JP4937408B2 - 複数の回転円板から構成された流体機械におけるロータを組立および分解するための組立装置 - Google Patents

Description

本発明は、基礎上に固定された方向転換台と、この方向転換台に回動可能に支持され基礎の水平面に対して垂直に立てられたロータを転倒防止するための保持装置とを有する、少なくとも１本のタイロッドによって相互に締付け結合された複数の回転円板で構成された流体機械におけるロータを組立および分解するための組立装置に関する。

ガスタービン並びにその構造的構成は一般に知られている。そのガスタービンのロータは種々の様式で構成され組み立てられる。或る形態のロータは、順々に相互に接して連続する複数の構成要素から成り、各構成要素はその中央を貫通して延びるタイロッドを介して相互に締付け結合されている。それらの構成要素は、一方では、回転円板であり、他方では、その回転円板に接する管部材いわゆる中空軸である。回転円板および中空軸の締付け結合はタイロッドの先端部にねじ込まれたナットによって行われ、通常、タイロッドの圧縮機側端部に設けられたナットは中空軸として形成されている。平らな端部面で相互に接する回転円板は一般にその外周にタービン動翼ないし圧縮機動翼が設けられている。１本の中央タイロッドの代わりに、分散された複数のタイロッドを利用することも知られている。

かかる多部品構造のロータを組立および分解するために、主に２つの軸受台を有する組立工具が知られている。その両軸受台は互いに間隔を隔てて設置され、それらの上にロータが置かれる。両軸受台の一方の軸受台（いわゆる方向転換台）にその脚と支持面との間にヒンジ継手が装備され、そのヒンジ継手にロータの一端部が固定される。即ち、ロータは例えばその圧縮機側端部が方向転換台のヒンジ継手に直接固定されるように置かれる。他方の軸受台はロータのタービン側端部を支える。方向転換台に固定されたヒンジ継手は、ロータを水平位置からそれに対して垂直な位置に置き換えるために用いられる。そのために、ロータのタービン側端部においてタイロッドに連結ナットがねじ込まれる。その連結ナットにシャックルによってクレーンのロープが取り付けられる。クレーンがロータのタービン側端部を持ち上げるとき、ロータの圧縮機側端部はヒンジ継手の回転点を中心として回転する。ロータがほぼ鉛直位置に到達したとき、その持上げ過程が終了される。そしてロータは方向転換台にも設けられた保持装置によって転倒を防止される。一般にその保持装置は止めピンを有し、この止めピンは方向転換台にヒンジ継手の上側に設けられ、ロータの垂直位置からの戻り運動を阻止する。続いて連結ナットが外され、次いで鉛直に立てられたロータ（あるいはタイロッド）について本来の作業が実施される。

ロータを組み立てるために、まずタイロッドが鉛直に立てられ、続いて個々の回転円板がクレーンによって上から順々にタイロッドにはめ込まれる。最後にタービン側ロータナットがねじ込まれる。完全に組み立てられたロータを分解する際、ロータを鉛直に立てた後、ロータのタービン側端部に配置されたロータナットが外され、次いで個々の回転円板がクレーンによってタイロッドから取り外される。そしてロータにはほぼタイロッドしか存在しなくなる。

方向転換台を備えた類似の直立化装置は特許文献１で知られている。方向転換台の下側中央において基礎に第１ストッパが固定されている。上述した装置と異なって、ロータの一端部が方向転換台に取り付けられず、ロータ先端部から離れたロータ点が取り付けられる。その長いロータ部位を持ち上げた際、短いロータ部位が基礎に向けて回動する。ロータを鉛直に立てた際、短いロータ部位に配置された継手フランジが第１ストッパに当たり、その後、フランジの反対側面に第２ストッパがぴったり合わされ、ロータの転倒防止のためにねじ装置を介して第１ストッパに固く結合される。

独国特許出願公開第２４２６２３１号明細書

本発明の課題は、鉛直に立てられたロータの耐震支持が得られる、複数の回転円板で構成された流体機械におけるロータを組立および分解するための新しい組立装置を提供することにある。

