JP2001107922A - フランジレスケーシングの締結構造 - Google Patents

フランジレスケーシングの締結構造

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JP2001107922A
JP2001107922A JP28854999A JP28854999A JP2001107922A JP 2001107922 A JP2001107922 A JP 2001107922A JP 28854999 A JP28854999 A JP 28854999A JP 28854999 A JP28854999 A JP 28854999A JP 2001107922 A JP2001107922 A JP 2001107922A
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fastening
sleeve
bolt
fastening bolt
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Taku Ichiyanagi
卓 一柳
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フランジレスケーシングの強度を増大させ
る。 【解決手段】 ガスタービン車室等を水平分割型フラン
ジレスケーシング１０として構成する。上側ケーシング
１内には壁面接線方向にボルト孔７を形成し、下側ケー
シング２との接合面３近傍内周に内ねじ９ｂを有するね
じ穴を設ける。ボルト孔７下部には外周に内ねじ５ｂと
螺合する外ねじ９ａを設けた円筒状スリーブ１１を装着
する。締結ボルト５は、先端の締結用ねじ部５ａを下側
ケーシング２の締結用ねじ孔５ｂに螺合させたときに、
スリーブ１１上端面と当接する大径部５ｃを形成する。
スリーブ１１をボルト５と同様な高強度材料で製作する
ことにより、大径部５ｃとスリーブ１１上端との接触面
圧を大きくとることができ、充分に大きなケーシング締
付け力を維持しながらボルト孔７の径を小さくできるた
め、ボルト孔の欠肉によるケーシング強度の低下を最小
限に抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フランジレスケー
シングの締結構造に関し、タービン、圧縮機、等の流体
機械の車室をフランジレスケーシングとして構成する場
合に特に有利なフランジレスケーシングの締結構造に関
する。
【０００２】
【従来の技術】タービン、圧縮機等の車室としては一般
的に軸線を含む平面で２つに分割される水平分割型のケ
ーシングが使用される。一般的には、ケーシングの各分
割片は接合面に厚肉の板状のフランジが形成されてお
り、このフランジ部を締結ボルトで締結することにより
互いに接合される。
【０００３】図７は従来のフランジを有する水平分割型
ケーシングの軸線に直角な平面に沿った断面略示図であ
る。図７において、１００は２つの分割片１１０ａ、１
２０ａからなるケーシング、１１０ｂ、１２０ｂはそれ
ぞれの分割片の接合部に設けられたフランジ。１１５は
フランジ１１０ｂ、１２０ｂを締結する締結ボルトであ
る。例えば、締結ボルト１１５は、ボルトヘッド１１５
ｄを有し、先端付近に締結用ねじ１１５ａが形成された
形状とされ、ケーシング１２０ａのフランジ部１２０ｂ
にはこの締結用ねじに螺合するねじ孔１２０ｃが設けら
れている。また、フランジ部１２０ａと当接するケーシ
ング１１０ａのフランジ部１１０ｂには、ねじ孔１２０
ｃと同芯のボルト孔１１０ｃが貫通している。ボルト１
１５はケーシング分割片１１０ａ側からボルト孔１１０
ｃに挿通され、ボルト１１５のボルトヘッド１１５ｄが
フランジ１１０ｂの上面に当接するまでねじ孔１２０ｃ
にねじ込まれる。これにより、フランジ１１０ｂと１２
０ｂとはボルト１１５のねじ部１１５ａとボルトヘッド
１１５ｄとの間に挟まれて互いに押圧される。
【０００４】すなわち、ねじ込みにより生じるボルト１
１５の軸方向引張荷重の反力が、ねじ孔１２０ｃと、ボ
ルトヘッド１１５ｄと当接するフランジ１１０ｂ上面と
を介してフランジ１１０ｂと１２０ｂとに作用し、両方
