(57)【要約】      （修正有）【課題】カップリング、カップリングキー溝、軸、軸キー溝、およびキーを有するロータシステムを修理する方法を提供する。【解決手段】ロータシステム１００を修理する方法は、軸のカップリング隣接部に軸逃げ面１６０を機械加工するステップと、カップリングキー溝および軸キー溝にすみ肉の丸みを設けるステップと、キーに耐フレッチング性ボタンを追加するステップと、軸キー溝１４０にキー溝逃げ面を機械加工するステップと、カップリング１１０の軸隣接部にカップリング逃げ面を機械加工することを含んでもよい。さらに前記方法には、キーを機械加工するステップと、カップリングと軸との間にジベルを配置するステップと、カップリングキー溝および軸キー溝をショットピーニング加工するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップリング（１１０）、カップリングキー溝（１３０）、軸（１２０）、軸キー溝（１４０）、およびキー（１８０）を有するロータシステム（１００）を修理する方法であって、
軸逃げ面（１６０）を前記軸（１２０）の前記カップリング（１１０）隣接部に機械加工することと、
すみ肉の丸み（１７０）を前記カップリングキー溝（１３０）および前記軸キー溝（１４０）に設けることと、
フレッチング耐性を持つボタン（２００）を前記キー（１８０）に追加することと、
キー溝逃げ面（２１５）を前記軸キー溝（１４０）に機械加工することと、
カップリング逃げ面（２２５）を前記カップリング（１１０）の前記軸（１２０）隣接部に機械加工することとを含む修理方法。
【請求項２】
さらに、前記キー（１８０）を機械加工するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、ジベル（２３０）を前記カップリング（１１０）と前記軸（１２０）との間に設置するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記カップリングキー溝（１３０）および前記軸キー溝（１４０）をショットピーニング加工するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キー（１８０）はフレッチング範囲（１９５）を含み、前記キー（１８０）を機械加工するステップは前記フレッチング範囲（１９５）を機械加工することを含む請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記軸キー溝（１４０）はフレッチング範囲（２１０）を含み、前記軸キー溝（１４０）を機械加工するステップは前記フレッチング範囲（２１０）を機械加工することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記カップリング（１１０）は、フレッチング範囲（２２０）を含み、前記カップリング（１１０）を機械加工するステップは前記フレッチング範囲（２２０）を機械加工することを含む請求項１に記載の方法
【請求項８】
ジベル（２３０）をカップリング（１１０）と軸（１２０）との間に配置するステップはストレートジベルまたはテーパジベル（２３０）を配置することを含む請求項３に記載の方法。
【請求項９】
カップリングキー溝（１３０）を含むカップリング（１１０）と、
前記カップリング（１１０）の内周に配置された軸（１２０）であって軸キー溝（１４０）を含む軸（１２０）と、
前記カップリングキー溝（１３０）および前記軸キー溝（１４０）の内部に配置されるキー（１８０）とを含み、
前記軸（１２０）は前記カップリング（１１０）周りに軸逃げ面（１６０）を含み、
前記キー（１８０）は前記軸キー溝（１４０）周りにキー逃げ面（１９０）を含み、
前記軸キー溝（１４０）は前記キー（１８０）周りにキー溝逃げ面（２１５）を含み、
前記カップリング（１１０）は前記軸（１２０）周りにカップリング逃げ面（２２５）を含むローターシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に発電機ロータに関し、より詳細にはフレッチング損傷、またはクラッキング、あるいはその両方をともなう発電機ロータの修理に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来型の回転電気機械は、放射状スロットを備えた磁性材料の鍛造ロータを有する。前記スロットは、多数の界磁巻線の連結巻きのために使用される。前記界磁巻線は、所望の磁束パターンを形成するために相互接続される。
【０００３】
ロータは、一般に、発電機側へ伸びる軸を備えた円筒形のロータ本体を有する。ロックキーまたは類似の要素を、タービン／発電機カップリングに配置することができる。このキーは、運転中の故障状態において発生する可能性のある過剰トルクに耐える。そのような状態において、過剰トルクがロータ軸上で発生する可能性がある。
【特許文献１】米国特許第６，８４９，９７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発電機の経年変化にともない、キー溝、ロータ、およびカップリングの内径部のフレッチングおよびクラッキングを経験する。このクラッキングは、微小な相対運動に起因するフレッチングによって開始される。具体的には、キー溝内のロックキーは、ロータ軸およびカップリングに対してわずかに動く可能性がある。
【０００５】
