノズル翼が得られる効果が上げ
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービン用ダイヤフラムを示す斜視
図、第２図は第１図の−線矢視の断面におけ
る蒸気流れ等を説明する説明図、第３図はノズル
翼の高さ形状を示す説明図、第４図は第３図の示
矢からのノズル翼形状を示す斜視図、第５図は
ソリツドタイプのノズル翼の製作手段を説明する
説明図、第６図は第５図の示矢のノズル翼の製
作手段を説明する説明図、第７図はホローノズル
翼の全体形状を示す斜視図、第８図は従来のホロ
ーノズル翼の製作手段を示す断面図、第９図はノ
ズル翼の捩れ角とノズル翼高さ比との関係を示す
線図、第１０図はノズル翼のプロフイル拡大率と
ノズル翼高さ比との関係を示す線図、第１１図は
ダイヤフラムの撓み具合を説明する説明図、第１
２図はホローノズル翼の溶接時の縮み状態を示す
説明図、第１３図は本発明一実施例のホローノズ
ル翼を示す斜視図、第１４図は第１３図の−
線矢視の断面図、第１５図ａないしｄは実施
例のホローノズル翼の製作手順を説明する説明
図、第１６図は他の実施例を示す断面図である。 ５，５ａ…リブ部材、６…腹板、７…背板、８
…切込み部、１１…内部空間、１３…板素材、１
４…上部曲げ型、１５…下部曲げ型、１７…ター
ビンノズル翼、１８…外輪、１９…内輪。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ タービン用ダイヤフラムのタービンノズル翼
   において、曲面状に形成された腹板と背板との相
   対向する端縁部を溶接接合して上記腹板と背板と
   の外表面で上記タービンノズル翼輪郭を形成し、
   上記タービンノズル翼の横断面形状の腹板内側の
   大部分と背板内側の大部分とに接するリブ部材を
   設け、上記リブ部材は前記腹板と背板とのいずれ
   かの側に固着せしめると共に他側に圧接せしめた
   ことを特徴とするタービンノズル翼。