JP5118440B2 - カップリングカバー - Google Patents

Description

本発明は、カップリングカバー、特に、高速回転する回転軸を連結するカップリングを覆うカップリングカバーに関する。

従来、回転軸を高速で回転（例えば、約１００００ｒｐｍ）させるタービン等と、回転軸の回転速度を落とす減速機との間には、回転軸線のずれ等を吸収するとともに、両者を連結するカップリングが配置する構成が知られている。
このようなカップリングが高速で回転すると、カップリングに設けられているボルトやナットなどが高速移動するため風切り音が発生し、騒音源になるという問題があった。

上述の問題を解決するため、従来はカップリングの周囲を覆うカップリングカバーを配置する技術などが知られている（例えば、特許文献１および２参照。）。
このように、カップリングカバーを配置することにより、カップリングから外部への騒音の漏れが抑制され、かつ、作業者が不用意に回転しているカップリングに触れることも防止された。
実開昭５９−１３７３０７号公報 実開昭６１−１５５６０１号公報

しかしながら、カップリングの連結に用いられるボルト等による風損と、カップリング端面の摩擦により熱が発生するため、カップリングカバーの内部に熱がこもるという問題があった。
すると、カップリングカバー内部にこもった熱は、熱伝導によりカップリングカバーにも伝わるため、結果的にカップリングカバーも高温になるという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、カップリングカバーの温度上昇を抑制することができるカップリングカバーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のカップリングカバーは、一の回転軸および他の回転軸を連結するカップリングを内部に納めて騒音を抑えるためのカバー本体と、該カバー本体に形成された前記一の回転軸が隙間を有して挿通される一の貫通孔と、前記カバー本体に形成された前記他の回転軸が隙間を有して挿通される他の貫通孔と、前記一の貫通孔および前記他の貫通孔との間における前記カバー本体の下面に形成され、前記カバー本体の内部と外部との間で流体が流通する貫通孔である流通部と、が設けられ、前記カバー本体内において、前記一の回転軸と前記一の貫通孔との間の前記隙間、および、前記他の回転軸と前記他の貫通孔との間の前記隙間から、前記流通部に向かう流体の流れを形成することを特徴とする。

本発明によれば、一および他の回転軸とカップリングとが回転すると、一の回転軸と一の貫通孔との間の隙間、および、他の回転軸と他の貫通孔との間の隙間から流体である空気がカップリングカバーの中に流入し、カップリングカバー内の流体は流通部を介して外部に流出する。
そのため、カップリング等で熱が発生しても、熱は流体の流れにともないカップリングカバーの外部に流出し、カップリングカバーの内部に熱がこもらない。

具体的には、一および他の回転軸とカップリングとの回転により、一および他の回転軸とカップリングとの周囲の流体は、一および他の回転軸を中心とする径方向外側に向かって流れる。すると、一および他の回転軸とカップリングとの周囲の圧力が低下し、一の貫通孔との間の隙間、および、他の回転軸と他の貫通孔との間の隙間から流体がカップリングカバーの中に流入する。一方、径方向外側に向かって流れた流体は、流通部を介してカップリングカバーの外部へ流出する。

上記発明においては、前記流通部は、前記カバー本体における下面に設けられた貫通孔である。

本発明によれば、流通部を介してカップリングカバー内部から外部に流出する流体は、カバー本体から下方に向かって流出する。そのため、熱をともなって流出する流体が、周囲で作業を行っている作業者に直接当たることがない。

上記発明の参考例としては、前記流通部は、前記カバー本体の上面から上方に向かって延び、端部が下方に向かって延びるように曲げられたベント管であることが望ましい。

上記参考例によれば、流通部を介してカップリングカバー内部から外部に流出する流体は、ベント管の端部から下方に向かって、言い換えるとカバー本体に向かって流出する。そのため、熱をともなって流出する流体が、周囲で作業を行っている作業者に直接当たることが防止される。

本発明のカップリングカバーによれば、一および他の回転軸とカップリングとが回転すると、一の回転軸と一の貫通孔との間の隙間、および、他の回転軸と他の貫通孔との間の隙間から流体である空気がカップリングカバーの中に流入し、カップリングカバー内の流体は流通部を介して外部に流出するため、カップリング等で熱が発生しても、熱は流体の流れにともないカップリングカバーの外部に流出し、カップリングカバーの内部に熱がこもらず、カップリングカバーの温度上昇を抑制することができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るカップリングカバーついて図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態のカップリングカバーに係る発電機タービンの全体構成を説明する模式図である。
本実施形態では、本発明の係るカップリングカバー６１を、発電機タービン１のカップリング５１を覆うものに適用して説明する。特に、舶用の発電機タービンにおけるタービン２と、減速器３との間を連結するカップリング５１を覆うものに適用して説明する。