それ故、疲労寿命を改善するためにロックキーとカップリングおよびロータ軸との間のフレッチングおよびクラッキングを排除するようなロータ設計の改善が望まれている。前記設計の改善は、既存設備の改造であってもよいし、あるいは新規設備において提供してもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本出願は、カップリング、カップリングキー溝、軸、軸キー溝、およびキーを有するロータシステムを修理するための方法を提供することを目的とする。前記方法には、カップリングに隣接した軸上に軸逃げ面を機械加工するステップと、カップリングキー溝および軸キー溝にすみ肉の丸みを設けるステップと、キーに耐フレッチング性ボタンを追加するステップと、軸キー溝にキー溝逃げ面を機械加工するステップと、軸に隣接するカップリング上にカップリング逃げ面を機械加工するステップとを含んでもよい。さらに前記方法には、キーを機械加工するステップと、カップリングと軸との間にジベルを配置するステップと、カップリングキー溝および軸キー溝をショットピーニング加工するステップとを含んでもよい。
【０００７】
前記カップリングにはノーズテーパを含んでもよく、軸上に軸逃げ面を機械加工する前記ステップにはノーズテーパに隣接する軸部を機械加工することを含んでもよい。
カップリングキー溝および軸キー溝にすみ肉の丸みを設ける前記ステップには、カップリングキー溝および軸キー溝のすみ肉の丸みを拡張することを含んでもよい。
前記キーはフレッチングの範囲を含んでもよく、キーを機械加工する前記ステップにはフレッチングの範囲を機械加工することを含んでもよい。フレッチング耐性のあるボタンをキーに追加する前記ステップには、アルミニウムボタンを追加することを含んでもよい。前記軸キー溝はフレッチングの範囲を含んでもよく、軸キー溝を機械加工する前記ステップにはフレッチングの範囲を機械加工することを含んでもよい。前記カップリングはフレッチングの範囲を含んでもよく、カップリングを機械加工する前記ステップにはフレッチングの範囲を機械加工することを含んでもよい。カップリングと軸との間にジベルを配置する前記ステップには、ストレートジベルまたはテーパジベルを配置することを含んでもよい。
【０００８】
さらに本出願により、カップリング、カップリングキー溝、軸、軸キー溝、およびキーを有するロータシステムを修理する方法を提供する。前記方法は、軸のカップリング隣接部を機械加工することと、カップリングキー溝および軸キー溝にすみ肉の丸みを設けることと、キーを機械加工することと、キーに耐フレッチング性のボタンを追加することと、軸キー溝を機械加工することと、カップリングの軸隣接部を機械加工すること、カップリングと軸との間にジベルを配置することと、カップリングキー溝および軸キー溝をショットピーニング加工することとを含んでもよい。
【０００９】
前記キーはフレッチング範囲を含んでもよく、キーを機械加工する前記ステップはフレッチング範囲を機械加工することを含んでもよい。前記軸キー溝はフレッチング範囲を含んでもよく、軸キー溝を機械加工する前記ステップはフレッチング範囲を機械加工することを含んでもよい。前記カップリングはフレッチング範囲を含んでもよく、カップリングを機械加工する前記ステップはフレッチング範囲を機械加工することを含んでもよい。
【００１０】
本出願によるロータシステムについてさらに説明したい。
前記ロータシステムには、カップリングキー溝付きカップリング、軸キー溝付き軸、ならびにカップリングキー溝および軸キー溝内に配置されるキーを含んでもよい。前記軸にはカップリング付近の軸逃げ面を含んでもよく、前記キーには軸キー溝付近のキー逃げ面を含んでもよく、前記軸キー溝にはキー付近のキー溝逃げ面を含んでもよく、また前記カップリングには軸付近のカップリング逃げ面を含んでもよい。
【００１１】
本出願のこれらの特徴およびその他の特徴は、以下の詳細な説明を図面および添付の請求の範囲とともに精査することにより、当業者にとって明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
同様の数字が同様の要素を指す複数の図面を参照しながら、図１によりロータシステム１００について以下に説明する。ロータシステム１００には、発電機カップリング１１０およびロータ軸１２０が含まれる。前記カップリング１１０には、破線で示すカップリングキー溝１３０が設けられる。同様に、前記ロータ軸１２０には、破線で示す軸キー溝１４０が設けられる。前記カップリング１１０には、その１端に図示のようなノーズテーパ部１５０も含まれる。
【００１３】
第１の修理ステップは、カップリングのノーズテーパ部１５０の直下において、ロータ軸１２０に逃げ面１６０を機械加工することである。前記逃げ面１６０によって、カップリングおよびロータとロックキーとの間で相対運動が生じるノーズテーパ部１５０の収縮が排除される（後述）。前記逃げ面１６０の使用は、ロータ軸１２０のフレッチング削減を支援することにもなる。
【００１４】
図２Ａおよび図２Ｂに、第２の修理ステップを示す。具体的には、カップリングキー溝１３０および軸キー溝１４０内に、複数のすみ肉の丸み１７０が設けられるかまたは拡張される。これらのすみ肉の丸み１７０によって、ロータ軸１２０のキー溝１３０および１４０まわりの疲労度合に余裕がもたらされる。
【００１５】
図３Ａないし図３Ｃに、第３の修理ステップを示す。図３Ａに、カップリングキー溝１３０および軸キー溝１４０に挿入されたキー１８０を示す。図３Ｂおよび３Ｃに示すように、キー逃げ面１９０が前記キー１８０の一端に形成される。フレッチングを削減するため、前記キー逃げ面１９０によりキー１８０と軸キー穴１４０との間の接触を制限する。
またフレッチング１９５の存在する範囲はいずれも除去できる。
【００１６】
