特表2019-519712(P2019-519712A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特表2019-519712軸線方向に挿入するバケット用のマージンバケットダブテールの半径方向支持機能
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2019-519712(P2019-519712A)
(43)【公表日】2019年7月11日
(54)【発明の名称】軸線方向に挿入するバケット用のマージンバケットダブテールの半径方向支持機能
(51)【国際特許分類】
   F01D 5/32 20060101AFI20190621BHJP
【FI】
   F01D5/32
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2018-561613(P2018-561613)
(86)(22)【出願日】2017年5月22日
(85)【翻訳文提出日】2019年1月21日
(86)【国際出願番号】US2017033752
(87)【国際公開番号】WO2017205246
(87)【国際公開日】20171130
(31)【優先権主張番号】62/342,355
(32)【優先日】2016年5月27日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100113974
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 拓人
(72)【発明者】
【氏名】バードギック,スティーヴン・セバスティアン
(72)【発明者】
【氏名】リゴス,ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ファリノー,トマス・ジョセフ
【テーマコード(参考)】
3G202
【Fターム(参考)】
3G202FA04
3G202FA06
3G202FB00
(57)【要約】
本出願は、蒸気タービンを提供する。蒸気タービンは、複数のロータホイールスロット(130)と、ロータホイールスロット(130)に配置された複数のバケット(120)と、各バケットと各ロータホイールスロットとの間に配置された、半径方向支持組立体とを備えてもよい。半径方向支持組立体は、1つ以上のばね(160、200)と、1つ以上のシム(180、210)とを備えてもよい。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のロータホイールスロットと、
複数の前記ロータホイールスロットに配置された、複数のバケット(38、120)と、
複数の前記各バケット(38、120)と、複数の前記各ロータホイールスロットとの間に配置された、半径方向支持組立体(100、250)と
を備え、
前記半径方向支持組立体(100、250)が、1つ以上のばね(66、160、200、290)と、1つ以上のシム(180、210、310)とを含む、
蒸気タービン(10)。
【請求項2】
複数の前記各バケット(38、120)が、ダブテール(48、110)を備える、請求項1に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項3】
複数の前記各ロータホイールスロットが、ダブテールスロット(58、130)を備える、請求項2に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項4】
1つ以上の前記シム(180、210、310)が、中間シム(180)を含む、請求項1に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項5】
1つ以上の前記ばね(66、160、200、290)が、前記中間シム(180)の第1の側にある第1のばねと、前記中間シム(180)の第2の側にある第2のばねとを含む、請求項4に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項6】
前記半径方向支持組立体(100、250)が、1つ以上のばねポケット(68、170、220、300)を備える、請求項5に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項7】
1つ以上の前記シム(180、210、310)が、ロックシム(210)を含む、請求項1に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項8】
前記半径方向支持組立体(100、250)が、ロックシムキャビティ(230)を備える、請求項7に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項9】
