JPH0463201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は蒸気タービン羽根車のテノン再生方法
に関する。

［発明の技術的背景］ 一般に蒸気タービン等におけるタービン羽根車
においては、ロータ円盤の外周に半径方向に単段
あるいは複数段に渡つて形成された円周方向溝
に、羽根の根元（以下植込部と称す）を係合させ
て、この半径方向の移動を規制するようにしたも
のが使用されている。

第５図はタービン羽根車の分解部分図であり、
ロータ円盤１の外周には、前後両面に延びる複数
段の溝２が形成されており、このロータ円盤１の
外周部には、羽根３の植込部３′がくら状に嵌合
せしめられ、当該植込部３′の対向内面に形成さ
れた突条部４が上記ロータ円盤１の溝２と係合し
ている。

ところで、上記ロータ円盤１の溝２の形成部に
は、半径方向に延びるとともに、植込部３′の厚
さとほぼ等しい幅の切欠部５が、円周上に１個あ
るいは複数個形成されており、当該切欠部５から
羽根３の植込部３′を半径方向に挿入した後、円
周方向に摺動させて、ロータ円盤１の外周に結合
させることにより、羽根３の半径方向の移動が規
制される。

このようにして、所定数の羽根３が円周方向に
圧接せしめられ、環状体に組立てられる。そし
て、その最終段階において、上記切欠部５には、
第６図に示すように、当該切欠部形状に一致する
溝状部６を有する止め羽根７が係合される。

この止め羽根７の溝６とタービン円盤１の切欠
部５の係合は、羽根３の場合とは異なつて単純な
嵌合であり、ロータ円盤１に対する半径方向の移
動規制が行なわれないため、止め羽根７は第７図
あるいは第８図に示すように、止め羽根７とこれ
に隣接する羽根３ａ，３ｂあるいはさらにそれに
隣接する羽根３ｃ，３ｄの植込部の接合面に、ロ
ータ円盤１の厚さ方向のピン孔８を設けて、これ
にピン９を圧入すると共に、止め羽根７とこれに
嵌合する切欠部５に、これらを貫通するピン孔１
０を設けてピン１１を圧入するという方法により
行なわれている。

一方、第５図において、羽根３の先端には、羽
根３から一体に削りだされた突起（以下テノンと
称す）１２が設けられており、当該テノン１２を
通して、囲い輪（以下シユラウドと称す）１３が
圧接せしめられ、環状体に組立てられた羽根群を
第７図の如く、数枚をひとつの群として周方向に
いくつかの群に分割固定して蒸気力を始めとした
いろいろな励振源に抗し得るようにされている。

第９図は当該シユラウド１３の羽根３との接合
部を示す拡大図であり、テノン１２を偏平状のか
しめ部１２′になるまで、コーキングすることに
よつて、シユラウド１３が羽根３に固定されてい
る。このテノン１２とテノンかしめ部１２′によ
り、シユラウド１３に作用する蒸気力と高遠心力
とに抗している。

このようなタービン羽根車の頂部、さらに具体
的には、シユラウド１３あるいはテノン１２，１
２′に損傷が発生した場合、この損傷が重度の場
合には、羽根の新製取替えが行なわれるのが、普
通であるが、損傷が軽度の場合には、羽根の肩す
り下げという技法が採用され、損傷羽根を再使用
して復旧することがおこわれている。

後者の場合、損傷範囲の広さに応じて、通常次
のような手順がとられる。まず、損傷範囲が狭
く、しかも止め羽根７に近い位置の場合には、損
傷羽根を含む群から、止め羽根を含む群までを抜
取り、損傷部の補修を行うことになる。

羽根の抜取りのためには、前述したタービン羽
根車の組立手順の逆を行えばよいわけであるが、
全ての羽根は、第７図の如く、群に構成されてい
るため、まず抜取り対象羽根の全てを単独羽根に
分離する必要がある。

このために、通常第１０図の一点鎖線で示すよ
うにグラインダ等によるシユラウド１３の切断が
行われる。このようにして分離された羽根は、ま
ず第７図の止め羽根７が抜かれるが、このために
は、ピン９，１１を打抜けばよい。一旦、止め羽
根７が抜き取られると、残りの羽根３（３ａ，３
ｂ，３ｃ……）は、第５図における溝２に沿つて
円周方向に摺動させ、切欠部５から容易に抜き取
ることができる。

