JP4778892B2 - 回転機械のロータのスタッドシャフト用セルフロックナットおよびスタックホイールアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は回転機械に関し、より詳細には、締付ボルトとスタックホイールとを相対的に回転させることなく、締付ボルトがスタックホイールを組み立てられた関係に保持する、かかる機械のロータ用締付ボルトおよびスタックホイールアセンブリに関する。本発明が関連する回転機械の例としては、タービンおよび／または圧縮機が含まれる。

タービンや圧縮機などの回転機械のロータは一般に、軸方向にスタック化されたホイールで形成され、そのホイールは、その周縁部の周りに個別の羽根を保持している。例えば、圧縮機ロータは、スタック化された一連の個別の圧縮機ホイールと、このスタックを通って全般に軸方向に延びる締付ボルトのセットを含んでいる。このホイールは、静翼とともに圧縮機段を形成する羽根を搭載している。この締付ボルトは一般に、ホイールを互いにスタック化された組立て関係に維持するためのナットを受けるために、両端にねじ山が設けられている細長いスタッドである。ただし、締付ボルトが頭付きの端部を有してもよいことが理解されよう。スタックホイールで形成された多くのこのようなロータでは、スタックホイールは、ロータトルクをそのスタックを介して伝えることができるように、境界面に沿って突出部および溝部の配置を有する。しかし、好ましい形では、ホイールの面とナット面の間の摩擦によって、このスタックを介してロータトルクを伝えられるようにするのに十分なクランプ荷重が締付ボルトに加えられる。
特開平０９−２１００３８号公報

締付ボルト上のナットが緩むとボルトにかかる摩擦が明らかに低減し、したがって、ロータのトルク伝達能力が最終的に容認できないレベルまで低下することが理解されよう。この問題を認識すると、現在の設計の慣行では、冗長な方法によってボルトに対してナットが回転しないようにする必要がある。１つのそのような方法は、ねじ山およびスタックに対するナット面の摩擦を利用する。ボルトに対してナットが回転しないようにするもう１つの方法は、スタッドに対して主ナットが回転しないようにそれにロックナットを突き当てることである。

組立てを容易にし、スタックを介して伝えるのに十分なクランプ荷重をロータトルクに加えることができるようにするには、スタックホイールに対して締付ボルトアセンブリが回転しないようにすることも望ましい。例えばあらゆる作業状態の間、締付ボルトアセンブリまたはロータに損傷を与えない方式で、圧縮機ホイールを完全に係合させておくように常時回転式にロックされ組み立てられたままになっている、信頼性のあるボルトおよびナットアセンブリ機構が依然として必要とされている。

本発明は、例えば組立て作業中に圧縮機の後部ナットを保持するように、かつすべての作業状態中に圧縮機ホイールを完全に係合させておくように常時組み立てられたままになっている、簡易で信頼性のあるボルトおよびナット機構を提供する。

本発明の一実施形態では、スタックホイールが、締付ボルト、さらに具体的にはスタッドによって互いに軸方向に配列して接合され、このスタッドが、ボルトアセンブリを画定するためのナットを両端に備える、回転機械のロータ用締付ボルトおよびスタックホイールのアセンブリが提供される。セルフロックナットが、ロータ内部でスタッドおよびナットの組合せが回転しないように、スタッドの後端に設けられる。

したがって、本発明は、本体と、上記本体の第１の長手方向端部に画定された前部放射状のフランジと、上記本体の第２の長手方向端部に画定された後部放射状のフランジと、上記後部放射状のフランジの径方向外側の周面から径方向に突出しているタブ構成要素とを備える、セルフロックナットとして実施され得る。

本発明はまた、ロータの一部分を形成し、共通の軸の周りを回転するための複数のスタックホイールと、軸方向にスタック化された関係にホイールを保持するための上記スタックホイールの整列したボルト孔を貫通する複数の細長い締付ボルトとを備え、上記複数の締付ボルトが上記ロータの円周方向に互いに隔置され、上記締付ボルトの少なくとも１つがロックナットを有するスタッドを備え、上記ロックナットの少なくとも１つが上記スタッドの一方の長手方向端部に取り付けられそこに画定され、上記ロックナットがそこから径方向に突出している少なくとも１つのタブ構成要素を備え、上記複数のスタックホイールの端面が、上記ロックナットおよび上記少なくとも１つのタブ構成要素を受けるためのレセプタクルを含む、回転機械のロータ用スタックホイールアセンブリとしても実施される。

本発明はさらに、複数のホイールをそれぞれ貫いて画定されたボルト孔が整列するように上記複数のホイールをスタック化し、それによって複数の締付ボルト通路を上記スタックホイールの軸方向に画定するステップと、ロックナットを有するスタッドを備え、上記ロックナットの少なくとも１つが上記スタッドの一方の長手方向端部に取り付けられそこに画定され、上記ロックナットがそこから径方向に突出している少なくとも１つのタブ構成要素を備える、少なくとも１つの締付ボルトを設けるステップと、上記スタックホイールの整列したボルト孔によって画定された上記締付ボルト通路を通して上記スタッドを挿入するステップと、上記複数のスタックホイールの端面に画定されたレセプタクル内に、上記ロックナットおよび上記少なくとも１つのタブ構成要素を配設するステップと、上記少なくとも１つの締付ボルトを上記スタックホイールに軸方向に固定するステップとを含む、回転機械のロータ用スタックホイールを組み立てられた関係に保持する方法としても実施される。

