DE19705011A1

DE19705011A1 - Gasturbinenrotor

Info

Publication number: DE19705011A1
Application number: DE19705011A
Authority: DE
Inventors: Masaru Sekihara; Takashi Machida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 1997-09-25
Also published as: US5860789A; JPH09250301A; JP3149774B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotoraufbau einer Gasturbine und insbesondere einen Gasturbinenrotor, mit dem ein hoher Wir kungsgrad und eine große Ausgangsleistung einer Gasturbine er zielt werden können.

Beschreibung der verwandten Technik

Der Aufbau einer herkömmlichen, in einer Gasturbine ver wendeten Drehscheibe basiert auf der Idee einer Konstruktion, bei der auf jeder Seite einer Scheibe in Form einer gleichmäßig belasteten Scheibe, bei der Spannungen, die sich an radialen Positionen entwickeln, in der gesamten radialen Richtung gleich oder gleichmäßig sind, ein Nabenabschnitt ausgebildet ist, der eine Anstoßfläche für den Kontakt mit einer danebenliegenden Platte definiert.

In jüngster Zeit war es jedoch bei Gasturbinenanlagen er forderlich, daß das System einen hohen Wirkungsgrad aufwies, um Energie zu sparen und ebenso die Umwelt zu schützen. Ein Ver fahren zum Erreichen einer derartigen Konstruktion mit hohem Wirkungsgrad ist die Steigerung der Einlaßtemperatur einer Tur bine.

Ebenso wurde es mit einem steigenden Bedarf an elektri schem Strom und insbesondere mit der Steigerung des elektri schen Spitzenstroms erforderlich, daß eine Gasturbine einen großen Ausgang erzeugt. Ein Verfahren zum Erzielen einer derar tigen Konstruktion mit großem Ausgang ist die Steigerung eines ringförmigen Querschnittsbereichs eines Gasströmungskanals.

Bei einer Steigerung der Turbineneinlaßtemperatur steigt eine Umgebungstemperatur, der die Drehscheiben ausgesetzt sind. Im allgemeinen wird bei einer Steigerung der Umgebungstempera tur die Festigkeit eines Materials verringert, aus dem die Drehscheiben gefertigt sind. Es ist daher erforderlich, die Dicke der Drehscheiben zu steigern, um eine entwickelte Span nung zu verringern, um dadurch die verringerte Festigkeit des Materials auszugleichen.

Die Steigerung des ringförmigen Querschnittsbereichs des Gasströmungskanals fordert die Steigerung einer auf die Schau feln einwirkenden Zentrifugalkraft heraus, und dadurch steigt eine Belastung, die sich in einem zentralen Abschnitt der Dreh scheibe entwickelt, und daher muß auch in diesem Fall die Dicke der Drehscheibe gesteigert werden, um eine entwickelte Bela stung zu verringern.

Wie in Fig. 8 dargestellt, umfaßt eine herkömmliche Gasturbine, bei der ein Gasturbinenrotor der beschriebenen Art verwendet wird, im weitesten Sinne einen Kompressorabschnitt 100, einen Verbrennungsabschnitt 200 und einen Turbinenab schnitt 300. Bei dieser Gasturbine wird die aus der Atmosphäre eingesaugte Luft im Kompressor 100 komprimiert und die derart komprimierte Luft wird in dem Verbrennungsabschnitt 200 mit Kraftstoff gemischt und verbrannt, wodurch ein Verbrennungsgas mit einer hohen Temperatur und hohem Druck erzeugt wird. Das derart erzeugte Verbrennungsgas dehnt sich in dem Turbinenab schnitt 300 aus, wodurch Energie erzeugt wird, und wird dann als Abgas in die Atmosphäre abgegeben. Ein Teil der in dem Tur binenabschnitt 300 erzeugten Energie wird für den Antrieb des Kompressorabschnitts 100 verwendet, und der Rest der Energie mit Ausnahme der zum Antrieb eines Kompressors des Kompressor abschnitts 100 verwendeten Energie dient als Antriebskraft für die Gasturbine, und durch diese Antriebsleistung der Gasturbine wird ein (nicht dargestellter) Generator angetrieben.

Um das vorstehend beschriebene Problem hinsichtlich der gesteigerten Dicke zu bewältigen, wurde ein Gasturbinenrotor für eine derartige Gasturbine vorgeschlagen, der den in Fig. 9 dargestellten Aufbau aufweist. Fig. 9 ist eine Querschnittsan sicht, die den Aufbau eines Turbinenabschnitts einer der Öf fentlichkeit am Yokohama International Gas Turbine Institute (1995) vorgestellten Gasturbine V84.3 von Siemens zeigt. Insbe sondere ist Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines gestapelten Rotors, bei dem Scheiben, die jeweils mehrere darin eingepaßte bewegte Schaufeln aufweisen, in der Richtung einer Drehachse mehrstufig gestapelt sind, und die linke Seite ist die Seite einer stromaufseitigen früheren Stufe, wogegen die rechte Seite die Seite einer stromabseitigen späteren Stufe ist. In Fig. 9 bezeichnen das Bezugszeichen 1 die Scheibe, das Bezugszeichen 2 die bewegte Schaufel, das Bezugszeichen 2 einen Stapelbolzen, das Bezugszeichen 4 eine stationäre Schaufel und das Bezugszei chen 5 ein Abdeckblech. Die Scheiben 1 sind durch den Stapel bolzen 3, der durch jeweils durch die mittleren Abschnitte der Scheiben 1 ausgebildete Bohrungen verläuft, gestapelt und an einander befestigt.

