羽根をターボ機械のロータシャフトに結合する装置及び結合法
【課題】ターボ機械の羽根とロータシャフトとの結合を改善する。
【解決手段】羽根をターボ機械に結合するための装置であって、羽根に固定された第１フォーク端部と、ロータシャフトに固定された第２フォーク端部と、少なくとも一つの結合ボルトとを有し、第１フォーク端部は第１ボアを有するある数量の第１フットブラケットを有し、第２フォーク端部は第２ボアを有するある数量の第２フットブラケットを有し、結合ボルトは前記第１フォーク端部を第２フォーク端部に結合するために第１及び第２ボアに差し込まれている結合装置において、結合装置が、一つのボアの第１内径と結合ボルトの第１外径との間の所与の第１直径差を有する第１領域と、一つのボアの第２内径と結合ボルトの第２外径との間の所与の第２直径差を有する第２領域とを備え、第１直径差と第２直径差とが異なること、特に寸法的に異なることを特徴とする、結合装置。
【解決手段】羽根をターボ機械に結合するための装置であって、羽根に固定された第１フォーク端部と、ロータシャフトに固定された第２フォーク端部と、少なくとも一つの結合ボルトとを有し、第１フォーク端部は第１ボアを有するある数量の第１フットブラケットを有し、第２フォーク端部は第２ボアを有するある数量の第２フットブラケットを有し、結合ボルトは前記第１フォーク端部を第２フォーク端部に結合するために第１及び第２ボアに差し込まれている結合装置において、結合装置が、一つのボアの第１内径と結合ボルトの第１外径との間の所与の第１直径差を有する第１領域と、一つのボアの第２内径と結合ボルトの第２外径との間の所与の第２直径差を有する第２領域とを備え、第１直径差と第２直径差とが異なること、特に寸法的に異なることを特徴とする、結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械、特に蒸気タービン又はガスタービン又はコンプレッサのロータシャフトに羽根を結合するための、請求項１のおいて書きに記載の装置、及び、そのような装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は一般的に、羽根に固定されている第１フォーク端部、ロータシャフトに固定されている第２フォーク端部、及び少なくとも一本の結合ボルトを備えており、前記第１フォーク端部は、第１の穴を有する、ある数量の第１フットブラケット、前記第２フォーク端部は、第２の穴を有する、ある数量の第２フットブラケットを有しており、また、互い違いにかみ合っているこれらフットブラケットの第１の穴及び第２の穴に前記結合ボルトが差し込まれて、前記第１フォーク端部が前記第２フォーク端部に結合されている。
【０００３】
このような装置は、特許文献１より知られている。特許文献１において、一つのプロペラブレードが一つのヒンジに固定されている。そのために、一つのヒンジピンが、ロータに固定されたフォーク端部の複数の穴、及び、プロペラに固定されたフォーク端部の複数の穴に差し込まれている。プロペラに固定されているフォーク端部の複数の穴には、複数の摩擦の少ないベアリングブッシュが配置されており、これらベアリングブッシュ内に前記ヒンジピンが収容されている。
【０００４】
特許文献２には羽根をターボ機関のロータに固定するための羽根保持装置が示されている。ここでは羽根の半径方向内側の端が蟻継手によりロータに保持されている。蟻ほぞを受け入れる溝内にはばねスペーサが配置されており、該ばねスペーサにより半径方向外側に向かう力が前記蟻ほぞにかけられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第３９１７０３４号明細書
【特許文献２】独国特許第２９５２０２３号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「ドゥッベル 機械工学ハンドブック」(Dubbel Taschenbuch fur Maschinenbau)、Springer出版、第22版、ページF32及びF33
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、ターボ機械の羽根とロータシャフトとの結合を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、羽根と、ターボ機械、特に蒸気タービン又はガスタービン又はコンプレッサのロータシャフトとを結合するための装置により解決され、該装置は、前記羽根に固定されている、特に羽根と一体で構成されている第１フォーク端部、及び、ロータシャフトに固定されている、特にロータシャフトと一体で構成されている第２フォーク端部、及び、少なくとも一つの結合ボルトを備えており、前記第１フォーク端部は、第１の穴を有する、ある数量の第１のフットブラケットを有しており、前記第２フォーク端部は、第２の穴を有する、ある数量の第２のフットブラケットを有しており、また、前記結合ボルトが第１の穴及び第２の穴に差し込まれているために前記第１フォーク端部が前記第２フォーク端部に結合されている。
【０００９】
本発明によると前記装置には、少なくとも一つのフットブラケットの一つの穴の第１内径と前記結合ボルトの第１外径との間の所与の第１直径差を有する第１領域、及び、少なくとも一つのフットブラケットの一つの穴の第２内径と前記結合ボルトの第２外径との間の所与の第２直径差を有する第２領域があり、前記第１直径差と前記第２直径差とは異なっていて、特に数量的に異なっている。
【００１０】
つまり、本発明では、シャフト・ハブ接続における軸方向の異なる領域に、異なるはめあいを備えることを提案しており、それにより、これら接触領域における圧力応力を軸方向に分散させ、それにより遠心力の軸方向分散を意図的に調整する。
【００１１】
前記フットブラケットの「ある数量」とは、それぞれ、少なくとも１つ、しかし、２つ又はそれ以上の数も指す。安定した結合のためには、２つのクレビスの少なくとも一方が少なくとも２つのフットブラケットを有しており、これら２つのフットブラケットが、もう一方のフォーク端部の少なくとも一つのフットブラケットをはさんでいることが必要である。
【００１２】
本発明における「領域」とは、一般的に、結合ボルト及びボア軸に同軸の領域であって、該結合ボルトと該ボアの内側面との間で力を伝達できるように該結合ボルトが該ボア内に配置されている領域を指す。そのような領域は、該ボア軸又は該結合ボルト軸に沿って軸方向の長さを有することができ、該軸方向の長さは、一つの又は複数のフットブラケットの軸方向の長さに対応している。
【００１３】
しかしながら、領域の軸方向の長さを、フットブラケットの軸方向の長さより短くすることもでき、また、特にほぼ直線状に伸びた形とすることもできる。
【００１４】
直径の差ΔＤＩは、それぞれの領域における結合ボルトの外径ＤＩを、ボアの内径ｄＩからそれぞれ差し引いて求められる。
【００１５】
【数１】
【００１６】
結合ボルトをボアに取り付ける工程において該結合ボルト及び該ボアに弾性的及び／又は塑性的な変化が生じる可能性があるため、望ましくは、該結合ボルト又は該ボアの作製後、及び、該結合ボルトを該ボア内に差し込む前に標準的に寸法測定が行われる。
【００１７】
異なる領域において直径差が異なることにより、本発明では、これら域内で伝達される力の配分を意図的に与えることができ、それにより装置の個々の部材の負荷を意図的に制御し、それによりまた負荷を減少させることもできる。そのため、シャフト・ハブ接続の軸方向の長さ全体にわたってはめあいが略同一であったならば、高い負荷がかかっていたであろう領域においては、その他の領域のうちの一つの領域より直径差を大きくすることを選択して、この領域における負荷を減少させることが可能である。それにより、該ボア内のボルトの移動自由度を、その他の領域のうちの一つの領域におけるより高められる。さらに、該領域の結合ボルト及び／又はフットブラケットを意図的に細くし、それに応じて作用する負荷により、該結合ボルト及び／又は該フットブラケットをたわませることができる。これは、他の複数の領域へ負荷を再配分することにつながるため、その結果、前記領域の負荷は直径差の広がりにより軽減されることになる。異なる複数の結合ボルトに、直径差の異なる複数の領域が存在する場合、これら複数の結合ボルトのうちの一つから、それぞれもう一方の結合ボルトに意図的に負荷を移動させることが可能である。
