JP2009103097A - ガスタービン、及びガスタービン用ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図りつつ、部位に応じて必要な強度を確保することが可能なガスタービン用ロータを提供する。
【解決手段】ガスタービン１の圧縮機用ロータ２０には、複数のロータディスク２４，２６，２８，３２，３４，３６，３８のうち、一部のロータディスク３２，３４，３６，３８は、溶接により結合されており、その他のロータディスク２４，２６，２８は、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルト５２により結合されている。強度が比較的必要でない部位においては、ロータディスク３２，３４，３６，３８を溶接により結合して溶接結合体３０を構成してロータ全体としての軽量化を図りつつ、強度が必要な部位には、周方向ボルト５２によりロータディスク２４，２６，２８を結合してボルト結合体２２を構成して、必要な強度を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービンに関し、詳細には、ガスタービンに用いられるロータの構造に関する。

ガスタービンは、通常、燃焼用の空気を取り入れて圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスから機械的動力を取り出すタービン等から構成されている。このようなガスタービンにおいて、圧縮機及びタービンの内には、外周に動翼が配列されて動翼と一体に回転する共通のガスタービンロータが設けられている。

ガスタービンロータは、タービンにおいて燃焼ガスにより回転駆動されるタービン側ロータと、タービン側ロータから機械的動力が伝達されて、圧縮機において動翼と共に回転駆動される圧縮機ロータを有している。タービン側ロータと圧縮機ロータは、中間軸等を介して結合されており一体に回転する。

このようなロータを構成するため、ロータを複数の円板状の部材であるロータディスクに分割した構造とし、これら複数のロータディスクを、ロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねて結合することで、１本のロータを構成する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、外周に１つの段の動翼が配列されるロータディスクを、複数個、ロータ軸方向に重ね、複数の通しボルトにより締結する技術が開示されている。ロータディスクには、ロータ回転軸の周方向において等間隔に配列された孔が設けられており、これらの孔を貫通するようロータ回転軸の周方向に配列された複数本の通しボルト（以下、周方向ボルトと記す）により、複数のロータディスクを共に締結して結合することで、圧縮機において動翼と共に回転する圧縮機ロータを構成している。

加えて、特許文献１の圧縮機ロータは、これを構成する複数のロータディスクのうち、全てを貫通して締結する複数本のボルトと、当該ボルトに比べてロータ回転軸の径方向外側に配列されて、圧縮機ロータの軸系振動の腹部に相当する領域に対応する複数のロータディスクのみを貫通して締結する複数本のボルトとを備えることで、圧縮機ロータの曲げ剛性の向上を図っている。

また、下記の特許文献２には、隣接するロータディスク同士を溶接により結合することでロータを構成する技術が開示されている。

特開平９−８８５０４号公報 特開２００５−１２１０２３号公報

ところで、特許文献１に記載のロータように、ロータ回転軸からの径方向距離が異なる部位に、それぞれ複数の周方向ボルトを配列すると、ロータディスクの構造が複雑となるばかりでなく、重量が増大するという問題がある。

一方、特許文献２に記載の技術のように、隣接するロータディスク同士を溶接により結合すると、上述の周方向ボルトによりロータディスクを結合する場合に比べて、ロータの軽量化を図ることができる。しかし、ガスタービンの圧縮機のうち燃焼用空気の流動方向の上流側（以下、前方側と記す）の段においては、外周に配列される動翼の寸法が大きく、このような段に対応して設けられたロータディスクには、一般的に、高強度の材料が用いられることが多い。このような高強度材は、溶接による結合が困難であることが多く、ロータディスクを溶接により結合してロータを構成したのでは、当該ロータの強度を確保することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量化を図りつつ、部位に応じて必要な強度を確保することが可能なガスタービン用ロータ及びガスタービンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るガスタービン用ロータは、ガスタービンに用いられ、外周に動翼が配列される複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねられて結合されたロータであって、複数のロータディスクのうち、一部は、溶接により結合されており、その他は、ボルトの締結により結合されていることを特徴とする。

本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、前記ボルトは、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトであるものとすることができる。

