JP2015042881A - Bolt fastening structure and turbo machine using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bolt fastening structure which can suppress lowering of an axial force of a bolt which is imparted with a load by hydraulic pressure of a bolt tensioner after release of the hydraulic pressure.SOLUTION: A bolt fastening structure comprises: a first member 108 having a bolt hole 111; a second member 109 having a female screw part 118; a bolt 106 which inserted into the bolt hole 111 and the female screw part 118, and fastens the first member 108 and the second member 109; and a nut 107 which is arranged at the first member 108, and has a protrusion 113 protruding toward the second member 109. When setting a length direction of the bolt 106 as an axial direction, the nut 107 has a cross section area vertical to the axial direction of the protrusion 113 which is larger than a cross section area vertical to the axial direction of the bolt 106. The second member 109 has a bolt hole 112 at a side of the first member 108 of the female screw part 118, and a length of the bolt hole 112 is longer than a protrusion length of the protrusion 113 of the nut 107.

Description

本発明は、ターボ機械におけるボルト締結部の構造（ボルト締結構造）と、ボルト締結構造を用いたターボ機械に関する。   The present invention relates to a bolt fastening portion structure (bolt fastening structure) in a turbo machine and a turbo machine using the bolt fastening structure.

圧縮機、ポンプ、及び蒸気タービンなどに代表されるターボ機械は、筺体の役割を担うケーシングを備える。ケーシングは、ボルトにより締結される部分（ボルト締結部）を有し、高い気密性が求められる。石油、ガス産業の発展に伴い、ターボ機械には高圧化や大径化が求められている。しかしながら、ターボ機械の高圧化や大径化により、ケーシングのボルト締結部から、ケーシング内部の高圧ガスが漏洩する可能性が高まっている。高圧ガスの漏洩を防止するために、締結部はボルトによって強固に締結されることが要求され、その締結にはボルトテンショナが広く用いられる。ボルトテンショナは、ボルトの先端を把持し、油圧でボルトを伸長させる。この後、ナットを被締結体（例えば、ケーシング）に着座させ、ボルトテンショナの油圧を開放することにより、ボルトによる締結（ボルト締結）が完了する。ボルトテンショナを用いると、油圧によってボルトに高軸力を負荷でき、かつ、締結部材（ボルトやナット）の接触摩擦による軸力のばらつきを少なくすることができる。   A turbomachine represented by a compressor, a pump, a steam turbine, and the like includes a casing that serves as a casing. A casing has a part (bolt fastening part) fastened with a volt | bolt, and high airtightness is calculated | required. With the development of the oil and gas industries, turbomachinery is required to have high pressure and large diameter. However, the possibility of leakage of high-pressure gas inside the casing from the bolt fastening portion of the casing is increasing due to the high pressure and large diameter of the turbomachine. In order to prevent leakage of the high-pressure gas, the fastening portion is required to be firmly fastened by a bolt, and a bolt tensioner is widely used for the fastening. The bolt tensioner grips the tip of the bolt and extends the bolt hydraulically. Thereafter, the nut is seated on a body to be fastened (for example, a casing), and the hydraulic pressure of the bolt tensioner is released to complete the fastening with the bolt (bolt fastening). When a bolt tensioner is used, high axial force can be applied to the bolt by hydraulic pressure, and variation in axial force due to contact friction of the fastening member (bolt or nut) can be reduced.

ただし、ボルトテンショナを用いたボルト締結では、油圧で負荷を与えたボルトの軸力が、油圧の開放後に、ボルトと被締結体の剛性変化や変形により、低減する可能性がある。したがって、ボルトテンショナによって被締結体をより強固に締結するためには、油圧開放後にボルトの軸力が低減するのを抑制する必要がある。   However, in the bolt fastening using the bolt tensioner, there is a possibility that the axial force of the bolt applied with the hydraulic pressure may be reduced by the change in rigidity or deformation of the bolt and the fastened body after the hydraulic pressure is released. Therefore, in order to fasten the object to be fastened with the bolt tensioner, it is necessary to suppress the reduction of the axial force of the bolt after the hydraulic pressure is released.

ボルトテンショナに関連する技術として、特許文献１には、油圧負荷前と油圧負荷後のボルトの長さの差を測定することで、油圧によって負荷されているボルトの予荷重を確認する方法が開示されている。また、特許文献２には、角度を自由に変更可能なガイド装置をボルトテンショナの左右に設置することで、大きさの異なる圧力容器にも対応可能なボルトテンショナが開示されている。さらに、特許文献３には、複数段の油圧作動部を設置することで、油圧開放後にボルトテンショナの取り外しが容易なタービンケーシングボルト締付装置が開示されている。   As a technique related to a bolt tensioner, Patent Document 1 discloses a method of confirming a preload of a bolt loaded by hydraulic pressure by measuring a difference in bolt length before and after the hydraulic load. Has been. Patent Document 2 discloses a bolt tensioner that can accommodate pressure vessels of different sizes by installing guide devices that can freely change the angle on the left and right sides of the bolt tensioner. Further, Patent Document 3 discloses a turbine casing bolt tightening device in which a bolt tensioner can be easily removed after releasing the hydraulic pressure by installing a plurality of stages of hydraulic operation parts.

特表２０１０−５０１８７５号公報Special table 2010-501875 gazette 特開２０１３−２２７１０号公報JP 2013-22710 A 特開平１１−３００５４７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-300547

上記のとおり、ボルトテンショナを用いたボルト締結（ボルトによる締結）では、油圧で負荷を与えたボルトの軸力が油圧の開放後に低減するという課題がある。特許文献１、２、３は、ボルトテンショナに関連する発明であるが、いずれも油圧開放後のボルト軸力の低減を抑制する技術を開示していない。   As described above, with bolt fastening using a bolt tensioner (fastening with a bolt), there is a problem that the axial force of a bolt applied with hydraulic pressure is reduced after the hydraulic pressure is released. Patent Documents 1, 2, and 3 are inventions related to a bolt tensioner, but none disclose a technique for suppressing a reduction in bolt axial force after the hydraulic pressure is released.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ボルトテンショナの油圧で負荷を与えたボルトの軸力が油圧の開放後に低減するのを抑制できるボルト締結構造と、それを用いたターボ機械を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and a bolt fastening structure capable of suppressing a reduction in the axial force of a bolt applied with a hydraulic pressure of a bolt tensioner after the hydraulic pressure is released, and It aims at providing the turbomachine using this.

本発明によるボルト締結構造は、以下のような特徴を有する。ボルト穴を有する第１の部材と、めねじ部を有する第２の部材と、前記ボルト穴と前記めねじ部に挿入され、前記第１の部材と前記第２の部材とを締結するボルトと、前記第１の部材に配置され、前記第２の部材に向かって突出する凸部を有するナットとを備える。前記ボルトの長さ方向を軸方向とすると、前記ナットは、前記凸部の前記軸方向に垂直な断面積が、前記ボルトの前記軸方向に垂直な断面積よりも大きい。前記第２の部材は、前記めねじ部の前記第１の部材側にボルト穴を有し、前記ボルト穴の長さが前記ナットの前記凸部の突出長さよりも長い。   The bolt fastening structure according to the present invention has the following features. A first member having a bolt hole, a second member having a female screw portion, a bolt inserted into the bolt hole and the female screw portion, and fastening the first member and the second member; And a nut that is disposed on the first member and has a convex portion protruding toward the second member. Assuming that the length direction of the bolt is an axial direction, the nut has a cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the convex portion larger than a cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the bolt. The second member has a bolt hole on the first member side of the female screw portion, and the length of the bolt hole is longer than the protruding length of the convex portion of the nut.

本発明によれば、ボルトテンショナの油圧で負荷を与えたボルトの軸力が油圧の開放後に低減するのを抑制できるボルト締結構造と、それを用いたターボ機械を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the bolt fastening structure which can suppress that the axial force of the volt | bolt which gave load with the oil_pressure | hydraulic of the bolt tensioner can reduce after oil_pressure | hydraulic open | release, and a turbomachine using the same can be provided.