なお、上述のように、カップリングカバー６１は舶用の発電機タービン１のカップリング５１を覆うものであってもよいし、他の用途の発電機タービンに用いても良いし、さらには、発電機タービン以外の回転機械に用いられるカップリングを覆うものであってもよく、特に限定するものではない。

発電機タービン１は、外部から供給された高圧の蒸気等の流体を用いて発電を行うものである。
発電機タービン１には、図１に示すように、回転駆動力を発生するタービン２と、回転速度を落とす減速器３と、発電を行う発電機４と、タービン２と減速器３とを連結するカップリング部５と、が設けられている。

タービン２は、外部から供給された高圧の蒸気により回転駆動力を発生するものである。
タービン２には、高圧蒸気の供給を受けて回転駆動力を発生するタービン本体２１と、発生された回転駆動力を伝達するタービン側回転軸（一の回転軸）２２と、が設けられている。なお、本実施形態のタービン本体２１としては、公知のタービンの構成を用いることができ、特に限定するものではない。

タービン側回転軸２２は、回転可能に支持されているとともに、タービン本体２１からカップリング部５に向かって延びる円柱状の部材である。タービン側回転軸２２におけるカップリング部５側の端部には、カップリング部５のカップリング５１と接続されるタービン側フランジ部２３が設けられている。

減速器３は、タービン２から伝達されてきた回転駆動力の回転数を、発電機４を駆動するのに適した回転数に落とすものである。
減速器３には、減速歯車などから構成された減速器本体３１と、タービン２において発生された回転駆動力を減速器本体３１に伝達する減速器側回転軸（他の回転軸）３２と、が設けられている。なお、本実施形態の減速器本体３１としては、公知の減速機の構成を用いることができ、特に限定するものではない。

減速器側回転軸３２は、回転可能に支持されているとともに、減速器本体３１からカップリング部５に向かって延びる円柱状の部材である。減速器側回転軸３２におけるカップリング部５側の端部には、カップリング部５のカップリング５１と接続される減速器側フランジ部３３が設けられている。

発電機４は、カップリング部５および減速器３を介してタービン２と接続され、タービン２から供給された回転駆動力を用いて発電を行うものである。
なお、本実施形態の発電機４としては、公知の発電機の構成を用いることができ、特に限定するものではない。

図２は、図１のカップリング部の構成を説明する模式図である。
カップリング部５は、図１および図２に示すように、タービン２と減速器３との間に配置され、タービン側回転軸２２と減速器側回転軸３２とを、回転軸線のずれを許容しつつ接続するものである。
カップリング部５には、タービン側回転軸２２および減速器側回転軸３２に接続されるカップリング５１と、カップリング５１を収納するカップリングカバー６１と、が設けられている。

カップリング５１は、図２に示すように、両端がそれぞれタービン側回転軸２２と減速器側回転軸３２とに接続されるものであって、タービン側回転軸２２と減速器側回転軸３２との回転軸線のずれを許容しつつ接続するものである。
カップリング５１には、タービン側フランジ部２３および減速器側フランジ部３３と接続されるカップリングフランジ部５２と、タービン側フランジ部２３および減速器側フランジ部３３とカップリングフランジ部５２との接続に用いられるボルト５３と、が設けられている。

なお、カップリング５１の構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。

カップリングカバー６１は、図２に示すように、内部にカップリング５１や、タービン側フランジ部２３や、減速器側フランジ部３３などを収納するものである。
カップリングカバー６１には、カバー本体６２と、タービン側回転軸２２が挿通されるタービン側開口部（一の貫通孔）６３と、減速器側回転軸３２が挿通される減速器側開口部（他の貫通孔）６４と、カップリングカバー６１内から空気（流体）が外部に流出する流通部６５と、が設けられている。

