JPH01253502A - ターボ機械用ロータ組立体 - Google Patents
ターボ機械用ロータ組立体Info
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- JPH01253502A JPH01253502A JP1042895A JP4289589A JPH01253502A JP H01253502 A JPH01253502 A JP H01253502A JP 1042895 A JP1042895 A JP 1042895A JP 4289589 A JP4289589 A JP 4289589A JP H01253502 A JPH01253502 A JP H01253502A
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- JP
- Japan
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- bearing surface
- rotor assembly
- groove
- blade
- rotor
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3092—Protective layers between blade root and rotor disc surfaces, e.g. anti-friction layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ターボ機械のロータ組立体に関し、より詳細
には、ブレード根元部とロータディスクとの間の応力集
中を減少させるロータ組立体に関する。
には、ブレード根元部とロータディスクとの間の応力集
中を減少させるロータ組立体に関する。
長年に亙り用いられているターボ機械の分野では、ター
ビンのロータブレードをタービンのロータディスクに取
付ける方式として多くのものが提案され使用されている
8通常、タービンプレートは、例えば鳩尾状又は[樅の
木1状のような特異な横断面形状の根元部を備え、この
根元部をタービンのロータディスクに形成された対応す
る形状の溝に挿入する。溝はロータディスクの円周方向
に延びる状態で形成するか、或いは複数の軸方向に延び
る溝をロータディスクの周囲に形成するのが良い。
ビンのロータブレードをタービンのロータディスクに取
付ける方式として多くのものが提案され使用されている
8通常、タービンプレートは、例えば鳩尾状又は[樅の
木1状のような特異な横断面形状の根元部を備え、この
根元部をタービンのロータディスクに形成された対応す
る形状の溝に挿入する。溝はロータディスクの円周方向
に延びる状態で形成するか、或いは複数の軸方向に延び
る溝をロータディスクの周囲に形成するのが良い。
ブレード根元部とロータディスクの溝は、ターボ機械の
作動中にタービンブレードがロータディスクに対して軸
方向に移動しないよう、互いに係合−する表面を有する
。ブレード根元部とロータディスクの7Mとの間の間隙
は、ブレードとディスクが互いに振動したり不必要な動
きをしないよう最少限度であることが理想的である。ま
た、案内支承面は、最大支承面積を得て応力集中を最少
限に抑えるため、互いに平行であることが絶対に必要で
ある。
作動中にタービンブレードがロータディスクに対して軸
方向に移動しないよう、互いに係合−する表面を有する
。ブレード根元部とロータディスクの7Mとの間の間隙
は、ブレードとディスクが互いに振動したり不必要な動
きをしないよう最少限度であることが理想的である。ま
た、案内支承面は、最大支承面積を得て応力集中を最少
限に抑えるため、互いに平行であることが絶対に必要で
ある。
しかしながら、実際問題としては、ブレード根元部とり
−タディスクの溝との嵌合を容易にするためにこれらの
間には適度の公差がなければならない。また、ブレード
根元部に形成された表面及びロータディスクにこれらと
対応して形成された表面は、表面欠陥があると共に、互
いに成る程度非平行関係になっており、この非平行関係
により、これら表面の接触領域に応力集中が生じる。
−タディスクの溝との嵌合を容易にするためにこれらの
間には適度の公差がなければならない。また、ブレード
根元部に形成された表面及びロータディスクにこれらと
対応して形成された表面は、表面欠陥があると共に、互
いに成る程度非平行関係になっており、この非平行関係
