JPH0340202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、機械のロータ構造、特にタービンロ
ータデイスク組立体の製作方法に関するものであ
る。

蒸気タービンのような大きな軸流弾性流体利用
機械が用いられる多くの事例においては、ロータ
構造は大きな寸法であるので、動翼を支持するデ
イスクのうちの少なくとも幾つかのデイスクとロ
ータ軸とを別々に形成し、そしてロータ軸にデイ
スクを焼嵌めにより組み立てることが必要であ
る。このように焼嵌めされた低圧蒸気タービンデ
イスクの孔とロータ軸との境界面には応力腐食割
れが発生することがある。典型的な設計例におい
ては、これ等のデイスクは、熱収縮及びキー作用
によりロータ軸に取り付けられている。例えば、
熱収縮後に、デイスクとロータ軸の境界面には等
間隔で３つの軸方向キー溝を刻設し、各キー溝に
キーを挿入して、これ等のキーによりデイスクを
ロータ軸上に固定的にロツクする。そして焼嵌め
が有効ではなくなつた場合には、該キーによりト
ルクを伝達するようになつている。キー構内にキ
ーにより形成されるひび割れが、応力腐食割れの
主要発生箇所となり、焼嵌めされたデイスクのキ
ー溝に亀裂を発生させる原因となり得る。デイス
クとロータ軸との間に形成されるひび割れもデイ
スクの孔に亀裂を生ぜしめる原因となり得る。

応力腐食割れの発生の前提条件として、攻撃性
環境、高い降伏強さの材料及び或る閾値よりも高
い引張応力の存在がある。これ等の因子の何れか
を軽減できれば、応力腐食割れを受ける度合いを
軽減することができる。従つて、応力集中部を除
去し、デイスクの孔内に圧縮応力を導入すること
により、デイスクの孔の引張応力を閾値以下に減
少することができる。本発明は、圧縮応力をスリ
ーブ及びデイスクの孔に導入し、しかる後、デイ
スクに応力集中部を導入することなく、スリーブ
及びデイスクの組立体をロータ軸に取り付けるロ
ータ軸・デイスク組立体の製作方法を提供するも
のである。

本発明によるロータ軸・デイスク組立体の製作
方法は、デイスクに形成された孔内にスリーブを
配置して、該スリーブの外径と孔の内径との間に
〓間嵌めを形成し、上記スリーブ及びデイスクの
孔を塑性変形して、スリーブとデイスクの孔とを
圧縮状態に置き、そして組み立てられたデイスク
及びスリーブをロータ軸に取り付けるステツプを
含んでいる。デイスクの孔内にスリーブを配置す
る前に、孔を研磨して残留引張応力を除去するこ
とができる。スリーブ及び孔の塑性変形は、組み
立てられたデイスク及びスリーブを加熱してスリ
ーブの内径を大きくし、デイスク及びスリーブよ
りも高い熱膨張率を有する材料から形成されたプ
ラグであつて、スリーブの元の内径よりも大きい
外径を有するプラグをスリーブ内に挿入し、組み
立てられたプラグ、デイスク及びスリーブを加熱
してスリーブとデイスクの孔とを塑性変形し、組
み立てられたプラグ、デイスク及びスリーブを冷
却してスリーブとデイスクの孔とに圧縮応力を発
生し、そしてプラグを取り外すことにより達成さ
れる。プラグの取り外しを容易にするために、ス
リーブには、プラグのテーパの付いた外部表面と
整合するテーパ付きの孔を設けておくことができ
る。この場合には、スリーブはロータ軸に取り付
ける前に所定の内径に研削する。デイスクとスリ
ーブとの間のしまり嵌めに加えて、スリーブに
は、同スリーブの内孔に対して偏心関係にありデ
イスクの孔の対応の偏心部分に嵌合する周辺部を
設け、それによりデイスクを介してスリーブに伝
達されるトルクによるスリーブ上でのデイスクの
回転を阻止することができる。デイスク及びスリ
ーブをロータ軸上に組み立てた後に公知の方法に
従つてスリーブをロータ軸にキーで結合すること
ができる。応力集中部は、デイスクから圧縮応力
を受けていて運転中低い引張応力しか生じないス
リーブ内に存在するので、スリーブに形成された
キー溝には応力腐食割れは生じない。ロータ軸・
デイスク組立体が運転速度に達すると、デイスク
の孔の直径は孔の圧縮応力の減少で増大する。ス
リーブ内の圧縮応力も減少するので、スリーブの
直径も増大し、その結果、デイスクとスリーブと
の間のしまり嵌めも維持され、また、トルク伝達
能力も維持される。