タービン側開口部６３は、カバー本体６２におけるタービン２側の側面（図２の右側の側面）に形成された貫通孔であって、タービン側回転軸２２の径より大きな径を有する貫通孔である。
減速器側開口部６４は、カバー本体６２における減速器３側の側面（図２の左側の側面）に形成された貫通孔であって、減速器側回転軸３２の径より大きな径を有する貫通孔である。
そのため、タービン側開口部６３とタービン側回転軸２２との間、および、減速器側開口部６４と減速器側回転軸３２との間には、空気が流通可能な隙間が形成されている。

流通部６５は、カバー本体６２の下面（図２の下面）であって、カップリング５１と対向する領域、例えば、略中央に形成された１つの貫通孔である。
流通部６５は、直径が約３０ｍｍから約５０ｍｍの間で形成され、具体的には、以下の式（１）から式（３）に基づいて設計されている。

ここで、ｑｃはカップリング発熱量を表し、ｑｌはカップリング放熱量を表し、Ｔｃは外気温を表し、△Ｐはカップリングカバー差圧を表し、Ｃｈはカップリング流出速度を表し、ｖは空気比熱を表している。

なお、流通部６５は、上述のようにカップリングカバー６１の下面に形成された１つの貫通孔であってもよいし、複数の貫通孔であってもよく、特に限定するものではない。

次に、上記の構成からなる発電機タービン１における発電方法について説明する。
発電機タービン１において発電を行う場合には、図１に示すように、まず、タービン２に高圧蒸気が供給される。高圧蒸気が供給されたタービン２では、高圧蒸気から回転駆動力が取り出され、取り出された回転駆動力はタービン側回転軸２２に伝達される。タービン側回転軸２２は、カップリング部５を介して回転駆動力を減速器側回転軸３２に伝達する。
減速器３では、減速器側回転軸３２における回転速度を、発電機４が発電を行うのに適した回転数に落とし、発電機４を回転駆動する。これにより発電機４は発電を行う。

次に、本実施形態の特徴であるカップリング部５におけるカップリングカバー６１の温度上昇抑制について説明する。
タービン側回転軸２２の回転が、カップリング５１および減速器側回転軸３２に伝達されると、図２に示すように、タービン側フランジ部２３およびカップリングフランジ部５２と、減速器側フランジ部３３およびカップリングフランジ部５２と、これらフランジを締結するボルト５３が回転軸線まわりに回転される。

すると、カップリング５１の周囲の空気もカップリング５１とともに旋回し、径方向外側に向かって流れる。これにより、カップリングカバー６１内では、タービン側回転軸２２、カップリング５１および減速器側回転軸３２の近傍の圧力がカップリングカバー６１の外部よりも下がり、径方向外側の圧力がカップリングカバー６１の外部よりも高くなる圧力勾配が発生する。

カップリングカバー６１内に上述の圧力勾配が発生すると、タービン側回転軸２２とタービン側開口部６３との間の隙間、および、減速器側回転軸３２と減速器側開口部６４との間の隙間から、カップリングカバー６１内に空気が流入する。一方、流通部６５においては、カップリングカバー６１の内部から外部に向かって空気が流出する。
言い換えると、タービン側回転軸２２とタービン側開口部６３との間の隙間、および、減速器側回転軸３２と減速器側開口部６４との間の隙間から、流通部６５に向かう空気の流れが形成される。

図３は、図２の流通部の孔径と、カップリングカバー内温度との関係を示すグラフである。
上述の空気の流れが形成されることにより、カップリングカバー６１内で発生する熱が、空気とともにカップリングカバー６１の外部に排出され、カップリングカバー６１内に熱がこもらない。言い換えると、カップリングカバー６１内の温度上昇が抑制される。
具体的には、図３に示すように、流通部６５の孔径を大きくするにともない、カップリングカバー６１の外部に排出される熱量が増え、カップリングカバー６１内の温度上昇が抑制される。

一方、流通部６５の孔径を大きくすると、カップリングカバー６１の外部における騒音が増大するため、騒音が所定規定、例えば９５ｄＢよりも低く抑えるためには、流通部６５の孔径を約５０ｍｍより小さくすることが望ましい。

流通部６５の孔径を、上述のように約３０ｍｍから約５０ｍｍとすることで、カップリングカバー６１内の温度が、図３に示すように、約９０℃よりも低く抑えることができるため、カップリングカバー６１の表面における温度を約６０℃よりも低く抑えることができる。

