(57)【要約】      （修正有）【課題】第１ロータと非相補形フランジ穴を有する第２ロータとを組み立てる方法を提供する。【解決手段】第１ロータ１０２と非相補形フランジ穴１２０、１２２を有する第２ロータ１０４とを組み立てる方法は、ロータフランジ１１０、１１２の中央に嵌合要素を設け、ダウエル１４０をロータフランジ１１０のフランジ穴の中に結合し、嵌合要素を嵌合するとともに、ダウエルを、他方のロータフランジ１１２における対応するフランジ穴に貫通させることを含む。ロータフランジ間の整列を確保しながら、ねじ付き鍔部材１５０をダウエル１４０上にねじ込むことによって、ロータ１０２、１０４同士が漸進的に引き寄せられる。フランジ同士が接触すると、フランジ穴１２０、１２２を機械加工することによって、それらを相補形にする。ダウエル１４０が取り外されると、相補形フランジ穴１２０、１２２のそれぞれの組における締結部材によってロータ同士が結合される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ロータ（１０２）と、非相補形フランジ穴（１２０、１２２）を有する第２ロータ（１０４）を組み立てる方法であって、
前記第１ロータ（１０２）の第１ロータフランジ（１１０）の実質的に中央に雄突起（１３０）を設けること、
前記第２ロータ（１０４）の第２ロータフランジ（１１２）の実質的に中央に、前記雄突起（１３０）に対応する雌穴（１３２）を設けること、
少なくとも部分的にねじが切られたダウエル（１４０）を、前記第１ロータフランジ（１１０）における円周方向に間隔を空けて配置された複数のフランジ穴（１２０、１２２）のそれぞれの中に結合すること、
前記雄突起（１３０）を前記雌穴（１３２）に嵌合し、前記複数の少なくとも部分的にねじが切られたダウエル（１４０）を前記第２ロータフランジ（１１２）における対応するフランジ穴（１２２）に貫通させること、
前記フランジ（１１０、１１２）の軸方向位置を基準に対して定期的に測定することによって前記第１ロータフランジ（１１０）と前記第２ロータフランジ（１１２）との間の整列を確保しながら、ねじ付き鍔部材（１５０）をそれぞれの少なくとも部分的にねじが切られたダウエル（１４０）上にねじ込むことによって、前記第１ロータ（１０２）と前記第２ロータ（１０４）とを漸進的に引き寄せること、
前記第１ロータフランジ（１１０）と前記第２ロータフランジ（１１２）が接触した状態で、前記第１ロータフランジ（１１０）におけるフランジ穴（１２）と前記第２ロータフランジ（１１２）におけるフランジ穴（１２２）の少なくとも一方を機械加工し、相補形フランジ穴（１２０、１２２）を形成すること、
前記複数の少なくとも部分的にねじが切られたダウエル（１４０）を取り外すこと、および
相補形フランジ穴（１２０、１２２）のそれぞれの組に締結部材（１７０）を結合することによって、前記第１ロータ（１０２）を前記第２ロータ（１０４）に組み付けること
を含む、方法。
【請求項２】
前記雄突起（１３０）の直径が、前記雌穴（１３２）の直径よりも大きい、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２のロータフランジ（１１２）のそれぞれのフランジ穴（１２２）に対する、前記少なくとも部分的にねじが切られたダウエル（１４０）の１つの公差が、その前記第２ロータフランジ（１１２）のそれぞれのフランジ穴（１２２）に対する、他方の少なくとも部分的にねじが切られたダウエル（１４０）の公差よりも狭い、請求項１記載の方法。
【請求項４】
それぞれの締結部材（１７０）が、ねじ付き部（１７２）とダウエル部（１７４）と含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
それぞれの少なくとも部分的にねじが切られたダウエル（１４０）が、工具を受容する多角形端部（１４２）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
それぞれの鍔部材（１５０）が、工具を受容する多角形端部（１５２）を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ダウエルの結合に先行して、前記第１ロータ（１０２）と前記第２ロータ（１０４）のうちの選択された一方を、該選択された一方がその中で動作する機械（１０６）の中に組み付けることをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第１ロータ（１０２）がターボ機械（１０６）の主ロータを含み、前記第２ロータ（１０４）が制御ロータを含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第２ロータ（１０４）がターボ機械（１０６）の主ロータを含み、前記第１ロータ（１０２）が制御ロータを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記の整列を確保することが、前記第１ロータフランジ（１１０）を前記基準として使用して、前記第１ロータフランジ（１１０）に対する各鍔部材（１５０）の軸方向変位を定期的に測定することを含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には回転機械に関する。