DE112015004124T5

DE112015004124T5 - Drehmaschineneinheit

Info

Publication number: DE112015004124T5
Application number: DE112015004124.9T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Okita; Atsushi Yoshida
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2017-06-01
Also published as: JP6162667B2; WO2016039040A1; CN106687664B; US10487691B2; US20170234164A1; CN106687664A; JP2016056722A; KR101901079B1; KR20170043571A

Abstract

Eine Drehmaschineneinheit ist mit einer Drehwelle (30) ausgestattet, die so vorgesehen ist, dass sie jeweilige gegenüberliegende Flächen (13b, 21b) eines ersten Gehäuses (11) und eines zweiten Gehäuses (21) durchdringt, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Drehmaschineneinheit außerdem mit zumindest zwei Eingriffsmechanismen (40) ausgestattet ist, die mit einem ersten Eingriffsabschnitt (41), der an der gegenüberliegenden Fläche (13b) des ersten Gehäuses (11) vorgesehen ist und sich radial entlang der Richtung von dem Mittelabschnitt erstreckt, der durch die Drehwelle (30) durchdrungen wird, zu dem Umfangsrandabschnitt, und einem zweiten Eingriffsabschnitt (42) ausgestattet sind, der an der gegenüberliegenden Fläche (21b) des zweiten Gehäuses (21) so vorgesehen ist, dass er mit dem ersten Eingriffsabschnitt (41) in einem Zustand in Eingriff steht, bei dem der erste Eingriffsabschnitt (41) sich in der Erstreckungsrichtung des ersten Eingriffsabschnittes bewegen kann. Die Eingriffsmechanismen (40) sind geneigt in Bezug zueinander unter Betrachtung aus der axialen Richtung der Drehwelle (30) vorgesehen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehmaschineneinheit. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Drehmaschineneinheit, die mit einer Drehwelle ausgestattet ist, die so vorgesehen ist, dass sie sich durch jeweilige gegenüberliegende Flächen eines ersten Gehäuses und eines zweiten Gehäuses erstreckt, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
Um normalerweise eine Drehmaschineneinheit zu betreiben, die mit einer Drehwelle ausgestattet ist, ist es wichtig, dass die Drehwelle geeignet zentriert (ausgemittelt) ist. Eine Technik zum geeigneten Zentrieren der Drehwelle ist aus dem Stand der Technik bekannt und ist beispielsweise in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben. In Patentdokument 1 wird zum Zeitpunkt des Zusammenbaus eines Motors/Generators ein Rotor zu einer geeigneten Position durch eine Zentrierungsführung geführt, die an einem Stator angeordnet ist; wobei dadurch eine mit dem Rotor verbundene Drehwelle geeignet zentriert wird. Außerdem kann ein Schraubenkompressor von Patentdokument 2 in einem Zustand zusammengebaut werden, bei dem eine Drehwelle sicher durch eine Zentrierführung zentriert wird, die zwischen einem Motor und einem Kompressionsabschnitt angeordnet ist.
STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP 2009-207212 A
Patentdokument 2: JP 2001-065480 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Beispielweise ist ein erstes Gehäuse einer großen Temperaturänderung ausgesetzt im Vergleich zu einem zweiten Gehäuse während des Betriebs einer Drehmaschineneinheit, die mit einer Drehwelle ausgestattet ist, die so vorgesehen ist, dass sie sich durch jeweilige gegenüberliegende Flächen des ersten Gehäuses und des zweiten Gehäuses erstreckt, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberstehen. In einem derartigen Fall ist der Betrag der thermischen Verformung (der Betrag der Ausdehnung oder des Schrumpfens) des ersten Gehäuses größer als der Betrag der thermischen Verformung des zweiten Gehäuses. Daher kann sogar dann, wenn anfänglich die Drehwelle in Bezug auf das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse während des Betriebs der Drehmaschineneinheit geeignet zentriert ist, die Drehwelle in Bezug auf das erste Gehäuse, dessen Betrag der thermischen Verformung hoch ist, fehlausgerichtet werden. Wenn der Betrag einer derartigen Fehlausrichtung hoch ist, gelangt die Drehwelle mit dem ersten Gehäuse (oder einem Abdichtelement, das in dem ersten Gehäuse vorgesehen ist) in Kontakt, und somit können Probleme eines Energieverlustes, eines Festfressens der Drehwelle oder dergleichen verursacht werden. Diese Probleme werden durch den Fall verursacht, bei dem während des Betriebs der Drehmaschineneinheit das erste Gehäuse in großem Maße im Vergleich zu dem zweiten Gehäuse thermisch verformt wird. Demgemäß können selbst dann, wenn die in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebene Technik, bei denen lediglich ein Zentrieren während des Zusammenbaus in der Anwendung berücksichtigt wird, die vorstehend erwähnten Probleme nicht gelöst werden.