JPS5966948A

JPS5966948A - 軸流タービンのノズルリングの製造に用いられる金型

Info

Publication number: JPS5966948A
Application number: JP17814682A
Authority: JP
Inventors: Kenji Otomo; 健治大友; Takahiro Takahashi; 孝弘高橋
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1982-10-09
Filing date: 1982-10-09
Publication date: 1984-04-16
Also published as: JPH0153142B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は軸流蒸気タービンのノズルリングに関するもの
である。

従来この種のノズルリングは小型タービンでは穿孔ノズ
ル、それ以外は溶接組立式ノズルであり、前者は安価で
あるが効率が悪く、後者は効率は良いが高価であるとい
う欠点があった。

第１図は従来例の溶接組立式ノズルリングのノズルブロ
ックの平面図、第２図は第１図の背面図、第３図は第２
図の側面図、第４図は第２図のＡ−Ａ断面図である。ノ
ズルプロ・ンク１はノズルブロックの両側を円弧２，３
に削成し、相隣るノズルブロックｌ（第４図は二個のノ
ズルブロックを示し、一つは二点鎖線で示す）の円弧２
．３を当接して合せるようになっている。

ノズルブロックｌは溝ｄを切込んでその底にノズル翼４
の翼裏５を形成する。ノズル翼裏５に対する質店は円弧
２であり、一つのノズルブロックの円弧２と、そのノズ
ルブロックに隣接するノズルブロックの翼裏５間でノズ
ル流路６が構成されている。円弧２，３の関係は更に後
に組立の説明において説明される。ノズルブロックｌの
側面には後述する内輪１３の溝１４が嵌入する突条７が
設けてあり、ノズルリングは組立状態において一円弧で
ありノズルブロックｌはノズルリングの細分した円弧部
分をなすので側面８，９は加工を簡単にするため平面に
作られる。ノズルリングとして組立状態において平板と
なるように端面１１，１２は平行平面に作られている。

以上のノズルブロックｌはステンレス鋼で作られ、切削
加工により形成するから加工工数が極めて大である。

第５図（ａ）はノズルブロックの上記実施例とは寸法割
合のみ異る他の実施例の斜視図である。このノズルブロ
ックｌは第５図（ｂ）のように円環の一部として突合わ
されて溶接せられるものである。

第６図は第１図乃至第４図のノズルブロックを用いて組
祿てたノズルリングの平面図、第７図は第６図のＢ−Ｂ
断面図である。ノズルブロック１は円弧２，３を当接さ
せて中心Ｃの円上ニ配すレる。その方法をのべる。ノズ
ルブロックｌの突条７を内輪１３の円周溝１４に嵌入す
る。そして第６図に示すノズルリングの中心Ｃに中心を
一致させた円柱１５の接線上に円弧２゜３の合せ面の表
面に表われる線１６とを一致させるように組上げて仮溶
接し各ノズルブロック１間を固定し、又、端部にはノズ
ル流路６のおいていないノズルブロック１と同一内外形
の円弧形の埋金１７．１８，１９．２１を配して同様に
固定する。そしてノズルブロック１等の側面９に接する
外輪２２を当接し、仮溶接する。

以」二のように仮溶接した後、組立精度を測定して確認
し本溶接を行い、両端面及び内外周の旋削、研削を行う
。

このような機械加工と溶接によるノズルリングの製作は
（１）相隣るノズルブロック１の合せ面は製作上円弧２
，３とせざるを得ずその面が又ノズル流路６の内壁にな
るので流路部形状が制約される。（２）機械加工工数が
°大である。

（３）合せ面の線１６を正しく出してから溶接しなけれ
ばならないので組立工数が大である。

（４）部品が多いので溶接時間がかかる。（５）溶接時
の溶接歪みにより全体的な精度低下を避けるだめの技術
的対策が必要である。等の多くの問題点がある。

上記（４）、（５）の溶接に関する問題点を避けるため
組立のみによってノズルリングを製作もできるが、その
ためには組立のみによって構成されねばならず内輪に円
周に沿ってＴ溝もしくは蟻溝を必要とし構成が溶接組立
式ノズルリングより一層複雑となり、各構成部品は密着
するように正確に仕上げられねばならないため著しく機
械加工工数が増大する。

