JPH06101411A - 蒸気タービンノズルダイヤフラムの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ダイアフラム外輪の内周面とダイアフラム内輪
の外周面で形成される環状の空洞に外輪当板と内輪当板
とノズル板からなるノズルリングを固定して構成される
蒸気タービンノズルダイヤフラムの製造方法において、
外輪当板と内輪当板とノズル板とをスポット溶接によっ
て固定してノズルリングを一体形成し、このノズルリン
グを環状の空洞に嵌合してダイアフラム外輪の内周面と
外輪当板との間隙およびダイアフラム内輪の外周面と内
輪当板との間隙を各々０．２ｍｍ未満として密着保持し
つつ、この密着面を電子ビーム溶接により固定するよう
にした。 【効果】加工時間の削減と高精度化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービンノズルダ
イヤフラムの製造方法に係り、特に溶接量および溶接箇
所を軽減し、信頼性を格段に向上させる蒸気タービンノ
ズルダイヤフラムの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に、従来の蒸気タービンノズルダイ
ヤフラムを示す。図において、ダイアフラム内輪１の外
周部とダイアフラム外輪２の内周部との間で、当板４
ａ，４ｂにシール溶接により多数個のノズル板３が結合
されてノズル板リング５を形成している。また、ダイア
フラム外輪２の蒸気出口側には、羽根先端部のチップリ
ーク損失を低減するためのチップフィンを設置するスト
リップホルダー６がそれぞれサブマージアーク溶接によ
り結合されている。なお、図７の斜線部で示す箇所Ａが
サブマージアーク溶接箇所である。

【０００３】このような従来の蒸気タービンノズルダイ
ヤフラムの製造工程を図８を参照して説明すると、ま
ず、内輪当板４ｂと外輪当板４ａを同心円状に組合せ、
これらの当板４ａ，４ｂの半径方向にレーザーにて穴明
けされた多数個の支持穴９に多数個のノズル板３の両端
を挿入する。そして、ノズル板３の端部と当板４ａ，４
ｂの支持穴９をシール溶接することにより、ノズルリン
グ５を形成する。これにより、図示斜線で示す箇所にシ
ール溶接される。次に、このノズルリング５を既に溶接
箇所が開先加工されたダイアフラム外輪２の内周部とダ
イアフラム内輪１の外周部に嵌合し、それぞれ左右の開
先部をサブマージアーク溶接にて固定する。さらに、ダ
イアフラム外輪２の出口端を整形加工し、開先加工され
たストリップホルダー６をサブマージアーク溶接にて固
定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
蒸気タービンノズルダイヤフラムの製造方法によれば、
サブマージアーク溶接する箇所が５ケ所もあり、ノズル
板などの各部品に発生する逆応力も大きく、溶接変形が
生じやすいという問題がある。

【０００５】このため、蒸気ノズルダイアフラムの製作
精度が低下するという欠点があり、溶接変形を見込ん
で、約１０ｍｍ前後の仕上代を全周にわたり見込んでお
かなければならず意図する最終形状７に仕上げるために
は非常に困難を要する。また、溶接量が多く応力除去の
ため焼きなましを行う必要があり、この焼きなましによ
る変形や酸化皮膜を生じさせたりする等の欠点もある。
さらに、溶接箇所が多く溶接時の入塊も多いということ
は、製作工程が煩雑となり、作業時間が長くなると共に
溶接欠陥が残存しうる可能性も多く、それが原因で経年
的な使用に対するクラックの発生を生じうるものにもな
る。

【０００６】そこで、本発明はこのような溶接量、溶接
による入塊を極力減らすことにより溶接時の変形を極力
なくし、精度の向上を図り、かつ、溶接箇所の表面の引
張残留応力を軽減させることができる蒸気タービンノズ
ルダイヤフラムの製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ダイ
アフラム外輪の内周面とダイアフラム内輪の外周面で形
成される環状の空洞に外輪当板と内輪当板とノズル板か
らなるノズルリングを固定して構成される蒸気タービン
ノズルダイヤフラムの製造方法において、前記外輪当板
と内輪当板とノズル板とをスポット溶接によって固定し
てノズルリングを一体形成し、このノズルリングを前記
環状の空洞に嵌合して前記ダイアフラム外輪の内周面と
前記外輪当板との間隙および前記ダイアフラム内輪の外
周面と前記内輪当板との間隙を各々０．２ｍｍ未満とし
て密着保持しつつ、この密着面を電子ビーム溶接により
固定するようにしたものである。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１記載の蒸気タ
ービンノズルダイヤフラムで溶接時の引張残留応力を軽
減するために前記密着面の両端部から外方へ所定寸法仕
上代として突出部を形成して電子ビーム溶接するように
したものである。

