(57)【要約】  軸流圧縮機のためのアセンブリおよび方法は、圧縮機ハウジングの長手方向の長さに沿って入口ケーシングと吐出ケーシングとの間に延在する軸方向シャフトを包含する。軸方向シャフトアセンブリは、第一のスタブシャフト、第二のスタブシャフトおよび長手方向の軸を有する中空のシャフトドラムを包含する。第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトは、シャフトドラムの長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に結合される。複数のキーが第一および第二の各スタブシャフトならびにシャフトドラムの外側周囲の近くに半径方向の配置で配設される。複数のピンが複数のキーと係合し、ピンにより、シャフトドラムが第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトに対して相対的に軸方向に回転することを防止し、シャフトドラムが各スタブシャフトから軸方向および半径方向に離れることを防止する。
2014521018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸流圧縮機のためのシャフトアセンブリであって：
第一のスタブシャフト；
第二のスタブシャフト；
前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトが長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に結合される、長手方向の軸を有する中空のシャフトドラム；
前記第一および第二の各スタブシャフトならびに前記シャフトドラムの外側周囲の近傍に半径方向の配置で配設される複数のキー；および
前記複数の各キーと係合する複数のピン
を含み、
前記各ピンにより、前記シャフトドラムが前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトに対して相対的に軸方向に回転することを防止し、前記シャフトドラムが前記各スタブシャフトから軸方向および半径方向に離れることを防止する、
シャフトアセンブリ。
【請求項２】
さらに：
前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトの各々に提供される複数の肩部構造と；
前記長手方向の軸に沿って前記シャフトドラムの対向する各端部に提供される複数の肩部凹所と
を含み、
前記シャフトアセンブリの同軸配置を維持するため、前記複数の肩部構造が前記複数の肩部凹所と係合し、前記第一および第二の各スタブシャフトと前記シャフトドラムとの間に相欠き嵌合を形成するように動作可能である、請求項１記載のシャフトアセンブリ。
【請求項３】
前記各ピンと前記各キーとの間の締まり嵌め嵌合を許容するため、前記各ピンが対応する前記キーよりも大きい寸法である、請求項１記載のシャフトアセンブリ。
【請求項４】
前記各キーが前記第一および第二の各スタブシャフトに形成される溝穴と、前記シャフトドラムに形成される対応する溝穴とを含む、請求項１記載のシャフトアセンブリ。
【請求項５】
前記各ピンが前記ピンの長手方向の軸と実質的に同軸の凹所を包含し、対応する前記キーへの前記ピンの挿入を容易にするように凹所が適応される、請求項１記載のシャフトアセンブリ。
【請求項６】
さらに、前記シャフトドラムを通し、前記第一のスタブシャフトと前記第二のスタブシャフトとの間を軸方向に延在する一つ以上の通しボルトを含み、前記一つ以上の各通しボルトが前記第一および第二の各スタブシャフトとシャフトドラムとの間の相対的な移動を防止するための締め力を提供する、請求項１記載のシャフトアセンブリ。
【請求項７】
前記各通しボルトがねじ切りされた各端部を包含し、前記ねじ切りされた各端部に、前記通しボルトを締め付け、前記第一および第二の各スタブシャフトを前記シャフトドラムに結合するためのナットが提供される、請求項６記載のシャフトアセンブリ。
【請求項８】
軸流圧縮機であって：
一つの端部に提供される入口ケーシングおよび対向する端部に提供される吐出ケーシングを有するハウジングと；
前記ハウジングの長手方向の長さに沿って前記入口ケーシングと前記吐出ケーシングとの間に延在する、前記ハウジング内部に回転可能に配設される軸方向シャフトアセンブリと；
前記ハウジングの内側表面から半径方向に内向きに延在する複数の静翼と；
前記軸方向シャフトアセンブリの外側表面から半径方向に外向きに延在する複数の動翼と
