JPH084501A - タービンディスクの結合構造 - Google Patents
タービンディスクの結合構造Info
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- JPH084501A JPH084501A JP13472894A JP13472894A JPH084501A JP H084501 A JPH084501 A JP H084501A JP 13472894 A JP13472894 A JP 13472894A JP 13472894 A JP13472894 A JP 13472894A JP H084501 A JPH084501 A JP H084501A
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Abstract
る材料を用いることができ、熱膨張係数の違いによる熱
膨張差を吸収することができ、圧縮機を駆動するための
トルクを伝達でき、芯ズレが生じにくく、曲げ剛性が高
い、タービンディスクの結合構造を提供する。 【構成】 外周部11aに複数のタービン翼4を有する
タービンディスク12と、タービンディスクの一端に結
合され軸方向に延びるコンプレッサシャフト14と、コ
ンプレッサシャフトに螺合されタービンディスクをコン
プレッサシャフトに締結するタイボルト16とから構成
される。タービンディスクとコンプレッサシャフトの結
合部13は、その一方に設けられた複数の台形凹溝13
aと、他方に設けられこの凹溝に嵌合する複数の台形凸
部13bとからなる。台形凹溝と台形凸部はそれぞれ、
台形の傾斜面を構成し半径方向に延びた2面13c、1
3dで互いに接触している。
Description
合構造に係わり、更に詳しくは、タービンディスクに熱
膨張係数の大きく異なる材料(例えばセラミック複合
材)を用いることができるタービンディスクの結合構造
に関する。
するように、圧縮機1、燃焼器2、タービン3、等で構
成され、タービン3は、外周部に多数のタービン翼4を
有するタービンディスク5とこれを圧縮機1と連結する
ロータ6等とから構成され、その両端部が軸受7で支持
されている。また、金属製のタービンディスク5及びロ
ータ6は、その結合部にそれぞれフランジ部5a、6a
を有し、ボルト8で結合される。この構造により圧縮機
1の回転で圧縮された空気が燃焼器2に流入し、燃焼器
2で高温の燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスによりター
ビン3を駆動し、その駆動力によりロータ6を介して圧
縮機1を駆動するようになっている。
ンの熱効率向上のため、タービン入口温度を高めること
が要望されている。しかし、タービン入口温度が例えば
1400℃以上の高温になると、タービン翼4のみなら
ず、タービンディスク5も700℃以上の高温にな
り、従来の金属では高温強度が不足して使用できない問
題点があった。このため、タービンディスク5を耐熱性
の高いセラミックやセラミック複合材(FibreReinforced
Ceramic:FRC)に変更すると、金属製のロータ6との
熱膨張差が大きく(熱膨張係数は、金属で約15×10
-6/℃、セラミックで約3×10-6/℃)、図4の構造
では、ボルト8に半径方向の大きな剪断力が働き、ボル
トが破断する問題点があった。更に、相互に自由に熱膨
張できるようにすると、圧縮機1を駆動する大きなト
ルクの伝達が困難であり、また芯出しが困難で芯ズレ
が生じやすく、更に曲げ剛性が低下し、軸受7で両端
部を支持した場合に結合部で曲がりやすい、等の問題点
があった。特に、ジェットエンジンのロータ6は、例え
ば10万rpm以上の高速で回転するため、芯ズレや結
合部の剛性低下がわずかでも生じると、大きな振動を発
生する問題点があった。
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
タービンディスクに熱膨張係数の大きく異なる材料(例
えばセラミック複合材)を用いることができ、熱膨張
係数の違いによる熱膨張差を吸収することができ、圧
縮機を駆動するためのトルクを伝達でき、芯ズレが生
じにくく、曲げ剛性が高い、タービンディスクの結合
構造を提供することにある。
に複数のタービン翼を有するタービンディスクと、ター
ビンディスクの一端に結合され軸方向に延びるコンプレ
ッサシャフトと、コンプレッサシャフトに螺合されター
ビンディスクをコンプレッサシャフトに締結するタイボ
ルトと、から構成され、タービンディスクとコンプレッ
サシャフトの結合部は、その一方に設けられた複数の台
形凹溝と、他方に設けられ前記凹溝に嵌合する複数の台
形凸部とからなり、台形凹溝と台形凸部はそれぞれ、台
形の傾斜面を構成すし半径方向に延びた2面で互いに接
触する、ことを特徴とするタービンディスクの結合構造
が提供される。
ービンディスクは、セラミック又はセラミック複合材か
らなる。また、前記半径方向に延びた2面のなす円周方