Zur Unterdrückung einer entsprechend den auf die bewegten Schaufeln 2 und den äußeren Umfangsabschnitt der Scheibe ein wirkenden Zentrifugalkräften am mittleren Abschnitt der Dreh scheibe 1 gemäß Fig. 9 erzeugten großen Zentrifugalbelastung auf einen zulässigen Bereich und ebenso zum Ausgleich der ver ringerten Festigkeit des Materials der Scheibe aufgrund der Steigerung der Umgebungstemperatur steigt die Dicke der in Fig. 9 dargestellten Drehscheibe 1 zu ihrem mittleren Abschnitt kon tinuierlich (progressiv), wobei ihre Dicke am innersten Um fangsabschnitt so weit wie möglich gesteigert wird, so daß die Drehscheibe 1 annähernd mit den danebenliegenden Drehscheiben 1 an deren innersten Umfangsabschnitten in Kontakt gelangt.

Es wird erwartet, daß Gasturbinen einen höheren Wirkungs grad und einen größeren Ausgang erzielen müssen, und um diesen Bedarf zu stillen, ist es, wenn die Dicke des inneren Umfangs abschnitts jeder Drehscheibe gesteigert wird, wie bei der be kannten Technik vorgeschlagen, möglich, daß die nebeneinander liegenden Drehscheiben an ihren inneren Umfangsabschnitten in Kontakt miteinander gelangen, und daher ist dieses Verfahren der Steigerung der Dicke der Drehscheibe beschränkt. Eine Ober fläche einer durch den mittleren Abschnitt der Drehscheibe aus gebildeten kreisförmigen Bohrung oder Öffnung (im folgenden als innere Bohrung bezeichnet) wird durch die auf den äußeren Um fangsabschnitt der Scheibe und die bewegten Schaufeln einwir kenden Zentrifugalzugkräfte an ihrem mittleren Abschnitt in ei nem höheren Maße radial nach außen gezogen. Daher treten große Unterschiede der radialen Verformung zwischen dem mittleren Ab schnitt der Oberfläche der zentralen Bohrung und den einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Seitenabschnitten der Oberfläche der zentralen Bohrung auf, und die entsprechende Spannungskomponente in der Nähe des mittleren Abschnitts der Oberfläche der inneren Bohrung steigt lokal, da die Druckbela stungskomponenten in der Richtung der Dicke der Drehscheibe auf diesen mittleren Abschnitt einwirken. Daher trat das Problem auf, daß durch bloßes Steigern der Dicke des inneren Umfangsab schnitts der Drehscheibe diese einer lokalen Spitze entspre chende Belastung nicht zufriedenstellend verringert werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Gasturbinenrotor zu schaffen, bei dem eine einer Spitze entsprechende Belastung, die sich an der inneren Umfangsfläche einer Drehscheibe entwic kelt, verringert wird, so daß durch den Gasturbinenrotor die Konstruktion einer Gasturbine mit hohem Wirkungsgrad und großem Ausgang erzielt werden kann.

Die vorstehend genannte Aufgabe der Erfindung wurde durch Gasturbinenrotoren mit den in den folgenden Absätzen (1) bis (4) beschriebenen strukturellen Merkmalen erreicht. Die erfin dungsgemäßen Gasturbinenrotoren umfassen mehrere Drehscheiben, die jeweils eine durch ihren mittleren Abschnitt ausgebildete, kreisförmige zentrale Bohrung, ein Paar jeweils an ihren einan der gegenüberliegenden Seiten ausgebildete Nabenabschnitte (verdickte Abschnitte) und ein Paar jeweils an ihren einander gegenüberliegenden Seiten ausgebildete tiefliegende Abschnitte aufweisen, und mehrere Abstandhalter, die jeweils eine kreis förmige, durch ihre mittleren Abschnitte ausgebildete zentrale Bohrung und ein Paar jeweils an ihren einander gegenüberliegen den Seiten ausgebildete tiefliegende Abschnitte aufweisen, wo bei die Drehscheiben und die Abstandhalter derart abwechselnd geschichtet sind, daß die einander gegenüberliegenden Seiten jedes der Abstandhalter jeweils mit gegenüberliegenden Seiten flächen der danebenliegenden Nabenabschnitte in Kontakt stehen und daß die tiefliegenden Abschnitte jedes der Abstandhalter jeweils mit den tiefliegenden Abschnitten der danebenliegenden Drehscheiben in Eingriff stehen, und der Stapel von Drehschei ben und Abstandhaltern in der Axialrichtung durch Stapelbolzen zusammengehalten wird.

