WO2008010326A1 - Dispositif de couplage hydraulique détachable - Google Patents

Description

明 細 書

油圧着脱式カップリング

技術分野

[0001] 本発明は、発電機，蒸気及びガスタービン，圧縮機等の回転機械のロータに用い る好適な油圧着脱式カップリングに関する。

背景技術

[0002] 一般に、発電機，蒸気及びガスタービン，圧縮機等のロータ間同士は、ロータカツ プリングにより同軸に連結されて!、る（特許文献 1参照)。

[0003] そして、蒸気及びガスタービンにおいては、図 15に示すように、ロータ 100の車室 を貫通する部分にメカ-カルシールと称するガスシール 101を装備している場合があ る。これは 360° 全円（エンドレス）の部品をロータ 100の軸端力も嵌め込むようにな つている。また、このガスシール 101は保守点検のために定期的に着脱することを要 する。

[0004] そこで、上記ガスシール 101の着脱を可能にするため、ロータ 100の軸端に装備さ れるロータカップリング 102Aも容易に取外しと再組立が可能な設計となって 、る。例 えば、図示例では、ロータカップリング 102Aのカップリングスリーブ 102aを、油圧（図 中油圧通路 103参照）をかけて拡径しその後油圧を抜くことで、ロータ 100の軸端に 締り嵌め（油圧嵌め）している。一方、この状態力も再度油圧をかけてカップリングスリ ーブ 102aを拡径することで、ロータカップリング 102Aはロータ 100の軸端から取り外 すことが可能となる。

[0005] また、図 16に示すように、ロータ 100の軸端外周に切られたインボリユートのスプラ イン歯部 104aとロータカップリング 102Bのカップリングスリーブ 102bの内周に切ら れたインボリユートのスプライン溝部 104bとをスプライン係合させて押えナット 105で 抜け止めを行うものもある。

[0006] 特許文献 1 :特開 2003— 65006号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題 [0007] しかしながら、図 15に示すようなロータカップリング 102Aにあっては、締り嵌めによ る摩擦力で、発電機を駆動する軸系において、定格トルクを安定して伝達することが できるが、発電機の電気回路の特殊な事故である短絡事故或いは非同期投入で起 こる異常トルク（通常定格トルクの 5〜10倍）には耐えられないという問題点があった。 即ち、異常トルクの発生時には、ロータ 100の軸端外周面とカップリングスリーブ 102 aの内周面との圧着面に滑りが発生し、これにより過大振動や破損を招来するのであ る。

[0008] また、図 16に示すようなロータカップリング 102Bにあっては、スプライン係合により 異常トルクには耐えられ、着脱も容易であるが、例えば大型の蒸気及びガスタービン や圧縮機のように、ロータ 100の全長が著しく長い軸 (例えば 7mを超える）である場 合、軸端にスプライン歯部 104aやスプライン溝部 104bのようなスプライン加工 (歯切 機械による）を施すことは設備的に困難であるという問題点があった。

[0009] 本発明は、前述した状況に鑑みてなされたもので、定格トルクは振動に対して安定 に伝達できる一方で、異常トルクにも十分耐えることができる油圧着脱式カップリング を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] 斯かる目的を達成するための本発明に係る油圧着脱式カップリングは、回転機械 の回転軸に着脱可能に取り付けられる油圧着脱式カップリングにおいて、前記回転 軸の軸端部に嵌合するカップリングスリーブに、前記軸端部の外周面に油圧により締 り嵌めされる締り嵌め部と、前記軸端部の外周面に周方向の複数箇所に亙って嚙み 合う嚙み合い部と、を隣接して備えてなることを特徴とする。

[0011] また、前記締り嵌め部は、前記軸端部の先細りのテーパー軸部に対応したテーパ 一孔部であることを特徴とする。

[0012] また、前記嚙み合い部は、前記軸端部のストレート軸部に形成した歯と嚙み合う歯 が形成されたストレート孔部であることを特徴とする。

[0013] また、前記嚙み合い部の歯は、隙間無く高精度に嚙み合う一歯を除いて、その他 の歯の両側にテーパースぺーサを介して前記軸端部の複数の歯に嚙み合うことを特 徴とする。 [0014] また、前記嚙み合い部は、前記軸端部のストレート軸部に形成した複数のキー溝に 対応するキー溝が形成されたストレート孔部であることを特徴とする。

[0015] また、前記互いに対応するキー溝の一つは角形キーが挿入される矩形断面溝であ り、互いに対応するその他のキー溝は丸形テーパーキーが挿入される半円形断面の テーパー溝であることを特徴とする。