向の角度は、相対的な熱膨張によるコンプレッサシャフ
トの2面の移動が、タービンディスクの2面に沿うよう
に定められている。更に、前記結合部の台形の傾斜角度
は、15〜45°である、ことが好ましい。
心の貫通孔と該貫通孔の内方に突出した肩部を有し、前
記コンプレッサシャフトは、タービンディスク側の端部
に軸心と同心の雌ねじ部を有し、前記タイボルトは、中
空円筒形であり、その一端に設けられかつコンプレッサ
シャフトの雌ねじ部と螺合する雄ねじ部と、他端に設け
られタービンディスクの肩部より半径方向外方に突出し
た頭部とを有し、前記雌ねじ部と雄ねじ部の螺合により
タイボルトを引張状態に保持し、これによりタービンデ
ィスクをコンプレッサシャフト側に押し付けて保持す
る。前記タイボルトは、ニオブ合金、ニッケル合金又は
モリブデン合金からなる、ことが好ましい。
部と前記結合部とを有するディスク本体と、前記肩部を
有するシャフト部とからなり、ディスク本体とシャフト
部はそれぞれ、その境界部に軸心に垂直な平面を有し、
該平面が互いに密着している。また、前記コンプレッサ
シャフトは、タービンディスクの一端に結合された結合
部と、圧縮機まで軸方向に延びた駆動部とからなり、結
合部と駆動部は軸方向に延びたスプラインにより互いに
連結されていることが好ましい。
とコンプレッサシャフトの結合部が、その一方に設けら
れた複数の台形凹溝と、他方に設けられ前記凹溝に嵌合
する複数の台形凸部とからなり、台形凹溝と台形凸部は
それぞれ、台形の傾斜面を構成する半径方向に延びた2
面で互いに接触するので、この2面に沿ってコンプレッ
サシャフトとタービンディスクが半径方向に互いに自由
に熱膨張することができる。また、コンプレッサシャフ
トに螺合されたタイボルトの伸びにより、タービンディ
スクはコンプレッサシャフト側に押し付けて保持される
ので、台形の傾斜面を構成する2面を互いに接触させた
まま、コンプレッサシャフトとタービンディスクが軸方
向に熱膨張することができる。
の大きく異なる材料(例えばセラミック複合材)を用い
ることができ、熱膨張係数の違いによる熱膨張差を吸
収することができる。また、タービンディスクとコンプ
レッサシャフトの結合部は、台形凹溝とこれに嵌合する
台形凸部とからなるので、圧縮機を駆動するための大
きいトルクを伝達することができる。また、台形の傾斜
面を構成する2面が半径方向に延びているので、面に沿
った移動により自動的に調心され、芯ズレが生じにく
い。更に、タービンディスクとコンプレッサシャフトの
結合部が、台形凹溝とこれに嵌合する台形凸部とからな
り、かつタイボルトにより締め付けられているので、結
合部で曲げモーメントを受けることができ、曲げ剛性
を高めることができる。
して説明する。なお、各図において、共通する部分には
同一の符号を付して使用する。図1は、本発明によるタ
ービンディスクの結合構造図であり、図2は図1の主要
部分の拡大図である。図1及び図2において、本発明の
結合構造は、外周部11aに複数のタービン翼4を有す
るタービンディスク12と、タービンディスク12の一
端に結合部13で結合され軸方向に延びるコンプレッサ
シャフト14と、コンプレッサシャフト14に螺合され
タービンディスク12をコンプレッサシャフト14に締
結するタイボルト16と、から構成される。
料、例えばセラミック又はセラミック複合材からなる。
セラミック複合材の熱膨張係数は、例えば約3×10-6
/℃程度である。
軸心Zと同心の貫通孔11bと、貫通孔11bの内方に
突出した肩部11cとを有する。また、コンプレッサシ
ャフト14は、タービンディスク側の端部に軸心Zと同
心の雌ねじ部15を有する。更に、タイボルト16は、
中空円筒形であり、その一端に設けられかつコンプレッ
サシャフト14の雌ねじ部15と螺合する雄ねじ部16
aと、他端に設けられタービンディスク12の肩部11
cより半径方向外方に突出した頭部16bとを有する。
更に、この図で、タイボルト16の他端内側には、タイ
ボルト16を軸心Zを中心に回転させるためのスプライ
ン16cが設けられている。このスプライン16cによ
り、タイボルト16を軸心Zを中心に回転させて、タイ
ボルト16の雄ねじ部16aをコンプレッサシャフト1
4の雌ねじ部15と螺合させて、タイボルト16を引張
状態に保持し、これによりタービンディスク12をコン
プレッサシャフト側に押し付けて保持することができ
る。
ニッケル(Ni)合金又はモリブデン(Mo)合金から
なることが好ましい。すなわち、ニオブ(Nb)合金は
約7×10-6/℃程度、モリブデン(Mo)合金は約5
×10-6/℃程度の熱膨張係数を有し、通常の金属(熱
膨張係数αが約14〜15×10-6/℃)に比較しセラ
ミック又はセラミック複合材(約3×10-6/℃程度)
に近いため、熱膨張によるタイボルト16の引張応力
(及び伸び)の変化を最小限に抑えることができる。
前記外周部11aと前記結合部13とを有するディスク
本体12aと、前記肩部11cを有するシャフト部12
bとからなる。ディスク本体12aとシャフト部12b
