JP4474086B2

JP4474086B2 - 止めカムを有するせん断ピン

Info

Publication number: JP4474086B2
Application number: JP2001542673A
Authority: JP
Inventors: ゴスリング，マーチン，チャールズ; モールズ，ケビン; チュネ，アール，シイ
Original assignee: Siemens Westinghouse Power Corp
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: US6287079B1; KR100679083B1; EP1234104A1; DE60017454T2; CA2393389A1; CA2393389C; WO2001040631A1; JP2004500508A; KR20020060248A; DE60017454D1; EP1234104B1

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、圧縮機及びタービンのためのロータに関し、さらに詳細には、ロータを構成するディスク間に装着するせん断ピンに関する。
【０００２】
【背景情報】
圧縮機またはタービンのロータのハブは、複数の積層ディスクにより構成される。各ディスクは、複数の翼を固着するための手段を提供する。翼と、ディスクとの組合せが、ロータの膨出部を構成する。ディスクは互いに隣接するように配置されて積層体を形成し、各対のディスク間に界面が存在する。ディスクは、各ディスクを軸方向に貫通する螺設締結具のような種々の手段により固着可能である。かかる締結具は、ディスクを軸方向に保持し、ディスク間の各界面に摩擦を発生させる手助けとなる。各ディスク間の界面の摩擦により、ロータ積層体を通してエンジントルクが伝達される。さらに、各ディスクの界面に半径方向のせん断ピンを設けてエンジントルクの伝達を手助けすることが知られている。
【０００３】
従来技術のせん断ピンは、両端が拡大したピン本体を有する。これらのピンは、ロータ積層体に穿孔した孔内に配置される。これらの孔は、ロータ積層体の外表面と、各対のディスク間に形成される空洞部との間を延びる。これらの孔は、各端部において深座ぐりされている。従って、ピンを孔内に装着すると、ピンの拡大端部が深座ぐりした孔に嵌合するためピンの半径方向移動が阻止され、ロータ動作時にピンが孔内に固定される。
【０００４】
従来技術のせん断ピンの装着は、時間のかかる作業を必要とした。そのプロセスは、２つのディスクを積み重ねる作業と、ディスクを引き離す１つの作業の組合せであった。最初の積み重ね作業は、各ディスク間の界面に孔を穿孔できるようにディスクを位置決めするために必要とされた。孔を穿孔した後、端部を深座ぐりし、また反対方向に深座ぐりした。ピンの孔がロータの空洞部内に延びるため、ドリル穿孔作業による破片が空洞部内に落下した。そのため、ロータを引き離して切りくずを除去し、各ロータディスク間にピンを配置できるようにする必要があった。さらに、ディスク間にピンを挿入する前に、孔を清浄にし、バリ取りする必要があった。各ディスクを再び積み重ねる際、複数のピンをそれぞれ露出した界面上の孔にセットした。次のディスクを定位置に配置すると、ピンが拡大端部により孔内で捕捉された状態になった。従って、ロータの積層体を引き離さずに装着できるロータのせん断ピンが求められている。
【０００５】
ピンの盲孔に装着可能なロータのせん断ピンがさらに求められている。
【０００６】
【発明の概要】
上記した必要性及び他の必要性は、枢動カムを有するせん断ピンに関する本発明により充足される。せん断ピンは、上端部に隣接する空洞部を備えた円柱状本体を有する。カムは、空洞部内に枢動自在に配置される。せん断ピンはさらに、上端部を貫通して空洞部内に延びる孔を有する。せん断ピンを孔内に挿入する際、カム全体が空洞部内に位置する。せん断ピンが一旦定位置にくると、カムが回転するためその一部がロータディスクのスロットと係合する。カムは、せん断ピンの上端部の孔に挿入された戻り止めねじ締結具によりスロット内に保持される。カムは、ロータディスクに機械加工により形成したスロットと協働して、せん断ピンを定位置に保持する。