この課題は請求項１に記載の特徴を有する組立装置によって解決される。

本発明は、方向転換台と転倒防止用の保持装置が互いに別個に基礎に固定されることによって、耐震性組立装置が得られるという考えから出発している。従来において、保持装置は方向転換台に設けられていたか、方向転換点の比較的近くに設けられていた。かかる配置のために、鉛直に立てられたロータの比較的弱い保持しかできず、この保持方式は、小さな地震が比較的頻繁に生ずる地域（例えばカリフォルニアやニュージーランド）において、組立あるいは分解のために鉛直に立てられたロータの確実な支持を保証できなかった。この要求のために本発明に基づいて、保持装置を支持する複数の支柱の利用が計画され、それらの支柱は基礎に固定され、方向転換台が設置される基礎面を囲い込んでいる。保持装置はいわば支柱で形成された架台を介して支えられている。本発明に基づく方向転換台は、鉛直に立てられたロータの重力しか受けず、その重力を基礎に伝える。従って、従来技術におけるような方向転換台固定装置のトルク負荷は回避される。その結果、方向転換台は非常に単純に形成できる。ロータにより保持装置に横に作用する力は、方向転換台の周囲に固定された支柱を介して方向転換台から離れて基礎に伝えられる。

さらに、基礎上に投影されたロータ支持点とヒンジ継手の回転軸線を中心としたロータの転倒を阻止する同様に投影されたロータ横側支持点との距離は、好適に４本の支柱の利用によって著しく増大されている。換言すれば、方向転換台におけるロータの中央固定点とその横側支持点との間の基礎の垂直高さ方向における距離が著しく増大され、これによって、保持装置で受け支柱に導く横方向支持力は非常に小さくすることができる。

また、中央に配置された方向転換台の構造および方向転換台を基礎において点状に取り囲む複数の支柱によって、軽量構造の組立装置が可能となる。

方向転換台におけるロータの支持と保持装置によるロータの転倒防止用保持との分離によって、例えば比較的弱い地震時に生ずるロータから出る大きな横方向の力とトルクは、保持装置で受けられ、基礎に伝えられ、その場合、鉛直に立てられたロータが転倒する恐れ、あるいは実際に転倒することはない。横方向に支持するための力の受入れは、（基礎面に関して）ロータの重力がかかっている方向転換台のヒンジ継手の回転軸線の高さ位置より非常に高い位置で行われる。

従って、本発明によって、複数の回転円板で構成された流体機械におけるロータを組立および分解するための特に安全且つ確実な組立装置が得られる。

その保持装置はロータが当接する支え面を有している。好適には、その支え面は僅かに変位できる。特にロータを鉛直に立てようとするとき、垂線に対して垂直にロータから保持装置に作用する力は非常に小さく、これによって、保持装置はそれに合わせて設計できる。また、鉛直に立てられたロータはタイロッドへの回転円板の特に簡単なはめ込みないし取外しを可能とする。ロータが当たる支え面が水平面に対してほぼ平行に変位できる限りにおいて、既にほぼ鉛直に立てられたロータは、バランス力だけを保持装置およびその架台で受ければ済むように鉛直に立てることができる。この場合、ロータの全重力は方向転換台で受けられ、基礎に伝えられる。

有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

目的に適った実施態様において、保持装置は基礎上に矩形の形で配置された４本の支柱を介して基礎の上側に配置されている。

保持装置が水平面に対して垂直に立てられたロータを横側で支持する少なくとも１つの支え面を有し、方向転換台のヒンジ継手とその上に配置された支え面との垂直距離が２〜３ｍであるとき、保持装置は比較的小さな力しか受ける必要がない。

保持装置の有利な実施態様において、保持装置は基礎の上側に複数の支柱および斜交いに支えられた台座あるいは作業台を有している。その台座は例えばロータを鉛直に立てる作業員の作業台として使われる。特に、支え面が台座の高さ例えばその床に設けられていることが有利である。水平に変位できる要素に設けられた１つあるいは複数の支え面は、台座にねじ装置あるいは液圧ピストンシリンダ装置を介して結合される。

他の有利な実施態様において、方向転換台はそれがロータの重力を基礎に円形面で伝えるように形成されている。これによって、基礎における点状の場合によって許容できない大きな重量負荷が十分に防止される。むしろ、方向転換台にかかるロータの重力荷重が、方向転換台の円形状結合面と基礎とで分担される。

以下図を参照して本発明を詳細に説明する。図は実寸通りではなく概略的に示されている。なお各図において同一部分には同一符号が付されている。

水平面に対して平行に（水平に）は配置されたロータを組立分解するための組立装置の側面図。 ロータが鉛直に立てられた図１の組立装置の側面図。 収容部が開かれた保持装置の平面図。 ロータが挿入された保持装置の平面図。

定置形の大形ガスタービンにおける両側の軸受台１１に支持されたロータ１３が図１に示されている。そのロータ１３は複数のタービン円板１７と圧縮機インペラ円板１９の中央を貫通して延びるタイロッド１５を有している。図示された実施例において、ロータ１３の圧縮機側端部は左側に示されている。タービン円板１７と圧縮機インペラ円板１９は回転円板２１であり、その外周端部にガスタービンの圧縮性流れ媒体に曝される動翼を備えている。