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehmaschineneinheit zu schaffen, die mit einer Drehwelle ausgestattet ist, die so vorgesehen ist, dass sie sich durch jeweilige gegenüberliegende Flächen eines ersten Gehäuses und eines zweiten Gehäuses erstreckt, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, wobei sogar dann, wenn das erste Gehäuse einer großen Temperaturänderung im Vergleich zu dem zweiten Gehäuse ausgesetzt ist, die Fehlausrichtung der Drehwelle in Bezug auf das erste Gehäuse verhindert wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Um die vorstehend erwähnte Aufgabe zu lösen, wird eine Drehmaschineneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen, wobei die Drehmaschineneinheit mit einer Drehwelle ausgestattet ist, die so vorgesehen ist, dass sie sich durch jeweilige gegenüberliegende Flächen eines ersten Gehäuses und eines zweiten Gehäuses erstreckt, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, wobei die Drehmaschineneinheit Folgendes aufweist: zumindest zwei Eingriffsmechanismen, wobei jeder der Eingriffsmechanismen Folgendes aufweist: einen ersten Eingriffsabschnitt, der an der gegenüberliegenden Fläche des ersten Gehäuses so vorgesehen ist, dass er sich in einer Richtung von einer Mitte, durch die sich die Drehwelle erstreckt, zu einem Umfangsrand linear erstreckt; und einen zweiten Eingriffsabschnitt, der an der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Gehäuses so vorgesehen ist, dass der erste Eingriffsabschnitt beweglich zu dem zweiten Eingriffsabschnitt in einer Erstreckungsrichtung des ersten Eingriffsabschnittes in Eingriff steht, wobei die Eingriffsmechanismen so vorgesehen sind, dass sie in Bezug aufeinander unter Betrachtung in einer axialen Richtung der Drehwelle geneigt sind.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der erste Eingriffsabschnitt an der gegenüberliegenden Fläche des ersten Gehäuses so vorgesehen, dass er sich linear in der Richtung von der Mitte erstreckt, durch die sich die Drehwelle zu dem Umfangsrand erstreckt. Der erste Eingriffsabschnitt ist in der Erstreckungsrichtung des ersten Eingriffsabschnittes beweglich, während er mit dem zweiten Eingriffsabschnitt in Eingriff steht, der an der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Gehäuses ausgebildet ist. Zumindest die beiden Eingriffsmechanismen, die jeweils durch den ersten Eingriffsabschnitt und den zweiten Eingriffsabschnitt aufgebaut sind, sind so vorgesehen, dass sie in Bezug zueinander unter Betrachtung in der axialen Richtung der Drehwelle geneigt sind. Daher wird, wenn das erste Gehäuse in einer Umgebung thermisch verformt wird, bei der das erste Gehäuse einer hohen Temperaturänderung im Vergleich zu dem zweiten Gehäuse ausgesetzt ist, jeder der ersten Eingriffsabschnitte durch einen entsprechenden der zweiten Eingriffsabschnitte so geführt, dass er sich radial bewegt; wobei dadurch die gegenüberliegende Fläche des ersten Gehäuses sich im Wesentlichen konzentrisch ausdehnt oder schrumpft. Als ein Ergebnis wird eine Verschiebung kaum in der Mitte der gegenüberliegenden Fläche des ersten Gehäuses, durch das sich die Drehwelle erstreckt, erzeugt; wobei daher eine Fehlausrichtung der Drehwelle in Bezug auf das erste Gehäuse verhindert werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Beispiels einer Drehmaschineneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine Ansicht einer gegenüberliegenden Fläche eines Turbinengehäuses.
3 zeigt eine Ansicht einer gegenüberliegenden Fläche eines Getriebegehäuses.
4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 1.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Eingriffsmechanismus im Querschnitt senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung.
6 zeigt eine Querschnittsansicht des Eingriffsmechanismus im Querschnitt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Eingriffsmechanismus gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Eingriffsmechanismus gemäß wiederrum einem anderen Ausführungsbeispiel.
9 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Eingriffsmechanismus gemäß wiederrum einem anderen Ausführungsbeispiel.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel einer Drehmaschineneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Beispiels der Drehmaschineneinheit des Ausführungsbeispiels. Eine Drehmaschineneinheit 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist so aufgebaut, dass unter hoher Temperatur stehende Druckluft, die beispielsweise von einer Fabrik abgegeben wird, in eine Expansionsturbine 10 eingeleitet wird, und Drehenergie, die durch die Druckluft erzeugt wird, über eine Drehzahlerhöhungseinrichtung 20 zu einer anderen Vorrichtung geliefert wird.