【０００７】
本発明のせん断ピンを用いるロータの組立ては、ロータのディスクを引き離さずに行なうことができる。ロータを組立てるには、ディスクを積み重ね、孔と、スロットとを機械加工により形成し、清浄にし且つバリ取りして、せん断ピンを孔に装着する。本発明のせん断ピンはロータ積層体の空洞部内に孔を穿孔するのが不要であるため、破片が空洞部内に入る機会がない。従って、本発明のせん断ピンの孔を、ロータを引き離さずに清浄にし、バリ取りすることができる。
【０００８】
【好ましい実施例の説明】
図１は、本発明のせん断ピン組立体１０を組み込んだロータ積層体３８を示す。当該技術分野においてよく知られたロータ積層体３８は、一連の圧縮機ディスク４４より成る。図２に示すように、各圧縮機ディスク４０は、複数の軸孔４２と、半径方向の盲孔４４とを有する。図１に示すように、締結具４６は各軸孔４２を貫通してロータ積層体３８に対して軸方向の支持を与える。半径方向の各孔４４は、隣接するディスク４０の間の界面に位置している。ディスク４０の間の界面は、半径方向の孔を二分する。図３に示すように、半径方向の各孔４４はスロット４５を有する。ディスク４０の間の温度差によりせん断ピン１０にかかる応力を回避するため、スロット４５は、単一の圧縮機ディスク４０に機械加工により形成するのが好ましい。スロット４５は、せん断ピン組立体１０の止めカム１８と協働する（以下において詳述する）。
【０００９】
最初に組立てを行う際、ロータ積層体３８には、半径方向の孔４４またはスロット４５が存在しない。ディスク４０は、縦続配置してロータ３８に組立てる。半径方向の盲孔４４及びスロット４５は、ディスク４０の間の各界面により機械加工により形成される。各対のディスク４０の間の界面を画定する平面は、半径方向の各盲孔４４を二分する。各スロット４５は、単一のディスク４０に機械加工により形成される。半径方向の盲孔４４は、ディスク４０間の空洞部４８内に延びない。半径方向の各盲孔４４と、スロット４５とを機械加工により形成した後、各々を清浄にし、バリ取りする。
【００１０】
図４に示すように、せん断ピン組立体１０は、円柱状ピン本体１２、上端部１４、上部１５、上部１５に設けた空洞部１６、空洞部１６内に枢動自在に配置されるカム１８、枢動ピン２０、枢動ピンの孔２２、クロスピン２４、クロスピンの孔２６、戻り止めねじ２８、及び戻り止めねじの凹部３０を有する。ピンの上端部１４は、空洞部１６と連通し、戻り止めねじの凹部３０と整列関係にある螺設開口３２を有する。図４、６及び７に示すように、カム１８は半円形の本体と、枢動ピンの孔３４とを有し、この本体はほぼ直線状の端縁部１７と、曲線状の端縁部２１とを有する。ほぼ直線状の端縁部１７は、円錐状の凹所１９を有する。クロスピンの孔２６は、枢動ピンの孔２２に関して垂直方向に延び、その孔と連通する。戻り止めねじ２８は、変形自在の端部２９を有する。図５Ａ及び５Ｂに示すように、戻り止めねじの凹部３０は円筒状であり、狭い部分３５と、広い部分３６とを有する。狭い部分３５は、戻り止めねじ２８の変形前の変形自在端部２９とほぼ同じ直径を有する。広い部分３６の直径は、戻り止めねじ２８の変形前の変形自在端部２９より大きい。
【００１１】
せん断ピン組立体１０を組立てた状態で、カム１８は空洞部１６内に枢動自在に位置し、枢動ピン２０は枢動ピンの孔２２及びカム枢動ピンの孔３４内にある。カム１８は、枢動ピン２０を中心として枢動する。クロスピン２４は、枢動ピン２０の上部のクロスピンの孔２６内にある。したがって、枢動ピン２０は、枢動ピンの孔２２と、カム枢動ピンの孔３４内に固定される。ねじ２８は螺設開口３２内に配置可能であるが、戻り止めとは係合せず、ねじ２８は空洞部１６を貫通しない。
【００１２】