このようにして抜取られた個々の羽根は、第１
１図に示す如く、適当な工具を使用して、まずテ
ノンかしめ部１２′を撤去して、シユラウド１３
を抜取り、ついで、グラインダあるいは機械加工
により、第１２図に示す如く、新しいテノン１４
を羽根有効部の一部を使つて成形することにな
る。

これは、上記の如くテノン１２′を削り落して
いるため、ロータ円盤１に再度組込み、シユラウ
ド１３間を嵌合固定させる際のテノンかしめ部１
２′に相当するコーキング代を確保するためであ
る。この結果、新しい羽根１５の有効部高さは、
元の高さl₁からl₂へΔlだけ短くなるため、通常肩
すり下げという言葉が使われている。

一方、損傷範囲が全周に渡る場合には、そのタ
ービン羽根車に属する全部の羽根の肩すり下げが
必要となる。この場合には、上述のような単独翼
へ分離して処置する方法がとられることもある
が、むしろ、施盤上での全週削りによつてシユラ
ウドおよびテノンを削除する方法がとられること
の方が多い。

即ち、第１３図に示すように、まず切削線ａ
ｂに沿つて、テノン幅を残して、両側からシユ
ラウド１３を削りとる。このとき、第１２図の肩
すり下げ量Δlに相当する分だけ深く羽根３を切
込むこともできる。ついで、切削線に沿つて、
テノンかしめ部１２′を削除すれば、第１４図お
よび第１５図に示すように内面側からの簡単な打
撃によつて、残りのシユラウド１６を撤去でき
る。この状態でグラインダ等により第１２図のよ
うにテノン１４と羽根１５の頂部の仕上げを行え
ば、そのまま再組立の準備が整うことになる。

このようにして、羽根３を抜かずにその頂部の
みを補修することが可能となる。勿論、グライン
ダ等による手作業を行えば、後者の全周補修のや
り方を前者の部分補修に適用することができる
し、逆に、手間さえかければ前述の如く前者の単
独羽根への分離処理法を後者の全周補修に適用す
ることもできる。

このような肩すり下げ技法は、局部的な補修あ
るいは緊急時の暫定処置としては極めて有効であ
るが、第１２図の如く、もともと必要な羽根有効
長l₁を肩すり下げ量Δlだけ取去る訳であるから、
羽根としての効率が低下することは避け得ない。

特に、ロータ羽根車全周に渡つて、この技法を
適用する場合にはその影響は無視できなくなり、
蒸気タービンの複数段落に適用される場合には、
蒸気タービン性能のものを相当に悪くすることに
なる。例えば火力タービンの265MW級の中圧タ
ービンに上記技法を用いた場合、熱消費率で0.04
％低下するという事例もある。

このような性能低下を避けるためには、上記の
肩すり下げを避けること、即ち、テノンの削り落
し量１２′を他のなんらかの方法で補うことが必
要であり、例えば、第１６図の如く、テノンの肉
盛溶接による再成形という手法も部分的には行な
われている。

この方法が一般的に行なわれないのは、例え適
正な溶接棒を使用して、適切な溶接と熱処理が施
されたとしても、第１６図に示す如く残存テノン
１７と肉盛部１８との間に溶接による熱影響部１
９とマクロ的な溶接欠陥（アンダーカツトと称す
る）が溶接開始点２０ａと終了点２０ｂに発生し
やすいことから、振動成分を含んだ長期的な高荷
重に耐えなければならないテノン１２としては、
信頼性が充分でないためである。

このような問題を解決するため、本発明者等
は、先に、第１７図に示すような、羽根３の先端
に残存する残存テノン１２上に溶接肉盛部を形成
するテノンの溶接肉盛方法において、前記残存テ
ノン１２の外周に、この残存テノンの外周形状よ
り若干大きめの形状の貫通孔を有する当板２５を
被嵌し、前記残存テノン１２外周を前記貫通孔内
周との間隙寸法を所定の値に保つて、前記当板２
５を固定し、この後、前記残存テノン１２上面と
前記貫通孔内面との形成する空間内において、前
記残存テノン１２上に溶接肉盛することを特徴と
するテノンの溶接肉盛方法を発明し、これを出願
した。

