JP2003120201A - Turbine disk connecting mechanism - Google Patents

Turbine disk connecting mechanism

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JP2003120201A
JP2003120201A JP2002304604A JP2002304604A JP2003120201A JP 2003120201 A JP2003120201 A JP 2003120201A JP 2002304604 A JP2002304604 A JP 2002304604A JP 2002304604 A JP2002304604 A JP 2002304604A JP 2003120201 A JP2003120201 A JP 2003120201A
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JP
Japan
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turbine disk
compressor shaft
trapezoidal
turbine
compressor
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Application number
JP2002304604A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Mizutani
智昭 水谷
Kiyoshi Ishii
潔 石井
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide turbine disk connecting mechanism which can use materials different substantially in coefficients of thermal expansion for a turbine disk, can absorb the difference in thermal expansion caused by the difference in the coefficients of the materials, can transmit torque for driving a compressor, hardly causes center offset and has high flexural rigidity. SOLUTION: The connection section 13 of the turbine disk and a compressor shaft comprises a plurality of trapezoidal recessed grooves 13a provided in one of the two and a plurality of trapezoidal protruded sections 13b provided in the other one to be fitted to these recessed grooves 13a. The trapezoidal recessed grooves and the trapezoidal protruded sections from the inclined faces of a trapezoid respectively and contact each other at two faces 13c and 13d extending radially. A tie bolt is cylindrical in its hollow section and has a male thread section provided at one end of the tie bolt and threadedly engaged with the female thread section of the compressor shaft, and a head section provided at the other end of the tie bolt and is projected from the shoulder section of the turbine disk in a radial and outer direction, and is held tensioned. This holds the turbine disk pressed against to the side of the compressor shaft.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンディスク
の結合構造に係わり、更に詳しくは、タービンディスク
に熱膨張係数の大きく異なる材料(例えばセラミック複
合材)を用いることができるタービンディスクの結合構
造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbine disk coupling structure, and more particularly to a turbine disk coupling structure in which materials having greatly different thermal expansion coefficients (for example, ceramic composite materials) can be used for the turbine disk. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のジェットエンジンは、図4に例示
するように、圧縮機1、燃焼器2、タービン3、等で構
成され、タービン3は、外周部に多数のタービン翼4を
有するタービンディスク5とこれを圧縮機1と連結する
ロータ6等とから構成され、その両端部が軸受7で支持
されている。また、金属製のタービンディスク5及びロ
ータ6は、その結合部にそれぞれフランジ部5a、6a
を有し、ボルト8で結合される。この構造により圧縮機
1の回転で圧縮された空気が燃焼器2に流入し、燃焼器
2で高温の燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスによりター
ビン3を駆動し、その駆動力によりロータ6を介して圧
縮機1を駆動するようになっている。
2. Description of the Related Art A conventional jet engine is composed of a compressor 1, a combustor 2, a turbine 3, etc., as shown in FIG. 4, and the turbine 3 has a large number of turbine blades 4 on its outer peripheral portion. It is composed of a disk 5 and a rotor 6 connecting the disk 5 to the compressor 1, and both ends thereof are supported by bearings 7. Further, the metal turbine disk 5 and the rotor 6 have flange portions 5a and 6a at their joints, respectively.
And are connected by bolts 8. With this structure, the air compressed by the rotation of the compressor 1 flows into the combustor 2, the combustor 2 generates high-temperature combustion gas, and the combustion gas drives the turbine 3, and the driving force of the rotor 6 drives the rotor 6. The compressor 1 is driven via this.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】近年、ジェットエンジ
ンの熱効率向上のため、タービン入口温度を高めること
が要望されている。しかし、タービン入口温度が例えば
1400℃以上の高温になると、タービン翼4のみなら
ず、タービンディスク5も700℃以上の高温にな
り、従来の金属では高温強度が不足して使用できない問
題点があった。このため、タービンディスク5を耐熱性
の高いセラミックやセラミック複合材(FiberReinforced
Ceramic:FRC)に変更すると、金属製のロータ6との
熱膨張差が大きく(熱膨張係数は、金属で約15×10
-6/℃、セラミックで約3×10-6/℃)、図4の構造
では、ボルト8に半径方向の大きな剪断力が働き、ボル
トが破断する問題点があった。更に、相互に自由に熱膨
張できるようにすると、圧縮機1を駆動する大きなト
ルクの伝達が困難であり、また芯出しが困難で芯ズレ
が生じやすく、更に5曲げ剛性が低下し、軸受7で両端
部を支持した場合に結合部で曲がりやすい、等の問題点
があった。特に、ジェットエンジンのロータ6は、例え
ば10万rpm以上の高速で回転するため、芯ズレや結
合部の剛性低下がわずかでも生じると、大きな振動を発
生する問題点があった。
In recent years, in order to improve the thermal efficiency of jet engines, it has been desired to raise the turbine inlet temperature. However, when the turbine inlet temperature reaches a high temperature of, for example, 1400 ° C. or higher, not only the turbine blades 4 but also the turbine disk 5 become a high temperature of 700 ° C. or higher, and there is a problem that conventional metals cannot be used due to insufficient high temperature strength. It was Therefore, the turbine disk 5 is made of ceramic or ceramic composite material (Fiber Reinforced) with high heat resistance.
Ceramic: FRC) has a large difference in thermal expansion with the rotor 6 made of metal (coefficient of thermal expansion is about 15 x 10 for metal).
-6 / ° C., about 3 × 10 -6 / ° C. for ceramic). In the structure of FIG. 4, a large shearing force acts on the bolt 8 in the radial direction, which causes a problem of breaking the bolt. Furthermore, if they are allowed to thermally expand freely with each other, it is difficult to transmit a large torque for driving the compressor 1, and it is difficult to perform centering, and thus misalignment is likely to occur. However, there is a problem in that when both ends are supported, the joint is easily bent. In particular, the rotor 6 of the jet engine rotates at a high speed of, for example, 100,000 rpm or more, so that even if a misalignment or a decrease in rigidity of the joint portion occurs, a large vibration occurs.

