JPS6259207B2 - - Google Patents
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- JPS6259207B2 JPS6259207B2 JP57150241A JP15024182A JPS6259207B2 JP S6259207 B2 JPS6259207 B2 JP S6259207B2 JP 57150241 A JP57150241 A JP 57150241A JP 15024182 A JP15024182 A JP 15024182A JP S6259207 B2 JPS6259207 B2 JP S6259207B2
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- diaphragm
- nozzle
- plate
- nozzle plate
- residual stress
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
- F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
- F01D9/044—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators permanently, e.g. by welding, brazing, casting or the like
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明は、例えば蒸気タービンのノズルダイア
フラムに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a nozzle diaphragm for, for example, a steam turbine.
［発明の技術的背景］
第１図は、従来の蒸気タービンのノズルダイア
フラムを示すもので、図において符号１は円環状
の内側支持当板２および外側支持当板３により挟
持されるノズル板を示しており、内側支持当板２
および外側支持当板３は、それぞれダイアフラム
内輪４およびダイアフラム外輪５に例えばアーク
溶接により溶接接合されている。[Technical Background of the Invention] FIG. 1 shows a nozzle diaphragm of a conventional steam turbine. In the figure, reference numeral 1 indicates a nozzle plate held between an annular inner support plate 2 and an outer support plate 3. Inner support plate 2
The outer support plate 3 is welded to the diaphragm inner ring 4 and the diaphragm outer ring 5, respectively, by arc welding, for example.
すなわち、一般に、ノズルダイアフラムは、第
２図に示すように、内側支持当板２と外側支持当
板３とを同心状に配設した後、内側支持当板２お
よび外側支持当板３の径方向にそれぞれ打抜かれ
た多数の支持穴６にそれぞれノズル板１の両端を
挿入した後、第３図および第４図に示すように、
ノズル板１の端部と内側支持当板２および外側支
持当板３の支持穴６の周囲とを、例えばアーク溶
接７により溶接固定しノズル板輪８を形成し、す
でに述べた第１図に示すように、このノズル板輪
８の内側支持当板２をダイアフラム内輪４の外周
部に、外側支持当板３をダイアフラム外輪５の内
周部に嵌合し、これらの当接部を例えばアーク溶
接９することにより行われている。 That is, in general, the nozzle diaphragm is constructed by arranging an inner support plate 2 and an outer support plate 3 concentrically, as shown in FIG. After inserting both ends of the nozzle plate 1 into a large number of support holes 6 punched in each direction, as shown in FIGS. 3 and 4,
The end of the nozzle plate 1 and the surroundings of the support holes 6 of the inner support plate 2 and the outer support plate 3 are welded and fixed, for example, by arc welding 7 to form a nozzle plate ring 8, and as shown in FIG. As shown, the inner support plate 2 of this nozzle plate ring 8 is fitted to the outer circumference of the diaphragm inner ring 4, and the outer support plate 3 is fitted to the inner circumference of the diaphragm outer ring 5, and these contact parts are connected, for example, to an arc. This is done by welding 9.
［背景技術の問題点］
しかしながら、このような従来のノズルダイア
フラムでは、ノズルダイアフラムの強度要素とし
ての溶接部の強度が十分に把握されていないた
め、溶接部の寸法が必要以上に大きくされ、溶接
後の応力除去焼鈍によつても溶接による残留応力
が十分に開放されず、そのまま残つてしまうおそ
れがあつた。[Problems in the background art] However, in such conventional nozzle diaphragms, the strength of the welded part as a strength element of the nozzle diaphragm is not fully understood, so the dimensions of the welded part are made larger than necessary, and the welding Even with the subsequent stress relief annealing, the residual stress caused by welding was not sufficiently released and there was a risk that it would remain as it was.
このように応力除去焼鈍によつて開放されなか
つた残留応力は、例えば蒸気タービンの運転中に
開放されノズルダイヤフラムに変形を生じさせ、
ノズルダイヤフラムを回転部と接触させることに
なり蒸気タービンの振動、接触熱によるロータの
曲がり等を引き起こすおそれがある。 Residual stress that has not been released by stress relief annealing is released during operation of a steam turbine, causing deformation in the nozzle diaphragm, for example.
The nozzle diaphragm comes into contact with the rotating part, which may cause vibrations of the steam turbine and bending of the rotor due to contact heat.