上記およびその他の本発明の目的および利点は、以下の、本発明の目下好ましい例示的実施形態のさらに詳細な説明を、添付の図面と併せて注意深く検討することによって、より完全に理解され認識されるであろう。

例として、本発明を実施したスタックホイールアセンブリおよび締付ボルトを備える圧縮機が、図１に示されている。この圧縮機は、全体が１０で示され、軸方向にスタック化された複数のホイール１２を含み、各ホイールは、複数の円周方向に隔置された圧縮機羽根（図示せず）を搭載している。このホイールは、複数の円周方向に隔置された締付ボルトアセンブリによって、軸方向にスタック化された関係に維持される。この例示の実施形態では、各締付ボルトアセンブリは、圧縮機の長さを軸方向に延長する。ただし、組立てプロセス中、圧縮機を軸方向にスタック化された関係に維持し、加えられた予荷重を保つために、段のそれぞれの軸方向のセットを互いに結合する、オーバーラップした第１および第２の締付ボルトアセンブリが設けられている圧縮機アセンブリにも本発明が適用できることを理解されたい。

締付ボルトアセンブリはそれぞれ締付ボルトを含み、この締付ボルトは、第１および第２の長手方向端部を有する細長いスタッド１４とみなすこともできる。１つの例示的実施形態では、各スタッドの前端（図示せず）に、ロックナットアセンブリが設けられている。この実施形態では、正１２角ナットおよび前者の係合解除を防止するロックナットが設けられているが、他のロックナットアセンブリを設けてもよい。

スタックホイールに対してスタッドを回転ロックするために、本発明の一実施形態では、セルフロックナット１８がスタッド１４の後端に設けられる。セルフロックナット１８は、シャフトの後端に形成されてもよいが、別個に形成されてシャフトに固定されるほうがより好ましい。１つの例示的実施形態では、ナット１８は、スタッド１４の後端上に画定されているねじ山までねじが切られているが、その代わりにナット１８がろう接または溶接によってスタッドに固定されてもよい。

図４および図５をさらに詳細に参照すると、この例示した実施形態では、ナットはスタッド１４に固定され、スタッド１４はセルフロックナット１８内に画定された穴１６内に受けられている。このナットは、その前端に全般に環状のベース部分すなわちフランジ２０と、セルフロックナットをスタッド１４に固定するためのファセットを有するあるいは画定することができる縮小された直径の部分２２と、その後端に環状のヘッド部分すなわちフランジ２４とを有している。少なくとも１つのタブ２８が、全般に環状のヘッド部分２４の径方向外側の周縁部２６から突出するように画定されている。

図２および図３を参照すると、レセプタクルすなわち座ぐり穴３０が、セルフロックナット１８を受けるように後部ホイールシャフト４０に画定されている。さらに、セルフロックナット１８のタブ２８が、対応するサイズおよび形状をした切欠すなわちノッチ３２に係合し、したがって圧縮機スタッドに張力がかかる間に生じる可能性があるわずかな回転動作を相殺する。この例示した実施形態ではさらに、タブは、傾斜した側面３４、３６と、ナット１８の後部フランジ２４の外周面２６に全般に平行な外周面３８とを備える。ただし、例示したもの以外のタブの形状を、本発明から逸脱することなく採用することができることを理解されたい。したがって、タブは、例示よりさらに丸い形状をしていてもよく、あるいは示されているものより直線的な側部を有してもよい。したがって、タブの特定のサイズおよび形状は、製造および組立ての容易さに対する必要または要望に応じて決定されてよい。この例示した実施形態のロックナット１８上には、単一のタブが形成されているが、必要とあるいは望ましいとみなされる場合は、アセンブリの回転にさらに抵抗するために、２つまたは３つのタブが、例えばナット１８およびレセプタクル３０の周辺部の周りに対称的に設けられてもよいことも理解されたい。しかし、現在提案されている単一のタブおよびレセプタクルは、ナットが受ける見込みのある力に抵抗するのに十分なはずであり、それによって製造コストが下がる。

当然のことながら、セルフロックナットは、ナット／スタッドロックアセンブリの重量を最小限に抑える。さらに、このロック機構は簡易で、それによって製造コストが下がる。さらに、ロックナットの実施可能な部分が１箇所だけなので、組立ては容易に成し遂げられる。

本発明を、最も実用的で好ましい実施形態であると現在考えられるものに関し説明したが、本発明は、開示する実施形態に限定されず、特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれる様々な改変および同等の構成を包含するものであることを理解されたい。

