JP2001152801A - タービンロータトルク伝達装置 - Google Patents
タービンロータトルク伝達装置Info
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- F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
-
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-
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- F01D5/026—Shaft to shaft connections
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
ムを提供し、ガスタービンのトルク搬送能力を高め、こ
の能力のばらつきを抑える。 【解決手段】 1対の隣接する回転機械ホイール(3
8,40)間の軸方向トルクカップリング(44)にお
いて、第1ホイール(38)が複数の第1軸線方向延在
ナックル(48)を有し、これらの第1ナックル(4
8)が円周方向に離間されて第1ホイールの第1面のま
わりに環状配列をなし、第1スロット(54)が第1ナ
ックル間に介在し、第2ホイール(40)が複数の第2
軸線方向延在ナックル(52)を有し、これらの第2ナ
ックル(52)が円周方向に離間されて環状配列をな
し、第2スロット(50)が第2ナックル間に介在し、
前記第1ナックル(48)が前記第2スロット(50)
にはまり、前記第2ナックル(52)が前記第1スロッ
ト(54)にはまり、前記第1ナックル(48)それぞ
れが前記第2ナックル(52)の隣接するものに単一の
半径方向表面(66)でのみ係合する。
Description
昔から、「スタック」(積み重ね)構造のものがある。
一連の個別ホイールおよびシャフトを、スタックを軸線
方向に貫通する数組のボルトで一体に保持している。ボ
ルトの張力でホイールおよびシャフトを互いに締め付け
ており、ボルトの剪断強さに依存せずに、摩擦力により
トルクを界面を横切って伝達することができる。フラン
ジ面摩擦係数、ボルトアセンブリおよび機械の運転に大
きなばらつきがあるので、ロータのトルク搬送能力は大
きくばらつく。高温で連続運転するとボルトの応力が緩
和され、ロータのトルク能力はさらに劣化する。
高温運転は、摩擦駆動機械のトルク能力の限界に近づい
ている。さらに、低燃焼熱の合成燃料(「加工」燃料)
で運転すると、ロータ構造を何も変更せずに、所定の機
械からの利用可能な出力が増加する。ロータのトルク要
求が実際の能力を超過すると、ホイールが互いにすべ
り、代表的には螺旋状にねじ曲がったまたは「カム状」
のロータとなる。これから生じるアンバランスは、許容
範囲を超える振動のため、機械が停止する原因となり、
時間とコストのかかるロータ分解および再組立が必要と
なる。
組合せ、ホイール面の歯車歯とボルトの組合せ、などを
含む、トルク伝達に関する多数のアプローチが、工業用
ガスタービンその他の回転機械に適用されてきたが、い
ずれも固有の欠点がある。
圧縮機段両方を想定している)間のポジティブなトルク
伝達システムを提供し、工業用ガスタービンのトルク搬
送能力を高め、この能力のばらつきを抑える。このよう
なシステムを導入すれば、ロータスタックに大きな圧縮
荷重を加える必要性も低減し、かくしてボルト張力およ
び/またはボルト径を小さくすることができる。一方、
このことから、ボルト設計余裕が増し、ロータへのデッ
ド荷重が低下し、正味のストレスまたは重量が低減す
る。
連の軸線方向に延在する「ナックル」を、連結すべき隣
接ホイールに機械加工する。これらのナックルはフラン
ジ面でかみ合う。ナックル自身は半径方向または軸線方
向の接触部をもたず、したがって、ロータの半径方向同
心性を維持するラベットジョイント(さねはぎ継手)と
組み合わせて使用される。構造を一体に保持するのに軸
線方向ボルトはやはり必要である。しかし、ナックルが
円周方向荷重(トルク)を搬送するので、大きな圧縮荷
重は不要であり、ボルト応力または直径を現行のものか
ら減少させることができる。
の隣接する回転機械ホイール間の軸方向トルクカップリ
ング(連結装置)を提供し、第1ホイールが複数の第1
軸線方向延在ナックルを有し、これらの第1ナックルが
円周方向に離間されて第1ホイールの第1面のまわりに
環状配列をなし、第1スロットが第1ナックル間に介在