【００１８】
一つの望ましい実施形態においては、第１領域及び第２領域において、少なくとも一つのボアの内径を略同一にして、少なくとも一つの結合ボルトの外径を異なるものとすることができる。これは穴基準はめあいに対応しており、全部のボアをただ一つのツールを使って一つの作業行程で作製できるという長所がある。
【００１９】
これとは代替的に、さらなる一つの望ましい実施形態においては、第１領域及び第２領域において、少なくとも一つの結合ボルトの外径を略同一にして、ボアの内径を異なるものとすることができる。これは、軸基準はめあいに対応している。この場合の長所として、結合ボルトの製造が簡単に行えること、及び、一つの羽根を固定するのに複数の結合ボルトを使用する際に全部の結合ボルトが同一であることは、部品の多様性が低くなることを意味することが挙げられる。
【００２０】
前記少なくとも一つの結合ボルトの外径及び前記ボアの内径が、第１領域及び第２領域においてそれぞれ互いに異なるものにすることにより、前述の２つの態様を組み合わせることもできる。
【００２１】
望ましくは第１直径差及び第２直径差により形成されるはめあいは異なる。このとき、結合ボルト及びボアの公称寸法は同じであるが、非特許文献１に記載されているように、ボア及び結合ボルトにそれぞれ異なる公差域位置が設定されることにより直径差が作りだされる。
【００２２】
望ましくは前記直径差のうちの一つにより、一つのより幅広のはめあい、望ましくは少なくとも一つの中程度の圧入、特に中間ばめ又は隙間ばめが形成される。これに加えて、又は代替的に、前記直径差のうちの少なくとも一つの直径差により、一つのより狭いはめあい、望ましくは捩込みばめ、特に中程度又は強固な締まりばめの付いた少なくとも一つの中間ばめを形成することもできる。ここで、はめあいがより狭いということは、それに対応する直径差が、より幅広のはめあいの直径差より小さいことを意味している。これとは逆に、はめあいの幅がより広いということは、それに対応する直径差が、より幅が狭いはめあいの直径差より大きいことを示している。
【００２３】
さらなる一つの望ましい実施形態において、結合ボルトは、複数のボアのうちの一つのボアの第３内径と結合ボルトの第３外径との間の第３直径差を有する少なくとも一つの第３領域を有しており、このとき第２領域は、軸方向において第１領域と第３領域との間に配置されており、第２直径差は第１直径差及び／又は第３直径差より大きい。
【００２４】
第２領域はそのように第１領域と第３領域との間に配置されている。第２直径差が、第１直径差及び第３直径差より大きいために、結合ボルトは第２領域においていくらか細くなっている。そのため、第２領域内、つまり軸方向において中間の領域において結合ボルト及び／又はボアの負荷が減り、このとき力の配分はよりいっそう外側の領域、つまり第１領域及び第３領域に移る。これは好ましくは、第１領域及び／又は第３領域内により幅の狭いはめあい、望ましくは捩込みばめ付きの少なくとも一つの中間ばめ、特に中程度又は強固な締まりばめが設けられること、及び、第２領域に一つのより幅広のはめあい、少なくとも一つの中程度の圧入、特に中間ばめ又は隙間ばめが設けられることにより達成される。
【００２５】
一つの好適な実施形態においては、そのためたとえば第１領域に一つの圧入、特にＲ７／ｈ６の圧入をボアと結合ボルトとの間に設けること、及び、第２領域に一つの隙間ばめ、特にＨ７／ｈ６の隙間ばめをボアと結合ボルトとの間に設けることが可能である。第３領域には望ましくは一つの圧入、特にＲ７／ｈ６の圧入をボアと結合ボルトとの間に設けることが可能である。
【００２６】
望ましい一つの実施形態においては、第１ボアが一つの第１共通ボア軸と同軸に、及び／又は、第２ボアはまた一つの共通の第２ボア軸と同軸に配置されている。そのためこれら複数のボアは一つの共通の軸上に並ぶため、これらボアにただ一つの結合ボルトを差し込むことができる。代替的な一つの実施形態においては、第１ボアは互いに平行に配置され、第２ボアも互いに平行に配置されている。そしてこれらのボアは、互いにずらされた複数の軸の上に並んでいるため、結合するためには複数の結合ボルトが用いられる。異なる直径差を有する領域を、異なる結合ボルトに分散させることもできる。
【００２７】
望ましくは２つの領域間の移行は連続的である。結合ボルトの外径が異なる場合には、このことは特に結合ボルトの領域間の移行について言える。それにより結合ボルトにおけるノッチ応力を回避することができる。そのような連続的な移行、つまり、急激ではない移行はたとえば、複数の移行半径、連続的な移行などにより実現できる。
【００２８】
望ましくは一つの結合ボルトは少なくとも３つのフットブラケット内のボアに差し込まれ、このとき、第１フットブラケット又は第２フットブラケットの少なくとも２つのフットブラケットの間に、第２フットブラケット又は第１のフットブラケットのもう一方のフットブラケットが配置される。
【００２９】
本発明における領域とは、結合装置において、結合ボルトが力伝達的に前記ボアのうちの一つのボア内に位置している場所のみを指していることが自ずと理解できる。
【００３０】
結合ボルトはたとえば略円筒状又は略円錐状に形成することができる。使用する結合ボルトが円筒状であるか又は円錐状であるかを判断する際には、直径差を形成するために必要な直径の差異は無視することができる。
【００３１】
さらに、本発明の課題は、前述の結合装置の製造方法により解決でき、該製造方法は、前記複数のボア内に、異なる内径を有する複数の領域が設計通りに形成されていること、及び／又は、一つの結合ボルトに、異なる外径を有する複数の領域が設計通りに形成されていることを特徴としている。ここで、「設計通りに形成」されているとは、ボルト又はボアの製造、特に最終機械加工における相応の許容誤差を保つことを示しており、この許容誤差により所与の直径差が保証される。
【００３２】
さらなる特徴及び長所は従属請求項及び実施例から理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】コンプレッサの羽根の図である。
【図２】本発明の一つの実施例の装置の縦断面図である。
【図３】ａ）は図２の結合ボルトを強調して図示した図、ｂ）は寸法通りに図示した図である。
【図４】本発明の第２の実施例の装置の図である。
【図５】本発明の第３の実施例の装置の図である。
【図６】本発明の第４の実施例の装置の図である。
【図７】本発明の第５の実施例の装置の図である。
【図８】本発明の第６の実施例の装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、一部図式的に図示された図を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１には、蒸気タービンの動翼１が図示されており、該動翼１には第１フォーク端部２が一体で形成されている。動翼１の、第１フォーク端部とは反対側の端部において、カバープレート３が動翼１に結合されている。動翼１、第１フォーク端部２、及びカバープレート３は、このとき一つの半製品からミリングにより作製される。第１フォーク端部２は全部で３つの第１フットブラケット４を有しており、そのそれぞれが一つの第１ボア５を有している。これらの第１ボア５は、一つの共通の第１ボア軸Ａ１上に互いに同軸に配置されている。
【００３６】
図２には、タービン羽根をロータシャフト１６に結合するための装置が図示されている。第１フォーク端部２に加えて、全部で４つの第２フットブラケット７を有する第２フォーク端部６が示されている。これらの第２フットブラケット７は、それぞれが一つの第２ボア８を有しており、これら第２ボア８のそれぞれが第２ボア軸Ａ２に同軸に配置されている。第２フォーク端部６は、たとえばロータシャフトの削り取りなどにより、ロータシャフト１６と一体で形成されている。
【００３７】