実施例１によるボルト締結構造の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the bolt fastening structure by Example 1. FIG. 従来のボルト締結構造の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional bolt fastening structure. 実施例１によるボルト締結構造を適用した遠心圧縮機の水平分割型ケーシングの外観図である。It is an external view of the horizontal division type casing of the centrifugal compressor to which the bolt fastening structure according to the first embodiment is applied. 図３ＡのＡ−Ａ断面図でありボルト締結構造の断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 3A, and is sectional drawing of a bolt fastening structure. 図３ＢのＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 3B. 植込みボルトの位置が図３Ｃとは異なる場合の、図３ＢのＢ−Ｂ断面図である。FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 図１、図３Ｃ、及び図３Ｄとは異なる形状のフートを備えるボルトテンショナを、実施例１によるボルト締結構造に用いた場合の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a structure at the time of using the bolt tensioner provided with the foot of a shape different from FIG.1, FIG.3C and FIG.3D for the bolt fastening structure by Example 1. FIG. 実施例２によるボルト締結構造の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the bolt fastening structure by Example 2. FIG. 実施例３によるボルト締結構造の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the bolt fastening structure by Example 3. FIG.

本発明によるボルト締結構造は、ボルト穴（溝が設けられていない穴）を有する第１の部材と、めねじ部（溝が設けられた穴）を有する第２の部材と、ボルト穴とめねじ部に挿入され、第１の部材と第２の部材とを締結するボルトと、第１の部材に配置され、第２の部材に向かって突出する凸部を有する凸型形状のナットを備える。ナットの凸部の断面積（ボルトの長さ方向に垂直な断面積）は、ボルトの断面積（長さ方向に垂直な断面積）よりも大きい。第２の部材は、めねじ部の第１の部材側にボルト穴を有し、ボルト穴の長さがナットの凸部の突出長さよりも長い。   The bolt fastening structure according to the present invention includes a first member having a bolt hole (a hole not provided with a groove), a second member having a female screw part (a hole provided with a groove), a bolt hole and a female screw. A bolt that is inserted into the portion and fastens the first member and the second member; and a convex nut that is disposed on the first member and has a convex portion that protrudes toward the second member. The cross-sectional area of the projection of the nut (cross-sectional area perpendicular to the length direction of the bolt) is larger than the cross-sectional area of the bolt (cross-sectional area perpendicular to the length direction). The second member has a bolt hole on the first member side of the female screw portion, and the length of the bolt hole is longer than the protruding length of the protruding portion of the nut.

本発明によるボルト締結構造は、従来のボルト締結構造と比較し、第２の部材のボルト穴により、ボルトテンショナによる油圧負荷時のボルト剛性を低減させることができ、かつ、凸型形状のナットにより、油圧開放後のボルト剛性を増加させることができる。この油圧負荷時と油圧開放後のボルト剛性の変化により、油圧開放後のボルト軸力の低減を抑制することができる。ボルト軸力の低減が抑制され、従来のボルト締結構造よりも軸力が増加することにより、ターボ機械の被締結体（例えば、ケーシング）をより強固に締結することができ、その高圧化や大径化が実現できる。また、ボルト軸力が増加することで、締結に必要なボルトの数を低減することが可能となり、ボルト締結部の材料、製作、及び作業などに関するコストの削減に繋がる。本発明のボルト締結構造は、圧縮機、ポンプ、及び蒸気タービンなど、各種のターボ機械に汎用的に適用することができ、これらのケーシングなど、任意の部分を締結するのに用いることができる。   Compared with the conventional bolt fastening structure, the bolt fastening structure according to the present invention can reduce the bolt rigidity at the time of hydraulic load by the bolt tensioner by the bolt hole of the second member, and the convex shaped nut. The bolt rigidity after releasing the hydraulic pressure can be increased. Due to the change in bolt rigidity during the hydraulic load and after the hydraulic pressure is released, the reduction of the bolt axial force after the hydraulic pressure is released can be suppressed. The reduction of the bolt axial force is suppressed, and the axial force is increased as compared with the conventional bolt fastening structure, so that the fastened body (for example, the casing) of the turbomachine can be fastened more strongly. Diameter can be realized. Further, the increase in the bolt axial force makes it possible to reduce the number of bolts necessary for fastening, leading to a reduction in costs relating to the material, production, and work of the bolt fastening portion. The bolt fastening structure of the present invention can be generally applied to various turbo machines such as a compressor, a pump, and a steam turbine, and can be used to fasten an arbitrary part such as a casing thereof.

以下、本発明の実施例によるボルト締結構造を、図面を用いて説明する。以下の実施例では、本発明のボルト締結構造を遠心圧縮機のケーシング（圧力容器）に適用し、第１の部材である上フランジと第２の部材である下フランジを締結する例を示す。なお、本発明のボルト締結構造は、第１の部材と第２の部材が、以下の実施例に示すように上下に並んで配置された場合でも、左右に並んで配置された場合でも、適用することができる。   Hereinafter, a bolt fastening structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, an example in which the bolt fastening structure of the present invention is applied to a casing (pressure vessel) of a centrifugal compressor and an upper flange as a first member and a lower flange as a second member are fastened. Note that the bolt fastening structure of the present invention is applicable regardless of whether the first member and the second member are arranged side by side as shown in the following examples or arranged side by side. can do.

図１は、本発明の実施例１によるボルト締結構造１００の構成を示す断面図である。図２は、従来のボルト締結構造２００の構成を示す断面図であり、参考として示した。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄは、本発明の実施例１によるボルト締結構造１００を適用した遠心圧縮機３００を示す図である。図４は、図１とは異なるボルトテンショナを用いた場合の構成を示す断面図である。図３Ａ〜図３Ｄと図４については、後で詳述する。なお、図１、図２、図３Ａ〜図３Ｄ、及び図４において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素の繰り返しの説明は省略する場合がある。   FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a bolt fastening structure 100 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional bolt fastening structure 200 and is shown for reference. 3A, 3B, 3C, and 3D are views showing a centrifugal compressor 300 to which the bolt fastening structure 100 according to the first embodiment of the present invention is applied. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration when a bolt tensioner different from that in FIG. 1 is used. 3A to 3D and FIG. 4 will be described in detail later. 1, 2, 3 </ b> A to 3 </ b> D, and 4, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and repetitive description of these components may be omitted.

図１に示すように、本実施例によるボルト締結構造１００は、上フランジ１０８、上フランジ１０８の下に配置される下フランジ１０９、上フランジ１０８と下フランジ１０９とを締結する植込みボルト１０６、及び上フランジ１０８の上部に配置される凸型ナット１０７を備える。上フランジ１０８と下フランジ１０９とを植込みボルト１０６で締結するために、ボルトテンショナ１０５を用いる。ボルトテンショナ１０５は、植込みボルト１０６を把持するテンションロッド１０２、テンションロッド１０２に油圧を負荷する油圧ジャッキ１０３、及び油圧の反力を受けて上フランジ１０８を圧縮するフート１０４の３部材を備える。フート１０４は、上フランジ１０８の上面に垂直に接する円筒形状である。すなわち、フート１０４は、上フランジ１０８の上面から、この上面の法線方向（図１の上下方向）に円筒状に延伸する。なお、以下の説明において、植込みボルト１０６の長さ方向（図１の上下方向）を「軸方向」と称する。   As shown in FIG. 1, a bolt fastening structure 100 according to this embodiment includes an upper flange 108, a lower flange 109 disposed below the upper flange 108, a stud bolt 106 that fastens the upper flange 108 and the lower flange 109, and A convex nut 107 is provided on the upper flange 108. A bolt tensioner 105 is used to fasten the upper flange 108 and the lower flange 109 with the stud bolt 106. The bolt tensioner 105 includes three members: a tension rod 102 that holds the stud bolt 106, a hydraulic jack 103 that applies hydraulic pressure to the tension rod 102, and a foot 104 that compresses the upper flange 108 by receiving the reaction force of the hydraulic pressure. The foot 104 has a cylindrical shape that is perpendicular to the upper surface of the upper flange 108. That is, the foot 104 extends in a cylindrical shape from the upper surface of the upper flange 108 in the normal direction of the upper surface (vertical direction in FIG. 1). In the following description, the length direction of the stud bolt 106 (vertical direction in FIG. 1) is referred to as “axial direction”.