(1) Eine Dicke des Abschnitts der Drehscheibe, der sich radi al von einem inneren Umfang der Nabenabschnitte zu einer inneren Umfangsfläche der Drehscheibe erstreckt, wird derart bestimmt, daß Spannungen, die sich an der inneren Umfangsfläche der Drehscheibe entwickeln, im allgemeinen über den gesamten Bereich derselben in Übereinstimmung miteinander gebracht werden können.
(2) Eine Dicke des Abschnitts der Drehscheibe, der sich radi al von einem inneren Umfang der Nabenabschnitte zu einer inneren Umfangsfläche der Drehscheibe erstreckt, wird derart bestimmt, daß die Dicke an einem Abschnitt zwi schen dem inneren Umfang der Nabenabschnitte und der in neren Umfangsfläche der Drehscheibe am größten ist und daß die Dicke von dem Abschnitt mit der größten Dicke zur inneren Umfangsfläche der Drehscheibe kontinuierlich ab nimmt.
(3) Eine Dicke des Abschnitts der Drehscheibe, der sich radi al von einem inneren Umfang der Nabenabschnitte zu einer inneren Umfangsfläche der Drehscheibe erstreckt, wird derart bestimmt, daß die Dicke an einem Abschnitt zwi schen dem inneren Umfang der Nabenabschnitte und der in neren Umfangsfläche der Drehscheibe am größten ist, wobei sich der Abschnitt mit der größten Dicke über eine vorge gebene Strecke radial der Drehscheibe erstreckt, und daß die Dicke von einem radial inneren Ende des Abschnitts mit der größten Dicke zur inneren Umfangsfläche der Dreh scheibe kontinuierlich abnimmt.
(4) Gemäß Absatz (2) oder Absatz (3) nimmt die Dicke der Drehscheibe von dem Abschnitt mit der größten Dicke zur inneren Umfangsfläche der Drehscheibe derart stufig ab, daß ein Teil des Abschnitts, der sich radial von dem Ab schnitt mit der größten Dicke erstreckt, und die innere Umfangsfläche der Drehscheibe eine einheitliche Dicke aufweisen.

Bei den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Gasturbinenrotoren wird die Dicke der Drehscheibe zwischen den einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Seiten (oder Oberflächen) in der Nähe eines an die Nabe angrenzenden Ab schnitts gesteigert, und daher werden jeweils an den einander gegenüberliegenden Seitenabschnitten, die jeweils neben den einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Seiten oder Oberflächen der Drehscheibe angeordnet sind, in der Nähe des von dem an die Nabe angrenzenden Abschnitt radial innen ange ordneten mittleren Abschnitts der Drehscheibe erzeugte Zentri fugalkräfte gesteigert. Ebenso wird die Dicke der einander ge genüberliegenden Seitenabschnitte der Drehscheibe in der Nähe des mittleren Abschnitts der Drehscheibe verringert, wodurch die radiale Steifigkeit der einander gegenüberliegenden Seiten abschnitte in der Nähe des mittleren Abschnitts der Drehscheibe verringert wird. Dadurch wird die radiale Verformung der Ab schnitte der einander gegenüberliegenden Seitenabschnitte in der Nähe des mittleren Abschnitts gesteigert, wodurch der Un terschied zwischen der radialen Verformung des mittleren Ab schnitts der Oberfläche der inneren Bohrung und der radialen Verformung jedes der einander gegenüberliegenden Endabschnitte der Oberfläche der zentralen Bohrung verringert wird. Im übri gen wird die radiale Verformung des mittleren Abschnitts der Oberfläche der inneren Bohrung verringert, da die Steifigkeit gegen die radiale Verformung in der Nähe des mittleren Ab schnitts der Drehscheibe gesteigert wird. Dadurch werden am mittleren Abschnitt der Oberfläche der inneren Bohrung Druckbe lastungskomponenten in der Richtung der Dicke derart verrin gert, daß die einer Spitze entsprechende Belastung an der Ober fläche der inneren Bohrung verringert werden kann. Ebenso kön nen die folgenden Wirkungen erzielt werden.