より具体的には、本発明は非相補形フランジ穴を有する２つのロータの組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な回転機械においては、主ロータが回転しいくつかの構成要素を駆動する、または主ロータがいくつかの構成要素によって駆動される。主ロータは、通常はそのフランジの周りに円形に配列される相補形フランジ穴を貫通するボルトを使用して、嵌合端部フランジを介して別の（制御）ロータに取り付けられる。一方のロータのフランジ穴が、他方のロータにおけるフランジ穴と同じ寸法ではない、またはそれと整列されない状況が起こり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の第１の態様は、第１ロータと、非相補形フランジ穴を有する第２ロータを組み立てる方法であって、前記第１ロータの第１ロータフランジの実質的に中央に雄突起を設けること、前記第２ロータの第２ロータフランジの実質的に中央に、前記雄突起に対応する雌穴を設けること、少なくとも部分的にねじが切られたダウエルを、前記第１ロータフランジにおける円周方向に間隔を空けて配置された複数のフランジ穴のそれぞれの中に結合すること、前記雄突起を前記雌穴に嵌合し、前記複数の少なくとも部分的にねじが切られたダウエルを前記第２ロータフランジにおける対応するフランジ穴に貫通させること、前記フランジの軸方向位置を基準に対して定期的に測定することによって前記第１ロータフランジと第２ロータフランジとの間の整列を確保しながら、ねじ付き鍔部材をそれぞれの少なくとも部分的にねじが切られたダウエル上にねじ込むことによって、前記第１ロータと前記第２ロータとを漸進的に引き寄せること、前記第１ロータフランジと前記第２ロータフランジが接触した状態で、前記第１ロータフランジにおけるフランジ穴と前記第２ロータフランジにおけるフランジ穴の少なくとも一方を機械加工し、相補形フランジ穴を形成すること、前記複数の少なくとも部分的にねじが切られたダウエルを取り外すこと、および相補形フランジ穴のそれぞれの組に締結部材を結合することによって、前記第１ロータを前記第２ロータに組み付けることを含む方法を提供する。
【０００４】
本発明の第２の態様は、主ロータと、非相補形フランジ穴を有する制御ロータを組み立てる方法であって、前記主ロータの主ロータフランジと前記制御ロータの制御ロータフランジのうちの第１の一方の実質的に中央に雄突起を設けること、前記主ロータの前記主ロータフランジと前記制御ロータの前記制御ロータフランジのうちの第１の他方の実質的に中央に、前記雄突起に対応する雌穴を設けること、少なくとも部分的にねじが切られたダウエルを、前記主ロータフランジと前記制御ロータフランジのうちの第２の一方における円周方向に間隔を空けて配置された複数のフランジ穴のそれぞれの中に結合すること、前記雄突起を前記雌穴に嵌合し、前記複数の少なくとも部分的にねじが切られたダウエルを前記主ロータフランジと前記制御ロータフランジのうちの第２の他方における対応するフランジ穴に貫通させること、前記フランジの軸方向位置を基準に対して定期的に測定することによって前記主ロータフランジと前記制御ロータフランジとの間の整列を確保しながら、ねじ付き鍔部材をそれぞれの少なくとも部分的にねじが切られたダウエル上にねじ込むことによって、前記主ロータと前記制御ロータとを漸進的に引き寄せること、前記主ロータフランジと前記制御ロータフランジが接触した状態で、前記主ロータフランジにおけるフランジ穴と前記制御ロータフランジにおけるフランジ穴の少なくとも一方を機械加工し、相補形フランジ穴を形成すること、前記複数の少なくとも部分的にねじが切られたダウエルを取り外すこと、および相補形フランジ穴のそれぞれの組に締結部材を結合することによって、前記主ロータを前記制御ロータに組み付けることを含む方法を提供する。
【０００５】
本発明のこれら、およびその他の特徴は、以下の本発明の様々な態様の詳細な説明を、本発明の様々な実施形態を示す添付の図面と合わせ読めば、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】非整列のフランジ穴を有するロータフランジの縦断面図である。