前記半径方向支持組立体(100、250)が、一対のばねポケット(68、170、220、300)と、1つの前記ばね(66、160、200、290)とを備える、請求項7に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項10】
前記ロックシム(210)が、先細の端部を有する、請求項7に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項11】
複数の前記各バケット(38、120)が、1つ以上のステークブレードダブテール角部(270)を有する、請求項1に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項12】
1つ以上の前記シム(180、210、310)が、端部シム(310)を含む、請求項1に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項13】
1つ以上の前記シム(180、210、310)が、一対の端部シム(310)を含む、請求項12に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項14】
1つ以上の前記ばね(66、160、200、290)が、前記一対の端部シム(310)内に一対のばね(290)を含む、請求項13に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項15】
第1の複数のバケット(38、120)をロータホイールスロットに軸線方向に挿入するステップと、
前記第1の複数のバケット(38、120)と、前記ロータホイールスロットとの間に、中間シム組立体(150、260)を配置するステップと、
第2の複数のバケット(38、120)を前記ロータホイールスロットに軸線方向に挿入するステップと、
前記第2の複数のバケット(38、120)と、前記ロータホイールスロットとの間に、ロックシム組立体(190、280)を配置するステップと
を含む、
ロータホイールにバケット(38、120)を組み付ける方法。
【請求項16】
複数のロータホイールダブテールスロット(58、130)と、
前記複数のロータホイールダブテールスロット(58、130)に配置された、複数のバケットダブテール(48、110)と、
複数の前記各バケットダブテール(48、110)と、複数の前記各ロータホイールダブテールスロット(58、130)との間に配置された、半径方向支持組立体(100、250)と
を備え、
前記半径方向支持組立体(100、250)が、1つ以上のばねポケット(68、170、220、300)に配置された1つ以上のばね(66、160、200、290)と、1つ以上のシム(180、210、310)とを含む、
蒸気タービン(10)。
【請求項17】
1つ以上の前記シム(180、210、310)が、中間シム(180)を含む、請求項16に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項18】
1つ以上の前記シム(180、210、310)が、ロックシム(210)を含む、請求項16に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項19】
複数の前記各バケットダブテール(48、110)が、1つ以上のステークブレードダブテール角部(270)を含む、請求項16に記載の蒸気タービン(10)。
【請求項20】
1つ以上の前記シム(180、210、310)が、端部シム(310)を含む、請求項16に記載の蒸気タービン(10)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願およびその結果の特許は、一般に蒸気タービンに関し、より詳細には、低圧蒸気タービンなどで用いられるバケットを軸線方向に挿入するための、マージンバケットダブテールの半径方向支持機能に関する。
【背景技術】
【0002】
ガスタービン、および蒸気タービンなどの、少なくともいくつかの知られているタービンエンジンは、軸線方向に挿入するバケット、すなわちロータブレードを使用しており、ロータブレードは、バケットをロータ軸線とほぼ平行に摺動させて、ロータホイールに画定された相手側のダブテールスロットに入れることによって、ロータホイールに結合される。同様に、いくつかの知られているバケットは、半径方向内側に突出するダブテールを備え、これは、ロータホイールに形成されたダブテールスロットに嵌合する。ダブテールスロットは、ロータホイールの周囲で互いに周方向に離間される。
【0003】