し、第2ホイールが複数の第2軸線方向延在ナックルを
有し、これらの第2ナックルが円周方向に離間されて環
状配列をなし、第2スロットが第2ナックル間に介在
し、前記第1ナックルが前記第2スロットにはまり、前
記第2ナックルが前記第1スロットにはまり、前記第1
ナックルそれぞれが前記第2ナックルの隣接するものに
単一の半径方向表面でのみ係合する。
略図示する。具体的には軸流圧縮機10およびガスター
ビン12を図面に示す。圧縮機10からの空気を、ロー
タ16のまわりに円周方向に配置された複数の通常の燃
焼器14の配列に向けて吐き出す。図面では圧縮機の後
端に位置する最後の5段のみが示され、符号18で総称
してある。軸線方向に延在するタイボルト20の一部も
示されており、このようなボルト数本をロータのまわり
に円周方向に配置し、圧縮機段またはホイール18を一
体に保持する。
2,24,26および28は、スペーサホイール30,
32および34でサンドイッチ状に挟まれ、同様に配列
したタイボルト(図示せず)により一体に保持されてい
る。1本のボルトの軸線を36で示す。
「ナックル」形状を示す。具体的には、2つの隣接する
ホイール38および40は、半径方向外側のトルク駆動
装置44と半径方向内側の軸線方向センタリング・ラベ
ットジョイント(さねはぎ継手)46との間に半径方向
に延在する表面42に沿った界面で係合している。トル
ク駆動装置44は、円周方向に離間した相互噛合歯また
はナックルの配列を含み、ホイール38に形成されたナ
ックル48が、ホイール40上の隣接するナックル52
間のスペース50に収容される。同様に、ホイール40
に形成されたナックル52が、ホイール38上の隣接す
るナックル48間のスペース54に収容される。ナック
ル48,52およびスペース50,54は同一であるの
で、以下ホイール38のみを詳述する。
ル38から軸線方向に突出し、環状配列体を成している
ことがわかる。半径方向内側表面56(ナックル48よ
り下)は、半径方向外側表面58(ナックル48より
上)より軸線方向に突出し、ナックル間かつ円周方向に
軸線方向レッジまたはフランジ60を形成する。このフ
ランジ60はナックルの半径方向内側表面62と同一面
内にある。しかし、ホイール40上のナックル52は表
面60に着座しない。実際、ナックル48および52は
半径方向または軸線方向接触部をもたず、ロータの回転
方向において向かい合った円周方向表面64,66(図
3参照)に沿ってのみ係合し、ナックルの反対側では向
かい合った表面68,70は互いにわずかに離間した状
態に置かれている。言い換えると、スペース50,54
の軸線方向長さはナックル48,52の軸線方向長さよ
り大きく、軸線方向接触(干渉)を防止する。同様に、
スロットまたはスペース50,54は、ナックル48,
52の半径方向内側表面より半径方向にわずかに深く切
削して、ホイール同士の半径方向接触(干渉)を防止す
る。ラベットジョイント46は半径方向干渉/センタリ
ング機能を果たし、確実にホイールのすべてをロータの
中心軸線上に心合わせする。
ナックル48,52の側面はホイールに半径方向に機械
加工され、それらが互いにすべり、隣接するホイールの
半径方向膨張差を吸収する。この膨張差は機械的または
熱的負荷のせいで起こる。この特徴はロータの半径方向
心合わせに使用されないので、この相対運動による摩耗
は最小になるはずである(通常のカップリングに生じる
摩耗より小さい)。
線で73で示すタイボルト用の)ボルト穴72の数の整
数倍として、ロータバランスに必要とされるクロック配
向にてロータを組み立てることを可能にする、必要があ
る。実際の数は、ナックルの剪断強さが必要なロータト
ルクを伝達するのに適切な剪断強さとなるように設定す
ればよい。なお、スロット/ナックルの円周方向配向は
ボルト穴配向に対して制御しなければならない。
クル48,52よりわずかに幅広に機械加工して、初期
機械始動時のホイールの円周方向スリップを回避するの
で、組立手順では、ホイールを円周方向に位置決めし、
そして隣接するホイールに挿入する際に、各ホイールを
作動時にかかるトルクの方向にひねる必要がある。この
ようにして、厳密に制御する必要のあるスロットおよび
ナックルの寸法は、ボルト穴位置に対する荷重付加面の
向きだけである(スロット深さ、高さ、幅は制御する重
要性がきわめて低い)。たとえば、直径5フィートのホ
イールの場合、ナックルは軸線方向長さ0.5〜約1イ
ンチ、円周方向幅約3インチとすればよい。しかし、こ