を含み、
前記軸方向シャフトアセンブリが：
第一のスタブシャフト；
第二のスタブシャフト；
前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトが長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に結合される、長手方向の軸を有する中空のシャフトドラム；
前記第一および第二の各スタブシャフトならびに前記シャフトドラムの外側周囲の近傍に半径方向の配置で配設される複数のキー；および
前記複数の各キーと係合する複数のピン
を含み、前記各ピンにより、前記シャフトドラムが前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトに対して相対的に軸方向に回転することを防止し、前記シャフトドラムが前記各スタブシャフトから軸方向および半径方向に離れることを防止する、
軸流圧縮機。
【請求項９】
さらに：
前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトに提供される複数の肩部構造と；
前記シャフトドラムの長手方向の軸に沿って前記シャフトドラムの対向する各端部に提供される複数の肩部凹所と
を含み、
前記シャフトアセンブリの同軸配置を維持するため、前記複数の各肩部構造が前記複数の各肩部凹所と係合し、前記第一および第二の各スタブシャフトと前記シャフトドラムとの間に相欠き嵌合を形成するように動作可能である、請求項８記載の軸流圧縮機。
【請求項１０】
前記ピンと前記キーとの間の締まり嵌め嵌合を許容するため、前記各ピンが対応する前記キーよりも大きい寸法である、請求項８記載の軸流圧縮機。
【請求項１１】
前記各キーが前記第一および第二の各スタブシャフトに形成される溝穴と、前記シャフトドラムに形成される対応する溝穴とを含む、請求項８記載の軸流圧縮機。
【請求項１２】
前記各ピンが前記ピンの長手方向の軸と実質的に同軸の凹所を包含し、対応する前記キーへの前記ピンの挿入を容易にするように前記凹所が適応される、請求項８記載の軸流圧縮機。
【請求項１３】
さらに、前記シャフトドラムを通し、前記第一のスタブシャフトと前記第二のスタブシャフトとの間を軸方向に延在する一つ以上の通しボルトを含み、前記一つ以上の通しボルトが前記第一および第二の各スタブシャフトと前記シャフトドラムとの間の相対的な移動を防止するための締め力を提供する、請求項８記載の軸流圧縮機。
【請求項１４】
前記各通しボルトがねじ切りされた各端部を包含し、前記ねじ切りされた各端部に、前記通しボルトを締め付け、前記第一および第二の各スタブシャフトを前記シャフトドラムに結合するためのナットが提供される、請求項１３記載の軸流圧縮機。
【請求項１５】
軸流圧縮機のシャフトドラムにスタブシャフトを取り付ける方法であって：
第一のスタブシャフト；
第二のスタブシャフト；および
前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトがシャフトドラムの長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に結合される、長手方向の軸を有する中空のシャフトドラム
を含む、軸方向シャフトアセンブリを提供する工程；
前記第一および第二の各スタブシャフトならびに前記シャフトドラムの外側周囲の近くに半径方向の配置で配設される複数のキーを提供する工程；および
前記複数の各キーと係合する複数のピンを提供する工程
を含み、前記各ピンにより、前記シャフトドラムが前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトに対して相対的に軸方向に回転することを防止し、前記シャフトドラムが前記各スタブシャフトから軸方向および半径方向に離れることを防止する、
方法。
【請求項１６】
さらに：
前記第一のスタブシャフトおよび前記第二のスタブシャフトに提供される複数の肩部構造を提供する工程と；
前記シャフトドラムの長手方向の軸に沿って前記シャフトドラムの対向する各端部に提供される複数の肩部凹所を提供する工程と
を含み、