図２に図示された、結合された状態において、第１ボア軸Ａ１は、第２ボア軸Ａ２に同軸に配置されており、その際、前記３つの第１フットブラケット４は、前記４つの第２フットブラケット７により形成される中間の空間に入り込む形になっている。
【００３８】
前記第１ボア５及び前記第２ボア８には、一本の結合ボルト９が差し込まれている。該結合ボルト９はボルトヘッド１０を有しており、該ボルトヘッド１０が、前記第２フットブラケット７のうちの１つの第２フットブラケットの前面１４に接しているために、結合ボルト９の位置は、第２フォーク端部６に対して軸方向に固定されている。結合ボルト９は、以下で説明する締まりばめ及び／又は図示されていない保持手段を介して、第１フォーク端部２及び第２フォーク端部６の一方に対して軸方向に固定されている。図示されていない一つの変形例においては、前記結合ボルトはボルトヘッドを有さずに、前記第２フットブラケットの一方又は両方の前面においてそれぞれの前面に結合されている。望ましくは、このために、結合ボルトは取り付けの際にまず過剰な長さを有し、接合後にそれぞれ前面側で切断される。同様に、前記結合ボルトは、第２フットブラケットの一方の又は両方の前面側において、それぞれの前面に対して突き出していることも、又は、それぞれの前面から引っこんでいることも可能である。
【００３９】
図２に図示されたような結合された状態において、力伝達的に結合ボルト９が第１ボア５内にそれぞれ差し込まれている３つの軸方向領域１１、１２、１３を区別することができる。第１領域１１（図２の左）において、結合ボルト９は第１外径Ｄ１を有し、第１ボア５は第１内径ｄ１を有している。軸方向の第２領域１２（図２の中央）において、結合ボルト９はより狭い第２外径Ｄ２を有し、ボア５は第２内径ｄ２を有している。軸方向第３領域１３（図２の右）において、結合ボルト９は第３外径Ｄ３を有し、ボア５は第３内径ｄ３を有している。このとき、前記領域１１、１２、１３内において、結合ボルト上に記された第２の線の長さは、それぞれの領域の軸方向の長さを表している。そのため領域１１、１２、１３の、結合ボルト軸Ｂに沿った軸方向の長さは、それぞれ対応する第１フットブラケット４の軸方向の長さに相当する。直径差ΔＤＩ（Ｉ＝第１領域１１、第２領域１２、第３領域１３）は、すべての領域において、それぞれの領域におけるそれぞれの結合ボルトの外径ＤＩをそれぞれのボアの内径ｄＩから差し引いて得られる。
【００４０】
【数２】
【００４１】
本実施例において第１直径差及び第３直径差が形成されるのは、ボア内径及び結合ボルト外径の公称寸法は同じであるが、第１領域及び第３領域の直径の公差域対により圧入が形成されるためである。このとき例として一つのはめあいの公差域対Ｒ７／ｈ６が可能である。第２直径差は、隙間ばめにより形成される。このとき可能な公差域対としては、Ｈ７／ｈ６のはめあいが挙げられる。第２領域１２に、第１領域１１及び第３領域１３における直径差より大きな直径差を設けることにより、第２領域１２の第１ボア５内における結合ボルト９の移動自由度は、その他の領域１１、１３における移動自由度より高くなる。さらに、結合ボルトが第２領域１２において意図的に細められているため、該結合ボルトは、それに応じて作用する負荷によりたわませることができる。このことは、その他の領域１１、１３への負荷の再分配につながるため、その結果、第２領域１２は、直径差を大きくしたことにより負荷が軽減される。
【００４２】
図３は、図１及び図２の装置に図示されている結合ボルト９を単独で図示したものである。本図の結合ボルト９においてかっこ付きの符号で示された場所１１、１２、１３は、対応する前記フットブラケットの場所とともに、結合装置の第１領域１１、第２領域１２、及び第３領域１３を形成している。本図でかっこ付きの符号を使用しているのは、前記領域はそもそも、力伝達的にフットブラケットに結合することにより初めて形成されるものであるからである。結合ボルト９における異なる第１外径Ｄ１、第２外径Ｄ２、及び第３外径Ｄ３間の移行は連続的であるため、結合装置が結合された状態における、第１領域１１、第２領域１２、及び第３領域１３間の移行も同様に連続的である。
【００４３】
図３ａ）は、結合ボルトの直径の関係を強調して図示したものであり、同じである直径Ｄ１及びＤ３より、直径Ｄ２の方が小さいこと、つまり、ボルトが中央で細くなっていることが見て取れる。図３ａ）においては、第２直径Ｄ２と、その他の２つの直径Ｄ１及びＤ３との差を明らかにするために、結合ボルト９が強調して描かれている。実際には、結合ボルト９は、図３ｂ）のように見える。第２外径Ｄ２とその他２つの外径Ｄ１及びＤ３との差は、補助手段がなければ肉眼では検出できない程度の寸法差である。結合ボルト９の、ボルトヘッド１０と反対側の軸方向端には、ベベル１５が設けられている。該ベベル１５は、ボア内に力伝達的におさめられているわけではない。
【実施例２】
【００４４】
図４には、図１から図３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、第２の実施形態における結合装置が図示されている。第１領域１１’、第２領域１２’、及び第３領域１３’はそれぞれ、第２フットブラケット７’において、第２ボア８’と結合ボルト９’との間の領域に配置されている。これら３つの領域の軸方向の長さは、結合ボルト９上に示された第２の線により表されている。第１領域１１’、第２領域１２’、及び第３領域１３’の軸方向の長さはすべて、それぞれの第２フットブラケット７’の軸方向の長さより短い。
【実施例３】
【００４５】
図５には、図１から３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、本発明の結合装置の第３の実施形態が図示されている。本図において、第１領域１１’’、第２領域１２’’、及び第３領域１３’’は、３つの第１フットブラケット４’’の中央の第１フットブラケット４’’の領域に配置されている。これら３つの領域の軸方向の長さは、結合ボルト上に示された第２の線により表されており、該軸方向の長さは、対応するフットブラケット４’’の軸方向の長さの一部のみにそれぞれ対応している。このとき、結合ボルト９の外径は、その軸方向の長さ全体にわたって一定である。これに対して、前記３つの第１フットブラケット４’’のうちの前記中央の第１フットブラケット’’のボア８の内径は、異なる。第２領域１２’’における内径は、第１領域１１’’及び第３領域１３’’における内径より小さい。
【実施例４】
【００４６】
図６には、図１から図３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、本発明の結合装置の第４の実施形態が図示されている。第１フォーク端部２’’’の第１ボア５’’’及び第２フォーク端部６の第１ボア８内には、全部で２本の結合ボルト９１’’’及び９２’’’が、異なる２つの側から差し込まれている。これら２本のボルト９１’’’及び９２’’’を合わせた一つの長さは、第２フォーク端部６’’’の軸方向長さより短い。第１領域１１’’’及び第２領域１２’’’はこのとき、第１結合ボルト９１’’’と第１フォーク端部２’’’の２つの第１フットブラケット４’’’との間に配置されている。第３領域１３’’’は、第２結合ボルト９２’’’と第１フットブラケット４’’’との間に配置されている。
【実施例５】
【００４７】
図７には、図１から図３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、本発明の結合装置の第５の実施形態が図示されている。本図では、第１フォーク端部２’’’’の第１フットブラケット４’’’’及び第２フォーク端部６’’’’の第２フットブラケット７’’’’がそれぞれ２つのボア５１’’’’、５２’’’’、８１’’’’、８２’’’’を有していることが示されている。一つのフォーク端部のこれら２つの異なるボア５１’’’’、５２’’’’及び８１’’’’、８２’’’’はそれぞれ平行に、互いに向き合って配置されている。さらに、それぞれのボア５１’’’’、５２’’’’、８１’’’’、８２’’’’に差し込まれる２つの結合ボルト９１’’’’及び９２’’’’が設けられている。このとき、第１領域１１’’’’は、第１ボア５１’’’’と結合ボルト９１’’’’との間に形成されている。第２領域１２’’’’は、もう一方の第１ボア５２’’’’ともう一方の結合ボルト９２’’’’との間に形成されている。第３領域１３’’’’は、第２ボア８２’’’’ともう一方の結合ボルト９２’’’’との間に形成されている。
