(57)【要約】      （修正有）【課題】ルートすなわち溶接溝の基部のところに、ロータまたはスタブシャフト端部に機械加工された一体型裏当てリングを提供する。【解決手段】スタブシャフト部分（１６）が、ロータシャフト（１２）の再利用される端部分に溶接されるように適合され、ほぼ均一な内径を有する中空の円筒形部材およびほぼＶ字形の溶接溝（２２）の片側を形成するように適合された第１の面取り端部（１８）を含み、一体型裏当てリング（２０）が、面取り端部（１８）を超えて軸方向に延び、径方向外側表面（３０）に円周方向の陥凹部（２８）を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシャフト（１２）の再利用される端部分に溶接されるように適合され、ほぼ均一な内径を有する中空の円筒形部材および溶接溝（２２）の片側を形成するように適合された第１の端部（１８）を備えるスタブシャフト部分（１６）と、前記第１の端部を超えて軸方向に延び、径方向外側表面（３０）に円周方向の陥凹部（２８）を有する一体型裏当てリング（２０）。
【請求項２】
前記裏当てリング（２０）が、前記中空の円筒形部材の前記ほぼ均一な内径より小さい内径を有する、請求項１記載のスタブシャフト部分。
【請求項３】
前記陥凹部（２８）が、前記溶接溝（２２）の基部を形成し、前記中空の円筒形部材の前記ほぼ均一な内径の径方向内向きに突出する、請求項１記載のスタブシャフト部分。
【請求項４】
前記ロータシャフト（１２）の再利用される端部分が、前記溶接溝（２２）のもう一方の側部を形成する第２の端部（１４）を有する、前記再利用される端部分と組み合わせた、請求項１記載のスタブシャフト部分。
【請求項５】
前記裏当てリング（２０）が、前記第２の面取り端部に重なり合う、請求項４記載のスタブシャフト部分。
【請求項６】
前記溶接溝が、溶接金属（３２）で充填される、請求項５記載のスタブシャフト部分。
【請求項７】
（ａ）第１の端部（１８）を備える新しいスタブシャフト（１６）を提供するステップと、
（ｂ）前記第１の端部（１８）およびロータシャフトの第２の端部（１４）のどちらか一方が、前記第１および第２の端部に重なり合う一体型裏当てリング（２０）を有し、かつ前記第１および第２の端部が溶接溝（２２）を形成して、前記第１の端部（１８）を前記第２の端部（１４）と位置合わせするステップと、
（ｃ）前記溶接溝を溶接材料（３２）で充填するステップと、
（ｄ）前記スタブシャフトを前記ロータシャフトに溶接するステップとを含む、ロータシャフト端部でスタブシャフトを交換する方法。
【請求項８】
前記溶接溝の基部を形成する陥凹部（２８）がその径方向外側表面に円周方向に延びるように、前記裏当てリング（２０）が形成される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記陥凹部（２８）が、前記ロータシャフトの前記ほぼ均一な内径の径方向内向きに突出する、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記裏当てリング（２０）が、前記スタブシャフト（１６）の前記第１の端部（１８）に設けられる、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、回転装置の修理に関し、より具体的には、損傷したロータシャフトの端部に新しいシャフト端部すなわちスタブシャフトを溶接することに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転装置のスタブシャフト補修を行う場合は、損傷したロータシャフトおよび新しいスタブシャフト（両方とも中空の円筒形部材または構成部品を備える）を溶接前に正確に配置し、定位置に固定する必要がある。ロータシャフトは、その損傷した端部を切り落とし、設計された溶接前処理角度で面取りして準備する。新しいシャフト端部すなわちスタブシャフトも同様に、溶接境界面にほぼＶ字形の溶接溝を形成して準備する。溝の側壁が合わさる、ルートすなわち溶接溝形状の基部は、溶接がロータ穴へ溶け落ちるのを防止するために、裏当てリングを通例必要とする領域である。
【０００３】
必要な嵌合形状を確立し、溶接材料の溶け落ちを防止するために、一般に、別個のリングをシャフトすなわちロータ穴に挿入する。こういったリングには、必要な嵌合形状を確立するために機械加工操作が別途必要になる。既存の穴と、概略で示されているスタブシャフトの穴に挿入するために、各リングは隙間嵌めになるように作られる。しかし、別個のリング（１つまたは複数）により、シャフト、スタブシャフト、リングの３つの部品が合わさる亀裂の起点が形成される。亀裂の起点は一般に、仕上がり部分を除く、リングおよび溶接ルートの一部分を機械加工することによって処理し、それによってこの領域から今後亀裂が成長する可能性を取り除く。
【特許文献１】米国特許第５，９０９，０７３号公報