同軸配置を維持するため、前記複数の各肩部構造が前記複数の各肩部凹所と係合し、前記第一および第二の各スタブシャフトと前記シャフトドラムとの間に相欠き嵌合を形成するように動作可能である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記ピンと前記キーとの間の締まり嵌め嵌合を許容するため、前記各ピンが対応する前記キーよりも大きい寸法である、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記各キーが前記第一および第二の各スタブシャフトに形成される溝穴と、前記シャフトドラムに形成される対応する溝穴とを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
さらに、前記シャフトドラムを通し、前記第一のスタブシャフトと前記第二のスタブシャフトとの間を軸方向に延在する一つ以上の通しボルトを提供する工程を含み、前記一つ以上の通しボルトが前記第一および第二の各スタブシャフトと前記シャフトドラムとの間の相対的な移動を防止するための締め力を提供する、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
前記各通しボルトがねじ切りされた各端部を包含し、前記ねじ切りされた各端部に、前記通しボルトを締め付け、前記第一および第二の各スタブシャフトを前記シャフトドラムに結合するためのナットが提供される、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、概して、軸流圧縮機に関し、より詳細には、軸流式圧縮機ロータシャフトのドラムにスタブシャフトを取り付ける方法に関する。
【０００２】
背景技術
ターボ機械、例えば、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機およびタービンは、様々な産業で利用される。軸流式圧縮機は、とりわけ、発電所、ジェットエンジン用途、ガスタービンおよび自動車用途で広く使用される。軸流式圧縮機は、大規模な工業用途、例えば、製油産業で使用される空気分離設備およびホットガスエキスパンダでも一般に使用される。
【０００３】
軸流式圧縮機は、一般的に、ドラムの軸方向の長さに沿って周方向に配置され、複数個の列として離間して設けられた多数の翼形羽根を有する中央ドラムに結合された回転シャフトを包含する。翼形羽根は、静止筒状ケーシングに取り付けられた対応する数の静止翼間で回転する。作動流体、例えば、空気は、回転シャフトの軸方向に軸流圧縮機に入り、出る。作動流体からのエネルギーは、静止翼に対する回転翼形羽根の相対的な動きを生じさせる。作動流体が軸流式圧縮機を通過するにつれて圧縮されるように、中央ドラムとケーシングとの間の断面積が入口端部から吐出端部へと減少する。
【０００４】
軸流式圧縮機の製造では、一つ以上の中実のスタブシャフトが締まり嵌め連結、例えば、相欠き嵌合により、中空のシャフトドラムに動作可能に結合される。スタブシャフトおよび中空ドラムの設計のため、二つの部品は、圧縮機運転中に半径方向および軸方向の両方に次第に離間する傾向がある。寸法の主な変化は、半径方向に発生する。スタブシャフトの半径方向の膨張の大きさは、通例、中空ドラムの半径方向の膨張の大きさよりも小さく、締まり嵌め嵌合の有効性が低減する。この問題を克服するため、先行技術のシステムは、スタブシャフトの入口端部と吐出端部との間に延在する長い通しボルトを利用する。通しボルトは、スタブシャフトと中空のシャフトドラムとの間の環状隙間空間内を軸方向に延在し、シャフトドラムが各スタブシャフトから半径方向に次第に離間することを防止する。
【０００５】
先行技術において、Westinghouseの米国特許第１，１４２，０６９号は、複数のボルトにより、衝動水車がボルト留めされたドラムを有するロータ要素を包含する水中タービンを開示している。第一のシャフト端部が衝動水車と一体に形成される一方、第二のシャフト端部がドラムと一体に形成される。Westinghouse特許の図１および３は、ボルトが衝動水車を中心に周方向に配置されることを例示している。
【０００６】
Samurinらの米国特許第３，７４９，５１６号は、通しボルトの端部に固定的に固定されたスタブシャフトを有するターボ機械のためのロータ構造を開示している。複数の羽根車がスタブシャフトに取り付けられる。スタブシャフトは、通しボルトに螺装され、軸方向に圧縮されて剛構造を形成する。ピン形態の複数の駆動手段が羽根車の中間および羽根車とスタブシャフトとの間に位置付けられる。半径方向に配設されるキーが羽根車とスタブシャフトとの間に挿入されてピンと係合し、スタブシャフトから羽根車アセンブリへの駆動連結を提供する。
【０００７】