【０００９】

【作用】上記構成により、ダイアフラム外輪とダイアフ
ラム内輪との開先加工を省略することができ、溶接後の
焼きなましも省略でき、最終機械加工時間が大幅に削減
される。また、溶接量や溶接による入塊が大幅に減少し
て溶接時の変形が少なくなり、精度の向上が図られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１１】図１および図２は本発明の第１実施例を示
す説明図である。ダイアフラム内輪１には、溶接箇所の
近傍のみ仕上代１０として突出部を形成し、ダイアフラ
ム外輪２には同様に溶接箇所の近傍のみ仕上代１０とし
て突出部を形成している。

【００１２】まず、外輪当板４ａと内輪当板４ｂとを所
定間隔に保つ、この間にノズル板３を配置してノズル板
３の両端と外輪当板４ａと内輪当板４ｂと密着させ最小
限のスポット溶接Ｂでノズル板リング５を組み立てる。
ここで、ダイアフラム内輪１とダイアフラム外輪２とノ
ズルリング５の各々は高精度に加工しておく。特に各部
の接触面は高精度に低速度で変形を避けつつ研磨してお
く。また、組立る際の治具も高精度のものを用いて行
う。

【００１３】次に、ダイアフラム外輪２の内周面とダイ
アフラム内輪１の外周面で形成される環状の空洞にノズ
ルリング５を組立治具により嵌合させ、ダイアフラム外
輪２の内周面とノズルリング５の外周面とを０〜０．２
ｍｍの間隙となるように密着させると共に、ダイアフラ
ム内輪１の外周側とノズルリング５の内周面と間隙を０
〜０．２ｍｍの範囲となるように密着させる。こうして
組み合わせた蒸気タービンノズルダイヤフラムを治具で
回転させつつ全周の密着部を電子ビームで溶接して固定
する。この結果、図２に示すように溶接箇所Ｃが少なく
なり、溶接部分自体大きさもわずかで済むようにしてい
る。

【００１４】ここで、上記した密着部の溶接面の間隙を
０．２ｍｍ以内とした理由を図３を参照して説明する
と、次の通りである。

【００１５】図３は、電子ビームによる溶接面の間隙に
対する内部欠陥発生率を示すデータで、間隙が０．２ｍ
ｍ近傍から大きくなると電子ビーム溶接による割れやブ
ローホール等の内部欠陥の発生が極端に高くなることが
判る。この点、間隙が０．２ｍｍ未満では、内部欠陥の
発生が極端に少ない。また、間隙が大きいと、溶接部の
へこみ等の現象が生じ溶接継手としての信頼性が損なわ
れる。

【００１６】また、電子ビーム溶接箇所の溶接時の残留
応力は、図４に示す如く表面には引張りの残留応力、内
部には圧縮の残留応力が生じている。電子ビーム溶接で
は、まず、母材の表面が溶解し、金属が蒸発する。さら
に、ビーム孔が形成され、電子ビームが通過すると温度
が下がりビーム孔内の金属蒸気は消失し、溶解金属でう
められ凝固をする。このとき組成はマルテンサイトとな
り、原子間の距離が広がり、体積が膨張するが、内部で
はお互い面が拘束され、溶接部の内部には圧縮残留応力
が生じる。表面は拘束がないため、溶接金属の凝固時に
膨張したマルテンサイト組織には引張り残留応力が生じ
る。この溶接表面に生じる引張り残留応力は、経年的に
溶接面にクラックを生じさせる可能性をもっており、運
用上、信頼性を損なうことになる。そこで、溶接箇所の
みに仕上代を付しておき、表面の残留応力を機械加工に
て削整する。

【００１７】このように、電子ビーム溶接にてダイアフ
ラム内輪１、ダイアフラム外輪２、ノズルリング５を固
定することにより、内外輪の開先加工を省略することが
できる。また、溶接時の入塊も従来のサブマージアーク
溶接に比較して極端に減少するので基本的に溶接箇所以
外の仕上代をなくすことができ、さらに、溶接後の応力
除去のための焼きなましも省略でき最終機械加工も最小
限で済むため加工時間の大幅な削減と、高精度化、高信
頼性が得られる。

