JP6305019B2 - カップリングのボルト穴の位置合わせ用治具及びカップリングの締結方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン、蒸気タービン、ポンプ等の回転機器のカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具及びカップリングの締結方法に関する。

回転機器のカップリングにリーマボルトを挿入する際には、一般に、カップリングのボルト穴の半数にガイドピンを挿入してカップリング同士のボルト穴の位置を合わせた状態で、残りのボルト穴にリーマボルトを挿入していく。しかし、ボルト穴の径に対してガイドピンの外径には公差が付けられているため、公差に起因してカップリングの互いのボルト穴に微妙な位置ズレが生じる等してリーマボルトの挿入作業に時間を要していた。

それに対し、内周面にテーパをつけたカラー、及び外周面にテーパをつけたボルト等を組み合わせたカップリング用リーマボルトがある（特許文献１等参照）。このカップリング用リーマボルトは、カップリングの孔にカラー及びボルトをこの順番で挿入し、ボルトにナットを締め込むことによってスペーサを介してカラーを押し、カラーを楔として機能させてカップリング用リーマボルトと孔との芯を合わせる構成である。

実公昭５１−４８４８号公報

しかしながら、特許文献１のカップリング用リーマボルトは、テーパを付けたカラー等がボルトとともにリーマボルトを構成するものであって、一般的なリーマボルトとは異なる。また、カップリング間に作用するせん断応力がカラーの接触部以外では中のボルトの断面積にかかる構成となっており、大トルクが発生するカップリングの締結には不向きである。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、一般的なリーマボルトによるカップリングの締結作業の所要時間を短縮することができるカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具及びカップリングの締結方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、カップリングのフランジに設けた複数のボルト穴にリーマボルトを挿入する際に前記複数のボルト穴のうちの一部のボルト穴に挿入して前記ボルト穴の芯出しをし、残りのボルト穴にそれぞれリーマボルトが挿入されたら前記一部のボルト穴から抜き取って他のリーマボルトで置換されるボルト穴の位置合わせ用治具であって、前記ボルト穴に挿入されるものであって前記フランジの厚みの倍以上の長さを有し、全長に亘って設けたスリットを有し内周面がテーパ面になっている断面Ｃ字状の中空スリーブと、この中空スリーブに挿入され外周面が前記中空スリーブの内周面に対応したテーパ面になっている芯出しピンとを備えたカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具を提供する。

本発明によれば、一般的なリーマボルトによるカップリングの締結作業の所要時間を短縮することができる。

本発明の一実施の形態に係るカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具を構成する中空スリーブの側面図である。 本発明の一実施の形態に係るカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具を構成する中空スリーブの正面図である。 本発明の一実施の形態に係るカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具を構成する芯出しピンの側面図である。 カップリングのボルト穴の位置合わせ及びリーマボルトの締結の手順を説明する図であって、位置合わせ用治具設置前のカップリングのフランジ側から見た正面図である。 図４中のＶ−Ｖ線による断面図である。 カップリングのボルト穴の位置合わせ及びリーマボルトの締結の手順を説明する図であって、中空スリーブを挿入した状態のカップリングのフランジ側から見た正面図である。 図６中のVII−VII線による断面図である。 カップリングのボルト穴の位置合わせ及びリーマボルトの締結の手順を説明する図であって、中空スリーブ及び芯出しピンを挿入した状態のカップリングのフランジ側から見た正面図である。 図８中のIX−IX線による断面図である。 カップリングのボルト穴の位置合わせ及びリーマボルトの締結の手順を説明する図であって、リーマボルトを挿入した状態のカップリングのフランジの正面図である。 図１０中のXI−XI線による断面図である。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係るカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具を構成する中空スリーブの側面図、図２はその正面図、図３は芯出しピンの側面図、図４は適用対象となるカップリングの一例の正面図、図５は図４中のＶ−Ｖ線による断面図である。