はそれぞれ、その境界部に軸心Zに垂直な平面を有し、
この2つの平面は互いに密着している。かかる構成によ
り、シャフト部12bをディスク本体12aと一体に保
持することができる。
ト14は、タービンディスク12の一端に結合された結
合部14aと、圧縮機まで軸方向に延びた駆動部14b
とからなり、結合部14aと駆動部14bは軸方向に延
びたスプライン14cにより互いに連結されている。こ
の構成により、結合部14aに伝達されたトルクをスプ
ライン14cを介して駆動部14bに伝達することがで
きる。
あり、(A)は図2のA−A線における断面図、(B)
はその熱膨張時の態様、(C)は(A)を上部から見た
平面図である。図3に示すように、タービンディスクと
コンプレッサシャフトの結合部13は、その一方に設け
られた複数の台形凹溝13aと、他方に設けられ凹溝1
3aに嵌合する複数の台形凸部13bとからなる。台形
凹溝13aと台形凸部13bは、この図では4つである
が、2つ又は3つ、或いは5つ以上でもよい。
れ、台形の傾斜面を構成する2面13c、13dを有
し、この2面13c、13dは、半径方向に延び、かつ
互いに接触している。また、半径方向に延びた2面13
c、13dのなす円周方向の角度θは、図3(B)に例
示するように、相対的な熱膨張によるコンプレッサシャ
フト14の2面13c、13dの移動が、タービンディ
スク12の2面13c、13dに沿うように定められて
いる。更に、図3(C)に示す結合部13の台形の傾斜
角度は、15〜45°である、ことが好ましい。なお、
2面13c、13dは螺旋面であり、この螺旋面の内方
延長が軸心Zを通ることが望ましい。かかる構成によ
り、相対的な熱膨張によるコンプレッサシャフト14の
2面13c、13dの移動を、タービンディスク12の
2面13c、13dに精度良く沿うように定めることが
できる。また、2面13c、13dを平面とし、部分的
にこの条件を満たすようにしてもよい。
に沿ってコンプレッサシャフト14とタービンディスク
12が、半径方向に互いに自由に熱膨張することができ
る。また、コンプレッサシャフト14に螺合されたタイ
ボルト16の伸びにより、タービンディスク12はコン
プレッサシャフト側に押し付けて保持されているので、
台形の傾斜面を構成する2面13c、13dを互いに接
触させたまま、コンプレッサシャフト14とタービンデ
ィスク12が軸方向に熱膨張することができる。
係数の大きく異なる材料(例えばセラミック複合材)を
用いることができ、熱膨張係数の違いによる熱膨張差
を吸収することができる。また、タービンディスク12
とコンプレッサシャフト14の結合部13は、台形凹溝
13aとこれに嵌合する台形凸部13bとからなるの
で、圧縮機を駆動するための大きいトルクを伝達する
ことができる。また、台形の傾斜面を構成する2面13
c、13dが半径方向に延びているので、面に沿った移
動により自動的に調心され、芯ズレが生じにくい。更
に、タービンディスク12とコンプレッサシャフト14
の結合部13が、台形凹溝13aとこれに嵌合する台形
凸部13bとからなり、かつタイボルト16により締め
付けられているので、結合部13で曲げモーメントを受
けることができ、曲げ剛性を高めることができる。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変更できることは勿論である。
スクの結合構造は、タービンディスクに熱膨張係数の大
きく異なる材料を用いることができ、熱膨張係数の違い
による熱膨張差を吸収することができ、圧縮機を駆動す
るためのトルクを伝達でき、芯ズレが生じにくく、曲げ
剛性が高い、等の優れた効果を有する。
ある。
Claims (8)
- 【請求項1】 外周部に複数のタービン翼を有するター
ビンディスクと、タービンディスクの一端に結合され軸
方向に延びるコンプレッサシャフトと、コンプレッサシ
ャフトに螺合されタービンディスクをコンプレッサシャ
フトに締結するタイボルトと、から構成され、 タービンディスクとコンプレッサシャフトの結合部は、
その一方に設けられた複数の台形凹溝と、他方に設けら
れ前記凹溝に嵌合する複数の台形凸部とからなり、台形
凹溝と台形凸部はそれぞれ、台形の傾斜面を構成し半径
方向に延びた2面で互いに接触する、ことを特徴とする
タービンディスクの結合構造。 - 【請求項2】 前記タービンディスクは、セラミック又
はセラミック複合材からなる、ことを特徴とする請求項
1に記載のタービンディスクの結合構造。 - 【請求項3】 前記半径方向に延びた2面のなす円周方
向の角度は、相対的な熱膨張によるコンプレッサシャフ
トの2面の移動が、タービンディスクの2面に沿うよう
に定められている、ことを特徴とする、請求項1に記載
のタービンディスクの結合構造。 - 【請求項4】 前記結合部の台形の傾斜角度は、15〜
45°である、ことを特徴とする請求項1に記載のター
ビンディスクの結合構造。 - 【請求項5】 前記タービンディスクは、軸心と同心の