上記各問題点を解決するため普通鋳造により製作するも
のがある。然し乍ら鋳造特有の歪み、不正確さ等が生じ
、正確なノズル形状を得るのが困難である。そして鋳造
パターンはノズルの変更に応じて夫々作っ−ているため
小量生産の場合鋳造パターン化が極めて高いものとなっ
ている。そのため多少の不適合があっても同一ノズルリ
ングを用いることとなる。

本発明は軸流タービンのノズル製作における加工工数の
節減を計り且つ効率の大きなノズルリングを得ることの
できるノズルリング製作方法を提供することを目的とす
るものである。

本発明はセラミックシェル法による精密鋳造を採用し価
格の低減を図ると共にノズル形状を自由に選択できるよ
うにして効率の上昇を図るものである。又、蒸気条件に
対応してノズル膨張比のシリーズを有する場合には各ノ
ズル膨張比ｉりに金型を用意するとイニシャルコストが
増大するのでノズル翼腹面形状を円弧と直線から成る固
定形状とし各膨張比におけるノズル背面形状に対応する
流路形状のコマを用意して基礎的な金型の枠組は共通と
することにより価格低減を図るものである。

以下、本発明のノズルのリングの精密鋳造方法を説明す
る。本発明は消失パターンにより、型を製作するもので
ある。先ず消失材により部分的なパターンを作る。第８
図はこのような分割されたノズルリングのパターンの平
面図であってノズルリングを半径方向に分割した中心角
の小さな円弧をブロックとする分割型である。

この実施例ではノズルリングの内径面２６．外径面２７
までを一体形に作る。即ち、従来例のノズルブロックｌ
では内径面は内輪１３の外径、ノズルリングｌの外周面
は外輪２２の内径であるが従来例のようにノズルブロッ
クｌに対応する型と別に内輪、外輪に対応する型を作ら
ないのである。即ち、本発明の実施例ではノズルリング
は一体鋳型に完成する。第９図は第８図の背面図、第１
０図は第９図の左側面図、第１１図は第８図のＣ−Ｃ拡
大断面図である。消失パターンの高さは端面２３．２４
間がノズルリングの厚さと同一である。ノズルブロック
の消失パターンを組立てたノズルリングのパターンの軸
方向の端面の何れかに組立用の基準孔２５を設ける。ノ
ズル翼パターン１０４はパターン翼表１０５形状を有す
るがパターン翼背面１０２形状は従来例と異なり円弧で
はなくノズル空間１０６が最適に形成せられるように円
弧面Ｒ１と平面Ｌｌよりなっている。そして消失材ブロ
ックの翼背面１０２と反対面１０３は翼背面１０２と表
裏関係の同形状である。このようなノズル翼パターン１
０４の翼表１０５の形状は蒸気の膨張比によって変化さ
せて作る。

本発明では上述した消失パターンを作るための金型は斜
視図で示す第１２図（Ａ）、（Ｂ）のように一対で作る
。即ち、第１２図（Ａ）に示すように第１１図と対比す
るとベース金型２８は面１０３に対応して面１０３′備
えて、円弧面Ｒ１に対応して金型円弧面Ｒ１’を、そし
て平面Ｌｌに対応して平面ＬＬ’を備える。

ベース金型２８にノズル空間１０６を形成するこま１０
６′をベース金型２８の円弧面１０３’の円周方向の溝
２９にこま１０６’の突条３１を嵌入し、ベース金型２
８下面より図示されないボルトにより固定し、取付取外
し可能とする。

