蒸気タービンノズル及び蒸気タービン
【課題】コンパクトな形状を有するとともに、耐久性の高い蒸気タービンノズルを提供すること。
【解決手段】本発明の蒸気タービンノズル１は、内径側に案内溝１１を有する円形状の外輪２と、複数のノズル３と、前記ノズル３のノズル植え込み部３３の溝４１に挿着される複数の円弧状のパッキンリング４とを備えている。前記ノズル３は、前記外輪２の案内溝１１に挿着されるノズル挿着部３１と、ノズル挿着部３１に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板３２と、このノズル板３２の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝４１を設けたノズル植え込み部３３とを有している。前記ノズル３間の繋ぎ目５１と、前記パッキンリング４間の繋ぎ目５２とは、互いにずれて配置されている。
【解決手段】本発明の蒸気タービンノズル１は、内径側に案内溝１１を有する円形状の外輪２と、複数のノズル３と、前記ノズル３のノズル植え込み部３３の溝４１に挿着される複数の円弧状のパッキンリング４とを備えている。前記ノズル３は、前記外輪２の案内溝１１に挿着されるノズル挿着部３１と、ノズル挿着部３１に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板３２と、このノズル板３２の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝４１を設けたノズル植え込み部３３とを有している。前記ノズル３間の繋ぎ目５１と、前記パッキンリング４間の繋ぎ目５２とは、互いにずれて配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐久性の高い蒸気タービンノズル及び蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気タービンノズルは、外輪、ノズル板、内輪及びパッキンリングを組み合わせた形状が主流であったが、蒸気タービンノズルをコンパクトにするために、内輪の無い形状のものも提案されている。内輪の無い形式の蒸気タービンノズルにおいては、ノズルの根本側（ロータ側）に、パッキンリングを設ける発明がなされている。（例えば、特許文献１乃至３）。
【特許文献１】特開平７−３２４６０１
【特許文献２】特開平１１−２００８０１
【特許文献３】特開２０００−９７３５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内輪の無い形状の蒸気タービンノズルを図１３に示す。図１３において、このような内輪のない蒸気タービンノズル１には、ノズルの根本側をしめる強度部材（内輪）が無いため、剛性が低く耐久性が低かった。またノズルの根本側にパッキンリングを配置していたとしても、図１３に示すように、ノズル３間の繋ぎ目５１と、パッキンリング４間の繋ぎ目５２とは、互いに対向して配置されていたため、その強度は十分ではなかった。
【０００４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、コンパクトな形状を有するとともに、耐久性の高い蒸気タービンノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、この外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、ノズル挿着部に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、前記ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、前記ノズル間の繋ぎ目と、前記パッキンリング間の繋ぎ目とは、互いにずれて配置されていることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【０００６】
本発明は、少なくとも２以上の部分に分離自在であるとともに、内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、前記外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、このノズル挿着部に連結もしくはこのノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはこのノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、前記ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、前記外輪の部分間の繋ぎ目は、ノズル間の繋ぎ目及びパッキンリング間の繋ぎ目に対応して配置され、外輪の部分間の繋ぎ目に対応しないノズル間の繋ぎ目は、パッキンリング間の繋ぎ目と互いにずれて、配置されていることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【０００７】
本発明は、内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、この外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、このノズル挿着部に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、ノズルのノズル植え込み部は、ノズル植え込み部の溝を形成するとともに、パッキンリングと嵌合するノズル凸部を有し、パッキンリングは、ノズルのノズル植え込み部のノズル凸部と嵌合するパッキンリング凹部と、当該パッキンリング凹部のノズル板側に配置されたパッキンリング凸部とを有し、ノズル植え込み部の溝の深さＴ２の、ノズル植え込み部の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）が０．８５以下であり、かつノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４の、ノズル植え込み部の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）が０．３以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【０００８】
本発明は、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４の、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側の溝の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）が０．８以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【０００９】
本発明は、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側の溝の深さＴ５と、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４との差（Ｔ５−Ｔ４）が２ｍｍ以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１０】
本発明は、パッキンリングは、パッキンリング凸部の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が０．５以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１１】
本発明は、パッキンリング凹部の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）が０．７以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１２】
本発明は、パッキンリングと、ノズルのノズル植え込み部との間にコイルバネを配置したことを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１３】
本発明は、パッキンリングの繋ぎ目に、外輪、ノズル板及びパッキンリングの各材料よりも線膨張係数の大きなコーキング部材を設けたことを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１４】
本発明は、パッキンリングと、ノズルのノズル植え込み部との間に、ずれ防止コーキング部材を配置したことを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１５】
