JP2010112316A - Rotor for gas turbine, and gas turbine - Google Patents

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倫太郎 千頭
Motoharu Ueda
元春 植田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase reliability by reducing stress applied to a fastening bolt, in a rotor for a gas turbine and the gas turbine. <P>SOLUTION: This rotor for the gas turbine is so configured that a plurality of rotor disks 32 is axially arranged, and a spindle bolt 33 is passed through the plurality of rotor disks 32 and fastened by screwing a nut 34 around a thread 41. The spindle bolt 33 is formed with: a threading neck portion 42 provided adjacent to the thread 41 and having smaller diameter than the thread 41; a stress concentration reducing portion 43 provided adjacent to the neck portion 42 and having smaller diameter than the through-hole 32a of each rotor disk 32; and a stress receiving portion 44 fitted into the through-hole 32a of each rotor disk 32. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、圧縮した高温・高圧の空気に対して燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給して回転動力を得るガスタービンにおいて、複数のロータディスクがボルト締結されたガスタービン用ロータ及びガスタービンに関する。   For example, in a gas turbine in which fuel is supplied to compressed high-temperature and high-pressure air and burned, and the generated combustion gas is supplied to a turbine to obtain rotational power, a plurality of rotor disks are bolted. The present invention relates to a gas turbine rotor and a gas turbine.

例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されており、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスがタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。この場合、タービンは、車室内に複数の静翼及び動翼が交互に配設されて構成されており、燃焼ガスにより動翼を駆動することで発電機の連結される出力軸を回転駆動している。そして、タービンを駆動した燃焼ガスは、排気車室のディフューザにより静圧に変換されてから大気に放出される。   For example, a gas turbine is composed of a compressor, a combustor, and a turbine. The air taken in from the air intake port is compressed by the compressor to become high-temperature / high-pressure compressed air. Fuel is supplied to the compressed air and burned, and high-temperature and high-pressure combustion gas drives a turbine and a generator connected to the turbine. In this case, the turbine is configured by alternately arranging a plurality of stationary blades and moving blades in the vehicle interior, and rotationally drives an output shaft connected to the generator by driving the moving blades with combustion gas. ing. The combustion gas that has driven the turbine is converted to static pressure by the diffuser in the exhaust casing and then released to the atmosphere.

このように構成されるガスタービンの圧縮機にて、ガスタービン用ロータは、外周部に動翼が配列されたロータディスクが圧縮機の回転軸心方向に複数配列されると共に、スピンドルボルトによりボルト締結されて構成されている。即ち、複数配列されたロータディスクに対して、ロータ中心から径方向にずれた位置をスピンドルボルトが貫通し、このスピンドルボルトの各端部にナットが螺合することで、複数のロータディスクがスピンドルボルト及びナットにより挟持されるように締結される。この場合、複数のロータディスクは、周方向の複数位置でスピンドルボルト及びナットにより締結されている。   In the gas turbine compressor configured as described above, the rotor for the gas turbine includes a plurality of rotor disks each having rotor blades arranged on the outer peripheral portion in the direction of the rotation axis of the compressor, and bolts by spindle bolts. It is constructed by fastening. That is, with respect to the plurality of arranged rotor disks, the spindle bolt passes through a position shifted in the radial direction from the rotor center, and a nut is screwed to each end portion of the spindle bolt, so that the plurality of rotor disks are spindles. Fastened so as to be clamped by bolts and nuts. In this case, the plurality of rotor disks are fastened by spindle bolts and nuts at a plurality of positions in the circumferential direction.

このような構成の圧縮機のスピンドルボルト取付構造としては、下記特許文献1に記載されたものがある。   As a spindle bolt mounting structure of a compressor having such a configuration, there is one described in Patent Document 1 below.

特開2002−005084号公報JP 2002-005084 A

上述したように、動翼を有するロータディスクを複数重ねてスピンドルボルトにより締結したガスタービン用ロータでは、このロータの回転時に、スピンドルボルトに対して、ロータディスクやスピンドルボルトの荷重が作用し、このスピンドルボルトは中間部が下方に湾曲するように変形する。すると、ロータの回転に伴って、スピンドルボルトは、軸方向の端部に形成されたねじ部が圧縮応力と引張応力を繰り返し受けることとなりフレッティング疲労が発生しやすくなり、寿命が低下するおそれがある。   As described above, in a rotor for a gas turbine in which a plurality of rotor disks having moving blades are overlapped and fastened by a spindle bolt, the load of the rotor disk and the spindle bolt acts on the spindle bolt when the rotor rotates. The spindle bolt is deformed so that the intermediate portion is bent downward. Then, as the rotor rotates, the screw bolt formed at the axial end of the spindle bolt is repeatedly subjected to compressive stress and tensile stress, so that fretting fatigue is likely to occur and the life may be shortened. is there.

本発明は上述した課題を解決するものであり、締結ボルトに作用する応力を低減して信頼性の向上を図る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。   The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a gas turbine rotor and a gas turbine that improve the reliability by reducing the stress acting on the fastening bolt.

