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JPH0260841B2 - - Google Patents
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JPH0260841B2 - - Google Patents

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JPH0260841B2
JPH0260841B2 JP55170595A JP17059580A JPH0260841B2 JP H0260841 B2 JPH0260841 B2 JP H0260841B2 JP 55170595 A JP55170595 A JP 55170595A JP 17059580 A JP17059580 A JP 17059580A JP H0260841 B2 JPH0260841 B2 JP H0260841B2
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JP
Japan
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sleeve
shaft
divided
rotor shaft
journal
Prior art date
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Katsukuni Kuno
Toshimi Tan
Masahiro Kobayashi
Kazu Kobayashi
Kazuhiko Ueda
Seishin Kirihara
Takatoshi Yoshioka
Masao Shiga
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Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、12%クロムよりなり、かつジヤーナ
ル部に軸受特性向上のためのスリーブを有するロ
ータシヤフトに係り、特に軸端に設けられている
カツプリングがシヤフトと一体に形成されたこの
種ロータシヤフトに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a rotor shaft made of 12% chromium and having a sleeve in the journal part for improving bearing characteristics, and in particular, a rotor shaft provided at the shaft end is formed integrally with the shaft. Regarding this kind of rotor shaft.

従来、蒸気タービンロータ高中圧部材料として
は、高温度においてクリープ特性の優れている12
%クロム合金鋼が用いられている。しかし12%ク
ロム鋼は、軸受特性、特に摩擦特性が悪いために
軸受メタルが焼付き、ジヤーナル部が損傷する恐
れがある。このため一般には第1図に示すよう
に、軸受3に面した部分、すなわちジヤーナル部
2に低合金鋼製スリーブ4を焼ばめする構造をと
つている。しかし、この構造では、スリーブ4を
焼ばめするためにその組立ての間係からカツプリ
ング5もロータ1に焼ばめする構造とする必要が
ある。
Conventionally, materials for the high and intermediate pressure parts of steam turbine rotors have been used for materials with excellent creep properties at high temperatures.
% chromium alloy steel is used. However, 12% chromium steel has poor bearing properties, especially friction properties, which can cause the bearing metal to seize and damage the journal. For this reason, generally, as shown in FIG. 1, a low alloy steel sleeve 4 is shrink-fitted to the portion facing the bearing 3, that is, the journal portion 2. However, in this structure, in order to shrink-fit the sleeve 4, the coupling ring 5 must also be shrink-fitted to the rotor 1 during assembly.

しかしながら、このカツプリング5を焼ばめ構
造とした場合、図示したようにこの焼ばめ部分か
ら、き裂7が発生する危険性が有り実用的ではな
い。よつてこの種ロータシヤフトにおいては、カ
ツプリング部5はロータ1と一体化した構造とす
ることがぜひ必要である。このカツプリング一体
型ロータでそのジヤーナル部にスリーブを形成す
るには、一つの考えとしてジヤーナル部2に軸受
特性のよい溶着金属を溶接肉盛するか、あるいは
溶射する方法が考えられるが、この溶接肉盛では
その肉盛部に割れが発生しやすく、また溶射では
ジヤーナル部に曲げが働いたときに溶射部がはが
れるなどの欠点があり実用的でない。
However, if the coupling ring 5 is of a shrink-fit structure, there is a risk that cracks 7 will occur from the shrink-fit portion as shown in the figure, which is not practical. Therefore, in this type of rotor shaft, it is absolutely necessary that the coupling portion 5 has a structure that is integrated with the rotor 1. In order to form a sleeve on the journal part of this coupling-integrated rotor, one idea is to weld overlay or thermally spray a weld metal with good bearing properties on the journal part 2. With overlaying, cracks tend to occur in the built-up part, and with thermal spraying, the thermal sprayed part peels off when the journal part is bent, making it impractical.

もう一つの考えとして、予めスリーブを周方向
に分割しておき、そしてこの分割スリーブをロー
タシヤフト上で溶接などにより一体化する方法も
考えられる。このものであると製作も容易であり
現実的ではあるが、反面スリーブの分割部におけ
る結合強度の問題、すなわちスリーブにはロータ
シヤフトの回転にもとづく遠心力が作用するわけ
であるが、この遠心力による応力が最も弱体とな
りがちな結合部に引張力として作用し、結合部よ
りスリーブが破損する恐れがあつた。
Another idea is to divide the sleeve in advance in the circumferential direction and then integrate the divided sleeves on the rotor shaft by welding or the like. This type of material is easy to manufacture and practical, but on the other hand, there is a problem with the strength of the connection at the sleeve's divided parts.In other words, centrifugal force due to the rotation of the rotor shaft acts on the sleeve, and this centrifugal force The resulting stress acts as a tensile force on the joint, which tends to be the weakest, and there is a risk that the sleeve may be damaged at the joint.