［発明の目的］
本発明はかかる従来の事情に対処してなされた
もので、溶接量の適性化を図ることにより、応力
除去焼鈍により残留応力を完全に開放することが
できるとともに、十分な強度をもつた信頼性の高
いノズルダイアフラムを提供しようとするもので
ある。[Object of the Invention] The present invention has been made in response to such conventional circumstances, and by optimizing the amount of welding, residual stress can be completely released by stress relief annealing, and sufficient strength can be achieved. The objective is to provide a highly reliable nozzle diaphragm with
［発明の概要］
すなわち本発明は、ノズル板を挟持する当板の
一方をダイアフラム外輪に、他方をダイアフラム
内輪に溶接接合してなるノズルダイアフラムにお
いて、前記ノズル板の前記ダイアフラム外輪また
は内輪の軸方向への幅の中間部に溶接の未溶着部
を形成したことを特徴とするノズルダイアフラム
である。[Summary of the Invention] That is, the present invention provides a nozzle diaphragm in which one of the plates that sandwich the nozzle plate is welded to the outer ring of the diaphragm and the other to the inner ring of the diaphragm. This nozzle diaphragm is characterized in that an unwelded part is formed in the middle part of the width of the nozzle diaphragm.
［発明の実施例］
以下本発明の詳細を図面に示す一実施例につい
て説明する。[Embodiment of the Invention] The details of the present invention will be described below with reference to an embodiment shown in the drawings.
第５図は本発明の一実施例のノズルダイアフラ
ムを示すもので、図において符号１０はノズル板
を示している。このノズル板１０は内側支持当板
１１および外側支持当板１２に挟持されており、
ノズル板１０の両端はそれぞれ内側支持当板１１
および外側支持当板１２に形成された支持穴１３
に挿入され、溶接接合１４されている。そして内
側支持当板１１および外側支持当板１２は、それ
ぞれダイアフラム内輪１５の外周面およびダイア
フラム外輪１６の内周面に溶接接合１７されてい
る。 FIG. 5 shows a nozzle diaphragm according to an embodiment of the present invention, and in the figure, reference numeral 10 indicates a nozzle plate. This nozzle plate 10 is held between an inner support plate 11 and an outer support plate 12,
Both ends of the nozzle plate 10 are provided with inner support plates 11, respectively.
and a support hole 13 formed in the outer support plate 12
and welded joint 14. The inner support abutment plate 11 and the outer support abutment plate 12 are welded and joined 17 to the outer peripheral surface of the diaphragm inner ring 15 and the inner peripheral surface of the diaphragm outer ring 16, respectively.
然して、ノズル板１０のダイアフラム外輪１６
またはダイアフラム内輪１５の軸方向への幅Ｌの
両側には長さl1およびl2の接着部が、中間部には
幅l3の長さの溶接の未溶着部１８が形成されてい
る。そして、この溶接の未溶着部１８の幅l3はノ
ズル板１０の全幅Ｌの0.3〜0.7倍とされている。
ここでノズル板１０の未溶着部１８の幅l3をノズ
ル板１０の全幅Ｌの0.7倍以下としたのは、0.7倍
を越えると破壊の難易度を示す応力拡大係数が急
増加し、非常に破壊し易くなることによる。 Therefore, the diaphragm outer ring 16 of the nozzle plate 10
Alternatively, bonded parts with lengths l1 and l2 are formed on both sides of the axial width L of the diaphragm inner ring 15, and an unwelded part 18 with a width l3 is formed in the middle part. The width l3 of this welded unwelded portion 18 is set to be 0.3 to 0.7 times the full width L of the nozzle plate 10.
The reason why the width l 3 of the unwelded part 18 of the nozzle plate 10 is set to be 0.7 times or less than the total width L of the nozzle plate 10 is because if the width exceeds 0.7 times, the stress intensity factor indicating the difficulty of fracture increases rapidly. This is due to the fact that it becomes easier to destroy.
すなわちノズルダイアフラムの溶接部の強度は
溶接部の溶接深さ、すなわち溶接量により決定さ
れるため、ノズル板１０の未溶着部１８の寸法l3
はノズルダイアフラムの溶接部の強度に重要な意
味を有している。また、ノズル板１０は内側支持
当板１１および外側支持当板１２にそれぞれ穿設
された支持穴１３に挿入されているため、この支
持穴１３とノズル板１０との間に間隙が存在し、
この間隙と長さl3の未溶着部１８に形成される間
隙との相互干渉も溶接部の強度に対して重要な意
味をもつている。 That is, since the strength of the welded part of the nozzle diaphragm is determined by the welding depth of the welded part, that is, the welding amount, the dimension l 3 of the unwelded part 18 of the nozzle plate 10
has an important meaning on the strength of the welded part of the nozzle diaphragm. Further, since the nozzle plate 10 is inserted into the support holes 13 bored in the inner support plate 11 and the outer support plate 12, a gap exists between the support hole 13 and the nozzle plate 10,
Mutual interference between this gap and the gap formed in the unwelded portion 18 of length l 3 also has an important meaning on the strength of the weld.