上記の目的を達成するための請求項1の発明のガスタービン用ロータは、外周部に動翼を有する複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に配列されると共に、締結ボルトが前記複数のロータディスクを貫通し、前記締結ボルトの端部に形成されたねじ部にナットが螺合することで締結されたガスタービン用ロータにおいて、前記締結ボルトは、前記ねじ部に隣接して該ねじ部より小径のねじ加工用のネック部と、該ネック部に隣接して前記ロータディスクの貫通孔よりも小径の応力集中低減部と、前記ロータディスクの貫通孔に嵌合する応力受け部とを有する、ことを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a rotor for a gas turbine according to the invention of claim 1 is characterized in that a plurality of rotor disks having moving blades on the outer peripheral portion are arranged in the axial direction of the rotor rotating shaft, and fastening bolts In the rotor for a gas turbine, which passes through the rotor disk and is fastened by screwing a nut to a screw part formed at an end of the fastening bolt, the fastening bolt is adjacent to the screw part. A neck portion for threading with a smaller diameter, a stress concentration reducing portion smaller in diameter than the through hole of the rotor disk adjacent to the neck portion, and a stress receiving portion that fits into the through hole of the rotor disk It is characterized by that.

請求項2の発明のガスタービン用ロータでは、前記ロータディスクの貫通孔は、軸方向の一方側に前記ねじ部及び前記ネック部が位置し、軸方向の他方側に前記応力受け部が位置し、軸方向の中間部に前記応力集中低減部が位置することを特徴としている。   In the gas turbine rotor according to a second aspect of the present invention, the through hole of the rotor disk has the threaded portion and the neck portion located on one side in the axial direction and the stress receiving portion located on the other side in the axial direction. The stress concentration reducing portion is located in the middle portion in the axial direction.

請求項3の発明のガスタービン用ロータでは、前記ネック部と前記応力集中低減部は、同径であり、前記ロータディスクの貫通孔よりも小径であることを特徴としている。   In the rotor for a gas turbine according to a third aspect of the present invention, the neck portion and the stress concentration reducing portion have the same diameter, and are smaller in diameter than the through hole of the rotor disk.

請求項4の発明のガスタービン用ロータでは、前記応力集中低減部は、前記ネック部から前記ロータディスクの貫通孔における軸方向の中間位置を越えて延設されることを特徴としている。   The gas turbine rotor according to a fourth aspect of the invention is characterized in that the stress concentration reducing portion extends from the neck portion beyond an intermediate position in the axial direction of the through hole of the rotor disk.

請求項5の発明のガスタービンは、圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、前記圧縮機のロータは、外周部に動翼を有する複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に配列されると共に、締結ボルトが前記複数のロータディスクを貫通し、前記締結ボルトの端部に形成されたねじ部にナットが螺合することで締結され、前記締結ボルトは、前記ねじ部に隣接して該ねじ部より小径のねじ加工用のネック部と、該ネック部に隣接して前記ロータディスクの貫通孔よりも小径の応力集中低減部と、前記ロータディスクの貫通孔に嵌合する応力受け部とを有する、ことを特徴とするものである。   A gas turbine according to a fifth aspect of the present invention is the gas turbine, wherein the compressed air compressed by the compressor is supplied with fuel by a combustor and burned, and the generated combustion gas is supplied to the turbine to obtain rotational power. In the rotor of the machine, a plurality of rotor disks having rotor blades on the outer periphery are arranged in the axial direction of the rotor rotation shaft, and fastening bolts pass through the plurality of rotor disks and are formed at end portions of the fastening bolts. The fastening bolt is fastened by screwing a nut into the screw portion, and the fastening bolt is adjacent to the screw portion, and has a neck portion for screw processing having a smaller diameter than the screw portion, and the rotor disk is adjacent to the neck portion. A stress concentration reducing portion having a diameter smaller than that of the through hole and a stress receiving portion that fits into the through hole of the rotor disk.

請求項1の発明のガスタービン用ロータによれば、複数のロータディスクが軸方向に配列されると共に、締結ボルトが複数のロータディスクを貫通し、ねじ部にナットが螺合することで締結されるように構成し、締結ボルトに、ねじ部に隣接してねじ部より小径のねじ加工用のネック部と、ネック部に隣接してロータディスクの貫通孔よりも小径の応力集中低減部と、ロータディスクの貫通孔に嵌合する応力受け部とを設けている。従って、ロータの回転時に、ロータディスクや締結ボルトの重量によりこの締結ボルトが湾曲変形し、この締結ボルトとロータディスクとの接触部分に変動応力が作用するが、締結ボルトはねじ部から離れた応力受け部で応力を受けることとなり、応力の応答を緩慢にし、締結ボルトに作用する応力を低減して信頼性の向上を図ることができる。   According to the gas turbine rotor of the first aspect of the present invention, the plurality of rotor disks are arranged in the axial direction, the fastening bolts penetrate the plurality of rotor disks, and the nuts are screwed together to be fastened. The fastening bolt has a neck portion for threading smaller in diameter than the screw portion adjacent to the screw portion, and a stress concentration reducing portion smaller in diameter than the through hole of the rotor disk adjacent to the neck portion, A stress receiving portion that fits into the through hole of the rotor disk is provided. Therefore, when the rotor rotates, the fastening bolt is bent and deformed by the weight of the rotor disk and the fastening bolt, and a fluctuating stress acts on the contact portion between the fastening bolt and the rotor disk. Stress is received at the receiving portion, the response of the stress is slowed, the stress acting on the fastening bolt is reduced, and the reliability can be improved.