【0004】本発明は上述した問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
タービンディスクに熱膨張係数の大きく異なる材料(例
えばセラミック複合材)を用いることができ、熱膨張
係数の違いによる熱膨張差を吸収することができ、圧
縮機を駆動するためのトルクを伝達でき、芯ズレが生
じにくく、曲げ剛性が高い、タービンディスクの結合
構造を提供することにある。
The present invention was created to solve the above problems. That is, the object of the present invention is to
A material having a large difference in thermal expansion coefficient (for example, ceramic composite material) can be used for the turbine disk, a difference in thermal expansion due to a difference in thermal expansion coefficient can be absorbed, and torque for driving the compressor can be transmitted. It is an object of the present invention to provide a coupling structure for a turbine disk that is less likely to cause misalignment and has high bending rigidity.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、外周部
に複数のタービン翼を有するタービンディスクと、ター
ビンディスクの一端に結合され軸方向に延びるコンプレ
ッサシャフトと、コンプレッサシャフトに螺合されター
ビンディスクをコンプレッサシャフトに締結するタイボ
ルトと、から構成され、タービンディスクとコンプレッ
サシャフトの結合部は、その一方に設けられた複数の台
形凹溝と、他方に設けられ前記凹溝に嵌合する複数の台
形凸部とからなり、台形凹溝と台形凸部はそれぞれ、台
形の傾斜面を構成し半径方向に延びた2面で互いに接触
し、前記タービンディスクは、軸心と同心の貫通孔と該
貫通孔の内方に突出した肩部を有し、前記コンプレッサ
シャフトは、タービンディスク側の端部に軸心と同心の
雌ねじ部を有し、前記タイボルトは、中空円筒形であ
り、その一端に設けられかつコンプレッサシャフトの雌
ねじ部と螺合する雄ねじ部と、他端に設けられタービン
ディスクの肩部より半径方向外方に突出した頭部とを有
し、前記雌ねじ部と雄ねじ部の螺合によりタイボルトを
引張状態に保持し、これによりタービンディスクをコン
プレッサシャフト側に押し付けて保持する、ことを特徴
とするタービンディスクの結合構造が提供される。
According to the present invention, a turbine disk having a plurality of turbine blades on its outer peripheral portion, a compressor shaft connected to one end of the turbine disk and extending in the axial direction, and a turbine screwed to the compressor shaft are provided. A tie bolt that fastens the disc to the compressor shaft, and a coupling portion between the turbine disc and the compressor shaft has a plurality of trapezoidal recessed grooves provided on one side thereof and a plurality of trapezoidal recessed grooves provided on the other side and fitted into the recessed grooves. The trapezoidal groove and the trapezoidal convex portion are in contact with each other on two surfaces that form a trapezoidal inclined surface and extend in the radial direction, and the turbine disk has a through hole that is concentric with the shaft center and the through hole. A shoulder portion protruding inward of the through hole is provided, and the compressor shaft has an internal thread portion concentric with the shaft center at an end on the turbine disk side, The tie bolt has a hollow cylindrical shape, and has a male screw portion provided at one end thereof and screwed into the female screw portion of the compressor shaft, and a head portion provided at the other end thereof and protruding radially outward from the shoulder portion of the turbine disk. And a tie bolt is held in a tensioned state by screwing the female screw portion and the male screw portion, whereby the turbine disc is pressed against the compressor shaft side to be held, and a coupling structure for a turbine disc is provided. .