本発明は、上述の蒸気タービンノズルを用いた蒸気タービンである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コンパクトな形状を有するとともに、耐久性の高い蒸気タービンノズルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る蒸気タービンノズル１の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本実施の形態の蒸気タービンノズル１は、外輪２が部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３を介して上半部タービンノズル部分２ａと下半部タービンノズル部分２ｂとに分離自在となっており、その内径側に案内溝１１を有するとともに、この案内溝１１に挿着される複数のノズル３と、ノズル３に挿着される複数の円弧状のパッキンリング４とを備えている
【００１９】
このうち各々のノズル３は、図２に示すように、外輪２の案内溝１１に挿着されるノズル挿着部３１と、ノズル挿着部３１に連結もしくは一体成形された一端３２ａを有するノズル板３２と、ノズル板３２の他端３２ｂに連結もしくは一体成形され、その内径側に溝４１を設けたノズル植え込み部３３とを有している。なお、ここでいう一体成形とは、１つの材料片からＮＣ加工等により一括して切削加工により形成されたものを意味しており、部品毎に加工した後に溶接等の機械的接続により形成されたものではないものである。
【００２０】
また、図２に示すように、パッキンリング４は、ノズル３のノズル植え込み部３３の溝４１に装着されている。なお、図１及び図２に示す蒸気タービンノズル１において、６個の円弧状のパッキンリング４が配置されているが、ノズル３のノズル植え込み部３３の溝４１に挿入しやすくするためには、４〜８個の円弧状のパッキンリング４を用いることが好ましい。
【００２１】
また図１及び図２に示すように、上半部タービンノズル部分２ａと下半部タービンノズル部分２ｂとの間の繋ぎ目（以下、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目）５３は、ノズル３間の繋ぎ目５１及びパッキンリング４間の繋ぎ目５２に対応して配置され、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１は、パッキンリング４間の繋ぎ目５２と互いにずれて配置されている
【００２２】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００２３】
図１及び図２に示すように、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１と、パッキンリング４間の繋ぎ目５２とは、互いにずれて配置されている。すなわち、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１の外輪２の中心方向には、パッキンリング４が跨って配置されている。
【００２４】
このため、ノズル３に図１の矢印に示した力Ｆ１、Ｆ２がかかったとしても、外輪２の中心方向に跨って配置されているパッキンリング４によってノズル３の動きが抑制され、ノズル３が力Ｆ１、Ｆ２の方向にずれることがない。このため、蒸気タービンノズル１の耐久性を向上させることができる。
【００２５】
次に図３を用いて、本実施の形態の変形例について説明する。
【００２６】
図３に示に示した本実施の形態の変形例に示すように、蒸気タービンノズル１は、各ノズル３間の繋ぎ目５１と、各パッキンリング４間の繋ぎ目５２とが、互いにずれて配置されてもよい。
【００２７】
図３において、他の構成は図１及び図２に示す実施の形態と略同一である。図３において、図１及び図２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を伏して詳細な説明は省略する。
【００２８】
このように全てのノズル３間の繋ぎ目５１が、パッキンリング４間の繋ぎ目５２と互いにずれて配置されることにより、蒸気タービンノズル１は耐久性を更に向上させることができる。
【００２９】
第２の実施の形態
次に図４乃至図７により本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、図４乃至図７において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を伏して詳細な説明は省略する。
【００３０】
図４乃至図７に示す第２の実施の形態は、ノズル３及びパッキンリング４が特定の構成を有するものであり、他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３１】
図４乃至図７に示す第２の実施の形態は、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３を介して上半部タービンノズル部分２ａと下半部タービンノズル部分２ｂとに分離自在であり、その内径側に案内溝１１を有するとともに、この案内溝１１に挿着される複数のノズル３と、ノズル３に挿着される複数の円弧状のパッキンリング４とを備えている（図１乃至図３参照）。
【００３２】
このうち複数のノズル３は、ノズル挿着部３１と、ノズル挿着部３１に連結もしくは一体成形された一端３２ａを有するノズル板３２と、ノズル板３２の他端３２ｂに連結もしくは一体成形され、その内径側に溝４１を設けたノズル植え込み部３３とを有している（図２参照）。
【００３３】
図４は、本実施の形態における蒸気タービンノズル１の部分断面を示したものである。図４に示すように、ノズル３のノズル植え込み部３３は、ノズル植え込み部３３の溝４１を形成するとともに、パッキンリング４と嵌合するノズル凸部３４を有している。また、パッキンリング４は、ノズル３のノズル植え込み部３３のノズル凸部３４と嵌合するパッキンリング凹部４２と、当該パッキンリング凹部４２のノズル板３２側に配置されたパッキンリング凸部４３とを有している。
【００３４】
ここで、ノズル植え込み部３３の溝４１の深さＴ２の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）は、０．８５以下となっている。また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４のパッキンリング凸部４３の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）は、０．３以上となっている（図４参照）。
【００３５】
また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４のパッキンリング凸部４３の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）は、０．８以上となっている（図４参照）。
【００３６】
また、図７に示すように、パッキンリング４に、コイルバネ収納部６を設け、当該コイルバネ収納部６内に一端５ａがコイルバネ収納部６内に連結または単に載置され、他端５ｂがノズル植え込み部３３のノズル植え込み部上部壁３３ａに連結または当接されたコイルバネ５が収納配置しても良い。
【００３７】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００３８】
蒸気タービン動翼（図示せず）が長くなると、蒸気タービン動翼にかかる遠心力が大きくなり、蒸気タービン動翼特にその植え込み部に負荷がかかりすぎてしまう。このため、蒸気タービン動翼を短くする必要があるが、この蒸気タービン動翼の長さは、一般にノズル３とパッキンリング４の高さの合計値に対応している。
【００３９】
このため、蒸気タービン動翼の長さを短くするためには、ノズル３とパッキンリング４の高さの合計を小さくすればよく、ノズル植え込み部３３の高さＴ１を小さくすることは、蒸気タービン動翼にかかる負荷を軽減するためには有益である。
【００４０】
また、蒸気タービンノズル１の耐久性を向上させるためには、断面二次モーメントを大きくさせるようノズル３のノズル植え込み部３３に挿入されるパッキンリング４の断面積を大きくすることが好ましい。このため、パッキンリング４の挿入されるノズル植え込み部３３内に形成される溝４１をできるだけ大きくすることが好ましい。
【００４１】
一方、ノズル板３２とノズル植え込み部３３の溝４１との間のノズル植え込み部上部壁３３ａの幅Ｔ３の厚みが薄くなりすぎると、図５（ｂ）に示すように、ノズル植え込み部上部壁３３ａは変形してしまい、ノズル植え込み部３３のＡ部とＢ部に同程度の剪断応力が発生する。このため、ノズル植え込み部３３の耐久性が著しく低下してしまう。
【００４２】
ここで、ノズル植え込み部３３の溝４１の深さＴ２の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）が、０．８５より大きくなると、図５（ｂ）に示すように変形してしまう。これに対して本発明によれば、蒸気タービンノズル１のノズル植え込み部３３の溝４１の深さＴ２の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）が、０．８５以下となっているので、図５（ａ）に示すように正常なノズル植え込み部上部壁３３ａを維持することができる。
【００４３】
