JPH03246305A - Shaft construction for turbomachinery - Google Patents
Shaft construction for turbomachineryInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、ガスタービン、ターボチャージャ等ターボ
機械の軸構造に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a shaft structure of a turbomachine such as a gas turbine or a turbocharger.
（従来の技術）
従来のターボ機械の軸構造としては第４図に示すものが
知られている（ＳＡＥｐａｐｅｒ７１０５６６参照）。(Prior Art) As a conventional shaft structure of a turbomachine, the one shown in FIG. 4 is known (see SAE paper 710566).
これは１軸式のガスタービンであり、機体フレーム１０
１に、ホイール軸１０３が左右のボールベアリング１０
５，１０７によって軸支され、タービンホイール１０９
はホイール軸１０３と一体に形成され、このホイール軸
１０３にコンプレッサホイール１１１が嵌合、固定され
ている。ホイール軸１０３には、発電子ロータ１１３、
サンギヤ１１５などが嵌合され、これらはナツト１１７
て締付けられている。This is a single-shaft gas turbine, and the fuselage frame 10
1, the wheel shaft 103 has left and right ball bearings 10.
5,107, the turbine wheel 109
is formed integrally with a wheel shaft 103, and a compressor wheel 111 is fitted and fixed to this wheel shaft 103. The wheel shaft 103 includes a power generation rotor 113,
The sun gear 115 etc. are fitted, and these are connected to the nut 117.
It is tightened.
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、このような従来のターボ機械の軸構造で
は、タービンホイール１０９を駆動する燃焼ガスの熱が
、タービンホイール１０９の背面部１１９とホイール軸
１０３とを経てコンプレッサホイール１１１へ伝熱され
るため、コンプレッサホイール１１１の温度上昇が大き
くなり、１１０００００ｒｐ前後の高速回転を行うコン
プレッサホイール１１１は、長時間の運転においてその
ときの遠心力によりクリープが発生してコンプレッサホ
イール１１１の嵌合穴径が増大し、嵌合が緩むこととな
る。嵌合が緩むと、コンプレッサホイール１１１に芯ず
れが発生し、回転アンバランスを生じて振動が発生する
という問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional shaft structure of a turbomachine, the heat of the combustion gas that drives the turbine wheel 109 is transferred to the compressor via the back surface 119 of the turbine wheel 109 and the wheel shaft 103. As the heat is transferred to the wheel 111, the temperature of the compressor wheel 111 increases, and the compressor wheel 111, which rotates at a high speed of around 1,100,000 rpm, creeps due to the centrifugal force during long-term operation, causing the compressor wheel 111 to creep. The diameter of the fitting hole increases and the fitting becomes loose. If the fitting becomes loose, there is a problem in that the compressor wheel 111 is misaligned, resulting in rotational imbalance and vibration.
この発明はこのような従来の問題点に着目してなされた
もので、タービンホイールの熱がコンプレッサホイール
へ伝熱され難くなるようにしてコンプレッサホイールの
嵌合部の緩みゃ振動が解消されるターボ機械を提供する
ことを目的とする。This invention was made by focusing on such conventional problems, and it is a turbo that makes it difficult for the heat of the turbine wheel to be transferred to the compressor wheel, thereby eliminating vibrations caused by loosening of the fitting part of the compressor wheel. The purpose is to provide machinery.
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
前記課題を解決するためにこの発明は、ホイール軸にタ
ービンホイールが一体に形成され、コンプレッサホイー
ルはこのホイール軸に嵌合、固定されているターボ機械
の軸構造において、前記ホイール軸とコンプレッサホイ
ールとの間に空洞部を形成し、この空洞部は、その一方
側となるタービンホイール側を断熱材にて塞ぐと共に、
他方側をコンプレッサホイールに設けた連通孔によりコ
ンプレッサホイールへの空気入口部に連通させる構成と
した。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a system in which a turbine wheel is integrally formed on a wheel shaft, and a compressor wheel is fitted and fixed to the wheel shaft. In the shaft structure of a turbomachine, a cavity is formed between the wheel shaft and the compressor wheel, and one side of the cavity, which is the turbine wheel, is closed with a heat insulating material, and
The other side is configured to communicate with the air inlet to the compressor wheel through a communication hole provided in the compressor wheel.
（作用）
タービンホイールは燃焼ガスに接して高い温度となり、
タービンホイールと一体のホイール軸も高温となる。と
ころが、コンプレッサホイールは、これとホイール軸と
の間に形成されている空洞部によって直接的な受熱が減
少する。しかも、空洞部のタービンホイール側は断熱材
によって遮熱され、またコンプレッサホイールの遠心作
用によって連通孔から空洞部の空気が吸い出されるので
、空洞部の温度上昇は充分に抑えられ、タービンホイー
ルおよびホイール軸からコンプレッサホイールへの伝熱
量は一層減少する。(Function) The turbine wheel comes into contact with the combustion gas and reaches a high temperature.