回転円板２１を締付け結合するために、ロータ１３の圧縮機側端部３３に前方中空軸２２がタイロッド１５にねじ結合されている。ロータ１３のタービン側端部にナット２４が設けられている。

ガスタービンのモジュール形ロータ１３をその個々の部品に分解するために、両側軸受台１１のほかに、圧縮機側に組立装置２３が配置されている。この組立装置２３は基礎２９上に固定された方向転換台２７を有している。この方向転換台２７は両軸受台１１に一直線に並べて設置され、その上端部にヒンジ継手３１を有し、このヒンジ継手３１にロータ１３の圧縮機側端部３３が結合される。その場合、ロータ１３は水平面４７に対して平行なヒンジ継手３１の回転軸線を中心として回転できる。またヒンジ継手３１は垂直軸線３５を中心として回転できる回転板３７に対する転がり軸受支持された受け部を有している。さらに垂直軸線３５上にロータ支持点が位置している。

ロータ１３のタービン側端部３９に連結ナット４１が取り付けられ、この連結ナット４１にシャックルによってクレーンのロープが取り付けられる。

組立装置２３はさらに架台４３として形成された保持装置４５を有し、この保持装置４５は基礎２９に方向転換台２７とは別個に固定されている。

架台４３は４本の垂直支柱６４に支持された台座４９あるいは作業台を有している。架台４３を補強するために架台４３の各側縁にさらに、支柱６４に交差して延びる斜交い６５が設けられ、それらの斜交い６５は支柱６４の基礎側端部と台座４９とを補助的に結合している。

ロータ１３が架台４３および保持装置４５に向けて回動できるようにするために、台座４９の一部およびその下側に配置された斜交い６５がロータ１３の回動範囲から遠ざけられる。そのために台座４９および保持装置４５は開放可能な収容部を有している（図３参照）。

ロータ１３のタービン側端部３９をクレーンで持ち上げることによって、ロータ１３は両軸受台１１から持ち上げられ、その際、ロータ１３の圧縮機側端部がヒンジ継手３１の回転軸線を中心として回動される。その場合、収容部が開かれ、ロータ１３がその水平位置（図１参照）から垂直位置（図２参照）に方向転換され、その後、ロータ１３が保持装置４５によって転倒防止される。そのために収容部が閉じられる。そしてロータ１３は図２に示された位置に置かれる。

その場合、定置形ガスタービンにおける非常に重いロータ１３の全重力が方向転換台２７にかかり、これに対して、架台４３はロータ１３の転倒を比較的小さな力で防止できる。その力は、ロータ１３が鉛直に立てられ、ロータ１３の対称軸線４６が回転板３７の軸線３５と一致されている場合には、最小の力でよい。

台座４９の高さにおけるロータ１３の横側支持点とヒンジ継手３１との距離が比較的大きいことにより、ロータ１３の特に確実で且つ耐震性のある横側支持が与えられる。ここで耐震性とは、比較的弱い地震時に約１／２ｇ（１ｇ＝単純重力加速度）の比較的僅かな強さでロータ１３に生ずる加速力が保持装置４５で受けられ、台座４９と斜交い６５を介して基礎２９に導かれることを意味する。

図３と図４に保持装置４５の台座４９が平面図で示され、その場合、図３はロータ１３を入れるために収容部が開かれた台座４９を示し、図４は収容部が閉じられた台座４９を示している。図４は図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図に相当し、タイロッド１５および前方中空軸２２が中央に位置している。保持装置４５の台座４９の中央に開口５１が設けられ、この開口５１に中空軸２２の軸方向部分部位がはめ込まれる。その開口５１はセグメント分割されたリング５３で包囲され、その第１セグメント５５は約２７０°の円弧角を有し、第２セグメント５７は約９０°の円弧角を有している。第２セグメント５７は第１セグメント５５に対して回転軸線５９を中心として回動でき、これはリング５３の単純且つ迅速な開閉に用いられる（図４参照）。その両セグメント５５、５７はそれぞれ内側に向けられた支え面６１を有し、これらの支え面６１はロータ１３ないしタイロッド１５の外周面の部分部位に当接される。