のフランジを互いに堅固に押しつけるようになる。とこ
ろが、図７のようなフランジ１１０ｂ、１２０ｂを有す
るケーシングをタービンや圧縮機等の車室として用いた
場合には問題が生じる場合がある。
【０００５】すなわち、タービン、圧縮機等の車室は内
部に回転するロータを収納するため、ケーシング断面
（特に内周面）はできるだけ真円形状を保持する必要が
ある。ところが、タービン、圧縮機等では内部を流通す
る流体の温度が高温になりケーシング壁各部分もそれに
応じて高温になる。このため、ケーシング各部分の温度
に差が生じると各部分での熱膨張の差により大きな熱応
力を生じ、ケーシング断面が真円形状を維持できなくな
る場合がある。特に、タービン、圧縮機等では負荷状態
の変化により内部を流れる流体の温度が大きく変化する
場合があるが、図７のようなフランジがあると、この部
分のケーシング壁肉厚が他の部分より大きいため、流体
温度の変化に対するケーシング壁温度の変化が他の部分
より遅れるようになる。このため、流体温度が大きく変
化する過渡状態などではケーシング壁のフランジ部分と
他の部分との間に大きな温度差が生じてしまい、ケーシ
ング断面形状に比較的大きな歪みを生じる問題がある。
【０００６】前述のように、タービン、圧縮等のケーシ
ング（車室）は内部に回転するロータを収納しているた
め、上記のような歪みを生じるとロータ外周（すなわち
タービン動翼先端等）とケーシングとの接触が生じる可
能性がある。また、ケーシングの熱歪みを考慮して、予
めタービン動翼先端等とケーシングとの間のクリアラン
スを大きく設定しておけば、一応上記のような接触を防
止することは可能であるが、クリアランスを大きく設定
するとタービン、圧縮機自体の効率が低下してしまう問
題がある。
【０００７】一方、ケーシングに図７のようなフランジ
を設けずにケーシング分割片を接合する、いわゆるフラ
ンジレスケーシングが知られている。図８は、一般的な
フランジレスケーシング２００の締結構造を示す、図７
と同様な断面図である。図８に示すように、フランジレ
スケーシング２００では、各ケーシング分割片２１０
ａ、２２０ａは締結部にフランジを備えていない半円形
状とされており、締結ボルト２１５は、分割片２１０
ａ、２２０ａのケーシング壁自体に接線方向に穿設され
たボルト孔２１０ｃ、２２０ｃに取り付けられる。
【０００８】この場合、締結時にボルトヘッド２１５ｄ
と当接して分割片２１０ａに締付け力を付加するため
に、ボルト孔２１０ｃ上部には座ぐり面２１０ｄが形成
される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このようなフランジレ
スケーシングでは、フランジを有するケーシングに較べ
て、フランジによる肉厚部が形成されないためケーシン
グ周方向での肉厚の不均一は比較的小さくなる。しか
し、ケーシング内圧や流体温度が高い場合にはフランジ
レスケーシングにおいても上述したと同様な問題が生じ
る場合がある。
【００１０】すなわち、フランジレスケーシングでは座
ぐり２１０ｄを設けた結果、座ぐり２１０ｄより上の部
分ではボルト孔２１０ｃの孔径を座ぐり径と同一にしな
ければならなくなり、この部分ではケーシング壁が削れ
られてしまい欠肉部が生じる。このため、座ぐり部分で
はケーシング壁肉厚が最も薄くなって（図８、Ｔ１）し
まう問題がある。
【００１１】図９は、図８のケーシング２１０ａ壁面の
座ぐり面２１０ｄ付近の、水平方向断面（図８のＡ−Ａ
線に沿った断面）を示す図である。図９に示すように、
座ぐり２１０ｄ部分では円筒状にケーシング壁の肉が削
られており、図９にハッチングを施した形状の壁部分が
残っており、この壁部分の肉厚を平均すると、図９にＴ
２で示した厚さとなる。すなわち、座ぐり部分における
ケーシングの有効壁厚はＴ２となり、座ぐりが設けられ
ていない部分よりかなり薄くなってしまう。このため、
フランジレスケーシングでは、フランジを設けた場合と
は逆に局所的にケーシング壁の薄肉部が生じることにな
り、内圧が高い場合や温度が高い場合にはこの薄肉部分
の変形や歪みによりケーシングの真円度が維持できなく
なる場合が生じるのである。
【００１２】上記問題を防止するためには、図８にｄで
示したケーシングの座ぐり直径をできるだけ小さくし
