JP2015036586A - シャフトカップリングアセンブリおよびシャフトを連結するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一方側のみへのアクセスが可能な中空中間シャフトを備えたシャフトカップリング構成を提供する。
【解決手段】２つのシャフトを接続するためのカップリングアセンブリであって、第１のシャフトが、一端に外側フランジを備えており、かつ外側フランジを貫通する第１の孔を有しており、第２のシャフトは、一端に内側フランジを備えており、かつ内側フランジを貫通する第２の孔を有しており、カップリングアセンブリは、ねじ山を有しており、カップリングボルトと、第１の端部に係合した第１のナットと、第２の端部に係合した第２のナットと、内側孔が先細になっている拡張スリーブとを備えており、第２のナットは、その一端がねじ孔を有しており、かつ他端が閉じており、異形孔が、閉じている端部の中央に形成されており、カップリングボルトは、中心軸線に沿って貫通孔が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、シャフトカップリングアセンブリに関し、かつ２つのシャフトを連結するための方法にも関する。

拡張スリーブカップリングが、大型タービン発電機のシャフトカップリングに、長年一般的に使用されている。そのようなカップリング構造において、両方のカップリングフランジの孔径は同じであり、そのため、まとめてホーニング機械加工をすることができる。円錐スリーブおよび円錐カップリング設計では、各カップリング孔は隙間がなく完全に嵌まりあうので、各ボルトはシャフトトルクを均一に伝達することができる。市販の工具による拡張スリーブカップリングの組み立ておよび分解は容易に行うことができ、この設計のロバストネスはいくつかの大型タービン発電機で実証されてきた。図１は、そのような拡張スリーブカップリング設計の概略図を示している。第１のシャフト（すなわち、発電機のロータシャフト）および第２のシャフト（すなわち、タービンのロータシャフト）のフランジが、各孔が位置合わせされた状態で取り付けられている。シャフトカップリングを達成するために、各ボルトが、ナットがＡ側およびＢ側の両方から係合した状態で取り付けられている。そのため、この設計の拡張スリーブカップリングは、シャフトカップリングフランジの両側へのアクセスを必要としている。

近年、タービンのロータシャフトが発電機のロータシャフトと直接連結されるのではなく、中空中間シャフトがそれらの間に配置されかつ連結されるという、タービン発電機における新しいタイプのシャフトカップリングが開発されている。しかし、中空中間シャフトを使用する場合、組み立ておよび分解のためのアクセスは、一方側からのみ可能であり、中間シャフト側からは可能ではなく、そのため、現在の設計の拡張スリーブカップリングを使用することはできない。中空中間シャフトを備えたシャフトカップリング構成は、図２を参照にして、より詳細に後で説明される。

本発明は、上述の技術的問題を解決することを目的としている。１つの態様では、本発明は、２つのシャフトを接続するためのカップリングアセンブリを提供し、そのカップリングアセンブリにおいて、第１のシャフト１１０は、その一端において外側フランジ１４０を備えており、第１のシャフトの軸線の周りにおいて複数の第１の孔が外側フランジを貫通しており、第２のシャフト１２０は、中空シャフトであって、その一端において内側フランジ１５０を備えており、第１の孔と同じ直径を有し、かつ各第１の孔と位置合わせされている複数の第２の孔が内側フランジを貫通しており、カップリングアセンブリは、カップリングボルト１０１の第１の端部および第２の端部にねじ山が形成されている、第１の孔および第２の孔に挿入されているカップリングボルト１０１と、カップリングボルトの第１の端部に係合している第１のナット１０２と、カップリングボルトの第２の端部に係合している第２のナット１０３と、内側孔が一端から他端に向かって先細になっている拡張スリーブ１０４とを備えており、拡張スリーブは、カップリングボルトを第１および第２の孔に対して固定するために、カップリングボルトと第１および第２の孔との間に配置されている。第２のナット１０３は、一端がカップリングボルトと係合するためにねじ孔を有しており、かつ他端が閉じているように形成されており、ねじ孔よりも小さい異形孔１０７が、閉じた端部の中央に形成されており、カップリングボルト１０１は、その中心軸線に沿って、カップリングボルトに対して第２のナットを締め付けるために組み立て工具を収容するための貫通孔１０８が形成されている。