Linらの米国特許第７，３３５，１０８号は、拘束された端部アダプタを備える複合駆動シャフトを開示している。駆動シャフトアセンブリは、端部アダプタによって拘束された複合管を包含する。端部アダプタは、複合管の端部部分で拘束される。各端部アダプタは、複合管と係合するように構成されたアダプタ管接合部を包含する。複数の突起がアダプタ管接合部から半径方向に外向きに突出し、複合管の内側表面で複合管と係合する。突起は、端部アダプタから複合管およびその逆にトルクを伝達する機能を果たす。
【０００８】
スタブシャフトとシャフトドラムとの間の相対的な移動を防止するため、これらの従来の装置を使用することには数多くの不都合が伴う。通しボルトが使用される態様では、ボルトは、スタブシャフトの全長に沿って延在するために実質的な長さである必要があるため、軸流式圧縮機が運転速度まで引き上げられるにつれ、ボルトが調波の不平衡および共振を受ける。通例、スタブシャフトが回転する高い速度では、これらの問題がさらに複雑になる。加えて、通しボルトが非常に高い予備延伸条件下で締結され、軸流式圧縮機が複数回のサイクルにわたって運転されるにつれ、ボルトが脆弱化する傾向がある。
【０００９】
発明の概要
前述に鑑み、シャフトドラムに対するスタブシャフトの相対的な動きを防止するための通しボルトの要望を解消する、軸流式圧縮機のシャフトドラムにスタブシャフトを取り付けるためのアセンブリおよび方法が要望されている。アセンブリおよび方法が製造コストを下げ、保守費用を低減する、軸流式圧縮機のシャフトドラムにスタブシャフトを取り付けるためのアセンブリおよび方法を提供することが追加的に要望されている。
【００１０】
一つの態様によると、軸流圧縮機のためのシャフトアセンブリは、第一のスタブシャフト、第二のスタブシャフトおよび長手方向の軸を有する中空のシャフトドラムを包含する。第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトは、シャフトドラムの長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に結合することができる。第一および第二の各スタブシャフトならびにシャフトドラムの外側周囲の近くに半径方向の配置で複数のキーを配設することができる。複数のピンが複数のキーと係合でき、ピンにより、シャフトドラムが第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトに対して相対的に軸方向に回転することを防止し、シャフトドラムが各スタブシャフトから軸方向および半径方向に離れることを防止する。
【００１１】
もう一つの態様によると、シャフトアセンブリは、さらに、第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトに提供される複数の肩部構造と、シャフトドラムの長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に提供される複数の肩部凹所とを包含することができる。同軸配置を維持するため、複数の肩部構造が複数の肩部凹所と係合し、第一および第二の各スタブシャフトとシャフトドラムとの間に相欠き嵌合を形成するように動作可能であることができる。
【００１２】
なおもう一つの態様に従うと、ピンとキーとの間の締まり嵌め嵌合を許容するため、軸方向シャフトアセンブリの各ピンが対応するキーよりも大きい寸法であることができる。加えて、各キーは、第一および第二の各スタブシャフトに形成される溝穴と、シャフトドラムに形成される対応する溝穴とを包含することができる。シャフトドラムは、さらに、その外側表面において軸方向に離隔した列として提供される複数の凹所を包含することができ、複数の各凹所が動翼を受けるように動作可能である。
【００１３】
軸方向シャフトアセンブリのもう一つの態様では、一つ以上の通しボルトがシャフトドラムを通し、第一のスタブシャフトと第二のスタブシャフトとの間を軸方向に延在することができる。一つ以上の通しボルトは、望ましくは、第一および第二の各スタブシャフトとシャフトドラムとの間の相対的な移動を防止するための締め力を提供する。各通しボルトがねじ切りされた各端部を包含でき、ねじ切りされた各端部に、通しボルトを締め付け、第一および第二の各スタブシャフトをシャフトドラムに結合するためのナットが提供されることができる。
【００１４】