凸型ナット１０７は、肩部１２０と、肩部１２０から下フランジ１０９に向かって軸方向に突出する凸部１１３を有する。肩部１２０は、直径（軸方向に垂直な方向の最大長さ）が凸部１１３より大きい部分である。凸部１１３の軸方向に垂直な断面積（穴の部分を除く断面積）は、植込みボルト１０６の軸方向に垂直な断面積よりも大きい。凸型ナット１０７の肩部１２０は、上フランジ１０８の上面と接触する。凸型ナット１０７の肩部１２０と上フランジ１０８の上面とが接触する部分を、接触部１１９と呼ぶ。   The convex nut 107 has a shoulder 120 and a convex 113 that protrudes in the axial direction from the shoulder 120 toward the lower flange 109. The shoulder 120 is a portion having a diameter (the maximum length in the direction perpendicular to the axial direction) larger than the convex 113. The cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the protrusion 113 (cross-sectional area excluding the hole portion) is larger than the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the stud bolt 106. The shoulder 120 of the convex nut 107 contacts the upper surface of the upper flange 108. A portion where the shoulder 120 of the convex nut 107 and the upper surface of the upper flange 108 come into contact is referred to as a contact portion 119.

上フランジ１０８は、ボルト穴として、凸型ナット１０７側に位置する上フランジ内上部ボルト穴１１０と、上フランジ内上部ボルト穴１１０の下部（下フランジ１０９側）に位置する上フランジ内下部ボルト穴１１１を備える。上フランジ内上部ボルト穴１１０の長さ（軸方向の長さ）は、凸型ナット１０７の凸部１１３の軸方向の長さ（突出長さ）よりも長い。上フランジ内上部ボルト穴１１０の直径は、上フランジ内下部ボルト穴１１１の直径よりも大きく、凸型ナット１０７の凸部１１３の外径よりも大きい。上フランジ内上部ボルト穴１１０には、凸型ナット１０７の凸部１１３が挿入される。上フランジ内下部ボルト穴１１１には、植込みボルト１０６が挿入される。   The upper flange 108, as bolt holes, is an upper flange upper bolt hole 110 located on the convex nut 107 side, and an upper flange lower bolt hole located on the lower side (lower flange 109 side) of the upper flange upper bolt hole 110. 111. The length (axial length) of the upper flange inner bolt hole 110 is longer than the axial length (protrusion length) of the convex portion 113 of the convex nut 107. The diameter of the upper flange inner bolt hole 110 is larger than the diameter of the upper flange lower bolt hole 111 and larger than the outer diameter of the convex 113 of the convex nut 107. The convex 113 of the convex nut 107 is inserted into the upper flange hole 110 in the upper flange. The stud bolt 106 is inserted into the lower flange hole 111 in the upper flange.

上フランジ１０８と下フランジ１０９を植込みボルト１０６で締結するために、下フランジ１０９は、めねじ部１１８を備える。さらに下フランジ１０９は、めねじ部１１８の上部（上フランジ１０８側）に、下フランジ内ボルト穴１１２を備える。下フランジ内ボルト穴１１２は、上フランジ１０８の上フランジ内下部ボルト穴１１１と連通する。下フランジ内ボルト穴１１２とめねじ部１１８には、植込みボルト１０６が挿入される。下フランジ内ボルト穴１１２の長さは、凸型ナット１０７の凸部１１３の突出長さよりも長い。   In order to fasten the upper flange 108 and the lower flange 109 with the stud bolt 106, the lower flange 109 includes a female thread portion 118. Further, the lower flange 109 includes a lower flange inner bolt hole 112 at the upper portion (on the upper flange 108 side) of the female thread portion 118. The lower flange inner bolt hole 112 communicates with the upper flange lower bolt hole 111 of the upper flange 108. A stud bolt 106 is inserted into the lower flange inner bolt hole 112 and the female thread portion 118. The length of the lower flange inner bolt hole 112 is longer than the protruding length of the convex portion 113 of the convex nut 107.

図２に示すように、従来のボルト締結構造２００は、上フランジ１０８、下フランジ１０９、植込みボルト１０６、及び上フランジ１０８の上部に配置されるナット２０１を備える。ボルトテンショナ１０５は、上フランジ１０８と下フランジ１０９とを植込みボルト１０６で締結する。上フランジ１０８は、ボルト穴２０２を備える。ボルト穴２０２には、植込みボルト１０６が挿入される。   As shown in FIG. 2, the conventional bolt fastening structure 200 includes an upper flange 108, a lower flange 109, a stud bolt 106, and a nut 201 disposed on the upper flange 108. The bolt tensioner 105 fastens the upper flange 108 and the lower flange 109 with the stud bolt 106. The upper flange 108 includes a bolt hole 202. A stud bolt 106 is inserted into the bolt hole 202.

従来のボルト締結構造２００では、下フランジ１０９は、めねじ部１１８のみを備え、めねじ部１１８によって上フランジ１０８と下フランジ１０９とが植込みボルト１０６で締結される。   In the conventional bolt fastening structure 200, the lower flange 109 includes only the female thread portion 118, and the upper flange 108 and the lower flange 109 are fastened by the stud bolt 106 by the female thread portion 118.

図１に示した本実施例によるボルト締結構造１００では、ボルトテンショナ１０５の油圧ジャッキ１０３がテンションロッド１０２に油圧を負荷すると、テンションロッド１０２が上方に押し上げられ、植込みボルト１０６が軸方向の上向きに伸長する。植込みボルト１０６が伸長することにより、接触部１１９では、凸型ナット１０７の肩部１２０と上フランジ１０８の上面との間に間隙が生じる。植込みボルト１０６が伸長している状態で、凸型ナット１０７を回転させ、肩部１２０を上フランジ１０８の上面に着座させ、肩部１２０と上フランジ１０８の上面とを接触部１１９で接触させる。この状態のまま油圧ジャッキ１０３の油圧を開放することで、上フランジ１０８と下フランジ１０９をボルト締結することができる。   In the bolt fastening structure 100 according to the present embodiment shown in FIG. 1, when the hydraulic jack 103 of the bolt tensioner 105 applies hydraulic pressure to the tension rod 102, the tension rod 102 is pushed upward, and the stud bolt 106 is moved upward in the axial direction. Elongate. As the stud bolt 106 extends, a gap is formed between the shoulder 120 of the convex nut 107 and the upper surface of the upper flange 108 at the contact portion 119. In a state where the stud bolt 106 is extended, the convex nut 107 is rotated, the shoulder 120 is seated on the upper surface of the upper flange 108, and the shoulder 120 and the upper surface of the upper flange 108 are brought into contact with each other at the contact portion 119. By releasing the hydraulic pressure of the hydraulic jack 103 in this state, the upper flange 108 and the lower flange 109 can be bolted.