本発明はこれにかんがみなされたもので、その
目的とするところは、カツプリングがロータシヤ
フトと一体型で、かつ分割型のスリーブを用いた
場合であつても、充分遠心力に耐え得るこの種ス
リーブを有するロータシヤフトを提供するにあ
る。
The present invention has been conceived in view of this, and its object is to provide a sleeve of this kind that can sufficiently withstand centrifugal force even when the coupling is integrated with the rotor shaft and a split sleeve is used. To provide a rotor shaft with.

すなわち本発明は、予め分割されている分割ス
リーブの、その分割部の内周面に、軸方向にのび
かつ径方向に突出した突出部を形成し、 かつシヤフトのジヤーナル部には、前記スリー
ブの突出部が嵌合される溝を軸方向に伸延させて
設け、 さらに、このシヤフトのジヤーナル部に隣接し
た部分には、前記スリーブの軸方向長さより長
く、かつジヤーナル部より径が小さい細径部を設
け、前記分割されたスリーブのシヤフトへの嵌合
を、この細径部よりジヤーナル部へ移動させて行
うようになし所期の目的を達成するようにしたも
のである。
That is, in the present invention, a protrusion extending in the axial direction and protruding in the radial direction is formed on the inner circumferential surface of the divided part of the divided sleeve that is divided in advance, and a protrusion part that extends in the radial direction is formed in the journal part of the shaft. A groove into which the protruding part is fitted is provided extending in the axial direction, and a narrow diameter part that is longer than the axial length of the sleeve and smaller in diameter than the journal part is provided in a part of the shaft adjacent to the journal part. In order to achieve the desired purpose, the divided sleeve is fitted to the shaft by moving from the narrow diameter portion to the journal portion.

以下図を用いて本発明の一実施例を述べる。 An embodiment of the present invention will be described below using the drawings.

尚、本発明が対象とするタービンロータは、ク
ロムを10〜14%含んだロータを総称して12%クロ
ム鋼製ロータと表わしていることを断わつてお
く。
It should be noted that the turbine rotor to which the present invention is directed is generally referred to as a 12% chromium steel rotor, which refers to rotors containing 10 to 14% chromium.

第2図に示すように、スリーブ4は、円筒状の
ものが2分割され、そしてその分割面には、はめ
合い部9となる凸部9aと凹部9bがそれぞれ設
けられている。はめ合い部となる凸部9a、凹部
9bの形状は、スリーブ4が径方向に分離しない
ようなダデテイル形状にする。
As shown in FIG. 2, the sleeve 4 has a cylindrical shape and is divided into two parts, and a convex part 9a and a concave part 9b, which serve as a fitting part 9, are provided on the divided surfaces, respectively. The shapes of the convex portion 9a and the concave portion 9b, which serve as fitting portions, are made into a tail shape so that the sleeve 4 does not separate in the radial direction.

又スリーブ4の分割面の内周側、すなわちはめ
合い部9の内周側の面には軸方向に伸延し、かつ
径方向(内側へ向う)突出部11a,11bがそ
れぞれ設けられている。
Further, on the inner circumferential side of the dividing surface of the sleeve 4, that is, on the inner circumferential side of the fitting portion 9, protrusions 11a and 11b are provided, respectively, extending in the axial direction and extending in the radial direction (inward).

一方ロータシヤフトのジヤーナル部には、第3
図及び第4図に示すように、ジヤーナル2の軸対
称位置に溝10がそれぞれ設けられている。そし
てこの溝10に前記スリーブの突出部11a,1
1bが嵌合するように、スリーブを、ジヤーナル
部2にはめ合わせるわけである。この場合、重要
なことは、第5図に示されているように、ジヤー
ナル部2とカツプリング5との間に、分割されて
いるスリーブを組立てる細径部が設けられている
ことである。
On the other hand, there is a third
As shown in the drawings and FIG. 4, grooves 10 are provided at axially symmetrical positions in the journal 2, respectively. The protrusions 11a, 1 of the sleeve are placed in this groove 10.
The sleeve is fitted into the journal portion 2 so that the sleeve 1b is fitted. What is important in this case is that, as shown in FIG. 5, a narrow diameter section is provided between the journal section 2 and the coupling ring 5 for assembling the divided sleeves.