もう一つの態様によると、一つの端部に提供される入口ケーシングおよび対向する端部に提供される吐出ケーシングを有するハウジングと、ハウジング内部に提供される軸方向シャフトアセンブリとを包含する軸流圧縮機を提供することができる。軸方向シャフトアセンブリは、ハウジングの長手方向の長さに沿って入口ケーシングと吐出ケーシングとの間に延在することができる。複数の静翼がハウジングの内側表面から半径方向に内向きに延在でき、複数の動翼が軸方向シャフトアセンブリの外側表面から半径方向に外向きに延在できる。軸方向シャフトアセンブリは、さらに、第一のスタブシャフト、第二のスタブシャフトおよび長手方向の軸を有する中空のシャフトドラムを包含することができる。第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトは、シャフトドラムの長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に結合することができる。第一および第二の各スタブシャフトならびにシャフトドラムの外側周囲の近くに半径方向の配置で複数のキーを配設することができる。加えて、複数のピンが複数のキーと係合でき、ピンにより、シャフトドラムが第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトに対して相対的に軸方向に回転することを防止し、シャフトドラムが各スタブシャフトから軸方向および半径方向に離れることを防止する。
【００１５】
さらなる態様によると、軸流圧縮機のシャフトドラムにスタブシャフトを取り付ける方法は、第一のスタブシャフト、第二のスタブシャフトおよび長手方向の軸を有する中空のシャフトドラムを有する軸方向シャフトアセンブリを提供する工程を包含することができる。第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトは、望ましくは、シャフトドラムの長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に結合される。方法は、加えて、第一および第二の各スタブシャフトならびにシャフトドラムの外側周囲の近くに半径方向の配置で配設される複数のキーを提供する工程を包含することができる。また、方法は、複数のキーと係合する複数のピンを提供する工程を包含でき、ピンにより、シャフトドラムが第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトに対して相対的に軸方向に回転することを防止し、シャフトドラムが各スタブシャフトから軸方向および半径方向に離れることを防止する。
【００１６】
もう一つの態様では、方法は、さらに、第一のスタブシャフトおよび第二のスタブシャフトに提供される複数の肩部構造を提供する工程と、シャフトドラムの長手方向の軸に沿ってシャフトドラムの対向する各端部に提供される複数の肩部凹所を提供する工程とを包含することができる。望ましくは、同軸配置を維持するため、複数の肩部構造が複数の肩部凹所と係合し、第一および第二の各スタブシャフトとシャフトドラムとの間に相欠き嵌合を形成するように動作可能である。ピンとキーとの間の締まり嵌め嵌合を許容するため、各ピンが対応するキーよりも大きい寸法であることができる。また、各キーが第一および第二の各スタブシャフトに形成される溝穴と、シャフトドラムに形成される対応する溝穴とを包含できる。
【００１７】
もう一つの態様に従うと、軸流圧縮機のシャフトドラムにスタブシャフトを組み付ける方法は、シャフトドラムを通し、第一のスタブシャフトと第二のスタブシャフトとの間を軸方向に延在する一つ以上の通しボルトを提供する工程を包含することができる。一つ以上の通しボルトは、第一および第二の各スタブシャフトとシャフトドラムとの間の相対的な移動を防止するための締め力を提供するように動作可能であることができる。各通しボルトは、ねじ切りされた各端部を包含することができ、ねじ切りされた各端部に、通しボルトを締め付け、第一および第二の各スタブシャフトをシャフトドラムに結合するためのナットを提供する。
【００１８】
本発明のさらなる詳細および効果は、図面と合わせて読まれる以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】先行技術による通しボルト配置を示す軸流式圧縮機の断面図である。
【図２】本発明の一つの態様による軸流式圧縮機の内部部品の断面図である。
【図３】図２の態様に従った軸方向シャフトアセンブリで使用されるピンのもう一つの態様の詳細断面図である。
【図４】図２に示す軸方向シャフトアセンブリで使用されるピンの詳細断面図である。