請求項2の発明のガスタービン用ロータによれば、ロータディスクの貫通孔にて、軸方向の一方側にねじ部及びネック部が位置し、軸方向の他方側に応力受け部が位置し、軸方向の中間部に応力集中低減部が位置するので、貫通孔における軸方向の中間部に応力集中低減部を設けることで、締結ボルトのねじ部近傍での応力集中を軽減することができる。   According to the gas turbine rotor of the invention of claim 2, in the through hole of the rotor disk, the screw portion and the neck portion are located on one side in the axial direction, and the stress receiving portion is located on the other side in the axial direction, Since the stress concentration reducing portion is located in the axial intermediate portion, the stress concentration in the vicinity of the screw portion of the fastening bolt can be reduced by providing the stress concentration reducing portion in the axial intermediate portion of the through hole.

請求項3の発明のガスタービン用ロータによれば、ネック部と応力集中低減部を同径とし、ロータディスクの貫通孔よりも小径とするので、ネック部と応力集中低減部を同径とすることで、締結ボルトの加工を容易として加工性を向上することができる。   According to the gas turbine rotor of the third aspect of the present invention, the neck portion and the stress concentration reducing portion have the same diameter, and the diameter is smaller than the through hole of the rotor disk. Therefore, the neck portion and the stress concentration reducing portion have the same diameter. Thus, the workability of the fastening bolt can be facilitated and the workability can be improved.

請求項4の発明のガスタービン用ロータによれば、応力集中低減部をネック部からロータディスクの貫通孔における軸方向の中間位置を越えて延設するので、締結ボルトは、応力集中低減部によりねじ部から離れた位置にある応力受け部で応力を受けることとなり、応力集中を低減することができる。   According to the gas turbine rotor of the fourth aspect of the invention, the stress concentration reducing portion extends from the neck portion beyond the intermediate position in the axial direction in the through hole of the rotor disk. Stress is received at the stress receiving portion located away from the screw portion, and stress concentration can be reduced.

請求項5の発明のガスタービンによれば、複数のロータディスクが軸方向に配列されると共に、締結ボルトが複数のロータディスクを貫通し、ねじ部にナットが螺合して締結することで圧縮機ロータを構成し、締結ボルトに、ねじ部に隣接してねじ部より小径のねじ加工用のネック部と、ネック部に隣接してロータディスクの貫通孔よりも小径の応力集中低減部と、ロータディスクの貫通孔に嵌合する応力受け部とを設けている。従って、圧縮機ロータの回転時に、ロータディスクや締結ボルトの重量によりこの締結ボルトが湾曲変形し、この締結ボルトとロータディスクとの接触部分に変動応力が作用するが、締結ボルトはねじ部から離れた応力受け部で応力を受けることとなり、応力の応答を緩慢にし、締結ボルトに作用する応力を低減して信頼性の向上を図ることができる。   According to the gas turbine of the fifth aspect of the present invention, the plurality of rotor disks are arranged in the axial direction, the fastening bolts penetrate the plurality of rotor disks, and the nuts are screwed into the threaded portions to be compressed. The machine rotor is configured, and the fastening bolt has a neck portion for threading smaller in diameter than the screw portion adjacent to the screw portion, and a stress concentration reducing portion smaller in diameter than the through hole of the rotor disk adjacent to the neck portion, A stress receiving portion that fits into the through hole of the rotor disk is provided. Therefore, when the compressor rotor is rotated, the fastening bolt is bent and deformed due to the weight of the rotor disk and the fastening bolt, and a fluctuating stress acts on the contact portion between the fastening bolt and the rotor disk. As a result, stress is received at the stress receiving portion, the response of the stress is slowed down, the stress acting on the fastening bolt is reduced, and the reliability can be improved.

以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン用ロータ及びガスタービンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。   Exemplary embodiments of a gas turbine rotor and a gas turbine according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.

図1は、本発明の実施例1に係るガスタービン用ロータとしての圧縮機ロータの要部を表す断面図、図2は、スピンドルボルトの端部を表す拡大図、図3は、実施例1のガスタービンを表す概略構成図、図4は、実施例1のガスタービン用ロータを表す断面図である。   1 is a cross-sectional view showing a main part of a compressor rotor as a gas turbine rotor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view showing an end portion of a spindle bolt, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine rotor according to the first embodiment.