【0006】また、前記タイボルトは、ニオブ合金、ニ
ッケル合金又はモリブデン合金からなる、ことが好まし
い。
The tie bolt is preferably made of a niobium alloy, a nickel alloy or a molybdenum alloy.

【0007】更に、前記タービンディスクは、前記外周
部と前記結合部とを有するディスク本体と、前記肩部を
有するシャフト部とからなり、ディスク本体とシャフト
部はそれぞれ、その境界部に軸心に垂直な平面を有し、
該平面が互いに密着している。また、前記コンプレッサ
シャフトは、タービンディスクの一端に結合された結合
部と、圧縮機まで軸方向に延びた駆動部とからなり、結
合部と駆動部は軸方向に延びたスプラインにより互いに
連結されていることが好ましい。
Further, the turbine disk is composed of a disk body having the outer peripheral portion and the coupling portion and a shaft portion having the shoulder portion, and the disk body and the shaft portion are respectively provided with an axial center at a boundary portion thereof. Has a vertical plane,
The planes are in close contact with each other. The compressor shaft includes a coupling portion coupled to one end of the turbine disk and a driving portion axially extending to the compressor. The coupling portion and the driving portion are coupled to each other by an axially extending spline. Is preferred.

【0008】上記本発明の構成によれば、タービンディ
スクとコンプレッサシャフトの結合部が、その一方に設
けられた複数の台形凹溝と、他方に設けられ前記凹溝に
嵌合する複数の台形凸部とからなり、台形凹溝と台形凸
部はそれぞれ、台形の傾斜面を構成する半径方向に延び
た2面で互いに接触するので、この2面に沿ってコンプ
レッサシャフトとタービンディスクが半径方向に互いに
自由に熱膨張することができる。また、コンプレッサシ
ャフトに螺合されたタイボルトの伸びにより、タービン
ディスクはコンプレッサシャフト側に押し付けて保持さ
れるので、台形の傾斜面を構成する2面を互いに接触さ
せたまま、コンプレッサシャフトとタービンディスクが
軸方向に熱膨張することができる。
According to the above-mentioned structure of the present invention, the connecting portion between the turbine disk and the compressor shaft has a plurality of trapezoidal concave grooves provided on one side thereof and a plurality of trapezoidal convex grooves provided on the other side thereof and fitted into the concave grooves. The trapezoidal concave groove and the trapezoidal convex portion are in contact with each other on two radially extending surfaces that form a trapezoidal inclined surface, so that the compressor shaft and the turbine disk are radially aligned along the two surfaces. They can freely thermally expand each other. In addition, since the turbine disk is pressed against the compressor shaft and held by the extension of the tie bolts screwed onto the compressor shaft, the compressor shaft and the turbine disk are kept in contact with each other while the two surfaces forming the trapezoidal inclined surface are in contact with each other. It can be thermally expanded in the axial direction.