【図５】本発明のもう一つの態様に従った軸流式圧縮機の内部部品の分解図である。
【００２０】
発明の詳細な説明
以降の説明の目的上、空間的な向きの用語が使用される場合、添付図面の図で方向付けられるか、特に以下の詳細な説明に記載されるにつれ、参照される態様に関するものとする。しかし、以降に記載される態様に多くの代替変形および態様が存在できることが理解される。添付図面の図に例示され、本明細書において記載される特有の装置は、単に例示的なものであり、制限的と見なすべきでないことも理解される。
【００２１】
そのいくつかの図を通じて同様の参照符号が同様の各部を指す図面を参照して、軸流圧縮機ロータシャフトのドラムにスタブシャフトを取り付けるアセンブリおよび方法に関連して本発明を一般的に記載する。図１を参照すると、先行技術の態様に従った軸流圧縮機１０を示す。軸流圧縮機１０は、軸流圧縮機１０の軸方向に沿って吐出端部３０の反対側に提供される入口端部２０を包含する。入口端部２０は、軸流圧縮機１０内に作動流体を誘導するための入口ケーシング４０を包含する。望ましくは、複数の機械的締結具５５により、入口ケーシング４０が軸流圧縮機１０のハウジング５０の第一の端部に固定される。軸流圧縮機１０を通過した作動流体を放出するため、吐出ケーシング６０が吐出端部３０に提供される。複数の機械的締結具５５により、吐出ケーシング６０がハウジング５０の第二の端部に固定される。
【００２２】
引き続き図１を参照すると、軸方向シャフトアセンブリ７０がハウジング５０の内部に提供される。軸方向シャフトアセンブリ７０は、作動流体を入口端部２０から吐出端部３０に駆動するため、ハウジング５０の長手方向の軸８０を中心に回転可能である。軸方向シャフトアセンブリ７０は、その外側周辺縁部から半径方向に外向きに延在する複数の動翼９０を包含する。複数の静翼１００は、ハウジング５０の内側周辺縁部から半径方向に内向きに延在する。動翼９０および静翼１００は、長手方向の軸８０に沿って一つ以上の交互の列として配置される。作動流体は、入口端部２０から吐出端部３０に向けて通過するにつれ、動翼９０および静翼１００の交互の列の間を方向転換しながら導かれる。軸方向シャフトアセンブリ７０を密封し、軸流圧縮機１０からの作動流体の漏れを防止するため、シャフトシール１１０がそれぞれ入口ケーシング４０および吐出ケーシング６０との接合部に提供される。
【００２３】
軸方向シャフトアセンブリ７０は、さらに、中空のシャフトドラム１４０に連結される入口端部スタブシャフト１２０および吐出端部スタブシャフト１３０を包含する。入口端部スタブシャフト１２０および吐出端部スタブシャフト１３０は、シャフトドラム１４０の長手方向の軸に沿ってシャフトドラム１４０の対向する各端部に連結される。肩部構造１５０が入口端部スタブシャフト１２０および吐出端部スタブシャフト１３０に提供される。シャフトドラム１４０の各端部において、入口端部スタブシャフト１２０および吐出端部スタブシャフト１３０の各々とシャフトドラム１４０との接合部に相補的な肩部凹所１６０が提供される。肩部構造１５０および肩部凹所１６０は、スタブシャフト１２０、１３０とシャフトドラム１４０との間に相欠き嵌合を形成し、これらの部品の同軸配置を維持する。スタブシャフト１２０、１３０は、さらに、入口端部スタブシャフト１２０からシャフトドラム１４０を通して吐出端部スタブシャフト１３０まで延在する複数の通しボルト１７０を介し、シャフトドラム１４０に固定される。複数の穴１８０は、入口端部スタブシャフト１２０および吐出端部スタブシャフト１３０の周囲に半径方向のパターンで形成される。通しボルト１７０が複数の各穴１８０を通して挿入され、スタブシャフトをシャフトドラム１４０に確実に連結する。スタブシャフト１２０、１３０とシャフトドラム１４０との間の相欠き嵌合に大きい締め力を提供するため、各通しボルト１７０を予備延伸する必要がある。この配置により、シャフトドラム１４０が各スタブシャフト１２０、１３０に対して相対的に滑ることが避けられ、軸流圧縮機１０の運転中にシャフトドラム１４０がスタブシャフト１２０、１３０から軸方向および半径方向に次第に離間することを防止する。
【００２４】
これまで図１を参照して、先行技術の態様による軸方向シャフトアセンブリ７０を有する軸流圧縮機１０の基本的構造を記載したが、ここで、図２〜５を参照してシャフトアセンブリ２００を記載する。様々な態様において、軸流圧縮機１０にシャフトアセンブリ２００が利用される；しかし、この記載される態様が例示的なものに過ぎず、シャフトアセンブリ２００が複数の他のタービン装置に利用できることが理解される。