実施例1のガスタービンは、図3に示すように、圧縮機11と燃焼器(ガスタービン燃焼器)12とタービン13と排気室14により構成され、このタービン13に図示しない発電機が連結されている。この圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口15を有し、圧縮機車室16内に複数の静翼17と動翼18が交互に配設されてなり、その外側に抽気マニホールド19が設けられている。燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン13は、タービン車室20内に複数の静翼21と動翼22が交互に配設されている。排気室14は、タービン13に連続する排気ディフューザ23を有している。また、圧縮機11、燃焼器12、タービン13、排気室14の中心部を貫通するようにロータ(タービン軸)24が位置しており、圧縮機11側の端部が軸受部25により回転自在に支持される一方、排気室14側の端部が軸受部26により回転自在に支持されている。そして、このロータ24に複数のディスクプレートが固定され、各動翼18,22が連結されると共に、排気室14側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。   As shown in FIG. 3, the gas turbine according to the first embodiment includes a compressor 11, a combustor (gas turbine combustor) 12, a turbine 13, and an exhaust chamber 14, and a generator (not shown) is connected to the turbine 13. ing. The compressor 11 has an air intake port 15 for taking in air, a plurality of stationary blades 17 and moving blades 18 are alternately arranged in a compressor casing 16, and a bleed manifold 19 is provided on the outside thereof. ing. The combustor 12 is combustible by supplying fuel to the compressed air compressed by the compressor 11 and igniting it with a burner. In the turbine 13, a plurality of stationary blades 21 and moving blades 22 are alternately arranged in a turbine casing 20. The exhaust chamber 14 has an exhaust diffuser 23 that is continuous with the turbine 13. A rotor (turbine shaft) 24 is positioned so as to pass through the center of the compressor 11, the combustor 12, the turbine 13, and the exhaust chamber 14, and an end portion on the compressor 11 side is freely rotatable by a bearing portion 25. On the other hand, the end portion on the exhaust chamber 14 side is rotatably supported by the bearing portion 26. A plurality of disk plates are fixed to the rotor 24, the rotor blades 18 and 22 are connected, and a drive shaft of a generator (not shown) is connected to the end on the exhaust chamber 14 side.

従って、圧縮機11の空気取入口15から取り込まれた空気が、複数の静翼21と動翼22を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器12にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン13を構成する複数の静翼21と動翼22を通過することでロータ24を駆動回転し、このロータ24に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室14の排気ディフューザ23で静圧に変換されてから大気に放出される。   Therefore, the air taken in from the air intake port 15 of the compressor 11 passes through the plurality of stationary blades 21 and the moving blades 22 and is compressed to become high-temperature and high-pressure compressed air. Combustion occurs when a predetermined fuel is supplied to the compressed air. The high-temperature and high-pressure combustion gas that is the working fluid generated in the combustor 12 passes through the plurality of stationary blades 21 and the moving blades 22 constituting the turbine 13 to drive and rotate the rotor 24. While the generator connected to 24 is driven, the exhaust gas is converted into static pressure by the exhaust diffuser 23 in the exhaust chamber 14 and then released to the atmosphere.

上述した圧縮機11において、図4に示すように、ガスタービン用ロータとしての圧縮機ロータ31は、複数のロータディスク32がスピンドルボルト(締結ボルト)33及びナット34により締結されて構成されている。即ち、ロータディスク32は、外周部に上述した動翼18が設けられており、ロータ回転軸の軸方向に沿って複数接触した状態で配列されている。スピンドルボルト33は、ロータ回転軸の軸方向に沿って延設され、複数のロータディスク32を貫通し、各端部にナット34が螺合している。また、このスピンドルボルト33は、ロータ回転軸の周方向に沿って等間隔で複数配設されている。   In the compressor 11 described above, as shown in FIG. 4, the compressor rotor 31 as a gas turbine rotor is configured by fastening a plurality of rotor disks 32 with spindle bolts (fastening bolts) 33 and nuts 34. . That is, the rotor disk 32 is provided with the above-described moving blade 18 on the outer peripheral portion, and is arranged in a state in which a plurality of the rotor disks 32 are in contact along the axial direction of the rotor rotation shaft. The spindle bolt 33 extends along the axial direction of the rotor rotation shaft, passes through the plurality of rotor disks 32, and a nut 34 is screwed to each end. A plurality of spindle bolts 33 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the rotor rotation shaft.

このように圧縮機ロータ31は、スピンドルボルト33が複数のロータディスク32を貫通し、その各端部にナット34が螺合することで、一体に回転可能となっている。   Thus, the compressor rotor 31 can be rotated integrally by the spindle bolt 33 passing through the plurality of rotor disks 32 and the nuts 34 being screwed into the respective end portions.

ところで、複数のロータディスク32を複数重ねて締結するスピンドルボルト33は、圧縮機ロータ31の回転時に、ロータディスク32やスピンドルボルト33の荷重により中間部が下方に湾曲するように変形する。すると、スピンドルボルト33は、ねじ部がナット34によりロータディスク32の端面に支持されていることから、ここに圧縮応力と引張応力が繰り返し作用し、フレッティング疲労が発生しやすくなる。   By the way, the spindle bolt 33 for fastening a plurality of rotor disks 32 in a stacked manner is deformed so that the intermediate portion is bent downward by the load of the rotor disk 32 and the spindle bolt 33 when the compressor rotor 31 rotates. Then, since the threaded portion of the spindle bolt 33 is supported on the end face of the rotor disk 32 by the nut 34, the compressive stress and the tensile stress act repeatedly here, and fretting fatigue is likely to occur.

そこで、本実施例では、図1及び図2に示すように、スピンドルボルト33にて、端部にナット34が螺合するねじ部41と、このねじ部41に隣接してねじ部41より小径のねじ加工用のネック部42と、ネック部42に隣接してロータディスク32の貫通孔32aよりも小径の応力集中低減部43と、ロータディスク32の貫通孔32aに嵌合する応力受け部44とを設けている。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the spindle bolt 33 has a screw portion 41 in which the nut 34 is screwed to the end portion, and a diameter smaller than the screw portion 41 adjacent to the screw portion 41. A neck portion 42 for threading, a stress concentration reducing portion 43 having a smaller diameter than the through hole 32a of the rotor disk 32 adjacent to the neck portion 42, and a stress receiving portion 44 fitted into the through hole 32a of the rotor disk 32. And are provided.