The wheel shaft, which is integrated with the turbine wheel, also becomes hot. However, the direct heat reception of the compressor wheel is reduced due to the cavity formed between the compressor wheel and the wheel shaft. In addition, the turbine wheel side of the cavity is insulated from heat by a heat insulating material, and the air in the cavity is sucked out from the communication hole by the centrifugal action of the compressor wheel, so the temperature rise in the cavity is sufficiently suppressed, and the turbine wheel and The amount of heat transferred from the wheel shaft to the compressor wheel is further reduced.
（実施例） 次にこの発明の実施例を図に基づいて説明する。(Example) Next, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
第１図は第１の実施例を示す断面図である。ホイール軸
１の右端部にタービンホイール３か一体に形成され、ホ
イール軸１はボールベアリング５によって機体フレーム
７に軸支される。コンプレッサホイール１１は、ホイー
ル軸１に嵌合、固定されるが、嵌合部のタービンホイー
ル３に近い側におけるホイール軸１とコンプレッサホイ
ール１１との間には、コンプレッサホイール１１側に大
径孔１２を形成することで、薄肉円筒状の第１の空洞部
１３を形成している。第１の空洞部１３の左側端部付近
は、コンプレッサホイール１１に設けた複数の連通孔１
１ａによって空気入口部１゜に連通している。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment. A turbine wheel 3 is integrally formed at the right end of the wheel shaft 1, and the wheel shaft 1 is supported by a body frame 7 by a ball bearing 5. The compressor wheel 11 is fitted and fixed to the wheel shaft 1, but there is a large diameter hole 12 on the compressor wheel 11 side between the wheel shaft 1 and the compressor wheel 11 on the side near the turbine wheel 3 of the fitting part. By forming this, a thin cylindrical first cavity 13 is formed. Near the left end of the first cavity 13 are a plurality of communication holes 1 provided in the compressor wheel 11.
It communicates with the air inlet section 1° by 1a.
コンプレッサホイール１１の左側部分は、ホイール軸１
に小径部１ａを形成することでホイール軸１との間に第
２の空洞部１４を形成しである。The left side of the compressor wheel 11 is connected to the wheel axis 1
A second cavity 14 is formed between the wheel shaft 1 and the wheel shaft 1 by forming a small diameter portion 1a therein.
この第２の空洞部１４と前記第１の空洞部１３との間に
、ホイール軸１とコンプレッサホイール１１とが嵌合さ
れる嵌め合い部１５が形成される。A fitting part 15 into which the wheel shaft 1 and the compressor wheel 11 are fitted is formed between the second cavity part 14 and the first cavity part 13.
第１の空洞部１３の右端部には、ジルコニア等からなる
リング状の断熱材１７が設けられ、この断熱材１７を介
してコンプレッサホイール１１の右側部分はホイール軸
１に嵌合されている。さらに、タービンホイール３の背
面部１９には、ジルコニア等からなるリング状の断熱材
２１が嵌合され、この断熱材２１はコンプレッサホイー
ル１１の背面部２３に所定の面圧を□もって接している
。A ring-shaped heat insulator 17 made of zirconia or the like is provided at the right end of the first cavity 13, and the right side of the compressor wheel 11 is fitted onto the wheel shaft 1 via the heat insulator 17. Further, a ring-shaped heat insulating material 21 made of zirconia or the like is fitted to the back surface 19 of the turbine wheel 3, and this heat insulating material 21 is in contact with the back surface 23 of the compressor wheel 11 with a predetermined surface pressure. .
第１図の■−■線断面を第２図に示したが、断熱材１７
には、軸方向に沿って切欠き１７ａが形成され、２つの
断熱材１７と２１との間に形成される空間部２５を、こ
の切欠き１７ａによって第１の空洞部１３に連通させて
いる。Figure 2 shows a cross section taken along the line ■-■ in Figure 1.
A notch 17a is formed along the axial direction, and a space 25 formed between the two heat insulating materials 17 and 21 is communicated with the first cavity 13 by this notch 17a. .
タービンホイール３を囲んでいるタービンハウジング２
７によって燃焼ガス入口部２９が形成され、コンプレッ
サホイール１１を囲んているコンプレッサハウジング３
１によって空気出口部３３が形成されている。Turbine housing 2 surrounding turbine wheel 3
Compressor housing 3 in which a combustion gas inlet 29 is formed by 7 and surrounds compressor wheel 11
1 forms an air outlet section 33.
次にこの実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.