すなわち、この軸部の径dは、ジヤーナル部2
の径Dより数mm小さく形成されており、この部分
で分割(ここでは2分割)されたスリーブどうし
を組み立ててジヤーナル2側に移動はめ合せるよ
うにするのである。こうすることによつてたとえ
カツプリングが一体型のものであつてもスリーブ
は一つの円環状のスリーブ4となり従来のスリー
ブと、同じ機能を持たせることができる。またさ
らに前述した溝10と突出部11a,11bとの
はめ合いはこの細径部よりスリーブを移動させる
ことにより行なわれるが、この溝と突出部とのは
め合いによりスリーブ4の合せ目にかかる遠心力
はこのはめ合い部が負い、スリーブの結合部に生
ずる引張応力を充分減ずることができるのであ
る。
That is, the diameter d of this shaft portion is the diameter d of the journal portion 2.
It is formed several mm smaller than the diameter D of the sleeve, and the sleeves that have been divided (in this case, divided into two) are assembled together at this portion and are moved and fitted to the journal 2 side. By doing this, even if the coupling is integrated, the sleeve becomes one annular sleeve 4 and can have the same function as a conventional sleeve. Further, the above-mentioned fitting between the groove 10 and the protrusions 11a, 11b is achieved by moving the sleeve from this narrow diameter part, and the fitting between the groove and the protrusion allows the centrifugal force to be applied to the joint of the sleeve 4. The force is borne by this fit and can sufficiently reduce the tensile stress occurring at the joint of the sleeve.

尚、このスリーブ4のジヤーナル部2への固着
に際し、ジヤーナル2に取付けた後に前記スリー
ブ4のはめ合い部9をスリーブ外周からロール等
によるめ、はめ合い部でのガタを無くしてから
スリーブ4を外周加工により真円に仕上げるよう
にすると良好である。
In addition, when fixing this sleeve 4 to the journal part 2, after attaching it to the journal 2, the fitting part 9 of the sleeve 4 is fitted with a roll or the like from the outer periphery of the sleeve to eliminate any looseness at the fitting part, and then the sleeve 4 is fixed. It is better to finish it into a perfect circle by machining the outer periphery.

また上記構造にすると、ジヤーナル部2に溝1
0を設けたことによる応力集中が懸念されるが、
これは従来のロータシヤフトにキー溝を設けたこ
とと同等であり、また、ジヤーナル部2に作用す
る応力も小さいため特に問題はない。
In addition, with the above structure, the groove 1 is formed in the journal part 2.
There is a concern about stress concentration due to the provision of 0, but
This is equivalent to providing a keyway in a conventional rotor shaft, and the stress acting on the journal portion 2 is also small, so there is no particular problem.

スリーブ4の材料としては、低合金鋼(クロ
ム・モリブデン・バナジウム鋼)を用いた。これ
は、低合金鋼は12%クロム鋼に比べ熱伝導率が約
30%高いため、回転中の温度上昇が小さく、従つ
てスリーブ4と軸受3との間の凝着摩擦を起こし
にくい利点があるからである。このことは実験に
よつても確認した。実験は、12%クロム鋼とクロ
ム・モリブデン・バナジウム低合金鋼製のロータ
とを製作し、軸受への給油中に微小な異物を混入
させることによつて、ジヤーナル2への損傷を調
べた。第6図および第7図はそれぞれ、12%クロ
ム鋼製ロータおよび低合金鋼製ロータにおける異
物混入後ある時間回転させた後の、ジヤーナルの
表面粗さを示すもので、明らかに第7図に示す低
合金鋼の方が12%クロム鋼より耐摩耗性が良いこ
とがわかる。
As the material of the sleeve 4, low alloy steel (chromium-molybdenum-vanadium steel) was used. This means that low alloy steel has a thermal conductivity of approximately 12% compared to chromium steel.
This is because the temperature increase during rotation is 30% higher, which has the advantage that adhesive friction between the sleeve 4 and the bearing 3 is less likely to occur. This was also confirmed through experiments. In the experiment, rotors were made of 12% chromium steel and chromium-molybdenum-vanadium low alloy steel, and damage to the journal 2 was investigated by mixing minute foreign matter into the oil supply to the bearings. Figures 6 and 7 show the surface roughness of the journal after a certain period of rotation after contamination with foreign matter in a 12% chromium steel rotor and a low alloy steel rotor, respectively. It can be seen that the low alloy steel shown has better wear resistance than the 12% chromium steel.