て、座ぐり部分のケーシング壁有効厚さＴ２を他の部分
に近づける必要がある。ところが、実際には座ぐりの直
径はある程度以下には低減することは困難である。すな
わち、タービン等の運転中には流体圧力により、または
熱膨張による応力等により、ケーシングの各分割片を相
互に離反させる力が作用する。締結ボルトにはこれらの
力に抗してケーシング相互を密着させる大きな軸力を生
じさせる必要がある。
【００１３】また、一般に締結ボルト等は強度の高い高
張力材料を用いて製作されるのに対して、ケーシング自
体は加工性（切削性や、必要な場合には溶接性）や製造
上の問題、低サイクル疲労強度等から高強度材料を使用
することができない。このため、締結ボルトのボルトヘ
ッド２１５ｄとケーシング座ぐり部２１０ｄとの間の最
大接触面圧はケーシングの材質により制限を受けてしま
う。従って、必要とされる締結ボルトの軸力（締付け
力）を得るためには、締結ボルトのボルトヘッドとの当
たり面の面積をある程度大きくしてボルトヘッドとケー
シングとの接触面圧がケーシング材質の許容値以下にな
るようにする必要がある。このため、ケーシングのボル
トヘッドとの当たり面の座ぐり径はある程度以上にする
必要が有り、座ぐり径を縮小してケーシング壁の有効厚
を増大させることは実際上困難である。
【００１４】また、一般に、ケーシングを締結する締結
ボルトはできるだけ小さな間隔で配置して、ケーシング
に大きく、しかも均一な締付け力が作用するようにする
ことが好ましい。しかし、上記のようにケーシングの材
質によって締結ボルト孔の最小座ぐり径が制限されてし
まう結果、締結ボルトの間隔は座ぐり径に応じて大きく
なってしまい、ケーシングに充分に大きく均一な締付け
力を付加できない場合が生じる。
【００１５】本発明は、フランジレスケーシングにおけ
る上記問題を解決し、締結ボルト孔近傍のケーシング壁
有効厚を大きく維持し、しかもボルト配置間隔を低減可
能なフランジレスケーシングの締結構造を提供すること
を目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、複数のケーシング分割片を接合面を合わせて締
結した分割型フランジレスケーシングの締結構造であっ
て、前記接合面を横切ってケーシング分割片内に形成さ
れた締結ボルト孔と、互いに締結されるケーシング分割
片のうち少なくとも一方の前記締結ボルト孔内周面に形
成された内ねじと、前記内ねじに係合する外ねじを外周
に備え、前記締結ボルト孔に螺合された円筒状のスリー
ブと、前記スリーブ内に挿通される締結ボルトと、前記
スリーブの一端に当接するとともに、前記締結ボルトに
軸方向引張荷重を付加する締結要素とを備え、前記スリ
ーブの前記締結要素との当接端に作用する前記締結ボル
トの軸方向引張荷重反力を、前記スリーブと前記ボルト
孔との螺合ねじ部を介して前記ケーシング壁分割片に作
用させることにより、前記ケーシング分割片を前記接合
面で互いに締結する、フランジレスケーシングの締結構
造が提供される。
【００１７】すなわち、請求項１に記載の発明では締結
ボルト孔内周面に形成された内ねじに円筒状スリーブが
螺合されるとともに、その一端が締結要素に当接する。
また、ボルト引張荷重（すなわちケーシングの締付け
力）は締結要素とスリーブとの当接端からスリーブとボ
ルト孔内ねじとの螺合部を介してケーシングに伝達され
る。スリーブとボルト孔のねじとの螺合部では、ねじ山
の数を多くすることによりねじ山に加わる剪断応力を小
さく設定することができるため、大きなボルト引張荷重
が作用してもねじ部の強度には充分な余裕を持たせるこ
とができる。また、締結要素とスリーブとの当接面を介
してボルト引張荷重をケーシングに伝達するようにした
ことにより、スリーブにケーシングより強度の高い材料
を使用することが可能となり、スリーブ端部と締結要素
との当接部における面圧を高く設定することが可能とな
り、座ぐりを設けた場合に較べてスリーブ径を極めて小
さくすることが可能となる。このため、スリーブを使用
することによりケーシング壁の欠肉を低減し、ケーシン
グ壁有効厚さを大きく維持し、かつ締結ボルト配置間隔
を小さくすることが可能となる。
【００１８】請求項２に記載の発明によれば、２つのケ