本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、各ロータディスクは、溶接により隣接するディスクと結合されて溶接結合体を構成する第１群のロータディスクと、第１群のロータディスク以外のロータディスクで構成される第２群のロータディスクとのいずれかに区分されるものであり、溶接結合体と第２群のロータディスクが周方向ボルトにより結合されて構成されているものとすることができる。

本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、第２群のロータディスクは、周方向ボルトにより互いに結合されてボルト結合体を構成し、溶接結合体とボルト結合体が周方向ボルトにより結合されて構成されるものとすることができる。

本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、ボルト結合体は、ガスタービンを構成する圧縮機のうち最も前方側の段に対応して配設されているものとすることができる。

本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、第２群のロータディスクは、複数のボルト結合体を構成し、複数のボルト結合体は、溶接結合体を挟むよう配置されているものとすることができる。

本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、第２群のロータディスクは、ガスタービンを構成する圧縮機のうち最も前方側の段を含む複数の段に対応する動翼が外周に配列された一体成形ロータディスクであり、一体成形ロータディスクと溶接結合体が周方向ボルトにより結合されて構成されているものとすることができる。

本発明に係るガスタービンは、燃焼用の空気を取り入れて圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスから機械的動力を取り出すタービンとを備えたガスタービンであって、タービンにおいて燃焼ガスにより回転駆動されるタービン側ロータと、タービン側ロータから機械的動力が伝達されて、圧縮機において動翼と共に回転駆動される圧縮機ロータと、を有し、圧縮機ロータは、外周に動翼が配列される複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねられて結合されており、圧縮機ロータを構成する複数のロータディスクのうち、一部は、溶接により結合されており、その他は、ボルトの締結により結合されているものとすることができる。

本発明に係るガスタービン用ロータによれば、複数のロータディスクのうち、一部のロータディスクは、溶接により結合されており、その他のロータディスクは、ボルトの締結により結合されているものとしたので、強度が比較的必要でない部位においては、溶接によりロータディスクを結合することで、ロータ全体としての軽量化を図りつつ、強度が必要な部位には、ボルトの締結によりロータディスクを結合することで必要な強度を確保することができる。

本発明に係るガスタービン用ロータによれば、前記ボルトは、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトであるものとしたので、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトを用いて結合する場合に比べて、ロータディスクをより強固により結合することができる。

また、本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、各ロータディスクは、溶接により隣接するディスクと結合されて溶接結合体を構成する第１群のロータディスクと、第１群のロータディスク以外のロータディスクで構成される第２群のロータディスクとのいずれかに区分されるものであり、ロータは、溶接結合体と第２群のロータディスクが周方向ボルトである接続ボルトにより結合されて構成されているものとしたので、溶接により溶接結合体を構成し、これを強度が比較的必要でない部位に配置して、その他のロータディスクである第２群のロータディスクと結合することで、一部のロータディスクが溶接により結合されて軽量化されたロータを実現することができる。

また、本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、第２群のロータディスクは、周方向ボルトにより互いに結合されてボルト結合体を構成し、ロータは、溶接結合体とボルト結合体が周方向ボルトにより結合されて構成されるものとしたので、ロータにおいて、強度が必要な部位には、ボルト結合体を配設し、比較的強度が必要ではない部位には、溶接結合体を配設することで、ロータの製造性を良好なものとしつつ、一部が溶接により結合され、その他が周方向ボルトにより結合されたロータを実現することができる。

また、本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、ボルト結合体は、ガスタービンを構成する圧縮機のうち最も前方側の段に対応して配設されているものとしたので、ロータのうち最も前方側の段に対応する部位は、動翼の翼幅が長く強度が必要となる部位であり、ここにボルト結合体を配設することで、必要な強度を確保することができる。

また、本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、第２群のロータディスクは、複数のボルト結合体を構成し、複数のボルト結合体は、第１群のロータディスクで構成された溶接結合体を挟むよう配置されているものとしたので、ボルト結合体を構成する周方向ボルトの長さを短いものにして、ボルト結合体の強度を確保することができる。