【特許文献２】米国特許第５，６９１，５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それにもかかわらず、組立プロセスを強化し、機械加工をそれほど必要とせず、亀裂の起点をなくす、または少なくとも最小限にする、より効果的な溶接前処理構造が依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的実施形態では、本発明は、ルートすなわち溶接溝の基部のところに、ロータまたはスタブシャフト端部に機械加工された一体型裏当てリングを提供する。
【０００６】
より具体的には、スタブシャフト内径のところに一体型裏当てリングを組み込むと、２部品のみが合わさって亀裂の起点がただ一箇所になる。一体型裏当てリングの外径は、既存のロータシャフトの穴と締まり嵌めになるように機械加工される。これによって、ロータシャフトに対するスタブシャフトの正確な配置が可能になる。一体型リングはまた、その周囲すなわち外側表面の円周方向の周りに陥凹部すなわち溝も備える。その陥凹部はルートすなわち溶接溝の基部と一致する。この結果、溶接材料がロータ穴表面の径方向内向きに突出する。これで、ロータシャフトを元の内径より大きく広げることなく、ルート通路の完全な除去を実現することができる。
【０００７】
したがって、一態様では、本発明は、ロータシャフトの再利用される端部分に溶接されるように適合され、ほぼ均一な内径を有する中空の円筒形部材および溶接溝の片側を形成するように適合された第１の端部を備えるスタブシャフト部分と、上記第１の面取り端部を超えて軸方向に延び、径方向外側表面に円周方向の陥凹部を有する一体型裏当てリングとに関する。
【０００８】
他の態様では、本発明は、ロータシャフトの再利用される端部分に溶接されるように適合され、ほぼ均一な内径を有する中空の円筒形部材および溶接溝の片側を形成するように適合された第１の端部を備えるスタブシャフト部分と、上記第１の面取り端部を超えて軸方向に延び、径方向外側表面に円周方向の陥凹部を有する一体型裏当てリングとに関し、上記一体型裏当てリングが、上記中空の円筒形部材のほぼ均一な内径より小さな内径を有し、上記陥凹部が、ほぼＶ字形の溶接溝の基部を形成し、上記陥凹部が、上記中空の円筒形部材のほぼ均一な内径の径方向内向きに突出する。
【０００９】
さらに他の態様では、本発明は、（ａ）第１の端部および一体型裏当てリングを備える新しいスタブシャフトを提供するステップと、（ｂ）一体型裏当てリングがロータシャフト上の第２の端部に重なり合い、かつ第１および第２の端部が溶接溝を形成し、かつ一体型裏当てリングが第２の端部に重なり合って、第１の端部を第２の端部と位置合わせするステップと、（ｃ）上記溝を溶接材料で充填するステップと、（ｄ）スタブシャフトをロータシャフトに溶接するステップと、（ｅ）一体型裏当てリングを機械加工してスタブシャフトから離すステップを含む、ロータシャフト端部でスタブシャフトを交換する方法に関する。
【００１０】
次に、以下に示す図面に関して本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照すると、組立体１０は、損傷した端部が取り除かれ、ロータの周り３６０°にわたる面取り部１４を含むようにロータシャフトの表面が機械加工された、既存のロータシャフト（すなわち発電機の界磁）１２を含む。面取り部１４は、ロータシャフトの長手方向の軸に対して約７０°〜８０°の角度で形成される。
【００１２】
新しいスタブシャフト部分（すなわち単に短い（stub）シャフト）１６が、面取り部１４と正対し、やはりロータの周り３６０°にわたる、同様に機械加工された面取り部を１８に備える。対抗する面取り表面１４、１８によって形成されるルートすなわち溶接（または溶接前処理）溝２２の基部の下に位置し、かつその基部を形成するように、スタブシャフトの内径のところに、一体型裏当てリング２０が面取り表面１８の軸方向前方に延びる。したがって、裏当てリング２０は、ロータ１２の内径の下にも部分的に位置する、すなわちロータ１２の内径にも重なり合う。この点で、一体型裏当てリングの外径は、ロータシャフト穴との締まり嵌めを確立するようなサイズに形成される。したがってそれによってスタブシャフトとロータシャフトの正確な軸合わせが可能になる。一体型裏当てリング２０は、ロータシャフト１６の内径表面２４の径方向内向きに位置し、同様に、スタブシャフト１６の仕上がり内径２６の径方向内向きに位置する。浅い陥凹部すなわち溝２８が、一体型裏当てリング２０の径方向外側表面３０に形成されて、ルートすなわち溶接溝２２の基部を形成する。サブマージアーク溶接プロセスでは、溶接溝２２は、一体型裏当てリング２０の基部から、ロータシャフトおよびスタブシャフトの径方向外側表面３４、３６まで、かつそこからわずかに径方向外向きにそれぞれ広がる、金属製の充填材料３２で充填される。逃げ口２８が、内径表面２４、２６の径方向内向きに延びる深さを有し、したがって溶接の完全な浸透が確保されることに留意されたい。