Expansionsturbine
Der grundsätzliche Aufbau der Expansionsturbine 10 ist ähnlich dem Aufbau eines allgemeinen Kompressors, jedoch unterscheidet sich der Kompressor wie folgt. Anders ausgedrückt wird in dem Kompressor ein Fluid zu einem Laufrad geliefert, das durch einen Motor drehbar angetrieben wird; wobei daher das Fluid komprimiert wird. Andererseits ist die Expansionsturbine 10 so aufgebaut, dass ein Fluid zu einem Turbinenläufer 14, der dem Laufrad entspricht, geliefert wird, und der Turbinenläufer 14 wird durch das Fluid gedreht, wobei daher eine Funktion als eine Fluidmaschine zum Umwandeln von kinetischer Energie des Fluides in kinetische Drehenergie mit sich gebracht wird.
Die Expansionsturbine 10 ist so aufgebaut, dass der Turbinenläufer 14, der an einem Endabschnitt einer Drehwelle 30 fixiert ist, in einem Turbinengehäuse 11 angeordnet ist, das durch einen zylindrischen Hauptkörper 12 und einen scheibenförmigen Abdeckabschnitt 13 zum Schließen eines Endabschnittes des Hauptkörpers 12 aufgebaut ist. Einlässe 12a zum radialen Liefern des Fluides zu dem Turbinenläufer 14 und ein Auslass 12b für ein axiales Abgeben des Fluides aus dem Turbinenläufer 14 sind in dem Hauptkörper 12 ausgebildet. Außerdem wird der Turbinenläufer 14 durch das Fluid gedreht, das von den Einlässen 12a zu dem Turbinenläufer 14 geliefert wird, und das in dem Drehprozess sich ausdehnende Fluid wird von dem Auslass 12b abgegeben (siehe die Pfeile in 1).
Ein Durchgangsloch 13a ist in der Mitte des Abdeckabschnittes 13 des Turbinengehäuses 11 ausgebildet. Ein Abdichtelement 15 ist an der Innenseite des Durchgangslochs 13a vorgesehen, und die Drehwelle 30 erstreckt sich durch das Abdichtelement 15. Ein kleiner Zwischenraum ist zwischen dem Abdichtelement 15 und der Drehwelle 30 so vorgesehen, dass die Drehung der Drehwelle 30 nicht gestört wird; wobei jedoch der Zwischenraum so gestaltet ist, dass er ein minimales Maß hat, um eine Leckage des Fluides so weit wie möglich zu verhindern.
Drehzahlerhöhungseinrichtung
Die Drehzahlerhöhungseinrichtung 20 ist eine Vorrichtung zum Erhöhen der Drehenergie, die in der Expansionsturbine 10 erlangt wird. Genauer gesagt ist ein (nicht gezeigter) Drehzahlerhöhungsmechanismus, der mit der Drehwelle 30 verbunden ist, in einem Getriebegehäuse 21 angeordnet. Ein Durchgangsloch 21a, durch das die Drehwelle 30 einzuführen ist, ist in einer Wandfläche des Getriebegehäuses 21 ausgebildet, die sich benachbart zu der Expansionsturbine 10 befindet. Ein Lager 22, das die Drehwelle 30 so stützt, dass die Drehwelle 30 drehbar ist, ist in dem Durchgangsloch 21a vorgesehen. Das Getriebegehäuse 21 des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat eine zylindrische Form, die sich entlang der Drehwelle 30 erstreckt, und das Getriebegehäuse 21 ist so aufgebaut, dass die obere Hälfte öffnungsfähig und schließfähig ist, um beispielsweise eine Wartung bei dem Drehzahlerhöhungsmechanismus im Inneren des Getriebegehäuses 21 auszuführen. Der spezifische Aufbau des Getriebegehäuses 21 ist nicht auf den vorstehend erläuterten Aufbau beschränkt.
Fehlausrichtung
In der Drehmaschineneinheit 1 sind das Turbinengehäuse 11 und das Getriebegehäuse 21 gegenüberliegend zueinander angeordnet, und die Drehwelle 30 ist so vorgesehen, dass sie sich durch jeweilige gegenüberliegende Flächen 13b und 21b des Turbinengehäuses 11 und des Getriebegehäuses 21 erstreckt. Zum Zeitpunkt des Zusammenbaus der Drehmaschineneinheit 1 ist die Drehwelle 30 an dem Lager 22 gestützt und ist in geeigneter Weise in Bezug auf das Turbinengehäuse 11 (den Abdeckabschnitt 13) ausgemittelt (zentriert).