枢動ピン１０は、ロータ積層体３８の半径方向の各盲孔４４に挿入する。枢動ピン組立体１０を半径方向の盲孔４４に挿入する際、カム１８は全体的に空洞部１６内に位置する。通常、ロータ積層体３８は、隣接するディスク４０間の界面を画定する平面が水平になるように配置する。ロータ積層体３８をこのような姿勢にし、枢動ピン組立体１０を半径方向の盲孔４４に挿入すると、カム１８はスロット４５と整列する関係になる。カム１８がスロット４５と整列すると、カム１８は、好ましくは重力により枢動してスロット４５に入る。あるいは、カム１８が重力の影響下で回転しない場合、ねじ２８をねじ孔３２に挿入すると、ねじの端部２９が円錐状凹所１９と接触して、カム３８を回転させ、スロット４５に挿入する。別法として、ねじ２８をねじ山３２から取り外した状態で、工具をねじ孔３２に挿入し、カム１８を回転させて、スロット４５に入れることができる。ねじ２８をねじ孔３２内に挿入し、締めて、空洞１６内に延びるようにすると、カム１８が枢動して空洞部１６内に戻るのが阻止される。図５Ａ、５Ｂに示すように、ねじ２８を締めると、変形自在端部２９が戻り止め凹部３０と係合する。変形自在端部２９が戻り止めねじの凹部３０内で平らになると、変形自在端部が広くなり、凹部３０の広い部分３６内に膨脹して、ねじ２８を定位置にロックする。ねじ２８を装着すると、ねじ２８の頂部表面が上端部１４とほぼ同一平面になる。せん断ピン組立体１０は、ロータ積層体２８の半径方向の各盲孔４４内に装着される。
【００１３】
本発明の特定の実施例を詳細に説明したが、当業者は、本願の教示全体から、これらの詳細部分に対する種々の変形及び設計変更を想到できることがわかるであろう。従って、図示説明した特定の構成は例示的であって、本発明の範囲を限定せず、この範囲は、頭書の特許請求の範囲及びその全ての均等物の全幅を与えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のせん断ピンを組み込んだロータの部分断面図である。
【図２】図２は、図１の線２−２に沿う図である。
【図３】図３は、せん断ピンの孔の詳細を示す。
【図４】図４は、本発明によるせん断ピン組立体の展開図である。
【図５Ａ】図５Ａは、係合前の戻り止めねじを示す概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、係合後の戻り止めねじを示す概略図である。
【図６】図６は、カムの頂面図である。
【図７】図７は、カムの側面図である。

Claims

縦続的に積層した複数のディスク（４０）より成るロータ組立体（３８）に用いるせん断ピン組立体（１０）であって、ディスクはその間の界面に形勢された少なくとも１つの半径方向の盲孔（４４）を有し、少なくとも１つの盲孔（４４）は一方のディスク内に延びるスロットを有し、せん断ピン組立体（１０）はディスク間の半径方向の盲孔（４４）内に配置され、せん断ピン組立体（１０）は、
空洞部（１６）を有する円柱状本体（１２）と、
空洞部（１６）内に枢動自在に配置されたカム（１８）とより成るせん断ピン組立体（１０）。
枢動ピン（２０）をさらに備え、
本体（１２）は上端部から空洞部（１６）内に延びる枢動ピンの孔（２２）を有し、カム（１８）は枢動ピンの孔（３４）を有し、
枢動ピン（２０）は本体の枢動ピンの孔（２２）と、カムの枢動ピンの孔（３４）内に位置する請求項１のせん断ピン組立体（１０）。
さらに、戻り止めねじ（２８）を備え、
本体は空洞部（１６）と連通する中央開口（３２）を備えた上端部（１４）を有し、戻り止めねじ（２８）は中央開口内に配置される請求項２のせん断ピン組立体（１０）。
戻り止めねじ（２８）は変形自在の基部（２９）を有し、
空洞部（１６）は戻り止めねじ（２８）の凹部を有し、
変形自在の基部（２９）は、戻り止めねじ（２８）をせん断ピン（１０）内に締め付けると、戻り止めねじ（２８）の凹部と結合可能である請求項３のせん断ピン組立体（１０）。
さらにクロスピン（２４）を備え、
本体はせん断ピンの孔（２２）に関して垂直方向に延びて、それと連通するクロスピンの孔（２６）を有し、
クロスピン（２４）はクロスピンの孔（２６）内に配置される請求項４のせん断ピン組立体（１０）。
複数のディスク（４０）と、
ディスク（４０）を縦続固着する固着手段と、
２つのディスク間の界面に位置する少なくとも１つの半径方向の円筒状せん断ピン盲孔（４４）であって、ディスク内に延びるスロット（４５）を有する盲孔（４４）と、
せん断ピン組立体（１０）とを有し、
せん断ピン組立体は、
空洞部（１６）を有する円柱状本体（１２）と、
空洞部（１６）内に枢動自在に配置されたカム（１８）とより成り、
せん断ピン（１０）はせん断ピンの盲孔（４４）内に配置され、