この場合、ロータディスク32の貫通孔32aは、軸方向の一方側にねじ部41及びネック部42が位置し、軸方向の他方側に応力受け部44が位置し、軸方向の中間部に応力集中低減部43が位置している。   In this case, in the through hole 32a of the rotor disk 32, the screw portion 41 and the neck portion 42 are located on one side in the axial direction, the stress receiving portion 44 is located on the other side in the axial direction, and stress is applied to the intermediate portion in the axial direction. A concentration reduction unit 43 is located.

また、ネック部42と応力集中低減部43を同径とし、ロータディスク32の貫通孔32aよりも小径としている。更に、応力集中低減部43を、ネック部42からロータディスク32の貫通孔32aにおける軸方向の中間位置を越えて延設している。   Further, the neck portion 42 and the stress concentration reducing portion 43 have the same diameter, and are smaller than the through hole 32 a of the rotor disk 32. Further, the stress concentration reduction portion 43 extends from the neck portion 42 beyond the intermediate position in the axial direction of the through hole 32 a of the rotor disk 32.

即ち、スピンドルボルト33は、上述したように、軸方向における端部が複数のロータディスク32の貫通孔32aを貫通し、端部がこの貫通孔32aから突出し、ねじ部41にナット34が螺合し、このナット34をロータディスク32の端面(座面)に密着することで、複数のロータディスク32を締結している。   That is, as described above, the spindle bolt 33 has an end portion in the axial direction passing through the through holes 32a of the plurality of rotor disks 32, an end portion projects from the through hole 32a, and the nut 34 is screwed into the screw portion 41. The nut 34 is brought into close contact with the end face (seat surface) of the rotor disk 32 to fasten the plurality of rotor disks 32.

一般に、スピンドルボルト33を製作する場合、外径の小さいネック部42を加工してからねじ部を加工することで、ねじ部の加工時における工具の刃先の抜けが良く、ねじ部を高精度に形成することができる。本実施例では、このネック部42に隣接してロータディスク32の貫通孔32aよりも小径の応力集中低減部43を設けている。この場合、加工性を考慮し、ネック部42の外径と応力集中低減部43の外径を同径としている。そして、応力集中低減部43に隣接してロータディスク32の貫通孔32aに嵌合する応力受け部44を設けている。この場合、応力受け部44は、ロータディスク32の貫通孔32aに嵌合できるように、外径をロータディスク32の貫通孔32aより若干小径に形成されている。   In general, when the spindle bolt 33 is manufactured, the threaded portion is machined after the neck portion 42 having a small outer diameter is machined, so that the cutting edge of the tool can be easily removed when the threaded portion is machined. Can be formed. In this embodiment, a stress concentration reducing portion 43 having a smaller diameter than the through hole 32a of the rotor disk 32 is provided adjacent to the neck portion. In this case, considering the workability, the outer diameter of the neck portion 42 and the outer diameter of the stress concentration reducing portion 43 are the same. A stress receiving portion 44 is provided adjacent to the stress concentration reducing portion 43 and fitted into the through hole 32 a of the rotor disk 32. In this case, the stress receiving portion 44 has an outer diameter slightly smaller than that of the through hole 32 a of the rotor disk 32 so that the stress receiving part 44 can be fitted into the through hole 32 a of the rotor disk 32.

そのため、図2に詳細に示すように、ロータディスク32の貫通孔32aの長さAに対して、ネック部42の長さBを設定すると共に、応力集中低減部43の長さBを設定し、応力受け部44の長さBを設定している。従って、ロータディスク32の貫通孔32aにて、軸方向の一方側、つまり、ナット34側にねじ部41及びネック部42が位置し、軸方向の他方側に応力受け部44が位置し、その中間部に応力集中低減部43が位置することとなる。この場合、応力集中低減部43は、ネック部42からロータディスク32の貫通孔32aにおける軸方向の中間位置Cを越えて応力受け部44側まで延ばして設けることが望ましい。 Therefore, as shown in detail in FIG. 2, with respect to the length A of the through hole 32a of the rotor disk 32, and sets the length B 1 of the neck portion 42, the stress concentration reduction unit 43 the length B 2 set, and sets the length B 3 of stress receiving portion 44. Therefore, in the through hole 32a of the rotor disk 32, the screw portion 41 and the neck portion 42 are located on one side in the axial direction, that is, the nut 34 side, and the stress receiving portion 44 is located on the other side in the axial direction. The stress concentration reduction part 43 will be located in the intermediate part. In this case, the stress concentration reducing portion 43 is preferably provided so as to extend from the neck portion 42 to the stress receiving portion 44 side beyond the intermediate position C in the axial direction in the through hole 32a of the rotor disk 32.