本発明を実施したセルフロックナットを組み込んだロータの斜視図である。 本発明を実施したセルフロックナットを受けるための後部ホイールシャフトの概略破断図である。 定位置にあるセルフロックナットを示す、図２と同じ図である。 本発明を実施したセルフロックナットの斜視図である。 図４のセルフロックナットの側面図である。

符号の説明

１０ 圧縮機
１２ スタックホイール
１４ スタッド
１６ 穴
１８ セルフロックナット
２０ フランジ
２２ 縮小された直径の部分
２４ フランジ
２６ 径方向外側の周面
２８ タブ
３０ レセプタクル
３２ 刻み目
３４ 傾斜した側面
３６ 傾斜した側面
３８ 外周面
４０ 後部ホイールシャフト

Claims (6)

1. 回転機械のロータ用スタックホイールアセンブリであって、当該スタックアセンブリが、
   前記ロータの一部分を形成し、共通の軸の周りを回転するための複数のスタックホイール（１２）と、
   前記スタックホイールの整列したボルト孔を貫通し、前記複数のホイールを軸方向に積層して組み立てられた関係に保持するための複数の細長い締付ボルトアセンブリと
   を備えており、
   前記複数の締付ボルトアセンブリが、前記ロータの円周方向に互いに隔置され、前記締付ボルトアセンブリの少なくとも１つが、ロックナット（１８）を有するスタッド（１４）を備え、前記ロックナットが上記スタッドの一方の長手方向端部に取り付けられそこに画定され、前記ロックナットが、そこから径方向に突出している少なくとも１つのタブ構成要素（２８）を備え、前記複数のスタックホイールの端面が、前記ロックナット（１８）を受ける座ぐり穴（３０）と前記少なくとも１つのタブ構成要素（２８）を受けるための切欠（３２）とを含み、前記ロックナット（１８）が、本体（２２）と、前記本体の第１の長手方向端部に画定された前部放射状フランジ（２０）と、前記本体の第２の長手方向端部に画定された後部放射状フランジ（２４）とを備え、前記タブ構成要素（２８）が、前記後部放射状フランジ（２４）の径方向外側の周面２６から径方向に突出している、スタックホイールアセンブリ。
2. 前記切欠（３２）が、前記スタックホイールのうちの最後部のものの座ぐり穴（３０）に画定される、請求項１記載のスタックホイールアセンブリ。
3. 前記座ぐり穴（３０）が、前記ロックナット（１８）を受ける形状に構成されているとともに、前記タブ構成要素（２８）を受けるための切欠（３２）を含んでいる、請求項１記載のスタックホイールアセンブリ。
4. 前記タブ構成要素（２８）が、傾斜した側面（３４、３６）と、前記後部フランジ２４の前記径方向外側の周面２６に全般に同心な外周面（３８）とを備える、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のスタックホイールアセンブリ。
5. 回転機械のロータ用スタックホイールを組み立てられた関係に保持する方法であって、当該方法が、
   複数のホイール（１２）をそれぞれ貫いて画定されたボルト孔が整列するように複数のホイール（１２）をスタック化し、それによって複数の締付ボルト通路を前記スタックホイールの軸方向に画定するステップと、
   ロックナット（１８）を有するスタッド（１４）を備える少なくとも１つの締付ボルトアセンブリであって、前記ロックナットの少なくとも１つが前記スタッドの一方の長手方向端部に取り付けられそこに画定され、前記ロックナットがそこから径方向に突出している少なくとも１つのタブ構成要素（２８）を備える、少なくとも１つの締付ボルトアセンブリを設けるステップと、
   前記スタッド（１４）を、前記スタックホイール（１２）の整列したボルト孔によって画定された前記締付ボルト通路を通して挿入するステップと、
   前記複数のスタックホイールの端面に画定された座ぐり穴（３０）と切欠（３２）内に、それぞれ前記ロックナット（１８）および前記少なくとも１つのタブ構成要素（２８）を配設するステップと
   前記少なくとも１つの締付ボルトを前記スタックホイールに軸方向に固定するステップと
   を含んでおり、前記ロックナット（１８）が、本体（２２）と、前記本体の第１の長手方向端部に画定された前部放射状フランジ（２０）と、前記本体の第２の長手方向端部に画定された後部放射状フランジ（２４）とを備え、前記タブ構成要素（２８）が、前記後部放射状フランジ（２４）の径方向外側の周面２６から径方向に突出している、方法。
6. 前記座ぐり穴（３０）が、前記ロックナット（１８）を受ける形状に構成されているとともに、前記タブ構成要素（２８）を受けるための切欠（３２）を含んでおり、前記配設するステップが、前記タブ構成要素（２８）を前記切欠（３２）と円周方向に整列させるステップと、前記スタッドを軸方向に移動させて、前記座ぐり穴３０内に前記ナット（１８）を配設し、前記タブ構成要素（２８）を前記切欠（３２）と係合させるステップとを含む、請求項５記載の方法。

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