燃焼ガス入口部２９から燃焼ガスが第１図の矢印Ｇのよ
うに供給されると、タービンホイール３はホイール軸１
を中心に回転し、コンプレッサホイール１１も回転して
空気入口部１０から矢印Ａのように取込まれた空気は、
コンブレッサホイ−ル１１によって圧縮されて空気出口
部３３を経て流出する。このときタービンホイール３は
燃焼ガスに接して温度が上昇し、ホイール軸１にもター
ビンホイール３の熱か伝導される。ここで温度上昇した
ホイール軸１とタービンホイール３の背面部１９とから
、コンプレッサホイール１１に熱が伝導される二とにな
る。When combustion gas is supplied from the combustion gas inlet 29 as shown by arrow G in FIG.
The compressor wheel 11 also rotates, and the air taken in from the air inlet section 10 as shown by arrow A is
The air is compressed by the compressor wheel 11 and flows out through the air outlet 33. At this time, the temperature of the turbine wheel 3 increases as it comes into contact with the combustion gas, and the heat of the turbine wheel 3 is also conducted to the wheel shaft 1. Heat is then conducted to the compressor wheel 11 from the wheel shaft 1 and the back surface 19 of the turbine wheel 3, whose temperature has increased.
ホイール軸１からのコンプレッサホイール１１の受熱は
、受熱面の小さい嵌合部１５および断熱材１７を介して
のほかは、第１の空洞部１３内の空気を介しての対流現
象によって行われるので、前記従来の広い嵌合面による
伝熱に比べて僅かとなっている。特に、高温となるター
ビンロータ３側は断熱材１７によって断熱されるので、
伝熱量は少いものとなる。しかも、第１の空洞部１３内
の空気は、コンプレッサホイール１１の高速回転による
遠心作用により連通孔１１ａがら空気入口部１０へ吸い
出されるので、この第１の空洞部１３および切欠き１７
ａを介して連通している空間部２５の内部は真空に近い
状態となって第１の空洞部１３内での空気対流によるコ
ンプレッサホイール１１への受熱は極めて僅かなものと
なる。タービンホイール３の背面部１９からの受熱は、
コンプレッサホイール１１の背面部２３との間に介在す
る断熱材２１によって極めて僅かなものとなる。The heat received by the compressor wheel 11 from the wheel shaft 1 is achieved by convection through the air in the first cavity 13, in addition to the fitting portion 15 with a small heat receiving surface and the heat insulating material 17. , compared to the heat transfer due to the conventional wide fitting surface. In particular, since the turbine rotor 3 side, which is at a high temperature, is insulated by the heat insulating material 17,
The amount of heat transferred will be small. Moreover, the air in the first cavity 13 is sucked out through the communication hole 11a to the air inlet 10 by the centrifugal action caused by the high-speed rotation of the compressor wheel 11.
The interior of the space 25 communicating through the space 25 is in a nearly vacuum state, and the heat received by the compressor wheel 11 due to air convection within the first cavity 13 is extremely small. The heat received from the back surface 19 of the turbine wheel 3 is
The heat insulating material 21 interposed between the compressor wheel 11 and the back surface 23 makes it extremely small.
この結果、コンプレッサホイール１１の温度上昇が低く
抑えられ、高速回転時の遠心作用による大径孔１２の孔
径の拡大を引き起こすクリープ現象も防止される。大径
孔１２の孔径拡大が減少するので、コンプレッサホイー
ル１１の回転芯すれおよびこれに起因する回転アンバラ
ンスによる振動発生が防止される。As a result, the temperature rise of the compressor wheel 11 is suppressed to a low level, and the creep phenomenon that causes the diameter of the large diameter hole 12 to expand due to centrifugal action during high speed rotation is also prevented. Since the enlargement of the large diameter hole 12 is reduced, vibrations caused by misalignment of the rotation center of the compressor wheel 11 and the resulting rotational imbalance are prevented.
第３図はこの発明の他の実施例を示している。FIG. 3 shows another embodiment of the invention.
この実施例は、前記第１図の実施例におけるホイール軸
１に接していた断熱材１７を省略し、タービンホイール
３の背面部１９とコンプレッサホイール１１の背面部２
３との間に、前記第１図の断熱材２１に代る肉の厚いリ
ング状の断熱材４１を設けている。断熱材４１は、ター
ビンホイール３側の嵌め合い部４３、およびコンプレッ
サ１１側の嵌め合い部４５にて固定され、両ホイール３
゜１１の芯出しがなされている。他の構造については前
記第１図の実施例と同一であり、共に同一符号を付して
その説明は省略した。In this embodiment, the heat insulating material 17 that was in contact with the wheel shaft 1 in the embodiment shown in FIG.
3, a thick ring-shaped heat insulating material 41 is provided in place of the heat insulating material 21 shown in FIG. The heat insulating material 41 is fixed at a fitting portion 43 on the turbine wheel 3 side and a fitting portion 45 on the compressor 11 side, and is fixed at a fitting portion 43 on the turbine wheel 3 side and a fitting portion 45 on the compressor 11 side.