【００１３】
溶接後、スタブシャフト１６は、図の点線で示す最終的な寸法に機械加工される。この加工は、内径表面２２を仕上がり内径表面２６まで機械加工するステップを含む。一体型裏当てリング２０が、陥凹部２８内の溶接金属の存在も含めて機械加工されて完全に切り落とされ、スタブシャフト１６とロータシャフト１２を跨ぐ平坦かつ均一な穴直径が残り、その後の穴の検査に特に有利であることに留意されたい。したがって、これで、ロータシャフト穴の元の内径を超えて広げることなく、溶接プロセスを実現することができる。これにより、その全てが望ましくなくかつ避けるべき、穴の中のあらゆる段または肩、応力集中部、およびボトル形に穴加工するための他のいかなるステップまたはショルダもなくなる。ただし、穴検査が計画、または必要とされていない場合は、裏当てリングを定位置に残すことができるのが理解されよう。この場合は、裏当てリングによって穴内に応力集中部が作り出される。
【００１４】
一体型裏当てリング２０を利用することによって、亀裂の起点の可能性がただ１つだけになる。さらに、別個の裏当てリングには必要な、余分な機械加工操作もなくなる。一体型リングの直径が、既存のロータの穴と締まり嵌めになるように機械加工されるので、溶接するための、再利用されるロータシャフトと新しいスタブシャフトとの正確な位置合わせが確保される。
【００１５】
次に図２を参照すると、代替の溶接前処理が示されている。便宜上、対応する構成部品を示すのに、接頭辞「１」を追加した同じ参照番号を使用する。したがって、組立体１１０は、既存のロータシャフト（すなわち発電機の界磁）１１２および交換用スタブシャフト１１６を含む。この実施形態では、各シャフト構成部品１１２、１１６の対向表面１１４、１１８は、上述の実施形態の角度を付けたものではなく、互いに平行になるように機械加工される。裏当てリング１２０にも１２８のところに溝が作られ、やはり溶接の完全な浸透が確保される。すなわち金属製の充填材料１３２が、裏当てリング溝の基部から径方向に延びることに留意されたい。溶接前処理の形状の差を別にして、その他の点で溶接／仕上げ操作はほぼ同一である。
【００１６】
サブマージアーク溶接プロセスを利用する例示的実施形態で、ロータとスタブシャフトを溶接したが、上記の溶接前処理配置を、対抗するロータシャフト端部とスタブシャフト端部の間の狭い溝を利用するガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）プロセスにも（または十分な機械的特性をもたらす、他のいかなる溶接プロセスにも）使用できることが理解されよう。
【００１７】
中空のスタブシャフトが裏当てリングと嵌合してそれを覆うように、再生ロータシャフト端部に裏当てリングを配置することも可能である。この配置では、スタブシャフトの裏当てリングを有することによって実現する利点が全て実現することにはならないが、それによって位置合わせが容易になるはずである。
【００１８】
最も実際的かつ好ましい実施形態であると目下みなされるものに関して本発明を説明したが、本発明は、開示した実施形態に限定されるのではなくむしろ、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様々な改変および等価な配置を包含するためのものであることを理解されたい。例えば、既存のロータシャフトの修理の見地から説明したが、本明細書に記載の溶接前処理構造を、新しいロータの製造にも同様に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の例示的実施形態による、ロータシャフトと、一体型裏当てリングを備える新しいスタブシャフトの部分概略断面図である。
【図２】本発明の他の例示的実施形態による、ロータシャフトと、一体型裏当てリングを備える新しいスタブシャフトの部分概略断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ロータ組立体
１２  ロータシャフト
１４  （ロータシャフトの第２の）面取り端部
１６  スタブシャフト部分すなわち短いシャフト
１８  （スタブシャフトの第１の）面取り端部
２０  裏当てリング
２２  溶接溝
２４  （ロータシャフトの）内径表面
２６  （スタブシャフトの）仕上がり内径
２８  陥凹部すなわち溝
３０  （裏当てリングの）径方向外側表面
３２  溶接充填材料
３４  （ロータシャフトの）径方向外側表面
３６  （スタブシャフトの）径方向外側表面
１１０  ロータ組立体
１１２  ロータシャフト
１１４  ロータの端面
１１６  スタブシャフト
１１８  スタブシャフトの端面
１２０  裏当てリング
１２８  溝
１３２  溶接充填材料
【図１】
2007125618.tif 000003
【図２】
2007125618.tif 000004