上記の構成によれば、タービン側回転軸２２および減速器側回転軸３２とカップリング５１とが回転すると、タービン側回転軸２２とタービン側開口部６３との間の隙間、および、減速器側回転軸３２と減速器側開口部６４との間の隙間から空気がカップリングカバー６１の中に流入し、カップリングカバー６１内の空気は流通部６５を介して外部に流出するため、カップリング５１等で熱が発生しても、熱は空気の流れにともないカップリングカバー６１の外部に流出し、カップリングカバー６１の内部に熱がこもらず、カップリングカバー６１の温度上昇を抑制することができる。

さらに、流通部６５を介してカップリングカバー６１内部から外部に流出する空気は、カバー本体６２から下方に向かって流出する。そのため、高温の空気が、周囲で作業を行っている作業者に直接当たることがない。

〔第１の参考例〕
次に、本発明の第１の参考例について図４を参照して説明する。
本参考例のカップリングカバーの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、流通部の構成が異なっている。よって、本参考例においては、図４を用いて流通部の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図４は、本参考例に係るカップリングカバーの構成を説明する模式図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

発電機タービン１のカップリング部１０５には、図４に示すように、タービン側回転軸２２および減速器側回転軸３２に接続されるカップリング５１と、カップリング５１を収納するカップリングカバー１６１と、が設けられている。

カップリングカバー１６１には、カバー本体１６２と、タービン側回転軸２２が挿通されるタービン側開口部６３と、減速器側回転軸３２が挿通される減速器側開口部６４と、カップリングカバー１６１内から空気（流体）が外部に流出する流通部１６５と、が設けられている。

流通部１６５には、カバー本体１６２の上面（図４の上面）であって、カップリング５１と対向する領域、例えば、略中央に配置されたベンド管である。
流通部１６５であるベンド管は、第１の実施形態の流通部６５における孔径と略同じ内径で形成されている。さらに、ベンド管は、カバー本体１６２から上方に向かって延び、その後約１８０度向きを変えて、端部がカバー本体１６２に向かって延びる形状とされている。

次に、本参考例の特徴であるカップリング部１０５におけるカップリングカバー１６１の温度上昇抑制について説明する。
なお、カップリングカバー１６１内に圧力勾配が形成されるまでは、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

カップリングカバー１６１内に上述の圧力勾配が発生すると、タービン側回転軸２２とタービン側開口部６３との間の隙間、および、減速器側回転軸３２と減速器側開口部６４との間の隙間から、カップリングカバー１６１内に空気が流入する。一方、流通部１６５においては、カップリングカバー１６１の内部から外部に向かって空気が流出する。
つまり、空気は流通部１６５であるベンド管内を流れ、その端部からカバー本体１６２に向かって流出する。

上記の構成によれば、流通部１６５を介してカップリングカバー１６１内部から外部に流出する空気は、ベント管の端部から下方に向かって、言い換えるとカバー本体１６２に向かって流出する。そのため、高温の空気が、周囲で作業を行っている作業者に直接当たることが防止される。

本発明の第１の実施形態のカップリングカバーに係る発電機タービンの全体構成を説明する模式図である。 図１のカップリング部の構成を説明する模式図である。 図２の流通部の孔径と、カップリングカバー内温度との関係を示すグラフである。 本発明の第１の参考例に係るカップリングカバーの構成を説明する模式図である。

６１，１６１ カップリングカバー
２２ タービン側回転軸（一の回転軸）
３２ 減速器側回転軸（他の回転軸）
６２，１６２ カバー本体
６３ タービン側開口部（一の貫通孔）
６４ 減速器側開口部（他の貫通孔）
６５，１６５ 流通部

Claims (1)

1. 一の回転軸および他の回転軸を連結するカップリングを内部に納めて騒音を抑えるためのカバー本体と、
   該カバー本体に形成された前記一の回転軸が隙間を有して挿通される一の貫通孔と、
   前記カバー本体に形成された前記他の回転軸が隙間を有して挿通される他の貫通孔と、
   前記一の貫通孔および前記他の貫通孔との間における前記カバー本体の下面に形成され、前記カバー本体の内部と外部との間で流体が流通する貫通孔である流通部と、
   が設けられ、
   前記カバー本体内において、前記一の回転軸と前記一の貫通孔との間の前記隙間、および、前記他の回転軸と前記他の貫通孔との間の前記隙間から、前記流通部に向かう流体の流れを形成することを特徴とするカップリングカバー。

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