また、本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、第２群のロータディスクは、ガスタービンを構成する圧縮機のうち最も前方側の段を含む複数の段に対応する動翼が外周に配列された一体成形ロータディスクであり、一体成形ロータディスクと溶接結合体が周方向ボルトにより結合されて構成されているものとしたので、動翼の翼幅が長く強度が必要となる、圧縮機のうち最も前方側の段には、一体成形ロータディスクを配設し、これを溶接結合体と周方向ボルトにより結合することで、必要な強度を確保しつつ、周方向ボルトの長さを短いものにして、軽量化を図ることができる。

本発明に係るガスタービンにおいて、圧縮機ロータは、外周に動翼が配列される複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねられて結合されており、圧縮機ロータを構成する複数のロータディスクのうち、一部は、溶接により結合されており、その他は、ボルトの締結により結合されているものとしたので、強度が比較的必要でない部位においては、溶接によりロータディスクを結合することで、ロータ全体としての軽量化を図りつつ、強度が必要な部位には、ボルトの締結によりロータディスクを結合することで必要な強度を確保することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本実施例に係るガスタービン及びガスタービン用ロータについて図１〜図３を用いて説明する。図１は、ガスタービンを構成する圧縮機の縦断面図である。図２は、ガスタービンの全体構成を示す縦断面図である。図３は、図１のＧ−Ｇ線によるロータの断面図である。なお、図１〜図３においては、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

図２に示すように、ガスタービン１は、空気の流れの上流側から下流側に向かって空気取入口２、圧縮機１０、燃焼器７及びタービン５が設けられている。空気取入口２から取り込まれた空気は、圧縮機１０によって圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器７に給送される。燃焼器７は、その内部に形成された燃焼室において、圧縮空気に天然ガス等の気体燃料、或いは軽油や重油等の液体燃料を供給して燃料を燃焼させて、高温・高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼室で生じた高温・高圧の燃焼ガスは、燃焼器７から、タービン５に向けて噴射する。噴射された燃焼ガスにより、タービン５は回転駆動される。燃焼ガスからタービン５が受けた機械的動力のうち一部は、圧縮機１０の回転駆動に用いられ、残りは、発電等に供される。

圧縮機１０及びタービン５の内部には、外周に動翼が配列されて設けられており、動翼と一体に回転するガスタービン用ロータ（１６，１８，２０）が設けられている。ガスタービン用ロータ（１６，１８，２０）は、タービン５において燃焼ガスにより回転駆動されるタービン側ロータ１６と、タービン側ロータ１６から機械的動力が伝達されて、圧縮機１０において動翼と共に回転駆動される圧縮機ロータ２０を有している。タービン側ロータ１６には、中間軸１８を介して圧縮機ロータ２０が結合されており、タービン側ロータ１６と圧縮機ロータ２０は、一体に回転する。

図１に示すように、ガスタービン１の圧縮機１０において、動翼（図に符号Ａで示す）と静翼（図に符号Ｂで示す）が、ロータ回転軸（図に一点鎖線Ｃで示す）に沿って交互に配列されている。静翼は、圧縮機１０の車室１４ａ若しくは静翼保持環１４ｃに結合されており、動翼は、圧縮機ロータ２０の外周に結合されている。隣り合う動翼と静翼は、一対となって一つの「段」を構成しており、圧縮機１０には、多数の段が設けられている。各段において、動翼は、圧縮機ロータ２０の外周に複数配列されており、静翼は、車室１４ａ若しくは静翼保持環１４ｃの内周に複数配列されている。

これらの段は、燃焼用空気の流動方向の上流側（以下、前方側と記す）から下流側（以下、後方側と記す）に向かうに従って、動翼及び静翼の翼幅（ロータ回転軸に略直交する方向の翼の長さ）が、長くなるよう構成されている。つまり、圧縮機１０においては、最も前方側の段の動翼が、翼幅が長くなっている。圧縮機ロータ２０においては、前方側の段に対応する部位ほど強度が必要となる。

なお、「前方側」とは、燃焼用空気の流動方向の上流側を意味しており、圧縮機１０においては、ロータ回転軸の軸方向のうち空気取入口２が設けられている側を意味している。一方、「後方側」とは、燃焼空気の流動方向の下流側を意味しており、圧縮機１０においては、ロータ回転軸の軸方向のうち燃焼器７側を意味している。