別の態様では、本発明は、上述のカップリングアセンブリによって２つのシャフトを連結するための方法であって、
ａ）第２のナット１０３を、第２のシャフト１２０の内側フランジ１５０の第２の孔に予め組み付ける工程と、
ｂ）第１のシャフトの外側フランジ１４０の各第１の孔と第２のシャフトの内側フランジ１５０の第２の孔とを位置合わせすることによって、第１のシャフト１１０と第２のシャフト１２０とを位置合わせする工程と、
ｃ）カップリングボルト１０１を第１および第２の孔に挿入する工程と、
ｄ）拡張スリーブ１０４を、カップリングボルトと第１および第２の孔との間に挿入し、かつカップリングボルトを第１および第２の孔に対して固定するためにプレテンションを加える工程と、
ｅ）カップリングボルトの貫通孔１０８および第２のナットの異形孔１０７に挿入し、かつ第２のナットをカップリングボルトに対して締め付けるために組み立て工具を使用する工程と、
ｆ）カップリングボルトに対して第１のナットを締め付けるように第１のナット１０２を取り付ける工程と、を含む方法を提供する。

本発明のシャフトカップリング設計によって、シャフトは、組み立てプロセス時、一方側のみへのアクセスによって連結される。さらに、カップリングアセンブリの全体構造はシンプルであり、そのため、中間シャフトの長さを最低限まで短くすることが可能になり、かつシャフトの連結および分離が容易になる。

別の利点は、第１のシャフトの第１の孔および第２のシャフトの第２の孔を、１つのホーニング工程でまとめてホーニングすることができることである。

本発明は、図面とともに例示的な実施の形態に基づいて後により詳細に説明される。

従来技術の拡張スリーブカップリング設計の概略図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリが適用された、中空中間シャフトを備えたシャフトカップリング構成の概略図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリの側断面図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを組み立てるための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを組み立てるための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを組み立てるための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを組み立てるための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを組み立てるための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを組み立てるための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを分解するための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを分解するための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを分解するための主要工程を示す図である。 本発明のシャフトカップリングアセンブリを分解するための主要工程を示す図である。

図２は、シャフトカップリング構成を示しており、中空中間シャフト１２０（すなわち、第２のシャフト１２０）が、第１のシャフト１１０と第３のシャフト１３０との間に配置されている。第１および第３のシャフトは、それぞれタービンロータシャフトと発電機ロータシャフトであり得る。第１のシャフト１１０は、図１の斜視図に示されるようなシャフトに類似している。第１のシャフト１１０は、外側フランジ１４０を備えており、第１のシャフトの軸線の周りにおいて複数の孔が外側フランジ１４０を貫通している。第２のシャフト１２０は、その両端に内側フランジ１５０を備えている。各内側フランジは、第２のシャフト１２０の軸線の周りにおいて内側フランジを貫通している複数の孔を備えている。第２のシャフト１２０の内側フランジ１５０および第１のシャフト１１０の外側フランジ１４０の孔は、同じ直径を有している。第１のシャフト１１０の外側フランジ１４０および第２のシャフト１２０の複数の内側フランジ１５０のうちの１つは、それぞれの孔が位置合わせされた状態で取り付けられており、次いで、複数のカップリングアセンブリ１００によって連結されている。この構成は、第２のシャフト１２０と第３のシャフト１３０との連結にも適用される。このようにして、２つのシャフト１１０，１３０は第２のシャフト１２０によって連結されている。

図３は、本発明の１つの例示的な実施の形態による、カップリングアセンブリ１００の構成部品を示す側断面図を示している。カップリングアセンブリ１００は、カップリングボルト１０１と、第１のナット１０２と、第２のナット１０３と、拡張スリーブ１０４とを備えている。カップリングボルト１０１は、その第１の端部および第２の端部にねじ山を備えており、かつ第１のシャフト１１０および第２のシャフト１２０の孔に挿入されている。第１のナット１０２は、カップリングボルト１０１の第１の端部に係合している。第２のナット１０３は、通常のナットとはいくらか異なっている。第２のナット１０３の一端は、カップリングボルト１０１の第２の端部に係合するためにねじ孔が形成されており、第２のナット１０３の他端は閉じており、ただし、ねじ孔よりも小さい異形孔１０７が、その閉じた端部の中央に形成されている。１つの例示的な実施の形態では、異形孔 は６角形の孔１０７である。拡張スリーブ１０４は、円錐スリーブであり、その内側孔が一端から他端に向かって先細になっている。拡張スリーブ１０４は、カップリングボルトを孔に対して固定するために、カップリングボルト１０１と第１のシャフト１１０および第２のシャフト１２０の孔との間に配置されている。カップリングボルト１０１は、その中心軸線に沿ってボルト１０１を貫通して形成されている貫通孔１０８をさらに備えている。貫通孔１０８および６角孔１０７は、カップリングボルト１０１に対して第２のナット１０３を締め付けるために、それらの孔を通じて組み立て工具を収容することができる。１つの例示的な実施の形態では、カップリングボルト１０１は、貫通孔１０８を拡張スリーブ１０４が配置されている外側に接続するためのオイル流路１６０も備えている。