により、これら表面の接触領域に応力集中が生じる。
?7’いに保合する表面の間の間隙を無くするため、タ
ービンブレードの根元部とロータディスクとの間にP荷
重を加える装置が提案されている。これら予荷重装置は
好結果をもたらしたが、表面の非平行関係、表面欠陥そ
の他の要因によって表面の接触領域における応力集中が
増大する問題を解決していない。
ービンブレードの根元部とロータディスクとの間にP荷
重を加える装置が提案されている。これら予荷重装置は
好結果をもたらしたが、表面の非平行関係、表面欠陥そ
の他の要因によって表面の接触領域における応力集中が
増大する問題を解決していない。
高温ガスタービンの分野では、ブレード根元部とロータ
ディスクの溝との間に可撓性材料層を設けて脆いセラミ
ック製ブレード根元部に生じる応力を最少限に抑えるこ
とが提案されている。その実施に当たり、通常は金属フ
ェルト層を表面の間に配置し、可撓性材料で「樅の木1
状根元部全体を構成するか、又は機械加工により、ロー
タディスクの溝の両側に可撓性の領域を形成する。公知
技術は全て、製造コストと製造上の面倒さの双方が増す
ので上記問題の理想的な解決策とはならない。
ディスクの溝との間に可撓性材料層を設けて脆いセラミ
ック製ブレード根元部に生じる応力を最少限に抑えるこ
とが提案されている。その実施に当たり、通常は金属フ
ェルト層を表面の間に配置し、可撓性材料で「樅の木1
状根元部全体を構成するか、又は機械加工により、ロー
タディスクの溝の両側に可撓性の領域を形成する。公知
技術は全て、製造コストと製造上の面倒さの双方が増す
ので上記問題の理想的な解決策とはならない。
一方、電着法又は電鋳法により繊維強化構造部材を含む
超塑性金属物品を形成することが知られている。
超塑性金属物品を形成することが知られている。
本発明は、ターボ機械のロータ組立体における)応力集
中を減少させる装置に関する。本発明では、超塑性金属
の層がタービンブレードの根元部に形成された支承面に
付着される。ロータディスクへのタービンブレードの取
付は後、超塑性金属層をロータディスクの溝に形成され
た隣接の支承面に接触させるため、ブレードには予荷重
が加えられる。超塑性金属材料は少なくとも500%の
塑性変形が可能であり、それにより、ブレード根元部に
形成された支承面とロータディスクの溝に形成された対
応する支承面との間に生じる実質的に全ての間隔のばら
つきに適応する。支承面の間の接触面積を最大にして応
力集中を減少させる。応力は単位面積当たりの力として
定義されているので、接触面積を増大させると応力集中
が減少することになる。
中を減少させる装置に関する。本発明では、超塑性金属
の層がタービンブレードの根元部に形成された支承面に
付着される。ロータディスクへのタービンブレードの取
付は後、超塑性金属層をロータディスクの溝に形成され
た隣接の支承面に接触させるため、ブレードには予荷重
が加えられる。超塑性金属材料は少なくとも500%の
塑性変形が可能であり、それにより、ブレード根元部に
形成された支承面とロータディスクの溝に形成された対
応する支承面との間に生じる実質的に全ての間隔のばら
つきに適応する。支承面の間の接触面積を最大にして応
力集中を減少させる。応力は単位面積当たりの力として
定義されているので、接触面積を増大させると応力集中
が減少することになる。
超塑性金属層は、ニッケル・クロム過共晶合金であるの
が良く、これを、呼称厚さが約0.0025m〜0.0
75■(0,0001インチ〜O,OO3インチ)にな
るように電気めっき法又は他の適当な方法、例えば金属
蒸着法によってブレード根元部に付着させるのが良い。
が良く、これを、呼称厚さが約0.0025m〜0.0
75■(0,0001インチ〜O,OO3インチ)にな
るように電気めっき法又は他の適当な方法、例えば金属
蒸着法によってブレード根元部に付着させるのが良い。
第1図及び第2図にはロータディスク10が部分的に示
されているが、このロータディスクI Oは側部im
+6によって画定された複数の全体として軸方向に延
びる溝12を有する0本発明の加珪を、ロータディスク
10の長さ方向軸線とほぼ平行に延びる一般に知られた
「樅の木J状の溝しく適用できる。
されているが、このロータディスクI Oは側部im
+6によって画定された複数の全体として軸方向に延
びる溝12を有する0本発明の加珪を、ロータディスク
10の長さ方向軸線とほぼ平行に延びる一般に知られた