圧縮機ロータ２０は、複数の円板状部材であるロータディスク２４，２６，２８，３２，３４，３６，３８に分割された構造となっている。各ロータディスク２４，２６，２８，３２，３４，３６，３８は、それぞれ鋳造や鍛造等により構成されており、その外周には、動翼が配列されて結合される。例として、図３に示すように、ロータディスク２８には、ロータ回転軸の周方向（図に矢印Ｅで示す）に沿って多数の動翼が全周に亘って配列されている。ロータディスク２６，２８，３２には、それぞれ、１つの段の動翼に対応して設けられて、１つの段の動翼が外周に配列されている。

一方、ロータディスク２４は、最も前方側にある３つの段に対応して設けられており、３つの段に対応する動翼が外周に配列されている。また、後方側にあるロータディスク３４，３６，３８は、それぞれ３つの段に対応して設けられている。

加えて、図１及び図３に示すように、ロータディスク２８には、ロータ回転軸の周方向（図に矢印Ｅで示す）に複数の貫通孔２７が配列されている。この貫通孔２７には、通しボルトであるスピンドルボルト５２が貫通する。さらに、ロータディスク２８のうち貫通孔２７よりロータ回転軸の径方向外側（図１に矢印Ｒで示す）には、複数の貫通孔２９がロータ回転軸の周方向に配列されている。この貫通孔２９には、スピンドルボルト５２に比べてロータ回転軸の径方向外側に配列される接続ボルト５６が貫通する。

また、ロータディスク２８より前方側にあるロータディスク２４，２６には、それぞれスピンドルボルト５２が通る貫通孔２３，２５が、ロータ回転軸から貫通孔２７と同じ径方向距離に設けられている。一方、ロータディスク２８に後方側において隣接するロータディスク３２には、接続ボルト５６が通る貫通孔３１が貫通孔２９と同じロータ回転軸から径方向距離に設けられている。

動翼が配列され結合された各ロータディスク２４，２６，２８，３２，３４，３６，３８を、ロータ回転軸の軸方向に直列に重ね合わせて、溶接、又は、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトの締結により結合されて、圧縮機ロータ２０は構成されており、以下に詳細を説明する。

圧縮機１０の後方側にあるロータディスク３２，３４，３６，３８は、溶接により隣接するロータディスクと互いに結合されて溶接結合体３０を構成する。溶接部位を符号Ｗで示す。後方側にあるロータディスクに結合される動翼は、前方側にある動翼に比べて翼幅の短いものであるため、溶接部位Ｗには、前方側にあるロータディスク２４，２６，２８の結合に要するほどほど強度を要しない。このように溶接結合体３０を構成するロータディスク３２，３４，３６，３８を、以下の説明において、第１群のロータディスクと記す。溶接結合体３０には、溶接部位Ｗを挟んでロータ回転軸の径方向内側と外側に、それぞれ空間が形成される。

一方、第１群のロータディスク３２，３４，３６，３８以外のロータディスクであるロータディスク２４，２６，２８は、第２群のロータディスクに区分される。第２群のロータディスク２４，２６，２８は、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトにより互いに結合されてボルト結合体２２を構成する。具体的には、周方向ボルトであるスピンドルボルト５２を、ロータディスク２４の貫通孔２３と、ロータディスク２６の貫通孔２５と、ロータディスク２８の貫通孔２７に通す。スピンドルボルト５２は、ロータ回転軸の軸方向に延びており、これら第２群のロータディスク２４，２６，２８を共に締結することで、ボルト結合体２２が構成される。

このように、第１群のロータディスク３２，３４，３６，３８により溶接結合体３０を構成し、第２群のロータディスク２４，２６，２８によりボルト結合体２２を構成して、さらに、溶接結合体３０とボルト結合体２２を結合することで、圧縮機ロータ２０は構成されている。具体的には、第２群のロータディスク２８に設けられた貫通孔２９と、ロータディスク２８に隣接する第１群のロータディスク３２に設けられた貫通孔３１に、スピンドルボルト５２に比べてロータ回転軸の径方向外側に配列された接続ボルト５６を通し、第２群のロータディスク２８と第１群のロータディスク３２を締結する。

