JP3874611B2 - 回転機器類のケーシングデザインおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、回転機器のケーシングに関し、さらに詳しくは、ガスコンプレッサーに用いられる分割ケーシングに関する。
【０００２】
図１は、先行技術である、ガスコンプレッサーに用いられている分割ケーシング部Ａを示す。この分割ケーシング部Ａは、半円筒状の圧延板Ｂを有し、この圧延板Ｂは、２つの相反する位置にある端面Ｃ、Ｃ’を有し、前後軸Ｘの周りに伸びている。一対のフランジＤ、Ｄ’は、それぞれ相反する位置にある端面Ｃ、Ｃ’に沿って広がり、それぞれのフランジＤ、Ｄ’はこの半円筒状の圧延板Ｂに溶接点Ｅで溶接されている。このフランジＤ、Ｄ’は、フランジ上面Ｇからフランジ下面Ｈにわたる複数の穿孔Ｆを有する。
【０００３】
先行技術の分割ケーシング部Ａの２つは、伝統的には、それぞれのフランジＤ、Ｄ’で互いに結合され、円筒状に成形された分割ケースアセンブリを形成する。分割ケーシング部Ａは締付具、例えば、ボルトで、穿孔Ｆを貫通することにより締付けられる。回転機器の構成要素、例えば、コンプレッサー構成要素は、ついで、結合した分割ケーシングアセンブリの内部表面で規定される収納空間内に収納される。
【０００４】
分割ケーシング部Ａの製造方法の一つは、平坦なプレートＫ（図２参照）を、前後軸Ｘの周りに沿って圧延し、半円筒状の形状の圧延板Ｂにすることである。図３に示すように、次に、フランジＤ、Ｄ’が、圧延板Ｂの端面Ｃ、Ｃ’に、溶接部Ｅを介して取付けられる（図１参照）。穿孔Ｆは、フランジＤ、Ｄ’に穴を開けるか、またはフランジＤ、Ｄ’に形成され、それは、フランジＤ、Ｄ’をこの圧延板Ｂに溶接する前でもよく、あるいはフランジＤ、Ｄ’を圧延板Ｂに溶接した後でもよい。
【０００５】
図１から３の先行技術の分割ケーシング部Ａは、多数の溶接を要するため、その製造に多くの費用がかかる。さらに、フランジＤ，Ｄ’と圧延板Ｂとの間の溶接が不良であることによって、製造に失敗する可能性が常に存在する。他の先行技術のケーシングデザインは、米国特許番号1,352,276；1,839,849；2,683,017；3,160,107；3,390,830；3,544,232；4,137,006；4,305,192；4,551,065；4,915,581；および5,063,661に示されている。
【０００６】
従って、本発明の目的は、製造に費用がかからず、溶接したフランジが必要とされない、分割ケーシング部デザインを提供することにある。
【０００７】
本発明は、一般的に、第１のケーシング部、第２のケーシング部、および複数の締付具を含む、ガスコンプレッサーあるいはタービンなどの回転機器のケーシングデザインに関するものである。第１のケーシング部は、１枚のプレートから形成された、実質的に半円筒形状のケースであり、２つの相反する位置にある端面、２つの相反する位置にある端部、および機械加工されたフランジを備えている。第２のケーシング部もまた、１枚のプレートから形成された、実質的に半円筒形状のケースであり、２つの相反する位置にある端面、２つの相反する位置にある端部、および機械加工されたフランジを有している。それぞれの第１のケーシング部の相反する位置にある端面は、それぞれの第２のケーシング部の対応する相反する位置にある端面と付き合わされ、複数の締付具で結合することにより、実質的に円筒形の構造が形成される。締付具は機械加工したフランジのそれぞれに形成された穿孔を貫通している。
【０００８】
収納空間が、結合した第１および第２のケーシング部、並びに、第１および第２のケーシング部に結合した端板の内部表面によって形成される。収納空間は、回転機器の構成要素、例えば、コンプレッサーまたはタービン構成要素を収納できる。
【０００９】
本発明はまた、分割ケーシングアセンブリの半分のセクションを製造する方法であり、以下の工程：
ａ．実質的に半円筒形のケーシング部を提供する工程；および
ｂ．この半円筒形のケーシング部の相反する位置にある端部に、実質的に円筒形状のケーシング部の一部を除去することによって、フランジを形成する工程；を含む。この方法は、また、以下の工程：
ｃ．フランジに複数の穿孔を形成する工程；
ｄ．ケーシング部に複数のポート孔を形成する工程；
ｅ．ポートをポート孔と連結する工程；および
ｆ．半円筒形のケーシング部と、もう１つの半円筒形のケーシング部とを連結して、ポートとの間で流体の伝達経路を形成するような収納空間を有する円筒形の分割ケーシングアセンブリを形成する工程；を含み得る。
【００１０】