ここで、油圧ジャッキ１０３がテンションロッド１０２に油圧を負荷した際に植込みボルト１０６に発生する初期軸力Ｆと、油圧を開放した際に植込みボルト１０６に残留する残留軸力Ｆ’の比を、有効軸力係数γと定義し、式（１）で表す。
γ＝Ｆ’／Ｆ （１）
油圧開放後の残留軸力Ｆ’は、植込みボルト１０６と上フランジ１０８の剛性変化や変形により、初期軸力Ｆよりも小さくなる。このため、式（１）の関係から、有効軸力係数γは、１よりも小さくなる。本発明の目的である油圧開放後のボルト軸力の低減を抑制することとは、有効軸力係数γを１に近付けることである。 Here, the ratio of the initial axial force F generated in the stud bolt 106 when the hydraulic jack 103 applies hydraulic pressure to the tension rod 102 and the residual axial force F ′ remaining in the stud bolt 106 when the hydraulic pressure is released is expressed as follows: It is defined as an effective axial force coefficient γ, and is expressed by equation (1).
γ = F ′ / F (1)
The residual axial force F ′ after the hydraulic pressure is released becomes smaller than the initial axial force F due to changes in rigidity and deformation of the stud bolt 106 and the upper flange 108. For this reason, the effective axial force coefficient γ is smaller than 1 from the relationship of the expression (1). Suppressing the reduction of the bolt axial force after releasing the hydraulic pressure, which is an object of the present invention, is to bring the effective axial force coefficient γ closer to 1.

有効軸力係数γは、油圧負荷時と油圧開放後における、植込みボルト１０６と上フランジ１０８の変位と植込みボルト１０６の軸力とから導出することができる。油圧負荷時は、テンションロッド１０２により植込みボルト１０６が伸長し、フート１０４により上フランジ１０８が圧縮される。この時、植込みボルト１０６には初期軸力Ｆが負荷され、接触部１１９には間隙が生じている。油圧負荷時に凸型ナット１０７の肩部１２０が上方に移動する量をλｂ、上フランジ１０８の上面が下方に移動する量をλｕｆとすれば、接触部１１９の間隙の距離Δλは、式（２）で表わされる。
Δλ＝λｂ＋λｕｆ （２）
λｂ＝Ｆ／Ｋｂ （３）
λｕｆ＝Ｆ／Ｋｕｆ （４）
また、植込みボルト１０６の剛性をＫｂ、上フランジ１０８の剛性をＫｕｆとすれば、λｂとλｕｆは、それぞれ式（３）、式（４）で表わされる。 The effective axial force coefficient γ can be derived from the displacement of the stud bolt 106 and the upper flange 108 and the axial force of the stud bolt 106 when the hydraulic load is applied and after the hydraulic pressure is released. When a hydraulic load is applied, the stud bolt 106 is extended by the tension rod 102, and the upper flange 108 is compressed by the foot 104. At this time, an initial axial force F is applied to the stud bolt 106, and a gap is generated in the contact portion 119. If the amount by which the shoulder 120 of the convex nut 107 moves upward when the hydraulic load is applied is λb and the amount by which the upper surface of the upper flange 108 moves downward is λuf, the distance Δλ of the gap of the contact portion 119 can be expressed by the equation (2 ).
Δλ = λb + λuf (2)
λb = F / Kb (3)
λuf = F / Kuf (4)
Further, assuming that the rigidity of the stud bolt 106 is Kb and the rigidity of the upper flange 108 is Kuf, λb and λuf are expressed by equations (3) and (4), respectively.

接触部１１９に間隙が生じている状態で、凸型ナット１０７を回転させ、間隙の距離Δλの分だけ下方に移動させることで、凸型ナット１０７の肩部１２０が上フランジ１０８の上面に着座する。この状態で油圧を開放することにより、凸型ナット１０７が、植込みボルトを伸長させ、かつ、上フランジ１０８を圧縮する。このとき、植込みボルト１０６には残留軸力Ｆ’が発生している。油圧開放後に、凸型ナット１０７の肩部１２０が着座位置から上方に移動する量をλ’ｂ、上フランジ１０８の上面が初期位置から下方に移動する量をλ’ｕｆとすれば、この和が間隙の距離Δλに等しくなることから、式（５）が成り立つ。
Δλ＝λ’ｂ＋λ’ｕｆ （５）
λ’ｂ＝Ｆ’／Ｋ’ｂ （６）
λ’ｕｆ＝Ｆ’／Ｋ’ｕｆ （７）
また、この時の植込みボルト１０６の剛性をＫ’ｂ、上フランジ１０８の剛性をＫ’ｕｆとすれば、λ’ｂとλ’ｕｆは、それぞれ式（６）、式（７）で表わされる。 In a state where a gap is generated in the contact portion 119, the convex nut 107 is rotated and moved downward by the gap distance Δλ, so that the shoulder 120 of the convex nut 107 is seated on the upper surface of the upper flange 108. To do. By releasing the hydraulic pressure in this state, the convex nut 107 extends the stud bolt and compresses the upper flange 108. At this time, a residual axial force F ′ is generated in the stud bolt 106. If the amount by which the shoulder 120 of the convex nut 107 moves upward from the seating position after release of the hydraulic pressure is λ′b and the amount by which the upper surface of the upper flange 108 moves downward from the initial position is λ′uf, this sum is obtained. Is equal to the gap distance Δλ, the equation (5) is established.
Δλ = λ′b + λ′uf (5)
λ′b = F ′ / K′b (6)
λ′uf = F ′ / K′uf (7)
Further, assuming that the rigidity of the stud bolt 106 at this time is K′b and the rigidity of the upper flange 108 is K′uf, λ′b and λ′uf are expressed by equations (6) and (7), respectively. .

式（２）から式（７）により、式（８）が得られる。有効軸力係数γは、式（１）と式（８）より、式（９）で表わされる。
Ｆ・（１／Ｋｂ＋１／Ｋｕｆ）＝Ｆ’・（１／Ｋ’ｂ＋１／Ｋ’ｕｆ） （８）
γ＝（１／Ｋｂ＋１／Ｋｕｆ）／（１／Ｋ’ｂ＋１／Ｋ’ｕｆ） （９）
式（９）より、有効軸力係数γを増加するためには、油圧負荷時における植込みボルト１０６の剛性Ｋｂ、または上フランジ１０８の剛性Ｋｕｆを低減させるか、油圧開放後における植込みボルト１０６の剛性Ｋ’ｂ、または上フランジ１０８の剛性Ｋ’ｕｆを増加させればよいことが分かる。 Expression (8) is obtained from Expression (2) to Expression (7). The effective axial force coefficient γ is expressed by Expression (9) from Expression (1) and Expression (8).
F · (1 / Kb + 1 / Kuf) = F ′ · (1 / K′b + 1 / K′uf) (8)
γ = (1 / Kb + 1 / Kuf) / (1 / K′b + 1 / K′uf) (9)
From equation (9), in order to increase the effective axial force coefficient γ, the rigidity Kb of the stud bolt 106 at the time of hydraulic load or the rigidity Kuf of the upper flange 108 is reduced, or the rigidity of the stud bolt 106 after the hydraulic pressure is released. It can be seen that K′b or the rigidity K′uf of the upper flange 108 may be increased.

本実施例によるボルト締結構造では、従来のボルト締結構造と比較して、植込みボルト１０６の剛性を変化させている。   In the bolt fastening structure according to the present embodiment, the rigidity of the stud bolt 106 is changed as compared with the conventional bolt fastening structure.

図２に示した従来のボルト締結構造において、植込みボルト１０６の剛性に関わる部位としては、ナット２０１の噛み合い部２１５、植込みボルト１０６の非噛み合い部２１６、及びめねじ部１１８の噛み合い部２１７の３部位が挙げられる。なお、ナット２０１やめねじ部１１８は、全部の長さでなく、一部の長さの範囲で植込みボルト１０６と噛み合うことが一般的に知られている。この一部の長さの範囲が、ナット２０１の噛み合い部２１５と、めねじ部１１８の噛み合い部２１７である。   In the conventional bolt fastening structure shown in FIG. 2, the parts related to the rigidity of the stud bolt 106 are the mesh portion 215 of the nut 201, the non-mesh portion 216 of the stud bolt 106, and the mesh portion 217 of the female screw portion 118. A site. It is generally known that the nut 201 and the internal thread portion 118 mesh with the stud bolt 106 within a part of the length, not the entire length. This partial length range is the meshing portion 215 of the nut 201 and the meshing portion 217 of the female screw portion 118.