以下図面を参照し、本発明の実施例に関して説
明する。

図面を参照するに、第１図は本発明の一実施例
に従つて構成されたロータ軸・デイスク組立体の
横断面図である。デイスク１０には、軸方向の孔
１２が設けられており、この孔１２は、残留引張
応力を除去するためめに予め研磨しておくことが
できる。該孔１２は偏心部分１４を備えている。
デイスク１０と同じ材料から構成されたスリーブ
１６が軸方向の孔１２内に挿入されており、該孔
１２と共にしまり嵌めを形成している。スリーブ
１６は、軸方向の孔１２の偏心部分１４に対応す
る偏心周辺部分１８を備えている。デイスク及び
スリーブはロータ軸２０上にしまり嵌めされてお
り、そしてロータ軸とスリーブとの境界面に沿つ
て複数個のキー溝２２（１つだけしか示されてい
ない）が刻設されている。キー溝２２の各々には
キー２４が挿入されている。デイスクを軸方向に
位置決めするために各キー溝にはスペーサ２６が
嵌着されている。

第２図は、ロータ軸・デイスク組立体を第１図
の―線に沿つて示す断面図である。第２図に
おいて、スリーブ１６の偏心周辺部分１８は、図
示のように、スリーブ１６の残余の部分の直径Ｄ
よりも大きい直径D′を有している。参照数字２
８は、偏心周辺部分１８の軸線とスリーブ１６の
残余の部分の軸線との間の偏差を表す。

第１図及び第２図のロータ軸・デイスク組立体
は、次のステツプを含む本発明の方法に従つて製
作される。即ち、スリーブ１６をデイスク１０の
孔１２内に配置して、スリーブ１６の外面と孔１
２の内面との間に〓間嵌めを形成する。次いで、
スリーブ１６を塑性変形してスリーブ及びデイス
ク孔を圧縮状態に置く。次に、組み立てられたデ
イスク及びスリーブをロータ軸２０上に取り付け
る。第３図には、スリーブ１６を塑性変形するの
に用いられる技術が図示されている。スリーブ１
６′をデイスク１０の孔１２内に挿入して〓間嵌
めを形成した後に、組み立てられたデイスク及び
スリーブを、例えば455℃（850〓）の所定温度に
加熱して、スリーブの内径を増大する。スリーブ
１６′には最初にテーパの付いた内部表面３０を
形成しておく。例えばＡ―286ステンレス鋼から
形成された中実プラグ３２は、スリーブ１６′の
内部表面３０のテーパに整合するテーパを有する
外部表面３４を備える。この中実プラグ３２を高
温潤滑材で被覆してスリーブ孔内に挿入する。次
いで、組み立てられたプラグ、スリーブ及びデイ
スクを再び455℃（850〓）に加熱する。デイスク
の熱膨張率（例えば、7.4×10^-6in／in／〓）に対
しプラグの熱膨張率（例えば、9.64×10^-6in／
in／〓）は高いので、スリーブ１６′とデイスク
孔１２の塑性変形がこの加熱サイクル中に生ず
る。次いで、デイスク、スリーブ及びプラグを室
温に冷却してプラグを取り外す。そこで、デイス
ク１６′を所定の内径に仕上げ加工して、デイス
ク並びに塑性変形されたスリーブ及びデイスク孔
の組立体をロータ軸上にしまり嵌めすることがで
きる。