【００２５】
図２を参照すると、シャフトアセンブリ２００は、中空のシャフトドラム２３０に連結される入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０を包含する。入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０は、シャフトドラム２３０の長手方向の軸２４０に沿ってシャフトドラム２３０の対向する各端部に連結される。シャフトドラム２３０は、スタブシャフト２１０および２２０と同じ材料で製造することができる。あるいは、スタブシャフト２１０および２２０と異なる材料でシャフトドラム２３０を製造することができる。シャフトドラム２３０は、望ましくは、動翼２６０（図４〜５に示す）を受けるための複数の凹所２５０を有する。各凹所２５０は、シャフトドラム２３０の外側表面に提供される。図４および５は、例として、蟻継ぎ形状の凹所２５０を例示する；しかし、シャフトドラム２３０の構造の範囲および本質を逸することなく、他の態様が可能である。図４および５に示すように、複数の動翼２６０がシャフトドラム２３０の長手方向の長さに沿って軸方向に延在する列として配置されるように、各動翼２６０が凹所２５０の内部に摺動的に受けられる。
【００２６】
再度図２を参照すると、肩部構造２７０が入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０に提供される。シャフトドラム２３０の各端部において、入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０の各々とシャフトドラム２３０との接合部に相補的な肩部凹所２８０が提供される。肩部構造２７０および肩部凹所２８０は、スタブシャフト２１０および２２０とシャフトドラム２３０との間に相欠き嵌合を形成し、これらの部品の同軸配置を維持する。肩部構造２７０は、望ましくは、肩部凹所２８０の上方においてシャフトドラム２３０の半径方向に延在する。この配置により、シャフトドラム２３０がスタブシャフト２１０および２２０の各々に対して相対的に滑ることが避けられ、軸流圧縮機１０の運転中にシャフトドラム２３０がスタブシャフト２１０および２２０から軸方向および半径方向に次第に離間することを防止する。
【００２７】
引き続き図２を参照すると、スタブシャフト２１０および２２０は、さらに、スタブシャフト２１０、２２０およびシャフトドラム２３０に提供される複数のキー３００の内部に固定される複数のピン２９０を介し、シャフトドラム２３０に固定される。キー３００は、スタブシャフト２１０、２２０およびシャフトドラム２３０の外側周囲の近くに半径方向の配置で配設される。各キー３００は、それぞれの部品に提供されるスタブシャフト溝穴３１０および対応するシャフトドラム溝穴３２０を包含する。各キー３００は、丸い断面であることができる；しかし、当業者は、他の形状、例えば、正方形または矩形も可能であることができることを認識する。各ピン２９０は、対応するキー３００の内部に配設できるような形状である。例として、各ピン２９０は、キー３００に対応する細長い円筒形状を有することができる。望ましくは、各ピン２９０は、ピン２９０とキー３００との間の締まり嵌め嵌合を許容するため、対応するキー３００よりもわずかに大きい寸法である。この配置により、シャフトドラム２３０がスタブシャフト２１０および２２０の各々に対して相対的に滑ることが避けられ、軸流圧縮機１０の運転中にシャフトドラム２３０がスタブシャフト２１０および２２０から軸方向および半径方向に次第に離間することを防止する。
【００２８】
図３を参照すると、ピン２９０のもう一つの態様を例示する。この態様では、ピン２９０は、ピン２９０の一つの端部から軸方向に内向きに延在する凹所３７０を包含する。凹所３７０は、望ましくは、ピン２９０の長手方向の軸と同軸であり、ピン２９０の本体の部分を通して延在する。凹所３７０は、ピン２９０を対応するキー３００に挿入するためのピン挿入具（図示せず）を収容するような形状である。ピン２９０を締まり嵌め嵌合でキー３００の内部に組み付けるため、ピン２９０を冷却し、その外側寸法をわずかに低減することが望ましい。そのような冷却は、例として、液体窒素を使用して達成することができる。凹所３７０は、ピン２９０が冷却ステーション、例えば、液体窒素を入れた容器から移動し、キー３００への挿入のために位置付けられるにつれ、ピン２９０の取り扱いを容易にするように提供される。ピン２９０を冷却し、キー３００に挿入できるように、ピン挿入具が凹所３７０内に挿入される。ピン挿入具は、その後、凹所３７０から引き戻される。凹所３７０は、ピン挿入具の挿入を容易にするための面取りされた縁部３８０を有する。