また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４のパッキンリングの凸部の高さＴ４が小さくなりすぎると、図６（ａ）に示すように、蒸気タービンノズル１が大きく変形してしまう。
【００４４】
そして、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）が、０．３より小さくなると、図６（ａ）に示すように、蒸気タービンノズル１が大きく変形してしまう。
【００４５】
これに対して本発明によれば、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）が、０．３以上となっているため、図６（ｂ）に示すように蒸気タービンノズル１の変形量を小さく維持することができる。
【００４６】
また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）は、０．８以上になっている。このため、ノズル植え込み部３３内に挿入されるパッキンリング４の断面の断面積が大きくなり、パッキンリング４の断面二次モーメントを大きくすることができるので、パッキンリング４の耐久性を向上させることができる。
【００４７】
なお、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）を、０．８以上とする代わりに、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５と、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４との差（Ｔ５−Ｔ４）を、２ｍｍ以上にしても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
さらに、図７に示すように、パッキンリング４にコイルバネ収納部６を設け、コイルバネ５を設けることにより、蒸気タービンノズル１の内径側に配置されたロータ（図示せず）とのラビングを防止することもできる。
【００４９】
また、コイルバネ５は、板ばねなどのように大きなスペースをなくても取り付けることができる。このため、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング凸部４３の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）を０．８以上になるよう調整することができる。また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５と、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング凸部４３の高さＴ４との差（Ｔ５−Ｔ４）を２ｍｍ以上になるよう調整することもできる。
【００５０】
なお、ノズル３とパッキンリング４との間にバランス良く弾性力が働くよう、コイルバネ５及びコイルバネ収納部６を設ける場合には、各パッキンリング４に対して、少なくとも２カ所設けられることが好ましい。
【００５１】
第３の実施の形態
次に図８及び図９により本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、各図において図４乃至図７に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図８及び図９に示す第３の実施の形態は、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率が０．５以上であり、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率が０．７以上であるパッキンリング４を用いたものであり、他は図４乃至図７に示す第２の実施の形態と略同一である。
【００５２】
ノズル植え込み部３３内に配置されるパッキンリング４の断面の断面積を大きくすることにより、パッキンリング４の断面二次モーメントを大きくすることができるため、パッキンリング４の耐久性を向上させることができる。
【００５３】
次にパッキンリング４の断面形状と剛性の関係について述べる。
【００５４】
パッキンリング４の剛性は、パッキンリング４の断面二次モーメントにより変化する。また、この断面二次モーメントは、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６及びパッキンリング凹部４２の幅Ｔ８により変化する。
【００５５】
図９は、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）の変化と、断面二次モーメントの変化量との関係を示し、かつパッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）の変化と、断面二次モーメントの変化量との関係を示している。
【００５６】
図９に示すように、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）を増加させることにより、断面二次モーメントを大きく変化させることができ、これにより、パッキンリング４の剛性を大きくすることができる。一方、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）を増加させても、断面二次モーメントはあまり変化しない。このため、パッキンリング４の剛性は大きく変化しない。
【００５７】
パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７を変化させて、パッキンリング４の撓み量をシミュレーションにより数値計算すると、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）の変化と、パッキンリング４の撓み量の変化との関係は図１０に示したようになる。このため、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が、０．４の値よりも大きくなると、パッキンリング４の撓み量は、５ｍｍ以下となりほとんど変化しなくなるため、ロバスト性の高い安全な設計を行うことができる。
【００５８】
なお、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が０．４以上の値をとったとき、パッキンリング４の撓み量は、一般的に蒸気タービンが正常に運転できるために許容される値を下回っている。
【００５９】
また、安全で信頼性の高い蒸気タービンノズル１を得るためには、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が０．４以上になることが好ましい。
【００６０】
また図８において、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８を小さくし、パッキンリング凸部４３とパッキンリング凹部４２との段差Ｔ９を大きくすると、パッキンリング４がノズル植え込み部３３と嵌合するパッキンリング凹部４２で発生するモーメントが大きくなり、パッキンリング４のＣ部に発生する応力が大きくなる。
【００６１】
このため、パッキンリング凸部４３とパッキンリング凹部４２との段差Ｔ９が小さくなるように、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）は、できるだけ大きいほうが耐久性の高いパッキンリング４を得ることができる。
【００６２】
パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８を変化させてＣ部にかかる応力をシミュレーションして数値計算すると、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）が０．７より小さな値になったとき、パッキンリング４のＣ部の応力は、一般的に蒸気タービン（図示せず）が正常に運転できるために許容される応力値を上回ってしまう。これに対して本発明によれば、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）は０．７以上になっている。このため、パッキンリング４のＣ部に発生する応力が大きくなりすぎることを防止することができ、蒸気タービンを正常に運転することができる。
【００６３】
第４の実施の形態
次に図１１及び図１２より本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、図１１及び図１２において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図１１に示す第４の実施の形態は、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に、外輪２、ノズル板３２及びパッキンリング４の各材料よりも線膨張係数の大きなコーキング部材４４を設ける、もしくはパッキンリング４と、ノズル３のノズル植え込み部３３との間にずれ防止コーキング部材４５を配置、あるいは両者を併用したものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６４】