この本発明のテノンの溶接肉盛方法によれば、
その作業性を大幅に改善することができると共に
高品質の肉盛再生テノンを得ることがいできる。
従つてテノン肉盛溶接による補修をより広範囲に
使用することができる。

一方、従来技術では、第１８図に示すように残
存テノン部１２を最大限に行かすことが前提とな
つているため、テノン肉盛後の仕上形状４４から
再かしめを行つて、テノン頂部のかしめ部１２′
を再生したとき、溶接開始点２０ａあるいは終了
点２０ｂおよび熱影響部１９はちようど、シユラ
ウド１３の上面あるいはその近傍に一致すること
になる。

第１９図は、テノン１２、１２′とシユラウド
１３との接合部における一般的な応力分布を示す
図であり、シユラウド１３のテノン１２嵌合穴周
囲には面取り部１３ａおよび１３ｂが、そして羽
根３の頂部におけるテノン１２の根元には根元Ｒ
１２ａがそれぞれ施してある。このような部品が
高回転速度で回転すると、面取り部１３ｂに接す
るテノン１２′にはシユラウド１３の遠心力によ
る剪断応力の集中が生じ、面取り部１３ａには、
シユラウド１３とテノン１２，１２′にかかる遠
心力に基づく引張り応力の集中が生じることにな
る。このような結合体の一般的な破壊形態を調べ
てみると、上記面取り部１３ｂの剪断破壊４７あ
るいはテノン１２の引張り破壊４８が多く、必ず
しも常にそのようになるとは限らないが、一般的
には面取り部１３ｂの方が面取り部１３ａよりも
若干厳しい状態にあるといえる。

［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、強度および信頼性の高い溶接肉盛テノ
ンを得ることのできる羽根車のテノン再生方法を
提供しようとするものである。

［発明の概要］ すなわち、本発明は羽根の先端面から所要の長
さを保つて延在するテノンを有し、羽根群として
組立てるとき、そのテノンをシユラウドに穿設さ
れた各貫通孔内に挿入し、シユラウド外面に突出
した先端部をそれぞれかしめることによりシユラ
ウドを羽根の先端面に固定する羽根車のテノン再
生方法において、各テノンをシユラウド外面のか
しめ部からにシユラウド厚さの中間あるいはシユ
ラウド厚さからテノンの沈み込み深さを引いた部
分の中間に位置する応力の集中部位から外れた領
域にかけて羽根前後方向のほぼテノン幅に見合う
幅を保つて削り落し、この後テノンの残存部分に
連ねて溶接肉盛をそれぞれ施して羽根の先端面に
所要の長さのテノンを形成することを特徴とす
る。

［発明の実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は、本発明のテノン肉盛溶接方法を適用
した再使用羽根の一例を示すもので、第１９図の
応力分布図と比較すれば容易にわかるように、肉
盛開始部位は応力集中度合が最も少ない部位が選
定されている。すなわち、第１層の肉盛溶接によ
つて生じる溶接接合線４５および、それによつて
生じる熱影響部１９は、面取り部１３ａおよび１
３ｂ部のほぼ中間に生じることになり、応力的に
最も安全な部位に位置している。

さらに、溶接開始点２０ａおよび２０ｂに生じ
易いアンダーカツトは、前述の第１７図に示した
板２５を使用した肉盛溶接方法によつて、最小限
におさえられているが、さらにこれを皆無にする
ために、テノン１２はシユラウド１３の面取り部
１３ａ，１３ｂの間でグラインダ等により、大き
くＲ加工されている。

第２図は、このようなテノン肉盛溶接が容易に
行えるような残存テノン形状１２を得るための、
損傷したロータ羽根車の分解のための加工方法を
示す図である。すなわち、シユラウド１３の厚さ
から当該シユラウド１３のテノン１２の嵌合穴の
面取り部１３ａおよび１３ｂの寸法を差引いた残
りのシユラウド１３の厚さのほぼ1/2の位置に加
工用の刃先先端が位置するようにして、切削線
−に沿つて施盤等により削り取られている。