図４および図５は、本発明に従って作製された回転機器の分割ケーシングアセンブリ１０を示す。本発明は、一般的には、第２のケーシング部１４に取付けられた第１のケーシング部１２を含んでいる。第１のケーシング部１２および第２のケーシング部１４は圧延板１６、好ましくは鋼板で作製されており、半円筒形状のケース構造を形成している。あるいは、第１のケーシング部１２および第２のケーシング部１４は鋳造され得るか、鍛造され得る。分割ケーシングアセンブリ１０は、ガスコンプレッサーあるいはガスタービンなどの回転機器５４（模式化して示す）を収納するように適合されている。複数のポート１８が第１のケーシング部１２に取付けられているか、あるいは、図４および５に示すように、第２のケーシング部１４に取付けられている。端板２０は、分割ケーシングアセンブリ１０の相反する位置にある第１および第２の端部２２、２４に固定されており、そしてシールを備え、それにより密封圧力装置を形成し得る。
【００１１】
図５を特に参照すると、収納空間２６は、第１のケーシング部１２、第２のケーシング部１４、および端板２０の内部表面２７によって形成される。収納空間２６は、図５に示されるようなコンプレッサーあるいはタービン構成要素などの回転機器５４を収納するように適合されている。
【００１２】
さらに、図４と同様、図５を参照すると、第１のケーシング部１２は実質的に半円筒形状のケース、すなわち前後軸Ｌに沿って広がる圧延板１６である。第１のケーシング部１２は、半径Ｒ、縦方向の長さＣＬ、第１および第２の端部３０、３２を有しており、そして、この第１または第２の端部３０、３２のそれぞれに配置され、それぞれ第１のケーシング部１２の縦方向の長さＣＬ分伸びる２つの機械加工されたフランジ２８を含んでいる。機械加工されたフランジ２８は、図６により詳細に示されるが、２つの表面、第１の表面３４および第２の表面３６を有し、これらの表面は実質的に互いに交差するか、垂直である。
【００１３】
第２のケーシング部１４は、図７および８に詳細に示されるが、第１のケーシング部１２と類似しており、同様の要素については同様の参照番号が使用される。第２のケーシング部１４は半径Ｒ、縦方向の長さＣＬ、第１および第２の端部３０、３２を有しており、第２のケーシング部１４の縦方向の長さＣＬ分伸びる２つの機械加工されたフランジ２８を含んでいる。機械加工されたフランジ２８は、２つの表面、第１の表面３４と第２の表面３６を有しており、これらの表面は実質的に互いに交差するか、垂直である。第１および第２のケーシング部１２、１４には、機械加工されたフランジ２８を設けることができ、そして圧力容器として十分に機能できるように、十分な厚みがあることが好ましい。同様に、端板２０もまた、上昇した圧力に耐え得るに十分な厚みを有することが好ましい。
【００１４】
第１および第２のケーシング部１２、１４の間の１つの相違点は、図７および８に示すように、第２のケーシング部１４には、複数のポート孔４６が設けられていることが好ましいが、第１のケーシング部１２も同様にポート孔４６を形成し得る点である。図４および５を参照すると、ポート１８は、第２のケーシング部１４に溶接される。ポート１８はポート孔４６と適合するように配置され、ポート１８と収納空間２６との間で流体の伝達経路を形成する。
【００１５】
図７に示されるように、機械加工されたフランジ２８は、第１および第２のケーシング部１２、１４の第１および第２の端部３０、３２上の、円周距離ＲＤ１およびＲＤ２の位置に、一体成形される。円周距離ＲＤ１およびＲＤ２は、角度αおよびβとそれらが対応する動径ベクトルＲ１およびＲ２の関数である。動径ベクトルＲ１およびＲ２は、仮想直径ラインＤＬの中点Ｍを起点とし、この仮想直径ラインＤＬは、第１のケーシング部１２および／または第２のケーシング部１４の第１および第２の相反する位置にある端部２２、２４を連結するものであり、ケーシング部１２、１４の内径ＤＬと長さが等しい。半径Ｒと対照的に、図５に示すように、動径ベクトルＲ１およびＲ２は、ケーシング部１２、１４の端部３０、３２に伸びている。
【００１６】
複数の穿孔３８は、フランジ２８のそれぞれの第２の表面３６に孔をあけるか、貫通して形成される。穿孔３８は、第２の表面３６から、第１または第２のケーシング部１２、１４の第１および第２端面４０、４２にそれぞれ、伸びている。穿孔３８は、図４に示すように、第１および第２のケーシング部１２、１４の長さＣＬ全体にわたって、第２の表面３６に沿って、締付具、例えばボルトを収納するように配置されている。
【００１７】