このように実施例1の圧縮機ロータ31にあっては、複数のロータディスク32が軸方向に配列すると共に、スピンドルボルト33がこの複数のロータディスク32を貫通し、ねじ部41にナット34を螺合することで締結されるように構成し、スピンドルボルト33に、ねじ部41に隣接してねじ部41より小径のねじ加工用のネック部42と、ネック部42に隣接してロータディスク32の貫通孔32aよりも小径の応力集中低減部43と、ロータディスク32の貫通孔32aに嵌合する応力受け部44とを設けている。   As described above, in the compressor rotor 31 of the first embodiment, the plurality of rotor disks 32 are arranged in the axial direction, the spindle bolt 33 penetrates the plurality of rotor disks 32, and the nut 34 is attached to the screw portion 41. The spindle bolt 33 is configured to be fastened by screwing, the spindle portion 33 is adjacent to the screw portion 41 and has a neck portion 42 for screw machining having a smaller diameter than the screw portion 41, and the rotor disc 32 is adjacent to the neck portion 42. A stress concentration reducing portion 43 having a diameter smaller than that of the through hole 32 a and a stress receiving portion 44 that fits into the through hole 32 a of the rotor disk 32 are provided.

従って、ガスタービンが作動し、圧縮機ロータ31が回転すると、ロータディスク32やスピンドルボルト33の重量などにより、このスピンドルボルト33の中央部が湾曲変形し、このスピンドルボルト33とロータディスク32における貫通孔32aとの接触部分に変動応力が作用する。ところが、本実施例では、スピンドルボルト33は、ねじ部41に対してネック部42及び応力集中低減部43が設けられているため、このねじ部41から所定距離だけ離れた応力受け部44で応力を受ける。そのため、スピンドルボルト33は、応力受け部44からねじ部41に伝達される応力の応答が緩慢となり、スピンドルボルト33に作用する応力を低減して信頼性の向上を図ることができる。   Therefore, when the gas turbine is operated and the compressor rotor 31 is rotated, the central portion of the spindle bolt 33 is curved and deformed due to the weight of the rotor disk 32 and the spindle bolt 33, and the spindle bolt 33 and the rotor disk 32 are penetrated. Fluctuating stress acts on the contact portion with the hole 32a. However, in this embodiment, the spindle bolt 33 is provided with the neck portion 42 and the stress concentration reducing portion 43 with respect to the screw portion 41, so that the stress is received by the stress receiving portion 44 that is separated from the screw portion 41 by a predetermined distance. Receive. Therefore, the spindle bolt 33 has a slow response to the stress transmitted from the stress receiving portion 44 to the threaded portion 41, and the stress acting on the spindle bolt 33 can be reduced to improve the reliability.

また、実施例1のガスタービン用ロータでは、ロータディスク32の貫通孔32aにて、軸方向の一方側にねじ部41及びネック部42を位置し、軸方向の他方側に応力受け部44を位置し、軸方向の中間部に応力集中低減部43を位置している。従って、貫通孔32aにおける軸方向の中間部に応力集中低減部43を設けることで、スピンドルボルト33のねじ部41の近傍での応力集中を軽減することができる。   In the gas turbine rotor according to the first embodiment, the threaded portion 41 and the neck portion 42 are located on one side in the axial direction and the stress receiving portion 44 is located on the other side in the axial direction in the through hole 32a of the rotor disk 32. The stress concentration reduction part 43 is located in the middle part of the axial direction. Therefore, by providing the stress concentration reducing portion 43 at the axial intermediate portion of the through hole 32a, the stress concentration in the vicinity of the screw portion 41 of the spindle bolt 33 can be reduced.

また、実施例1のガスタービン用ロータでは、ネック部42と応力集中低減部43を同径とし、ロータディスク32の貫通孔32aよりも小径としている。従って、ネック部42と応力集中低減部43を同径とすることで、スピンドルボルト33の加工を容易として加工性を向上することができる。   Further, in the gas turbine rotor according to the first embodiment, the neck portion 42 and the stress concentration reducing portion 43 have the same diameter and are smaller in diameter than the through hole 32 a of the rotor disk 32. Therefore, by making the neck portion 42 and the stress concentration reducing portion 43 have the same diameter, the machining of the spindle bolt 33 can be facilitated and the workability can be improved.

また、実施例1のガスタービン用ロータでは、応力集中低減部43をネック部42からロータディスク32の貫通孔32aにおける軸方向の中間位置を越えて延設している。従って、スピンドルボルト33は、応力集中低減部43によりねじ部41から離れた位置にある応力受け部44で応力を受けることとなり、応力集中を低減することができる。   In the gas turbine rotor according to the first embodiment, the stress concentration reducing portion 43 extends from the neck portion 42 beyond the intermediate position in the axial direction of the through hole 32a of the rotor disk 32. Therefore, the spindle bolt 33 receives stress at the stress receiving portion 44 located away from the screw portion 41 by the stress concentration reducing portion 43, and the stress concentration can be reduced.

図5は、本発明の実施例2に係るガスタービン用ロータとしての圧縮機ロータの要部を表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a main part of a compressor rotor as a gas turbine rotor according to a second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in the Example mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施例では、図5に示すように、スピンドルボルト50にて、端部にナット34が螺合するねじ部51と、このねじ部51に隣接してねじ部51より小径のねじ加工用のネック部52と、ネック部52に隣接してロータディスク32の貫通孔32aよりも小径の応力集中低減部53と、ロータディスク32の貫通孔32aに嵌合する応力受け部54とを設けている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 5, a threaded portion 51 in which a nut 34 is screwed onto an end portion by a spindle bolt 50, and a screw diameter smaller than that of the threaded portion 51 adjacent to the threaded portion 51. A neck portion 52, a stress concentration reducing portion 53 having a smaller diameter than the through hole 32 a of the rotor disk 32, and a stress receiving portion 54 that fits into the through hole 32 a of the rotor disk 32 are provided adjacent to the neck portion 52. .