１つの例示的な実施の形態では、孔を閉じるために、第１のシャフト１１０の外側フランジ１４０の孔の形状およびサイズに対応したカバーキャップ１０５が第１のナット１０２に隣接して配置されている。さらに、第１の固定リング１０６を、第１のシャフト１１０の外側フランジ１４０に対してカバーキャップを固定するために、カバーキャップ１０５の周りで孔内に配置することができる。

１つの例示的な実施の形態では、第２の固定リング１０９が、第２のナットを内側フランジに対して固定するために、第２のナット１０３の周りで内側フランジ１５０の孔内に配置される。第１の固定リングおよび第２の固定リングはどちらもＯリングであり得る。

１つの例示的な実施の形態では、拡張スリーブ１０４は、カップリングボルト１０１の第２の端部からカップリングボルト１０１の第１の端部に向かって先細になっている拡張スリーブ１０４の内側孔に組み込まれている。

図４Ａ〜図４Ｆは、本発明におけるシャフトカップリングを達成するために上述のカップリングアセンブリ１００を組み立てるための連続工程を示しており、以下で詳細に説明する。

図４Ａを参照すると、第２のナット１０３は、第２のシャフト１２０の内側フランジ１５０の孔に予め組み付けられている。第２の固定リング１０９は、内側フランジ１５０の孔に先に配置され、孔の溝にはまっていることが好ましい。第２のナット１０３は、その周りに、対応する溝が形成されていることが好ましい。第２のナット１０３が孔に挿入されると、固定リング１０９は、第２のナット１０３の溝にはまり、それによって、第２のナットを内側フランジ１５０の孔に固定することができる。固定リング１０９は、第２のナットが内側フランジ１５０の孔から滑り落ちることを防ぐために、第２のナットに小さな固定作用を提供することを意図しているのみであることに注意されたい。第２のナット１０３が所定置に取り付けられた後、内側フランジ１５０および外側フランジ１４０の各孔を位置合わせすることによって、第２のシャフト１２０と第１のシャフト１１０とは位置合わせされる。

図４Ｂを参照すると、カップリングボルト１０１は、第１のシャフト１１０および第２のシャフト１２０の孔に挿入されている。カップリングボルト１０１の第２の端部は、第２のナット１０３に部分的に挿入されている。第２の固定リング１０９による固定作用によって、第２のナット１０３は、カップリングボルト１０１の挿入が原因で滑り落ちることがない。

図４Ｃを参照すると、拡張スリーブ１０４は、カップリングボルト１０１と第１のシャフト１１０および第２のシャフト１２０の孔との間に挿入されている。カップリングボルト１０１はまだ第２のナット１０３に螺合されていないので、カップリングボルト１０１はプレテンション力がボルト１０１に作用したときに両方向に伸びることができる。そのため、拡張スリーブ１０４の規定のプレテンションを達成することができ、そのプレテンションは、拡張スリーブ１０４の全長にわたって均一に分散される。これは、スリーブ１０４と第１および第２のシャフトの孔との間に正確な嵌め合いをもたらす。

図４Ｄを参照すると、カップリングボルトを固定するために拡張スリーブ１０４がプレテンションにより配置された後、例えば６角レンチなどの組み立て工具２００が、カップリングボルト１０１の貫通孔１０８に挿入され、かつ第２のナット１０３の６角孔１０７に嵌合させられる。次いで、工具２００が作動され、第２のナット１０３を回転させて第２のナットをカップリングボルトに対して締め付ける。カップリングボルト１０１は拡張スリーブ１０４によって固定されているので、第２のナット１０３を回転させたときに、カップリングボルトは、第２のナットの回転が原因で滑ることはなく、そのため、カップリングボルトに対する第２のナットの効果的な締め付けを達成することができる。さらに、第２の固定リング１０９によって与えられている固定作用が小さいので、第２のナット１０３を締め付けるときに、固定作用を容易に上回り、カップリングボルト１０１に向かって移動させることができる。