蒸気タービンノズル１は、使用されると温度が上昇する。このため、蒸気タービンノズル１の各構成部材が熱膨張し、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に隙間が生じることがある。
【００６５】
このため図１１に示すように、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に、外輪２、ノズル板３２及びパッキンリング４の各材料よりも線膨張係数の大きなコーキング部材４４を設けることにより、蒸気タービンノズル１の温度が上昇しても、パッキンリング４間に発生する隙間が、コーキング部材４４によって覆われた状態を保つことができる。このため、蒸気タービンノズル１の耐久性を向上させることができる。
【００６６】
また、蒸気タービンノズル１が使用され、温度が上昇することによって、ノズル３と、パッキンリング４との間にすき間が生じ、蒸気タービンを駆動することによる振動等によってパッキンリング４が周方向に回転することがある。
【００６７】
このようにパッキンリング４が周方向への回転した場合、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１が、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に一致してしまったり、各ノズル３間の繋ぎ目５１と、各パッキンリング４間の繋ぎ目５２とが、一致しまったりすることがある。
【００６８】
これに対して本発明によれば、図１２に示したように、パッキンリング４と、ノズル３のノズル植え込み部３３との間にずれ防止コーキング部材４５を配置することにより、パッキンリング４が周方向に回転することを防止することができ、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１が、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に一致することはなく、また各ノズル３間の繋ぎ目５１と、各パッキンリング４間の繋ぎ目５２とが、一致することはない。
【００６９】
ところで、上述した各実施の形態で示した蒸気タービンノズル１を用いて蒸気タービンを製造することにより、動翼の高さが小さくコンパクトで、かつ耐久性の高い蒸気タービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による蒸気タービンノズルの第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】本発明による蒸気タービンノズルの第１の実施の形態を示す構成図。
【図３】本発明による蒸気タービンノズルの第１の実施の形態の変形例を示す概略図。
【図４】本発明による蒸気タービンノズルの第２の実施の形態における各領域の比率を示す断面図。
【図５】ノズルのノズル植え込み部の変形の様子を示す断面図。
【図６】ノズル及びパッキンリングの柔軟性の変形の様子を示す断面図。
【図７】本発明による蒸気タービンノズルの第２の実施の形態におけるコイルバネを示す断面図。
【図８】本発明による蒸気タービンノズルの第３の実施の形態における各領域の比率を示す断面図。
【図９】本発明による蒸気タービンノズルの第３の実施の形態におけるパッキンリングに発生する断面二次モーメントの変化を示すグラフ。
【図１０】本発明による蒸気タービンノズルの第３の実施の形態におけるＴ７／Ｔ６に対する撓み量の変化を示すグラフ。
【図１１】本発明による蒸気タービンノズルの第４の実施の形態を示す概略図。
【図１２】本発明による蒸気タービンノズルの第４の実施の形態を示す断面図。
【図１３】従来の蒸気タービンノズルを示す概略図。
【符号の説明】
【００７１】
１ 蒸気タービンノズル
２ 外輪
２ａ、２ｂ 部分
３ ノズル
４ パッキンリング
５ コイルバネ
１１ 案内溝
３１ ノズル挿着部
３２ ノズル板
３３ ノズル植え込み部
３４ ノズル凸部
４１ 溝
４２ パッキンリング凹部
４３ パッキンリング凸部
４４ コーキング部材
４５ ずれ防止コーキング部材
５１ ノズル間の繋ぎ目
５２ パッキンリング間の繋ぎ目
５３ 外輪の部分間の繋ぎ目
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐久性の高い蒸気タービンノズル及び蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気タービンノズルは、外輪、ノズル板、内輪及びパッキンリングを組み合わせた形状が主流であったが、蒸気タービンノズルをコンパクトにするために、内輪の無い形状のものも提案されている。内輪の無い形式の蒸気タービンノズルにおいては、ノズルの根本側（ロータ側）に、パッキンリングを設ける発明がなされている。（例えば、特許文献１乃至３）。
【特許文献１】特開平７−３２４６０１
【特許文献２】特開平１１−２００８０１
【特許文献３】特開２０００−９７３５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内輪の無い形状の蒸気タービンノズルを図１３に示す。図１３において、このような内輪のない蒸気タービンノズル１には、ノズルの根本側をしめる強度部材（内輪）が無いため、剛性が低く耐久性が低かった。またノズルの根本側にパッキンリングを配置していたとしても、図１３に示すように、ノズル３間の繋ぎ目５１と、パッキンリング４間の繋ぎ目５２とは、互いに対向して配置されていたため、その強度は十分ではなかった。
【０００４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、コンパクトな形状を有するとともに、耐久性の高い蒸気タービンノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、この外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、ノズル挿着部に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、前記ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、前記ノズル間の繋ぎ目と、前記パッキンリング間の繋ぎ目とは、互いにずれて配置されていることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【０００６】
本発明は、少なくとも２以上の部分に分離自在であるとともに、内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、前記外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、このノズル挿着部に連結もしくはこのノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはこのノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、前記ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、前記外輪の部分間の繋ぎ目は、ノズル間の繋ぎ目及びパッキンリング間の繋ぎ目に対応して配置され、外輪の部分間の繋ぎ目に対応しないノズル間の繋ぎ目は、パッキンリング間の繋ぎ目と互いにずれて、配置されていることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【０００７】
本発明は、内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、この外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、このノズル挿着部に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、ノズルのノズル植え込み部は、ノズル植え込み部の溝を形成するとともに、パッキンリングと嵌合するノズル凸部を有し、パッキンリングは、ノズルのノズル植え込み部のノズル凸部と嵌合するパッキンリング凹部と、当該パッキンリング凹部のノズル板側に配置されたパッキンリング凸部とを有し、ノズル植え込み部の溝の深さＴ２の、ノズル植え込み部の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）が０．８５以下であり、かつノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４の、ノズル植え込み部の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）が０．３以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【０００８】
