JP2005061273A - Gas turbine casing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内部にガスタービンの回転体を収容し、回転軸の軸芯を含む平面によって2分割された略円筒状のガスタービンのケーシングに関するものである。 The present invention relates to a casing of a substantially cylindrical gas turbine in which a rotating body of a gas turbine is accommodated and divided into two by a plane including an axis of a rotating shaft.
ガスタービンのケーシングは、たとえば、非特許文献1に示されるような構造となっている。航空機に搭載する機器類は、高強度と軽量化が求められているが、ガスタービンも高性能と軽量化が求められている。図3は非特許文献1に示されたガスタービン(ターボ・ファン・エンジン)の断面図である。図3において、11はターボ・ファン・エンジン、12はエンジンコア、13は回転体である。1は内部に回転体13を収容する略円筒状のケーシングである。ケーシング1は、図3に示すように、截頭円錐状の部分を含んでいるが全体的には略円筒状をしている。
The casing of the gas turbine has a structure as shown in
図4(A)はガスタービンのケーシングを模式化した斜視図であり、図4(B)は図4(A)のa部の拡大図である。図4において、1は円筒状のケーシング本体である。ケーシング本体1は、2分割されて2つのケーシング1a、1aで構成されている。2はケーシング1aの分割部に設けた外方に突出したフランジである。フランジ2には多数のボルト孔3を有している。ケーシング本体1は、各ケーシング1aの対向する各フランジ2を当接し、ボルト孔3にボルト4を貫通し、ボルト4にナット4aを螺合して締結している。1bはケーシング1aのフランジ2の付け根の肉厚部である。この肉厚部1bは、ケーシング1aのフランジ2の付け根の強度を高めるために設けられている。1Rはケーシング1aの肉厚部1bに形成したフィレットR部、2Rはフランジ2の付け根に形成したフィレットR部である。
FIG. 4A is a perspective view schematically showing a casing of a gas turbine, and FIG. 4B is an enlarged view of a part a in FIG. In FIG. 4, 1 is a cylindrical casing main body. The casing
図5(A)はフランジを有しない円筒に内圧をかけた状態を示しており、円筒は単純な膜応力で内圧を受けている。図5(B)は図5(A)のa部の拡大図である。図5に示すように、円筒内に内圧Pが働くと、円筒全体が内圧力に対抗するために円周方向の張力(膜応力)が発生し、円筒は単純に外方に膨張する。矢印15は膜応力を示している。 FIG. 5A shows a state in which an internal pressure is applied to a cylinder having no flange, and the cylinder receives an internal pressure with a simple film stress. FIG. 5B is an enlarged view of part a in FIG. As shown in FIG. 5, when the internal pressure P acts on the cylinder, the entire cylinder opposes the internal pressure, so that circumferential tension (film stress) is generated, and the cylinder simply expands outward. An arrow 15 indicates the film stress.
図6はケーシング1本体に内圧をかけ張力が発生した場合のフランジ部の変形を示す図である。ケーシング本体1は、全体として外側に膨らむが、フランジ2部においては外側への変形が少なくて相対的に内側への変形となる。図6に示すように、内側への相対変形に伴ないフランジ面の内側が開いて隙間16が発生し、ボルト4やフランジ2の付け根に設けたフィレットR部(2R)に高い応力を発生する。矢印17はボルト4の曲げ応力である。
FIG. 6 is a view showing a deformation of the flange portion when an internal pressure is applied to the
図7はガスタービンのケーシング1のフランジ部の変形のメカニズムを示す説明図である。円筒(ケーシング本体1)が内圧を受けると張力が発生し、ケーシング本体1の2点鎖線で示す剛性の中心線21は、真円になろうとして各ケーシング1aの円筒部分では矢印20で示すように、外側に変形しようとし、各ケーシング1aの外側にあるフランジ2部分では矢印19で示すように、相対的に内側に変形しようとする。その結果、図6に示す現象が現れるのである。
FIG. 7 is an explanatory view showing a deformation mechanism of the flange portion of the
このように、上記ケーシングでは、ケーシングの内側に圧力が働くと、差圧によってケーシングの剛性の中心が真円になろうとする変形が起り、フランジの内側が開口してボルトに曲げ荷重が働くとともに、フランジの付け根やフィレットR部に高応力が発生する。航空用機器は元来、高強度と軽量化が求められているが、航空機に搭載するガスタービンもその1つであり、その強度を高めるための対策として、たとえば、ガスタービンのケーシングのフランジの付け根に肉厚部を設けたり、ボルトに発生する曲げ荷重の対策としてボルトの本数を増やしたり、ボルトのサイズを大きくしたりしているが、これらは重量の増大化につながるという問題がある。なお、特許文献1にはフランジ部のシール性の向上を図る技術が開示されている。しかしこの技術では、フランジ部分の内側が開くのを防ぐことができる反面、フランジの付け根部分やボルトに働く曲げ応力はかえって増加する。
As described above, in the above casing, when pressure is applied to the inside of the casing, the differential center pressure causes deformation of the casing so that the center of rigidity of the casing becomes a perfect circle, the inside of the flange is opened, and a bending load is applied to the bolt. High stress is generated at the base of the flange and the fillet R part. Aviation equipment is originally required to have high strength and light weight, but one of them is a gas turbine mounted on an aircraft. As a measure to increase its strength, for example, a flange of a casing of a gas turbine is used. Although a thick part is provided at the base, the number of bolts is increased as a measure against bending load generated on the bolts, and the size of the bolts is increased, there is a problem that these lead to an increase in weight.