ーシング分割片を接合面を合わせて互いに締結して構成
する、内部に流体圧力が作用する流体機械の水平分割型
フランジレスケーシングの締結構造であって、前記接合
面をほぼ垂直に横断して両方の分割片のケーシング壁内
に形成された締結ボルト孔と、前記ケーシング分割片の
うち一方の前記締結ボルト孔内周面に形成された内ねじ
と、前記内ねじに係合する外ねじを外周に備え、該外ね
じにより前記締結ボルト孔に螺合された円筒状のスリー
ブと、前記ケーシング分割片のうち他方の前記締結ボル
ト孔内周面に形成された締結用内ねじと、一端の外周に
前記締結用ねじと係合するねじが形成され、他端に締結
部材を有する締結ボルトと、を備え、前記締結ボルトの
一端を前記一方のケーシング分割片の締結ボルト孔に螺
合した前記スリーブに挿通し、前記他方のケーシング分
割片の締結ボルト孔に形成された締結用ねじと螺合さ
せ、前記締結部材を前記スリーブの端面と当接させるこ
とにより、前記スリーブを挟んで両方のケーシング分割
片を締結する、フランジレスケーシングの締結構造が提
供される。
【００１９】すなわち、請求項２に記載の発明では、例
えば、タービン、圧縮機、ポンプ等の流体機械の水平分
割型フランジレスケーシングの締結ボルト部分のケーシ
ングにスリーブが装着され、締結部材と当接する。これ
により、締結部材とスリーブとの当接面の面圧を高く設
定できるため、流体機械の水平分割型フランジレスケー
シングのケーシング壁有効厚さを大きく維持しながらボ
ルト配置間隔を小さくして均一かつ大きなケーシング締
付け力を作用させることが可能となる。
【００２０】請求項３に記載の発明によれば、前記締結
部材は、前記締結ボルト軸部に形成された前記スリーブ
の内径より大きな外径を有する大径部である請求項２に
記載のフランジレスケーシングの締結構造が提供され
る。すなわち、請求項３に記載の発明ではスリーブ端部
に当接する締結部材は、ボルトと一体に形成された大径
部（例えば、ボルトヘッド、ボルト軸の段付き部）とさ
れる。締結ボルト先端をケーシングの締結用ねじ孔にね
じ込むことにより、ボルト大径部はスリーブ端部にボル
トの軸方向引張力の反力を伝達し、この反力はスリーブ
とケーシングとの螺合部を介してケーシングに伝達され
ケーシング分割片を相互に圧着するケーシング締付け力
を発生させる。
【００２１】請求項４に記載の発明によれば、前記締結
ボルトは、前記締結ボルト軸部に螺合するナットである
請求項２に記載のフランジレスケーシングの締結構造が
提供される。すなわち、請求項４に記載の発明では、ス
リーブ端部に当接する締結部材は、締結ボルト軸部に形
成されたねじに螺合するナットとされる。締結ボルトの
先端をケーシングの締結用ねじ孔にねじ込んだ状態で、
上記ナットを締め込むことによりナットはスリーブ端部
に当接し締結ボルトに軸方向引張力を発生する。この引
張力の反力はスリーブ端部からスリーブとケーシングと
の螺合部を介してケーシングに伝達されケーシング分割
片を相互に圧着するケーシング締付け力を発生させる。
【００２２】請求項５に記載の発明によれば、前記フラ
ンジレスケーシングはタービンまたは圧縮機の車室を構
成する請求項１から４のいずれか１項に記載のフランジ
レスケーシングの締結構造が提供される。すなわち、請
求項５に記載の発明によれば、蒸気タービン、ガスター
ビン等のタービンまたは圧縮機の車室が請求項１から４
のいずれか１項に記載の締結構造を有するフランジケー
シングとして構成される。これにより、特に高温、高圧
になるタービン、圧縮機等においても熱や圧力によるケ
ーシングの歪みを生じることなく堅固にケーシングを締
結可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。 （１）第１の実施形態 図１は、本発明のフランジレスケーシングの締結構造の
一実施形態を説明する図である。
【００２４】図１はガスタービンのタービン車室を水平
分割型のフランジレスケーシングとして構成した場合の
タービン軸線に直角な平面に沿った図７、図８と同様な
断面図を示している。図１において、その全体を１０で
示すのはガスタービンのタービン車室である。本実施形
態では車室１０は円筒形のフランジレスケーシングとし