本発明は、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４の、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側の溝の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）が０．８以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【０００９】
本発明は、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側の溝の深さＴ５と、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４との差（Ｔ５−Ｔ４）が２ｍｍ以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１０】
本発明は、パッキンリングは、パッキンリング凸部の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が０．５以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１１】
本発明は、パッキンリング凹部の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）が０．７以上であることを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１２】
本発明は、パッキンリングと、ノズルのノズル植え込み部との間にコイルバネを配置したことを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１３】
本発明は、パッキンリングの繋ぎ目に、外輪、ノズル板及びパッキンリングの各材料よりも線膨張係数の大きなコーキング部材を設けたことを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１４】
本発明は、パッキンリングと、ノズルのノズル植え込み部との間に、ずれ防止コーキング部材を配置したことを特徴とする蒸気タービンノズルである。
【００１５】
本発明は、上述の蒸気タービンノズルを用いた蒸気タービンである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、コンパクトな形状を有するとともに、耐久性の高い蒸気タービンノズルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１の実施の形態
以下、本発明に係る蒸気タービンノズル１の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図３は本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本実施の形態の蒸気タービンノズル１は、外輪２が部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３を介して上半部タービンノズル部分２ａと下半部タービンノズル部分２ｂとに分離自在となっており、その内径側に案内溝１１を有するとともに、この案内溝１１に挿着される複数のノズル３と、ノズル３に挿着される複数の円弧状のパッキンリング４とを備えている
【００１９】
このうち各々のノズル３は、図２に示すように、外輪２の案内溝１１に挿着されるノズル挿着部３１と、ノズル挿着部３１に連結もしくは一体成形された一端３２ａを有するノズル板３２と、ノズル板３２の他端３２ｂに連結もしくは一体成形され、その内径側に溝４１を設けたノズル植え込み部３３とを有している。なお、ここでいう一体成形とは、１つの材料片からＮＣ加工等により一括して切削加工により形成されたものを意味しており、部品毎に加工した後に溶接等の機械的接続により形成されたものではないものである。
【００２０】
また、図２に示すように、パッキンリング４は、ノズル３のノズル植え込み部３３の溝４１に装着されている。なお、図１及び図２に示す蒸気タービンノズル１において、６個の円弧状のパッキンリング４が配置されているが、ノズル３のノズル植え込み部３３の溝４１に挿入しやすくするためには、４〜８個の円弧状のパッキンリング４を用いることが好ましい。
【００２１】
また図１及び図２に示すように、上半部タービンノズル部分２ａと下半部タービンノズル部分２ｂとの間の繋ぎ目（以下、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目）５３は、ノズル３間の繋ぎ目５１及びパッキンリング４間の繋ぎ目５２に対応して配置され、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１は、パッキンリング４間の繋ぎ目５２と互いにずれて配置されている
【００２２】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００２３】
図１及び図２に示すように、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１と、パッキンリング４間の繋ぎ目５２とは、互いにずれて配置されている。すなわち、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１の外輪２の中心方向には、パッキンリング４が跨って配置されている。
【００２４】
このため、ノズル３に図１の矢印に示した力Ｆ１、Ｆ２がかかったとしても、外輪２の中心方向に跨って配置されているパッキンリング４によってノズル３の動きが抑制され、ノズル３が力Ｆ１、Ｆ２の方向にずれることがない。このため、蒸気タービンノズル１の耐久性を向上させることができる。
【００２５】
次に図３を用いて、本実施の形態の変形例について説明する。
【００２６】
図３に示に示した本実施の形態の変形例に示すように、蒸気タービンノズル１は、各ノズル３間の繋ぎ目５１と、各パッキンリング４間の繋ぎ目５２とが、互いにずれて配置されてもよい。
【００２７】
図３において、他の構成は図１及び図２に示す実施の形態と略同一である。図３において、図１及び図２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を伏して詳細な説明は省略する。
【００２８】
このように全てのノズル３間の繋ぎ目５１が、パッキンリング４間の繋ぎ目５２と互いにずれて配置されることにより、蒸気タービンノズル１は耐久性を更に向上させることができる。
【００２９】
第２の実施の形態
次に図４乃至図７により本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、図４乃至図７において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を伏して詳細な説明は省略する。
【００３０】
図４乃至図７に示す第２の実施の形態は、ノズル３及びパッキンリング４が特定の構成を有するものであり、他の構成は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３１】
図４乃至図７に示す第２の実施の形態は、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３を介して上半部タービンノズル部分２ａと下半部タービンノズル部分２ｂとに分離自在であり、その内径側に案内溝１１を有するとともに、この案内溝１１に挿着される複数のノズル３と、ノズル３に挿着される複数の円弧状のパッキンリング４とを備えている（図１乃至図３参照）。
【００３２】
このうち複数のノズル３は、ノズル挿着部３１と、ノズル挿着部３１に連結もしくは一体成形された一端３２ａを有するノズル板３２と、ノズル板３２の他端３２ｂに連結もしくは一体成形され、その内径側に溝４１を設けたノズル植え込み部３３とを有している（図２参照）。
【００３３】
図４は、本実施の形態における蒸気タービンノズル１の部分断面を示したものである。図４に示すように、ノズル３のノズル植え込み部３３は、ノズル植え込み部３３の溝４１を形成するとともに、パッキンリング４と嵌合するノズル凸部３４を有している。また、パッキンリング４は、ノズル３のノズル植え込み部３３のノズル凸部３４と嵌合するパッキンリング凹部４２と、当該パッキンリング凹部４２のノズル板３２側に配置されたパッキンリング凸部４３とを有している。
【００３４】
ここで、ノズル植え込み部３３の溝４１の深さＴ２の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）は、０．８５以下となっている。また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４のパッキンリング凸部４３の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）は、０．３以上となっている（図４参照）。
【００３５】
また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４のパッキンリング凸部４３の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）は、０．８以上となっている（図４参照）。