本発明は、従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもので、フランジの付け根部分が開くのを防ぐとともに、ボルトへの曲げ荷重を少なくしてボルトの必要本数を少なくするとともに、ボルトのサイズを小さくする。また、フランジの付け根やフィレットR部への応力を低減してフランジの付け根に肉厚部をなくすとともに、フィレットR部を小さくして高強度と軽量化を図ることのできるガスタービンのケーシングを提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such problems of the prior art, and prevents the base portion of the flange from opening, reduces the bending load on the bolt to reduce the required number of bolts, Reduce the size. Also, a gas turbine casing capable of reducing the stress on the flange base and the fillet R portion to eliminate the thick portion at the flange base and reducing the fillet R portion to achieve high strength and light weight. The purpose is to do.
本願請求項1記載発明のガスタービンのケーシングは、内部にガスタービンの回転体を収容し、回転軸の軸芯を含む平面によって2分割された略円筒状のガスタービンのケーシングであって、各ケーシングは分割面を挟んで当接するとともに、外方と内方に突出し、軸方向に並んで多数のボルト孔を穿設したフランジを有し、対向するフランジ同志を各ボルト孔を貫通するボルト・ナットによって締結したものである。
The casing of the gas turbine according to
本願請求項2記載発明のガスタービンのケーシングは、内部にガスタービンの回転体を収容し、回転軸の軸芯を含む平面によって2分割された略円筒状のガスタービンのケーシングであって、ケーシングは内筒と外筒とからなる二重殻構造になっており、各ケーシングは分割面を挟んで当接するとともに、内筒と外筒とを連結するフランジを有しており、各フランジの中心線上に並んで多数のボルト孔が穿設されていて、対向するフランジ同志を各ボルト孔を貫通するボルト・ナットによって締結したものである。 A gas turbine casing according to a second aspect of the present invention is a substantially cylindrical gas turbine casing which is divided into two by a plane which contains a rotating body of a gas turbine and includes an axis of a rotating shaft. Has a double-shell structure consisting of an inner cylinder and an outer cylinder, and each casing has a flange that connects the inner cylinder and the outer cylinder while being in contact with each other across the dividing surface. A large number of bolt holes are formed side by side on the wire, and the opposing flanges are fastened by bolts and nuts penetrating each bolt hole.
次に本発明の作用を説明する。本願請求項1記載発明のガスタービンのケーシングは、2分割された各ケーシングの分割部に、ケーシングの円筒面に対して対称に、外方と内方に突出し、多数のボルト孔を穿設したフランジを設け、2分割された各ケーシングは分割面を挟んで当接するとともに、対向する外方と内方のフランジ同志を各ボルト孔を貫通するボルト・ナットによって締結したので、剛性の中心線はフランジ部においても、図7に示すように、外側にずれることなく、円筒の肉厚の中心を通る円と同一線上にあるので、フランジの当接面の開口(隙間)は生じない。したがって、ボルトへの曲げ荷重は小さくなり、ボルトの必要本数を少なくすることができるとともに、ボルトのサイズを小さくすることができる。また、フランジの付け根やフィレットR部への応力が低減されるので、フランジの付け根に肉厚部を設ける必要がなく、フィレットR部を小さくすることができる。
Next, the operation of the present invention will be described. The casing of the gas turbine according to
また、本願請求項2記載発明のガスタービンのケーシングは、内筒と外筒とからなる二重殻構造になっていて、フランジを各ケーシングの分割面の内筒と外筒との間に設け、フランジには多数のボルト孔を穿設しており、各ケーシングは分割面を挟んで当接するとともに、対向するフランジ同志を各ボルト孔を貫通するボルト・ナットによって締結したので、剛性の中心線は外筒と内筒の中央部を通る円であるから、フランジ面の開口(隙間)は生じない。したがって、ボルトへの曲げ荷重がなくなり、ボルトの必要本数を少なくすることができるとともに、ボルトのサイズを小さくすることができる。
The casing of the gas turbine according to
以上説明したように、本発明のガスタービンのケーシングは、フランジの付け根部分に生じる隙間をなくすとともに、ボルトへの曲げ荷重をなくしてボルトの必要本数を少なくするとともに、ボルトのサイズを小さくすることができる。また、フランジの付け根やフ
ィレットR部への応力を低減してフランジの付け根に肉厚部をなくすとともに、フィレットR部を小さくして、高強度と軽量化を図ることができるという優れた効果を奏する。
As described above, the casing of the gas turbine of the present invention eliminates the gap generated at the base of the flange, eliminates the bending load on the bolt, reduces the required number of bolts, and reduces the size of the bolt. Can do. In addition, the stress at the base of the flange and fillet R part is reduced to eliminate the thick part at the base of the flange, and the fillet R part can be reduced to achieve high strength and light weight. Play.