これにより、第２群のロータディスク２４，２６，２８で構成されるボルト結合体２２と、第１群のロータディスク３２，３４，３６，３８で構成される溶接結合体３０が結合されて、圧縮機ロータ２０が構成される。前方側にある第２群のロータディスク２４，２６，２８は、ボルト結合体２２を構成することで、必要な強度を確保する一方、前方側に比べて要求される強度が小さい後方側にある第１群のロータディスク３２，３４，３６，３８は、溶接結合体３０を構成することで、ボルトにより結合した場合に比べて軽量化を図ることができる。

以上に説明したように本実施例に係るガスタービン１用ロータ２０は、外周に動翼が配列される複数のロータディスク２４，２６，２８，３２，３４，３６，３８がロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねて結合されたロータであって、複数のロータディスク２４，２６，２８，３２，３４，３６，３８のうち、一部のロータディスク３２，３４，３６，３８は、溶接により結合されており、その他のロータディスク２４，２６，２８は、スピンドルボルト５２の締結により結合されているものとした。強度が比較的必要でない部位においては、溶接によりロータディスク３２，３４，３６，３８を結合することで、ロータ全体としての軽量化を図りつつ、強度が必要な部位には、スピンドルボルト５２の締結によりロータディスク２４，２６，２８を結合することで必要な強度を確保することができる。

また、本実施例においては、スピンドルボルト５２は、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトであるものとしたので、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトを用いて結合する場合に比べて、ロータディスクをより強固により結合することができる。

また、本実施例においては、各ロータディスク２４，２６，２８，３２，３４，３６，３８は、溶接により隣接するディスクと結合されて溶接結合体３０を構成する第１群のロータディスク３２，３４，３６，３８と、第１群のロータディスク３２，３４，３６，３８以外のロータディスクで構成される第２群のロータディスク２４，２６，２８とのいずれかに区分されるものであり、ロータ２０は、溶接結合体３０と第２群のロータディスク２８が周方向ボルトである接続ボルト５６により結合されて構成されているものとした。溶接により溶接結合体３０を構成し、これを強度が比較的必要でない部位に配置して、その他のロータディスクである第２群のロータディスク２８と結合することで、一部のロータディスクが溶接により結合されて軽量化されたロータ２０を実現することができる。

また、本実施例においては、第２群のロータディスク２４，２６，２８は、周方向ボルトであるスピンドルボルト５２により互いに結合されてボルト結合体２２を構成し、ロータ２０は、溶接結合体３０とボルト結合体２２が周方向ボルトである接続ボルト５６により結合されて構成されるものとしたので、ロータ２０において、強度が必要な部位には、ボルト結合体２２を配設し、比較的強度が必要ではない部位には、溶接結合体３０を配設することで、ロータの製造性を良好なものとしつつ、一部が溶接により結合され、その他が周方向ボルトにより結合されたロータ２０を実現することができる。

また、本実施例においては、ボルト結合体２２は、ガスタービン１を構成する圧縮機１０のうち最も前方側の段に対応して配設されているものとした。ロータ２０のうち最も前方側の段に対応する部位は、動翼の翼幅が長く強度が必要となる部位であり、ここにボルト結合体を配設することで、必要な強度を確保することができる。

本実施例に係るガスタービン用ロータについて、図４を用いて説明する。図４は、ガスタービンを構成する圧縮機の縦断面図である。本実施例に係るガスタービン用ロータは、ボルト結合体を有しておらず、溶接結合体と第２群のロータディスクが結合されて圧縮機ロータを構成している点で、実施例１と異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１に係る燃焼器と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。また、図４には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

図４に示すように、本実施例に係るガスタービン１Ｂの圧縮機１０Ｂにおいて、圧縮機ロータ２０Ｂは、複数のロータディスク２４Ｂ，３２Ｂ，３４，３６，３８に分割された構造となっている。第１群のロータディスク３２Ｂは、２つの段の動翼に対応して設けられており、ロータ回転軸を中心とする穴（内壁面を符号３２Ｂａで示す）が設けられている。ロータディスク３４，３６，３８は、３つの段の動翼に対応して設けられている。第１群のロータディスク３２Ｂ，３４，３６，３８は、圧縮機ロータ２０のうち、後方側（燃焼器７側）を構成している。