Die Dicke des Abschnitts der Drehscheibe, der sich radial vom inneren Umfang der Nabenabschnitte zur inneren Umfangsflä che der Drehscheibe erstreckt, wird derart bestimmt, daß die Dicke an einem Abschnitt zwischen dem inneren Umfang der Naben abschnitte und der inneren Umfangsfläche der Drehscheibe am größten ist, und daher wird die radiale Steifigkeit der einan der gegenüberliegenden Seitenabschnitte der Drehscheibe in der Nähe des mittleren Abschnitts der Drehscheibe verringert, und daneben wird die Größe der Drehscheibe an ihren mit den dane benliegenden Abstandhaltern in Eingriff stehenden tiefliegenden Abschnitten verringert und es kann ein ausreichender tieflie gender Bereich für die Drehscheibe erhalten werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Gasturbinenro toraufbaus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, die am besten die Merkmale der Erfindung zeigt;

Fig. 2A ist eine schematische Seitenansicht eines Ab schnitts einer Drehscheibe eines erfindungsgemäßen Gasturbinen rotors, die tannenförmige Abschnitte in die Drehscheibe einge betteter bewegter Schaufeln zeigt;

Fig. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IIB-IIB in Fig. 2A;

Fig. 3A und 3B sind Querschnittsansichten einer Drehscheibe eines herkömmlichen Gasturbinenrotors, die eine ra diale Verformung einer Oberfläche einer inneren Bohrung in der Drehscheibe zeigen;

Fig. 3C und 3D sind Querschnittsansichten der Drehscheibe des erfindungsgemäßen Gasturbinenrotors, die eine radiale Verformung einer Oberfläche einer inneren Bohrung in der Drehscheibe zeigen;

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Gasturbinenro toraufbaus gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die Dicke einer Drehscheibe von einem an die Nabe an grenzenden Abschnitt zu einem Abschnitt mit der größten Dicke stufig zunimmt;

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Gasturbinenro toraufbaus gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die Dicke einer Drehscheibe von einem Abschnitt mit der größten Dicke zu einer inneren Bohrung in der Drehscheibe stu fig abnimmt;

Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Gasturbinenro toraufbaus gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der sich ein Abschnitt mit der größten Dicke eine vorbe stimmte Strecke radial auf der Drehscheibe erstreckt;

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines Gasturbinenro toraufbaus gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der sich die Dicke einer Drehscheibe in einer radialen Richtung krummlinig ändert;

Fig. 8 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Ge samtaufbau einer Gasturbine zeigt; und

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Gasturbinenrotoraufbaus.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be schrieben.

Ein erfindungsgemäßer Gasturbinenrotor umfaßt Drehschei ben, in jede der Drehscheiben eingebettete bewegte Schaufeln und Stapelbolzen, die sich durch die mehrstufig angeordneten Drehscheiben erstrecken, um diese aneinander zu befestigen. Je de der bewegten Schaufeln weist an ihrem zunächstgelegenen Ende einen in die Drehscheibe eingebetteten tannenförmigen Abschnitt auf, und in einer äußeren Umfangsfläche der Drehscheibe sind in einem vorgegebenen Winkel in der Richtung der Drehachse oder in der Umfangsrichtung Rillen ausgebildet, wobei die tannenförmi gen Abschnitte der bewegten Schaufeln jeweils in diese Rillen eingebettet sind. Ein Paar Nabenabschnitte mit einer gleichmä ßigen Dicke sind jeweils an einander gegenüberliegenden Seiten oder Oberfläche der Drehscheiben ausgebildet und definieren je weils mit den entsprechenden danebenliegenden Abstandhaltern in Kontakt gehaltene Anstoßflächen. Mehrere Bohrungen sind durch die Drehscheibe ausgebildet und sind zur äußeren Oberfläche der beiden Nabenabschnitte offen, und die Bohrungen weisen radial zur Drehachse übereinstimmende Abstände auf und sind in glei chen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Die mehreren Drehscheiben sind in der Axialrichtung geschichtet und durch Stapelbolzen aneinander befestigt, die jeweils durch die Gruppe von ausgerichteten Bohrungen in den Drehscheiben verlaufen. Die Drehscheibe weist ein Paar jeweils an den mit den jeweils dane benliegenden Abstandhaltern in Kontakt stehenden Kontaktab schnitten ausgebildete tiefliegende Abschnitte auf. Die tiefliegenden Abschnitte greifen jeweils mit den danebenliegen den Abstandhaltern ineinander, wodurch die Drehscheibe in der Radialrichtung festgestellt wird. Im folgenden wird unter Be zugnahme auf die Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht von Turbinendreh scheiben entlang der Drehachse, die am besten die Merkmale der vorliegenden Erfindung zeigt, und die Fig. 2A und 2B zeigen die Drehscheibe. Gemäß den Fig. 1, 2A und 23 sind bewegte Schaufeln 2 und stationäre Schaufeln 4, die jeweils darauf mon tierte Abdeckbleche 5 zur Abdichtung des Gasdrucks zwischen den Schaufeln aufweisen, von einer Stromaufseite der Turbine zu ei ner Stromabseite der Turbine abwechselnd angeordnet. Jede der bewegten Schaufeln 2 weist einen an ihrem zunächst gelegenen Ende ausgebildeten tannenförmigen Abschnitt 6 auf, und der tan nenförmige Abschnitt 6 ist derart in eine in der äußeren Um fangsfläche der Drehscheibe 1 ausgebildete Rille 7 für den tan nenförmigen Abschnitt eingebettet, daß die bewegliche Schaufel 2 an der Drehscheibe 1 befestigt ist. Ein Querschnittsbereich eines Strömungskanals in der Turbine nimmt von der Stromaufsei te zur Stromabseite zu, und die Außendurchmesser der Drehschei ben weisen die Neigung auf, von der Stromaufseite zur Stromab seite abzunehmen. Die Drehscheibe weist ein Paar Nabenabschnit te 10 und ein Paar tiefliegende Abschnitte 11 auf, die jeweils an den jeweils mit den danebenliegenden Abstandhaltern 8 in Kontakt stehenden Anstoßflächen 9 ausgebildet sind. Die tiefliegenden Abschnitte 11 greifen jeweils mit den danebenlie genden Abstandhaltern 8 ineinander, wodurch eine radiale Bewe gung der Drehscheibe 1 verhindert wird. Mehrere Bolzenbohrungen sind durch die Drehscheibe 1 ausgebildet und zu den beiden An stoßflächen 9 offen, und die Bolzenbohrungen weisen radial zur Drehachse 12 gleichmäßige Abstände auf. Die mehreren Drehschei ben 1 sind in der Axialrichtung geschichtet und durch jeweils durch die Gruppe ausgerichteter Bohrungen verlaufende Stapel bolzen 3 aneinander befestigt, wobei auf die einander gegen überliegenden Enden jedes der Stapelbolzen 3 über ein Abstands stück 14 und eine Flanschwelle 15 jeweils Muttern 13 und 13′ geschraubt sind, so daß verhindert wird, daß sich die Gruppe von Drehscheiben 1 in der Richtung der Drehachse bewegt. Auf der äußeren Umfangsfläche des Abstandhalters 8 ist eine Laby rinthdichtungsfläche 16 ausgebildet, die mit dem am entfernt liegenden Ende der stationären Schaufel 4 montierten Abdeck blech 5 zusammenwirkt.