この場合、ロータディスク32の貫通孔32aは、軸方向の一方側にねじ部51及びネック部52が位置し、軸方向の他方側に応力受け部54が位置し、軸方向の中間部に応力集中低減部53が位置している。また、ネック部52と応力集中低減部53を同径とし、ロータディスク32の貫通孔32aよりも小径としている。更に、応力集中低減部53を、ネック部52からロータディスク32の貫通孔32aにおける軸方向の中間位置を越え、この中間位置の近傍まで延設している。   In this case, in the through hole 32a of the rotor disk 32, the screw portion 51 and the neck portion 52 are located on one side in the axial direction, the stress receiving portion 54 is located on the other side in the axial direction, and stress is applied to the intermediate portion in the axial direction. A concentration reduction unit 53 is located. Further, the neck portion 52 and the stress concentration reducing portion 53 have the same diameter, and are smaller than the through hole 32 a of the rotor disk 32. Further, the stress concentration reducing portion 53 extends from the neck portion 52 to an intermediate position in the axial direction of the through hole 32a of the rotor disk 32 to the vicinity of the intermediate position.

このように実施例2の圧縮機ロータ31にあっては、複数のロータディスク32が軸方向に配列すると共に、スピンドルボルト50がこの複数のロータディスク32を貫通し、ねじ部51にナット34を螺合することで締結されるように構成し、スピンドルボルト50に、ねじ部51に隣接してねじ部51より小径のねじ加工用のネック部52と、ネック部52に隣接してロータディスク32の貫通孔32aよりも小径の応力集中低減部53と、ロータディスク32の貫通孔32aに嵌合する応力受け部54とを設けている。   As described above, in the compressor rotor 31 according to the second embodiment, the plurality of rotor disks 32 are arranged in the axial direction, and the spindle bolt 50 passes through the plurality of rotor disks 32, and the nuts 34 are attached to the screw portions 51. The spindle bolt 50 is configured to be fastened by screwing, the spindle portion 50 is adjacent to the screw portion 51 and has a neck portion 52 for screw machining having a smaller diameter than the screw portion 51, and the rotor disc 32 is adjacent to the neck portion 52. A stress concentration reducing portion 53 having a diameter smaller than that of the through hole 32a and a stress receiving portion 54 that fits into the through hole 32a of the rotor disk 32 are provided.

従って、圧縮機ロータが回転すると、スピンドルボルト50は、ねじ部51に対してネック部52及び応力集中低減部53を介して所定距離だけ離れた応力受け部54で応力を受ける。そのため、スピンドルボルト50は、応力受け部54からねじ部51に伝達される応力の応答が緩慢となり、スピンドルボルト50に作用する応力を低減して信頼性の向上を図ることができる。   Therefore, when the compressor rotor rotates, the spindle bolt 50 receives stress at the stress receiving portion 54 that is separated from the screw portion 51 by a predetermined distance via the neck portion 52 and the stress concentration reducing portion 53. Therefore, in the spindle bolt 50, the response of the stress transmitted from the stress receiving portion 54 to the threaded portion 51 becomes slow, and the stress acting on the spindle bolt 50 can be reduced to improve the reliability.

なお、上述した各実施例では、複数のロータディスク32における中心からずれた位置を複数のスピンドルボルト33が貫通し、端部にナット34を螺合して締結することで、圧縮機ロータ31を構成したが、この構成に限定されるものではない。即ち、複数のロータディスクにおける中心位置を一つのスピンドルボルトが貫通し、端部にナットを螺合して締結することで、圧縮機ロータを構成してもよい。   In each of the above-described embodiments, the plurality of spindle bolts 33 pass through positions shifted from the centers of the plurality of rotor disks 32, and the nuts 34 are screwed into the end portions to be fastened. Although configured, the present invention is not limited to this configuration. In other words, the compressor rotor may be configured by a single spindle bolt passing through the center position of a plurality of rotor disks and screwing and fastening a nut to the end.

また、上述した各実施例では、ガスタービン用ロータとして、圧縮機11の圧縮機ロータ31を適用して説明したが、タービン13のタービンロータに適用してもよい。   Moreover, in each Example mentioned above, although demonstrated using the compressor rotor 31 of the compressor 11 as a rotor for gas turbines, you may apply to the turbine rotor of the turbine 13. FIG.

本発明に係るガスタービン用ロータ及びガスタービンは、ロータディスクを締結する締結ボルトにねじ加工用のネック部に隣接してロータディスクの貫通孔よりも小径の応力集中低減部を設けることで、締結ボルトに作用する応力を低減して信頼性の向上を図るものであり、いずれの種類のガスタービンにも適用することができる。   The rotor for a gas turbine and the gas turbine according to the present invention are fastened by providing a stress concentration reducing portion having a smaller diameter than the through hole of the rotor disc adjacent to the neck portion for threading on the fastening bolt for fastening the rotor disc. It is intended to improve the reliability by reducing the stress acting on the bolt, and can be applied to any kind of gas turbine.