【実施例６】
【００４８】
図８には、図１から図３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、本発明の結合装置の第６の実施形態が図示されている。結合ボルト９Ｖ及びボア５Ｖ、８Ｖは、略円錐形を呈している。このとき、第１領域１１Ｖ、第１領域１２Ｖ、及び第１領域１３Ｖの第１直径差ΔＤ１、第２直径差ΔＤ２、及び第３直径差ΔＤ３は、前出の実施形態の場合と同じように、互いに異なっている。円錐形を呈しているため、それぞれの領域におけるボアの内径及び結合ボルトの外径は一定ではなく、第１ボア軸Ａ１、Ａ２、及び結合ボルト軸Ｂに沿って変化する。しかしながら、一つの領域１１、１２、１３内においては外径と内径との第１直径差ΔＤ１、第２直径差ΔＤ２、第３直径差ΔＤ３は常に略一定である。
【００４９】
第１の実施形態の場合と同様、挙げられていない変形例においても、前記第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態、又は第６の実施形態の結合ボルトはボルトヘッドなしで構成することができ、また、特に、一方の前面又は両方の前面においてそれぞれ、一つのフットブラケットの前面に結合することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 羽根
２ 第１フォーク端部
３ カバープレート
４ 第１フットブラケット
５ 第１ボア
６ 第２フォーク端部
７ 第２フットブラケット
８ 第２ボア
９ 結合ボルト
１０ ボルトヘッド
１１ 第１領域
１２ 第２領域
１３ 第３領域
１４ 前面
１５ ベベル
１６ ロータシャフト
Ａ１ 第１ボア軸
Ａ２ 第２ボア軸
ｄ１ 第１内径
ｄ２ 第２内径
ｄ３ 第３内径
Ｄ１ 第１外径
Ｄ２ 第２外径
Ｄ３ 第３外径
ΔＤ１ 第１直径差
ΔＤ２ 第２直径差
ΔＤ３ 第３直径差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械、特に蒸気タービン又はガスタービン又はコンプレッサのロータシャフトに羽根を結合するための、請求項１のおいて書きに記載の装置、及び、そのような装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのような装置は一般的に、羽根に固定されている第１フォーク端部、ロータシャフトに固定されている第２フォーク端部、及び少なくとも一本の結合ボルトを備えており、前記第１フォーク端部は、第１の穴を有する、ある数量の第１フットブラケット、前記第２フォーク端部は、第２の穴を有する、ある数量の第２フットブラケットを有しており、また、互い違いにかみ合っているこれらフットブラケットの第１の穴及び第２の穴に前記結合ボルトが差し込まれて、前記第１フォーク端部が前記第２フォーク端部に結合されている。
【０００３】
このような装置は、特許文献１より知られている。特許文献１において、一つのプロペラブレードが一つのヒンジに固定されている。そのために、一つのヒンジピンが、ロータに固定されたフォーク端部の複数の穴、及び、プロペラに固定されたフォーク端部の複数の穴に差し込まれている。プロペラに固定されているフォーク端部の複数の穴には、複数の摩擦の少ないベアリングブッシュが配置されており、これらベアリングブッシュ内に前記ヒンジピンが収容されている。
【０００４】
特許文献２には羽根をターボ機関のロータに固定するための羽根保持装置が示されている。ここでは羽根の半径方向内側の端が蟻継手によりロータに保持されている。蟻ほぞを受け入れる溝内にはばねスペーサが配置されており、該ばねスペーサにより半径方向外側に向かう力が前記蟻ほぞにかけられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第３９１７０３４号明細書
【特許文献２】独国特許第２９５２０２３号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「ドゥッベル 機械工学ハンドブック」(Dubbel Taschenbuch fur Maschinenbau)、Springer出版、第22版、ページF32及びF33
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、ターボ機械の羽根とロータシャフトとの結合を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、羽根と、ターボ機械、特に蒸気タービン又はガスタービン又はコンプレッサのロータシャフトとを結合するための装置により解決され、該装置は、前記羽根に固定されている、特に羽根と一体で構成されている第１フォーク端部、及び、ロータシャフトに固定されている、特にロータシャフトと一体で構成されている第２フォーク端部、及び、少なくとも一つの結合ボルトを備えており、前記第１フォーク端部は、第１の穴を有する、ある数量の第１のフットブラケットを有しており、前記第２フォーク端部は、第２の穴を有する、ある数量の第２のフットブラケットを有しており、また、前記結合ボルトが第１の穴及び第２の穴に差し込まれているために前記第１フォーク端部が前記第２フォーク端部に結合されている。
【０００９】
本発明によると前記装置には、少なくとも一つのフットブラケットの一つの穴の第１内径と前記結合ボルトの第１外径との間の所与の第１直径差を有する第１領域、及び、少なくとも一つのフットブラケットの一つの穴の第２内径と前記結合ボルトの第２外径との間の所与の第２直径差を有する第２領域があり、前記第１直径差と前記第２直径差とは異なっていて、特に数量的に異なっている。
【００１０】
つまり、本発明では、シャフト・ハブ接続における軸方向の異なる領域に、異なるはめあいを備えることを提案しており、それにより、これら接触領域における圧力応力を軸方向に分散させ、それにより遠心力の軸方向分散を意図的に調整する。
【００１１】
前記フットブラケットの「ある数量」とは、それぞれ、少なくとも１つ、しかし、２つ又はそれ以上の数も指す。安定した結合のためには、２つのクレビスの少なくとも一方が少なくとも２つのフットブラケットを有しており、これら２つのフットブラケットが、もう一方のフォーク端部の少なくとも一つのフットブラケットをはさんでいることが必要である。
【００１２】
本発明における「領域」とは、一般的に、結合ボルト及びボア軸に同軸の領域であって、該結合ボルトと該ボアの内側面との間で力を伝達できるように該結合ボルトが該ボア内に配置されている領域を指す。そのような領域は、該ボア軸又は該結合ボルト軸に沿って軸方向の長さを有することができ、該軸方向の長さは、一つの又は複数のフットブラケットの軸方向の長さに対応している。
【００１３】
しかしながら、領域の軸方向の長さを、フットブラケットの軸方向の長さより短くすることもでき、また、特にほぼ直線状に伸びた形とすることもできる。
【００１４】
直径の差ΔＤＩは、それぞれの領域における結合ボルトの外径ＤＩを、ボアの内径ｄＩからそれぞれ差し引いて求められる。
【００１５】
【数１】
【００１６】
結合ボルトをボアに取り付ける工程において該結合ボルト及び該ボアに弾性的及び／又は塑性的な変化が生じる可能性があるため、望ましくは、該結合ボルト又は該ボアの作製後、及び、該結合ボルトを該ボア内に差し込む前に標準的に寸法測定が行われる。
【００１７】