Wie in den Fig. 1, 2A und 2B dargestellt, ist die Dic ke des von den Nabenabschnitten 10 radial innen gelegenen Ab schnitts der erfindungsgemäßen Drehscheibe 4 am größten, wie bei 19 zwischen einem an die Nabe angrenzenden Abschnitt 17 und einer durch den mittleren Abschnitt der Drehscheibe 1 ausgebil deten inneren Bohrung 18, wobei die Dicke der Drehscheibe 1 von dem Abschnitt mit der größten Dicke bzw. der Position 19 zur inneren Bohrung 18 kontinuierlich (progressiv) abnimmt.

Die Fig. 3A bis 3D zeigen schematisch die Wirkungen der Ausführungsform. (In den Fig. 3A bis 3D zeigen durchge hende Pfeile eine Kraft und gestrichelte Pfeile eine Verfor mung.) Die Fig. 3A und 3B zeigen die auf eine Drehscheibe in Form einer herkömmlichen Scheibe mit gleichmäßiger Belastung mit Nabenabschnitten 10 ausgeübte Kraft und Verformung. Die Fig. 3C und 3D zeigen die auf die erfindungsgemäße Drehscheibe ausgeübte Kraft und Verformung. Die Fig. 3A und 3C zeigen den Zustand vor der Verformung, und die Fig. 3B und 3D zei gen den Zustand nach der Verformung. Die Fig. 3B und 3D zei gen den Zustand nach der Verformung, zeigen jedoch die Dreh scheiben in im Vergleich zu den Drehscheiben vor der Verformung verkleinertem Maßstab und sollten als ähnliche Figuren betrach tet werden.

Bei dem in den Fig. 3A und 3B dargestellten herkömmli chen Aufbau ist die Dicke des von dem an die Nabe angrenzenden Abschnitt 17 radial innen gelegenen Abschnitts der Drehscheibe derart, daß dieser Abschnitt einen Aufbau aufweist, der dem ei ner Scheibe mit gleichmäßiger Belastung entspricht. Eine an den beweglichen Schaufeln und einem äußeren Umfangsabschnitt der Drehscheibe erzeugte Zentrifugalkraft 22 wirkt mehr auf einen mittleren Abschnitt 24 der Oberfläche einer inneren Bohrung 18 als auf einander gegenüberliegende (rechte und linke) Endab schnitte 23 der inneren Bohrung 18 ein. Ebenso weisen, da die Dicke an einem Abschnitt 21 in der Nähe des mittleren Ab schnitts der Drehscheibe am größten ist, diese jeweils neben den einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Seiten (oder Oberflächen) liegenden Abschnitte (die einander gegen überliegenden Seitenabschnitte) 20 in der Radialrichtung eine hohe Steifigkeit auf. Daher wird der Unterschied zwischen der radialen Verformung 25 des mittleren Abschnitts 24 der Oberflä che der inneren Bohrung 18 und der radialen Verformung 26 jedes der rechten und linken Endabschnitte 23 der Oberfläche groß, und daher werden am mittleren Abschnitt 24 der Oberfläche der inneren Bohrung 18 Druckbelastungskomponenten 27 in der Rich tung der Dicke sowie Scherbelastungskomponenten 28 in Richtun gen zwischen der Radialrichtung und der Richtung der Dicke groß, so daß die einer Spitze entsprechende Belastung an der Oberfläche der inneren Bohrung 18 steigt.