一方、第２群のロータディスク２４Ｂは、最も前方側にある４つの段の動翼に対応して設けられており、ロータ回転軸を中心として穴（内壁面を符号２４Ｂａで示す）が設けられている。第２群のロータディスク２４Ｂは、一つであり、ガスタービン１を構成する圧縮機１０Ｂのうち最も前方側の段を含む複数の段に対応する動翼が外周に配列された一体成形のロータディスク（以下、一体成形ロータディスクと記す）である。

各ロータディスク２４Ｂ，３２Ｂ，３４，３６，３８は、それぞれ鋳造や鍛造等を用いて一体に構成されている。ロータディスク２４Ｂ，３２Ｂ，３４，３６，３８は、動翼が外周に配列され結合されて、さらに、ロータ回転軸の軸方向に列をなして重ね合わせて、隣接するロータディスクと溶接、又は、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトの締結により結合されて、圧縮機ロータ２０は構成されており、以下に詳細を説明する。

圧縮機１０の後方側にある第１群のロータディスク３２Ｂ，３４，３６，３８は、溶接部位Ｗにおいて溶接され、隣接するロータディスクと互いに結合されて溶接結合体３０Ｂを構成している。後方側にある第１群のロータディスク３２Ｂ，３４，３６，３８に結合される動翼は、前方側にある動翼に比べて翼幅の短いものであり、前方側にあるロータディスク２４Ｂに比べて用度を要しないので、第１群のロータディスク３２Ｂ，３４，３６，３８の結合には、溶接を用いることができる。

圧縮機ロータ２０Ｂは、第１群のロータディスク３２Ｂ，３４，３６，３８から構成された溶接結合体３０Ｂと、一体成形ロータディスクである第２群のロータディスク２４Ｂが、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトである接続ボルト５６Ｂにより結合されて構成されている。溶接結合体３０Ｂを構成する第１群のロータディスク３２Ｂと、第２群のロータディスク２４Ｂとの間のみ、接続ボルト５６Ｂにより結合しているため、圧縮機ロータ２０の構造が簡素なものとなり、ロータディスク２４Ｂ，３２Ｂ，３４，３６，３８を全てボルトにより結合した場合に比べて軽量化を図ることができる。

以上に説明したように本実施例では、第２群のロータディスク２４Ｂは、ガスタービン１を構成する圧縮機１０Ｂのうち最も前方側の段を含む複数の段に対応する動翼Ａが外周に配列された一体成形ロータディスクであり、当該一体成形ロータディスク２４Ｂと溶接結合体３０Ｂが周方向ボルトである接続ボルト５６Ｂにより結合されて構成されているものとした。動翼Ａの翼幅が長く強度が必要となる、圧縮機１０Ｂのうち最も前方側の段には、一体成形ロータディスク２４Ｂを配設し、これを溶接結合体３０Ｂと周方向ボルト５６Ｂにより結合することで、必要な強度を確保しつつ、周方向ボルト５６Ｂの長さを短いものにして圧縮機ロータ２０Ｂの軽量化を図ることができる。

本実施例に係るガスタービン用ロータについて、図５を用いて説明する。図５は、ガスタービンを構成する圧縮機の縦断面図である。本実施例に係るガスタービン用ロータは、第２群のロータディスクは、複数のボルト結合体を構成しており、当該複数のボルト結合体は、溶接結合体を挟むよう配置されている点で、実施例１とは異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例１と略共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。なお、図５には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

図５に示すように、本実施例に係るガスタービン１の圧縮機１０Ｂにおいて、圧縮機ロータ２０Ｃは、前方側から複数のロータディスク２４，２６，２８，３２Ｃ，３４Ｃ，４１，４３，４４，４５，４６，４７，４８に分割された構造となっている。第１群のロータディスク３２Ｃ，３４Ｃは、２つの段の動翼に対応して設けられており、溶接部位Ｗにおいて溶接されて互いに結合されて、溶接結合体３０Ｃを構成する。