【0009】従って、タービンディスクに熱膨張係数
の大きく異なる材料(例えばセラミック複合材)を用い
ることができ、熱膨張係数の違いによる熱膨張差を吸
収することができる。また、タービンディスクとコンプ
レッサシャフトの結合部は、台形凹溝とこれに嵌合する
台形凸部とからなるので、圧縮機を駆動するための大
きいトルクを伝達することができる。また、台形の傾斜
面を構成する2面が半径方向に延びているので、面に沿
った移動により自動的に調心され、芯ズレが生じにく
い。更に、タービンディスクとコンプレッサシャフトの
結合部が、台形凹溝とこれに嵌合する台形凸部とからな
り、かつタイボルトにより締め付けられているので、結
合部で曲げモーメントを受けることができ、曲げ剛性
を高めることができる。
Therefore, it is possible to use materials (for example, ceramic composite materials) having greatly different thermal expansion coefficients for the turbine disk, and it is possible to absorb the difference in thermal expansion due to the difference in thermal expansion coefficient. Further, since the connecting portion between the turbine disk and the compressor shaft is composed of the trapezoidal concave groove and the trapezoidal convex portion fitted into the trapezoidal concave groove, a large torque for driving the compressor can be transmitted. Further, since the two surfaces forming the trapezoidal inclined surface extend in the radial direction, the center is automatically aligned by the movement along the surface, and the misalignment is unlikely to occur. Furthermore, since the connecting portion between the turbine disk and the compressor shaft consists of a trapezoidal concave groove and a trapezoidal convex portion that fits into this groove, and is tightened with tie bolts, the connecting portion can receive a bending moment and flexural rigidity. Can be increased.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、
共通する部分には同一の符号を付して使用する。図1
は、本発明によるタービンディスクの結合構造図であ
り、図2は図1の主要部分の拡大図である。図1及び図
2において、本発明の結合構造は、外周部11aに複数
のタービン翼4を有するタービンディスク12と、ター
ビンディスク12の一端に結合部13で結合され軸方向
に延びるコンプレッサシャフト14と、コンプレッサシ
ャフト14に螺合されタービンディスク12をコンプレ
ッサシャフト14に締結するタイボルト16と、から構
成される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure,
Common parts are assigned the same reference numerals and used. Figure 1
2 is a coupling structure diagram of a turbine disk according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. 1. 1 and 2, the coupling structure of the present invention includes a turbine disk 12 having a plurality of turbine blades 4 on an outer peripheral portion 11a, and a compressor shaft 14 which is coupled to one end of the turbine disk 12 by a coupling portion 13 and extends in the axial direction. , Tie bolts 16 that are screwed onto the compressor shaft 14 and fasten the turbine disk 12 to the compressor shaft 14.

【0011】タービンディスク12は、耐熱性の高い材
料、例えばセラミック又はセラミック複合材からなる。
セラミック複合材の熱膨張係数は、例えば約3×10-6
/℃程度である。
The turbine disk 12 is made of a material having high heat resistance, for example, ceramic or ceramic composite material.
The coefficient of thermal expansion of the ceramic composite material is, for example, about 3 × 10 −6.
/ ° C.