本実施の形態に係る治具は、カップリングＡ，Ｂ同士のボルト穴Ｄ（図５等参照）の位置合わせ用の治具であり、中空スリーブ１１０及び芯出しピン１２０を備えている。

中空スリーブ１１０は、カップリングＡ，ＢのフランジＣに設けたボルト穴Ｄに挿入される文字通り中空の部材である。この中空スリーブ１１０には、スリット１１１が設けられている。スリット１１１は中空スリーブ１１０の周方向に１カ所だけ設けられていて、後述するつば１１２を含めて中空スリーブ１１０の軸方向（中空スリーブ１１０の中心軸Ｏの延在方向）に全長に亘って延在している。つまり、中空スリーブ１１０は、中心軸Ｏに直交する断面がＣ字状になっている。中空スリーブ１１０の軸方向の一方側（図１では左端側）には、カップリングＡ又はＢのフランジＣに接触するつば１１２が設けられている。つば１１２は、中心軸Ｏに直交する方向に延在していて、フランジＣに接触する接触面１１２ａ（中空スリーブ１１０の他端方向（図１中では右方向）を向いた面）は中心軸Ｏに直交する平滑な面である。

中空スリーブ１１０の本体部（つば１１２を除く部分）の外周面１１０ａはボルト穴Ｄの内周面に応じた形状をしていて、本実施の形態では円筒状に形成されている。他方、中空スリーブ１１０の内周面１１０ｂはテーパ面になっている。具体的には、中空スリーブ１１０の内周面１１０ｂは円錐形の外周面の一部をなす形状をしていて、中空スリーブ１１０は、中心軸Ｏに直交する断面で見ると常に外周面１１０ａと内周面１１０ｂが中心軸Ｏを中心とする同心円となる形状をしている。内周面１１０ｂのテーパは、つば１１２のついた一方側から他方側に向かって内径が狭まるように付けられている。中空スリーブ１１０のつば１１２を除いた本体部は、カップリングＡ，ＢのフランジＣの厚みの倍以上であることが好ましい。また、中空スリーブ１１０の外径はボルト穴Ｄと同程度であり、ボルト穴Ｄの内径より若干大きい場合も小さい場合もあり得る。

芯出しピン１２０は、中空スリーブ１１０に軸方向に挿入される棒状の部材である。十分な強度があれば中空の部材でも構わないが、本実施の形態における芯出しピン１２０は中実の部材であるとする。この芯出しピン１２０の外周面１２１は、中空スリーブ１１０の内周面１１０ｂに対応したテーパ面になっている。すなわち、芯出しピン１２０の外周面１２１のテーパ角は、中空スリーブ１１０の内周面１１０ｂのテーパ角に合わせてある。芯出しピン１２０の長さは中空スリーブ１１０に対して長く、中空スリーブ１１０に挿入して中空スリーブ１１０の内周面１１０ｂに外周面１２１が接触した状態で、つば１１２から設定以上の長さが突出する程度に確保されている。

次に、カップリングＡ，Ｂのボルト穴Ｄの位置合わせ及びリーマボルトＥ（図１０等参照）の取り付けの手順について図４−図１１を用いて説明する。

（１）カップリングのフランジの突合せ
カップリングＡ，Ｂのボルト穴Ｄの位置を合わせるにあたって、まず図４及び図５に示したようにカップリングＡ，Ｂのフランジ面を突き合わせ、ボルト穴Ｄの位置を概ね合わせる。