Bei der in den Fig. 3C und 3D gezeigten Ausführungs form ist die Dicke der jeweils neben den einander gegenüberlie genden (rechten und linken) Seiten (oder Oberflächen) liegenden Abschnitte (der einander gegenüberliegenden Seitenabschnitte) 20 des an die Nabe angrenzenden Abschnitts 17 groß, und daher werden jeweils an diesen von dem an die Nabe angrenzenden Ab schnitt 19 radial innen angeordneten Abschnitten 20 erzeugte Zentrifugalkräfte 29 gesteigert. Ebenso nimmt die Dicke von dem Abschnitt 19 mit der größten Dicke zur inneren Bohrung 18 kon tinuierlich ab, so daß die radiale Steifigkeit der jeweils ne ben den einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Seiten angeordneten Abschnitte 20 am Abschnitt 21 in der Nähe des mittleren Abschnitts der Drehscheibe verringert wird. Daher wird der Unterschied zwischen der radialen Verformung 25 des mittleren Abschnitts 24 der Oberfläche der inneren Bohrung 18 und der radialen Verformung 26 jedes der rechten und linken En dabschnitte 23 der Oberfläche verringert, und daher werden am mittleren Abschnitt 24 der Oberfläche der inneren Bohrung 18 Druckbelastungskomponenten 27 in der Richtung der Dicke sowie Scherbelastungskomponenten 28 in Richtungen zwischen der Ra dialrichtung und der Richtung der Dicke verringert. Ferner wird die Steifigkeit gegen die radiale Verformung am Abschnitt 21 in der Nähe des mittleren Abschnitts gesteigert, wodurch die ra diale Verformung 25 des mittleren Abschnitts 24 der Oberfläche der inneren Bohrung 18 verringert wird, wodurch Umfangsbela stungen in der Nähe des mittleren Abschnitts 24 der Oberfläche der inneren Bohrung 18 verringert werden, so daß die einer Spitze entsprechende Belastung an der Oberfläche der inneren Bohrung 18 verringert werden kann.

Bei einer in Fig. 4 dargestellten weiteren Ausführungs form der Erfindung steigt die Dicke einer Drehscheibe 1 von ei nem neben der Nabe gelegenen Abschnitt 17 zu einem Abschnitt 19 mit der größten Dicke stufig, und die Dicke nimmt von dem Ab schnitt 19 mit der größten Dicke zu einer zentralen Bohrung 18 kontinuierlich ab. Bei diesem Aufbau wird der Unterschied zwi schen der radialen Verformung eines mittleren Abschnitts 24 ei ner Oberfläche der inneren Bohrung 18 und der radialen Verfor mung jedes der einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Endabschnitte 23 der Oberfläche der inneren Bohrung 18 verrin gert, und auch die radiale Verformung 25 des mittleren Ab schnitts 24 wird verringert, so daß die einer Spitze entspre chende Belastung der inneren Bohrung 18 vermindert werden kann.

Bei einer in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungs form der Erfindung verringert sich die Dicke des in bezug auf Nabenabschnitte 10 radial innen gelegenen Abschnitts einer Drehscheibe 1 von einem Abschnitt 19 mit der größten Dicke zu einer inneren Bohrung 18 derart stufig, daß ein von dem Ab schnitt 19 mit der größten Dicke zur inneren Bohrung 18 verlau fender Teil (bzw. vorgegebener Bereich) dieses Abschnitts eine gleichmäßige Dicke aufweist. Anders ausgedrückt weist der un mittelbar neben der inneren Bohrung angeordnete innere Umfangs abschnitt der Drehscheibe 1 eine gleichmäßige Dicke auf. Bei diesem Aufbau wird der Unterschied zwischen der radialen Ver formung eines mittleren Abschnitts 24 einer Oberfläche der in neren Bohrung 18 und der radialen Verformung jedes der einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Endabschnitte 23 der Oberfläche der inneren Bohrung 18 verringert, und auch die ra diale Verformung 25 des mittleren Abschnitts 24 wird verrin gert, so daß die einer Spitze entsprechende Belastung an der Oberfläche der inneren Bohrung vermindert werden kann.