【0012】図2において、タービンディスク12は、
軸心Zと同心の貫通孔11bと、貫通孔11bの内方に
突出した肩部11cとを有する。また、コンプレッサシ
ャフト14は、タービンディスク側の端部に軸心Zと同
心の雌ねじ部15を有する。更に、タイボルト16は、
中空円筒形であり、その一端に設けられかつコンプレッ
サシャフト14の雌ねじ部15と螺合する雄ねじ部16
aと、他端に設けられタービンディスク12の肩部11
cより半径方向外方に突出した頭部16bとを有する。
更に、この図で、タイボルト16の他端内側には、タイ
ボルト16を軸心Zを中心に回転させるためのスプライ
ン16cが設けられている。このスプライン16cによ
り、タイボルト16を軸心Zを中心に回転させて、タイ
ボルト16の雄ねじ部16aをコンプレッサシャフト1
4の雌ねじ部15と螺合させて、タイボルト16を引張
状態に保持し、これによりタービンディスク12をコン
プレッサシャフト側に押し付けて保持することができ
る。
In FIG. 2, the turbine disk 12 is
It has a through hole 11b concentric with the axis Z and a shoulder 11c protruding inward of the through hole 11b. Further, the compressor shaft 14 has a female screw portion 15 concentric with the axis Z at the end portion on the turbine disk side. Furthermore, the tie bolt 16 is
A male screw portion 16 having a hollow cylindrical shape, which is provided at one end thereof and is screwed with the female screw portion 15 of the compressor shaft 14.
a and a shoulder portion 11 of the turbine disk 12 provided at the other end
and a head portion 16b that projects radially outward from c.
Further, in this drawing, a spline 16c for rotating the tie bolt 16 about the axis Z is provided inside the other end of the tie bolt 16. With this spline 16c, the tie bolt 16 is rotated about the axis Z, and the male screw portion 16a of the tie bolt 16 is moved to the compressor shaft 1
The tie bolt 16 can be held in a tensioned state by being screwed into the female screw portion 15 of No. 4 so that the turbine disk 12 can be pressed and held against the compressor shaft side.

【0013】タイボルト16は、ニオブ(Nb)合金、
ニッケル(Ni)合金又はモリブデン(Mo)合金から
なることが好ましい。すなわち、ニオブ(Nb)合金は
約7×10-6/℃程度、モリブデン(Mo)合金は約5
×10-6/℃程度の熱膨張係数を有し、通常の金属(熱
膨張係数αが約14〜15×10-6/℃)に比較しセラ
ミック又はセラミック複合材(約3×10-6/℃程度)
に近いため、熱膨張によるタイボルト16の引張応力
(及び伸び)の変化を最小限に抑えることができる。
The tie bolt 16 is made of niobium (Nb) alloy,
It is preferably made of a nickel (Ni) alloy or a molybdenum (Mo) alloy. That is, about 7 × 10 −6 / ° C. for niobium (Nb) alloy and about 5 for molybdenum (Mo) alloy.
× has a thermal expansion coefficient of about 10 -6 / ° C., compared to the ceramic or ceramic composite material ordinary metal (thermal expansion coefficient α of about 14 to 15 × 10 -6 / ° C.) (about 3 × 10 -6 / Degree C)
Therefore, the change in tensile stress (and elongation) of the tie bolt 16 due to thermal expansion can be minimized.

【0014】更に図2において、タービンディスクは、
前記外周部11aと前記結合部13とを有するディスク
本体12aと、前記肩部11cを有するシャフト部12
bとからなる。ディスク本体12aとシャフト部12b
はそれぞれ、その境界部に軸心Zに垂直な平面を有し、
この2つの平面は互いに密着している。かかる構成によ
り、シャフト部12bをディスク本体12aと一体に保
持することができる。
Further in FIG. 2, the turbine disk is
A disk body 12a having the outer peripheral portion 11a and the coupling portion 13, and a shaft portion 12 having the shoulder portion 11c.
b. Disk body 12a and shaft portion 12b
Each has a plane perpendicular to the axis Z at its boundary,
The two planes are in close contact with each other. With this configuration, the shaft portion 12b can be held integrally with the disc body 12a.

【0015】また、図2において、コンプレッサシャフ
ト14は、タービンディスク12の一端に結合された結
合部14aと、圧縮機まで軸方向に延びた駆動部14b
とからなり、結合部14aと駆動部14bは軸方向に延
びたスプライン14cにより互いに連結されている。こ
の構成により、結合部14aに伝達されたトルクをスプ
ライン14cを介して駆動部14bに伝達することがで
きる。
In FIG. 2, the compressor shaft 14 includes a coupling portion 14a coupled to one end of the turbine disk 12 and a driving portion 14b extending axially to the compressor.
The connecting portion 14a and the driving portion 14b are connected to each other by a spline 14c extending in the axial direction. With this configuration, the torque transmitted to the coupling portion 14a can be transmitted to the driving portion 14b via the spline 14c.