て構成されており、車室１０の中心軸線に沿って２つに
分割されたケーシング分割片１（以下「上側ケーシン
グ」という）とケーシング分割片２（以下「下側ケーシ
ング」という）を接合面３で合わせて締結した構成とな
っている。
【００２５】図１に５で示すのは上側ケーシング１と下
側ケーシング２とを締結する締結ボルトである。本実施
形態では、締結ボルト５下部先端近傍には締結用ねじ５
ａが形成されている。締結ボルト５は、上側ケーシング
１壁面に接合面３に垂直に穿設されたボルト孔７に挿通
され、下側ケーシング２の接合面に設けられた締結用ね
じ孔５ｂに先端の締結用ねじ５ａが螺合してケーシング
１と２との締付け力を発生するようにされている。本実
施形態の締結ボルト５は、締結時にボルト孔７から上側
ケーシング１の外部にボルト５の上部端が突出する長さ
とされ、この突出端にはスパナ等の締結工具と係合しボ
ルト５の締結を可能とするための多角形ヘッド部５ｄが
形成されている。
【００２６】図２は、図１にＩＩで示した部分の拡大図
である。本実施形態では、上側ケーシング１のボルト孔
７の接合面３近傍の内周にはねじ９ａが切ってあり、こ
のボルト孔の内周ねじ９ａには、外周にねじ９ｂを設け
た円筒状スリーブ１１が装着されている。円筒状スリー
ブ１１は、ボルト孔７に装着された状態で、その下端部
１１ｂと接合面３との間に空隙が生じるようにされてお
り、締結ボルト５を締めつけたときに下端部１１ｂと下
側ケーシング２とが当接しないようにされている。
【００２７】また、締結ボルト５のボルト孔７内に位置
する軸部にはボルト孔７の径より僅かに小さい径のボル
ト軸段付部（大径部）５ｃが形成されている。ケーシン
グ締結時に、外部から工具を用いてボルトのヘッド部５
ｄを回して締結ボルト５のねじ５ａを下側ケーシング２
のねじ孔５ｂにねじ込むと、ボルト軸部の大径部５ｃの
下面が円筒状スリーブ１１の上端面１１ａに当接する。
【００２８】この状態で更に締結ボルト５をねじ込む
と、ボルト軸部には引張力が発生する。このボルト引張
力の反力は、ボルト５の大径部５ｃ下面に当接するスリ
ーブ１１の上端面１１ａに伝達され、スリーブ１１を下
方に押圧する。スリーブ１１は上側ケーシング１のボル
ト孔７に螺合しているため、このボルト５の引張力反力
はスリーブ１１からねじ９ａ、９ｂを介して上側ケーシ
ング１に伝達され、上側ケーシング１を下側ケーシング
２に向けて押圧する締付け力として作用する。
【００２９】一方、下側ケーシング２は締結ボルト５先
端のねじ部５ａと螺合する締結用ねじ孔５ｂのねじ部を
介してボルト５の引張力の反力を受け、上側ケーシング
に向けて押圧される。すなわち、締結ボルト５を締結用
ねじ孔５ｂにねじ込むことにより、上側ケーシング１と
下側ケーシング２とが接合面３で互いに押圧され、密着
する。
【００３０】上述のように、本実施形態ではケーシング
締付け力はそれぞれスリーブと螺合するねじ９ａ、及び
締結用ねじ５ａと螺合する５ｂを介して上側ケーシング
と下側ケーシングとに伝達される。本実施形態では、上
側ケーシング１と下側ケーシング２とは、機械加工の際
の加工性を良好するためにそれぞれＳＢ４１０，ＳＣＰ
Ｈ３２（ＪＩＳ規格）等の比較的強度の低い材料で製作
されている。また、締結ボルト５は大きなケーシング締
付け力を発生させるために、比較的強度の高い、例えば
ＳＮＢ７，ＳＵＨ６１６（ＪＩＳ規格）等の材料で製作
される。このため、前述したように、ケーシングをボル
トヘッドで押圧する従来の形式の締結構造を採用したの
では、ケーシングに過度の面圧が作用することを防止す
るためにボルトヘッドと当接するケーシング部分に充分
な面積の座ぐりを設ける必要がありケーシング壁の欠肉
が大きくなるとともに締結ボルト配置間隔を短くできな
い問題が生じる。
【００３１】本実施形態では、ボルトと同様な高強度材
料（例えばＳＵＨ６１６，ＳＡＣＭ６４５（ＪＩＳ規
格）等）から製作したスリーブ１１をボルト５と当接す
る部分に用いることにより上記問題を解決している。す
なわち、本実施形態ではボルト５の大径部５ｃ下面はス
リーブ１１の上面１１ａと当接するが、スリーブ１１は
ボルト５と同様な高強度材料で製作されており、接触面
圧を大きく設定して当接面の面積を小さくすることがで