異なる領域において直径差が異なることにより、本発明では、これら域内で伝達される力の配分を意図的に与えることができ、それにより装置の個々の部材の負荷を意図的に制御し、それによりまた負荷を減少させることもできる。そのため、シャフト・ハブ接続の軸方向の長さ全体にわたってはめあいが略同一であったならば、高い負荷がかかっていたであろう領域においては、その他の領域のうちの一つの領域より直径差を大きくすることを選択して、この領域における負荷を減少させることが可能である。それにより、該ボア内のボルトの移動自由度を、その他の領域のうちの一つの領域におけるより高められる。さらに、該領域の結合ボルト及び／又はフットブラケットを意図的に細くし、それに応じて作用する負荷により、該結合ボルト及び／又は該フットブラケットをたわませることができる。これは、他の複数の領域へ負荷を再配分することにつながるため、その結果、前記領域の負荷は直径差の広がりにより軽減されることになる。異なる複数の結合ボルトに、直径差の異なる複数の領域が存在する場合、これら複数の結合ボルトのうちの一つから、それぞれもう一方の結合ボルトに意図的に負荷を移動させることが可能である。
【００１８】
一つの望ましい実施形態においては、第１領域及び第２領域において、少なくとも一つのボアの内径を略同一にして、少なくとも一つの結合ボルトの外径を異なるものとすることができる。これは穴基準はめあいに対応しており、全部のボアをただ一つのツールを使って一つの作業行程で作製できるという長所がある。
【００１９】
これとは代替的に、さらなる一つの望ましい実施形態においては、第１領域及び第２領域において、少なくとも一つの結合ボルトの外径を略同一にして、ボアの内径を異なるものとすることができる。これは、軸基準はめあいに対応している。この場合の長所として、結合ボルトの製造が簡単に行えること、及び、一つの羽根を固定するのに複数の結合ボルトを使用する際に全部の結合ボルトが同一であることは、部品の多様性が低くなることを意味することが挙げられる。
【００２０】
前記少なくとも一つの結合ボルトの外径及び前記ボアの内径が、第１領域及び第２領域においてそれぞれ互いに異なるものにすることにより、前述の２つの態様を組み合わせることもできる。
【００２１】
望ましくは第１直径差及び第２直径差により形成されるはめあいは異なる。このとき、結合ボルト及びボアの公称寸法は同じであるが、非特許文献１に記載されているように、ボア及び結合ボルトにそれぞれ異なる公差域位置が設定されることにより直径差が作りだされる。
【００２２】
望ましくは前記直径差のうちの一つにより、一つのより幅広のはめあい、望ましくは少なくとも一つの中程度の圧入、特に中間ばめ又は隙間ばめが形成される。これに加えて、又は代替的に、前記直径差のうちの少なくとも一つの直径差により、一つのより狭いはめあい、望ましくは捩込みばめ、特に中程度又は強固な締まりばめの付いた少なくとも一つの中間ばめを形成することもできる。ここで、はめあいがより狭いということは、それに対応する直径差が、より幅広のはめあいの直径差より小さいことを意味している。これとは逆に、はめあいの幅がより広いということは、それに対応する直径差が、より幅が狭いはめあいの直径差より大きいことを示している。
【００２３】
さらなる一つの望ましい実施形態において、結合ボルトは、複数のボアのうちの一つのボアの第３内径と結合ボルトの第３外径との間の第３直径差を有する少なくとも一つの第３領域を有しており、このとき第２領域は、軸方向において第１領域と第３領域との間に配置されており、第２直径差は第１直径差及び／又は第３直径差より大きい。
【００２４】
第２領域はそのように第１領域と第３領域との間に配置されている。第２直径差が、第１直径差及び第３直径差より大きいために、結合ボルトは第２領域においていくらか細くなっている。そのため、第２領域内、つまり軸方向において中間の領域において結合ボルト及び／又はボアの負荷が減り、このとき力の配分はよりいっそう外側の領域、つまり第１領域及び第３領域に移る。これは好ましくは、第１領域及び／又は第３領域内により幅の狭いはめあい、望ましくは捩込みばめ付きの少なくとも一つの中間ばめ、特に中程度又は強固な締まりばめが設けられること、及び、第２領域に一つのより幅広のはめあい、少なくとも一つの中程度の圧入、特に中間ばめ又は隙間ばめが設けられることにより達成される。
【００２５】
一つの好適な実施形態においては、そのためたとえば第１領域に一つの圧入、特にＲ７／ｈ６の圧入をボアと結合ボルトとの間に設けること、及び、第２領域に一つの隙間ばめ、特にＨ７／ｈ６の隙間ばめをボアと結合ボルトとの間に設けることが可能である。第３領域には望ましくは一つの圧入、特にＲ７／ｈ６の圧入をボアと結合ボルトとの間に設けることが可能である。
【００２６】
望ましい一つの実施形態においては、第１ボアが一つの第１共通ボア軸と同軸に、及び／又は、第２ボアはまた一つの共通の第２ボア軸と同軸に配置されている。そのためこれら複数のボアは一つの共通の軸上に並ぶため、これらボアにただ一つの結合ボルトを差し込むことができる。代替的な一つの実施形態においては、第１ボアは互いに平行に配置され、第２ボアも互いに平行に配置されている。そしてこれらのボアは、互いにずらされた複数の軸の上に並んでいるため、結合するためには複数の結合ボルトが用いられる。異なる直径差を有する領域を、異なる結合ボルトに分散させることもできる。
【００２７】
望ましくは２つの領域間の移行は連続的である。結合ボルトの外径が異なる場合には、このことは特に結合ボルトの領域間の移行について言える。それにより結合ボルトにおけるノッチ応力を回避することができる。そのような連続的な移行、つまり、急激ではない移行はたとえば、複数の移行半径、連続的な移行などにより実現できる。
【００２８】
望ましくは一つの結合ボルトは少なくとも３つのフットブラケット内のボアに差し込まれ、このとき、第１フットブラケット又は第２フットブラケットの少なくとも２つのフットブラケットの間に、第２フットブラケット又は第１のフットブラケットのもう一方のフットブラケットが配置される。
【００２９】
本発明における領域とは、結合装置において、結合ボルトが力伝達的に前記ボアのうちの一つのボア内に位置している場所のみを指していることが自ずと理解できる。
【００３０】
結合ボルトはたとえば略円筒状又は略円錐状に形成することができる。使用する結合ボルトが円筒状であるか又は円錐状であるかを判断する際には、直径差を形成するために必要な直径の差異は無視することができる。
【００３１】
さらに、本発明の課題は、前述の結合装置の製造方法により解決でき、該製造方法は、前記複数のボア内に、異なる内径を有する複数の領域が設計通りに形成されていること、及び／又は、一つの結合ボルトに、異なる外径を有する複数の領域が設計通りに形成されていることを特徴としている。ここで、「設計通りに形成」されているとは、ボルト又はボアの製造、特に最終機械加工における相応の許容誤差を保つことを示しており、この許容誤差により所与の直径差が保証される。
【００３２】
さらなる特徴及び長所は従属請求項及び実施例から理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】コンプレッサの羽根の図である。
【図２】本発明の一つの実施例の装置の縦断面図である。
【図３】ａ）は図２の結合ボルトを強調して図示した図、ｂ）は寸法通りに図示した図である。
【図４】本発明の第２の実施例の装置の図である。
【図５】本発明の第３の実施例の装置の図である。
【図６】本発明の第４の実施例の装置の図である。
【図７】本発明の第５の実施例の装置の図である。
【図８】本発明の第６の実施例の装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、一部図式的に図示された図を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１には、蒸気タービンの動翼１が図示されており、該動翼１には第１フォーク端部２が一体で形成されている。動翼１の、第１フォーク端部とは反対側の端部において、カバープレート３が動翼１に結合されている。動翼１、第１フォーク端部２、及びカバープレート３は、このとき一つの半製品からミリングにより作製される。第１フォーク端部２は全部で３つの第１フットブラケット４を有しており、そのそれぞれが一つの第１ボア５を有している。これらの第１ボア５は、一つの共通の第１ボア軸Ａ１上に互いに同軸に配置されている。