【0016】図3は、本発明による結合構造の詳細図で
あり、(A)は図2のA−A線における断面図、(B)
はその熱膨張時の態様、(C)は(A)を上部から見た
平面図である。図3に示すように、タービンディスクと
コンプレッサシャフトの結合部13は、その一方に設け
られた複数の台形凹溝13aと、他方に設けられ凹溝1
3aに嵌合する複数の台形凸部13bとからなる。台形
凹溝13aと台形凸部13bは、この図では4つである
が、2つ又は3つ、或いは5つ以上でもよい。
FIG. 3 is a detailed view of the coupling structure according to the present invention, (A) is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2, (B).
Is a state at the time of thermal expansion thereof, and (C) is a plan view of (A) seen from above. As shown in FIG. 3, the coupling portion 13 between the turbine disk and the compressor shaft has a plurality of trapezoidal recessed grooves 13 a provided on one side and a recessed groove 1 provided on the other side.
It is composed of a plurality of trapezoidal protrusions 13b fitted in 3a. The trapezoidal groove 13a and the trapezoidal protrusion 13b are four in this figure, but may be two or three, or five or more.

【0017】台形凹溝13aと台形凸部13bはそれぞ
れ、台形の傾斜面を構成する2面13c、13dを有
し、この2面13c、13dは、半径方向に延び、かつ
互いに接触している。また、半径方向に延びた2面13
c、13dのなす円周方向の角度θは、図3(B)に例
示するように、相対的な熱膨張によるコンプレッサシャ
フト14の2面13c、13dの移動が、タービンディ
スク12の2面13c、13dに沿うように定められて
いる。更に、図3(C)に示す結合部13の台形の傾斜
角度は、15〜45°である、ことが好ましい。なお、
2面13c、13dは螺旋面であり、この螺旋面の内方
延長が軸心Zを通ることが望ましい。かかる構成によ
り、相対的な熱膨張によるコンプレッサシャフト14の
2面13c、13dの移動を、タービンディスク12の
2面13c、13dに精度良く沿うように定めることが
できる。また、2面13c、13dを平面とし、部分的
にこの条件を満たすようにしてもよい。
The trapezoidal concave groove 13a and the trapezoidal convex portion 13b respectively have two surfaces 13c and 13d forming a trapezoidal inclined surface, and these two surfaces 13c and 13d extend in the radial direction and are in contact with each other. . In addition, the two surfaces 13 extending in the radial direction
As illustrated in FIG. 3 (B), the angle θ in the circumferential direction formed by c and 13d indicates that the movement of the two surfaces 13c and 13d of the compressor shaft 14 due to the relative thermal expansion corresponds to the two surfaces 13c of the turbine disk 12. , 13d. Furthermore, it is preferable that the trapezoidal inclination angle of the coupling portion 13 shown in FIG. 3 (C) is 15 to 45 °. In addition,
The two surfaces 13c and 13d are spiral surfaces, and it is desirable that the inward extension of these spiral surfaces pass through the axis Z. With such a configuration, the movement of the two surfaces 13c and 13d of the compressor shaft 14 due to the relative thermal expansion can be determined so as to accurately follow the two surfaces 13c and 13d of the turbine disk 12. Alternatively, the two surfaces 13c and 13d may be flat surfaces, and this condition may be partially satisfied.

【0018】上述した構成により、2面13c、13d
に沿ってコンプレッサシャフト14とタービンディスク
12が、半径方向に互いに自由に熱膨張することができ
る。また、コンプレッサシャフト14に螺合されたタイ
ボルト16の伸びにより、タービンディスク12はコン
プレッサシャフト側に押し付けて保持されているので、
台形の傾斜面を構成する2面13c、13dを互いに接
触させたまま、コンプレッサシャフト14とタービンデ
ィスク12が軸方向に熱膨張することができる。
With the above structure, the two surfaces 13c, 13d
Along the axis, the compressor shaft 14 and the turbine disk 12 are free to thermally expand each other in the radial direction. Further, since the turbine disk 12 is pressed against the compressor shaft side and held by the extension of the tie bolts 16 screwed onto the compressor shaft 14,
The compressor shaft 14 and the turbine disk 12 can be thermally expanded in the axial direction while the two surfaces 13c and 13d forming the trapezoidal inclined surface are in contact with each other.

