JP6203252B2 - ねじ山の疲れ寿命を改良するための、ねじ山付きシャンク、接続アセンブリ、ガスタービンエンジンおよび組み立てる方法 - Google Patents
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Description
ガスタービンエンジンの1つの公知の構成では、複数のディスクであって、そのうちの幾つかが、ディスクに挿入された半径方向に延びたブレードを有する複数のディスクが、ロータを形成するように提供されている。圧縮機ブレード用のディスクのセットと、タービンブレード用のディスクのセットとが設けられている。ディスクのそれぞれのセットは、1つまたは2つのテンションスタッドにそれぞれ適用されたタービンナットおよび圧縮機ナットによって保持されており、ナットおよびスタッドは通常、タービンの作動中に全ての回転する部材が固定されていることを保証するために配列に張力を加えるための予荷重を加えるためにも使用される。
本発明は、これらの欠点を減じようとするものである。
全ての図面は、ガスタービンエンジンのロータの複数の部分を回転軸線Aに沿った縦断面図で概略的に示している。ロータは、回転軸線Aを中心に回転可能に配置される。ステータ部分は図示されていない。ロータ部分を連結する要素もまた図示されていない。全ての図面は、左から右へガスタービンの主流路を通る流体流れを有する特定の領域の入口が左側に、出口が右側に配置されるような向きでロータ部分を示している。
Claims (15)
- ターボ機械ロータのねじ山付きの別の構成部材(2)と係合するためのターボ機械ロータのねじ山付きシャンク(1)であって、
該ねじ山付きシャンク(1)は前記別の構成部材(2)と係合するように適合されており、該別の構成部材(2)は、第1のねじ山(3)の軸方向延在範囲に沿って、均一な第1のねじ山ピッチ(31)と均一な第1のねじ山角度(32)とを備える円筒状の第1のねじ山(3)を有しており、
前記ねじ山付きシャンク(1)は、第2のねじ山(4)の軸方向延在範囲に沿って、均一な第2のねじ山ピッチ(41)と均一な第2のねじ山角度(42)とを備える第2のねじ山(4)を有しており、かつ第3のねじ山(5)の軸方向延在範囲に沿って、均一な第3のねじ山ピッチ(51)と均一な第3のねじ山角度(52)とを備える第3のねじ山(5)を有しており、
前記第1のねじ山角度(32)と、前記第2のねじ山角度(42)と、前記第3のねじ山角度(52)とは、同じであり、
前記第1のねじ山ピッチ(31)と、前記第2のねじ山ピッチ(41)と、前記第3のねじ山ピッチ(51)とは、同じであり、
前記第2のねじ山(4)と、前記第3のねじ山(5)とは、前記第1のねじ山(3)と係合可能である、ターボ機械ロータのねじ山付きシャンク(1)において、
前記第2のねじ山(4)と、前記第3のねじ山(5)とは、ねじ山のない領域(6)によって軸方向で離間させられており、前記ねじ山付きシャンク(1)と前記別の構成部材(2)とが係合した時に、前記ねじ山のない領域(6)では、前記別の構成部材(2)のねじ山との係合が生じず、
前記第2のねじ山(4)の第2のねじ山螺旋と、前記第3のねじ山(5)の第3のねじ山螺旋とは、予荷重を加えられた、前記ターボ機械ロータの非回転状態において前記ねじ山付きの別の構成部材(2)と係合させられた時に、互いに軸方向オフセット(200)を有していることを特徴とする、ターボ機械ロータのねじ山付きシャンク(1)。 - 前記軸方向オフセット(200)は、振動防止のための予荷重ロッキングねじ山の構成のオフセットよりも小さい、請求項1記載のねじ山付きシャンク(1)。
- 前記軸方向オフセット(200)は、前記ねじ山付きシャンク(1)および/または前記別の構成部材(2)に外部の軸方向の力が加えられることなく前記ねじ山付きシャンク(1)と前記別の構成部材(2)とが係合させられた時に前記第2のねじ山(4)および前記第3のねじ山(5)が前記第1のねじ山(3)に対して軸方向バックラッシを提供するように、構成されており、前記外部の軸方向の力は、前記ターボ機械ロータの回転による力である、請求項1または2記載のねじ山付きシャンク(1)。