【００３６】
図２には、タービン羽根をロータシャフト１６に結合するための装置が図示されている。第１フォーク端部２に加えて、全部で４つの第２フットブラケット７を有する第２フォーク端部６が示されている。これらの第２フットブラケット７は、それぞれが一つの第２ボア８を有しており、これら第２ボア８のそれぞれが第２ボア軸Ａ２に同軸に配置されている。第２フォーク端部６は、たとえばロータシャフトの削り取りなどにより、ロータシャフト１６と一体で形成されている。
【００３７】
図２に図示された、結合された状態において、第１ボア軸Ａ１は、第２ボア軸Ａ２に同軸に配置されており、その際、前記３つの第１フットブラケット４は、前記４つの第２フットブラケット７により形成される中間の空間に入り込む形になっている。
【００３８】
前記第１ボア５及び前記第２ボア８には、一本の結合ボルト９が差し込まれている。該結合ボルト９はボルトヘッド１０を有しており、該ボルトヘッド１０が、前記第２フットブラケット７のうちの１つの第２フットブラケットの前面１４に接しているために、結合ボルト９の位置は、第２フォーク端部６に対して軸方向に固定されている。結合ボルト９は、以下で説明する締まりばめ及び／又は図示されていない保持手段を介して、第１フォーク端部２及び第２フォーク端部６の一方に対して軸方向に固定されている。図示されていない一つの変形例においては、前記結合ボルトはボルトヘッドを有さずに、前記第２フットブラケットの一方又は両方の前面においてそれぞれの前面に結合されている。望ましくは、このために、結合ボルトは取り付けの際にまず過剰な長さを有し、接合後にそれぞれ前面側で切断される。同様に、前記結合ボルトは、第２フットブラケットの一方の又は両方の前面側において、それぞれの前面に対して突き出していることも、又は、それぞれの前面から引っこんでいることも可能である。
【００３９】
図２に図示されたような結合された状態において、力伝達的に結合ボルト９が第１ボア５内にそれぞれ差し込まれている３つの軸方向領域１１、１２、１３を区別することができる。第１領域１１（図２の左）において、結合ボルト９は第１外径Ｄ１を有し、第１ボア５は第１内径ｄ１を有している。軸方向の第２領域１２（図２の中央）において、結合ボルト９はより狭い第２外径Ｄ２を有し、ボア５は第２内径ｄ２を有している。軸方向第３領域１３（図２の右）において、結合ボルト９は第３外径Ｄ３を有し、ボア５は第３内径ｄ３を有している。このとき、前記領域１１、１２、１３内において、結合ボルト上に記された第２の線の長さは、それぞれの領域の軸方向の長さを表している。そのため領域１１、１２、１３の、結合ボルト軸Ｂに沿った軸方向の長さは、それぞれ対応する第１フットブラケット４の軸方向の長さに相当する。直径差ΔＤＩ（Ｉ＝第１領域１１、第２領域１２、第３領域１３）は、すべての領域において、それぞれの領域におけるそれぞれの結合ボルトの外径ＤＩをそれぞれのボアの内径ｄＩから差し引いて得られる。
【００４０】
【数２】
【００４１】
本実施例において第１直径差及び第３直径差が形成されるのは、ボア内径及び結合ボルト外径の公称寸法は同じであるが、第１領域及び第３領域の直径の公差域対により圧入が形成されるためである。このとき例として一つのはめあいの公差域対Ｒ７／ｈ６が可能である。第２直径差は、隙間ばめにより形成される。このとき可能な公差域対としては、Ｈ７／ｈ６のはめあいが挙げられる。第２領域１２に、第１領域１１及び第３領域１３における直径差より大きな直径差を設けることにより、第２領域１２の第１ボア５内における結合ボルト９の移動自由度は、その他の領域１１、１３における移動自由度より高くなる。さらに、結合ボルトが第２領域１２において意図的に細められているため、該結合ボルトは、それに応じて作用する負荷によりたわませることができる。このことは、その他の領域１１、１３への負荷の再分配につながるため、その結果、第２領域１２は、直径差を大きくしたことにより負荷が軽減される。
【００４２】
図３は、図１及び図２の装置に図示されている結合ボルト９を単独で図示したものである。本図の結合ボルト９においてかっこ付きの符号で示された場所１１、１２、１３は、対応する前記フットブラケットの場所とともに、結合装置の第１領域１１、第２領域１２、及び第３領域１３を形成している。本図でかっこ付きの符号を使用しているのは、前記領域はそもそも、力伝達的にフットブラケットに結合することにより初めて形成されるものであるからである。結合ボルト９における異なる第１外径Ｄ１、第２外径Ｄ２、及び第３外径Ｄ３間の移行は連続的であるため、結合装置が結合された状態における、第１領域１１、第２領域１２、及び第３領域１３間の移行も同様に連続的である。
【００４３】
図３ａ）は、結合ボルトの直径の関係を強調して図示したものであり、同じである直径Ｄ１及びＤ３より、直径Ｄ２の方が小さいこと、つまり、ボルトが中央で細くなっていることが見て取れる。図３ａ）においては、第２直径Ｄ２と、その他の２つの直径Ｄ１及びＤ３との差を明らかにするために、結合ボルト９が強調して描かれている。実際には、結合ボルト９は、図３ｂ）のように見える。第２外径Ｄ２とその他２つの外径Ｄ１及びＤ３との差は、補助手段がなければ肉眼では検出できない程度の寸法差である。結合ボルト９の、ボルトヘッド１０と反対側の軸方向端には、ベベル１５が設けられている。該ベベル１５は、ボア内に力伝達的におさめられているわけではない。
【実施例２】
【００４４】
図４には、図１から図３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、第２の実施形態における結合装置が図示されている。第１領域１１’、第２領域１２’、及び第３領域１３’はそれぞれ、第２フットブラケット７’において、第２ボア８’と結合ボルト９’との間の領域に配置されている。これら３つの領域の軸方向の長さは、結合ボルト９上に示された第２の線により表されている。第１領域１１’、第２領域１２’、及び第３領域１３’の軸方向の長さはすべて、それぞれの第２フットブラケット７’の軸方向の長さより短い。
【実施例３】
【００４５】
図５には、図１から３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、本発明の結合装置の第３の実施形態が図示されている。本図において、第１領域１１’’、第２領域１２’’、及び第３領域１３’’は、３つの第１フットブラケット４’’の中央の第１フットブラケット４’’の領域に配置されている。これら３つの領域の軸方向の長さは、結合ボルト上に示された第２の線により表されており、該軸方向の長さは、対応するフットブラケット４’’の軸方向の長さの一部のみにそれぞれ対応している。このとき、結合ボルト９の外径は、その軸方向の長さ全体にわたって一定である。これに対して、前記３つの第１フットブラケット４’’のうちの前記中央の第１フットブラケット’’のボア８の内径は、異なる。第２領域１２’’における内径は、第１領域１１’’及び第３領域１３’’における内径より小さい。
【実施例４】
【００４６】
図６には、図１から図３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、本発明の結合装置の第４の実施形態が図示されている。第１フォーク端部２’’’の第１ボア５’’’及び第２フォーク端部６の第１ボア８内には、全部で２本の結合ボルト９１’’’及び９２’’’が、異なる２つの側から差し込まれている。これら２本のボルト９１’’’及び９２’’’を合わせた一つの長さは、第２フォーク端部６’’’の軸方向長さより短い。第１領域１１’’’及び第２領域１２’’’はこのとき、第１結合ボルト９１’’’と第１フォーク端部２’’’の２つの第１フットブラケット４’’’との間に配置されている。第３領域１３’’’は、第２結合ボルト９２’’’と第１フットブラケット４’’’との間に配置されている。
【実施例５】
【００４７】