Centering is done at 11 degrees. The other structures are the same as those of the embodiment shown in FIG. 1, and the same reference numerals are given to them, and the explanation thereof will be omitted.
この実施例のものは、前記第１図の実施例と同様に、コ
ンプレッサホイール１１の温度上昇およびこれに起因す
る嵌合部の緩みが防止されてコンプレッサホイール１１
の回転アンバランスによる振動発生が防止される上、断
熱材を１つとしたことてタービンホイール３側に対する
コンプレッサホイール１１の接触部が少なくなって断熱
効果が上がり、また、構成部品数が第１図の実施例より
少なくて済みコストを低く抑えることができる。In this embodiment, as in the embodiment shown in FIG.
In addition to preventing the occurrence of vibrations due to unbalanced rotation of the compressor wheel 1, since there is only one heat insulating material, the contact area of the compressor wheel 11 with the turbine wheel 3 side is reduced, improving the heat insulating effect, and the number of component parts is reduced. The cost can be kept low compared to the embodiment described above.
［発明の効果］
以上によって明らかなようにこの発明の構成によれば、
コンプレッサホイールは、これとホイール軸との間に形
成されている空洞部によってタービンホイール側からの
伝熱が遮断される。しかも、この空洞部のタービンホイ
ール側は断熱材によっテ遮熱され、コンプレッサホイー
ルの遠心作用によって連通孔から空洞部内の空気が吸い
出されるので、空洞部の温度上昇は抑えられ、前記伝熱
の遮断作用と相俟ってコンプレッサホイールの温度上昇
は減少してコンプレッサホイールの嵌合部の緩みは防止
され、回転アンバランスも抑制されて振動発生も防止さ
れる。[Effects of the Invention] As is clear from the above, according to the configuration of this invention,
Heat transfer from the turbine wheel side to the compressor wheel is blocked by a cavity formed between the compressor wheel and the wheel shaft. Moreover, the turbine wheel side of this cavity is thermally insulated by a heat insulating material, and the air inside the cavity is sucked out from the communication hole by the centrifugal action of the compressor wheel, so the temperature rise in the cavity is suppressed and the heat transfer Coupled with the blocking action of , the temperature rise of the compressor wheel is reduced, the fitting portion of the compressor wheel is prevented from loosening, rotational imbalance is also suppressed, and vibration generation is also prevented.
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図の■−■断面図、第３図はこの発明の他の実施例を
示す断面図、第４図は従来例を示す断面図である。
１・・・ホイール軸
３・・・タービンホイール
１０・・・空気入口部
１１・・・コンプレッサホイール
１１ａ・・・連通孔
１３・・・第１の空洞部（空洞部）
１７．２１．４１・・・断熱材FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line ■--■ of FIG. It is a sectional view showing an example. 1... Wheel shaft 3... Turbine wheel 10... Air inlet section 11... Compressor wheel 11a... Communication hole 13... First cavity part (cavity part) 17.21.41.・Insulation material
Claims (1)
プレッサホイールはこのホイール軸に嵌合、固定されて
いるターボ機械の軸構造において、前記ホイール軸とコ
ンプレッサホイールとの間に空洞部を形成し、この空洞
部は、その一方側となるタービンホイール側を断熱材に
て塞ぐと共に、他方側をコンプレッサホイールに設けた
連通孔によりコンプレッサホイールへの空気入口部に連
通させたことを特徴とするターボ機械の軸構造。In the shaft structure of a turbomachine in which a turbine wheel is integrally formed on a wheel shaft, and a compressor wheel is fitted and fixed to this wheel shaft, a cavity is formed between the wheel shaft and the compressor wheel, and this cavity A shaft of a turbomachine, characterized in that one side of the turbine wheel is closed with a heat insulating material, and the other side is connected to an air inlet to the compressor wheel through a communication hole provided in the compressor wheel. structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4261790A JPH03246305A (en) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | Shaft construction for turbomachinery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4261790A JPH03246305A (en) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | Shaft construction for turbomachinery |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03246305A true JPH03246305A (en) | 1991-11-01 |
Family
ID=12640983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4261790A Pending JPH03246305A (en) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | Shaft construction for turbomachinery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03246305A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003048527A1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-12 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine power generator and its assembling method |
| JP2005036665A (en) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Osaka Vacuum Ltd | Molecular drag pump |
-
1990
- 1990-02-26 JP JP4261790A patent/JPH03246305A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003048527A1 (en) * | 2001-11-30 | 2003-06-12 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine power generator and its assembling method |
| JP2005036665A (en) * | 2003-07-16 | 2005-02-10 | Osaka Vacuum Ltd | Molecular drag pump |
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