(57)【要約】【課題】接続の消失に対してより信頼性があり且つより頑丈にすることによるターボ機械のステータへのロータを支持するベアリングの取り付けの改善。【解決手段】本発明は、ステータ及びロータを備えるターボ機械にベアリング（７）を取り付ける方法に関し、ベアリング（７）が、複数のネジ（８０）及びナット（８５）によってターボ機械のステータに取り付けられた第１の部分（７３）と、所与の一回転方向に回転可能にロータに取り付けられた第２の部分（７４）と、ベアリングの第１（７３）及び第２の部分（７４）間に設けられた回転ベアリング（７０）とを含む。本発明によって取り組まれる問題は、特にネジ外れに対してより信頼性があり且つより頑丈にすることによるベアリング（７）の取り付けの改善である。この問題を解決するために、本方法は、ロータの回転方向と反対のネジ締め回転方向を有するネジ（８０）の使用を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ及びロータを備えるターボ機械にベアリングを取り付ける方法であって、
ベアリングが、
複数のネジ及びナットによってターボ機械のステータに取り付けられた第１の部分と、
所与の一回転方向に回転可能にロータに取り付けられた第２の部分と、
ベアリングの第１及び第２の部分間に設けられた回転ベアリングと、
を含み、
前記方法が、ロータの回転方向と反対のネジ締め回転方向を有するネジの使用によって特徴付けられている、ターボ機械にベアリングを取り付ける方法。
【請求項２】
ロータの回転方向がターボ機械の後方からみて時計回りであるとき、各ネジの頭が、下流に位置付けられ、対応するナットが、上流に位置付けられ、使用されるネジが、左ネジであることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械にベアリングを取り付ける方法。
【請求項３】
ロータの回転方向がターボ機械の後方からみて時計回りであるとき、各ネジの頭が、上流に位置付けられ、対応するナットが、下流に位置付けられ、使用されるネジが、右ネジであることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械にベアリングを取り付ける方法。
【請求項４】
ロータの回転方向がターボ機械の後方からみて反時計回りであるとき、各ネジの頭が、下流に位置付けられ、対応するナットが、上流に位置付けられ、使用されるネジが、右ネジであることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械にベアリングを取り付ける方法。
【請求項５】
ロータの回転方向がターボ機械の後方からみて反時計回りであるとき、各ネジの頭が、上流に位置付けられ、対応するナットが、下流に位置付けられ、使用されるネジが、左ネジであることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械にベアリングを取り付ける方法。
【請求項６】
ベアリングの第１の部分が、第１のフランジを備え、ターボ機械のステータが、第２のフランジを備え、第１及び第２のフランジが、互いに対して締め付けられており、ネジが通る円状ポートをそれぞれ有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のターボ機械にベアリングを取り付ける方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械にロータを支持するベアリングを取り付ける方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、コンプレッサと、燃焼チャンバと、タービンとを含む。コンプレッサは、燃焼チャンバに供給する空気の圧力を増加する機能を有する。タービン機能は、コンプレッサが燃焼チャンバから出る高温ガスの圧力エネルギの一部を取り出して機械エネルギに変換することによって回転駆動するのを確実にする。
【０００３】
コンプレッサ及びタービンは、双方とも、固定された部品の第１のセット又はステータと、ステータに対して回転可能である部品の第２のセット又はロータとから構成される。
【０００４】
コンプレッサのロータ及びタービンのロータは、回転シャフトによって接続された一体的なアセンブリを形成している。ステータに関するロータの回転は、ベアリングを用いて可能とされ、ベアリングは、ロータ、特にそのようなロータのシャフトを支持して案内する機械部材である。ベアリングは、ステータに取り付けられた第１の部分と、ロータシャフトに取り付けられた第２の部分とを含む。回転ベアリングは、ベアリングの２つの部分間に設けられており、したがって、ベアリングの部分は、他の部分に対して回転するのを可能とする。回転ベアリングは、例えば、ボール、円筒状ローラ、又は、テーパー状ローラタイプであり得る。