最終段のバケットの大部分は、長さおよび重さが著しく大きい。(回転装置の)低速運転中は、バケットはロータダブテール内で動くことができる。この望ましくない動きにより、軸線方向、または湾曲した軸線方向に挿入するバケット設計のバケット、および/またはロータダブテールに、著しい摩耗が生じる場合がある。バケットの組み付けを容易にするためには、いくらか動くことが望ましい場合があり、このため外側カバー端部は通常インターロック機能を有し、さらにミッドスパンのインターロック機能を有する場合もある。さらに、列の組み立てにおいて、バケットは、最後のバケットの組み付け中に互いにすれ違わせる必要がある。外側ダブテール表面に載置されたバケットを保持するために、伝統的にばねが使用されるが、このような構成は、望ましくない動作上の制限を有する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許出願公開第2015/0176417号明細書
【発明の概要】
【0005】
本願およびその結果得られる特許は、蒸気タービンを提供する。蒸気タービンは、複数のロータホイールスロットと、ロータホイールスロットに配置された複数のバケットと、各バケットと各ロータホイールスロットとの間に配置された、半径方向支持組立体とを備えてもよい。半径方向支持組立体は、1つ以上のばねと、1つ以上のシムとを備えてもよい。1つ以上のシムは、中間シム、ロックシム、および/または端部シムを含んでもよい。
【0006】
本出願およびその結果として得られる特許は、バケットをロータホイールに組み付ける方法をさらに提供する。本方法は、第1の複数のバケットをロータホイールスロットに軸線方向に挿入するステップと、第1の複数のバケットと、ロータホイールスロットとの間に、中間シム組立体を配置するステップと、第2の複数のバケットをロータホイールスロットに軸線方向に挿入するステップと、
第2の複数のバケットと、ロータホイールスロットとの間に、ロックシム組立体を配置するステップとを含んでもよい。
【0007】
本願およびその結果得られる特許は、蒸気タービンをさらに提供する。蒸気タービンは、複数のロータホイールダブテールスロットと、ロータホイールダブテールスロットに配置された複数のバケットダブテールと、各バケットダブテールと各ロータホイールダブテールスロットとの間に配置された、半径方向支持組立体とを備える。半径方向支持組立体は、1つ以上のばねポケット内に配置された1つ以上のばねと、1つ以上のシムとを備える。
【0008】
本出願および結果として得られる特許のこれらのおよび他の特徴もしくは改良は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて、以下の詳細な説明を検討することにより当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】低圧蒸気タービンの概略図である。
図2】バケットの斜視図である。
図3】ロータホイールの斜視図である。
図4】ロータホイールに配置された、バケットの側面図である。
図5】ばねを有するバケットダブテールの斜視図である。
図6】本明細書に記載されるような半径方向支持組立体の中間シム組立体を有する、バケットの底面図である。
図7図6の半径方向支持組立体の、中間シム組立体の側面図である。
図8】中間シム組立体のばねの斜視図である。
図9】中間シム組立体のシムの斜視図である。
図10】本明細書に記載されるような半径方向支持組立体のロックシム組立体を有する、バケットの底面図である。
図11図10の半径方向支持組立体の、ロックシム組立体の側面図である。
図12図10のロックシム組立体のロックシムの斜視図である。
図13図10のロックシム組立体のロックシムの斜視図である。
図14図10のロックシム組立体のロックシムの斜視図である。
図15】本明細書に記載されるような半径方向支持組立体の中間シム組立体を有する、バケットの底面図である。
図16図15の半径方向支持組立体の、中間シム組立体の側面図である。
図17】本明細書に記載されるような半径方向支持組立体のロックシム組立体を有する、バケットの側面図である。
図18図17の半径方向支持組立体の、ロックシム組立体の底面図である。
図19図17のロックシム組立体の端部シムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
ここで図面を参照すると、いくつかの図面を通して類似の符号は類似の要素を示し、図1は、例示的な対向流低圧蒸気タービン10の概略図である。蒸気タービン10は、第1の低圧部12と、第2の低圧部14とを備える。各低圧部12および14は、ダイアフラムのいくつかの段を含む。ロータホイール16は、低圧部12および14を通って延伸する。各低圧部12および14は、ノズル18および20を含む。単一の外殻またはケーシング22は、水平面に沿って、上半部24と下半部26とに軸線方向にそれぞれ分割され、低圧部12および14の両方に広がる。外殻22の中央部28は、低圧蒸気入口30を備える。外殻またはケーシング22内で、低圧部12および14は、ジャーナル軸受32および34によって支持された単一の軸受スパンで配置される。第1の低圧タービン部12と、第2の低圧タービン部14との間には、流れスプリッタが延在していてもよい。
【0011】