Hierbei nimmt, wenn das unter hoher Temperatur stehende Fluid zu der Expansionsturbine 10 geliefert wird, die Temperatur des Turbinengehäuses 11 signifikant zu. Da außerdem das Getriebegehäuse 21 so angeordnet ist, dass es von dem Turbinengehäuse 11 separat ist, ist die Menge an Wärmeübertragung von der Expansionsturbine 10 gering. Daher nimmt die Temperatur des Getriebegehäuses 21 nicht hochgradig zu. Folglich ist die Größe der thermischen Verformung (hierbei die Größe der Ausdehnung) des Turbinengehäuses 11 größer als bei dem Getriebegehäuse 21. Es ist nicht erforderlich, dass das Turbinengehäuse 11 und das Getriebegehäuse 21 mit einem Abstand zwischen ihnen angeordnet sind. Alternativ können das Turbinengehäuse 11 und das Getriebegehäuse 21 in einem Zustand angeordnet sein, bei dem die gegenüberliegenden Flächen 13b, 21b miteinander in Kontakt stehen, oder das Turbinengehäuse 11 und das Getriebegehäuse 21 können mit einem zwischen ihnen vorgesehenen Wärmeisolationsmaterial angeordnet sein.
Die vorstehend erläuterte Drehmaschineneinheit 1 ist herkömmlich mit einem (nicht gezeigten) Stützabschnitt versehen, der von einem unteren Endabschnitt der gegenüberliegenden Fläche 21b des Getriebegehäuses 21 zu dem Turbinengehäuse 11 hin vorragt, und das Turbinengehäuse 11 und das Getriebegehäuse 21 sind durch eine Schraube oder dergleichen in einem Zustand verbunden, bei dem das Turbinengehäuse 11 (der Abdeckabschnitt 13) durch den Stützabschnitt gestützt ist. Daher wird, wenn sich das Turbinengehäuse 11 thermisch ausdehnt, je weiter das Turbinengehäuse 11 von dem Stützabschnitt getrennt ist, eine Verschiebung des Turbinengehäuses 11 in Bezug auf das Getriebegehäuse 21 stärker zunehmen. Als ein Ergebnis kann die Drehwelle 30 in Bezug auf das Turbinengehäuse 11 fehlausgerichtet werden. Wenn der Betrag einer derartigen Fehlausrichtung die Größe des Zwischenraums zwischen dem Abdichtelement 15 und der Drehwelle 30 überschreitet, gelangt die Drehwelle 30 in Kontakt mit dem Abdichtelement 15; wobei daher Probleme im Hinblick auf den Energieverlust, ein Festfressen der Drehwelle oder dergleichen auftreten können.
Eingriffsmechanismus
Um die vorstehend erläuterten Probleme zu vermeiden, wurde ein Verfahren zum Verbinden des Turbinengehäuses 11 und des Getriebegehäuses 21 in der Drehmaschineneinheit 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels entwickelt. 2 zeigt eine Ansicht der gegenüberliegenden Fläche 13b des Turbinengehäuses 11, und 3 zeigt eine Ansicht der gegenüberliegenden Fläche 21b des Getriebegehäuses 21. Das Abdichtelement 15 und das Lager 22 sind in diesen Zeichnungen nicht gezeigt.
Wie dies in 2 gezeigt ist, sind drei Keilnuten 13c linear in der kreisartigen gegenüberliegenden Fläche 13b des Turbinengehäuses 11 so ausgebildet, dass sie sich radial erstrecken. Ein Keilelement 13d ist in jeder der Keilnuten 13c fixiert. Die Höhe des Keilelementes 13d ist größer als die Tiefe der Keilnut 13c, und das Keilelement 13d ragt von der Keilnut 13c vor, womit ein Vorsprung 41 ausgebildet wird. Alle drei Vorsprünge 41, die in dieser Weise ausgebildet sind, sind in einem Bereich der unteren Hälfte der gegenüberliegenden Fläche 13b vorgesehen und sind symmetrisch in Bezug auf eine vertikale Ebene angeordnet. Jeder Vorsprung 41 ist nicht auf einen Abschnitt beschränkt, der durch eine Kombination aus der Keilnut 13c und dem Keilelement 13d ausgebildet ist. Alternativ kann, solange wie der Vorsprung 41 von der gegenüberliegenden Fläche 13b zu der gegenüberliegenden Fläche 21b des Getriebegehäuses 21 vorragt, der Vorsprung 41 einen beliebigen Aufbau haben.