一方、第２群のロータディスク２４，２６，２８，４１，４３，４４，４５，４６，４７，４８のうち、圧縮機１０Ｃの前方側に配設されるロータディスク２４，２６，２８は、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトであるスピンドルボルト５２により互いに結合されて、前方側のボルト結合体２２を構成する。同様に、第２群のロータディスク２４，２６，２８，４１，４３，４４，４５，４６，４７，４８のうち、圧縮機１０Ｃの後方側に配設されるロータディスク４１〜４８は、周方向ボルトであるスピンドルボルト５４により互いに結合されて、後方側のボルト結合体４０を構成する。

このように、第１群のロータディスク３２Ｃ，３４Ｃにより溶接結合体３０Ｃを構成し、第２群のロータディスク２４，２６，２８，４１，４３，４４，４５，４６，４７，４８により前方側のボルト結合体２２と、後方側のボルト結合体４０を構成する。そして、第１群のロータディスク３２Ｃと、第２群のロータディスク２８とを、スピンドルボルト５２に比べてロータ回転軸の周方向外側に配列された接続ボルト５６により締結することで、溶接結合体３０Ｃと前方側のボルト結合体２２とを結合する。さらに、第１群のロータディスク３４Ｃと、第２群のロータディスク４１とを、スピンドルボルト５４に比べてロータ回転軸の周方向外側に配列された接続ボルト５８により締結することで、溶接結合体３０Ｃと後方側のボルト結合体４０は、結合される。このようにして、前方側のボルト結合体２２と、後方側のボルト結合体４０は、溶接結合体３０Ｃを挟んで一体に結合されて、圧縮機ロータ２０を構成している。

以上に説明したように本実施例では、第２群のロータディスク２４，２６，２８，４１，４３，４４，４５，４６，４７，４８は、複数のボルト結合体２２，４０を構成し、複数のボルト結合体２２，４０は、第１群のロータディスク３２Ｃ，３４Ｃで構成された溶接結合体３０を挟むよう配置されているものとしたので、ボルト結合体２２，４０を構成する周方向ボルト５２，５４の長さを短いものにして、ボルト結合体２２，４０の強度を確保することができる。

なお、上述した各実施例において、溶接結合体（３０；３０Ｂ；３０Ｃ）は、圧縮機ロータ２０に１つ設けるものとしたが、溶接結合体の数はこれに限定されるものではない。例えば、溶接結合体を複数設けて、ボルト結合体により挟み込んで配置するものとしても良い。

また、上述した各実施例において、溶接結合体（３０；３０Ｂ；３０Ｃ）と第２群のロータディスク（２８；２４ｂ；２８，４１）は、周方向ボルトである接続ボルト（５６；５６Ｂ；５６，５８）により結合するものとしたが、溶接結合体と第２群のロータディスクを結合する手法は、これに限定されるものではなく、例えば、溶接結合体（３０；３０Ｂ；３０Ｃ）と第２群のロータディスク（２８；２４ｂ；２８，４１）を溶接により結合するものとしても良い。

また、上述した各実施例において、ガスタービン（１；１Ｂ；１Ｃ）の圧縮機（１０；１０Ｂ；１０Ｃ）に設けられた圧縮機ロータ（２０；２０Ｂ；２０Ｃ）において、一部のロータディスクを溶接により結合し、その他のロータディスクを、周方向ボルトにより結合するものとしたが、本発明が適用されるロータは、圧縮機ロータ（２０；２０Ｂ；２０Ｃ）に限定されるものではない。例えば、タービン側ロータ１６（図２参照）にも適用することができる。

なお、上述した各実施例において、複数のロータディスクのうち、一部は、溶接により結合されており、その他は、ロータ回転軸の周方向に配列されたスピンドルボルト等の周方向ボルトにより結合されるものとしたが、ロータディスクの結合に用いられるボルトは、これに限定されるものではない。複数のロータディスクをボルトにより締結できれば良く、例えば、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトの締結により、ロータディスクを結合するものとしても良い。