（２）中空スリーブの挿入
図６は中空スリーブを挿入した状態のカップリングのフランジ側から見た正面図、図７は図６中のVII−VII線による断面図である。

カップリングＡ，Ｂのボルト穴Ｄの位置を概ね合わせたら、図６及び図７に示したように、つば１１２の反対側から中空スリーブ１１０をボルト穴Ｄに挿入する。この段階では全てのボルト穴Ｄに中空スリーブ１１０に挿入するのではなく、フランジＣに設けられたボルト穴Ｄの一部（少なくとも２つ）であり、図６では周方向に１つ置き、つまり半数のボルト穴Ｄに中空スリーブ１１０を挿入する場合を例示している。つまり中空スリーブ１１０は複数本がフランジＣに挿入されることとなるが、基本的には各中空スリーブ１１０の挿入方向は同一であってつば１１２が同じ側にくるようにする。挿入方向が鉛直方向又は水平に対して傾斜した方向である場合には、つば１１２が上側に来るようにすることが望ましい。しかし、ボルト穴Ｄから中空スリーブ１１０が重力等の外力で抜け落ちない状況下にあっては、各中空スリーブ１１０の挿入方向が不統一であっても構わない。但し、つば１１２の接触面１１２ａがフランジＣに密着するまで、ボルト穴Ｄに中空スリーブ１１０を確り挿入しておく。

（３）芯出しピンの挿入
図８は中空スリーブ及び芯出しピンを挿入した状態のカップリングのフランジ側から見た正面図、図９は図８中のIX−IX線による断面図である。

カップリングＡ，Ｂのボルト穴Ｄに中空スリーブ１１０を挿入したら、図８及び図９に示したように、芯出しピン１２０を各中空スリーブ１１０に挿入する。言うまでもないが、芯出しピン１２０は、小径の端部から中空スリーブ１１０のつば１１２側に挿入する。中空スリーブ１１０に芯出しピン１２０を挿入することにより、芯出しピン１２０のテーパ面が楔の役割を果たし、中空スリーブ１１０のスリット１１１が周方向に押し広げられ（中空スリーブ１１０が径方向に広がり）、中空スリーブ１１０の外周面１１０ａがボルト穴Ｄの内周面に密着する。

（４）リーマボルトの締結
図１０はリーマボルトを挿入した状態のカップリングのフランジ側から見た正面図、図１１は図１０中のXI−XI線による断面図である。

カップリングＡ，Ｂのボルト穴Ｄに設置した中空スリーブ１１０に芯出しピン１２０を挿入したら、図１０及び図１１に示したように、カップリングＡ，Ｂの残りのボルト穴Ｄに適宜ハンマー等を用いてリーマボルトＥを挿入し、必要に応じてリーマボルトＥにナットＦを締め込む。これらリーマボルトＥを挿入したら、適宜ハンマー等を用いて芯出し治具（中空スリーブ１１０及び芯出しピン１２０）をボルト穴Ｄから抜き取り、同じ要領で残りのボルト穴ＤにリーマボルトＥを挿入し、ナットＦを締め込む。

本実施の形態により得られる効果を以下に説明する。

（１）作業時間の短縮
本実施の形態によれば、前述したようにスリット１１１を有する中空スリーブ１１０に芯出しピン１２０を挿入することによって中空スリーブ１１０と芯出しピン１２０のテーパ面の摺動で中空スリーブ１００が径方向に押し広げられ、ボルト穴Ｄの内周面に中空スリーブ１１０の外周面１１０ａが密着することにより、正確なボルト穴Ｄの芯出しをすることができる。従って、残りのボルト穴Ｄに対して一般的なリーマボルトＥを効率的に挿し込むことができ、リーマボルトを用いたカップリングＡ，Ｂの締結作業の所要時間を短縮することができる。

（２）締結強度の向上
通常のリーマボルトＥを用いてカップリングＡ，Ｂを締結するので、特許文献１に記載されているような特殊なリーマボルトを用いる場合に比べ、カップリングＡ，Ｂに作用するせん断応力をボルト穴Ｄの径に実質等しい断面で受けることができるので、大トルクが発生するカップリングの締結にも好適に適用することができる。