図１に示した本実施例のボルト締結構造では、従来のボルト締結構造と異なり、ナットが凸型ナット１０７であり、下フランジ１０９のめねじ部１１８の上部に下フランジ内ボルト穴１１２を備える。このため、本実施例のボルト締結構造における植込みボルト１０６の剛性に関わる部位は、凸型ナット１０７の噛み合い部１１５、植込みボルト１０６の非噛み合い部１１６、及びめねじ部１１８の噛み合い部１１７という従来のボルト締結構造と同じ３部位の他に、凸型ナット１０７の非噛み合い部１１４が加わる。   In the bolt fastening structure of this embodiment shown in FIG. 1, unlike the conventional bolt fastening structure, the nut is a convex nut 107, and a lower flange inner bolt hole 112 is provided above the female thread portion 118 of the lower flange 109. . For this reason, the parts related to the rigidity of the stud bolt 106 in the bolt fastening structure of the present embodiment are the engagement portion 115 of the convex nut 107, the non-engagement portion 116 of the implantation bolt 106, and the engagement portion 117 of the female screw portion 118. In addition to the same three parts as the bolt fastening structure, a non-engagement portion 114 of the convex nut 107 is added.

下フランジ内ボルト穴１１２の長さを凸型ナット１０７の凸部１１３の突出長さよりも長くすることで、植込みボルト１０６の非噛み合い部１１６の長さを、従来のボルト締結構造（図２を参照）での植込みボルト１０６の非噛み合い部２１６の長さよりも長くすることができる。この結果、本実施例のボルト締結構造における噛み合い部１１５、１１７と非噛み合い部１１６の合計の長さは、従来のボルト締結構造における噛み合い部２１５、２１７と非噛み合い部２１６の合計の長さよりも長くなる。さらに、本実施例のボルト締結構造では、この合計の長さに、凸型ナット１０７の非噛み合い部１１４の長さが加わった長さが、植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さである。したがって、本実施例のボルト締結構造における植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さは、従来のボルト締結構造における長さよりも長い。   By making the length of the bolt hole 112 in the lower flange longer than the protruding length of the convex portion 113 of the convex nut 107, the length of the non-engagement portion 116 of the stud bolt 106 is changed to the conventional bolt fastening structure (see FIG. 2). The length of the non-engagement portion 216 of the stud bolt 106 in (see) can be made longer. As a result, the total length of the meshing portions 115 and 117 and the non-meshing portion 116 in the bolt fastening structure of the present embodiment is larger than the total length of the meshing portions 215 and 217 and the non-meshing portion 216 in the conventional bolt fastening structure. become longer. Furthermore, in the bolt fastening structure of the present embodiment, the length obtained by adding the length of the non-engagement portion 114 of the convex nut 107 to the total length is the length of the portion related to the rigidity of the stud bolt 106. . Therefore, the length of the site | part in connection with the rigidity of the implantation bolt 106 in the bolt fastening structure of a present Example is longer than the length in the conventional bolt fastening structure.

ボルトの剛性Ｋは、ボルトの剛性に関わる部位の長さＬ、断面積Ａ、及び弾性係数Ｅを用いて、式（１０）で表わされる。
Ｋ＝Ａ・Ｅ／Ｌ （１０）
すなわち、長さＬが増加するほど剛性Ｋは低減し、断面積Ａや弾性係数Ｅが増加するほど剛性Ｋは増加する。 The bolt stiffness K is expressed by equation (10) using the length L of the portion related to the bolt stiffness, the cross-sectional area A, and the elastic modulus E.
K = A · E / L (10)
That is, the rigidity K decreases as the length L increases, and the rigidity K increases as the cross-sectional area A and the elastic modulus E increase.

上記で説明したとおり、本実施例のボルト締結構造における植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さは、従来のボルト締結構造における長さよりも長い。すなわち、本実施例のボルト締結構造での植込みボルト１０６の剛性は、従来のボルト締結構造での剛性よりも低減する。これは、式（９）の油圧負荷時における植込みボルト１０６の剛性Ｋｂが低減することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。   As described above, the length of the portion related to the rigidity of the stud bolt 106 in the bolt fastening structure of the present embodiment is longer than the length in the conventional bolt fastening structure. That is, the rigidity of the stud bolt 106 in the bolt fastening structure of the present embodiment is lower than the rigidity in the conventional bolt fastening structure. This means that the rigidity Kb of the stud bolt 106 at the time of hydraulic load of Expression (9) is reduced, and as a result, the effective axial force coefficient γ can be increased.

また、本実施例のボルト締結構造での、油圧開放後における植込みボルト１０６の剛性には、従来のボルト締結構造と比較して、凸型ナット１０７の非噛み合い部１１４の長さに対応する剛性が追加される。これは、式（９）の油圧開放後における植込みボルト１０６の剛性Ｋ’ｂが増加することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。   Further, in the bolt fastening structure of the present embodiment, the rigidity of the stud bolt 106 after the hydraulic pressure is released is a rigidity corresponding to the length of the non-engagement portion 114 of the convex nut 107 as compared with the conventional bolt fastening structure. Is added. This means that the rigidity K′b of the stud bolt 106 after the hydraulic pressure is released in Expression (9) increases, and as a result, the effective axial force coefficient γ can be increased.

油圧開放後において、凸型ナット１０７の凸部１１３には、植込みボルト１０６に発生している残留軸力Ｆ’と同等の軸力が発生する。よって、凸部１１３の強度や変形を考慮し、凸部１１３の軸方向に垂直な断面積（穴の部分を除く断面積）は、植込みボルト１０６の軸方向に垂直な断面積よりも大きくすることが望ましい。凸部１１３の軸方向に垂直な断面積が増加するほど、油圧開放後における植込みボルト１０６の剛性Ｋ’ｂが増加するので、有効軸力係数γをさらに増加させることができる。   After releasing the hydraulic pressure, an axial force equivalent to the residual axial force F ′ generated in the stud bolt 106 is generated in the convex portion 113 of the convex nut 107. Therefore, considering the strength and deformation of the convex portion 113, the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the convex portion 113 (cross-sectional area excluding the hole portion) is made larger than the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the stud bolt 106. It is desirable. As the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the convex portion 113 increases, the rigidity K′b of the stud bolt 106 after releasing the hydraulic pressure increases, so that the effective axial force coefficient γ can be further increased.

図３Ａ〜図３Ｄを用いて、本実施例によるボルト締結構造１００をターボ機械に適用した例を説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、本実施例によるボルト締結構造１００を適用したターボ機械の一例として、遠心圧縮機３００を示している。図３Ａは、遠心圧縮機３００の水平分割型ケーシングの外観図、図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ断面図でありボルト締結構造１００の断面図、図３Ｃは、図３ＢのＢ−Ｂ断面図、図３Ｄは、植込みボルト１０６の位置が図３Ｃとは異なる場合の、図３ＢのＢ−Ｂ断面図である。なお、図３Ｃと図３Ｄには、図３Ａと図３Ｂに示していないボルトテンショナのフート１０４の断面も示している。   The example which applied the bolt fastening structure 100 by a present Example to the turbomachine is demonstrated using FIG. 3A-FIG. 3D. 3A to 3D show a centrifugal compressor 300 as an example of a turbo machine to which the bolt fastening structure 100 according to this embodiment is applied. 3A is an external view of a horizontally divided casing of the centrifugal compressor 300, FIG. 3B is an AA cross-sectional view of FIG. 3A, a cross-sectional view of the bolt fastening structure 100, and FIG. 3C is a BB cross-section of FIG. 3D is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3B when the position of the stud 106 is different from that in FIG. 3C. 3C and 3D also show a cross section of the foot 104 of the bolt tensioner not shown in FIGS. 3A and 3B.