【００２９】
図５を参照すると、シャフトアセンブリ２００の分解図を示す。場合により、複数の通しボルト３３０を入口端部スタブシャフト２１０と吐出端部スタブシャフトとの間に提供することができる（図５には図示せず）。通しボルト３３０は、望ましくは、シャフトドラム２３０を通して延在し、ねじ切りされた端部３３５を包含する。複数の穴３４０は、入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０の周囲に半径方向のパターンで形成される。通しボルト３３０が複数の各穴３４０を通して挿入され、スタブシャフト２１０および２２０をシャフトドラム２３０に確実に連結する。スタブシャフト２１０および２２０をシャフトドラム２３０に結合するためのナット３５０が通しボルト３３０のねじ切りされた各端部３３５に螺装され、締め付けられる。座金３６０をナット３５０と穴３４０との間の接合部に提供することができる。
【００３０】
これまで本発明の態様によるシャフトアセンブリ２００の基本的構造を記載したが、ここで、図２〜５を参照してスタブシャフト２１０および２２０をシャフトドラム２３０に取り付ける方法を記載する。軸流圧縮機１０のためのシャフトアセンブリ２００の態様によると、スタブシャフト２１０および２２０をシャフトドラム２３０に取り付ける方法は、入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０をシャフトドラム２３０の対向する各端部に提供する工程から開始する。次の工程では、肩部構造２７０が入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０に提供される。続く工程では、シャフトドラム２３０の各端部において、入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０の各々とシャフトドラム２３０との接合部に相補的な肩部凹所２８０が提供される。肩部構造２７０および肩部凹所２８０は、スタブシャフト２１０および２２０とシャフトドラム２３０との間に相欠き嵌合を形成し、これらの部品の同軸配置を維持する。次いで、複数のキー３００がスタブシャフト２１０、２２０およびシャフトドラム２３０に提供される。キー３００は、スタブシャフト２１０、２２０およびシャフトドラム２３０の外側周囲の近くに半径方向の配置で配設される。次の工程では、それぞれ入口端部スタブシャフト２１０またはシャフトドラム２３０に形成される溝穴３１０または３２０の一つに複数のピン２９０が挿入される。望ましくは、ピン２９０とキー３００との間の締まり嵌め嵌合を許容するため、各ピン２９０が対応するキー３００よりもわずかに大きい寸法である。最後の工程では、各ピン２９０をキー３００の内部に挿入および固定することにより、入口端部スタブシャフト２１０および吐出端部スタブシャフト２２０がシャフトドラム２３０に固定される。各ピン２９０とキー３００との間の締まり嵌め嵌合は、シャフトドラム２３０に対するスタブシャフト２１０および２２０の相対的な移動を防止するのに十分である。場合により、シャフトアセンブリ２００をさらに固定するため、スタブシャフト２１０および２２０に提供される対応する複数の穴３４０を通して複数の通しボルト３３０を挿入することができる。
【００３１】
シャフトアセンブリを有する軸流圧縮機および軸流圧縮機のシャフトドラムにスタブシャフトを取り付ける方法の態様を添付図に示し、本明細書において詳細に記載する一方、本発明の範囲および本質を逸することなく、他の態様が当業者には明らかであり、容易に作製される。例として、本開示では一般的に軸流圧縮機１０に利用されるシャフトアセンブリ２００を述べる一方、シャフトアセンブリおよび方法の態様が他のガスタービン装置に適用可能であることが企図される。本発明の範囲は、請求の範囲およびその均等物によって画定される。
【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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【国際調査報告】
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