きる。このため、ボルト５の大径部５ｃとスリーブ１１
外径は、座ぐりを設けた場合に較べて小さく設定するこ
とが可能となる。
【００３２】なお、スリーブ１１は上側ケーシング１に
ねじ９ａ、９ｂを介して装着されるが、ねじ９ａ、９ｂ
のねじ山の数は任意に設定できるため、締結用ねじ部５
ａ、５ｂの場合と同様、ねじ９ａ、９ｂの歯面における
接触面圧及び剪断応力はケーシング１の材質の許容値よ
り充分に小さくすることが可能であり、ねじ９ａ、９ｂ
部分での強度上の問題は生じない。
【００３３】以下、本実施形態のようにスリーブを設け
た場合の座ぐり径（本実施形態ではボルト孔７の径）の
低減効果について具体的に説明する。例えば、図８の従
来のフランジレスケーシング締結構造では、仮にＪＩＳ
規格のＭ４８の六角穴付きボルトを使用した場合には、
ボルトヘッド２１５ｄの外径は７８ｍｍとなり、座ぐり
径（図８にｄで示す）は最小でも７８ｍｍ以上必要とな
る。
【００３４】一方図１、図２で締結ボルトのねじ部５
ａ、５ｂを同じＭ４８とした場合、スリーブ１１の内径
ＤＩＮ（図２）はねじ５ａの山径（４８ｍｍ）より僅か
に大きければ良く、例えばＤＩＮ＝４９ｍｍ程度にな
る。また、ボルト軸部５の径ＤＢは締結時の最大引張荷
重から決定され、例えばＤＢ＝４１ｍｍ程度となる。こ
の場合、スリーブ１１を締結ボルト５と同一の材料で製
作するとすれば、スリーブ１１とボルト大径部５ｃとの
接触面圧はボルトの引張荷重による応力以下であれば充
分に許容面圧以下となる。すなわち、スリーブ１１の上
端における断面積（スリーブ外径と内径とで囲まれる環
状断面の面積）は締結ボルト５の断面積以上であれば良
い。従って、スリーブ１１外径ＤＯＵＴは、 （π／４）×（（ＤＯＵＴ）2−（ＤＩＮ）2）＝（π／
４）×（ＤＢ）2 から、（ＤＯＵＴ）＝（（ＤＩＮ）2＋（ＤＢ）2）1/2
となる。ここで、ＤＩＮ＝４９ｍｍ、ＤＢ＝４１ｍｍで
あるので、スリーブ外径ＤＯＵＴの最小値は、ＤＯＵＴ
≒６４ｍｍとなる。
【００３５】図２からわかるように、スリーブ１１の外
径はスリーブ外周のねじ９ａの谷径と等しくなるが、谷
径６４ｍｍに近いねじはＭ６８（谷径約６１．５ｍｍ）
またはＭ７２（谷径約６６ｍｍ）となる。従って、ねじ
９ａとしてＭ７２を採用した場合でもスリーブ外径ＤＯ
ＵＴ（すなわち、ボルト孔７の内径）は、ＤＯＵＴ≒６
６ｍｍとなり、図８の場合の座ぐり径（ｄ＝７８ｍｍ）
に対して約１２ｍｍ小さくなる。
【００３６】図３(A) 、(B) は上記の計算結果に基づい
て図８の座ぐり２１０ｄを設けた場合（図３(A) ）と図
２のスリーブを用いる場合（図３(B) ）のケーシングの
欠肉部の大きさを比較した図である。図３から判るよう
に、スリーブを用いた場合には、ケーシングの最小厚さ
を約１２ｍｍ増大させることができるとともに、ケーシ
ングの曲げ剛性に寄与するケーシング断面積（図３ハッ
チング部）が大幅に増大している。また、図３(A) 、
(B) ではボルト配置間隔を等しくした場合を示している
が、スリーブを用いることにより締結ボルトの配列間隔
を更に最大１２ｍｍ短くしてボルトを密に配置すること
も可能である。
【００３７】（２）第２の実施形態 図４は、本発明の第２の実施形態を説明する図１と同様
な断面図である。図４において、図１、図２と同じ参照
符号は同様な要素を示している。本実施形態では、第１
の実施形態と同様な円筒状スリーブ１１が用いられてい
るが、第１の実施形態のスリーブ１１がケーシングの接
合面３側から上側ケーシング１のボルト孔７下部に装着
されるのに対して、本実施形態のスリーブ１１は上側ケ
ーシング１外側からボルト孔７の上部に装着され、スリ
ーブ１１上端部１１ａがケーシング１外側に突出してい
る点が第１の実施形態と相違している。
【００３８】また、本実施形態のボルト５は通常の六角
穴つきのボルトが用いられている。前述のように、通常
の六角穴つきボルトのボルトヘッドの外径は必要とされ
るスリーブ１１の外径より大きいため、本実施形態では
ケーシング１の外側に位置するスリーブ上端面にフラン
ジ１１ｆを形成し、ボルトヘッド５ｄを受承してケーシ
ング１のボルト孔７の径が大きくなることを防止してい
る。
【００３９】本実施形態では、ボルトヘッド５ｄが第１