以下、本発明の最良の実施形態である2つの実施例について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, two examples which are the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(A)は本願請求項1記載発明のガスタービンのケーシングの斜視図である。図1(B)は図1(A)のa部の拡大図である。なお、図3ないし図7にに示したガスタービンのケーシングと同様の部材には同じ符号を付して説明する。図1において、1は円筒状のケーシング本体である。ケーシング本体1は、2つのケーシング1c、1cに2分割されており、各ケーシング1cの分割部にはケーシング1の円筒に対して対称に、外方に突出したフランジ2と内方に突出したフランジ2aとを有していて、断面がT字状を形成している。3は各フランジ2に穿設した多数のボルト孔である。4は各フランジ2、2aのボルト孔3に貫通したボルトであり、4aはボルト4に螺合したナットである。ケーシング本体1は、各ケーシング1cの分割面を挟んで、対向する外方のフランジ2と内方のフランジ2a同志をそれぞれ当接し、フランジ2とフランジ2aとをボルト4とナット4aによって締結して円筒状に形成されている。
FIG. 1A is a perspective view of a casing of a gas turbine according to
次に本願請求項1記載発明の実施形態の作用を説明する。ガスタービンのケーシング 1は、2分割された各ケーシング1cの分割部に、ケーシング1の円筒に対して対称に、外方と内方に突出し、多数のボルト孔3を穿設したフランジ2、2aを設け、2分割された各ケーシング1cは分割面を挟んで当接するとともに、対向する外方と内方のフランジ2、2a同志を各ボルト孔3を貫通するボルト4・ナット4aによって締結したので、剛性の中心線21はフランジ部2、2aにおいても、図7に示すように、外側にずれることなく、円筒の肉厚の中心を通る円21と同一線上にあるので、内圧を受けてケーシング1が外方に膨らむときにもフランジ面の開口(隙間)は生じない。したがって、ボルト4への曲げ荷重は小さくなり、ボルト4の必要本数を少なくすることができるとともに、ボルト4のサイズを小さくすることができる。また、フランジ2、2aの付け根やフィレットR部1R、2Rへの応力が低減されるので、フランジ2、2aの付け根に肉厚部1bを設ける必要がなく、フィレットR部1R、2Rを小さくすることができる。
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described. The
図2は本願請求項2記載発明のガスタービンのケーシングの部分拡大図である。なお、図1ないし図7にに示したガスタービンのケーシングと同様の部材には同じ符号を付して説明する。図2において、1は円筒状のケーシング本体である。ケーシング本体1は、2つのケーシング1A、1Aに2分割されており、各ケーシング1Aは、それぞれ内筒1dと外筒1eとからなる二重殻構造になっている。各ケーシング1Aの分割面の内筒1dと外筒1eとの間にそれぞれフランジ8を設け、各フランジ8の中心線上には多数のボルト孔3を穿設している。各ケーシング1Aは分割面を挟んで当接するとともに、対向するフランジ8同志を各ボルト孔3を貫通するボルト4・ナット4aによって締結している。9は外筒1eに設けたボルト挿入用の孔である。21は各ケーシング1Aの剛性の中心線である。なお、圧力は内筒1dに働き、外筒1eと内筒1dとの間の空間の圧力は、外部の圧力と等しい。内筒1dの内部の圧力によって生じる膜応力は、内筒1dと外筒1eとに均等に発生すると考えられる。
FIG. 2 is a partially enlarged view of the casing of the gas turbine according to the second aspect of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member similar to the casing of the gas turbine shown in FIG. 1 thru | or FIG. In FIG. 2, 1 is a cylindrical casing body. The
次に本願請求項2記載発明の実施形態の作用を説明する。ガスタービンのケーシング1は、内筒1dと外筒1eとからなる二重殻構造になっていて、フランジ8を各ケーシング1Aの分割面の内筒1dと外筒1eとの間に設け、フランジ8には多数のボルト孔3を穿設しており、各ケーシング1Aは分割面を挟んで当接するとともに、対向するフランジ8同志を各ボルト孔3を貫通するボルト4・ナット4aによって締結したので、剛性の中心線21はフランジ部8においても外筒1eと内筒1dの中央部を通る円であるから、フランジ面の開口(隙間)は生じない。したがって、ボルト4への曲げ荷重がなくなり、ボルト4の必要本数を少なくすることができるとともに、ボルト4のサイズを小さくすることができる。
Next, the operation of the embodiment of the second aspect of the present invention will be described. The
本発明は、以上述べた実施例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の変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
1 ケーシング本体
1a 2分割されたケーシング
1A 2分割された二重殻構造のケーシング
2、2a、8 フランジ
3 ボルト孔
4 ボルト
4a ナット
9 ボルト挿入用の孔
21 剛性の中心線
DESCRIPTION OF
Claims (2)
Priority Applications (1)
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JP2003290195A JP2005061273A (en) | 2003-08-08 | 2003-08-08 | Gas turbine casing |
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-
2003
- 2003-08-08 JP JP2003290195A patent/JP2005061273A/en active Pending
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