本発明者は、かかるノズル板１０の未溶着部１
８の寸法l3と溶接部の強度との関係を試験および
有限要素法による解析により鋭意研究を行なつた
結果、第６図に示す曲線ａに示すように、ノズル
板１０の未溶着部１８の長さl3とノズル板１０の
全幅Ｌの比l3／Ｌが0.7以上になると、外側支持当
板１２および内側支持当板１１の支持穴１３とノ
ズル板１０との間に形成される間隙のため、ノズ
ル板１０の溶接部先端における破壊の難易度を示
す応力拡大係数が急増加し、ノズルダイアフラム
の溶接部が非常に破壊し易くなることを見出し
た。 The present inventor has proposed that the unwelded portion 1 of the nozzle plate 10 be
As a result of intensive research into the relationship between the dimension l3 of 8 and the strength of the welded part through tests and analysis using the finite element method, we found that the unwelded part 18 of the nozzle plate 10 is as shown by curve a shown in FIG. When the ratio l 3 /L of the length l 3 and the full width L of the nozzle plate 10 becomes 0.7 or more, a hole is formed between the support hole 13 of the outer support abutment plate 12 and the inner support abutment plate 11 and the nozzle plate 10. It has been found that due to the gap, the stress intensity factor indicating the difficulty of fracture at the tip of the welded part of the nozzle plate 10 increases rapidly, making the welded part of the nozzle diaphragm extremely susceptible to fracture.
なお、第６図において横軸にはl3／Ｌの値が、
縦軸には切欠先端部の応力拡大係数Ｋがとられて
いる。 In addition, in Fig. 6, the value of l 3 /L is shown on the horizontal axis.
The stress intensity factor K at the notch tip is plotted on the vertical axis.
また、一般に、前述した溶接量の決定にはノズ
ルダイアフラムの剛性の低下も重要であり、これ
をもとにl1／Ｌ、l2／Ｌの適正溶接量、すなわち
l3／Ｌの値を求めることができる。 In general, the reduction in rigidity of the nozzle diaphragm is also important in determining the welding amount mentioned above, and based on this, the appropriate welding amount of l 1 /L and l 2 /L, i.e.
The value of l 3 /L can be found.
すなわち、第７図に示す曲線ｂは、l3／Ｌとダ
イアフラム内輪１５の変形量の関係を示すグラフ
であり、横軸にはl3／Ｌの値が、縦軸にはノズル
板１０の未溶着部１８の長さl3が零の場合の変形
量を1.0とした時の変形量の増加割合がとられて
いる。 That is, the curve b shown in FIG. 7 is a graph showing the relationship between l 3 /L and the amount of deformation of the diaphragm inner ring 15, where the horizontal axis shows the value of l 3 /L, and the vertical axis shows the value of the nozzle plate 10. The increase rate of the amount of deformation is taken when the amount of deformation when the length l 3 of the unwelded portion 18 is zero is set to 1.0.
この図から明らかなように、l3／Ｌの値が0.7以
上、すなわちl1／Ｌとl2／Ｌの値が0.15以下にな
ると変形量が1.5倍以上となり、静止部であるノ
ズルダイアフラムと回転部であるロータとの接触
が生ずる確率が高くなり好ましくない。従つて、
このことからもl3／Ｌの値を0.7以下に保つことが
必要である。 As is clear from this figure, when the value of l 3 /L is 0.7 or more, that is, the values of l 1 /L and l 2 /L are 0.15 or less, the amount of deformation becomes 1.5 times or more, and the nozzle diaphragm, which is a stationary part, This increases the probability of contact with the rotor, which is a rotating part, which is undesirable. Therefore,
From this reason as well, it is necessary to maintain the value of l 3 /L at 0.7 or less.
一方、ノズル板１０の未溶着部１８の長さl3と
ノズル板１０の全幅Ｌとの比を0.3以上としたの
は、残留応力による一次クリープ変形を考慮した
ためである。 On the other hand, the reason why the ratio of the length l 3 of the unwelded portion 18 of the nozzle plate 10 to the full width L of the nozzle plate 10 is set to 0.3 or more is to take primary creep deformation due to residual stress into consideration.