Bei einer in Fig. 6 dargestellten weiteren Ausführungs form der Erfindung ist die Dicke des in bezug auf Nabenab schnitte 10 radial innen angeordneten Abschnitts einer Dreh scheibe 1 nicht an einem Abschnitt bzw. einer Position am größ ten, sondern an einem vorgegebenen Bereich, der sich radial von einem äußeren radialen Abschnitt 30 zu einem inneren radialen Abschnitt 31 erstreckt, und die Dicke nimmt von dem inneren ra dialen Abschnitt 31 mit der größten Dicke zu einer inneren Boh rung 18 kontinuierlich ab. Bei diesem Aufbau wird der Unter schied zwischen der radialen Verformung eines mittleren Ab schnitts 24 einer Oberfläche der inneren Bohrung 18 und der ra dialen Verformung jedes der einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Endabschnitte 23 der Oberfläche der inne ren Bohrung 18 verringert, und auch die radiale Verformung 25 des mittleren Abschnitts 24 wird verringert, so daß die einer Spitze entsprechende Belastung an der Oberfläche der inneren Bohrung 18 vermindert werden kann.

Bei einer in Fig. 7 dargestellten weiteren Ausführungs form der Erfindung steigt die Dicke einer Drehscheibe 1 von ei nem an die Nabe angrenzenden Abschnitt 17 zu einem Abschnitt 19 mit der größten Dicke krummlinig, und die Dicke nimmt von dem Abschnitt 19 mit der größten Dicke zu einer inneren Bohrung 18 krummlinig ab. Bei diesem Aufbau ist der Abschnitt 21 in der Nähe eines mittleren Abschnitts der Drehscheibe 1 mit einer ei ner Ellipsenform ähnlichen Querschnittsform ausgebildet, wo durch die erzeugten Belastungen im allgemeinen in Übereinstim mung miteinander gebracht werden, und daher wird der Unter schied zwischen der radialen Verformung eines mittleren Ab schnitts 24 der Oberfläche der inneren Bohrung 18 und der ra dialen Verformung jeder der einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Endabschnitte 23 der Oberfläche der inne ren Bohrung 18 verringert, so daß die einer Spitze entsprechen de Belastung an der Oberfläche der inneren Bohrung 18 vermin dert werden kann.

Wie vorstehend beschrieben wird erfindungsgemäß die Dicke der Drehscheibe zwischen den einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Seiten (bzw. Oberflächen) in der Nähe des an die Nabe angrenzenden Abschnitts gesteigert, und die jeweils neben den einander gegenüberliegenden (rechten und linken) Sei ten der Drehscheibe gelegenen Abschnitte (die einander gegen überliegenden Seitenabschnitte) der Drehscheibe weisen in der Nähe des mittleren Abschnitts der Drehscheibe eine verringerte Dicke auf. Bei diesem Aufbau werden die jeweils an den einander gegenüberliegenden Seitenabschnitten in der Nähe des mittleren Abschnitts der Drehscheibe erzeugten Zentrifugalkräfte gestei gert, und auch die radiale Steifigkeit der einander gegenüber liegenden Seitenabschnitte wird vermindert. Dadurch wird die radiale Verformung der Abschnitte der einander gegenüberliegen den Seitenabschnitte in der Nähe des mittleren Abschnitts der Drehscheibe gesteigert, wodurch der Unterschied zwischen der radialen Verformung des mittleren Abschnitts der Oberfläche der inneren Bohrung und der radialen Verformung jedes der einander gegenüberliegenden Endabschnitte der Oberfläche der inneren Bohrung verringert wird. Im übrigen wird die radiale Verformung des mittleren Abschnitts der Oberfläche der inneren Bohrung vermindert, da die Steifigkeit gegen die radiale Verformung in der Nähe des mittleren Abschnitts der Drehscheibe gesteigert wird. Dadurch werden die Druckbelastungskomponenten in der Richtung der Dicke sowie die Belastungen in der Umfangsrichtung vermindert, so daß die einer Spitze entsprechende Belastung an der Oberfläche der inneren Bohrung verringert werden kann.

Claims

1. Gasturbinenrotor mit
mehreren Drehscheiben, die jeweils eine durch ihren mittle ren Abschnitt ausgebildete kreisförmige Öffnung aufweisen, wobei die Drehscheibe ein Paar jeweils an ihren einander gegenüberliegenden Seiten ausgebildete Nabenabschnitte und ein Paar jeweils an ihren einander gegenüberliegenden Sei ten ausgebildete tiefliegende Abschnitte aufweist; und
mehreren Abstandhaltern, die jeweils eine durch ihren mitt leren Abschnitt ausgebildete kreisförmige Öffnung aufwei sen, wobei der Abstandhalter ein Paar jeweils an seinen einander gegenüberliegenden Seiten ausgebildete tiefliegen de Abschnitte aufweist, wobei die Drehscheiben und die Ab standhalter derart abwechselnd geschichtet sind, daß die einander gegenüberliegenden Seiten jedes der Abstandhalter jeweils mit gegenüberliegenden Seitenflächen der daneben liegenden Nabenabschnitte in Kontakt stehen und daß die tiefliegenden Abschnitte jedes der Abstandhalter jeweils mit den tiefliegenden Abschnitten der danebenliegenden Drehscheiben in Eingriff stehen und der Stapel aus Dreh scheiben und Abstandhaltern in der Axialrichtung durch Sta pelbolzen zusammengehalten wird;
bei dem eine Dicke des Abschnitts der Drehscheibe, der sich radial von einem inneren Umfang der Nabenabschnitte zu ei ner inneren Umfangsfläche der Drehscheibe erstreckt, derart bestimmt wird, daß Belastungen, die sich an der inneren Um fangsfläche der Drehscheibe entwickeln, im allgemeinen über ihren gesamten Bereich in Übereinstimmung miteinander ge bracht werden können.