れらの寸法は、特定の用途に応じて変えることができ
る。
接するホイール間の界面毎に適用することができる。他
方、圧縮機の後端の界面およびタービンの前端の界面
で、本発明のトルク駆動装置は特に有利である。たとえ
ば、1実施例では、18段圧縮機の後部5段およびター
ビンの少なくとも2段と3段に本発明を組み込むことが
できる。さらに、圧縮機がタービンと接合する場所の
「マリッジジョイント」も同様に装備することができ
る。
実用的かつ好適な実施例と考えられるものについて説明
したが、本発明は、開示の実施例に限定されず、本発明
の要旨に含まれる種々の変更例や均等な配置を包含す
る。
断面図である。
装置の部分的断面図である。
る。
斜視図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 1対の隣接する回転機械ホイール(3
8,40)間の軸方向トルクカップリング(44)にお
いて、第1ホイール(38)が複数の第1軸線方向延在
ナックル(48)を有し、これらの第1ナックル(4
8)が円周方向に離間されて第1ホイールの第1面のま
わりに環状配列をなし、第1スロット(54)が第1ナ
ックル間に介在し、第2ホイール(40)が複数の第2
軸線方向延在ナックル(52)を有し、これらの第2ナ
ックル(52)が円周方向に離間されて環状配列をな
し、第2スロット(50)が第2ナックル間に介在し、
前記第1ナックル(48)が前記第2スロット(50)
にはまり、前記第2ナックル(52)が前記第1スロッ
ト(54)にはまり、前記第1ナックル(48)それぞ
れが前記第2ナックル(52)の隣接するものに単一の
半径方向表面(66)でのみ係合する、軸方向トルクカ
ップリング。 - 【請求項2】 前記第1および第2ホイールそれぞれが
半径方向内側表面(56)および半径方向外側表面(5
8)を有し、前記半径方向内側表面(56)が前記半径
方向外側表面(58)より軸線方向に突出している、請
求項1に記載の軸方向トルクカップリング。 - 【請求項3】 前記半径方向内側表面(56)および前
記半径方向外側表面(58)を分離する軸線方向表面
(60)が、前記ナックル(48)それぞれの内面(6
2)と同一平面にあり、前記スロット(54)の底部を
形成する、請求項2に記載の軸方向トルクカップリン
グ。 - 【請求項4】 さらに前記第1および第2ホイール間に
ラベットジョイント(46)を含む、請求項1に記載の
軸方向トルクカップリング。 - 【請求項5】 前記第1および第2ホイール(38,4
0)がガスタービン(12)の第1段および第2段(2
2,24)を構成する、請求項1に記載の軸方向トルク
カップリング。 - 【請求項6】 前記複数の第1および第2ナックル(4
8,52)が前記ラベットジョイント(46)より半径
方向外側に位置する、請求項4に記載の軸方向トルクカ
ップリング。 - 【請求項7】 さらに、少なくとも前記第1および第2
ホイール(38,40)間に軸線方向に延在する複数の
タイボルト(73)を含む、請求項6に記載の軸方向ト
ルクカップリング。 - 【請求項8】 前記タイボルト(73)が、半径方向
に、前記第1および第2ナックル(48,52)と前記
ラベットジョイント(46)との間に位置する、請求項
7に記載の軸方向トルクカップリング。 - 【請求項9】 前記第1および第2ホイール(38,4
0)が圧縮機(10)の隣接する段(18)を構成す
る、請求項1に記載の軸方向トルクカップリング。 - 【請求項10】 複数の圧縮機段(18)および複数の
タービン段(22,24,26,28)を備えるタービ
ン(14)において、少なくとも2つの隣接する圧縮機
段間および少なくとも2つの隣接するタービン段間に、
軸方向トルクカップリング(44)が設けられ、この軸
方向トルクカップリング(44)が互いに噛合する軸線
方向延在歯(48,52)を有し、隣接する歯がその半
径方向表面(64,66)に沿ってのみ係合する、ター
ビン。 - 【請求項11】 さらに、前記少なくとも2つの隣接す
る圧縮機段間および前記少なくとも2つの隣接するター
ビン段間にラベットジョイント(46)を含む、請求項
10に記載のタービン。 - 【請求項12】 さらに、前記少なくとも2つの隣接す
る圧縮機段および前記少なくとも2つの隣接するタービ
ン段をそれぞれ軸線方向に一体に保持する複数組のタイ
ボルト(20,73)を含む、請求項11に記載のター
ビン。
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