図４Ｅを参照すると、第２のナット１０３を締め付けた後、組み立て工具２００は取り外され、次いで、第１のナット１０２がカップリングボルト１０１の第１の端部に対して締め付けられる。

図４Ｆを参照すると、外側フランジ１４０の孔を閉じ、かつ所定置に固定するために、カバーキャップ１０５が第１の固定リング１０６とともに第１のナット１０２に隣接して取り付けられている。

上述の組み立てプロセスは、第１のシャフトおよび第２のシャフトの連結が終了するまで、カップリングアセンブリ１００のすべてに同じように適用される。この組立方法によって、シャフトフランジの一方側のみへのアクセスによって、２つのシャフトを連結することができる。

図５Ａ〜図５Ｄは、カップリングアセンブリ１００を分解するための主要工程を示しており、以下で簡単に説明する。

図５Ａでは、固定リング１０６およびカバーキャップ１０５が取り外されている。次いで、オイルインジェクタ３００が、カップリングボルト１０１の貫通孔１０８に挿入されている。加圧オイルが、オイルインジェクタ３００からオイル流路１６０を通じて拡張スリーブ１０４に噴射される。この加圧オイルの作用によって、カップリングボルト１０１と拡張スリーブ１０４との間のプレテンションを解放させることができる。

図５Ｂでは、オイルインジェクタ３００が取り除かれ、かつ第１のナット１０２も分解されている。次いで、第２のナット１０３をカップリングボルト１０１に関して緩めるために、組み立て工具２００が挿入されている。

図５Ｃでは、第２のナット１０３が緩められた後、分解工具４００が使用され、カップリングボルト１０１を拡張スリーブ１０４の内側孔から押し出している。カップリングボルト１０１と拡張スリーブ１０４との間のプレテンションが、前工程において加圧オイルによって解放されており、かつ内側孔が第２のシャフト側から第１のシャフト側に向かって先細になっているため、カップリングボルトを第２のシャフト側から押し出すことが可能である。

図５Ｄでは、カップリングボルト１０１が拡張スリーブ１０４から押し出された後に、拡張スリーブ１０４を、容易に取り外すことができ、次いで、カップリングボルト１０１は、第１のシャフト側から取り外される。こうして、カップリングアセンブリ１００は分解される。

この分解プロセスはすべてのカップリングアセンブリ１００に同じように適用され、次いで、シャフトフランジの一方側のみへのアクセスによって、２つのシャフトは分離される。

本発明は、限られた数の実施の形態に関連して詳細に説明してきたが、本発明がそうした開示された実施の形態に限定されてないことが容易に理解される。むしろ、本発明は、上で述べられていない任意の数の変形、改変、代替または均等な構成を含めるように変更することができ、それらは本発明の思想および範囲に等しい。加えて、本発明の種々の実施の形態が記載されているが、本発明の態様が、記載された実施の形態の一部のみを含んでもよいことが理解されよう。従って、本発明は、前述の記載によって限定されているとはみなされず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

１００ カップリングアセンブリ
１０１ カップリングボルト
１０２ 第１のナット
１０３ 第２のナット
１０４ 拡張スリーブ
１０５ カバーキャップ
１０６ 第１の固定リング
１０７ ６角形の孔
１０８ 貫通孔
１０９ 第２の固定リング
１１０ 第１のシャフト
１２０ 第２のシャフト
１３０ 第３のシャフト
１４０ 外側フランジ
１５０ 内側フランジ
１６０ オイル流路
２００ 組み立て工具
３００ オイルインジェクタ
４００ 分解工具

Claims (10)