しまり嵌めによつて形成されたスリーブとロー
タ軸との間の駆動結合は、スリーブとロータ軸と
の境界面に沿つて等間隔で３つの穴（キー溝）を
穿孔し、同穴をリーマ加工し、これ等の穴にキー
を挿入することにより強化される。この構成によ
れば、キー及びキー溝により発生される比較的に
高い応力集中は、デイスクではなく、スリーブに
ある。しかし、降伏強度の10％より小さい作用応
力を有するスリーブは、デイスクにより圧縮状態
で保持されているので、同スリーブは、割れを形
成することなく上述の高い応力集中に耐えること
ができる。

スリーブ及びデイスク孔の塑性変形によつて誘
起されるスリーブとデイスクとの間の半径方向の
圧力は、デイスクがロータ軸とのしまり嵌めから
脱するまで維持される。タービンにおけるトルク
力の結果として発生する傾向があるスリーブ回り
のデイスクの回転は、スリーブ及びデイスクの間
の摩擦力と、デイスクの偏心孔及びスリーブの偏
心周辺部分の間の摩擦力とによつて阻止される。

デイスク及びスリーブに予め応力が加えられる
本発明の方法を既存のデイスクに適用する場合
は、ロータ軸から取り外したこのデイスクの孔を
拡大して、同デイスクから、キー溝のような現存
の応力集中部と、微小の割れやその他の材料欠陥
を有するかも知れない元の孔の近傍の材料とを除
去する。このようにして形成された新しい孔には
偏心部分を付加し、そして対応の偏心周辺部分を
有するスリーブを挿入することができる。しかる
後に、デイスク及びスリーブを上述のように処理
して再びロータ軸上にしまり嵌めする。後から修
理するこの方法によれば、デイスクの歪みを最小
限度に抑止しつつ、スリーブを利用してデイスク
孔を実質的に元の寸法に効果的に復元することが
できる。

しまり嵌めを実現するためにデイスクを加熱し
ロータ軸を挿入するという従前の方法では、デイ
スク孔に引張応力が生じ、それによりデイスク孔
が応力腐食割れを受ける度合いが増す。

以上、本発明を現在のところ好ましいと思われ
る実施例に関連して説明したが、当業者には明ら
かなように、本発明を逸脱することなく種々の変
更が可能であろう。従つて、このような変更は本
発明の範囲に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に従つて構成され
たロータ軸・デイスク組立体の横断面図、第２図
は、第１図の線―における横断面図、第３図
は、本発明の１ステツプを図解するデイスク及び
スリーブの断面図である。 １０……デイスク、１２……孔、１６……スリ
ーブ、２０……ロータ軸、２２……キー溝、２４
……キー、３２……プラグ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロータ軸及びデイスクの組立体を製作する方
   法であつて、 スリーブを、デイスクに形成された孔内に、前
   記スリーブの外径と前記孔の内径との間に〓間嵌
   めの関係がある状態で、配置することにより組み
   立て、 組み立てられた前記デイスク及びスリーブを加
   熱して、同デイスク及びスリーブの内径を増大
   し、 前記デイスク及びスリーブよりも熱膨張率が高
   い材料から形成されると共に、前記スリーブの元
   の内径よりも大きな外径を有するプラグを、前記
   スリーブ内に挿入し、 このようにして組み立てられた前記デイスク、
   スリーブ及びプラグを加熱して、前記スリーブと
   前記デイスクの孔とを塑性変形させ、 組み立てられた前記デイスク、スリーブ及びプ
   ラグを冷却して、前記スリーブと前記デイスクの
   孔とに圧縮応力を生じさせ、 前記プラグを取り除き、 組み立てられた前記デイスク及びスリーブをロ
   ータ軸上に装着し、 前記ロータ軸と前記スリーブとの間の境界面に
   沿つて複数のキー溝を穿設すると共に、各キー溝
   にキーを挿入して、前記キー溝及びキーによる応
   力集中部が前記デイスクではなく前記スリーブに
   生じるようにした、 ロータ軸・デイスク組立体の製作方法。