【０００５】
ステータへのベアリングの第１の部分の取り付けは、ステータ及びベアリングの双方に設けられたフランジによって実施される。そのようなフランジは、環状に分散配置された複数の円状ポートを含み、フランジの円状ポートを通る複数のボルトを用いて締め付けることによって互いに取り付けられている。ボルトは、ネジ及びナットから構成される周知のアセンブリである。
【０００６】
フランジ間の接続は、失われるべきではない。接続が失われた場合には、ターボ機械へのダメージは壊滅的となり、非常に多くの部品、全てのターボ機械の部品までもが廃棄されることになりやすい。実際には、接続の消失は、わずかでさえも、ロータがターボ機械の下流に移動するのを可能とし、したがって、危険なまでにステータと接触する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１６５３０５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そのような接続の消失は、例えば、対応するナットとのネジとの不完全な締め付けによって引き起こされ得る。本出願人によって実施された研究によれば、接続の消失は、上述されたフランジの取り付けに至るまでの衝撃を有する不平衡によっても引き起こされ得る。
【０００９】
したがって、本発明によって取り組まれる問題は、特に接続の消失に対してより信頼性があり且つより頑丈にすることによるターボ機械のステータへのロータを支持するベアリングの取り付けの改善である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本目的のために、本発明は、ステータ及びロータを備えるターボ機械にベアリングを取り付ける方法に関し、ベアリングは、複数のネジ及びナットによってターボ機械のステータに取り付けられた第１の部分と、所与の一回転方向に回転移動可能にロータに取り付けられた第２の部分と、ベアリングの第１及び第２の部分間に設けられた回転ベアリングとを備える。本発明の本質的な特徴によれば、本方法は、ロータの回転方向と反対のネジ締め回転方向を有するネジの使用を提供する。
【００１１】
ネジのネジ締め方向の適切な選択の利点は、ターボ機械のロータの不平衡に起因する、振動の伝達によってそのネジが外れることが回避されることである。
【００１２】
本発明の他の利点は、ロータの不平衡の影響の結果によって、ネジの自動ネジ締めを達成することができるような選択である。
【００１３】
本発明は、その利点及び特徴と同様に、限定されない例となる以下の説明を読んで添付された図面を参照することにより、より良く理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ターボ機械の長手方向断面のブロック図である。
【図２】ベアリングを示す図１の詳細図である。
【図３】ネジが挿入されているフランジの円状ポートの軸方向後方からのブロック図である。
【図４】軸方向において後方からみたときの不平衡の影響を受けているフランジ内のネジを示す連続的なブロック図である。
【図５】「右」タイプのネジの側面図である。
【図６】「左」タイプのネジの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、固定ケース１と、コンプレッサ２と、燃焼チャンバ３と、タービン４とを含むターボ機械を概略的に図示している。コンプレッサ２及びタービン４は、双方とも、一方ではロータの一部である可動ホイールから構成され、他方ではステータの一部である固定されたホイールから構成される、少なくとも１つの段を有する。各ホイールには、それらがコンプレッサ２又はタービン４上にあろうとなかろうとロータについて「移動可能翼」２１、４１と称される翼、コンプレッサ２のステータ上の「下流ガイド翼」２０、及び、タービン４のステータ上の「上流ガイド翼」４０が設けられている。
【００１６】
ターボ機械における翼２０、２１、４０、４１の形状及びそれらの配置は、ロータが一つの動作方向、最も頻繁にはターボ機械の後方からみて反時計回り方向にのみ回転することができるようなものである。コンプレッサ２のロータ２２及びタービン４のロータ４２は、回転シャフト５によって接続されている。
【００１７】
数個のベアリング７０、７１、７２は、ステータに対してロータが回転するのを可能とする。ベアリングは、ロータとステータとの間の接合部分を提供する。ベアリング７０、７１は、ボールベアリングであり、ベアリング７２は、円筒状ローラベアリングである。ターボ機械のタイプに応じて、様々なベアリングの代替が実装され得る。それらはまた、異なる構成で配置され得る。そのような差異は、本発明の動作に影響を有さない。