図７には、図１から図３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、本発明の結合装置の第５の実施形態が図示されている。本図では、第１フォーク端部２’’’’の第１フットブラケット４’’’’及び第２フォーク端部６’’’’の第２フットブラケット７’’’’がそれぞれ２つのボア５１’’’’、５２’’’’、８１’’’’、８２’’’’を有していることが示されている。一つのフォーク端部のこれら２つの異なるボア５１’’’’、５２’’’’及び８１’’’’、８２’’’’はそれぞれ平行に、互いに向き合って配置されている。さらに、それぞれのボア５１’’’’、５２’’’’、８１’’’’、８２’’’’に差し込まれる２つの結合ボルト９１’’’’及び９２’’’’が設けられている。このとき、第１領域１１’’’’は、第１ボア５１’’’’と結合ボルト９１’’’’との間に形成されている。第２領域１２’’’’は、もう一方の第１ボア５２’’’’ともう一方の結合ボルト９２’’’’との間に形成されている。第３領域１３’’’’は、第２ボア８２’’’’ともう一方の結合ボルト９２’’’’との間に形成されている。
【実施例６】
【００４８】
図８には、図１から図３に図示された前記実施形態に大幅に対応する、本発明の結合装置の第６の実施形態が図示されている。結合ボルト９Ｖ及びボア５Ｖ、８Ｖは、略円錐形を呈している。このとき、第１領域１１Ｖ、第１領域１２Ｖ、及び第１領域１３Ｖの第１直径差ΔＤ１、第２直径差ΔＤ２、及び第３直径差ΔＤ３は、前出の実施形態の場合と同じように、互いに異なっている。円錐形を呈しているため、それぞれの領域におけるボアの内径及び結合ボルトの外径は一定ではなく、第１ボア軸Ａ１、Ａ２、及び結合ボルト軸Ｂに沿って変化する。しかしながら、一つの領域１１、１２、１３内においては外径と内径との第１直径差ΔＤ１、第２直径差ΔＤ２、第３直径差ΔＤ３は常に略一定である。
【００４９】
第１の実施形態の場合と同様、挙げられていない変形例においても、前記第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態、第５の実施形態、又は第６の実施形態の結合ボルトはボルトヘッドなしで構成することができ、また、特に、一方の前面又は両方の前面においてそれぞれ、一つのフットブラケットの前面に結合することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 羽根
２ 第１フォーク端部
３ カバープレート
４ 第１フットブラケット
５ 第１ボア
６ 第２フォーク端部
７ 第２フットブラケット
８ 第２ボア
９ 結合ボルト
１０ ボルトヘッド
１１ 第１領域
１２ 第２領域
１３ 第３領域
１４ 前面
１５ ベベル
１６ ロータシャフト
Ａ１ 第１ボア軸
Ａ２ 第２ボア軸
ｄ１ 第１内径
ｄ２ 第２内径
ｄ３ 第３内径
Ｄ１ 第１外径
Ｄ２ 第２外径
Ｄ３ 第３外径
ΔＤ１ 第１直径差
ΔＤ２ 第２直径差
ΔＤ３ 第３直径差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根（１）を、ターボ機械、特に蒸気タービン又はガスタービン又はコンプレッサのロータシャフト（１６）に結合するための装置であって、
前記羽根（１）に固定された、特に一体で結合された第１フォーク端部（２）と、
前記ロータシャフトに固定された、特に一体で結合された第２フォーク端部（６）と、
少なくとも一つの結合ボルト（９）と、
を有し、
前記第１フォーク端部（２）は、第１ボア（５）を有するある数量の第１フットブラケット（４）を有し、前記第２フォーク端部（６）は、第２ボア（８）を有するある数量の第２フットブラケット（７）を有し、前記少なくとも一つの結合ボルト（９）は、前記第１フォーク端部（２）を前記第２フォーク端部（６）に結合するために、前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）に差し込まれている結合装置において、
該少なくとも一つの結合装置が、前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）の第１内径（ｄ１）と前記結合ボルト（９）の第１外径（Ｄ１）との間の所与の第１直径差（ΔＤ１）を有する第１領域（１１）と、前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）の第２内径（ｄ２）と前記結合ボルト（９）の第２外径（Ｄ２）との間の所与の第２直径差（ΔＤ２）を有する第２領域（１２）とを備え、
前記第１直径差（ΔＤ１）と前記第２直径差（ΔＤ２）とが異なること、特に寸法的に異なることを特徴とする、結合装置。
【請求項２】
前記第１領域（１１）及び前記第２領域（１２）において、前記ボアの少なくとも一つのボアの内径（ｄ１、ｄ２）が略同一であり、及び、前記少なくとも一つの結合ボルト（９）の前記第１外径（Ｄ１）及び前記第２外径（Ｄ２）が異なることを特徴とする、請求項１に記載の結合装置。
【請求項３】
前記第１領域（１１）及び前記第２領域（１２）において、前記少なくとも一つの結合ボルト（９）の前記第１外径（Ｄ１）及び前記第２外径（Ｄ２）が略同一であり、前記ボア（５、８）の前記第１内径（ｄ１）及び前記第２内径（ｄ２）が異なることを特徴とする、請求項１に記載の結合装置。
【請求項４】
前記第１直径差（ΔＤ２）及び前記第２直径差（ΔＤ２）により、異なるはめあいが形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項５】
少なくとも一つの直径差（ΔＤ１）により、より幅広のはめあい、望ましくは少なくとも一つの中程度のはめあい、特に中間ばめ又は隙間ばめが形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項６】
少なくとも一つの直径差により、より幅の狭いはめあい、望ましくは少なくとも一つの、捩込みばめ付き、特に中程度又は強固な締まりばめ付きの中間ばめが形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項７】
前記結合装置が、前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）の一つのボアの第３内径（ｄ３）と前記結合ボルト（９）の第３外径（Ｄ３）との間の第３直径差（ΔＤ３）を有する少なくとも一つの第３領域（１３）を有しており、
前記第２領域（１２）は、軸方向において前記第１領域（１１）と前記第３領域（１３）との間に配置されており、また、前記第２直径差（ΔＤ２）は、前記第１直径差（ΔＤ１）及び／又は前記第３直径差（ΔＤ３）より大きいことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項８】
前記第１領域及び／又は第３領域（１３）に、一つのより幅の狭いはめあい、望ましくは少なくとも一つの、捩込みばめ付き、特に中程度又は強固な締まりばめ付きの中間ばめが設けられていること、及び、
前記第２領域に、一つのより幅の広いはめあい、望ましくは少なくとも一つの中程度の圧入、特に中間ばめ又は隙間ばめが設けられていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項９】
２つの領域（１１、１２、１３）の間の移行が連続的であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）が、少なくとも３つのフットブラケット（４、７）のボア（５、８）に差し込まれており、その際第１フットブラケット（４）又は第２フットブラケット（７）のうちの２つのフットブラケット（４、７）の間に、第２フットブラケット（７）又は第１のフットブラケット（４）のうちのもう一方のフットブラケット（７、４）が配置されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）が、前記領域（１１、１２、１３）において力伝達的に前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）に接していることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）が略円筒形であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）が略円錐形であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の結合装置を作製するための方法であって、