1. ２つのシャフトを接続するためのカップリングアセンブリであって、
   第１のシャフト（１１０）が、該第１のシャフト（１１０）の一端に、外側フランジ（１４０）であって、該第１のシャフトの軸線の周りにおいて前記外側フランジを貫通する複数の第１の孔を有した外側フランジ（１４０）を備えており、
   第２のシャフト（１２０）は、中空シャフトであって、前記第２のシャフト（１２０）の一端に、内側フランジ（１５０）であって、前記第１の孔と同じ直径を有し、かつ前記第１の孔のそれぞれと位置合わせされている、前記内側フランジを貫通する複数の第２の孔を有した内側フランジ（１５０）を備えており、
   前記カップリングアセンブリは、
   カップリングボルト（１０１）であって、該カップリングボルト（１０１）の第１の端部および第２の端部にねじ山を有した、前記第１の孔および前記第２の孔に挿入されているカップリングボルト（１０１）と、
   前記カップリングボルトの前記第１の端部に係合した第１のナット（１０２）と、
   前記カップリングボルトの前記第２の端部に係合した第２のナット（１０３）と、
   拡張スリーブ（１０４）であって、該拡張スリーブ（１０４）の内側孔が前記拡張スリーブ（１０４）の一端から他端に向かって先細になっており、前記拡張スリーブは、前記カップリングボルトを前記第１の孔および前記第２の孔に対して固定するために前記カップリングボルトと前記第１の孔および前記第２の孔との間に配置されている、拡張スリーブ（１０４）とを備えている、２つのシャフトを接続するためのカップリングアセンブリであって、
   前記第２のナット（１０３）は、該第２のナット（１０３）の一端が前記カップリングボルトと係合するためにねじ孔を有しており、かつ他端が閉じているように形成されており、該閉じている端部の中央に前記ねじ孔よりも小さい異形孔（１０７）が形成されており、前記カップリングボルト（１０１）は、該カップリングボルト（１０１）の中心軸線に沿って、前記第２のナットを前記カップリングボルトに対して締め付けるために組み立て工具を収容するための貫通孔（１０８）が形成されている、ことを特徴とする２つのシャフトを接続するためのカップリングアセンブリ。
2. 前記第２のナット（１０３）の前記異形孔（１０７）は６角形の孔である、請求項１記載のカップリングアセンブリ。
3. 前記拡張スリーブは、前記カップリングボルトの前記第２の端部から前記カップリングボルトの前記第１の端部に向かって先細になっている前記拡張スリーブの内側孔に組み込まれている、請求項１または２記載のカップリングアセンブリ。
4. 前記第１の孔を閉じるために前記第１のナットに隣接して配置されたカバーキャップ（１０５）をさらに備える、請求項１から３までのいずれか１項記載のカップリングアセンブリ。
5. 前記カバーキャップを前記第１のシャフトの前記外側フランジに対して固定するために前記カバーキャップの周りに配置された第１の固定リング（１０６）をさらに備える、請求項１から４までのいずれか１項記載のカップリングアセンブリ。
6. 前記第２のナットを前記第２のシャフトの前記内側フランジに対して固定するために前記第２のナットの周りに配置された第２の固定リング（１０９）をさらに備える、請求項１から５までのいずれか１項記載のカップリングアセンブリ。
7. 請求項１記載のカップリングアセンブリによって２つのシャフトを連結するための方法であって、
   ａ）前記第２のナット（１０３）を、前記第２のシャフト（１２０）の前記内側フランジ（１５０）の前記第２の孔に予め組み付ける工程と、
   ｂ）前記第１のシャフトの前記外側フランジ（１４０）の前記第１の孔それぞれと前記第２のシャフトの前記内側フランジ（１５０）の前記第２の孔とを位置合わせすることによって、前記第１のシャフト（１１０）と前記第２のシャフト（１２０）とを位置合わせする工程と、
   ｃ）前記カップリングボルト（１０１）を前記第１の孔および前記第２の孔に挿入する工程と、
   ｄ）前記拡張スリーブ（１０４）を、前記カップリングボルトと前記第１の孔および前記第２の孔との間に挿入し、かつ前記カップリングボルトを前記第１の孔および前記第２の孔に対して固定するためにプレテンションを加える工程と、
   ｅ）前記カップリングボルトの前記貫通孔（１０８）および前記第２のナットの前記異形孔（１０７）に挿入し、かつ前記第２のナットを前記カップリングボルトに対して締め付けるために組み立て工具を使用する工程と、
   ｆ）前記第１のナットを前記カップリングボルトに対して締め付けるために前記第１のナット（１０２）を取り付ける工程と、を含むことを特徴とする方法。
8. 前記カップリングボルトの前記第２の端部から前記カップリングボルトの前記第１の端部に向かって先細になっている前記拡張スリーブの内側孔に前記拡張スリーブが挿入される、請求項７記載の方法。
9. 前記ｆ）工程の後に、前記第１の孔を閉じかつ所定置に固定するために、カバーキャップ（１０５）を第１の固定リング（１０６）とともに前記第１のナットに隣接して取り付ける工程をさらに含む、請求項７または８記載の方法。
10. 前記ａ）工程の前に、前記第２のナットが所定置に取り付けられたときに前記第２のナットの周りに固定するために、前記内側フランジ（１５０）の前記第２の孔に第２の固定リング（１０９）を取り付ける工程をさらに含む、請求項７から９までのいずれか１項記載の方法。