（３）位置合わせ精度の更なる向上
それに対し、本実施の形態によれば、中空スリーブ１１０につば１１２が付いているため、ボルト穴Ｄに挿入した中空スリーブ１１０のつば１１２がフランジＣに接触した状態にすることによって、ボルト穴Ｄの中心軸に中空スリーブ１１０の中心軸Ｏを正確に合わせることができる。

つば１１２を省略した場合、ボルト穴Ｄに挿入された中空スリーブ１１０とボルト穴Ｄの互いの軸が合っているか分からず、軸が合っていない状態で芯出しピン１２０を押し込むと、その時の当たりやなじみ等によっては軸が合っていない状態のままボルト穴Ｄに対して中空スリーブ１１０が固定されてしまい、リーマボルトＥの厳格な公差を満足する位置合わせ精度が確保できない可能性がある。

（４）その他
特許文献１に記載されたリーマボルトでは、ボルトとともにカラーがリーマボルトを構成するところ、カラーには軸方向位置の位置決め用の特別な構成は備わっていない。そのため、ボルト穴の内部におけるカラーの位置にはバラつきが生じる。カラーの位置にバラつきがあると、突き合わせたカップリング間でカラーの重量配分がボルト穴毎に異なってしまい、アライメントが変化する可能性がある。それに対し、本実施の形態においては一般的なリーマボルトＥを用いてカップリングＡ，Ｂを締結することができるので、そのような問題も生じない。

また、中空スリーブ１１０にスリット１１１やテーパを設けたことによって芯出しピン１２０をプラハンマー等で容易に押し込むことができることもメリットである。また、中空スリーブ１１０と芯出しピン１２０に固着（軽度のかじり）が発生したとしても、プラハンマー等でたたき出しすることで芯出しピン１２０を容易に取り出すことができる。

１１０ 中空スリーブ
１１０ａ 中空スリーブの外周面
１１０ｂ 中空スリーブの内周面
１１１ スリット
１１２ つば
１１２ａ 接触面
１２０ 芯出しピン
１２１ 芯出しピンの外周面
Ａ，Ｂ カップリング
Ｃ フランジ
Ｄ ボルト穴
Ｅ リーマボルト
Ｆ ナット
Ｏ 中心軸

Claims (3)

1. カップリングのフランジに設けた複数のボルト穴にリーマボルトを挿入する際に前記複数のボルト穴のうちの一部のボルト穴に挿入して前記ボルト穴の芯出しをし、残りのボルト穴にそれぞれリーマボルトが挿入されたら前記一部のボルト穴から抜き取って他のリーマボルトで置換されるボルト穴の位置合わせ用治具であって、
   前記ボルト穴に挿入されるものであって前記フランジの厚みの倍以上の長さを有し、全長に亘って設けたスリットを有し内周面がテーパ面になっている断面Ｃ字状の中空スリーブと、
   この中空スリーブに挿入され外周面が前記中空スリーブの内周面に対応したテーパ面になっている芯出しピンと
   を備えたことを特徴とするカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具。
2. 請求項１のカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具において、
   前記中空スリーブは、軸方向の一方側に前記カップリングのフランジに接触し当該中空スリーブの中心軸に直交するつばを有することを特徴とするカップリングのボルト穴の位置合わせ用治具。
3. カップリングのフランジに設けた複数のボルト穴にリーマボルトを挿入する際に、前記フランジの厚みの倍以上の長さを有すると共に全長に亘って設けたスリットを有し内周面がテーパ面になっている断面Ｃ字状の中空スリーブを、前記複数のボルト穴のうちの一部のボルト穴に挿入し、
   外周面が前記中空スリーブの内周面に対応したテーパ面になっている芯出しピンを前記中空スリーブに挿入して前記カップリングのボルト穴の位置を合わせ、
   前記カップリングの残りのボルト穴にリーマボルトを挿入し、
   前記一部のボルト穴から前記中空スリーブ及び前記芯出しピンを抜き取り、前記一部のボルト穴にリーマボルトを挿入する
   ことを特徴とするカップリングの締結方法。

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