以上のように、本発明は、ガスタービンに有用であり、特に、ガスタービンを構成する圧縮機に有用である。

実施例１に係るガスタービンを構成する圧縮機の縦断面図である。 実施例１に係るガスタービンの全体構成を示す縦断面図である。 図１のＧ−Ｇ線によるロータの断面図である。 実施例２に係るガスタービンを構成する圧縮機の縦断面図である。 実施例３に係るガスタービンを構成する圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１，１Ｂ，１Ｃ ガスタービン
５ タービン
７ 燃焼器
１０，１０Ｂ，１０Ｃ 圧縮機
２０，２０Ｂ，２０Ｃ 圧縮機ロータ
３０，３０Ｂ，３０Ｃ 溶接結合体
２２ ボルト結合体（前方側）
２４Ｂ 一体成形ロータディスク（第２群のロータディスク）
４０ ボルト結合体（後方側）
３２，３２Ｂ，３２Ｃ，３４，３４Ｃ，３６，３８ 第１群のロータディスク
２４，２６，２８ 第２群のロータディスク（前方側）
４１，４３，４４，４５，４６，４７，４８ 第２群のロータディスク（後方側）
５２，５４ スピンドルボルト（周方向ボルト）
５６，５６Ｂ，５８ 接続ボルト（周方向ボルト）
Ａ 動翼
Ｂ 静翼
Ｃ ロータ回転軸
Ｗ 溶接部位
Ｅ ロータ回転軸の周方向
Ｒ ロータ回転軸の径方向

Claims (8)

1. ガスタービンに用いられ、外周に動翼が配列される複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねられて結合されたロータであって、
   複数のロータディスクのうち、一部は、溶接により結合されており、その他は、ボルトの締結により結合されていることを特徴とするガスタービン用ロータ。
2. 請求項１に記載のガスタービン用ロータにおいて、
   前記ボルトは、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトである
   ことを特徴とするガスタービン用ロータ。
3. 請求項２に記載のガスタービン用ロータにおいて、
   各ロータディスクは、溶接により隣接するディスクと結合されて溶接結合体を構成する第１群のロータディスクと、第１群のロータディスク以外のロータディスクで構成される第２群のロータディスクとのいずれかに区分されるものであり、
   溶接結合体と第２群のロータディスクが周方向ボルトにより結合されて構成されていることを特徴とするガスタービン用ロータ。
4. 請求項３に記載のガスタービン用ロータにおいて、
   第２群のロータディスクは、周方向ボルトにより互いに結合されてボルト結合体を構成し、
   溶接結合体とボルト結合体が周方向ボルトにより結合されて構成されることを特徴とするガスタービン用ロータ。
5. 請求項４に記載のガスタービン用ロータにおいて、
   ボルト結合体は、ガスタービンを構成する圧縮機のうち最も前方側の段に対応して配設されている
   ことを特徴とするガスタービン用ロータ。
6. 請求項４又は５に記載のガスタービン用ロータにおいて、
   第２群のロータディスクは、複数のボルト結合体を構成し、
   複数のボルト結合体は、溶接結合体を挟むよう配置されていることを特徴とするガスタービン用ロータ。
7. 請求項２に記載のガスタービン用ロータにおいて、
   第２群のロータディスクは、ガスタービンを構成する圧縮機のうち最も前方側の段を含む複数の段に対応する動翼が外周に配列された一体成形ロータディスクであり、
   一体成形ロータディスクと溶接結合体が周方向ボルトにより結合されて構成されていることを特徴とするガスタービン用ロータ。
8. 燃焼用の空気を取り入れて圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスから機械的動力を取り出すタービンとを備えたガスタービンであって、
   タービンにおいて燃焼ガスにより回転駆動されるタービン側ロータと、
   タービン側ロータから機械的動力が伝達されて、圧縮機において動翼と共に回転駆動される圧縮機ロータと、
   を有し、
   圧縮機ロータは、外周に動翼が配列される複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねられて結合されており、
   圧縮機ロータを構成する複数のロータディスクのうち、一部は、溶接により結合されており、その他は、ボルトの締結により結合されている
   ことを特徴とするガスタービン。

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