すなわち、一般に、応力除去焼鈍は、焼き戻し
温度より10〜20℃低い温度で溶接深さ25.4mm当た
り１時間の割合で実施されるが、溶接部に残留応
力が残つてしまう場合には、この残留応力が蒸気
タービンの運転中に開放されノズルダイアフラム
の変形となつて現れ、静止部であるノズルダイヤ
フラムと回転部であるロータとの接触を生ずるこ
とになる。 In other words, stress relief annealing is generally carried out at a temperature 10 to 20 degrees Celsius lower than the tempering temperature for one hour per 25.4 mm of weld depth, but if residual stress remains in the weld, this Residual stress is released during operation of the steam turbine and appears as deformation of the nozzle diaphragm, resulting in contact between the nozzle diaphragm, which is a stationary part, and the rotor, which is a rotating part.
すなわち、ノズルダイアフラムの変形量は、残
留応力の開放による変形量と一次クリープ域にお
けるクリープ変形助長による変形量との二つの要
因から決定されるため、回転部と静止部との間隙
を考慮すると残留応力値を５Kg／mm2以下にする必
要がある。 In other words, the amount of deformation of the nozzle diaphragm is determined by two factors: the amount of deformation due to the release of residual stress and the amount of deformation due to the acceleration of creep deformation in the primary creep region. It is necessary to keep the stress value below 5Kg/mm 2 .
また、一般に、溶接深さ25.4mmにつき応力除去
焼鈍保持時間は１時間という目安はあるものの、
ノズルダイアフラムのように複雑な構造物である
場合には、これ以上の長時間にわたり加熱保持す
る必要がある。しかしながら、このような長時間
加熱はノズルダイアフラム使用材料の材料強度低
下を招くため材料強度の低下を考慮し、ある程度
溶接による残留応力を残留させたまま使用される
ことが多く、この場合には、運転時におけるノズ
ルダイヤフラムの変形がさらに増加する。 In addition, although there is a general guideline for stress relief annealing holding time of 1 hour per welding depth of 25.4 mm,
In the case of a complex structure such as a nozzle diaphragm, it is necessary to maintain heating for a longer period of time. However, such long-term heating causes a decrease in the material strength of the material used for the nozzle diaphragm, so in consideration of the decrease in material strength, the nozzle diaphragm is often used with some residual stress remaining due to welding. The deformation of the nozzle diaphragm during operation is further increased.
第８図に示す曲線ｃは本発明者が実験解析によ
り求めた残留応力値と一次クリープ変形量との関
係を示すもので、横軸には残留応力値が、縦軸に
は500℃における500時間後の一次クリープ変形量
がとられている。 Curve c shown in Figure 8 shows the relationship between the residual stress value and the amount of primary creep deformation, which was found by the inventor through experimental analysis.The horizontal axis shows the residual stress value, and the vertical axis shows the 500°C The amount of primary creep deformation after time is taken.
この図から明らかなように、約５Kg／mm2の残留
応力が残存している場合には急激にクリープ変形
が増加している。 As is clear from this figure, creep deformation increases rapidly when residual stress of about 5 kg/mm 2 remains.
第９図に示す曲線ｄは、本発明者が実験により
求めたl1／Ｌまたはl2／Ｌの値と残留応力値との
関係を示すもので、横軸にはl1／Ｌまたはl2／Ｌ
の値が、縦軸には残留応力値がとられている。 The curve d shown in FIG. 9 shows the relationship between the value of l 1 /L or l 2 /L and the residual stress value, which was found through experiments by the inventor, and the horizontal axis shows the value of l 1 /L or l 2 /L
, and the residual stress value is plotted on the vertical axis.
この図から明らかなように、l1／Ｌまたはl2／
Ｌの値が約0.4以上になると残留応力値が５Kg／
mm2以上となる可能性が非常に大きくなつている。 As is clear from this figure, l 1 /L or l 2 /
When the value of L is about 0.4 or more, the residual stress value is 5 kg/
There is a very high possibility that it will be larger than mm 2 .
すなわち、前述した複雑構造物としてのノズル
ダイアフラムを考えた場合に、l1／Ｌおよびl2／
Ｌの上限値は0.35以下、従つてノズル板１０の未
溶着部１８の寸法l3をl3／Ｌの値が0.30以上とな
るようにしておく必要がある。 That is, when considering the nozzle diaphragm as a complex structure mentioned above, l 1 /L and l 2 /
The upper limit of L is 0.35 or less, and therefore the dimension l 3 of the unwelded portion 18 of the nozzle plate 10 must be set so that the value of l 3 /L is 0.30 or more.