「樅の木J状の溝しく適用できる。
それぞれ根元部20を有するブレード18が、第2図に
示すように根元部20を満12に軸方向”に滑り込ませ
ることによりtV#12のそれぞれに嵌め込まれている
。根元部20は、満12の側部If 16と実質的に
同一形状に形成されている。
示すように根元部20を満12に軸方向”に滑り込ませ
ることによりtV#12のそれぞれに嵌め込まれている
。根元部20は、満12の側部If 16と実質的に
同一形状に形成されている。
極めて明らかなこととして、ブレードの根元部20と溝
12との嵌合を容易にするため、これら構成“要素の間
には公差がなければならない。
12との嵌合を容易にするため、これら構成“要素の間
には公差がなければならない。
根元部20の形成後、これらをロータディスク10と組
み合わせる前に、超塑性金属層が支承面20aのそれぞ
れに付着される0図面に示すように、支承面20aは、
全体的に半径方向外方へ向いた表面である。溝12の側
部14.16はそれぞれに対応して支承面14a、16
aを画定しているが、これら支承面は全体的に半径方向
内方へ向いていて対応した支承面20aと整列している
。
み合わせる前に、超塑性金属層が支承面20aのそれぞ
れに付着される0図面に示すように、支承面20aは、
全体的に半径方向外方へ向いた表面である。溝12の側
部14.16はそれぞれに対応して支承面14a、16
aを画定しているが、これら支承面は全体的に半径方向
内方へ向いていて対応した支承面20aと整列している
。
上記構成要素の製造上、実際に生しる問題として、表面
14a、16a、20aには、互いに成る程度の非平行
関係が生じ、また、対応し合う支承面を互いに十分に接
触させないようにする表面欠陥が生じる場合がある。
14a、16a、20aには、互いに成る程度の非平行
関係が生じ、また、対応し合う支承面を互いに十分に接
触させないようにする表面欠陥が生じる場合がある。
超塑性金属層は、電気めっき法、金属原着法又は他の適
当な方法により支承面20aに付着されたニッケル・ク
ロム過共晶合金であるのが良い。
当な方法により支承面20aに付着されたニッケル・ク
ロム過共晶合金であるのが良い。
超塑性金属層は、呼称厚さ0.0025〜0.0751
(0,0001〜0.003インチ)まで付着され、少
なくとも500%の塑性変形が可能であることが好まし
い。
(0,0001〜0.003インチ)まで付着され、少
なくとも500%の塑性変形が可能であることが好まし
い。
他の超塑性合金の例として以下のものを挙げることがで
きる。但し、これらの例に限定されるものではない。
きる。但し、これらの例に限定されるものではない。
(1) ニッケJl/ −/y a ムKl+ 20
N 80(2) ニッケル改質ナタン6アルミニウ
ム4バナジウム (3) 亜鉛−アルミニウム (4) ニッケル75%・硼素17%・シリコン8% (5) アルミニウムー銅共融混合物(6) Zh
S 60−耐熱合金 支承面20aへの超塑性金属層22の付着後、根元部2
0を第2図に示すように満12に嵌合させる。溝12の
底部はノツチ24を備えているが、このノツチ24は、
ブレード根元部2oの底部に形成された対応するノツチ
26と整列している。
N 80(2) ニッケル改質ナタン6アルミニウ
ム4バナジウム (3) 亜鉛−アルミニウム (4) ニッケル75%・硼素17%・シリコン8% (5) アルミニウムー銅共融混合物(6) Zh
S 60−耐熱合金 支承面20aへの超塑性金属層22の付着後、根元部2
0を第2図に示すように満12に嵌合させる。溝12の
底部はノツチ24を備えているが、このノツチ24は、
ブレード根元部2oの底部に形成された対応するノツチ
26と整列している。
ノツチ24.26は、ブレード根元部2oに手前!1(
を加える予荷重装置を受は入れる開口を画定する。p荷
重装置の詳細は示していない。というのは、予荷重装置
は当該技術分野では周知だからであり、任意のかかる予
荷重装置を本発明に従って用いることができる。
を加える予荷重装置を受は入れる開口を画定する。p荷
重装置の詳細は示していない。というのは、予荷重装置
は当該技術分野では周知だからであり、任意のかかる予
荷重装置を本発明に従って用いることができる。
予荷重をブレード根元部20に加えると、ブレード根元
部とロータディスクのそれぞれの支承面の間の間隙が無
くなるだけでなく、超塑性金属層22が圧縮変形されて
支承面14a、16aと支承面20aとの間の間隔のば