【００１８】次に、本発明の第２実施例を図５および図
６を参照して説明する。

【００１９】図５の分解図のように、まず、ダイアフラ
ム外輪２の蒸気出口側にストリップホルダー６を挿入す
る溝８を加工する。そして、ノズル板３を外輪当板４ａ
および内輪当板４ｂ一体的にスポット溶接にて最小限固
定してノズル板リング５を形成する。

【００２０】次に、ダイアフラム外輪２の内周側では、
外輪当板４ａと内輪当板４ｂに組み込まれたノズル板３
を有するノズル板リング５の外周面と密着させる一方、
ダイアフラム内輪１の外周側では、ノズル板リング５の
内周面と密着させる。続いて、ストリップホルダー６を
溝８に嵌合する。上記して各部の全体、つまり、ダイア
フラム外輪２、ダイアフラム内輪１、ノズル板リング
５、ストリップホルダー６が密着させた工程後に、各々
の密着部を電子ビーム溶接によって固定する。この結
果、図６の斜線で示す溶接部分Ｃにより蒸気タービンノ
ズルダイヤフラムが組立られる。

【００２１】このように電子ビーム溶接にてダイアフラ
ム内輪１とダイアフラム外輪２とノズルリング５を固定
することにより、内外輪の開先加工を省略することがで
きる。また、溶接時の入塊も従来のサブマージアーク溶
接に比較して極端に減少するから仕上代を大幅に少なく
することができ、溶接後の応力除去のため焼きなましも
省略でき、最終機械加工も簡単になるため、加工時間の
大幅な削減と高精度化とを両立できる等の効果を奏す
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子ビーム溶接にてダイアフラム内輪とダイアフラム外輪
とノズルリングを密着して固定したから内外輪の開先加
工を省略することができ、また、溶接時の入塊も極端に
減少するから仕上代を大幅に少なくすることができる。
従って、加工時間の大幅な削減と高精度化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す蒸気タービンノズル
ダイヤフラムの製造方法を示す説明図である。

【図２】図１の製造方法で組立られた蒸気タービンノズ
ルダイヤフラムの溶接部分を示す説明図である。

【図３】溶接面の間隙と内部欠陥発生率との関係を示す
説明図である。

【図４】溶接面の残留応力を示す説明図である。

【図５】本発明の第２実施例を示す蒸気タービンノズル
ダイヤフラムの製造方法を示す説明図である。

【図６】図３の製造方法で組立られた蒸気タービンノズ
ルダイヤフラムの溶接部分を示す説明図である。

【図７】従来例を示す蒸気タービンノズルダイヤフラム
の溶接部分を示す説明図である。

【図８】従来例を示すノズルリングを組み立てる方法を
示す説明図である。

【符号の説明】

１ ダイアフラム内輪 ２ ダイアフラム外輪 ３ ノズル板 ４ａ 外輪当板 ４ｂ 内輪当板 ５ ノズルリング ６ ストリップホルダー １０ 仕上代

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイアフラム外輪の内周面とダイアフラ
   ム内輪の外周面で形成される環状の空洞に外輪当板と内
   輪当板とノズル板からなるノズルリングを固定して構成
   される蒸気タービンノズルダイヤフラムの製造方法にお
   いて、 前記外輪当板と内輪当板とノズル板とをスポット溶接に
   よって固定してノズルリングを一体形成し、このノズル
   リングを前記環状の空洞に嵌合して前記ダイアフラム外
   輪の内周面と前記外輪当板との間隙および前記ダイアフ
   ラム内輪の外周面と前記内輪当板との間隙を各々０．２
   ｍｍ未満として密着保持しつつ、この密着面を電子ビー
   ム溶接により固定することを特徴とする蒸気タービンノ
   ズルダイヤフラムの製造方法。
2. 【請求項２】 溶接時の引張残留応力を軽減するために
   前記密着面の両端部から外方へ所定寸法仕上代として突
   出部を形成して電子ビーム溶接することを特徴とする請
   求項１記載の蒸気タービンノズルダイヤフラムの製造方
   法。