貫通孔と該貫通孔の内方に突出した肩部を有し、前記コ
ンプレッサシャフトは、タービンディスク側の端部に軸
心と同心の雌ねじ部を有し、前記タイボルトは、中空円
筒形であり、その一端に設けられかつコンプレッサシャ
フトの雌ねじ部と螺合する雄ねじ部と、他端に設けられ
タービンディスクの肩部より半径方向外方に突出した頭
部とを有し、前記雌ねじ部と雄ねじ部の螺合によりタイ
ボルトを引張状態に保持し、これによりタービンディス
クをコンプレッサシャフト側に押し付けて保持する、こ
とを特徴とする請求項1に記載のタービンディスクの結
合構造。 - 【請求項6】 前記タイボルトは、ニオブ合金、ニッケ
ル合金又はモリブデン合金からなる、ことを特徴とする
請求項5に記載のタービンディスクの結合構造。 - 【請求項7】 前記タービンディスクは、前記外周部と
前記結合部とを有するディスク本体と、前記肩部を有す
るシャフト部とからなり、ディスク本体とシャフト部は
それぞれ、その境界部に軸心に垂直な平面を有し、該平
面が互いに密着している、ことを特徴とする請求項6に
記載のタービンディスクの結合構造。 - 【請求項8】 前記コンプレッサシャフトは、タービン
ディスクの一端に結合された結合部と、圧縮機まで軸方
向に延びた駆動部とからなり、結合部と駆動部は軸方向
に延びたスプラインにより互いに連結されている、こと
を特徴とする請求項1に記載のタービンディスクの結合
構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13472894A JP3399637B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | タービンディスクの結合構造 |
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Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002304604A Division JP2003120201A (ja) | 2002-10-18 | 2002-10-18 | タービンディスクの結合構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH084501A true JPH084501A (ja) | 1996-01-09 |
JP3399637B2 JP3399637B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=15135215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13472894A Expired - Fee Related JP3399637B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | タービンディスクの結合構造 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3399637B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6874324B2 (en) | 2002-05-22 | 2005-04-05 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine and gas turbine power generator |
JP2014504344A (ja) * | 2010-10-13 | 2014-02-20 | アメリカ合衆国 | 断熱的なタービン結合 |
CN112223167A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-15 | 中国航发南方工业有限公司 | 涡轮转子的涡轮盘组件的分解方法及分解装置 |
-
1994
- 1994-06-17 JP JP13472894A patent/JP3399637B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8840359B2 (en) | 2010-10-13 | 2014-09-23 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Thermally insulating turbine coupling |
CN112223167A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-15 | 中国航发南方工业有限公司 | 涡轮转子的涡轮盘组件的分解方法及分解装置 |
CN112223167B (zh) * | 2020-08-31 | 2022-06-07 | 中国航发南方工业有限公司 | 涡轮转子的涡轮盘组件的分解方法及分解装置 |
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