2. Gasturbinenrotor mit:
mehreren Drehscheiben mit jeweils einer durch ihren mittle ren Abschnitt ausgebildeten kreisförmigen Öffnung, die je weils ein Paar jeweils auf ihren einander gegenüberliegen den Seiten ausgebildete Nabenabschnitte und ein Paar je weils an ihren einander gegenüberliegenden Seiten ausgebil dete tiefliegende Abschnitte aufweisen; und
mehreren Abstandhaltern mit jeweils einer durch ihren mitt leren Abschnitt ausgebildeten kreisförmigen Öffnung, die jeweils ein Paar jeweils an ihren einander gegenüberliegen den Seiten ausgebildete tiefliegende Abschnitte aufweisen, wobei die Drehscheiben und die Abstandhalter abwechselnd derart geschichtet sind, daß die einander gegenüberliegen den Seiten jedes der Abstandhalter jeweils mit den gegen überliegenden Seitenflächen der danebenliegenden Nabenab schnitte in Kontakt stehen und daß die tiefliegenden Ab schnitte jedes der Abstandhalter jeweils mit den tieflie genden Abschnitten der danebenliegenden Drehscheiben in Eingriff stehen, und der Stapel von Drehscheiben und Ab standhaltern in einer Axialrichtung durch zusammengehalten wird;
bei dem eine Dicke des radial von einem inneren Umfang der Nabenabschnitte zu einer inneren Umfangsfläche der Dreh scheibe verlaufenden Abschnitts der Drehscheibe derart festgelegt ist, daß die Dicke an einem Abschnitt zwischen dem inneren Umfang der Nabenabschnitte und der inneren Um fangsfläche der Drehscheibe am größten ist und daß die Dic ke von dem Abschnitt mit der größten Dicke zur inneren Um fangsfläche der Drehscheibe kontinuierlich abnimmt.

3. Gasturbinenrotor mit
mehreren Drehscheiben mit jeweils einer durch ihren mittle ren Abschnitt ausgebildeten kreisförmigen Öffnung, die je weils ein Paar jeweils an ihren einander gegenüberliegenden Seiten ausgebildete Nabenabschnitte und ein Paar jeweils an ihren einander gegenüberliegenden Seiten ausgebildete tiefliegende Abschnitte aufweisen; und
mehreren Abstandhaltern mit jeweils einer durch ihren mitt leren Abschnitt ausgebildeten kreisförmigen Öffnung, die jeweils ein Paar jeweils an ihren einander gegenüberliegen den Seiten ausgebildete tiefliegende Abschnitte aufweisen, wobei die Drehscheiben und die Abstandhalter derart abwech selnd geschichtet sind, daß die einander gegenüberliegenden Seiten jedes der Abstandhalter jeweils mit den gegenüber liegenden Seitenflächen der danebenliegenden Nabenabschnit te in Kontakt stehen, und daß die tiefliegenden Abschnitte jedes der Abstandhalter jeweils mit den tiefliegenden Ab schnitten der danebenliegenden Drehscheiben in Eingriff stehen, und der Stapel aus Drehscheiben und Abstandhaltern in der Axialrichtung durch Stapelbolzen zusammengehalten wird;
bei dem eine Dicke des Abschnitts der Drehscheibe, der sich radial von einem inneren Umfang der Nabenabschnitte zu ei ner inneren Umfangsfläche der Drehscheibe erstreckt, derart festgelegt ist, daß die Dicke an einem Abschnitt zwischen dem inneren Umfang der Nabenabschnitte und der inneren Um fangsfläche der Drehscheibe am größten ist, wobei sich der Abschnitt mit der größten Dicke über eine vorgegebene Strecke radial der Drehscheibe erstreckt und die Dicke von einem radial innen gelegenen Ende des Abschnitts mit der größten Dicke zur inneren Umfangsfläche der Drehscheibe kontinuierlich abnimmt.

4. Gasturbinenrotor gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Dicke der Drehscheibe von dem Abschnitt mit der größten Dicke zur inneren Umfangsfläche der Drehscheibe derart stufig ab nimmt, daß ein Teil des Abschnitts, der sich radial von dem Abschnitt mit der größten Dicke zur inneren Umfangsfläche der Drehscheibe erstreckt, eine gleichmäßige Dicke auf weist.