【００３６】
また、図７に示すように、パッキンリング４に、コイルバネ収納部６を設け、当該コイルバネ収納部６内に一端５ａがコイルバネ収納部６内に連結または単に載置され、他端５ｂがノズル植え込み部３３のノズル植え込み部上部壁３３ａに連結または当接されたコイルバネ５が収納配置しても良い。
【００３７】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
【００３８】
蒸気タービン動翼（図示せず）が長くなると、蒸気タービン動翼にかかる遠心力が大きくなり、蒸気タービン動翼特にその植え込み部に負荷がかかりすぎてしまう。このため、蒸気タービン動翼を短くする必要があるが、この蒸気タービン動翼の長さは、一般にノズル３とパッキンリング４の高さの合計値に対応している。
【００３９】
このため、蒸気タービン動翼の長さを短くするためには、ノズル３とパッキンリング４の高さの合計を小さくすればよく、ノズル植え込み部３３の高さＴ１を小さくすることは、蒸気タービン動翼にかかる負荷を軽減するためには有益である。
【００４０】
また、蒸気タービンノズル１の耐久性を向上させるためには、断面二次モーメントを大きくさせるようノズル３のノズル植え込み部３３に挿入されるパッキンリング４の断面積を大きくすることが好ましい。このため、パッキンリング４の挿入されるノズル植え込み部３３内に形成される溝４１をできるだけ大きくすることが好ましい。
【００４１】
一方、ノズル板３２とノズル植え込み部３３の溝４１との間のノズル植え込み部上部壁３３ａの幅Ｔ３の厚みが薄くなりすぎると、図５（ｂ）に示すように、ノズル植え込み部上部壁３３ａは変形してしまい、ノズル植え込み部３３のＡ部とＢ部に同程度の剪断応力が発生する。このため、ノズル植え込み部３３の耐久性が著しく低下してしまう。
【００４２】
ここで、ノズル植え込み部３３の溝４１の深さＴ２の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）が、０．８５より大きくなると、図５（ｂ）に示すように変形してしまう。これに対して本発明によれば、蒸気タービンノズル１のノズル植え込み部３３の溝４１の深さＴ２の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）が、０．８５以下となっているので、図５（ａ）に示すように正常なノズル植え込み部上部壁３３ａを維持することができる。
【００４３】
また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４のパッキンリングの凸部の高さＴ４が小さくなりすぎると、図６（ａ）に示すように、蒸気タービンノズル１が大きく変形してしまう。
【００４４】
そして、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）が、０．３より小さくなると、図６（ａ）に示すように、蒸気タービンノズル１が大きく変形してしまう。
【００４５】
これに対して本発明によれば、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）が、０．３以上となっているため、図６（ｂ）に示すように蒸気タービンノズル１の変形量を小さく維持することができる。
【００４６】
また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）は、０．８以上になっている。このため、ノズル植え込み部３３内に挿入されるパッキンリング４の断面の断面積が大きくなり、パッキンリング４の断面二次モーメントを大きくすることができるので、パッキンリング４の耐久性を向上させることができる。
【００４７】
なお、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）を、０．８以上とする代わりに、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５と、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング４の高さＴ４との差（Ｔ５−Ｔ４）を、２ｍｍ以上にしても同様の効果を得ることができる。
【００４８】
さらに、図７に示すように、パッキンリング４にコイルバネ収納部６を設け、コイルバネ５を設けることにより、蒸気タービンノズル１の内径側に配置されたロータ（図示せず）とのラビングを防止することもできる。
【００４９】
また、コイルバネ５は、板ばねなどのように大きなスペースをなくても取り付けることができる。このため、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング凸部４３の高さＴ４の、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）を０．８以上になるよう調整することができる。また、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側の溝４１の深さＴ５と、ノズル植え込み部３３のノズル凸部３４よりノズル板３２側に配置されたパッキンリング凸部４３の高さＴ４との差（Ｔ５−Ｔ４）を２ｍｍ以上になるよう調整することもできる。
【００５０】
なお、ノズル３とパッキンリング４との間にバランス良く弾性力が働くよう、コイルバネ５及びコイルバネ収納部６を設ける場合には、各パッキンリング４に対して、少なくとも２カ所設けられることが好ましい。
【００５１】
第３の実施の形態
次に図８及び図９により本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、各図において図４乃至図７に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図８及び図９に示す第３の実施の形態は、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率が０．５以上であり、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率が０．７以上であるパッキンリング４を用いたものであり、他は図４乃至図７に示す第２の実施の形態と略同一である。
【００５２】
ノズル植え込み部３３内に配置されるパッキンリング４の断面の断面積を大きくすることにより、パッキンリング４の断面二次モーメントを大きくすることができるため、パッキンリング４の耐久性を向上させることができる。
【００５３】
次にパッキンリング４の断面形状と剛性の関係について述べる。
【００５４】
パッキンリング４の剛性は、パッキンリング４の断面二次モーメントにより変化する。また、この断面二次モーメントは、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６及びパッキンリング凹部４２の幅Ｔ８により変化する。
【００５５】
図９は、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）の変化と、断面二次モーメントの変化量との関係を示し、かつパッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）の変化と、断面二次モーメントの変化量との関係を示している。
【００５６】
図９に示すように、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）を増加させることにより、断面二次モーメントを大きく変化させることができ、これにより、パッキンリング４の剛性を大きくすることができる。一方、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）を増加させても、断面二次モーメントはあまり変化しない。このため、パッキンリング４の剛性は大きく変化しない。
【００５７】
パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７を変化させて、パッキンリング４の撓み量をシミュレーションにより数値計算すると、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）の変化と、パッキンリング４の撓み量の変化との関係は図１０に示したようになる。このため、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が、０．４の値よりも大きくなると、パッキンリング４の撓み量は、５ｍｍ以下となりほとんど変化しなくなるため、ロバスト性の高い安全な設計を行うことができる。
【００５８】
なお、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が０．４以上の値をとったとき、パッキンリング４の撓み量は、一般的に蒸気タービンが正常に運転できるために許容される値を下回っている。
【００５９】