【0019】従って、タービンディスク12に熱膨張
係数の大きく異なる材料(例えばセラミック複合材)を
用いることができ、熱膨張係数の違いによる熱膨張差
を吸収することができる。また、タービンディスク12
とコンプレッサシャフト14の結合部13は、台形凹溝
13aとこれに嵌合する台形凸部13bとからなるの
で、圧縮機を駆動するための大きいトルクを伝達する
ことができる。また、台形の傾斜面を構成する2面13
c、13dが半径方向に延びているので、面に沿った移
動により自動的に調心され、芯ズレが生じにくい。更
に、タービンディスク12とコンプレッサシャフト14
の結合部13が、台形凹溝13aとこれに嵌合する台形
凸部13bとからなり、かつタイボルト16により締め
付けられているので、結合部13で曲げモーメントを受
けることができ、曲げ剛性を高めることができる。
Therefore, the turbine disk 12 can be made of a material having a large thermal expansion coefficient (for example, a ceramic composite material), and the thermal expansion difference due to the difference in the thermal expansion coefficient can be absorbed. In addition, the turbine disk 12
Since the connecting portion 13 of the compressor shaft 14 and the compressor shaft 14 includes the trapezoidal concave groove 13a and the trapezoidal convex portion 13b fitted therein, a large torque for driving the compressor can be transmitted. In addition, the two surfaces 13 forming the trapezoidal inclined surface
Since c and 13d extend in the radial direction, they are automatically aligned by the movement along the surface, and misalignment is unlikely to occur. Further, the turbine disk 12 and the compressor shaft 14
Since the joint portion 13 of is composed of the trapezoidal concave groove 13a and the trapezoidal convex portion 13b fitted therein, and is fastened by the tie bolt 16, the joint portion 13 can receive a bending moment and enhance the bending rigidity. be able to.

【0020】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々変更できることは勿論である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0021】[0021]

【発明の効果】上述したように、本発明のタービンディ
スクの結合構造は、タービンディスクに熱膨張係数の大
きく異なる材料を用いることができ、熱膨張係数の違い
による熱膨張差を吸収することができ、圧縮機を駆動す
るためのトルクを伝達でき、芯ズレが生じにくく、曲げ
剛性が高い、等の優れた効果を有する。
As described above, in the turbine disk coupling structure of the present invention, materials having greatly different thermal expansion coefficients can be used for the turbine disk, and the difference in thermal expansion due to the difference in thermal expansion coefficient can be absorbed. Therefore, the torque for driving the compressor can be transmitted, misalignment is unlikely to occur, and bending rigidity is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるタービンディスクの結合構造図で
ある。
FIG. 1 is a structural view of a turbine disk according to the present invention.

【図2】図1の主要部分の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG.

【図3】本発明による結合構造の詳細図である。FIG. 3 is a detailed view of a coupling structure according to the present invention.

【図4】従来のタービンディスクの結合構造図である。FIG. 4 is a view showing a coupling structure of a conventional turbine disk.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧縮機 2 燃焼器 3 タービン 4 タービン翼 5 タービンディスク 5a フランジ部 6 ロータ 6a フランジ部 7 軸受 8 ボルト 11a 外周部 11b 貫通孔 11c 肩部 12 タービンディスク 12a ディスク本体 12b シャフト本体 13 結合部 13a 台形凹溝 13b 台形凸部 13c、13d 台形傾斜面(2面) 14 コンプレッサシャフト 14a 結合部 14b 駆動部 14c スプライン 15 雌ねじ部 16 タイボルト 16a 雄ねじ部 16b 頭部 16c スプライン Z 軸心 1 compressor 2 Combustor 3 turbine 4 turbine blades 5 turbine disk 5a Flange part 6 rotor 6a Flange part 7 bearings 8 volt 11a outer peripheral part 11b through hole 11c shoulder 12 turbine disk 12a disk body 12b shaft body 13 Connection 13a trapezoidal groove 13b Trapezoidal protrusion 13c, 13d Trapezoidal inclined surface (2 surfaces) 14 Compressor shaft 14a connecting part 14b drive 14c spline 15 Female thread 16 tie bolts 16a Male screw part 16b head 16c spline Z axis center