の実施形態におけるボルト大径部５ｃと同じ締結要素と
しての機能を備えている。本実施形態のその他の点につ
いては第１の実施形態と同様である。 （３）第３の実施形態 図５は本発明の第３の実施形態を説明する図１と同様な
断面図である。図５においても、図１、図２と同一の参
照符号は同様な要素を示している。
【００４０】本実施形態では、図１と同様にスリーブ１
１はボルト孔７に接合面３側から装着される。しかし、
本実施形態ではケーシング１のボルト孔７はスリーブ１
１と締結ボルト５の大径部５ｃを受容するボルト孔下側
部分のみが大径とされ、ケーシング外部に連通するボル
ト孔上側部分は、ボルト軸部５ａよりわずかに大きな径
まで縮径されている点が相違する。すなわち、本実施形
態では、上側ケーシング１のボルト孔７には、まず締結
ボルト５を接合面３側から挿通し、その後ボルト５の大
径部５ｃをボルト孔７大径部内に保持したままでスリー
ブ１１を接合面３側から装着するようになっている。
【００４１】本実施形態では、ボルト孔７の上半部を縮
径したことにより上述の第１と第２の実施形態に較べて
更にケーシング１の曲げ剛性が増大している。すなわ
ち、ケーシング曲げ剛性は、変形に対する中立軸（図
５、点線Ｅ、すなわち、ケーシング肉厚の中心線）に関
する断面二次モーメントが大きい程大きくなる。ところ
が、ボルト孔等の欠肉部と中立軸との距離が大きくなる
ほど断面二次モーメントの低下が大きくなり、ケーシン
グ曲げ剛性は大きく低下してしまう。そこで、本実施形
態ではボルト孔７が中立軸Ｅ近傍を通過するボルト孔下
側部分（図３、Ａ部分）のみボルト孔７の径を大きくし
て、ボルト孔７と中立軸Ｅとの距離が大きくなるボルト
孔上側部分（図３、Ｂ部分）ではボルト孔７の径を小さ
くしている。本実施形態では、ボルト孔下側部分（図
３、Ａ部分）はほぼ中立軸Ｅ上にあるためこの部分では
孔径が比較的大きくても曲げ剛性の低下は小さくなる。
また、ボルト孔上側部分（図３、Ｂ部分）は中立軸から
の距離（図５、Ｄ）が大きくなるが、本実施形態ではこ
の部分のボルト孔径を小さくしているため曲げ剛性の低
下は最小限に抑制される。このように、曲げに対する中
立軸からの距離に応じてボルト孔の径を変えたことによ
り、ケーシング１の曲げ剛性は更に増大するようにな
る。
【００４２】（４）第４の実施形態 図６は本発明の第４の実施形態を説明する図である。図
６においても、図１、図２と同一の参照符号は同様な要
素を示すものとする。本実施形態では、上述の各実施形
態とは反対に、締結ねじ５ｂは上側ケーシング１のボル
ト孔７内周に設けられており、スリーブ１１と螺合する
ねじ９ｂは下側ケーシング２に設けられている。また、
本実施形態の締結ボルト５はボルト下端に大径部５ｃが
配置されており、締結用ねじ５ａはボルト軸部に設けら
れている点が上述の各実施形態と相違している。本実施
形態では、まずボルト５の大径部５ｃを接合面３側から
下側ケーシング２のねじ孔７ｂに挿入し、その後スリー
ブ１１を接合面３側から下側ケーシング２のねじ孔７ｂ
に装着し、ボルト大径部５ｃをねじ孔９ｂ内に保持す
る。そして、ボルト上端部５ｄを上側ケーシング１のボ
ルト孔７に挿通して締結用ねじ５ａ、５ｂを締結する。
これにより、大径部５ｃがスリーブ１１の下端に当接し
ケーシング１、２が締結される。
【００４３】本実施形態によれば、第３の実施形態と同
様ケーシングの曲げ中立軸からの距離が大きくなる部分
のボルト孔径を小さくすることができるため、ケーシン
グの曲げ剛性を増大することが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、フラン
ジレスケーシングの締結ボルト貫通部近傍の有効肉厚を
大きく維持し、ケーシングの曲げ剛性低下を防止すると
もに、締結ボルト配置間隔を小さくしてボルト配置を密
にすることが可能となり、例えば流体機械のケーシング
として用いた場合に内圧や熱応力による変形を最小限に
抑制することが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフランジレスケーシングの締結構造の
一実施形態を説明する図である。
【図２】図１の部分IIの拡大図である。
