JP5220314B2 - ガスタービン用ディスクロータのディスク - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン用のディスクロータのディスクに関し、特に、ガスタービンの軸流圧縮機用のディスクロータのディスクに関する。

現在のガスタービン内で使用されるディスクロータの回転動力学的な安定性には、曲げおよび捩り慣性特性上の厳しい制限を有する構造が必要とされる。

エンジニアリングにおける困難な点の１つは、高い疲労応力サイクルに耐えることができる強い構造のための高い動力学的特性、特に曲げおよび捩り慣性の要求を満たすことである。

この理由は、ロータが、一連のタイロッドによって軸方向に拘束される一連のディスクからなり、タイロッドが、ロータの構造に応力がかかることを避けるために、最大応力領域から離れた一連の穴に挿入されることである。

これらの領域は、各ディスクの構造を強く振動させる一連の羽根をそれぞれ収容するための一連のスロットがその中にある、外側の形状付けされた部分によって示される。
特願昭57-193701号公報 特願昭58-140406号公報 米国特許6094905号明細書 米国特許出願公開第2002/0124570A1号明細書 米国特許5054996号明細書

本発明の一目的は、ディスクロータの、高い曲げおよび捩り慣性などの動力学的特性をもたらし、それと同時にディスクロータ自体の十分な耐用期間が可能になるように強度および安定性を可能にする、ガスタービン用ディスクロータのディスクを提供することである。

さらなる目的は、高い安全性レベルおよびそれと同時にディスクロータ自体の十分な耐用期間をもたらす、ガスタービン用ディスクロータのディスクを提供することである。

別の目的は、応力集中レベルが低減される、ガスタービン用ディスクロータのディスクを提供することである。

さらに別の目的は、強度および信頼性を有する、ガスタービン用ディスクロータのディスクを提供することである。

本発明によるこれらの目的は、請求項１に記載するような、ガスタービン用ディスクロータのディスクを提供することによって達成される。

本発明のさらなる特徴は、後続の請求項によって特定される。

本発明による、ガスタービン用ディスクロータのディスクの特徴および利点は、添付の概略的な図面を参照する以下の例示的かつ非限定的な説明からより明らかになるであろう。

図を参照すると、ガスタービン用、特に軸流圧縮機用のディスクロータのディスク２０が示してあり、前記ディスクロータは、一連のタイロッドによって軸方向に拘束された一連のディスク２０と、一連のディスク２０の各ディスクのための、一連の羽根を備える。

前記ディスク２０は、中央部分２２、中間部分２４、および外側部分２８を有する。

外側部分２８は、ほぼ円錐台形であり、基面３１および形状付けされた外側の側部表面２９を備える。

ディスク２０の外側部分２８は、一連のタイロッドがそれぞれディスク２０の単一の組を形成するための、好ましくは円形である一連の軸方向貫通穴２７を備える。

一連の穴２７は、外側部分２８の基面３１上に位置する。

さらに、一連の穴２７の穴は、基面３１上にありディスクの軸と同軸である周線６１に沿って、互いに等間隔に配置される。

一連の穴２７が外側部分２８内にあるので、高い動力学的特性を有するディスクが得られる。

前記ディスクは、それぞれの一連の羽根を収容するための、外側部分２８の外側の側部表面２９に沿って等間隔に配置される一連のスロット５０を有する。

中央部分２２は、軸方向貫通中央穴２３と、中央部分２２の第１の端部にある第１の基部カラー２４と、中央部分２２の第２の端部にある第２の基部カラー４０とを有する。

第１の基部カラー３０および第２の基部カラー４０は、それぞれ、一連のディスク２０を高い精度で軸方向に中心合わせするための雄連結部および雌連結部を備える。

前記雄および雌連結部により、少なくとも２つのディスク２０を干渉によって拘束することが可能になると同時に、それらを正確に中心合わせすることが可能になる。

第１の基部カラー３０は、ほぼ円筒形であり、基面３２、直径がより大きい外側側面３４、および穴２３と同じ直径をする内側側面を有する。

中間部分２４は、接合部によって第３の外側部分２８に結合された、第１の基面２５および第２の基面２６を備える。

基面３２は、好ましくは、斜面３８によって外側側面３４に結合され、外側側面３４もまた、レリーフ３６によって中間部分２４の第１の基面２５に結合される。

第２のカラー４０は、ほぼ円筒形の輪であり、中央部分２２の第２の端部に対応する、中央穴２３に対して拡大された円筒形区間を有し、別のディスク２０の雄連結部に対する雌連結部として働く。

第２のカラー４０は、第１の内側基面４２、内側側面４４、外側基面４５、および外側側面４７を備える。

第１の内部基面４２は、好ましくは、レリーフ４６によって内側側面４４に結合され、内側側面４４もまた、斜面によって第２の外側基面４５に結合される。

第１の内側基面４２は、内側基面４４、レリーフ４６、および斜面４８と共に、第２のカラー４０の拡大された円筒区間を画成する。

１つのディスクを別のディスクに挿入することによって、第１のカラー３０の基面３２もまた第２のカラー４０の第１の内部基面４２に連結されるように、内側側面４４を、別のディスク２０の部分３０のそれぞれの外側側面３４に干渉によって連結させることができる。