図2は、タービン10と共に用いられる、蒸気タービンの低圧長バケット38の斜視図である。タービンバケット38は、前縁44および後縁46で互いに結合した、正圧側40と負圧側42とを有する。正圧側40は概ね凹状であり、負圧側42は概ね凸状である。タービンバケット38は、ダブテール48と、翼形部50と、これらの間に延在する根元部52とを備える。翼形部50は、根元部52から半径方向外向きに延在し、バケット38の先端54まで長く延びる。翼形部50は、その表面にミッドスパン結合部56を備えてもよい。バケット38は、ダブテール48を介してロータホイール16に結合し、ロータホイール16から半径方向外向きに延在する。
【0012】
次に、図3に見られるように、ロータホイール16は、いくつかの相補的な形状のダブテールスロット58を備える。ダブテールスロット58は、バケット38を軸線方向に挿入するために、ロータホイール16の周囲に延在する。各ダブテールスロット58は、一般にV字形であってもよく、ダブテール48の突起および溝に対応する、軸線方向に延在する一連の突起60および溝62を備える。ダブテールスロット58は、中心軸線に対して平行であってもよく、または角度が付いていてもよい。
【0013】
ばね、「くさび」、またはダブテールの締まり嵌めを用いる現行の選択肢には、マージン段バケット組立体64、すなわち各低圧部12、14の後段には望ましくないという制限がある。バケット38の3時および9時のモーメントの負荷を克服する十分な半径方向力を提供するには、非常に大きいばねが必要になる場合がある。図5は、ダブテール48の底部70にあるバケットばねポケット68に、いくつかのばね66を追加している図である。大きいばね66によって、ダブテール底部70をかなり大きくしなければならず、それによってロータホイール16でダブテール底部70の応力が増加するために、ロータ設計の堅牢性が制限される場合がある。小さいばねは、バケット38の重さを12時の位置でのみ受けることができ、したがってロータの回転中に、向こう側の位置にサイクル動作する場合がある。また、バケットの取り付け中、またはバケットの取り付け後にばね66を取り付けることは、非常に大きい半径方向力が必要とされるため困難である。
【0014】
同様に、密なダブテール設計は、組み立てが困難になる、あるいは組み立てが不可能になるために、バケット38に対する大きな制限になる場合がある。先端54、および/または翼形部50があることによって、バケット38を真っ直ぐに滑り込ませることはできないため、最後の数個のバケットを組み付けるために、バケット38にいくらかの柔軟性が、すなわちバケット38を動かすことが必要とされる。最終的に、くさび形の設計には制限があり、これは、図4に示すように、くさびを機能させて、バケット38とロータホイール16との間のギャップ72内に保持することが困難なためである。くさびによって設計にばらつきが生じ、設計の熱過渡によって、ダブテールの応力が大きくなる可能性がある。「閉鎖グループ」のバケットに端部シムを追加することができるが、コーキングによって軸線方向に保持することは、最も望ましい方法ではないものの実際的な方法である。
【0015】
図6図14は、バケット120のダブテール110と、ロータホイール140のダブテールスロット130とに用いられる、半径方向支持組立体100の例を示す。特に、図6図9は、中間シム組立体150を示す。中間シム組立体150は、いくつかのバケットばねポケット170内に配置された、前述したものと同様のいくつかのばね160を含む。中間シム組立体150は、中間シム180をさらに含んでもよい。中間シム180は、ばね160と、バケットばねポケット170との間に延在してもよい。中間シム180は、正確な厚さを有してもよい。バケットを組み付けた後に、所望の最小半径方向ギャップを実現するために、1つ以上のシムの厚さが使用されてもよい。シム180は、特に、湾曲した入口設計を有して、現行のダブテール設計に適合するように加工されてもよい。中間シム組立体150は、必要に応じて閉鎖グループがいくらか動けるようにしながら、列の約95%に使用されてもよい。二重のばね設計と組み合わせて中間シム180を使用することにより、高価な加工、または保持機能を必要とすることなく、シム180を軸線方向に保持することが可能になる。他の部品および他の構成も本出願で用いることができる。
【0016】