リング５３は水平面４７に対して平行な面に、即ち、基礎２９に対して平行な面に位置し、リング５３を支持する補助装置によって、その平面内でロータ１３を鉛直に立てるために変位可能である。その補助装置は例えば台座４９に取り付けられた複数のねじ装置６３を有している。各ねじ装置６３はそれぞれ水平面４７に対して平行な平面に位置するボルト軸線６７を有している。リング５３が閉じられている場合、それらのねじ装置６３は放射状に延び、これによって、それらのボルト軸線６７は仮想中心６６で交差する。リング５３自体を横側支持し、その際にロータ１３（あるいはタイロッド１５）をリング５３により方向転換台２７に対してほぼ鉛直方向から正確に鉛直直立するために、ねじ装置６３の代わりに液圧ピストンシリンダ装置も利用できる。

リング５３はねじ装置や液圧ピストンシリンダ装置に代わって入れ子式二重偏心輪で支持することもでき、これによって、開口５１は方向転換台２７の軸線３５に対して任意に方向付けることができる。

またリング５３は全体としてオプションに過ぎない。例えばロータ１３の横側支持をねじ装置６３で直接行うか、液圧ピストンシリンダ装置のピストンロッドで直接行うこともできる。その場合、支え面６１はねじ装置６３の内側に突出した自由端部６９あるいは液圧ピストンシリンダ装置のピストンロッドの内側に突出した自由端部に配置され、この支え面６１がロータ１３の外周面に直に当接する。

ロータ１３のタービン側端部３９を持ち上げた際にロータ１３が開口１５の中に回動して入れられるようにするために、リング５３と台座４９は予め開けておく必要がある。このために、リング５３の第２セグメント５７が回転軸線５９を中心として矢印６０に応じて閉鎖位置から（図示された）開放位置に回動される。同じようにして、図３の下部に示された斜交いおよび作業台の手すり７０が、全体として収容部が開かれるように、台座４９から矢印６２に応じて遠ざけられる。

図４はリング５３がほぼ完全に閉じられた保持装置４５を平面図で示している。そのリング５３は中空軸２２を包囲し、これによって、支え面６１が中空軸２２の外周面に当接している。リング５３は基礎２９に対して平行な平面内で個々のねじ装置６３を介して変位でき、これによって、ロータ１３を鉛直に立てるために、リング５３の中心従ってタイロッド１５の中心が方向転換台２７に対して、従って、ロータ中央支持点に対して僅かに変位できる。

全体として方向転換台と保持装置が構造的に分離されていることによって、保持装置が方向転換台に直接設けられている場合よりも、保持装置はロータからより大きな力およびトルクを受け基礎に伝達することができる。そのより大きな力は例えば比較的弱い地震の際に生じ、これによって、いまや本発明に基づく装置は或る範囲における耐震要件を満足する。また、架台は作業台としても使うことができ、これによって、ロータを鉛直に立てることが作業員により非常に簡単に実施できる。

１３ ロータ
１５ タイロッド
２１ 回転円板
２３ 組立装置
２７ 方向転換台
２９ 基礎
４５ 保持装置
４７ 水平面
６１ 支え面
６４ 支柱

Claims (5)

1. 基礎（２９）上に固定された方向転換台（２７）と、該方向転換台（２７）に回動可能に支持され基礎（２９）の水平面（４７）に対して垂直に立てられたロータ（１３）を転倒防止するための保持装置（４５）とを有し、保持装置（４５）が方向転換台（２７）とは別個に基礎（２９）に固定される、少なくとも１本のタイロッド（１５）によって相互に締付け結合された複数の回転円板（２１）で構成された流体機械におけるロータ（１３）を組立および分解するための組立装置（２３）であって、
   保持装置（４５）が複数の支柱（６４）によって基礎（２９）に固定され、方向転換台（２７）がそれらの支柱で囲い込まれた基礎面の内部に配置され、前記複数の支柱（６４）が台座（４９）を支持しており、前記台座（４９）が作業員の作業台として形成されていることを特徴とする流体機械におけるロータ（１３）を組立および分解するための組立装置。
2. 保持装置（４５）が基礎（２９）上に矩形の形で配置された４本の支柱（６４）を介して基礎（２９）の上側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の組立装置。
3. 保持装置（４５）が水平面（４７）に対して垂直に立てられたロータ（１３）を横側で支持する少なくとも１つの支え面（６１）を有し、方向転換台（２７）のヒンジ継手（３１）とその上に配置された支え面（６１）との垂直距離が２〜３ｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の組立装置。
4. 支え面（６１）が台座（４９）の高さに設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の組立装置。
5. 方向転換台（２７）がロータ（１３）の重力を基礎（２９）に円形面で伝えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の組立装置。

Images