らつきに適応するようになり、かくしてこれら支承面間
の接触面積が増大する。それぞれの支承面の間の接触面
積を増大させることにより、ブレード根元部とロータデ
ィスクとの間の応力集中が減少する。
部とロータディスクのそれぞれの支承面の間の間隙が無
くなるだけでなく、超塑性金属層22が圧縮変形されて
支承面14a、16aと支承面20aとの間の間隔のば
らつきに適応するようになり、かくしてこれら支承面間
の接触面積が増大する。それぞれの支承面の間の接触面
積を増大させることにより、ブレード根元部とロータデ
ィスクとの間の応力集中が減少する。
超塑性金属層をブレード根元部の支承面にのみ付着させ
るものとして説明したが、かかる層を溝I2の支承面1
4a、16aにも付着させても良いことは言うまでもな
い。さらに、かがる超塑性金属層を、ブレード根元部2
0の両側部又は溝12の両側部を被覆するよう付着させ
ても良い。
るものとして説明したが、かかる層を溝I2の支承面1
4a、16aにも付着させても良いことは言うまでもな
い。さらに、かがる超塑性金属層を、ブレード根元部2
0の両側部又は溝12の両側部を被覆するよう付着させ
ても良い。
また、超塑性層が変形しやすいよう嵌合状態の構成・要
素に熱を加えることが必要な場合もある。
素に熱を加えることが必要な場合もある。
熱を任意公知の熱源によって加えることが可能であるが
、加える熱の竜は、超塑性材料のJ4川、ブレード根元
部及びロータディスクの大きさ、及びこれら構成要素の
構成材[1の種類に応じて差がある。
、加える熱の竜は、超塑性材料のJ4川、ブレード根元
部及びロータディスクの大きさ、及びこれら構成要素の
構成材[1の種類に応じて差がある。
上記の説明は例示的な目的でなされているに過ぎず、本
発明を限定するものとして解されるべきではない。本発
明の範囲は特許請求の範囲に記載された事項によっての
み定められる。
発明を限定するものとして解されるべきではない。本発
明の範囲は特許請求の範囲に記載された事項によっての
み定められる。
第1図は、ターボ機械のロータ組立体の部分斜視図であ
る。 第2図は、タービンブレードへのロータディスクの取付
は態様を示す部分分解斜視図である。 第3図は、本発明によるブレード根元部を示すタービン
ブレードの部分側面図である。 第4図は、ブレードの根元部とロータディスクの溝との
間に位置した本発明による超塑性層を示す部分横断面図
である。 〔主要な参照番号の説明〕 10・・・ロータディスク、12・・・溝、14a、1
6a、16a、20a−支承面、l 8 ・・・ブレー
ド、20・−・根元部、22・・−超塑性金属層。 特許出願人:ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション 代 理 人:加藤 紘一部(外1名)
る。 第2図は、タービンブレードへのロータディスクの取付
は態様を示す部分分解斜視図である。 第3図は、本発明によるブレード根元部を示すタービン
ブレードの部分側面図である。 第4図は、ブレードの根元部とロータディスクの溝との
間に位置した本発明による超塑性層を示す部分横断面図
である。 〔主要な参照番号の説明〕 10・・・ロータディスク、12・・・溝、14a、1
6a、16a、20a−支承面、l 8 ・・・ブレー
ド、20・−・根元部、22・・−超塑性金属層。 特許出願人:ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーション 代 理 人:加藤 紘一部(外1名)
Claims (7)
- (1)応力集中を減少させたターボ機械用ロータ組立体
であって、中心軸線の周りに回転可能なロータディスク
が少なくとも一つの溝を有し、該溝は第1の支承面を形
成する一方の側部の少なくとも一部を備え、少なくとも
一つのタービンブレードが少なくとも一つの前記溝内に
摺動自在に嵌合する根元部を有し、該根元部は第1の支
承面に隣接して配置された状態でこれとほぼ平行に延び
る少なくとも一つの第2の支承面を備え、超塑性金属の
層が少なくとも一つの第1の支承面及び少なくとも一つ
の第2の支承面に接触して第1の支承面と第2の支承面
との間の接触面積を最大にしており、それによりブレー
ドの根元部及びロータディスクの応力集中を減少させる
ことを特徴とするターボ機械用ロータ組立体。 - (2)超塑性金属は、ブレードの根元部の少なくとも一
つの第2の支承面に付着していることを特徴とする請求