カム（１８）はスロット（４５）と係合するロータ組立体（３８）。
枢動ピン（２０）をさらに備え、
本体（１２）は上端部から空洞部（１６）内に延びる枢動ピンの孔（２２）を有し、カム（１８）は枢動ピンの孔（３４）を有し、
枢動ピン（２０）は本体の枢動ピンの孔（２２）と、カムの枢動ピンの孔（３４）内に位置する請求項６のロータ組立体（３８）。
さらに、戻り止めねじ（２８）を備え、
本体は空洞部（１６）と連通する中央開口（３２）を備えた上端部（１４）を有し、戻り止めねじ（２８）は中央開口内に配置される請求項７のロータ組立体（３８）。
戻り止めねじ（２８）は変形自在の基部（２９）を有し、
空洞部（１６）は戻り止めねじ（２８）の凹部を有し、
変形自在の基部（２９）は、戻り止めねじ（２８）をせん断ピン（１０）内に締め付けると、戻り止めねじ（２８）の凹部と結合可能である請求項８のロータ組立体（３８）。
さらにクロスピン（２４）を備え、
本体はせん断ピンの孔（２２）に関して垂直方向に延びて、それと連通するクロスピンの孔（２６）を有し、
クロスピン（２４）はクロスピンの孔（２６）内に配置される請求項９のロータ組立体（３８）。
複数のディスク（４０）と、
ディスク（４０）を縦続固着する固着手段と、
２つのディスク間の界面に位置する少なくとも１つの半径方向の円筒状せん断ピン盲孔（４４）であって、ディスク内に延びるスロット（４５）を有する盲孔（４４）と、
せん断ピン組立体（１０）とより成る少なくとも１つのロータ組立体（３８）であって、
せん断ピン組立体は、
空洞部（１６）を有する円柱状本体（１２）と、
空洞部（１６）内に枢動自在に配置されたカム（１８）とより成り、
せん断ピン（１０）はせん断ピンの盲孔（４４）内に配置され、
カム（１８）はスロット（４５）と係合するタービン組立体。
枢動ピン（２０）をさらに備え、
本体（１２）は上端部から空洞部（１６）内に延びる枢動ピンの孔（２２）を有し、カム（１８）は枢動ピンの孔（３４）を有し、
枢動ピン（２０）は本体の枢動ピンの孔（２２）と、カムの枢動ピンの孔（３４）内に位置する請求項１１のタービン組立体。
さらに、戻り止めねじ（２８）を備え、
本体は空洞部（１６）と連通する中央開口（３２）を備えた上端部（１４）を有し、戻り止めねじ（２８）は中央開口内に配置される請求項１２のタービン組立体。
戻り止めねじ（２８）は変形自在の基部（２９）を有し、
空洞部（１６）は戻り止めねじ（２８）の凹部を有し、
変形自在の基部（２９）は、戻り止めねじ（２８）をせん断ピン（１０）内に締め付けると、戻り止めねじ（２８）の凹部と結合可能である請求項１３のタービン組立体。
さらにクロスピン（２４）を備え、
本体はせん断ピンの孔（２２）に関して垂直方向に延びて、それと連通するクロスピンの孔（２６）を有し、
クロスピン（２４）はクロスピンの孔（２６）内に配置される請求項１４のタービン組立体。
圧縮機ロータを組立てる方法であって、
（ａ）上端部及び下端部を有し、上端部に隣接する空洞部（１６）、及び上端部と、空洞部（１６）との間を連通する中央開口（３２）を有する円柱状本体（１２）と、空洞部（１６）内に枢動自在に配置されたカム（１８）とより成る複数のせん断ピン組立体（１０）を用意し
（ｂ）複数のディスク（４０）を用意し、
（ｃ）複数のディスク（４０）を積層し、
（ｄ）積層した各ディスクを隣接のディスクに固着してロータの積層体を形成し、
（ｅ）少なくとも１つがディスク間の各界面に位置する複数の半径方向の盲孔（４４）を機械加工により形成し、
（ｆ）単一のディスク内の半径方向の各盲孔（４５）にスロット（４５）を機械加工により形成し
（ｇ）半径方向の各盲孔（４４）と、スロット（４５）とを清浄にし、
（ｈ）せん断ピン組立体（１０）を盲孔（４４）に挿入し、
（ｉ）カム（１８）を回転させてスロット（４５）に挿入し、
（ｊ）カム（１８）を定位置にロックするステップより成る圧縮機ロータの組立て方法。
（ｋ）各ピンの上端部の孔に戻り止めねじ（２８）を装着し、（ｎ）各戻り止めねじ（２８）を締めて各ねじが空洞部（１６）内を延び、カム（１８）が空洞部（１６）内で反対方向に回転しないようにするステップをさらに含む請求項１６の方法。
重力がカムを回転させてスロット（４５）内に挿入されるようにする請求項１６の方法。