【図３】従来のフランジレスケーシング締結構造におけ
るケーシング欠肉部（図３(A)）と図１の締結構造にお
ける欠肉部（図３（Ｂ））とを比較する図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明する図１と同様
な断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明する図１と同様
な断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を説明する図１と同様
な断面図である。
【図７】従来の、フランジを有する水平分割型ケーシン
グの締結構造を説明する断面図である。
【図８】従来の、一般的なフランジレスケーシングの締
結構造を説明する図７と同様な断面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。
【符号の説明】
１…ケーシング分割片（上側ケーシング） ２…ケーシング分割片（下側ケーシング） ５…締結ボルト ５ｃ…締結ボルト大径部 ７…ボルト孔 １０…ガスタービン車室 １１…円筒状スリーブ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のケーシング分割片を接合面を合わ
    せて締結した分割型フランジレスケーシングの締結構造
    であって、 前記接合面を横切ってケーシング分割片内に形成された
    締結ボルト孔と、 互いに締結されるケーシング分割片のうち少なくとも一
    方の前記締結ボルト孔内周面に形成された内ねじと、 前記内ねじに係合する外ねじを外周に備え、前記締結ボ
    ルト孔に螺合された円筒状のスリーブと、 前記スリーブ内に挿通される締結ボルトと、 前記スリーブの一端に当接するとともに、前記締結ボル
    トに軸方向引張荷重を付加する締結要素とを備え、 前記スリーブの前記締結要素との当接端に作用する前記
    締結ボルトの軸方向引張荷重反力を、前記スリーブと前
    記ボルト孔との螺合ねじ部を介して前記ケーシング分割
    片に作用させることにより、前記ケーシング分割片を前
    記接合面で互いに締結する、フランジレスケーシングの
    締結構造。
  2. 【請求項２】 ２つのケーシング分割片を接合面を合わ
    せて互いに締結して構成する、内部に流体圧力が作用す
    る流体機械の水平分割型フランジレスケーシングの締結
    構造であって、 前記接合面をほぼ垂直に横断して両方の分割片のケーシ
    ング壁内に形成された締結ボルト孔と、 前記ケーシング分割片のうち一方の前記締結ボルト孔内
    周面に形成された内ねじと、 前記内ねじに係合する外ねじを外周に備え、該外ねじに
    より前記締結ボルト孔に螺合された円筒状のスリーブ
    と、 前記ケーシング分割片のうち他方の前記締結ボルト孔内
    周面に形成された締結用内ねじと、 一端の外周に前記締結用ねじと係合するねじが形成さ
    れ、他端に締結部材を有する締結ボルトと、を備え、 前記締結ボルトの一端を前記一方のケーシング分割片の
    締結ボルト孔に螺合した前記スリーブに挿通し、前記他
    方のケーシング分割片の締結ボルト孔に形成された締結
    用ねじと螺合させ、前記締結部材を前記スリーブの端面
    と当接させることにより、前記スリーブを挟んで両方の
    ケーシング分割片を締結する、フランジレスケーシング
    の締結構造。
  3. 【請求項３】 前記締結部材は、前記締結ボルト軸部に
    形成された前記スリーブの内径より大きな外径を有する
    大径部である請求項２に記載のフランジレスケーシング
    の締結構造。
  4. 【請求項４】 前記締結ボルトは、前記締結ボルト軸部
    に螺合するナットである請求項２に記載のフランジレス
    ケーシングの締結構造。
  5. 【請求項５】 前記フランジレスケーシングはタービン
    または圧縮機の車室を構成する請求項１から４のいずれ
    か１項に記載のフランジレスケーシングの締結構造。
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