さらに、図４を参照すると、第１のケーシング部１２は、第２のケーシング部１４に、それぞれの穿孔３８が相互に配列するようにそれぞれの第１および第２端面４０、４２を配置または隣接させることにより、固定される。図５に示されるネジボルト、すなわち締付具４４は、ボルト４４のネジ末端が、第２のケーシング部１４のフランジ２８の第２の表面３６から、穿孔３８を貫通して伸びている。ボルト４４のネジ末端はまた、第１のケーシング部１２の第２の表面３６から伸びている。ネジカバーナット４８は第１のケーシング部１２に隣接する位置でボルト４４の末端でネジ受けされ、そして、ナット５０は第２のケーシング部１４に隣接する位置でボルト４４の末端でネジ受けされており、それによって、第１のケーシング部１２を第２のケーシング部１４に固定し、分割ケーシングアセンブリ１０が形成される。この配置で、軸Ｌ、Ｌ’、Ｌ”は、互いに整列され、分割ケーシングアセンブリ１０が実質的に円筒形の形状であり、そして一定の湾曲半径Ｒを有している。端板２０は、ついで、ボルトを締める前に内側から、あるいはボルトを締めた後に外側から、分割ケーシングアセンブリ１０に固定され得、それによって、回転機器５４のケーシングデザインが形成される。好ましくは、端板２０は、収納空間２６の保持手段あるいは保持面に内部的に備え付けるか、締付具で外部から備え付け得る（図示せず）。
【００１８】
端板２０は、第１および／または第２のケーシング部１２、１４の片方または両方のいずれかに固定され得、回転機器構成要素を端板２０およびケーシング部１２、１４に取付けた後、第１のケーシング部１２を第２のケーシング部１４に固定し得ることを認識すべきである。
【００１９】
第１のケーシング部１２の製造方法を以下に述べる。まず、平板５２、好ましくは鋼製の平板を準備する。図９に示すように、次に、平板５２が軸Ｌに対して湾曲され、そして半円筒形状を有するように、平板５２を矢印の方向に圧延する。図６に示すように、圧延板１６中に、第１および第２の表面３４、３６を有するフランジ２８が、次に、機械加工して形成される。第１および第２の表面３４、３６は、圧延板１６の相反する位置にある端部２２、２４上に規定され、それぞれの表面３４、３６は実質的に互いに交差する。複数の穿孔３８は、ついで、機械加工したフランジ２８の第２の表面３６に機械加工するかドリルで形成される。穿孔３８には、ナット４８、５０のクリアランスを提供するための窪みが設けられ得、ボルト４４及びナット４８、５０を設けるように間隔を離して配置されることが好ましい。さらに、穿孔３８は、第１の表面３４からは十分の距離を離して、ナット４８、および５０のクリアランスを提供する。穿孔３８は第２の表面３６からそれぞれ、第１および第２の端面４０、４２に伸びている。
【００２０】
図７および８に示すように、第２のケーシング部１４を製造する方法は実質的に第１のケーシング部１２を製造する方法と同じであるが、複数のポート孔４６が、圧延板１６上に、例えば、機械加工あるいはドリルにより、形成される点で異なる。好ましくは、第１および第２のケーシング部１２、１４は、ともに半円筒形であり、同じ湾曲半径Ｒを有する。ポート１８は、ポート孔４６に連結され得、第１および第２のケーシング部１２、１４が相互に連結され得、ポート１８との間で流体の伝達経路を形成し得る収納空間２６を有する、円筒形の分割ケーシングアセンブリ１０が形成され得る。ポート孔４６はまた、第１のケーシング部１２に形成され得るか、あるいは、第１のケーシング部１２または第２のケーシング部１４のいずれか一方には、ポート孔４６が形成されない。
【００２１】
本発明は、圧延板に別のフランジを溶接することを必要とする先行技術のケーシングよりも安価に製造できるものである。さらに、本発明により、壁面の厚みが増大し、溶接フランジをなくしたので、より強固なデザインとすることができる。
【００２２】
本発明を、好ましい実施態様を参照して説明したが、この詳細な説明を読み、そして理解した者には、改変、変形が明白である。本発明は、添付の請求の範囲またはその均等範囲に包含されるかぎり、すべてのこのような改変および変形を含むように解釈されることが、意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術の分割ケーシング部の端部の正面図である。
【図２】 図１に示される先行技術の分割ケーシング部を製造するために用いられる平板の端部の正面図である。
【図３】 図１に示される先行技術の分割ケーシング部の端部の分解正面図である。
【図４】 本発明に従って作製された第１のケーシング部と第２のケーシング部とを有する、回転機器に用いられるケーシングデザインの斜視図である。
【図５】 図４に示される回転機器のケーシングデザインの分解斜視図である。
【図６】 図４に示される第１のケーシング部の上方からみた斜視図である。
【図７】 図４に示される第２のケーシング部の上方からみた斜視図である。
【図８】 図４および図７に示される、第２のケーシング部の上方からみた別の斜視図である。