【図２】本発明による、非相補形フランジ穴を有するロータの組立方法の実施形態の斜視図である。
【図３】本発明による、非相補形フランジ穴を有するロータの組立方法の実施形態の斜視図である。
【図４】本発明による、非相補形フランジ穴を有するロータの組立方法の実施形態の斜視図である。
【図５】本発明による、非相補形フランジ穴を有するロータの組立方法の実施形態の斜視図である。
【図６】本発明による、非相補形フランジ穴を有するロータの組立方法の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
なお、本発明の図面は実寸に比例していない。これらの図面は、本発明の典型的な態様を示すものであり、したがって本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
【０００８】
本発明の実施形態は、非相補形フランジ穴を有するロータの組立方法を提供する。本発明の少なくとも１つの実施形態を、蒸気タービンの形態のターボ機械の動作と関係する、それの応用を参照して以下に説明する。しかしながら、当業者および本明細書における教示によって案内される者には、本発明の実施形態はタービンおよび／またはエンジンなどの任意好適な回転機械に適用可能であることは明らかである。
【０００９】
図１は、例えば、組１４のように整列していないか、または組１６のように寸法が異なるという理由から整列していないフランジ穴を含む、１つのロータフランジ１０と別のロータフランジ１２の縦断面図を示す。このような状況は、例えば、蒸気タービンなどのターボ機械の点検の間に発生することがある。この場合には、１つの製造業者によって製造されたロータ、またはその一部が、別の製造業者によって製造されたロータ、またはその一部と取り換えられることがあり、フランジ穴同士が非相補形となることがある。
【００１０】
図２〜５を見ると、本発明の実施形態による第１ロータ１０２および第２ロータ１０４が示されている。一実施形態において、第１または第２ロータ１０２、１０４（１０２が示されている）は、ターボ機械などの回転機械の主ロータであって、他方のロータは、主ロータに連結するための制御ロータとしてもよい。図２に示すように、第１ロータ１０２は、ロータ同士が一体構造として動作させるように、第２ロータ１０４の第２ロータフランジ１１２に結合するための、第１ロータフランジ１１０を含む。各フランジ１１０、１１２は、それぞれのシャフト１１４、１１６に固定的に結合されており、その後者は、異なる寸法、例えば直径、長さ、その他を有してもよい。各フランジ１１０、１１２はまた、それぞれ複数のフランジ穴１２０、１２２を含む。一方のフランジ、例えばフランジ１１０は、ねじ付き陥凹部１２４（図４）の形態のフランジ穴１２０を含んでもよく、他方のフランジ、例えばフランジ１１２は、ねじ付き、またはねじ無しの開口１２６の形態のフランジ穴１２２を含んでもよく、このフランジ穴１２２はフランジ１１０の反対面上に座ぐり穴１２８を含んでもよい。この場合に、本明細書において説明されるように、ねじ付き締結部材がフランジ穴１２２を通過して、フランジ穴１２０中にねじ込まれて、ロータ同士１０２、１０４を結合することができる。
【００１１】
図１に関して説明するように、発生する可能性ある１つの状況は、フランジ穴１２０、１２２が非相補形となることである。フランジ穴１２０、１２２が相補形でないことの特質は、同一の寸法でないこと（例えば、一方の穴が他方よりも大きい、または異なる大きさのねじ山を有する、など）、および／または非同軸整列などの、様々な形態をとることがある。本明細書の別のところで記述するように、このような状況は、例えば、１つの製造業者によって製造されたロータまたはその一部が、別の製造業者によって製造されたロータ、またはその一部と置き換えられる場合に発生し得る。このような状況に対処するために、本発明の実施形態は、非相補形フランジ穴１２０、１２２を備えるロータ１０２、１０４の組立方法の実施形態を紹介する。
【００１２】