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外周部に複数のタービン翼を有するター
ビンディスクと、タービンディスクの一端に結合され軸
方向に延びるコンプレッサシャフトと、コンプレッサシ
ャフトに螺合されタービンディスクをコンプレッサシャ
フトに締結するタイボルトと、から構成され、 タービンディスクとコンプレッサシャフトの結合部は、
その一方に設けられた複数の台形凹溝と、他方に設けら
れ前記凹溝に嵌合する複数の台形凸部とからなり、台形
凹溝と台形凸部はそれぞれ、台形の傾斜面を構成し半径
方向に延びた2面で互いに接触し、 前記タービンディスクは、軸心と同心の貫通孔と該貫通
孔の内方に突出した肩部を有し、前記コンプレッサシャ
フトは、タービンディスク側の端部に軸心と同心の雌ね
じ部を有し、前記タイボルトは、中空円筒形であり、そ
の一端に設けられかつコンプレッサシャフトの雌ねじ部
と螺合する雄ねじ部と、他端に設けられタービンディス
クの肩部より半径方向外方に突出した頭部とを有し、前
記雌ねじ部と雄ねじ部の螺合によりタイボルトを引張状
態に保持し、これによりタービンディスクをコンプレッ
サシャフト側に押し付けて保持する、ことを特徴とする
タービンディスクの結合構造。
1. A turbine disk having a plurality of turbine blades on its outer periphery, a compressor shaft connected to one end of the turbine disk and extending in the axial direction, and a tie bolt screwed to the compressor shaft to fasten the turbine disk to the compressor shaft. Composed of the turbine disk and the compressor shaft,
It is composed of a plurality of trapezoidal concave grooves provided on one side and a plurality of trapezoidal convex portions provided on the other side and fitted into the concave grooves, and the trapezoidal concave groove and the trapezoidal convex portion respectively form a trapezoidal inclined surface. The two surfaces extending in the radial direction are in contact with each other, the turbine disk has a through hole concentric with the axial center and a shoulder portion projecting inward of the through hole, and the compressor shaft has an end on the turbine disk side. Has a female threaded portion concentric with the shaft center, the tie bolt is a hollow cylindrical shape, a male threaded portion provided at one end thereof and screwed into the female threaded portion of the compressor shaft, and a turbine disk provided at the other end. A head portion that projects radially outward from a shoulder portion, hold the tie bolt in a tensioned state by screwing the female screw portion and the male screw portion, and thereby hold the turbine disk by pressing it to the compressor shaft side; A turbine disc coupling structure characterized by the above.
【請求項2】 前記タイボルトは、ニオブ合金、ニッケ
ル合金又はモリブデン合金からなる、ことを特徴とする
請求項1に記載のタービンディスクの結合構造。
2. The coupling structure for a turbine disk according to claim 1, wherein the tie bolt is made of a niobium alloy, a nickel alloy or a molybdenum alloy.
【請求項3】 前記タービンディスクは、前記外周部と
前記結合部とを有するディスク本体と、前記肩部を有す
るシャフト部とからなり、ディスク本体とシャフト部は
それぞれ、その境界部に軸心に垂直な平面を有し、該平
面が互いに密着している、ことを特徴とする請求項2に
記載のタービンディスクの結合構造。
3. The turbine disk comprises a disk body having the outer peripheral portion and the coupling portion, and a shaft portion having the shoulder portion, and the disk body and the shaft portion each have an axial center at a boundary portion thereof. The coupling structure for a turbine disk according to claim 2, wherein the coupling structures have vertical planes, and the planes are in close contact with each other.
【請求項4】 前記コンプレッサシャフトは、タービン
ディスクの一端に結合された結合部と、圧縮機まで軸方
向に延びた駆動部とからなり、結合部と駆動部は軸方向
に延びたスプラインにより互いに連結されている、こと
を特徴とする請求項1に記載のタービンディスクの結合
構造。
4. The compressor shaft comprises a coupling part coupled to one end of a turbine disk, and a driving part extending axially to the compressor, the coupling part and the driving part being mutually connected by a spline extending axially. The turbine disk coupling structure according to claim 1, wherein the turbine disk coupling structures are connected.
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