図４Ａないし図４Ｄに、第４の修理ステップを示す。このステップにおいて、ボタン２００がキー１８０の端部に追加される。前記ボタン２００は、アルミニウムまたは他の種類の十分な耐フレッチング性を持つ材料で製造できる。前記ボタン２００によって、キー１８０の軸方向位置決めが行われる一方、軸キー穴１４０のフレッチングが防止される。
【００１７】
図５Ａないし図５Ｃに、第５の修理ステップを示す。フレッチング部２１０は、制御された方法により、フレッチング部２１０が軸キー穴１４０に含まれる程度まで機械加工することができ、フレッチング、または小さな亀裂、あるいはその両方が除去される。前記機械加工によってキー１８０と軸キー溝１４０との間に逃げ面２１５を備えることにより、将来におけるフレッチングも防止または削減することができる。
【００１８】
図６に、第６の修理ステップを示す。フレッチング部２２０も、制御された方法により、フレッチング部２２０がカップリング１１０に含まれる程度まで機械加工することができ、あらゆる現存するフレッチング、または小さな亀裂、あるいはその両方が除去され、軸１２０とカップリング１１０との間に逃げ面２２５を備えることにより、将来におけるいかなるフレッチングも防止または削減される。
【００１９】
図７Ａおよび図７Ｂに、第７の修理ステップを示す。図示のように、複数のテーパジベルまたはストレートジベル２３０をカップリング１１０とロータ軸１２０との間に配置することができる。ジベル２３０は、上記のようにキー１８０の長さが短縮される可能性があるため、必要となるかもしれない。ジベル２３０により付加的なトルク伝播能力ももたらされる。この点を考慮して相当数のジベル２３０を使用してもよい。
【００２０】
図８Ａおよび図８Ｂに、第８の修理ステップを示す。カップリングキー溝１３０、軸キー溝１４０、およびすみ肉の丸み１７０は、それらの表面に圧縮応力を生じさせるためにショットピーニング加工してもよい。このショットピーニング加工により、フレッチングおよび疲労亀裂の発生を防止するのにさらなる余裕が付加されるであろう。
【００２１】
これら各種方法ステップおよび要素の組合せは、既存および潜在的なフレッチング、または疲労亀裂、あるいはその両方を排除するか、または削減するのに役立てうるが、そのステップ全てを組合せて実行する必要があるわけではない。たとえば、多くのロータシステム１００において、図１、２、４、５、および６の要素によりここで意図する目標は十分達成できるであろう。他のロータシステム１００においては、さらに少数の前述の方法ステップを包含するものでよい。さらに、付加的な修理ステップも要望により使用できる。
【００２２】
前述の説明は本出願の好ましい実施形態のみに関連しており、当業者が下記請求の範囲およびその等価物によって規定される本発明の全般的な精神および範囲から逸脱することなく多数の変更および修正を行えることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のカップリングおよびロータ軸を示す横断面図である。
【図２Ａ】図１のカップリングおよび軸を示す横断面図である。
【図２Ｂ】すみ肉の丸みを増やした図２Ａのキー溝を示す横断面図である。
【図３Ａ】キーを明示した図１のカップリングおよび軸を示す横断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａのキーを示す横断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂのキーを示す拡大図である。
【図４】図４Ａは本発明のカップリングおよびキーを示す横断面図であり、図４Ｂは図４Ａのキーを示す横断面図であり、図４Ｃは図４Ｂのキーを示す拡大図であり、図４Ｄは図４Ｂのキーを示す拡大図である。
【図５Ａ】図１のカップリングおよび軸を示す横断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａのキー溝を示す横断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｂのキー溝を示す拡大図である。
【図６】図１のカップリングおよび軸を示す横断面図である。
【図７Ａ】本発明のカップリングおよび軸を示す側面図である。
【図７Ｂ】本発明のジベルを追加したカップリングおよびシャフトを示す横断面図である。
【図８Ａ】図１のカップリングおよび軸を示す横断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａのキー溝を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
100  ロータシステム
110  カップリング
120  ロータ軸
130  カップリングキー溝
140  軸キー溝
150  ノーズテーパ部
160  逃げ面
170  丸み
180  キー
190  キー逃げ面
195  フレッチング
200  ボタン
210  フレッチング部
215  逃げ面
220  フレッチング部
225  逃げ面
230  ジベル
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
2007221994.tif 000014
【図８Ａ】
2007221994.tif 000015
【図８Ｂ】
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【図７Ｂ】
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