第３図は、第２図のような切削法を行つた場合
に得られるロータ羽根車外周の仕上形状を示すも
ので、シユラウド１３はテノン１２の幅に相当す
る切削線−間においてだけシユラウド厚さＳ
のほぼ1/2だけが残るように削りとられており、
テノンかしめ部１２′は羽根３の前後方向の両端
部だけが残されている。従つて、この状態でシユ
ラウド１３はその内側（羽根３側）から軽く打撃
を与えることにより、容易に撤去できる。このと
き、残存テノン１２の高さは、そのまま、第１図
のテノン肉盛溶接が実施できる高さになつてお
り、残存テノン１２のバリ取り等の簡単な仕上に
より、溶接準備が整えられることになる。

以上述べたように、第１図のようにして溶接肉
盛され、溶接接合線４５をグラインダ仕上げされ
たテノン１２，１２′が極めて信頼度が高くなる
ことは、第１９図あるいはそれ以前の説明から明
らかである。

なお、近年、羽根３有効部を通らずにシユラウ
ド１３の上側を通る蒸気の量を減らすために、第
４図に示すように、沈み込みテノン１２′が採用
されることが多くなつているが、このような場合
には、切削線−線はシユラウド厚さＳから、
前述の面取り部１３ａ，１３ｂの寸法のみだけで
なく、沈み込み深さｒをも差し引いた残りの厚さ
の中央付近としなければならないことはいうもま
でもない。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明方法によれば、強度
の高い高品質の溶接肉盛再生テノンを得ることが
できる。特に、ロータ羽根車の全周の羽根の補修
が必要な場合には、極めて有効である。

従つて、テノン溶接肉盛による補修をより広範
囲に適用することが可能となり、テノン部の性能
低下をさせることのない羽根補修方法を提供する
ことができる。これらのことは、蒸気タービンの
稼働率の向上と経済性の維持にも大いに寄与する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例による肉盛溶接
の開始位置を示す図、第２図は本発明方法により
溶接肉盛されたテノンを示す図、第３図は本発明
方法の実施をするときのロータ羽根車外周の仕上
形状を示す説明図、第４図は沈み込みテノンを有
するロータ羽根車の加工方法を示す説明図、第５
図はタービン羽根車の外観図、第６図は止め羽根
の外観図、第７図は羽根の組立を示す正面図、第
８図は第１０図のＣ−Ｃ線に沿う縦断面図、第９
図はシユラウドと羽根との接合部を示す縦断面図
第１０図はシユラウドの切断を示す説明図、第１
１図はテノンを撤去した状態を示す説明図、第１
２図は羽根の肩すり下げを示す説明図、第１３図
はテノンおよびシユラウドの切断を示す説明図、
第１４図および第１５図はテノンおよびシユラウ
ドの切断後の状態を示す説明図、第１６図は従来
のテノン溶接肉盛を示す説明図、第１７図は本発
明者がすでに出願したテノンの溶接肉盛方法を示
す説明図、第１８図は従来の残存テノンを示す説
明図、第１９図はテノンの応力分布を示す説明図
である。 １……ロータ円盤、３，１５……羽根、５……
切欠部、１２，１４……テノン、１３……シユラ
ウド、１７……残存テノン、１９……熱影響部、
２０ａ……溶接開始点、２０ｂ……溶接終了点、
２５……当板、２６……穴、３０……冷却板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 羽根の先端面から所要の長さを保つて延在す
   るテノンを有し、羽根群として組立てるとき、該
   テノンをシユラウドに穿設された各貫通孔内に挿
   入し、該シユラウド外面に突出した先端部をそれ
   ぞれかしめることにより前記シユラウドを前記羽
   根の先端面に固定する羽根車のテノン再生方法に
   おいて、前記各テノンを該シユラウド外面のかし
   め部からにシユラウド厚さの中間あるいはシユラ
   ウド厚さからテノンの沈み込み深さを引いた部分
   の中間に位置する応力の集中部位から外れた領域
   にかけて羽根前後方向のほぼテノン幅に見合う幅
   を保つて削り落し、この後前記テノンの残存部分
   に連ねて溶接肉盛をそれぞれ施して前記羽根の先
   端面に所要の長さのテノンを形成することを特徴
   とする羽根車のテノン再生方法。