図２を見ると、必須ではないが、第１ロータ１０２と第２ロータ１０４のうちの選択された一方を、機械１０６、例えば、発電機、タービン、モータなどに組み付けてもよく、この機械１０６において、選択された一方のロータが、以下の方法の一部に先立って動作する。図２に続いて、雄突起１３０が、第１ロータ１０２の第１ロータフランジ１１０の実質的に中央に設けられている。さらに、雄突起１３０に対応する雌穴１３２が、第２ロータ１０４の第２ロータフランジ１１２の実質的に中央に設けられている。各フランジの中央は、任意の現在知られている、または後に開発される方法、例えばフランジ１１０、１１２の横断直径、測定などによって決定することができる。雄突起１３０は、溶接によるか、またはねじ付き穴（図示せず）を作成して、雄突起１３０をフランジ１１０にねじ式に結合するなど、様々な方法で設けてもよい。雌穴１３２は、例えば、任意の穴あけ工法を用いて設けることができる。雄突起１３０および雌突起１３２は、対応する実質的な円形形状を有するのが示されているが、対応する形状は、円形に限定されるものではなく、雄突起１３０と雌穴１３２の嵌合を可能にする任意の形状とすることができる。一実施形態において、雄突起１３０は、結合されたときに雌穴１３２との間に締り嵌めを形成するように、雌穴１３２の直径Ｄ２よりも、例えば約０．００３〜０．００８ｃｍ（０．００１〜０．００３インチ）だけ大きい直径Ｄ１を有する。
【００１３】
図３を参照すると、少なくとも部分的にねじが切られたダウエル１４０が、第１ロータフランジ１１０において円周方向に間隔を空けて配置された複数のフランジ穴１２０のそれぞれの中に結合されている。ダウエル１４０を備えるように選択されたフランジ穴１２０は、第２ロータフランジ１１２における対応するフランジ穴１２２を有し、このフランジ穴１１２は、ダウエル１４０をそれと嵌合させるのに十分な相補関係にある。したがって、使用されるダウエル１４０の数は、図示されている４つとは異なってもよい。各ダウエル１４０には、それをフランジ穴１２０にねじ込むのを助けるために、工具を受容する多角形端部１４２を含めてもよい。しかしながら、端部１４２は、すべての場合に必要であるわけではない。さらに、図４に示すように、１つのダウエル１４０Ｌは、第２ロータフランジ１１２のそれぞれのフランジ穴１２２に対する他のダウエル１４０の公差よりも、第２ロータフランジ１１２のそれぞれのフランジ穴１２２に対して狭い公差を有してもよい。例えば、ダウエル１４０Ｌは、他のダウエル１４０よりも大きな直径、すなわち直径Ｄ４を有してもよく、またはフランジ１１２における穴１２２Ｌは、より小さな内径を有してもよい。公差における差の大きさは、例えば、約０．００５ｃｍ（０．００２インチ）とすることができる。本明細書において明らかになるように、このより狭い公差が、円周方向におけるその結合中に、フランジ１１０、１１２同士を適正に配置する助けとなる。
【００１４】
図４は、雄突起１３０の雌穴１３２への嵌合と、ダウエル１４０の第２ロータフランジ１１２における対応するフランジ穴１２２への貫通を示す。雄突起１３０と雌穴１３２との間の締り嵌めによって、ロータ１０２、１０４の軸方向整列が確保される。次いで、第１ロータ１０２と第２ロータ１０４とが、ねじ付き鍔部材１５０を各ダウエル１４０上にねじ込むことによって、漸進的に引き寄せられる。すなわち、各鍔部材１５０を介してフランジ穴１２２における座ぐり穴１２８へ力をかけることによって、ロータ同士１０２、１０４が互いに引き寄せられる。各鍔部材１５０には、工具を受容する多角形端部１５２と、それぞれのダウエルのねじ部に相補形のねじ付き穴１５４とを含めてもよい。ダウエル１４０と鍔部材１５０は、ねじ式相互作用を有するとして説明したが、その他の機構を応用して、フランジ１１０、１１２の漸進的な引き寄せを可能にしてもよいこと、例えば、油圧牽引ラム（pulling ram）によってねじ無しのダウエル１４０を係合してもよいことを理解されたい。
【００１５】
ロータ１０２、１０４同士の漸進的な引き寄せが行われている間に、第１ロータフランジ１１０と第２のロータフランジ１１２の間の整列は、基準に対してフランジの軸方向位置を定期的に測定することによって確保される。使用される基準は様々な形態をとることができる。例えば、一実施形態において、整列を確保することは、第１ロータフランジ１１０を基準として使用して、第１ロータフランジ１１０に対する各鍔部材１５０の軸方向変位（ＡＤ）を定期的に測定することを含む。この測定は、現在知られているまたは後に開発される任意の技法、例えば、キャリパー、レーザ、その他を使用して行うことができる。このようにして、雄突起１３０と雌穴１３２の係合は、第１と第２ロータ１０２、１０４が軸方向に整列されて保持されることを保証し、これに対してダウエル１４０は、第２ロータ１０４が第１ロータ１０２と円周方向に整列されることを保証する。そのような軸方向測定は、第２ロータ１０４が第１ロータ１０２に接近させられるときに、適正な整列を確保するために、鍔部材１５０上にねじ切りする工程の全体にわたって行うことができる。
【００１６】