【００１８】
図２は、例えば図１のベアリング７１について、ベアリング７及びその周囲環境の詳細図を示している。ベアリング７の機能は、回転シャフト５のような回転部品を支持して案内することである。ベアリング７は、第１の部分７３及び第２の部分７４を含み、部分７３、７４は、双方とも、この場合はボールベアリング７５である回転ベアリング７０によって接続されている。注油手段７８は、回転ベアリング７０に設けられている。
【００１９】
テーパー形状を有するベアリング７の第１の部分７３は、固定ケース１に接続された中間ケース１０を介してステータと一体とされたテーパー部品６のリングフランジ６７に取り付けられたリングフランジ７７を含む。フランジ６７、７７は、ターボ機械の軸（Ｘ）及びロータの回転軸（Ｘ）に垂直な平面である同じ径方向面において互いに平行に延びている。
【００２０】
各フランジ６７、７７は、複数の円状ポート６９、７９を含み、ステータのフランジ６７の各円状ポート６９は、ベアリング７のフランジ７７の円状ポート７９に面している。円状ポート６９、７９は、フランジ６７、７７がボルト８を用いて互いに固定されるのを可能とする。１本のボルト８は、ネジ８０及びナット８５から構成される。図２の例において、ネジ８０のネジロッド８１は、ネジ頭８２がフランジ７７の下流面から突出した状態で、およびネジ８０のネジロッド８１の端部８４がステータのフランジ６７の上流面から上流へ突出する状態で、上流から下流にかけて、円状ポート７９、６９をそれぞれ介して、ベアリング７のフランジ７７及びステータのフランジ６７を連続して横断している。ナット８５は、ネジ８０のネジロッド８１の端部８４にネジ締めすることによってネジ８０と協働し、フランジ６７、７７が互いに堅く締め付けられるのを可能とする。
【００２１】
ターボ機械が動作しているとき、すなわちロータの回転中に不平衡が偶然に生じることがある。不平衡は、ロータの重心がそうあるべき回転軸上に正確に位置していないというロータの不均衡現象である。本発明によれば、特に不平衡は、過大重量を有するロータの部分に言及し、これにより、不均衡を生じさせる。重量不均衡が生じるとき、重心は、回転軸（Ｘ）から偏心する。
【００２２】
ターボ機械の場合には、そのような不平衡は、フランジ６７、７７に伝達されてボルト８に伝達される重大な応力を生み出す。そのような動応力のもとにいくつかの影響が生じ得る。
【００２３】
第１の影響は、楕円状になる傾向があるフランジ６７、７７の歪み、すなわち、その回転の環状不良である。この第１の影響はまた、フランジ６７、７７の円状ポート６９、７９が楕円状になるのも生じさせる。
【００２４】
第２の影響は、不平衡が位置するフランジ６７、７７の周辺領域における接続の軸方向圧縮と、周辺と相対する領域における関連する接続の軸方向伸長とである。そのような軸方向引張応力は、ナット８５がステータのフランジ６７の上流面に突き刺さるのを生じさせる。そのような突き刺さりは、ナット８５が回転するのを抑止する傾向があり、したがって、ナット８５は、ステータに対して停止させられる。
【００２５】
第３の影響は、径方向面における互いに対するフランジ６７、７７の相対移動、すなわち、フランジ６７、７７が半径方向応力のもとに互いに対して摺動することである。不平衡によってそのような移動が生み出されると、ベアリング７のフランジ７７は、回転軸の周囲を同じ回転速度で環状経路に沿って移動する。さらに、ベアリング７のフランジ７７の各円状ポート７９もまた、それに面しているステータのフランジ６７の円状ポート６９の軸の周囲を環状経路に沿って回転する。そのような影響が生じるとき、ネジ８０は、図３において誇張して示されるように、フランジ６７、７７の双方に突き刺さる。環状に移動することにより、フランジ６７、７７は、一方ではネジ８０と他方ではベアリング７のフランジ７７の円状ポート７９との間にギアリング効果を生じさせる。ギアリング効果は、ロータの回転方向とは反対方向にネジ８０を回転させる傾向がある。
【００２６】
ネジ８０におけるフランジ７９のギアリング効果とナット８５の回転抑止との組み合わせは、ネジ８０の回転をもたらす。そのような効果は、図４において図示されている。
【００２７】