[0016] また、前記カップリングスリーブは、前記軸端部に固着される抜け止め手段で前記 回転軸に対し抜け止めされることを特徴とする。

発明の効果

[0017] 本発明の構成によれば、油圧による締り嵌め部により良好な軸振動特性を保持し つつ定格トルクを安定して伝達することができる一方、嚙み合い部により異常トルクに も充分対応することができる。この結果、低振動で耐久性の高い油圧着脱式カツプリ ングを実現することができる。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]本発明の実施例 1を示すロータ及びカップリングの側面図である。

[図 2]図 1におけるカップリング部の拡大断面図である。

[図 3]図 2の A— A線断面図である。

[図 4]図 3の B— B線断面図である。

[図 5]本発明の実施例 2を示すカップリング部の断面図である。

[図 6]図 5の C C線断面図である。

[図 7]図 6の D— D線断面図である。

[図 8]本発明の実施例 3を示すカップリング部の断面図である。

[図 9]図 8の E—E線断面図である。

[図 10]本発明の実施例 4を示すカップリング部の断面図である。

[図 11]図 10の G矢視図である。

[図 12]図 11の H— H線断面図である。

[図 13]図 12の I I線断面図である。

[図 14]図 13の J J線断面図である。

[図 15]従来例のロータ及びカップリングの側面図である。 [図 16]従来例の別のカップリングの断面図である 符号の説明

1 ロータ

2 車室貫通軸

2a テーパー軸部

2b ストレート軸部

3 ガスシール

4 ロータカップリング

4a カップリングフランジ

4b カップリングスリーブ

4b— a テーパー孔部

4b— b ストレート孔部

5 ロータ

6 スぺーサ

7 ボルト

8 スパイラル溝

9a, 9b 油圧通路

10a, 10b Oリング

11 残油ブロー用孔

12, 12A, 12B 歯

13， 13A, 13B 歯

14 テーパースぺーサ

15 押え板

16 締付ボルト

17 スぺーサ押えねじ

18 押えナット

19 廻り止め座金

20 ボノレト 21 皿ばね

22 ライナー

23 角形キー

24 丸形テーパーキー

25, 26 矩形断面溝

28a, 28b 半円形断面のテーパー溝

29 キー押えねじ

30 ねじ穴

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、本発明に係る油圧着脱式カップリングを実施例により図面を用いて詳細に説 明する。

実施例 1

[0021] 図 1は本発明の実施例 1を示すロータ及びカップリングの断面図、図 2は図 1におけ るカップリング部の拡大断面図、図 3は図 2の A— A線断面図、図 4は図 3の B— B線 断面図である。

[0022] 図 1に示すように、ロータ（回転軸） 1の左，右両部の車室貫通軸 2にはメカ-カルシ ールと称する 360° 全円（エンドレス）のガスシール 3が着脱 (抜挿)可能に装備され る。

[0023] そして、一方の車室貫通軸 2の軸端にはロータカップリング 4が取り付けられ、この口 ータカップリング 4のカップリングフランジ 4aを介してロータ 5 (図 2参照）の一端がスぺ ーサ 6 (これは特に必要はない）を介して同軸にボルト 7で連結される。尚、ロータカツ プリング 4は車室貫通軸 2の両方 (即ち、ロータ 1の両端部）に設ける場合もある。

[0024] 前記ロータカップリング 4は油圧着脱式カップリングで構成される。即ち、図 2に示す ように、車室貫通軸 2の軸端は車室貫通軸 2より若干小径で先細りのテーパー軸部 2 aとこのテーパー軸部 2aの先端に連接されたストレート軸部 2bとで形成され、前記テ 一パー軸部 2aの外周面にロータカップリング 4のカップリングスリーブ 4bの内周面に 前記テーパー軸部 2aに対応して形成されたテーパー孔部 (締り嵌め部) 4b— aが油 圧による締り嵌めで着脱可能に取り付けられているのである。 [0025] 詳細には、テーパー軸部 2aの外周面にはスパイラル溝 8が形成され、このスパイラ ル溝 8へ油圧通路 9a, 9bを介してストレート軸部 2bの端面側から、ロータカップリン グ 4の着脱時に圧油が供給されるようになっている。図 2中 10a, 10bはスパイラル溝 8の両側に位置してテーパー軸部 2aの外周面とテーパー孔部 4b— aの周面にそれ ぞれ設けられた Oリングで、 11はロータカップリング 4の着脱後に圧油を回収するた めにカップリングスリーブ 4bに形成した残油ブロー用孔である。