Wie dies in 3 gezeigt ist, sind in der kreisartigen gegenüberliegenden Fläche 21b des Getriebegehäuses 21 drei Nutvertiefungen 42 an Positionen vorgesehen, die den drei Vorsprüngen 41 entsprechen, die an der gegenüberliegenden Fläche 13b des Turbinengehäuses 11 angeordnet sind, und die Vertiefungen 42 sind linear so ausgebildet, dass sie sich radial erstrecken. Die Breite jeder Vertiefung 42 ist größer als die Breite jedes Vorsprungs 41. Während er mit der Vertiefung 42 in Eingriff steht, kann der Vorsprung 41 sich radial (in einer Erstreckungsrichtung des Vorsprungs 41) bewegen. Die Breiten des Vorsprungs 41 und der Vertiefung 42 sind so bestimmt, dass sogar dann, wenn der Vorsprung 41 sich thermisch bedingt ausdehnt, der Vorsprung 41 in der Vertiefung 42 beweglich gehalten werden kann. Unter Betrachtung in einer axialen Richtung der Drehwelle 30 ist die Vertiefung 42 des vorliegenden Ausführungsbeispiels so vorgesehen, dass sie sich gänzlich zwischen der Mitte der gegenüberliegenden Fläche 21b (das Lager 22) und einem Umfangsrand der gegenüberliegenden Fläche 21b erstreckt. Alternativ kann die Vertiefung 42 an einem Ort enden, der näher zu dem Umfangsrand der gegenüberliegenden Fläche 21b als die Mitte der gegenüberliegenden Fläche 21b ist. Andersherum kann die Vertiefung 42 an einem Ort enden, der näher zu der Mitte als zu dem Umfangsrand ist.
4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1. Wie dies in 4 gezeigt ist, ist jeder Eingriffsmechanismus 40, der durch einen Eingriff zwischen dem Vorsprung 41 und der Vertiefung 42 aufgebaut ist, offensichtlich in einer Weise angeordnet, die ähnlich wie bei dem Vorsprung 41 und der Vertiefung 42 ist. Anders ausgedrückt sind sämtliche drei Eingriffsmechanismen 40 in dem Bereich unterhalb einer Achse O der Drehwelle 30 vorgesehen und sind symmetrisch in Bezug auf eine vertikale Ebene angeordnet. Darüber hinaus sind zumindest zwei der Eingriffsmechanismen 40 so vorgesehen, dass sie in Bezug aufeinander unter Betrachtung in der axialen Richtung der Drehwelle 30 so geneigt (schräg gestaltet) sind, dass sämtliche drei Eingriffsmechanismen 40 nicht in Linie (in Reihe) zueinander oder parallel zueinander angeordnet sein können.
Des Weiteren sind das Turbinengehäuse 11 (der Abdeckabschnitt 13) und das Getriebegehäuse 21 durch eine (nicht gezeigte) Schraube verbunden, während sie miteinander durch die Eingriffsmechanismen 40 in Eingriff stehen. Ein Schraubenloch, in das die Schraube einzuführen ist, hat einen Durchmesser, der größer als ein Durchmesser der Schraube ist, so dass, wenn das Turbinengehäuse 11 thermisch verformt wird, eine derartige thermische Verformung nicht durch die Schraube gehalten werden kann. Es ist nicht erforderlich, dass das Turbinengehäuse 11 und das Getriebegehäuse 21 durch die Schraube verbunden sind. Alternativ können das Turbinengehäuse 11 und das Getriebegehäuse 21 durch eine andere Einrichtung verbunden sein.
Die 5 und 6 zeigen jeweils eine Querschnittsansicht des Eingriffsmechanismus 40 im Querschnitt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung. Wie dies in 5 gezeigt ist, können im Querschnitt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung Ränder eines Endabschnittes des Vorsprungs 41 durch eine Abschrägung behandelt sein, um schräge Abschnitte 41a auszubilden, die sich zu dem Endabschnitt hin verengen. Die vorstehend erwähnten schrägen Abschnitte 41a sind vorgesehen, damit der Vorsprung 41 mit Leichtigkeit mit der Vertiefung 42 in Eingriff gelangen kann. Alternativ können, wie dies in 6 gezeigt ist, im Querschnitt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung Ränder einer offenen Fläche der Vertiefung 42 durch eine Abschrägung so behandelt sein, dass sie schräge Abschnitte 42a ausbilden, die sich zu der offenen Fläche hin verbreitern. Die vorstehend erwähnten schrägen Abschnitte 42a sind vorgesehen; damit der Vorsprung 41 mit Leichtigkeit mit der Vertiefung 42 in Eingriff gelangen kann. Des Weiteren können als ein anderes Ausführungsbeispiel die Ränder des Endabschnittes des Vorsprungs 41 und die Ränder der offenen Fläche der Vertiefung 42 durch ein Abschrägen behandelt sein. Darüber hinaus kann sogar dann, wenn anstelle des Prozesses des Abschrägens zumindest entweder die Ränder des Endabschnittes des Vorsprungs 41 oder die Ränder der offenen Fläche der Vertiefung 42 durch eine Rundabschrägung (Anfasen) behandelt sind, ein ähnlicher Effekt wie bei demjenigen erzielt werden, bei dem der Prozess der Abschrägung vorgesehen ist.