図５に示すように、第１ロータフランジ１１０と第２ロータフランジ１１２とが接触した状態で、第１ロータフランジにおけるフランジ穴１２０と、第２ロータフランジ１１２におけるフランジ穴１２２のうちの少なくとも一方が機械加工されて、相補形フランジ穴１２０、１２２、すなわち相補形穴の組が形成される。機械加工は、任意の工具（複数を含む）１６０、例えば、ボアヘッド、シェルリーマなどのリーマヘッド、ねじ付きヘッド、その他によって実施することができる。この機械加工は、フランジ１１０、１１２における穴を軸方向に整列させ、穴の寸法を変更し、ねじの大きさを変更し、例示した装置における変更が可能な、その他任意の構造を修正する働きをすることができる。また図５に示されているように、機械加工が完了すると、ねじ式で取り外すことによって、ダウエル１４０（および鍔部材１５０）が取り外される。
【００１７】
図６は、相補形フランジ穴１２０、１２２の各組において、締結部材１７０を結合することによる、第１ロータ１０２の第２ロータ１０４への組み付けを示している。一実施形態において、締結部材１７０は、ねじ付き部１７２とダウエル部１７４とを含む。ねじ付き部１７２は、ロータフランジ１１０のねじ付き陥凹部１２４（図４）が修正されているか、または修正されていないときに、それらに嵌合するように寸法決めされている。ダウエル部１７４は、結合部に荷重がかかるときに、せん断力に対して保護をする。元の締結部材が使用されるときには、寸法を変更された穴１２０、１２２に適合するように、各ダウエル部１７４を機械加工してもよい。次いで、締結部材１７０を挿入して、一回に円形配置の穴の一区間ずつ、ゆっくりと締め付けることができる。
【００１８】
前記の図面は、本開示のいくつかの実施形態による、関連する処理の一部を示す。これに関して、各図面は、説明した方法の実施形態に関連する工程を表す。また、いくつかの代替的実現形態においては、図面において注記した行為が、図面および説明に示す順序と外れて発生することがあること、または、例えば、関係する行為に応じて、実際には実質的に同時に、または逆の順序で実行されることもあることに注意されたい。さらに、ある構造、例えば雄突起１３０、ねじ付き陥凹部１２４（図４）等は、一方または他方のロータ１０２、１０４上に図示されているが、配置は本発明の範囲から逸脱することなく切り換えることができることを理解されたい。さらに、処理を説明する追加の図面が、簡単にするために省略されていることがあることに、当業者であれば気付かれるであろう。
【００１９】
「第１」、「第２」等の用語は、本明細書においては、いかなる順序、量、または重要性を示すものでもなく、要素同士を区別するために使用されるものであり、また本明細書において数詞がないことは量の限定を示すものではなく、参照された項目が少なくとも１つ存在することを示すものである。ある量と関係して使用される修飾語「約（about）」は、記載された値を包含するとともに、文脈により示される意味を有する（例えば、特定の量の測定に関連する誤差の程度を含む）。添え字「（ｓ）」は本明細書においては、それが修飾する用語の単数と複数の両方を含み、それによってその用語の１つまたは２つ以上を含む（例えば、metal(s)は、１種または２種以上の金属を含む）ことを意図している。本明細書で開示する範囲は、包含的で独立に組み合わせ可能である（例えば、「最大約２５重量％まで、またはより具体的に、約５重量％から約２０重量％」の範囲は、「約５重量％から約２５重量％」の範囲の端点およびすべての中間値を包含する）。
【００２０】
本明細書において様々な実施形態について説明したが、要素の様々な組み合わせ、それらにおける変更または改善を当業者は行うことができ、それらは本発明の範囲に含まれることが、明細書から理解されるであろう。さらに、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、多数の修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するための企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことを意図するものである。
【符号の説明】
【００２１】
１０２  第１ロータ
１０４  第２ロータ
１０６  機械
１１０  第１ロータフランジ
１１２  第２ロータフランジ
１１４  第１シャフト
１１６  第２シャフト
１２０  フランジ穴
１２２  フランジ穴
１２２Ｌ  穴
１２４  陥凹部
１２６  開口
１２８  座ぐり穴
１３０  雄突起
１３２  雌穴
１４０  ダウエル
１４２  多角形端部
１４０Ｌ  ダウエル
１５０  鍔部材
１５２  多角形端部
１５４  穴
１６０  工具
１７０  締結部材
１７２  ねじ付き部
１７４  ダウエル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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