遠心圧縮機３００は、ケーシング（圧力容器）と、ケーシングの内部に配置されたインペラと回転軸と、ケーシングの端部を封止するシールケースを備える。図３Ａ〜図３Ｄでは、インペラ、回転軸、及びシールケースを示していない。なお、図３Ａでは、水平分割型のケーシングを備える遠心圧縮機３００を示しているが、本実施例によるボルト締結構造１００は、バレル型のケーシングを備える遠心圧縮機にも適用できる。   Centrifugal compressor 300 includes a casing (pressure vessel), an impeller and a rotary shaft arranged inside the casing, and a seal case that seals an end of the casing. 3A to 3D do not show the impeller, the rotating shaft, and the seal case. Although FIG. 3A shows the centrifugal compressor 300 including a horizontally divided casing, the bolt fastening structure 100 according to the present embodiment can be applied to a centrifugal compressor including a barrel type casing.

水平分割型のケーシングは、バレル型のケーシングに比べて、メンテナンス性に優れるが、気密性に課題がある。このため、水平分割型のケーシングの高圧化や大径化を達成するためには、ボルト締結部をより強固に締結する必要がある。   The horizontal split type casing is superior in maintainability to the barrel type casing, but has a problem in airtightness. For this reason, in order to achieve high pressure and large diameter of the horizontally divided casing, it is necessary to fasten the bolt fastening portion more firmly.

図３Ａに示すように、水平分割型のケーシングは、上ケーシング３０１、下ケーシング３０２、及びボルト締結部３０３を備える。水平に分割された２つのケーシング（上ケーシング３０１と下ケーシング３０２）の周囲にはフランジがあり、上ケーシング３０１のフランジと下ケーシング３０２のフランジは、ボルト締結部３０３により締結され、ケーシング内部の高圧ガスを封止する。   As illustrated in FIG. 3A, the horizontally divided casing includes an upper casing 301, a lower casing 302, and a bolt fastening portion 303. There are flanges around two horizontally divided casings (upper casing 301 and lower casing 302). The flanges of upper casing 301 and lower casing 302 are fastened by bolt fastening portion 303, and the high pressure inside the casing. Seal the gas.

図３Ｂに示すように、ボルト締結部３０３には、本実施例によるボルト締結構造１００を用いる。すなわち、上ケーシング３０１のフランジの上部には凸型ナット１０７が配置され、下ケーシング３０２のフランジは、めねじ部１１８の上部に下フランジ内ボルト穴１１２を備える。水平分割型ケーシングの場合、ケーシングの端部３０４や中央部３０５（図３Ａを参照）からガスが漏洩しやすい。本実施例によるボルト締結構造１００は、ケーシングの端部３０４や中央部３０５のボルト締結部３０３にのみ適用してもよいし、全てのボルト締結部３０３に適用してもよい。   As shown in FIG. 3B, the bolt fastening structure 303 according to this embodiment is used for the bolt fastening portion 303. That is, the convex nut 107 is arranged on the upper part of the flange of the upper casing 301, and the flange of the lower casing 302 is provided with the lower flange inner bolt hole 112 on the upper part of the female thread part 118. In the case of a horizontally divided casing, gas is likely to leak from the end 304 or the center 305 of the casing (see FIG. 3A). The bolt fastening structure 100 according to the present embodiment may be applied only to the bolt fastening portion 303 of the end portion 304 or the central portion 305 of the casing, or may be applied to all bolt fastening portions 303.

図３Ｃは、図３ＢのＢ−Ｂ断面図で、植込みボルト１０６、凸型ナット１０７、フート１０４、及び上ケーシング３０１の位置関係を示している。図３Ｃに示すように、通常、フート１０４は、軸方向に垂直な断面形状が円環形状である。   FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3B, and shows the positional relationship between the stud bolt 106, the convex nut 107, the foot 104, and the upper casing 301. As shown in FIG. 3C, the foot 104 normally has an annular shape in cross section perpendicular to the axial direction.

図３Ｄは、図３Ｃと同様に図３ＢのＢ−Ｂ断面図で、植込みボルト１０６、凸型ナット１０７、フート１０４ａ、及び上ケーシング３０１の位置関係を示している。ただし、図３Ｃと異なり、フート１０４ａは、軸方向に垂直な断面形状が開環形状（Ｃ型形状）である。上ケーシング３０１と下ケーシング３０２をより確実に密閉し、ケーシング内部の高圧ガスの封止効果を高めるためには、植込みボルト１０６と凸型ナット１０７を上ケーシング３０１の内径側に寄せるのが好ましい。しかし、植込みボルト１０６と凸型ナット１０７を上ケーシング３０１の内径側に寄せると、図３Ｃに示したような軸方向に垂直な断面形状が円環形状のフート１０４を用いることができない。そこで、図３Ｄに示したような開環形状のフート１０４ａを用い、開環部が上ケーシング３０１の内径側に位置するようにフート１０４ａを配置する。開環形状のフート１０４ａは、例えば、円環形状のフート１０４の一部を加工して作製できる。   3D is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. 3B as in FIG. 3C, and shows the positional relationship between the stud bolt 106, the convex nut 107, the foot 104 a, and the upper casing 301. However, unlike FIG. 3C, the foot 104a has a ring-opening shape (C shape) in a cross-sectional shape perpendicular to the axial direction. In order to seal the upper casing 301 and the lower casing 302 more securely and enhance the sealing effect of the high-pressure gas inside the casing, it is preferable to bring the stud bolt 106 and the convex nut 107 closer to the inner diameter side of the upper casing 301. However, when the stud 106 and the projecting nut 107 are brought closer to the inner diameter side of the upper casing 301, the foot 104 having an annular cross section perpendicular to the axial direction as shown in FIG. 3C cannot be used. Therefore, the foot 104a having the ring-opening shape as shown in FIG. 3D is used, and the foot 104a is arranged so that the ring-opening portion is located on the inner diameter side of the upper casing 301. The ring-shaped foot 104a can be produced by processing a part of the ring-shaped foot 104, for example.

図４は、図１、図３Ｃ、及び図３Ｄとは異なる形状のフート１０４ｂを備えるボルトテンショナ１０５を、本実施例によるボルト締結構造１００に用いた場合の構成を示す断面図である。図１、図３Ｃ、及び図３Ｄでは、ボルトテンショナ１０５のフート１０４の形状は、上フランジ１０８の上面や上ケーシング３０１のフランジ部の上面に垂直に接する円筒形状である。ボルトテンショナ１０５のフートの形状は、円筒形状に限るものではなく、図４に示したフート１０４ｂのように、上フランジ１０８の上面や上ケーシング３０１のフランジ部の上面と垂直以外の角度で接するような形状、すなわち、テーパ形状でもよい。ただし、上フランジ１０８の上面や上ケーシング３０１のフランジ部の上面から、油圧ジャッキ１０３に向かって広がるようなテーパ形状が好ましい。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration when a bolt tensioner 105 including a foot 104b having a shape different from those of FIGS. 1, 3C, and 3D is used in the bolt fastening structure 100 according to the present embodiment. In FIGS. 1, 3 </ b> C, and 3 </ b> D, the shape of the foot 104 of the bolt tensioner 105 is a cylindrical shape that is perpendicular to the upper surface of the upper flange 108 and the upper surface of the flange portion of the upper casing 301. The shape of the foot of the bolt tensioner 105 is not limited to a cylindrical shape, and is in contact with the upper surface of the upper flange 108 or the upper surface of the flange portion of the upper casing 301 at an angle other than perpendicular, as in the foot 104b shown in FIG. A simple shape, that is, a tapered shape may be used. However, a taper shape that spreads from the upper surface of the upper flange 108 or the upper surface of the flange portion of the upper casing 301 toward the hydraulic jack 103 is preferable.