Effekt
In der Drehmaschineneinheit 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind zumindest die beiden Eingriffsmechanismen 40 so vorgesehen, dass sie in Bezug aufeinander unter Betrachtung in der axialen Richtung der Drehwelle 30 geneigt sind (schräg gestellt sind). Daher ist, wenn das Turbinengehäuse 11 (ein erstes Gehäuse) einer großen Temperaturänderung im Vergleich zu dem Getriebegehäuse 21 (ein zweites Gehäuse) ausgesetzt ist und sich daher thermisch ausdehnt, der thermische Ausdehnmodus wie folgt. Jeder der Vorsprünge 41 (erste Eingriffsabschnitte) wird durch eine entsprechende der Vertiefung 42 (zweite Eingriffsabschnitte) so geführt, dass er sich von einem Schnittpunkt (der der Achse O der Drehwelle 30 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht) von Erstreckungslinien der jeweiligen Eingriffsmechanismen 40 radial bewegt; wobei dadurch die gegenüberliegende Fläche 13b des Turbinengehäuses 11 sich im Wesentlichen konzentrisch ausdehnt. Demgemäß wird eine Verschiebung (ein Versatz) kaum in der Mitte der gegenüberliegenden Fläche 13b des Turbinengehäuses 11 erzeugt, durch das sich die Drehwelle 30 erstreckt; wobei daher eine Fehlausrichtung der Drehwelle 30 in Bezug auf das Turbinengehäuse 11 verhindert werden kann. Gemäß der Drehmaschineneinheit 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Fehlausrichtung der Drehwelle 30 in Bezug auf das Turbinengehäuse 11 in ähnlicher Weise in dem Fall der thermischen Ausdehnung des Turbinengehäuses 11 und auch in dem Fall des thermischen Schrumpfens des Turbinengehäuses 11 verhindert werden.
Auch in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die gegenüberliegende Fläche 13b des Turbinengehäuses 11 die kreisartige Form, und die Erstreckungsrichtung des Vorsprungs 41 entspricht der radialen Richtung der kreisartigen gegenüberliegenden Fläche 13b. Somit entspricht der Schnittpunkt der Erstreckungslinien der jeweiligen Eingriffsmechanismen 40 der Achse O der Drehwelle 30. Demgemäß kann die gegenüberliegende Fläche 13b des Turbinengehäuses 11 noch genauer in einer konzentrischen Weise verformt werden. Folglich kann die Fehlausrichtung der Drehwelle 30 in Bezug auf das Turbinengehäuse 11 noch sicherer verhindert werden.
Des Weiteren sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die vielen Eingriffsmechanismen 40 in Bezug auf die vertikale Ebene symmetrisch angeordnet; wobei daher das Turbinengehäuse 11 mit Leichtigkeit in der rechten und linken Richtung gleichermaßen verformt wird. Folglich kann das Turbinengehäuse 11 noch sicherer und leichter in einer konzentrischen Weise verformt werden.
Außerdem sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sämtliche Eingriffsmechanismen 40 in dem Bereich unterhalb der Achse O der Drehwelle 30 vorgesehen. Daher kann selbst dann, wenn die obere Hälfte des Getriebegehäuses 21 wie vorstehend beschrieben öffnungsfähig und schließfähig ist, ein Öffnen und Schließen des Getriebegehäuses 21 durch die Eingriffsmechanismen 40 nicht verhindert werden. Außerdem kann, wenn das Turbinengehäuse 11 (der Abdeckabschnitt 13) ein schweres Gewicht hat, ein Vorgang zum Verwirklichen des eingerückten Zustandes (Eingriffszustand) der Eingriffsmechanismen 40 mit Leichtigkeit ausgeführt werden, indem ein unterer Abschnitt des Getriebegehäuses 11 gestützt ist, wodurch die Zusammenbaueffizienz erhöht ist.
Darüber hinaus ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeder Eingriffsmechanismus 40 durch den Vorsprung 41 und die Vertiefung 42 ausgebildet; wobei daher der Eingriffsmechanismus 40 einfach aufgebaut ist. Somit kann eine Zunahme der Kosten oder Arbeitszeit aufgrund des Einstellens des Eingriffsmechanismus 40 verhindert werden.