また、分割されたスリーブをシヤフト上で連結
する手段として、前述した如く、スリーブ4の分
割面にダブテイル形状のはめ合い9を設ける代わ
りに、溶接によりこれらを連結することもでき
る。この溶接による方法は、スリーブ同志のはめ
合い部の複雑な形状を加工する必要もなく、簡単
にスリーブを固着できるという利点がある。
Further, as a means for connecting the divided sleeves on the shaft, instead of providing the dovetail-shaped fitting 9 on the divided surface of the sleeve 4 as described above, they can also be connected by welding. This welding method has the advantage that it is not necessary to process the complicated shape of the fitting portion of the sleeves, and the sleeves can be easily fixed.

尚、本発明において、クロム鋼製ロータシヤフ
トの材料には、重量%でCo:0.1〜0.3%、Si:0.6
%以下、Mn:0.4〜1.5%、Ni:1.2%以下、Cr:
10〜14%、Mo:0.5 1.5%、V:0.05〜0.5%、
Mb:0.02〜0.15%、N:0.04〜0.1%を含む全マ
ルテンサイト組織を有する鍛鋼が好ましい。
In addition, in the present invention, the material of the chromium steel rotor shaft contains Co: 0.1 to 0.3% and Si: 0.6% by weight.
% or less, Mn: 0.4 to 1.5%, Ni: 1.2% or less, Cr:
10-14%, Mo: 0.5-1.5%, V: 0.05-0.5%,
Forged steel having an entirely martensitic structure containing Mb: 0.02 to 0.15% and N: 0.04 to 0.1% is preferred.

また、スリーブの低合金鋼には、重量%で、
Cr:0.2〜2.25%、Mo:0.2〜1%を含む全ベーナ
イト鋼が好ましい。更にV:0.05〜0.5%を含む
ベーナイト鋼が好ましい。
In addition, the low alloy steel of the sleeve has a weight percentage of
All-bainitic steel containing Cr: 0.2-2.25% and Mo: 0.2-1% is preferred. Furthermore, bainitic steel containing V: 0.05 to 0.5% is preferred.

以上説明してきたように、本発明は予め分割さ
れているスリーブのその分割部の内周面に、軸方
向にのびかつ径方向に突出した突出部を形成し、 かつシヤフトのジヤーナル部には、前記スリー
ブの突出部が嵌合される溝を軸方向に伸延させて
設け、 さらにシヤフトのジヤーナル部に隣接した部分
には、前記スリーブの軸方向長さより長く、かつ
ジヤーナル部より径が小さい細径部を設け、前記
分割されたスリーブのシヤフトへの嵌合を、この
細径部よりジヤーナル部へ移動させて行うように
なしたから、スリーブの分割端部は、スリーブに
設けられている突出部がジヤーナル部の溝に掛合
し、この部分で遠心力は受けられるので、スリー
ブの合せ目にかかるスリーブの遠心力による引張
力は軽減され、したがつて充分遠心力に耐え得る
この種ロータシヤフトを得ることができる。
As explained above, the present invention forms a protrusion extending in the axial direction and protruding in the radial direction on the inner circumferential surface of the divided portion of the sleeve that has been divided in advance, and in the journal portion of the shaft. A groove into which the protruding portion of the sleeve is fitted is provided extending in the axial direction, and a narrow diameter groove is provided in a portion adjacent to the journal portion of the shaft, which is longer than the axial length of the sleeve and smaller in diameter than the journal portion. Since the divided sleeve is fitted to the shaft by moving from the narrow diameter part to the journal part, the divided end of the sleeve is fitted to the shaft by the protruding part provided on the sleeve. engages in the groove of the journal part, and the centrifugal force is received in this part, so the tensile force due to the centrifugal force on the sleeve applied to the joint of the sleeve is reduced, and this type of rotor shaft can sufficiently withstand centrifugal force. Obtainable.