[0026] そして、本実施例では、ストレート軸部 2bとこれに対応して形成されたカップリング スリーブ 4bのストレート孔部（嚙み合い部） 4b— bと力 それぞれに形成した歯 12, 1 3の嚙み合 、構造となって 、る。

[0027] 図 3及び図 4に示すように、ストレート軸部 2b側に形成した歯 12は扇形断面に形成 されると共に、ストレート孔部 4b— b側に形成した歯 13は矩形断面に形成されている 。そして、各々の嚙み合い部には、ロータカップリング 4の装着時における位相合わ せのために隙間無く高精度に嚙み合う一箇所を除いて、その歯の両側に位置してテ 一パー角が摩擦角前後のテーパースぺーサ 14が介装される。そのために、ストレー ト軸部 2b側に形成した歯 12の両側面はテーパースぺーサ 14に対応したテーパー 面に形成される。

[0028] 尚、図 2中 15はロータカップリング 4の装着後、該ロータカップリング 4の抜け止めを 図るために車室貫通軸 2のストレート軸部 2bの端面に締付ボルト 16で固着される環 状の押え板 (抜け止め手段)で、 17はテーパースぺーサ 14を押し込むために押え板 15にねじ込まれるスぺーサ押えねじである。

[0029] このように構成されるため、車室貫通軸 2のテーパー軸部 2a及びストレート軸部 2b にロータカップリング 4のカップリングスリーブ 4bの大半部が緩く嵌合した状態で、テ 一パー軸部 2aのスパイラル溝 8に油圧通路 9a, 9bを介して図示しない油圧供給源 から圧油を供給すると、油圧によりカップリングスリーブ 4b (テーパー孔部 4b— a)が 拡径する。

[0030] この状態下で、ロータカップリング 4を適宜の手段で押し込むと、カップリングスリー ブ 4b (テーパー孔部 4b— a)がテーパー軸部 2aに深く（最大限まで)嵌合し、この後 圧油の供給を停止すると同時に油圧通路 9a, 9bをドレーン側に切り換えて圧油を排 出すると、テーパー軸部 2aにカップリングスリーブ 4b (テーパー孔部 4b— a)が締り嵌 めされる。この圧油の排出時に、残油ブロー用孔 11から加圧エアーが吹き込まれて 残油が排出される。

[0031] また、この際、車室貫通軸 2のストレート軸部 2bとカップリングスリーブ 4bのストレー ト孔部 4b— bとにおいては、互いの歯 12, 13力 各々の間にテーパースぺーサ 14を 介在させて周方向に嚙み合っている。この嚙み合いにあたっては、一箇所の隙間無 く高精度に嚙み合う嚙み合 、部 Fにお 、て位相合わせが行われる。

[0032] そして、上記ロータカップリング 4が締り嵌めされた後、当該ロータカップリング 4に対 し抜け止め方向に係合する押え板 15を車室貫通軸 2のストレート軸部 2bの端面にボ ルト 16で締め付けることで、上記ロータカップリング 4の締り嵌め状態が保持される。 また、テーパースぺーサ 14は押え板 15にねじ込まれるスぺーサ押えねじ 16で深く 押し込まれる。この後、ロータカップリング 4のカップリングフランジ 4aにスぺーサ 6を 介してロータ 5の一端がボルト 7で連結される。

[0033] 一方、上記押え板 15をスぺーサ押えねじ 16と共に取り外した状態で、再度テーパ 一軸部 2aのスノィラル溝 8に油圧通路 9a, 9bを介して図示しない油圧供給源から圧 油を供給すると、油圧によりカップリングスリーブ 4b (テーパー孔部 4b— a)が拡径し、 カップリングスリーブ 4b (テーパー孔部 4b— a)の締り嵌め状態が解除される。

[0034] この後、油圧を供給するだけで、ロータカップリング 4を引っ張るなどすることで、当 該ロータカップリング 4はテーパースぺーサ 14と共に車室貫通軸 2から容易に離脱さ れ、車室貫通軸 2からガスシール 3を交換'保守のために離脱可能となる。

[0035] そして、本実施例では、ロータ 1の回転下にあって、ロータカップリング 4は、定格（ 通常）トルクに対しては車室貫通軸 2のテーパー軸部 2aとカップリングスリーブ 4b (テ ーパ一孔部 4b— a)との油圧による締り嵌め部の摩擦トルクで対応し、発電機短絡時 等の異常トルクに対しては車室貫通軸 2のストレート軸部 2bとカップリングスリーブ 4b のストレート孔部 4b— bとにおける互いの歯 12, 13の嚙み合い部で対応するようにな つている。