また、安全で信頼性の高い蒸気タービンノズル１を得るためには、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部３３の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が０．４以上になることが好ましい。
【００６０】
また図８において、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８を小さくし、パッキンリング凸部４３とパッキンリング凹部４２との段差Ｔ９を大きくすると、パッキンリング４がノズル植え込み部３３と嵌合するパッキンリング凹部４２で発生するモーメントが大きくなり、パッキンリング４のＣ部に発生する応力が大きくなる。
【００６１】
このため、パッキンリング凸部４３とパッキンリング凹部４２との段差Ｔ９が小さくなるように、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）は、できるだけ大きいほうが耐久性の高いパッキンリング４を得ることができる。
【００６２】
パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８を変化させてＣ部にかかる応力をシミュレーションして数値計算すると、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）が０．７より小さな値になったとき、パッキンリング４のＣ部の応力は、一般的に蒸気タービン（図示せず）が正常に運転できるために許容される応力値を上回ってしまう。これに対して本発明によれば、パッキンリング凹部４２の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部４３の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）は０．７以上になっている。このため、パッキンリング４のＣ部に発生する応力が大きくなりすぎることを防止することができ、蒸気タービンを正常に運転することができる。
【００６３】
第４の実施の形態
次に図１１及び図１２より本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、図１１及び図１２において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。図１１に示す第４の実施の形態は、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に、外輪２、ノズル板３２及びパッキンリング４の各材料よりも線膨張係数の大きなコーキング部材４４を設ける、もしくはパッキンリング４と、ノズル３のノズル植え込み部３３との間にずれ防止コーキング部材４５を配置、あるいは両者を併用したものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００６４】
蒸気タービンノズル１は、使用されると温度が上昇する。このため、蒸気タービンノズル１の各構成部材が熱膨張し、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に隙間が生じることがある。
【００６５】
このため図１１に示すように、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に、外輪２、ノズル板３２及びパッキンリング４の各材料よりも線膨張係数の大きなコーキング部材４４を設けることにより、蒸気タービンノズル１の温度が上昇しても、パッキンリング４間に発生する隙間が、コーキング部材４４によって覆われた状態を保つことができる。このため、蒸気タービンノズル１の耐久性を向上させることができる。
【００６６】
また、蒸気タービンノズル１が使用され、温度が上昇することによって、ノズル３と、パッキンリング４との間にすき間が生じ、蒸気タービンを駆動することによる振動等によってパッキンリング４が周方向に回転することがある。
【００６７】
このようにパッキンリング４が周方向への回転した場合、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１が、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に一致してしまったり、各ノズル３間の繋ぎ目５１と、各パッキンリング４間の繋ぎ目５２とが、一致しまったりすることがある。
【００６８】
これに対して本発明によれば、図１２に示したように、パッキンリング４と、ノズル３のノズル植え込み部３３との間にずれ防止コーキング部材４５を配置することにより、パッキンリング４が周方向に回転することを防止することができ、外輪２の部分２ａ，２ｂ間の繋ぎ目５３に対応しないノズル３間の繋ぎ目５１が、パッキンリング４間の繋ぎ目５２に一致することはなく、また各ノズル３間の繋ぎ目５１と、各パッキンリング４間の繋ぎ目５２とが、一致することはない。
【００６９】
ところで、上述した各実施の形態で示した蒸気タービンノズル１を用いて蒸気タービンを製造することにより、動翼の高さが小さくコンパクトで、かつ耐久性の高い蒸気タービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による蒸気タービンノズルの第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】本発明による蒸気タービンノズルの第１の実施の形態を示す構成図。
【図３】本発明による蒸気タービンノズルの第１の実施の形態の変形例を示す概略図。
【図４】本発明による蒸気タービンノズルの第２の実施の形態における各領域の比率を示す断面図。
【図５】ノズルのノズル植え込み部の変形の様子を示す断面図。
【図６】ノズル及びパッキンリングの柔軟性の変形の様子を示す断面図。
【図７】本発明による蒸気タービンノズルの第２の実施の形態におけるコイルバネを示す断面図。
【図８】本発明による蒸気タービンノズルの第３の実施の形態における各領域の比率を示す断面図。
【図９】本発明による蒸気タービンノズルの第３の実施の形態におけるパッキンリングに発生する断面二次モーメントの変化を示すグラフ。
【図１０】本発明による蒸気タービンノズルの第３の実施の形態におけるＴ７／Ｔ６に対する撓み量の変化を示すグラフ。
【図１１】本発明による蒸気タービンノズルの第４の実施の形態を示す概略図。
【図１２】本発明による蒸気タービンノズルの第４の実施の形態を示す断面図。
【図１３】従来の蒸気タービンノズルを示す概略図。
【符号の説明】
【００７１】
１ 蒸気タービンノズル
２ 外輪
２ａ、２ｂ 部分
３ ノズル
４ パッキンリング
５ コイルバネ
１１ 案内溝
３１ ノズル挿着部
３２ ノズル板
３３ ノズル植え込み部
３４ ノズル凸部
４１ 溝
４２ パッキンリング凹部
４３ パッキンリング凸部
４４ コーキング部材
４５ ずれ防止コーキング部材
５１ ノズル間の繋ぎ目
５２ パッキンリング間の繋ぎ目
５３ 外輪の部分間の繋ぎ目
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、
この外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、ノズル挿着部に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、
前記ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、
前記ノズル間の繋ぎ目と、前記パッキンリング間の繋ぎ目とは、互いにずれて配置されていることを特徴とする蒸気タービンノズル。
【請求項２】
少なくとも２以上の部分に分離自在であるとともに、内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、
前記外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、このノズル挿着部に連結もしくはこのノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはこのノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、
前記ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、
前記外輪の部分間の繋ぎ目は、ノズル間の繋ぎ目及びパッキンリング間の繋ぎ目に対応して配置され、
外輪の部分間の繋ぎ目に対応しないノズル間の繋ぎ目は、パッキンリング間の繋ぎ目と互いにずれて、配置されていることを特徴とする蒸気タービンノズル。
【請求項３】
内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、
この外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、このノズル挿着部に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、
ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、
ノズルのノズル植え込み部は、ノズル植え込み部の溝を形成するとともに、パッキンリングと嵌合するノズル凸部を有し、
パッキンリングは、ノズルのノズル植え込み部のノズル凸部と嵌合するパッキンリング凹部と、当該パッキンリング凹部のノズル板側に配置されたパッキンリング凸部とを有し、
ノズル植え込み部の溝の深さＴ２の、ノズル植え込み部の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）が０．８５以下であり、かつノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４の、ノズル植え込み部の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）が０．３以上であることを特徴とする蒸気タービンノズル。
【請求項４】
ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４の、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側の溝の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）が０．８以上であることを特徴とする請求項３記載の蒸気タービンノズル。
【請求項５】
ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側の溝の深さＴ５と、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４との差（Ｔ５−Ｔ４）が２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の蒸気タービンノズル。
【請求項６】
パッキンリングは、パッキンリング凸部の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が０．５以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の蒸気タービンノズル。
【請求項７】
パッキンリング凹部の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）が０．７以上であることを特徴とする請求項６記載の蒸気タービンノズル。
【請求項８】
パッキンリングと、ノズルのノズル植え込み部との間にコイルバネを配置したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蒸気タービンノズル。
【請求項９】
パッキンリングの繋ぎ目に、外輪、ノズル板及びパッキンリングの各材料よりも線膨張係数の大きなコーキング部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の蒸気タービンノズル。
【請求項１０】
パッキンリングと、ノズルのノズル植え込み部との間に、ずれ防止コーキング部材を配置したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蒸気タービンノズル。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の蒸気タービンノズルを用いた蒸気タービン。
【請求項１】
内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、
この外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、ノズル挿着部に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、
前記ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、
前記ノズル間の繋ぎ目と、前記パッキンリング間の繋ぎ目とは、互いにずれて配置されていることを特徴とする蒸気タービンノズル。
【請求項２】
少なくとも２以上の部分に分離自在であるとともに、内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、
前記外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、このノズル挿着部に連結もしくはこのノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはこのノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、
前記ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、
前記外輪の部分間の繋ぎ目は、ノズル間の繋ぎ目及びパッキンリング間の繋ぎ目に対応して配置され、
外輪の部分間の繋ぎ目に対応しないノズル間の繋ぎ目は、パッキンリング間の繋ぎ目と互いにずれて、配置されていることを特徴とする蒸気タービンノズル。
【請求項３】
内径側に案内溝を有する円形状の外輪と、
この外輪の案内溝に挿着されるノズル挿着部と、このノズル挿着部に連結もしくはノズル挿着部と一体成形された一端を有するノズル板と、このノズル板の他端に連結もしくはノズル板と一体成形され、内径側に溝を設けたノズル植え込み部とを有する複数のノズルと、
ノズルのノズル植え込み部の溝に挿着される複数の円弧状のパッキンリングとを備え、
ノズルのノズル植え込み部は、ノズル植え込み部の溝を形成するとともに、パッキンリングと嵌合するノズル凸部を有し、
パッキンリングは、ノズルのノズル植え込み部のノズル凸部と嵌合するパッキンリング凹部と、当該パッキンリング凹部のノズル板側に配置されたパッキンリング凸部とを有し、
ノズル植え込み部の溝の深さＴ２の、ノズル植え込み部の高さＴ１に対する比率（Ｔ２／Ｔ１）が０．８５以下であり、かつノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４の、ノズル植え込み部の高さＴ１に対する比率（Ｔ４／Ｔ１）が０．３以上であることを特徴とする蒸気タービンノズル。
【請求項４】
ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４の、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側の溝の深さＴ５に対する比率（Ｔ４／Ｔ５）が０．８以上であることを特徴とする請求項３記載の蒸気タービンノズル。
【請求項５】
ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側の溝の深さＴ５と、ノズル植え込み部のノズル凸部よりノズル板側に配置されたパッキンリングに設けた凸部の高さＴ４との差（Ｔ５−Ｔ４）が２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の蒸気タービンノズル。
【請求項６】
パッキンリングは、パッキンリング凸部の幅Ｔ７の、ノズル植え込み部の幅Ｔ６に対する比率（Ｔ７／Ｔ６）が０．５以上であることを特徴とする請求項３又は４に記載の蒸気タービンノズル。
【請求項７】
パッキンリング凹部の幅Ｔ８の、パッキンリング凸部の幅Ｔ７に対する比率（Ｔ８／Ｔ７）が０．７以上であることを特徴とする請求項６記載の蒸気タービンノズル。
【請求項８】
パッキンリングと、ノズルのノズル植え込み部との間にコイルバネを配置したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蒸気タービンノズル。
【請求項９】
パッキンリングの繋ぎ目に、外輪、ノズル板及びパッキンリングの各材料よりも線膨張係数の大きなコーキング部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の蒸気タービンノズル。
【請求項１０】
パッキンリングと、ノズルのノズル植え込み部との間に、ずれ防止コーキング部材を配置したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の蒸気タービンノズル。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の蒸気タービンノズルを用いた蒸気タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−１２０３２１（Ｐ２００７−１２０３２１Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０９８００（Ｐ２００５−３０９８００）
【出願日】平成１７年１０月２５日（２００５．１０．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２５日（２００５．１０．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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