前記第１ボア（５）及び第２ボア（８）内において設計通りに与えられた領域（１１、１２、１３）は、異なる内径（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を有するように構成されていること、及び／又は
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）において、設計通りに与えられた領域（１１、１２、１３）は、異なる外径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）を有するように構成されていることを特徴とする方法。
【請求項１】
羽根（１）を、ターボ機械、特に蒸気タービン又はガスタービン又はコンプレッサのロータシャフト（１６）に結合するための装置であって、
前記羽根（１）に固定された、特に一体で結合された第１フォーク端部（２）と、
前記ロータシャフトに固定された、特に一体で結合された第２フォーク端部（６）と、
少なくとも一つの結合ボルト（９）と、
を有し、
前記第１フォーク端部（２）は、第１ボア（５）を有するある数量の第１フットブラケット（４）を有し、前記第２フォーク端部（６）は、第２ボア（８）を有するある数量の第２フットブラケット（７）を有し、前記少なくとも一つの結合ボルト（９）は、前記第１フォーク端部（２）を前記第２フォーク端部（６）に結合するために、前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）に差し込まれている結合装置において、
該少なくとも一つの結合装置が、前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）の第１内径（ｄ１）と前記結合ボルト（９）の第１外径（Ｄ１）との間の所与の第１直径差（ΔＤ１）を有する第１領域（１１）と、前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）の第２内径（ｄ２）と前記結合ボルト（９）の第２外径（Ｄ２）との間の所与の第２直径差（ΔＤ２）を有する第２領域（１２）とを備え、
前記第１直径差（ΔＤ１）と前記第２直径差（ΔＤ２）とが異なること、特に寸法的に異なることを特徴とする、結合装置。
【請求項２】
前記第１領域（１１）及び前記第２領域（１２）において、前記ボアの少なくとも一つのボアの内径（ｄ１、ｄ２）が略同一であり、及び、前記少なくとも一つの結合ボルト（９）の前記第１外径（Ｄ１）及び前記第２外径（Ｄ２）が異なることを特徴とする、請求項１に記載の結合装置。
【請求項３】
前記第１領域（１１）及び前記第２領域（１２）において、前記少なくとも一つの結合ボルト（９）の前記第１外径（Ｄ１）及び前記第２外径（Ｄ２）が略同一であり、前記ボア（５、８）の前記第１内径（ｄ１）及び前記第２内径（ｄ２）が異なることを特徴とする、請求項１に記載の結合装置。
【請求項４】
前記第１直径差（ΔＤ２）及び前記第２直径差（ΔＤ２）により、異なるはめあいが形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項５】
少なくとも一つの直径差（ΔＤ１）により、より幅広のはめあい、望ましくは少なくとも一つの中程度のはめあい、特に中間ばめ又は隙間ばめが形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項６】
少なくとも一つの直径差により、より幅の狭いはめあい、望ましくは少なくとも一つの、捩込みばめ付き、特に中程度又は強固な締まりばめ付きの中間ばめが形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項７】
前記結合装置が、前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）の一つのボアの第３内径（ｄ３）と前記結合ボルト（９）の第３外径（Ｄ３）との間の第３直径差（ΔＤ３）を有する少なくとも一つの第３領域（１３）を有しており、
前記第２領域（１２）は、軸方向において前記第１領域（１１）と前記第３領域（１３）との間に配置されており、また、前記第２直径差（ΔＤ２）は、前記第１直径差（ΔＤ１）及び／又は前記第３直径差（ΔＤ３）より大きいことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項８】
前記第１領域及び／又は第３領域（１３）に、一つのより幅の狭いはめあい、望ましくは少なくとも一つの、捩込みばめ付き、特に中程度又は強固な締まりばめ付きの中間ばめが設けられていること、及び、
前記第２領域に、一つのより幅の広いはめあい、望ましくは少なくとも一つの中程度の圧入、特に中間ばめ又は隙間ばめが設けられていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項９】
２つの領域（１１、１２、１３）の間の移行が連続的であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）が、少なくとも３つのフットブラケット（４、７）のボア（５、８）に差し込まれており、その際第１フットブラケット（４）又は第２フットブラケット（７）のうちの２つのフットブラケット（４、７）の間に、第２フットブラケット（７）又は第１のフットブラケット（４）のうちのもう一方のフットブラケット（７、４）が配置されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）が、前記領域（１１、１２、１３）において力伝達的に前記第１ボア（５）及び前記第２ボア（８）に接していることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）が略円筒形であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）が略円錐形であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の結合装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の結合装置を作製するための方法であって、
前記第１ボア（５）及び第２ボア（８）内において設計通りに与えられた領域（１１、１２、１３）は、異なる内径（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を有するように構成されていること、及び／又は
前記少なくとも一つの結合ボルト（９）において、設計通りに与えられた領域（１１、１２、１３）は、異なる外径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）を有するように構成されていることを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２１６４６９（Ｐ２０１０−２１６４６９Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０９８６（Ｐ２０１０−１０９８６）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（５０１４７３８８８）マン ターボ アーゲー (21)
【氏名又は名称原語表記】ＭＡＮ ＴＵＲＢＯ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（５０１４７３８８８）マン ターボ アーゲー (21)
【氏名又は名称原語表記】ＭＡＮ ＴＵＲＢＯ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
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