Außerdem sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Querschnitt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung zumindest entweder die Ränder des Endabschnittes des Vorsprungs 41 oder die Ränder der offenen Fläche der Vertiefung 42 durch ein Abschrägen oder Rundabschrägen behandelt; wobei daher der Vorsprung 41 mit Leichtigkeit mit der Vertiefung 42 in Eingriff gelangen kann.
Andere Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt, und ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, können Elemente des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels erforderlichen Falls kombiniert werden, oder verschiedene Abwandlungen können bei dem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden, wenn dies erforderlich ist.
Beispielsweise ist in dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ein Fall, bei dem „das erste Gehäuse“ der vorliegenden Erfindung das Turbinengehäuse 11 der Expansionsturbine 10 ist und „das zweite Gehäuse“ der vorliegenden Erfindung beispielsweise das Getriebegehäuse 21 der Drehzahlerhöhungseinrichtung 20 ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auf eine Drehmaschineneinheit anwendbar, die mit einer Drehwelle ausgestattet ist, die so vorgesehen ist, dass sie sich durch jeweilige gegenüberliegende Flächen von zwei Gehäusen erstreckt, die einander gegenüberstehend angeordnet sind. Das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse können Gehäuse mit einer spezifischen anderen Art an Vorrichtung sein.
Des Weiteren ist in dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ein Fall, bei dem „der erste Eingriffsabschnitt“ der vorliegenden Erfindung der Vorsprung 41 ist und „der zweite Eingriffsabschnitt“ der vorliegenden Erfindung die Vertiefung 42 ist, als ein Beispiel erläutert; wobei jedoch der erste Eingriffsabschnitt und der zweite Eingriffsabschnitt nicht darauf beschränkt sind. Alternativ kann der erste Eingriffsabschnitt eine Vertiefung sein und kann der zweite Eingriffsabschnitt ein Vorsprung sein.
Darüber hinaus können, solange der erste Eingriffsabschnitt so aufgebaut ist, dass er in der Erstreckungsrichtung durch den zweiten Eingriffsabschnitt geführt wird, der erste Eingriffsabschnitt und der zweite Eingriffsabschnitt beispielsweise als eine Kombination aus einer Führungseinrichtung wie beispielsweise eine Schiene und einem Element, das mit der Führungseinrichtung in Eingriff bringbar ist, aufgebaut sein.
Außerdem kann die spezifische Anzahl oder Anordnung von Eingriffsmechanismen 40 geändert werden, sofern dies erforderlich ist. Die 7 bis 9 zeigen jeweils eine Querschnittsansicht eines Beispiels des Eingriffsmechanismus gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel und entsprechend einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1. Beispielsweise kann der Eingriffsmechanismus 40, der in der Mitte wie bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, weggelassen werden, und außerdem können die beiden Eingriffsmechanismen 40 vorgesehen sein, wie dies in 7 gezeigt ist. Alternativ können vier oder mehr Eingriffsmechanismen 40 vorgesehen sein. Außerdem können, wenn das Getriebegehäuse 21 nicht so aufgebaut ist, dass die obere Hälfte öffnungsfähig und schließfähig ist, die Eingriffsmechanismen 40 in einem Bereich oberhalb der Achse O der Drehwelle 30 vorgesehen sein. Wie dies in 8 gezeigt ist, können die Eingriffsmechanismen 40 bei der gleichen Höhe wie die Achse O der Drehwelle 30 vorgesehen sein. Um zu ermöglichen, dass die gegenüberliegende Fläche 13b des Gehäuses 11 konzentrisch verformt, können die drei oder mehr Eingriffsmechanismen 40 bei gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung vorgesehen sein.
Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, dass die Erstreckungsrichtung des Eingriffsmechanismus 40 der radialen Richtung entspricht. Alternativ kann der Eingriffsmechanismus 40 so angeordnet sein, dass die Erstreckungslinien geringfügig von der Achse O der Drehwelle 30 versetzt sind. Genauer gesagt können beispielsweise, wie dies in 9 gezeigt ist, die beiden Eingriffsmechanismen 40, die so angeordnet sind, dass sie sich horizontal erstrecken, von der Achse O der Drehwelle 30 um L [mm] versetzt sein. In einem derartigen Fall wird die zulässige Entfernung L wie folgt erlangt.
Wenn die in 9 gezeigten Eingriffsmechanismen 40 vorgesehen werden, verformt sich die gegenüberliegende Fläche 13b des Turbinengehäuses 11 von einem Schnittpunkt P der Erstreckungslinie (gezeigt durch gestrichelte Linien) der jeweiligen Eingriffsmechanismen 40. Daher wird der Versatzbetrag ΔL [mm] der gegenüberliegenden Fläche 13b bei der Position der Achse O separat (beabstandet) von dem Schnittpunkt P um L [mm] aus der folgenden Formel erhalten.