[0036] 従って、ロータカップリング 4は、油圧による締り嵌め部が軸の横振動に対しては、口 ータ 1とロータカップリング 4とが 1本の弾性体として動くに充分な締代を持ち、安定し た軸振動特性が得られる。また、蒸気及びガスタービンは一般に高速回転で、振動 を少なく保持するためには隣接するロータ間のカップリング部で互いに軸心が正しく 保持され且つ安定してそれが維持されなければならないが、本実施例では、締り嵌 め部がテーパー面の嵌め合いであるので有効に機能する。

[0037] 一方、蒸気及びガスタービンの全寿命の内、数度程度又はそれ以下の頻度と考え られる発電機短絡事故のような異常トルクに対しては、歯 12, 13の嚙み合い部が口 ータカップリング 4の大滑りに対して抵抗し、ロータ 1の継続使用を困難にするような 損傷を未然に防ぐことができる。この際、歯 12, 13の嚙み合い部がテーパースぺー サ 14により遊びなく嚙み合わされているので、異常トルク時に全歯が同時に抵抗する ことができる。

[0038] また、上記歯 12, 13の嚙み合い部において、隙間無く高精度に嚙み合う嚙み合い 部 Fがー箇所のみであるので、歯切機械とは異なり割出機構が不要となり、ロータ 1 が著しく長い軸であっても、一般的な加工機で容易に加工することができる。言い換 えれば、高価でありながら使用頻度が少ない設備の導入を避けることができ、製造コ スト上非常に有利となるのである。

[0039] また、上記歯 12, 13の嚙み合い部において、歯の両側に位置してテーパースぺー サ 14を配置した理由は、発電機短絡事故時の異常トルクは正負の交番荷重として現 れるのでそれに対応させるためであり、同時に異常大荷重に対して脱落しないように するとともに、取付に際して遊びなく厚さ調整がし易いこと及び取外し時に抜取り易い ことのためである。この点の両立を図るため、スぺーサの勾配は摩擦角前後の角度を 採用するのが好ましい。

実施例 2

[0040] 図 5は本発明の実施例 2を示すカップリング部の断面図、図 6は図 5の C C線断面 図、図 7は図 6の D— D線断面図である。

[0041] これは、実施例 1における歯 12A, 13Aの嚙み合い部において、ストレート軸部 2b 側に形成した歯 12Aを扇形断面から矩形断面に変更 ·形成した例である。その他の 構成は実施例 1と同様なので、図 2〜図 4と同一部材には同一符号を付して重複する 説明は省略する。 [0042] この実施例によれば、実施例 1と同様の作用 ·効果に加えてストレート軸部 2b側に 形成した歯 12Aの強度アップが図れるという利点が得られる。

実施例 3

[0043] 図 8は本発明の実施例 3を示すカップリング部の断面図、図 9は図 8の E— E線断面 図である。

[0044] これは、実施例 1における歯 12B, 13Bの嚙み合い部において、ストレート軸部 2b 側に形成した歯 12Bとストレート孔部 4b— b側に形成した歯 13Bとを、テーパースぺ ーサ 14を用いずに旋盤等の一般的な加工機で加工した後研磨等を行って嚙み合 わせた例である。この場合、異常トルク時に全歯が同時に抵抗することは期待できな いが、合金鋼力 なるロータ 1とロータカップリング 4の延性により遊びの小さい歯から 順次荷重を負担して最後には全歯が荷重を分担することになるので問題はない。

[0045] また、この実施例では、押え板 15に代えてストレート軸部 2bの軸端に螺合する押え ナット（抜け止め手段） 18でロータカップリング 4の抜け止めを図っている。図 8中 19 はロータカップリング 4に係合して押えナット 18の廻り止めを行う廻り止め座金で押え ナット 18にボルト 20で固設される。 21は皿ばね、 22はライナーである。

[0046] この実施例においても、実施例 1と同様の作用'効果が得られる。

実施例 4

[0047] 図 10は本発明の実施例 4を示すカップリング部の断面図、図 11は図 10の G矢視 図、図 12は図 11の H— H線断面図、図 13は図 12の I I線断面図、図 14は図 13の J-J線断面図である。

[0048] これは、実施例 1のストレート軸部 2bとストレート孔部 4b— bにおける歯 12と歯 13に よる嚙み合い構造を角形キー 23と丸形テーパーキー 24による嚙み合い構造に変更 した例である。