項第(1)項記載のターボ機械用ロータ組立体。 - (3)超塑性金属は、少なくとも一つの第2の支承面に
電気めっきされていることを特徴とする請求項第(2)
項記載のターボ機械用ロータ組立体。 - (4)超塑性金属は、少なくとも500%の塑性変形が
可能であることを特徴とする請求項第(1)項記載のタ
ーボ機械用ロータ組立体。 - (5)超型性金属は、ニッケル・クロム過共晶合金であ
ることを特徴とする請求項第(1)項記載のターボ機械
用ロータ組立体。 - (6)超塑性金属の呼称厚さは、約0.0025mm〜
約0.075mmであることを特徴とする請求項第(1
)項記載のターボ機械用ロータ組立体。 - (7)予荷重装置が、根元部とロータディスクとの間に
形成された空所内に配置され、超塑性金属層を圧縮して
変形させることができる予荷重を加え、ブレード根元部
とロータディスクとの間の接触面積を増大させているこ
とを特徴とする請求項第(1)項記載のターボ機械用ロ
ータ組立体。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US158,814 | 1988-02-22 | ||
US07/158,814 US4820126A (en) | 1988-02-22 | 1988-02-22 | Turbomachine rotor assembly having reduced stress concentrations |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01253502A true JPH01253502A (ja) | 1989-10-09 |
Family
ID=22569824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1042895A Pending JPH01253502A (ja) | 1988-02-22 | 1989-02-22 | ターボ機械用ロータ組立体 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4820126A (ja) |
JP (1) | JPH01253502A (ja) |
CA (1) | CA1304003C (ja) |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2238581B (en) * | 1989-11-30 | 1994-01-12 | Rolls Royce Plc | Improved attachment of a gas turbine engine blade to a turbine rotor disc |
US5100292A (en) * | 1990-03-19 | 1992-03-31 | General Electric Company | Gas turbine engine blade |
US6102664A (en) * | 1995-12-14 | 2000-08-15 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Blading system and method for controlling structural vibrations |
US6132175A (en) * | 1997-05-29 | 2000-10-17 | Alliedsignal, Inc. | Compliant sleeve for ceramic turbine blades |
FR2770255B1 (fr) * | 1997-10-27 | 1999-12-03 | Gec Alsthom Electromec | Rotor pour turbine a vapeur |
US6463992B1 (en) * | 2000-03-22 | 2002-10-15 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Method of manufacturing seamless self-supporting aerodynamically contoured sheet metal aircraft engine parts using nickel vapor deposition |
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