［発明の効果］
以上述べたように本発明のノズルダイアフラム
では、ノズル板の中間部に未溶着部を形成し溶接
量を強度上許容できる値の溶接量まで減少したの
で、応力除去焼鈍により溶接部に生ずる残留応力
をほぼ完全に開放することができ、溶接部の信頼
性の大幅に向上されたノズルダイアフラムを提供
することができる。[Effects of the Invention] As described above, in the nozzle diaphragm of the present invention, an unwelded part is formed in the middle part of the nozzle plate, and the welding amount is reduced to an allowable value in terms of strength. It is possible to almost completely release the residual stress occurring in the welded part, and it is possible to provide a nozzle diaphragm in which the reliability of the welded part is greatly improved.
また、静止部であるノズルダイアフラムと回転
部である羽根ロータとの摺損を生ずる危険性を低
下することができ、タービンの運転信頼性を大幅
に高めることができる。 Furthermore, the risk of friction between the nozzle diaphragm, which is a stationary part, and the blade rotor, which is a rotating part, can be reduced, and the operational reliability of the turbine can be greatly improved.
第１図は従来のノズルダイアフラムを示す外観
図、第２図は第１図のノズル板の取付け状態を示
す外観図、第３図は第２図の―線に沿う縦断
面図、第４図は第３図の側面図、第５図は本発明
の一実施例のノズルダイアフラムを示す縦断面
図、第６図は溶接部先端の応力拡大係数の変化を
示すグラフ、第７図は溶接量と変形量との関係を
示すグラフ、第８図は残留応力と一次クリープ変
形量の関係を示すグラフ、第９図は溶接量と残留
応力の関係を示すグラフである。
１０……ノズル板、１１……内側支持当板、１
２……外側支持当板、１５……ダイアフラム内
輪、１６……ダイアフラム外輪。
Fig. 1 is an external view showing a conventional nozzle diaphragm, Fig. 2 is an external view showing the nozzle plate in Fig. 1 installed, Fig. 3 is a vertical sectional view taken along the line - in Fig. 2, and Fig. 4 is a side view of FIG. 3, FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing a nozzle diaphragm according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a graph showing changes in stress intensity factor at the tip of the weld, and FIG. 7 is a graph showing the welding amount. FIG. 8 is a graph showing the relationship between residual stress and the amount of primary creep deformation, and FIG. 9 is a graph showing the relationship between welding amount and residual stress. 10...Nozzle plate, 11...Inner support plate, 1
2... Outer support plate, 15... Diaphragm inner ring, 16... Diaphragm outer ring.
Claims (1)
ム外輪に、他方をダイアフラム内輪に溶接接合し
てなるノズルダイアフラムにおいて、前記ノズル
板の前記ダイアフラム外輪または内輪の軸方向へ
の幅の中間部に、軸方向への全幅の0.3〜0.7倍の
溶接の未溶着部を形成し、この未溶着部を挟む軸
方向への外側部分を溶着させたことを特徴とする
ノズルダイアフラム。1. In a nozzle diaphragm formed by welding one of the plates that sandwich the nozzle plate to the outer ring of the diaphragm and the other to the inner ring of the diaphragm, a shaft is attached to the middle part of the width in the axial direction of the outer ring or inner ring of the diaphragm of the nozzle plate. A nozzle diaphragm characterized by forming an unwelded part of 0.3 to 0.7 times the total width in the direction, and having an outer part in the axial direction sandwiching the unwelded part welded.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15024182A JPS5939906A (en) | 1982-08-30 | 1982-08-30 | Nozzle diaphragm |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15024182A JPS5939906A (en) | 1982-08-30 | 1982-08-30 | Nozzle diaphragm |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5939906A JPS5939906A (en) | 1984-03-05 |
| JPS6259207B2 true JPS6259207B2 (en) | 1987-12-10 |
Family
ID=15492643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15024182A Granted JPS5939906A (en) | 1982-08-30 | 1982-08-30 | Nozzle diaphragm |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5939906A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60159602U (en) * | 1984-03-31 | 1985-10-23 | 庄田 功 | Tilting mechanism of head support device in woodworking machine |
| US7748956B2 (en) * | 2006-12-19 | 2010-07-06 | United Technologies Corporation | Non-stablug stator apparatus and assembly method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS493002A (en) * | 1972-05-02 | 1974-01-11 |
-
1982
- 1982-08-30 JP JP15024182A patent/JPS5939906A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5939906A (en) | 1984-03-05 |
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