- 前記ねじ山付きシャンク(1)が前記別の構成部材(2)と係合させられた場合、
前記軸方向オフセット(200)は、前記構成部材(2)の前記第1のねじ山(3)の複数の第1のねじ山側面(33)と、前記第2のねじ山(4)の複数の第2のねじ山側面(43)との間に加えられる第1の力(F1,F2)が、前記第1のねじ山側面(33)と前記第2のねじ山側面(43)との荷重支持接触(100)、および前記第1のねじ山側面(33)と前記第3のねじ山(5)の複数の第3のねじ山側面(53)との荷重支持なしおよび/または無接触接続(101)を生じるように、構成されている、請求項1から3までのいずれか1項記載のねじ山付きシャンク(1)。 - 前記ねじ山付きシャンク(1)が前記別の構成部材(2)と係合させられた場合、
前記軸方向オフセット(200)は、前記別の構成部材(2)の前記第1のねじ山(3)の前記第1のねじ山側面(33)と、前記第2のねじ山(4)の前記第2のねじ山側面(43)との間に、前記ターボ機械ロータの回転により加えられる、前記第1の力(F1,F2)よりも大きな第2の力(F1’,F2’)が、前記第1のねじ山側面(33)と前記第2のねじ山側面(43)との荷重支持接触(100)および前記第1のねじ山側面(33)と前記第3のねじ山側面(53)との荷重支持接触(102)を生ぜしめるように、構成されている、請求項4記載のねじ山付きシャンク(1)。 - 前記ねじ山付きシャンク(1)が前記別の構成部材(2)と係合させられた場合、前記ねじ山付きシャンク(1)および/または前記別の構成部材(2)に軸方向の力が加えられるとその軸方向長さが延伸可能であるように、前記ねじ山のない領域(6)は、前記ねじ山付きシャンク(1)の前記第2のねじ山(4)の内径(D42)および前記ねじ山付きシャンク(1)の前記第3のねじ山(5)の内径(D52)よりも小さな直径(D6)を有している、請求項1から5までのいずれか1項記載のねじ山付きシャンク(1)。
- 前記ねじ山付きシャンク(1)が前記別の構成部材(2)と係合させられた場合、前記ねじ山付きシャンク(1)および/または前記別の構成部材(2)に前記第2の力(F1’,F2’)が加えられると、その軸方向長さが前記軸方向オフセット(200)だけ延伸可能であるように、前記ねじ山のない領域(6)は弾性である、請求項5記載のねじ山付きシャンク(1)。
- 前記ねじ山のない領域(6)は、軸方向に延在している、請求項1から7までのいずれか1項記載のねじ山付きシャンク(1)。
- ねじ山付きシャンク(1)を、ねじ山付きの別の構成部材(2)に係合させるためのターボ機械ロータの接続アセンブリ(10)において、
前記ねじ山付きシャンク(1)および前記別の構成部材(2)は、請求項1から8までのいずれか1項記載のように構成されていることを特徴とする、ターボ機械ロータの接続アセンブリ(10)。 - 外部荷重が加えられることなく前記ねじ山付きシャンク(1)と前記別の構成部材(2)とが連結された時に、前記第1のねじ山(3)と前記第2のねじ山(4)とは軸方向間隙を有しており、前記軸方向オフセット(200)は、前記軸方向間隙の2分の1または3分の1であるように構成されている、請求項9記載の接続アセンブリ(10)。
- ロータ軸線を中心に回転可能にボディに取り付けられたロータを有するガスタービンエンジンにおいて、軸方向が前記ロータ軸線に沿って規定されており、
前記ロータは、スタッドと、第1の予荷重ナットまたは第1のロータシャフトと、第2の予荷重ナットまたは第2のロータシャフトとを有しており、
前記スタッドは、前記ロータ軸線に沿って延びており、前記スタッドはさらに、
第1の外端部および第2の外端部であって、前記第1の外端部は前記第1の予荷重ナットまたは前記第1のロータシャフトと係合するように適合されており、前記第2の外端部は前記第2の予荷重ナットまたは前記第2のロータシャフトと係合するように適合されている、第1の外端部および第2の外端部と、
前記第1の外端部および前記第2の外端部に結合されたシャフトと、を有しており、
前記スタッドは、請求項1から8までのいずれか1項記載のねじ山付きシャンク(1)として構成されており、