Formel 1

∆L = αL∆T;

Wobei α ein linearer Ausdehnungskoeffizient [1/K] des Turbinengehäuses 11 ist, und ∆T eine Temperaturänderung [K] des Turbinengehäuses 11 ist.
Wenn beispielsweise die Entfernung zwischen dem Abdichtelement 15 und der Drehwelle 30 mit G [mm] angegeben ist, wird eine Beziehung der folgenden Formel verwirklicht. In diesem Fall kann sogar dann, wenn die gegenüberliegende Fläche 13b des Turbinengehäuses 11 thermisch verformt wird und die Drehwelle 30 daher in Bezug auf das Turbinengehäuse 11 fehl ausgerichtet wird, vermieden werden, dass die Drehwelle 30 mit dem Abdichtelement 15 in Kontakt gelangt.
Formel 2

∆L < G

Hierbei wird, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist: das Turbinengehäuse 11 ist aus Eisen hergestellt (α = 1,2 × 10^–5); ∆T = 300°C; und G = 0,5 mm, Folgendes erlangt.
Formel 3

L < 0,5/(1,2 × 10^–5 × 300) = 139

Anders ausgedrückt beträgt ein zulässiger Versatz von der Achse O bis zu ungefähr 139 mm. Somit ist es nicht erforderlich, dass die Erstreckungsrichtung von jedem Eingriffsmechanismus 40 der radialen Richtung entspricht. Solange der Eingriffsmechanismus 40 so vorgesehen ist, dass er sich von der Mitte zu dem Umfangsrand erstreckt, ist die vorliegende Erfindung auf einen Fall anwendbar, bei dem die Erstreckungslinie des Eingriffsmechanismus 40 von der Achse O der Drehwelle 30 geringfügig versetzt ist.
Bezugszeichenliste

1: Drehmaschineneinheit
11: Turbinengehäuse (erstes Gehäuse)
13b: gegenüberliegende Fläche
21: Getriebegehäuse (zweites Gehäuse)
21b: gegenüberliegende Fläche
30: Drehwelle
40: Eingriffsmechanismus
41: Vorsprung (erster Eingriffsabschnitt)
42: Vertiefung (zweiter Eingriffsabschnitt)

Claims

Drehmaschineneinheit, die mit einer Drehwelle ausgestattet ist, die so vorgesehen ist, dass sie sich durch jeweilige gegenüberliegende Flächen eines ersten Gehäuses und eines zweiten Gehäuses erstreckt, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, wobei die Drehmaschineneinheit Folgendes aufweist: zumindest zwei Eingriffsmechanismen, wobei jeder der Eingriffsmechanismen Folgendes aufweist: einen ersten Eingriffsabschnitt, der an der gegenüberliegenden Fläche des ersten Gehäuses so vorgesehen ist, dass er sich in einer Richtung von einer Mitte, durch die sich die Drehwelle erstreckt, zu einem Umfangsrand linear erstreckt; und einen zweiten Eingriffsabschnitt, der an der gegenüberliegenden Fläche des zweiten Gehäuses so vorgesehen ist, dass der erste Eingriffsabschnitt beweglich zu dem zweiten Eingriffsabschnitt in einer Erstreckungsrichtung des ersten Eingriffsabschnittes in Eingriff steht, wobei die Eingriffsmechanismen so vorgesehen sind, dass sie in Bezug aufeinander unter Betrachtung in einer axialen Richtung der Drehwelle geneigt sind.
Drehmaschineneinheit gemäß Anspruch 1, wobei die gegenüberliegende Fläche des ersten Gehäuses eine kreisartige Form hat, und die Erstreckungsrichtung einer radialen Richtung der gegenüberliegenden Fläche mit kreisartiger Form entspricht.
Drehmaschineneinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl an Eingriffsmechanismen in Bezug auf eine vertikale Ebene symmetrisch angeordnet sind.
Drehmaschineneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sämtliche Eingriffsmechanismen in einem Bereich unterhalb einer Achse der Drehwelle vorgesehen sind.
Drehmaschineneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der eine oder der andere Abschnitt aus dem ersten Eingriffsabschnitt und dem zweiten Eingriffsabschnitt jeweils eine Vertiefung und ein Vorsprung sind.
Drehmaschineneinheit gemäß Anspruch 5, wobei im Querschnitt senkrecht zu der Erstreckungsrichtung zumindest entweder ein Rand eines Endabschnittes des Vorsprungs und/oder ein Rand einer offenen Fläche der Vertiefung durch eine Abschrägung oder eine Rundabschrägung behandelt ist.