フート１０４ｂをテーパ形状にすると、フートが円筒形状の場合よりも、ボルトテンショナ１０５の油圧負荷時に発生するフート１０４ｂの反力が大きくなり、上フランジ内上部ボルト穴１１０の近傍での圧縮変形が増加する。これは、式（９）の油圧負荷時における上フランジ１０８の剛性Ｋｕｆが低減することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。   When the foot 104b is tapered, the reaction force of the foot 104b generated when the bolt tensioner 105 is loaded with hydraulic pressure is larger than when the foot is cylindrical, and the compression deformation near the upper bolt hole 110 in the upper flange increases. To do. This means that the rigidity Kuf of the upper flange 108 at the time of hydraulic load of Expression (9) is reduced, and as a result, the effective axial force coefficient γ can be increased.

図５は、本発明の実施例２によるボルト締結構造４００の構成を示す断面図である。図５において、図１と同一の符号は、図１と同一のまたは対応する構成要素を示す。図５に示したボルト締結構造４００のうち、図１に示した実施例１によるボルト締結構造１００と同一の構成と機能については、説明を省略する。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a bolt fastening structure 400 according to the second embodiment of the present invention. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding components as those in FIG. In the bolt fastening structure 400 shown in FIG. 5, the description of the same configuration and function as those of the bolt fastening structure 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is omitted.

本実施例のボルト締結構造４００は、実施例１のボルト締結構造１００に対して、上フランジ１０８の上面と凸型ナット１０７の肩部１２０との間に座金４０１を備える構成である。上フランジ内上部ボルト穴１１０には、凸型ナット１０７の凸部１１３の一部が挿入される。   The bolt fastening structure 400 of the present embodiment is configured such that a washer 401 is provided between the upper surface of the upper flange 108 and the shoulder 120 of the convex nut 107 with respect to the bolt fastening structure 100 of the first embodiment. A part of the convex portion 113 of the convex nut 107 is inserted into the upper flange hole 110 in the upper flange.

上フランジ１０８と凸型ナット１０７との間に座金４０１を追加することにより、植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さを、実施例１のボルト締結構造１００と比較して、座金４０１の高さ４０２の分だけ長くすることができる。すなわち、本実施例のボルト締結構造４００では、実施例１のボルト締結構造１００よりも、式（１０）の長さＬが増加するので植込みボルト１０６の剛性Ｋが低減する。これは、式（９）の油圧負荷時における植込みボルト１０６の剛性Ｋｂが低減することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。   By adding the washer 401 between the upper flange 108 and the convex nut 107, the length of the portion related to the rigidity of the stud bolt 106 is higher than that of the bolt fastening structure 100 of the first embodiment. The length can be increased by 402. That is, in the bolt fastening structure 400 of the present embodiment, the length K of the expression (10) is increased as compared with the bolt fastening structure 100 of the first embodiment, so that the rigidity K of the implanted bolt 106 is reduced. This means that the rigidity Kb of the stud bolt 106 at the time of hydraulic load of Expression (9) is reduced, and as a result, the effective axial force coefficient γ can be increased.

なお、上フランジ１０８に形成している上フランジ内上部ボルト穴１１０の長さは、座金４０１の高さ４０２に応じて任意に変更してよい。例えば、座金４０１の高さ４０２が凸型ナット１０７の凸部１１３の突出長さよりも大きければ、上フランジ内上部ボルト穴１１０の長さを実施例１での長さより短くしてもよく、または上フランジ内上部ボルト穴１１０を上フランジ１０８に形成しなくてもよい。上フランジ内上部ボルト穴１１０を上フランジ１０８に形成しない場合には、凸型ナット１０７の凸部１１３は、上フランジ１０８の上面に配置される。   Note that the length of the upper flange hole 110 in the upper flange formed in the upper flange 108 may be arbitrarily changed according to the height 402 of the washer 401. For example, if the height 402 of the washer 401 is larger than the protruding length of the convex 113 of the convex nut 107, the length of the upper flange hole 110 in the upper flange may be shorter than the length in the first embodiment, or The upper flange hole 110 in the upper flange may not be formed in the upper flange 108. When the upper flange inner upper bolt hole 110 is not formed in the upper flange 108, the convex portion 113 of the convex nut 107 is disposed on the upper surface of the upper flange 108.

図６は、本発明の実施例３によるボルト締結構造５００の構成を示す断面図である。図６において、図１、図５と同一の符号は、図１、図５と同一のまたは対応する構成要素を示す。図６に示したボルト締結構造５００のうち、図１に示した実施例１によるボルト締結構造１００及び図５に示した実施例２によるボルト締結構造４００と同一の構成と機能については、説明を省略する。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a bolt fastening structure 500 according to the third embodiment of the present invention. 6, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 5 indicate the same or corresponding components as those in FIGS. 1 and 5. Of the bolt fastening structure 500 shown in FIG. 6, the same configuration and function as the bolt fastening structure 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 and the bolt fastening structure 400 according to the second embodiment shown in FIG. Omitted.

本実施例のボルト締結構造５００は、フート座金５０１を備える点が実施例１及び実施例２と異なる。フート座金５０１は、実施例２のボルト締結構造４００（図５）において、ボルトテンショナ１０５のフート１０４と座金４０１とが一体となっている構成要素である。すなわち、フート座金５０１は、実施例２のフート１０４に対応するフート部５０１ａと、実施例２の座金４０１に対応する座金部５０１ｂを有する。フート座金５０１の座金部５０１ｂは、上フランジ１０８の上面と凸型ナット１０７の肩部１２０との間に配置される。   The bolt fastening structure 500 of this embodiment is different from the first and second embodiments in that a foot washer 501 is provided. The foot washer 501 is a component in which the foot 104 and the washer 401 of the bolt tensioner 105 are integrated in the bolt fastening structure 400 (FIG. 5) of the second embodiment. That is, the foot washer 501 has a foot portion 501a corresponding to the foot 104 of the second embodiment and a washer portion 501b corresponding to the washer 401 of the second embodiment. The washer portion 501 b of the foot washer 501 is disposed between the upper surface of the upper flange 108 and the shoulder 120 of the convex nut 107.

フートと座金が一体となったフート座金５０１を用いることにより、ボルトテンショナ１０５の油圧負荷時に発生するフート座金５０１のフート部５０１ａの反力が、フート座金５０１の座金部５０１ｂにも伝達される。したがって、本実施例のボルト締結構造５００では、フート１０４と座金４０１が別体である実施例２のボルト締結構造４００（図５）と比較して、フート座金５０１の座金部５０１ｂにもフート部５０１ａの反力が伝達されるので、上フランジ内上部ボルト穴１１０の近傍での圧縮変形が増加する。これは、式（９）の油圧負荷時における上フランジ１０８の剛性Ｋｕｆが低減することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。   By using the foot washer 501 in which the foot and the washer are integrated, the reaction force of the foot portion 501a of the foot washer 501 generated when the bolt tensioner 105 is loaded with hydraulic pressure is also transmitted to the washer portion 501b of the foot washer 501. Therefore, in the bolt fastening structure 500 of the present embodiment, compared to the bolt fastening structure 400 (FIG. 5) of the second embodiment in which the foot 104 and the washer 401 are separate bodies, the foot portion 501b of the foot washer 501 also has a foot portion. Since the reaction force 501a is transmitted, compression deformation near the upper bolt hole 110 in the upper flange increases. This means that the rigidity Kuf of the upper flange 108 at the time of hydraulic load of Expression (9) is reduced, and as a result, the effective axial force coefficient γ can be increased.