また前述したようにジヤーナルに隣接して細径
部があることから、たとえカツプリングシヤフト
と一体のものであつても所定の圧力をもつた前記
スリーブの取付けが可能となるのである。
Further, as mentioned above, since there is a narrow diameter portion adjacent to the journal, it is possible to install the sleeve with a predetermined pressure even if it is integral with the coupling shaft.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来のスリーブおよびカツプリング
を焼ばめした12%クロム鋼製ロータを示す断面
図、第2図は、本発明の一実施例である12%クロ
ム鋼製ロータに取付けるスリーブの正面図、第3
図は、本発明の一実施例であるロータシヤフトの
ジヤーナル形状を示すロータシヤフト側面図、第
4図は第3図の−線に沿う断面図、第5図は
ロータシヤフトとスリーブの関係を示す断面図、
第6図,第7図はそれぞれ、12%クロム鋼製ジヤ
ーナルと低合金製ジヤーナルの表面粗さを示す線
図である。 1…ロータ、2…ジヤーナル部、3…軸受、4
…スリーブ、5…カツプリング、6…カツプリン
グボルト、8…動翼、9…はめ合い部、9a…凸
部、9b…凹部、10…溝、11a…突出部、1
1b…突出部。
Fig. 1 is a sectional view showing a 12% chromium steel rotor with a conventional sleeve and coupling ring shrink-fitted, and Fig. 2 is a front view of a sleeve attached to a 12% chromium steel rotor, which is an embodiment of the present invention. Figure, 3rd
The figure is a side view of the rotor shaft showing the journal shape of the rotor shaft according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a sectional view taken along the - line in FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotor shaft and the sleeve. cross section,
Figures 6 and 7 are diagrams showing the surface roughness of a 12% chromium steel journal and a low alloy journal, respectively. 1... Rotor, 2... Journal part, 3... Bearing, 4
... Sleeve, 5... Coupling, 6... Coupling bolt, 8... Moving blade, 9... Fitting part, 9a... Convex part, 9b... Recessed part, 10... Groove, 11a... Protruding part, 1
1b...Protrusion.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 クロム鋼よりなり、かつ端部にカツプリング
が一体に形成されたシヤフトと、 該シヤフトのジヤーナル部に、軸受特性向上の
ために嵌合されたスリーブとを備え、 前記スリーブが予め周方向に分割されており、
その分割スリーブ同志がシヤフト上で結合一体化
されるように形成されたロータシヤフトにおい
て、 前記分割スリーブの分割部に、径方向内側に突
出し、かつ軸方向にのびた突出部を形成し、 かつ前記シヤフトのジヤーナル部には、前記ス
リーブの突出部が嵌合される溝を軸方向に伸延さ
せて設け、 さらに該シヤフトのジヤーナル部に隣接した部
分には、前記スリーブの軸方向長さより長く、か
つジヤーナル部より径が小さい細径部を設け、前
記分割されたスリーブを、この細径部よりジヤー
ナル部へ移動させてシヤフトへ嵌合させるように
したことを特徴とするロータシヤフト。 2 前記スリーブの分割部の突出部及び前記ロー
タシヤフトのジヤーナル部の嵌合溝を夫々タブテ
ール状に形成したことを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載のロータシヤフト。 3 前記スリーブの分割部の接合面を溶着金属に
より固着することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のロータシヤフト。 4 前記スリーブは重量%でCr:0.2〜2.25%,
Mo:0.2〜1%を含む全ベーナイト鋼よりなる低
合金鋼であることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のロータシヤフト。 5 前記スリーブは重量%でCr:0.2〜2.25%、
Mo:0.2〜1%、Vi0.05〜0.5%を含むベーナイト
鋼よりなる低合金鋼であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載のロータシヤフト。
[Scope of Claims] 1. A shaft made of chrome steel and having a coupling formed integrally at its end, and a sleeve fitted to a journal portion of the shaft to improve bearing characteristics, the sleeve comprising: is divided in advance in the circumferential direction,
In a rotor shaft formed such that the divided sleeves are joined and integrated on a shaft, a protrusion that protrudes inward in the radial direction and extends in the axial direction is formed in the divided portion of the divided sleeve, and the shaft The journal portion of the shaft is provided with a groove extending in the axial direction into which the protruding portion of the sleeve is fitted, and a portion of the shaft adjacent to the journal portion is provided with a groove that is longer than the axial length of the sleeve and has a journal portion. 1. A rotor shaft, characterized in that a narrow diameter portion is provided, the divided sleeve being moved from the narrow diameter portion to a journal portion and fitted to a shaft. 2. The rotor shaft according to claim 1, wherein the protruding portion of the divided portion of the sleeve and the fitting groove of the journal portion of the rotor shaft are each formed in a tab tail shape. 3. The rotor shaft according to claim 1, wherein the joint surfaces of the divided portions of the sleeve are fixed by welding metal. 4 The sleeve has Cr: 0.2 to 2.25% by weight,
The rotor shaft according to claim 1, characterized in that the rotor shaft is a low alloy steel made of all bainitic steel containing Mo: 0.2 to 1%. 5 The sleeve has Cr: 0.2 to 2.25% by weight,
The rotor shaft according to claim 1, wherein the rotor shaft is a low alloy steel made of bainitic steel containing Mo: 0.2 to 1% and Vi 0.05 to 0.5%.
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