[0049] 即ち、ストレート軸部 2bとストレート孔部 4b—bにおいて、互いに対応するキー溝の 一つは角形キー 23が挿入される矩形断面溝 26, 25に形成され、互いに対応するそ の他の七つのキー溝は丸形テーパーキー 24が挿入される半円形断面のテーパー 溝 28a, 28bに形成されるのである（図 10及び図 13参照）。

[0050] また、この際、矩形断面溝 26, 25は、油圧による締り嵌めでロータカップリング 4 (厳 密にはカップリングスリーブ 4bのテーパー孔部 4b— a)を車室貫通軸 2 (厳密にはテ 一パー軸部 2a)に装着する前にそれぞれ加工され、そのうちの車室貫通軸 2 (厳密 にはストレート軸部 2b)側の矩形断面溝 26に角形キー 23をボルト 27で装着した後、 これを位相合せ用のガイドとしてロータカップリング 4が軸方向に押し付け圧入される 。一方、半円形断面のテーパー溝 28a, 28bは、油圧による締り嵌めでロータカツプリ ング 4を車室貫通軸 2に装着後、ロータカップリング 4と車室貫通軸 2の共力卩ェにより 穿たれ、この後、それぞれの半円形断面のテーパー溝 28a, 28bで形成される円形 断面のテーパー溝内に丸形テーパーキー 24が挿入される。

[0051] 尚、図 10中 29は丸形テーパーキー 24を押えつけるために押え板 15にねじ込まれ る丸形テーパーキー押えねじで、 9aは圧油供給管接続用のねじ穴である。また、図 14中 24aは丸形テーパーキー 24を挿入する際の空気抜き通路である。また、ねじ穴 30は、丸形テーパーキー 24を離脱させる際、別途ボルトをねじ込んで引き抜く場合 にも使われる。その他の構成は実施例 1と同様なので、図 2と同一部材には同一符号 を付して重複する説明は省略する。

[0052] これによれば、ロータの回転下にあって、ロータカップリング 4は、定格 (通常）トルク に対しては車室貫通軸 2のテーパー軸部 2aとカップリングスリーブ 4b (テーパー孔部 4b -a)との油圧による締り嵌め部の摩擦トルクで対応し、発電機短絡時等の異常ト ルクに対しては車室貫通軸 2のストレート軸部 2bとカップリングスリーブ 4bのストレート 孔部 4b— bとにおける角形キー 23と丸形テーパーキー 24による嚙み合い構造により 対応することができ、実施例 1と同様の作用'効果が得られる。

産業上の利用可能性

[0053] 本発明に係る油圧着脱式カップリングは、回転機械のロータ間同士を同軸に連結 する際に用いると好適である。

Claims

請求の範囲

[1] 回転機械の回転軸に着脱可能に取り付けられる油圧着脱式カップリングにおいて 前記回転軸の軸端部に嵌合するカップリングスリーブに、

前記軸端部の外周面に油圧により締り嵌めされる締り嵌め部と、

前記軸端部の外周面に周方向の複数箇所に亙って嚙み合う嚙み合い部と、 を隣接して備えてなることを特徴とする油圧着脱式カップリング。

[2] 前記締り嵌め部は、前記軸端部の先細りのテーパー軸部に対応したテーパー孔部 であることを特徴とする請求項 1に記載の油圧着脱式カップリング。

[3] 前記嚙み合い部は、前記軸端部のストレート軸部に形成した歯と嚙み合う歯が形成 されたストレート孔部であることを特徴とする請求項 1に記載の油圧着脱式カップリン グ。

[4] 前記嚙み合い部の歯は、隙間無く高精度に嚙み合う一歯を除いて、その他の歯の 両側にテーパースぺーサを介して前記軸端部の複数の歯に嚙み合うことを特徴とす る請求項 3に記載の油圧着脱式カップリング。

[5] 前記嚙み合い部は、前記軸端部のストレート軸部に形成した複数のキー溝に対応 するキー溝が形成されたストレート孔部であることを特徴とする請求項 1に記載の油 圧着脱式カップリング。

[6] 前記互いに対応するキー溝の一つは角形キーが挿入される矩形断面溝であり、互 いに対応するその他のキー溝は丸形テーパーキーが挿入される半円形断面のテー パー溝であることを特徴とする請求項 5に記載の油圧着脱式カップリング。

[7] 前記カップリングスリーブは、前記軸端部に固着される抜け止め手段で前記回転軸 に対し抜け止めされることを特徴とする請求項 1に記載の油圧着脱式カップリング。