そしてこま１０６’のパターン翼表１０５形状に対応す
る金型面１０５’は蒸気膨張比により変化するのでこま
１０６′のみ交換可能とする。

２５′は組立用の基準孔２５を形成するための型でペー
ス金型コｇに植設しである。ベース金型２８に」−金型
３２をかぶせる。上金型３２はパターン翼背面１０２に
対応する形状の型面１０２′を備える６ベース金型２８
と上金型３２とは合せ面３３と３４．３５と３６を当接
させる。そして図示されない金型枠に上金型３２、ベー
ス金型２８両者を収容して金型を組立て溶融した消失材
を流し込み第８図乃至第１１図に示す消失材による分割
パターンを製作する。

上述の消失材製の分割パターンのノズル膨張比の異るも
のの分割パターンを例示すると第１３図、第１４図は第
１１図と同断面で示されており、パターンのノズル翼表
１０５の形状が異っているのであり、他は同一である。

第１６図は以上のようにして作られた消失材による分割
パターン（符号３７）の端面２４（第１Ｏ図）を治具３
８上にのせ基準孔２５を治具３８に植設した位置決めピ
ン２５Ｊに嵌入するとパターン３７は面１０２，１０３
を当接し、面１０２，１０３の母線方向がノズルリング
←’ｒｃＪのと同心の小円板に接する方向になるように
扇形に配される。

第１５図は機械加工も終り完成したノズルリングの平面
図である。消失パターンは第１５図においてボルト孔４
２、座付ポルト孔４３、ノックピン孔４４．タップ孔４
５はなく内外周両端面に仕」二代が伺されたものである
。第１６図に示されるように中間に円弧形に配された消
失材分割パターン３７の両側には第１５図に示すように
両側に全体を半円形とした埋金に相当する消失パターン
３９．４１を配する。そして上述消失パターン３７相互
及び消失分割パターン３７と３９．４１夫々の当接面に
は組立てに際して接着剤を塗布しておく。

接着剤が固化すると第１５図において説明したノズルリ
ングと同じ一体形の鋳造パターンが出来」；る。

尚、消失パターンのノズルを含む分割パターンを複数個
上述のように結合するのは同じだが、部分的に夫々仕組
接着して、更に部分組立てしたパターンを組合せてノズ
ルリングパターンを作り上げるようにしてもよい。

このようにして作られたノズルリングの鋳造模型を用い
て公知のセラミックシェル法によりスラリーコーティン
グ、サンディング、乾燥を繰り返して行なう。その後消
失材の鋳造模型を溶出した後、６００°Ｃで残った鋳型
を焼成し、更に１０００°Ｃで焼成してセラミック鋳型
を得る。