図４は、フランジ６７、７７のそれぞれの円状ポート６９、７９及びネジ８０、より正確にはポート６９、７９の内面間に位置するネジロッド８１を概略的に且つ背面から見て示している。同じ速度でロータの回転方向に続く不平衡であるネジ８０からの不平衡の方向は、矢印９によって示されている。したがって、円状ポート７９は、円状ポート６９の軸まわりに環状移動を生み出す。ネジ８０のネジロッド８１と円状ポート６９、７９の内面との間に大きな摩擦力は、フランジ６７、７７の互いに対する移動と組み合わされて、ネジ８０自身の軸まわりにネジ８０の回転移動をもたらす。ネジ８０上の角度記号８８を用いて図４によって図示されるように、ネジ８０の回転移動は、反時計回りである。すなわち、時計回りである不平衡及びロータの回転移動とは反対である。
【００２８】
ネジ８０自身の軸に沿ったネジ８０のそのような回転移動によって、ナット８５が回転するのが固定されることと組み合わさって、図５において示されるネジ８Ａの場合のように、ネジ８０の外れる方向が反時計回りの回転に対応するときにネジ８０が外れることになる。また、そのようなネジの外れは、ロータの回転速度に関連していることから、高速である。
【００２９】
図５におけるネジ８Ａは、ネジ８Ａのネジ締め方向において、すなわち、ネジ頭８２から反対の端部８４に向かって、ネジ山が右方向に配置されているために、いわゆる「右ネジ」である。同じ理由のために、図６のネジ８Ｂは、いわゆる「左ネジ」である。しかしながら、右ネジ８Ａは、標準ネジであり、そのようなものは市場にはるかに広く出回っており、ネジ製造業者によって決して市場投入されないとまではいかなくとも、左ネジ８Ｂはまれにしかない。
【００３０】
上述されたネジが外れる現象を回避するために、本発明によって提案される解決策は、ロータの回転方向と反対のネジ締め方向を有するネジ８０を使用することを提供する。そのような解決策を実行するために、２つの実施形態が考えられ得る。
【００３１】
第１の実施形態によれば、ボルトとして左ネジ８Ａのタイプが用いられる場合には、ボルト８の配置は、すなわち、図２において示されるものとは反対に、ネジ頭８２が上流に設けられてネジロッド８１の端部８４が下流に設けられるようなボルト８を提供することにより、単に逆にされるべきである。しかしながら、ターボ機械を構成する異なる部品の取り付け順序のために、ボルト８の配置を自由に選択することは不可能であるかもしれない。本発明の第２の実施形態は、この問題に対する解決策を提供する。
【００３２】
第２の実施形態によれば、図２において示されるように、ネジ頭８２を下流に且つネジロッド８１の端部８４を上流に常に配置することにより、右ネジ８Ａの代わりに、ボルト８として左ネジ８Ｂのタイプがフランジ６７、７７に取り付けられるべきである。
【００３３】
本発明の両方の実施形態において、ネジ８０の回転は、反時計回りの回転不平衡に起因して、ネジが外れるのを生じさせず、実際にネジ８０をネジ締めするという反対の効果が生じる。したがって、本発明の他の利点は、ロータの不平衡の影響によるネジ８０の自発的なネジ締めである。
【００３４】
以下の表は、ターボ機械において、ナット８５を上流に且つネジ頭８２を下流にした状態で又はその反対の状態で、一方ではターボ機械の後方からみてロータの時計回り又は反時計回りの回転方向にしたがって、他方ではボルト８の配置にしたがって使用されるべきネジのタイプの概要である。
【表１】
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【符号の説明】
【００３５】
１  固定ケース
２  コンプレッサ
３  燃焼チャンバ
４  タービン
５  回転シャフト
６  テーパー部品
７、７０、７１、７２  ベアリング
８  ボルト
８Ａ、８Ｂ、８０  ネジ
９  矢印
１０  中間ケース
２０  下流ガイド翼
２１、４１  移動可能翼
２２、４２  ロータ
４０  上流ガイド翼
６７、７７  リングフランジ
６９、７９  円状ポート
７３  第１の部分
７４  第２の部分
７５  ボールベアリング
７８  注油手段
８１  ネジロッド
８２  ネジ頭
８４  端部
８５  ナット
８８  角度記号
【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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【外国語明細書】
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2009121469.tif 000011
2009121469.tif 000012
2009121469.tif 000013
2009121469.tif 000014
2009121469.tif 000015
2009121469.tif 000016
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