前記第1の外端部および前記第2の外端部のうちの少なくとも一方は、第2のねじ山(4)と、第3のねじ山(5)と、ねじ山のない領域(6)とを有しており、前記第2のねじ山(4)と、前記第3のねじ山(5)と、前記ねじ山のない領域(6)とは、請求項1から8までのいずれか1項記載のように構成されており、
前記第1の予荷重ナット、前記第2の予荷重ナット、前記第1のロータシャフトおよび前記第2のロータシャフトのうちの少なくとも1つは、請求項1から8までのいずれか1項記載のような別の構成部材(2)として構成されていることを特徴とする、ガスタービンエンジン。 - 前記第1のねじ山側面(33)と前記第2のねじ山側面(43)とが荷重支持接触(100)するように前記第1のねじ山(3)から前記第2のねじ山(4)へ第1の軸方向に予荷重力が加えられるように、前記第1の予荷重ナット、前記第2の予荷重ナット、前記第1のロータシャフトおよび前記第2のロータシャフトのうちの少なくとも1つが前記スタッドに係合させられる、請求項11記載のガスタービンエンジン。
- 前記第1のねじ山側面(33)と前記第3のねじ山側面(53)とが荷重支持なしおよび/または無接触で接続(101)されるように前記第1のねじ山(3)から前記第3のねじ山(5)へ第1の軸方向に予荷重力が加えられるように、前記第1の予荷重ナット、前記第2の予荷重ナット、前記第1のロータシャフトおよび前記第2のロータシャフトのうちの少なくとも1つが前記スタッドと係合させられる、請求項12記載のガスタービンエンジン。
- ガスタービンエンジンの作動中、前記第1のねじ山側面(33)と前記第3のねじ山側面(53)とが荷重支持接触(102)するように前記ねじ山のない領域(6)が軸方向に膨張するように、前記第1の軸方向とは反対の第2の軸方向で前記シャフトから前記第1の外端部および/または前記第2の外端部へ作動荷重が加えられる、請求項12または13記載のガスタービンエンジン。
- ガスタービンエンジンのターボ機械のロータを組み立てる方法であって、該ロータは、ねじ山付きシャンク(1)を備える第1の構成部材と、ねじ山付きの別の構成部材(2)とを有し、該別の構成部材(2)は、円筒状の第1のねじ山(3)を有し、前記ねじ山付きシャンク(1)は、ねじ山のない領域(6)によって軸方向に離間させられた第2のねじ山(4)と第3のねじ山(5)とを有し、
該方法は、前記第2のねじ山(4)および前記第3のねじ山(5)を前記第1のねじ山(3)と係合させるステップを含み、前記第2のねじ山(4)の第2のねじ山螺旋と、前記第3のねじ山(5)の第3のねじ山螺旋とは、前記ねじ山付きの別の構成部材(2)と係合させられた時に、予荷重をかけられた、前記ターボ機械ロータの非回転状態において、互いに対して軸方向オフセット(200)を有しており、これにより、
(i)前記ロータが回転していない場合、前記別の構成部材(2)の前記第1のねじ山(3)の第1のねじ山側面(33)は、前記ねじ山付きシャンク(1)の第2のねじ山側面(43)と荷重支持接触(100)し、かつ
前記別の構成部材(2)の前記第1のねじ山(3)の前記第1のねじ山側面(33)は、前記ねじ山付きシャンク(1)の前記第3のねじ山(5)の前記第3のねじ山側面(53)と荷重支持なしでおよび/または無接触で接続(101)され、
(ii)前記ロータが回転している場合、前記別の構成部材(2)の前記第1のねじ山(3)の前記第1のねじ山側面(33)は、前記ねじ山付きシャンク(1)の前記第2のねじ山側面(43)と荷重支持接触(100)し、かつ
前記別の構成部材(2)の前記第1のねじ山(3)の前記第1のねじ山側面(33)は、前記ねじ山付きシャンク(1)の前記第3のねじ山(5)の前記第3のねじ山側面(53)と荷重支持接触(100)し、
前記ねじ山付きシャンク(1)と前記別の構成部材(2)とが係合した時に、前記ねじ山のない領域(6)では、前記別の構成部材(2)のねじ山との係合が生じない、
ことを特徴とする、ガスタービンエンジンのターボ機械のロータを組み立てる方法。
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