このようにして、一連のディスク２０のすべてのディスクを連結させることができ、一連のディスク２０の中心合せが高精度で達成され、極めて高度な中心合せが維持され、これによって結果的に、このタイプの雄／雌連結部が存在しない場合と比べて、また斜面３４および４４ならびにレリーフ３６および４６の存在により、より良好な慣性特性が生み出される。

外側側面４７は、接合部によって中間部分２４の第２の基面２６に結合され、第２の基面４５にも結合される。外側部分２８は大きい応力を受けるので、一連の穴２７は、タービンの動作時に羽根によってもたらされる機械的および熱的な応力を増大させないように配置することが重要である。

ディスク２０は、好ましくは、一連の羽根のための一連のスロット５０のスロットの総数と等しい、一連の穴２７の穴の総数を有する。

数多くの試験および分析が実施され、それにより、穴に対する羽根の相対的な位置が極めて重要であることが明らかになった。

穴は、軸方向貫通穴であり、すなわちディスク２０の軸と平行であるが、スロットは、ディスク自体の軸に対して、軸方向および垂直方向の２方向に傾いている。

点８０は、各スロットに関して規定されており、これは、一連の羽根のうち関連する羽根をディスク２０上で中心合せするための基準である。

点８０は、図８に示す、ディスク２０の側部の中央を通る断面のスロットの軸と側部表面２９の延長の交点によって得られる。

図１を見ると、穴２７の中心と隣接するスロットの点８０の位置との間の角度関係を示す、角度８３を観察することができる。

角度８３は、６０進法で２〜１０°、好ましくは４〜８°の範囲である。

図７を参照すると、穴に対してスロットをそのように配置することによって、十分な耐性を有する区間が得られ、それによって、周期的な応力に対する良好な耐性、およびその結果獲られる構成要素の十分な耐用期間が可能になることに気付くことができる。

同時に、好ましくは周線６１の直径をディスク２０の直径に近づけて、一連の穴２７の穴をディスク２０の外側部分内に配置した状態で、ロータ２０の高い曲げおよび捩り慣性特性が得られる。

したがって、本発明によるガスタービン用ディスクロータのディスクによって、上記で特定した目的が達成されることが分かる。

こうして考え出された本発明のガスタービン用ディスクロータのディスクに、数多くの修正および変更を加えることができ、それらをすべて発明の概念内に含むことができる。

さらに、実際には、使用する材料と同様それらの寸法および構成要素も、技術的な要求に従って変えることができる。

本発明によるディスクロータの一連のディスクのうちの１つのディスクの、好ましい実施形態を右上がりにした図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 図２の詳細図である。 図２の詳細図である。 図１のディスクの上面図である。 図１の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図である。 図５の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図である。

Claims (8)

1. ガスタービン用のディスクロータのディスクであって、中央部分（２２）と、中間部分（２４）と、外側部分（２８）と、一連のタイロッドのための一連の軸方向貫通穴 （２７）と、対応する一連の羽根を収容するための一連のスロット（５０）とを備え、
   前記中央部分（２２）は、軸方向貫通中央穴（２３）と、該中央部分（２２）の第１の端部に位置する第１のカラー（３０）と、前記中央部分（２２）の第２の端部に位置する第２のカラー（４０）とを備え、
   前記一連の軸方向貫通穴 （２７）は、前記ロータの高い動力学的特性と共にその十分な耐用期間が得られるように、前記ディスクの前記外側部分（２８）内に配置され、
   前記ディスク（２０）が、前記一連の羽根のための前記一連のスロット（５０）のスロット（５０）の総数と等しい、前記一連の軸方向貫通穴の穴（２７）の総数を有する
   ことを特徴とする、ガスタービン用ディスクロータのディスク。
2. 前記一連の軸方向貫通穴（２７）が、前記外側部分（２８）の基面（３１）上に配置されることを特徴とする、請求項１記載のガスタービン用ディスクロータのディスク。
3. 前記一連の軸方向貫通穴（２７）の前記穴が、前記基面（３１）上の周線（６１）に沿って互いに等間隔に配置され、前記周線（６１）が、前記ディスクの軸と同軸であることを特徴とする、請求項２記載のガスタービン用ディスクロータのディスク。
4. 前記第１のカラー（３０）が、斜面（３８）およびレリーフ（３６）を備え、前記第２のカラー（４０）が、斜面（４８）およびレリーフ（４６）を備えることを特徴とする、請求項１記載のガスタービン用ディスクロータのディスク。
5. 各スロットに関して規定された点（８０）が、
   前記ディスク（２０）の側部の中央を通る断面におけるスロット（８２）の軸と側部表面（２９）の延長との交点によって得られ、規定された角度（８３）が、穴（２７）の中心と隣接するスロットの点（８０）の位置との間の角度関係を示し、前記ディスクは、前記角度（８３）が２〜１０°の範囲であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載のガスタービン用ディスクロータのディスク。
6. 前記角度（８３）が、４〜８°の範囲であることを特徴とする、請求項５記載のガスタービン用ディスクロータのディスク。
7. 前記周線（６１）の直径が前記ディスク（２０）の直径に近いことを特徴とする、請求項３に記載のガスタービン用ディスクロータのディスク。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載のディスク（２０）の一連を備えると共に、一連のタイロッドおよび一連の羽根を備える、圧縮機のためのディスクロータ。
   

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