本発明の実施例1に係るガスタービン用ロータとしての圧縮機ロータの要部を表す断面図である。It is sectional drawing showing the principal part of the compressor rotor as a rotor for gas turbines based on Example 1 of this invention. スピンドルボルトの端部を表す拡大図である。It is an enlarged view showing the edge part of a spindle bolt. 実施例1のガスタービンを表す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a gas turbine according to a first embodiment. 実施例1のガスタービン用ロータを表す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a gas turbine rotor according to a first embodiment. 本発明の実施例2に係るガスタービン用ロータとしての圧縮機ロータの要部を表す断面図である。It is sectional drawing showing the principal part of the compressor rotor as a rotor for gas turbines based on Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
31 圧縮機ロータ(ガスタービン用ロータ)
32 ロータディスク
32a 貫通孔
33,50 スピンドルボルト(締結ボルト)
34 ナット
41,51 ねじ部
42,52 ネック部
43,53 応力集中低減部
44,54 応力受け部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Compressor 12 Combustor 13 Turbine 31 Compressor rotor (gas turbine rotor)
32 Rotor disk 32a Through hole 33, 50 Spindle bolt (fastening bolt)
34 Nut 41, 51 Thread part 42, 52 Neck part 43, 53 Stress concentration reducing part 44, 54 Stress receiving part

Claims (5)

外周部に動翼を有する複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に配列されると共に、締結ボルトが前記複数のロータディスクを貫通し、前記締結ボルトの端部に形成されたねじ部にナットが螺合することで締結されたガスタービン用ロータにおいて、
前記締結ボルトは、前記ねじ部に隣接して該ねじ部より小径のねじ加工用のネック部と、該ネック部に隣接して前記ロータディスクの貫通孔よりも小径の応力集中低減部と、前記ロータディスクの貫通孔に嵌合する応力受け部とを有する、
ことを特徴とするガスタービン用ロータ。
A plurality of rotor disks having rotor blades on the outer periphery are arranged in the axial direction of the rotor rotating shaft, and a fastening bolt penetrates the plurality of rotor disks, and a nut is attached to a screw portion formed at an end of the fastening bolt In the gas turbine rotor fastened by screwing,
The fastening bolt has a neck portion for threading smaller in diameter than the screw portion adjacent to the screw portion, a stress concentration reducing portion smaller in diameter than the through hole of the rotor disk adjacent to the neck portion, Having a stress receiving portion that fits into the through hole of the rotor disk,
The rotor for gas turbines characterized by the above-mentioned.
前記ロータディスクの貫通孔は、軸方向の一方側に前記ねじ部及び前記ネック部が位置し、軸方向の他方側に前記応力受け部が位置し、軸方向の中間部に前記応力集中低減部が位置することを特徴とする請求項1に記載のガスタービン用ロータ。   In the through hole of the rotor disk, the threaded portion and the neck portion are located on one side in the axial direction, the stress receiving portion is located on the other side in the axial direction, and the stress concentration reducing portion is located in the middle portion in the axial direction. The rotor for a gas turbine according to claim 1, wherein 前記ネック部と前記応力集中低減部は、同径であり、前記ロータディスクの貫通孔よりも小径であることを特徴とする請求項1または2に記載のガスタービン用ロータ。   3. The gas turbine rotor according to claim 1, wherein the neck portion and the stress concentration reducing portion have the same diameter and a smaller diameter than the through hole of the rotor disk. 前記応力集中低減部は、前記ネック部から前記ロータディスクの貫通孔における軸方向の中間位置を越えて延設されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のガスタービン用ロータ。   4. The gas turbine according to claim 1, wherein the stress concentration reduction portion extends from the neck portion beyond an intermediate position in an axial direction in a through hole of the rotor disk. 5. Rotor. 圧縮機で圧縮した圧縮空気に燃焼器で燃料を供給して燃焼し、発生した燃焼ガスをタービンに供給することで回転動力を得るガスタービンにおいて、
前記圧縮機のロータは、外周部に動翼を有する複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に配列されると共に、締結ボルトが前記複数のロータディスクを貫通し、前記締結ボルトの端部に形成されたねじ部にナットが螺合することで締結され、
前記締結ボルトは、前記ねじ部に隣接して該ねじ部より小径のねじ加工用のネック部と、該ネック部に隣接して前記ロータディスクの貫通孔よりも小径の応力集中低減部と、前記ロータディスクの貫通孔に嵌合する応力受け部とを有する、
ことを特徴とするガスタービン。
In a gas turbine that obtains rotational power by supplying fuel to a compressed air compressed by a compressor and burning it by a combustor and supplying the generated combustion gas to the turbine.
In the rotor of the compressor, a plurality of rotor disks having moving blades on the outer peripheral portion are arranged in the axial direction of the rotor rotating shaft, and fastening bolts pass through the plurality of rotor disks, and are connected to end portions of the fastening bolts. The nut is screwed together with the formed screw part,
The fastening bolt has a neck portion for threading smaller in diameter than the screw portion adjacent to the screw portion, a stress concentration reducing portion smaller in diameter than the through hole of the rotor disk adjacent to the neck portion, Having a stress receiving portion that fits into the through hole of the rotor disk,
A gas turbine characterized by that.
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KR102205617B1 (en) * 2020-07-07 2021-01-20 주식회사 삼진금속 screw connecting apparatus for turbine

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