図10図14は、列に組み付けられる最後の数個(5〜8個)のバケット120(「閉鎖グループ」)で使用する、ロックシム組立体190を示す。この例では、ばね200は1つのみ使用されてもよい。前述した一対のばね160、および中間シム180の代わりに、ロックシム組立体190は、先細の端部を有するロックシム210を使用してもよい。ロックシム210は、ばね200から、空いているバケットばねポケット220まで延在してもよい。列全体を組み立てた後に、ロックシム210は、バケットダブテール110と、ロータダブテールスロット130との間にある、キャビティ230に挿入されてもよい。完全にキャビティ230に挿入されると、ロックシム210はバケットポケットと係合して、それ自身が所定の場所にロックされる。したがってロックシム210により、小さい端部シムが使用され得る設計が回避され、かつ端部シムを軸線方向に保持するために、端部シムを所定の位置でピーニング(コーキング)することが回避される。これは、シムを保持するための堅牢でありながら安価な方法であり、段内の極めて少数のバケットに限定される。また、この設計は、端部から所定の位置に押し込む、または入れ込むことができるように、厚いシムブロック(厚さ約0.12インチ(約3.1ミリメートル)よりも厚い)に対して有効と考えられる。他の構成要素および他の構成を、本明細書で使用してもよい。
【0017】
半径方向支持組立体100は、したがって半半径方向力を減少させてばねの設計を簡素化することによって、より安価な設計を提供する。この設計では、幅の広いばねを収容するためにダブテール底部を著しく広げる必要がないため、ロータの設計をより堅牢にすることができる。この設計では、組み立て中必要なときにバケットを動かすことができ、列を組み立てた後は、さらに組立体の動きを制限することが可能になる。この設計では、シム構成を保持するために既存のばね構成を用いる。各バケット/くさびに設計制限があるため、組み立て中に適合させる必要はない。
【0018】
図15図16は、半径方向支持組立体250の代替的な実施形態の例を示す。半径方向支持組立体250は、バケット120のダブテール110と、ロータホイール140のダブテールスロット130とに用いられてもよい。特に、図15および図16は、中間シム組立体260を示す。前述したものと同様に、中間シム組立体260は、いくつかのバケットばねポケット170内に配置された、いくつかのばね160を含む。中間シム組立体260は、中間シム180をさらに含んでもよい。中間シム180は、ばね160と、バケットばねポケット170との間に延在してもよい。バケットダブテール110は、1つ以上のステークブレードダブテール角部270を備えてもよい。
【0019】
図17図19は、閉鎖グループ列に組み付けられる最後の数個(5〜8個)のバケット120で使用する、ロックシム組立体280を示す。一対のばね290は、前述したものと同様の一対のバケットばねポケット300内に配置されてもよい。この例では、ロックシム組立体280は、一対の端部シム310を使用してもよい。端部シム310は、ばね290から、ステークブレードダブテール角部270に向かって外向きに延在してもよい。他の構成要素および他の構成を、本明細書で使用してもよい。
【0020】
端部シム310は、バケット120に対する適切な半径方向ギャップ制限を実現するために用いられてもよい。その後、端部シム310は、ダブテール110の底部にあるバケットダブテール角部における、ピーニングまたはコーキング作業によって、軸線方向に保持される。ダブテール110のこの領域は比較的応力が小さく、材料のピーニングが小範囲であっても許容される。これは、シムを保持するための堅牢でありながら安価な方法であり、段内の極めて少数のバケットに限定される。
【0021】
上記は、本出願および結果として得られる特許の特定の実施形態のみに関するものであることは明らかである。当業者であれば、以下の特許請求の範囲およびその均等物により定義される本発明の一般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において数多くの変更および修正を行うことができる。
【符号の説明】
【0022】
10 対向流低圧蒸気タービン
12 第1の低圧タービン部
14 第2の低圧タービン部
16 ロータホイール
18 ノズル
20 ノズル
22 外殻またはケーシング
24 上半部
26 下半部
28 中央部
30 低圧蒸気入口
32 ジャーナル軸受
34 ジャーナル軸受
38 低圧長バケット、タービンバケット
40 正圧側
42 負圧側
44 前縁
46 後縁
48 ダブテール
50 翼形部
52 根元部
54 先端
56 ミッドスパン結合部
58 ダブテールスロット
60 突起
62 溝
64 マージン段バケット組立体
66 ばね
68 バケットばねポケット
70 ダブテール底部
72 ギャップ
100 半径方向支持組立体
110 バケットダブテール
120 バケット
130 ロータダブテールスロット
140 ロータホイール
150 中間シム組立体
160 ばね
170 バケットばねポケット
180 中間シム
190 ロックシム組立体
200 ばね
210 ロックシム
220 バケットばねポケット
230 キャビティ
250 半径方向支持組立体
260 中間シム組立体
270 ステークブレードダブテール角部
280 ロックシム組立体
290 ばね
300 バケットばねポケット
310 端部シム
図1
図2
図3
図4
図5
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【国際調査報告】