【図９】 平板の側面図である。

Claims (17)

1. 回転機器類のケーシングデザインであって、
   １枚のプレートから実質的に半円筒形のケースに成形された第１のケーシング部であって、２つの相反する位置にある端面と２つの相反する位置にある端部を有し、該２つの相反する位置にある端部には、機械加工され、穿孔が形成されたフランジが備えられた、第１のケーシング部；
   １枚のプレートから実質的に半円筒形のケースに成形された第２のケーシング部であって、２つの相反する位置にある端面と２つの相反する位置にある端部を有し、該２つの相反する位置にある端部には、機械加工され、穿孔が形成されたフランジが備えられ、そして、ポート孔を有する、第２のケーシング部；および、
   複数の締付具；を備え、
   それぞれの第１のケーシング部の相反する位置にある端面が、該第２のケーシング部の相反する位置にある端面とつき合わせられ、該穿孔を貫通した該複数の締付具によって互いに締付けられ、実質的に円筒形の構造を形成する、
   回転機器類のケーシングデザイン。
2. 前記フランジが、前記第１のケーシング部の長手方向に伸張し、そして、前記第２のケーシング部の長手方向に伸張している、請求項１に記載の回転機器類のケーシングデザイン。
3. 前記機械加工されたフランジが、第１の表面と第２の表面とを有し、該第１の表面と第２の表面とが互いに交差する、請求項１に記載の回転機器類のケーシングデザイン。
4. 前記フランジが、前記第１および第２のケーシング部の端部上に一体成形されている、請求項１に記載の回転機器類のケーシングデザイン。
5. 前記第１および第２のケーシング部が鋼製である、請求項１に記載の回転機器類のケーシングデザイン。
6. 回転機器類の分割ケーシング部を製造する方法であって、
   ａ．実質的に半円筒形のケーシング部を提供する工程；および
   ｂ．該実質的に半円筒形に形成されたケーシング部の一部を除去することによって、該半円筒形のシリンダー部の相反する位置にある端部上に、フランジを形成する工程；を含む方法。
7. さらに、前記フランジに複数の穿孔を形成する工程を含む、請求項６に記載の回転機器類の分割ケーシング部を製造する方法。
8. さらに、ケーシング部に複数のポート孔を形成する工程を含む、請求項６に記載の回転機器類の分割ケーシング部を製造する方法。
9. さらに、ポートを前記ポート孔と連結する工程を含む、請求項８に記載の回転機器類の分割ケーシング部を製造する方法。
10. 高圧の分割型の収納体であって、
    １枚のプレートから実質的に半円筒形のケースに成形された第１のケーシング部であって、２つの相反する位置にある端面、２つの相反する位置にある端部、および内表面を有し、該２つの相反する位置にある端部には、機械加工され、穿孔が形成されたフランジが備えられている、第１のケーシング部；
    １枚のプレートから実質的に半円筒形のケースに成形された第２のケーシング部であって、２つの相反する位置にある端面、２つの相反する位置にある端部、および内表面を有し、該２つの相反する位置にある端部には、機械加工され、穿孔が形成されたフランジが備えられており、それぞれの第１のケーシング部の相反する位置にある端面が、該第２のケーシング部の相反する位置にある端面とつき合わされて、実質的に円筒形の構造を形成し得、そしてポート孔を有する第２のケーシング部；
    該機械加工されたフランジの第２の表面に設けられた穿孔を貫通する複数の締付具；
    少なくとも一つの内部表面を有する端板であって、該第１のケーシング部と該第２のケーシング部に結合し、そして、該第１のケーシング部内部表面、該第２のケーシング部内部表面、および該少なくとも１つの端板の内部表面とで収納空間を形成する、端板；および
    該収納空間内に配置された回転機器；
    を備えた、収納体。
11. ポートが前記ポート孔に連結されている、請求項１０に記載の高圧の分割型の収納体。
12. 前記機械加工されたフランジが、前記第１のケーシング部の長さ方向に伸張し、そして、前記第２のケーシング部の長さ方向に伸張している、請求項１０に記載の高圧の分割型の収納体。
13. 前記フランジが前記第１および第２のケーシング部の端部上に一体成形されている、請求項１０に記載の高圧の分割型の収納体。
14. 前記収納空間が、前記ポートとの間で流体の伝達経路を形成している、請求項１１に記載の高圧の分割型の収納体。
15. 前記第１および第２のケーシング部が鋼製である、請求項１０に記載の高圧の分割型の収納体。
16. 前記回転機器がタービンである、請求項１０に記載の高圧の分割型の収納体。
17. 前記回転機器がコンプレッサーである、請求項１０に記載の高圧の分割型の収納体。

Images