鋳造はステンレス材を真空溶解炉で溶融して高温に加熱
しであるセラミック鋳型に注湯する。

型バラクをして湯口、押湯を切断する。そして苛性ソー
ダにより水洗してノズル流路６内につまっている砂及び
周壁に耐着している砂を溶出する。

その後焼鈍、調質のため熱処理を行ない鋳造素材が完成
する。

機械加工は両端面、内外径面の荒引加工後、端面軸方向
のタービンケーシングへの取付孔加工を行ない、その後
両端面を研削仕上する。

以上のように本発明は軸流タービンのノズルリングの製
造において従来の溶接組立のノズルブロックに相当する
部分に内輪、外輪を合せた形状ノ分割ハターンを結合し
てノズルリングの鋳造パターンを作った上セラミックシ
ェル法により鋳造したからノズル形状は機械加工の場合
と比較してかなり自由に選択でき流路となる面に対応す
るパターン翼背面１０２は円と直線の組合せ、或は図示
しないが二円の組合せその他の曲線又は曲線の組合せも
可能であり、流路の他の面についても同様であり効率の
よい形状とすることができる。ノズルシリーズを構成す
る場合に金型の基礎的部分ベース金型２８、上金型３２
を共通としたことにより、ノズルの流路形状をノズルの
蒸気膨張比に従って変更するので低価格で可能となり、
イニシアルコストを低減できる。上述のような消失パタ
ーンによる精密鋳造としたことにより素材形成が容易と
なり製造費が低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は従来例のノズルリングの製造方法並
びにノズルリングを示す図であって、第１図はノズルブ
ロックの平面図、第２図は第１図の背面図、第３図は第
２図の側面図、第４図は第２図のＡ−Ａ断面図、第５図
（ａ）はノズルブロックの斜視図、第５図（ｂ）はノズ
ルブロックの組立を示す斜視図、第６図はノズルブロッ
クの組立を示す平面図、第７図は第６図のＢ−Ｂ断面図
、第８図以下は本発明の実施例を示す図面であって、第
８図はノズル部の分割鋳造パターンの平面図、第９図は
第８図の背面図、第１Ｏ図は第９図の側面図、第１１図
は第８図のｃ−ｃ拡大断面図、第１２図（Ａ）、第１２
図（Ｂ）は分割鋳造パターン用金型の斜視図、第１３図
、第１４図はノズル部分割鋳造パターンの他の実施例を
示す第８図のＣ−Ｃ断面図、第１５図は本発明により完
成したノズルリングの平面図、第１６図はノズル部分分
割鋳造パターンの組立を示す斜視図である。ｌ・・・ノズルブロック　２，３・・・円弧　４・・・
ノズル翼　５・・・翼表　６・・・ノズル流路　７・・
・突条８．９・・・側面　１１．１２・・・端面　１３
・・・内輪１４・・・溝　１５・・・円柱　１６・・・
線　１７，１８゜１９．２１・・・埋金　２２・・・外
輪　２３．２４・・・端面　２５・・・基傅孔　２６・
・・内径面　２７・・・外径面　２８・・・ヘース金型
　２９・・・溝　３１・・・突条　３２・・・上金型　
３３．３４・・・合せ面　３５・・・合せ曲　３６・・
・合せ面　３７・・・分割パターン３８・・・冶具　３
９・・・消失パターン　４１・・・消失パターン　４２
・・・ボルト孔　４３・・・座付ポル）・孔　４４・・
・ノックピン孔　　４５・・・タップ孔２５′・・・型
　２５Ｊ・・・ピン　１０２・・・パターン翼背面　１
０３・・・反対面　　１０４・・・ノズル翼パターン　
１０５・・・パターン翼背面　１０６・・・ノズル空間
　１０２’・・・型　面　１０３’・・・面１０５’・
・・金型面　４０６’・・・こま　Ｃ・・・中心　Ｇ・
・・溝　Ｌｌ・・・平面　Ｌｌ’・・・平面　Ｒ１・・
・円弧面　Ｒ１’・・・金型円弧面。特許出願人　株式会社　荏原製作所代　　理　　人　　新　　井　　−部第２図　　第３図　第１間２５９− 第　６　Ｍ８第１１　　図第１２図（Ａ）３ム第１３　図第１４　　図０５１

Claims

【特許請求の範囲】１、　消失鋳造パターンによりセラミックセル鋳型を作
り鋳湯する精密鋳造により一体形に軸流タービンのノズ
ルリングを製作する方法。２、　ノズルリングを半径方向もしくはノズルリング中
心を中心とする小円に接する直線にて扇形状に分割した
形状の一つのノズルを含むブロック及び盲ブロックを消
失鋳造パターンにて形成し、ノズルブロック及び盲ブロ
ックの分割鋳造パターンを結合して一体形とした鋳造パ
ターンを用いて精密鋳造により特許請求の範囲第１項記
載の軸流タービンのノズルリングを製作する方法。３、　相隣るノズルブロックパターンの当接する仕切面
がノズル流路の翼裏面と同一面となるようにノズルを含
むブロックの鋳造消失パターン用いた特許請求の範囲第
２項記載の軸流タービンのノズルリングを製作する方法
。４、一つのノズルを含むブロックの消失鋳造パターンが
金型にて作られ、該金型はノズル膨張比に適合した流路
形状をなすように可変こま金型と、不変のベース金型を
備え、不変のベース金型に可変のこま金型を交換可能に
取付取外しできるようにして一つのノズルを含むブロッ
クの消失鋳造パターンを得る如くした特許請求の範囲第
２項及至第３項記載の精密鋳造により一体形にタービン
のノズルリングを製作する方法。