さらに、本実施例のボルト締結構造５００では、フート座金５０１の座金部５０１ｂにより、実施例２で説明した効果と同様の効果が得られる。すなわち、植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さが、実施例１のボルト締結構造１００と比較して、フート座金５０１の座金部５０１ｂの高さ４０２の分だけ長くなり、この結果、式（９）の油圧負荷時における植込みボルト１０６の剛性Ｋｂが低減し、有効軸力係数γを増加させることができる。   Furthermore, in the bolt fastening structure 500 of the present embodiment, the same effect as the effect described in the second embodiment can be obtained by the washer portion 501b of the foot washer 501. That is, the length of the portion related to the rigidity of the stud bolt 106 becomes longer by the height 402 of the washer portion 501b of the foot washer 501 compared to the bolt fastening structure 100 of the first embodiment. 9) The rigidity Kb of the stud bolt 106 at the time of hydraulic load is reduced, and the effective axial force coefficient γ can be increased.

実施例１〜実施例３で説明したように、本発明によるボルト締結構造は、式（１）と式（９）に示した有効軸力係数γを増加させて１に近付けることができ、したがって、ボルトテンショナの油圧で負荷を与えたボルトの軸力が、油圧の開放後に低減するのを抑制することができる。   As described in the first to third embodiments, the bolt fastening structure according to the present invention can increase the effective axial force coefficient γ shown in the equations (1) and (9) to approach 1, and thus Further, it is possible to suppress a reduction in the axial force of the bolt that is loaded with the hydraulic pressure of the bolt tensioner after the hydraulic pressure is released.

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to said Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments are described in detail for easy understanding of the present invention, and the present invention is not necessarily limited to an aspect including all the configurations described.

１００、４００、５００…ボルト締結構造、１０２…テンションロッド、１０３…油圧ジャッキ、１０４、１０４ａ、１０４ｂ…フート、１０５…ボルトテンショナ、１０６…植込みボルト、１０７…凸型ナット、１０８…上フランジ、１０９…下フランジ、１１０…上フランジ内上部ボルト穴、１１１…上フランジ内下部ボルト穴、１１２…下フランジ内ボルト穴、１１３…凸型ナットの凸部、１１４…凸型ナットの非噛み合い部、１１５…凸型ナットの噛み合い部、１１６…植込みボルトの非噛み合い部、１１７…めねじ部の噛み合い部、１１８…めねじ部、１１９…接触部、１２０…凸型ナットの肩部、２００…従来のボルト締結構造、２０１…ナット、２０２…ボルト穴、２１５…ナットの噛み合い部、２１６…植込みボルトの非噛み合い部、２１７…めねじ部の噛み合い部、３０１…上ケーシング、３０２…下ケーシング、３０３…ボルト締結部、３０４…ケーシングの端部、３０５…ケーシングの中央部、４０１…座金、４０２…座金の高さ、５０１…フート座金、５０１ａ…フート座金のフート部、５０１ｂ…フート座金の座金部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 400, 500 ... Bolt fastening structure, 102 ... Tension rod, 103 ... Hydraulic jack, 104, 104a, 104b ... Foot, 105 ... Bolt tensioner, 106 ... Stud bolt, 107 ... Convex nut, 108 ... Upper flange, 109 ... lower flange, 110 ... upper bolt hole in upper flange, 111 ... lower bolt hole in upper flange, 112 ... lower bolt hole in lower flange, 113 ... convex portion of convex nut, 114 ... non-engagement portion of convex nut, 115 ... meshing part of convex nut, 116 ... non-meshing part of stud bolt, 117 ... meshing part of female thread part, 118 ... female thread part, 119 ... contact part, 120 ... shoulder part of convex nut, 200 ... conventional Bolt fastening structure, 201 ... nut, 202 ... bolt hole, 215 ... engagement part of nut, 216 ... non-engagement of implanted bolt Mating portion, 217 ... meshing portion of female screw portion, 301 ... upper casing, 302 ... lower casing, 303 ... bolt fastening portion, 304 ... end portion of casing, 305 ... central portion of casing, 401 ... washer, 402 ... Height, 501 ... foot washer, 501a ... foot part of foot washer, 501b ... washer part of foot washer.

Claims (10)

ボルト穴を有する第１の部材と、
めねじ部を有する第２の部材と、
前記ボルト穴と前記めねじ部に挿入され、前記第１の部材と前記第２の部材とを締結するボルトと、
前記第１の部材に配置され、前記第２の部材に向かって突出する凸部を有するナットと、を備え、
前記ボルトの長さ方向を軸方向とし、
前記ナットは、前記凸部の前記軸方向に垂直な断面積が、前記ボルトの前記軸方向に垂直な断面積よりも大きく、
前記第２の部材は、前記めねじ部の前記第１の部材側にボルト穴を有し、前記ボルト穴の長さが前記ナットの前記凸部の突出長さよりも長い、
ことを特徴とするボルト締結構造。 A first member having a bolt hole;
A second member having a female thread portion;
A bolt that is inserted into the bolt hole and the female thread portion and fastens the first member and the second member;
A nut disposed on the first member and having a convex portion protruding toward the second member;
The length direction of the bolt is the axial direction,
The nut has a cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the convex portion larger than a cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the bolt,
The second member has a bolt hole on the first member side of the female screw portion, and the length of the bolt hole is longer than the protruding length of the convex portion of the nut.
A bolt fastening structure characterized by that. 前記第１の部材の前記ボルト穴は、前記ナット側に位置する第１の部分ボルト穴と、前記第２の部材側に位置する第２の部分ボルト穴とを備え、
前記第１の部分ボルト穴は、直径が前記第２の部分ボルト穴の直径と前記ナットの前記凸部の外径よりも大きく、長さが前記ナットの前記凸部の突出長さよりも長い、請求項１に記載のボルト締結構造。 The bolt hole of the first member includes a first partial bolt hole located on the nut side and a second partial bolt hole located on the second member side,
The first partial bolt hole has a diameter larger than a diameter of the second partial bolt hole and an outer diameter of the convex portion of the nut, and a length longer than a protruding length of the convex portion of the nut. The bolt fastening structure according to claim 1. 前記第１の部材と前記ナットとの間に座金を備える請求項１に記載のボルト締結構造。   The bolt fastening structure according to claim 1, further comprising a washer between the first member and the nut. 前記第１の部材に接するフートを有するボルトテンショナをさらに備え、
前記フートは、前記座金と一体となっている請求項３に記載のボルト締結構造。 A bolt tensioner having a foot in contact with the first member;
The bolt fastening structure according to claim 3, wherein the foot is integrated with the washer. 前記フートは、前記軸方向に垂直な断面形状が開環形状である請求項４に記載のボルト締結構造。   The bolt fastening structure according to claim 4, wherein the foot has a ring-opening cross-sectional shape perpendicular to the axial direction. 前記フートは、テーパ形状である請求項４に記載のボルト締結構造。   The bolt fastening structure according to claim 4, wherein the foot has a tapered shape. 請求項１に記載のボルト締結構造を備えるターボ機械。   A turbomachine comprising the bolt fastening structure according to claim 1. 請求項１に記載のボルト締結構造を備える、ターボ機械のケーシング。   A turbomachine casing comprising the bolt fastening structure according to claim 1. 請求項１に記載のボルト締結構造で前記第１の部材と前記第２の部材とを締結するのに用いられ、前記第１の部材に接するフートを有し、
前記フートは、前記軸方向に垂直な断面形状が開環形状である、
ことを特徴とするボルトテンショナ。 It is used to fasten the first member and the second member in the bolt fastening structure according to claim 1, and has a foot in contact with the first member,
The foot has a ring-opened cross-sectional shape perpendicular to the axial direction.
Bolt tensioner characterized by that. 請求項１に記載のボルト締結構造で前記第１の部材と前記第２の部材とを締結するのに用いられ、前記第１の部材に接するフートを有し、
前記フートは、テーパ形状である、
ことを特徴とするボルトテンショナ。 It is used to fasten the first member and the second member in the bolt fastening structure according to claim 1, and has a foot in contact with the first member,
The foot is tapered.
Bolt tensioner characterized by that.
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