JPH10103001A - Rotor of rotary machine - Google Patents
Rotor of rotary machineInfo
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- JPH10103001A JPH10103001A JP25264396A JP25264396A JPH10103001A JP H10103001 A JPH10103001 A JP H10103001A JP 25264396 A JP25264396 A JP 25264396A JP 25264396 A JP25264396 A JP 25264396A JP H10103001 A JPH10103001 A JP H10103001A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はタービン、コンプレ
ッサ、ポンプなどの回転機械に用いられるロータに係
り、特に回転孔を有するロータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotor used for a rotating machine such as a turbine, a compressor and a pump, and more particularly to a rotor having a rotating hole.
【０００２】[0002]
【従来の技術】タービン、コンプレッサ、ポンプなどの
回転機械には、たとえばタービンディスクなどのような
円板状のロータが用いられることが多い。これらの回転
機械において、数万回転／分におよぶ高速回転である場
合、遠心力のため円板内には円周方向の引張応力が発生
している。2. Description of the Related Art Rotating machines such as turbines, compressors and pumps often use a disk-shaped rotor such as a turbine disk. In these rotary machines, when the rotation speed is as high as tens of thousands of rotations / minute, a circumferential tensile stress is generated in the disk due to centrifugal force.
【０００３】かかるロータには部品を固定するためのボ
ルト孔、高温部を冷却させるため冷却空気を流通させる
冷却空気流通孔、遠心力を利用して流体を圧縮するため
内径から外径に向って明けられた流通孔などの回転孔が
明けられている場合が多い。かかる回転孔は加工のしや
すさなどのため通常丸孔となっている。[0003] Such a rotor has bolt holes for fixing parts, cooling air flow holes for flowing cooling air for cooling a high-temperature portion, and an inner diameter to an outer diameter for compressing fluid using centrifugal force. In many cases, a rotating hole such as a drilled flow hole is drilled. Such a rotating hole is usually a round hole for ease of processing.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一般に引張応力が作用
している板に丸孔を明けると引張応力の作用方向と直角
方向の内径部分に応力集中が発生する。図５（Ａ）はか
かる応力集中の状態を示す説明図である。応力の作用方
向と直角方向の丸孔ａの内径部分ｅ，ｆに応力集中が起
こる。応力集中による最大応力σmax はσmax ＝３σ0
となる（Timoshenko:Strength of Materials、3rd ed.
、Part II 56節 p301）。なおσ0 は板の両端におけ
る均一応力である。Generally, when a round hole is formed in a plate on which a tensile stress is acting, stress concentration occurs at an inner diameter portion in a direction perpendicular to the direction in which the tensile stress acts. FIG. 5A is an explanatory diagram showing a state of such stress concentration. Stress concentration occurs in the inner diameter portions e and f of the round hole a in a direction perpendicular to the direction in which the stress acts. The maximum stress σ max due to stress concentration is σ max = 3σ 0
(Timoshenko: Strength of Materials, 3rd ed.
, Part II section 56, p301). Σ 0 is a uniform stress at both ends of the plate.
【０００５】円板状のロータに回転孔を明けると上記と
同様の理由で回転穴の内径に応力集中が起こり、その部
分から疲労亀裂を生じ、極端な場合は破壊にいたること
もある。また回転孔が冷却空気流通孔や遠心力を利用し
たコンプレッサの流通孔である場合には、丸孔であると
当部分の平均応力を低減するため、その面積を小さくし
なければならず、大きな冷却能力やポンプ能力を得るた
めには多数の回転孔を明ける必要がある。[0005] When a rotating hole is formed in a disk-shaped rotor, stress concentration occurs on the inner diameter of the rotating hole for the same reason as described above, and a fatigue crack is generated from that portion. In an extreme case, the rotor may be broken. When the rotating hole is a cooling air circulation hole or a circulation hole of a compressor utilizing centrifugal force, if the hole is a round hole, the area of the hole must be reduced in order to reduce the average stress of the portion. In order to obtain a cooling capacity and a pumping capacity, it is necessary to open a large number of rotating holes.
【０００６】本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案
出されたもので、回転孔を長円形状にすることにより、
応力集中を低減させ、かつ、回転孔の面積を大きくで
き、回転機械の高速化、長寿命化および能力向上を図る
ことができる回転機械のロータを提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art.
It is an object of the present invention to provide a rotor of a rotating machine capable of reducing stress concentration, increasing the area of the rotating hole, and increasing the speed, extending the life and improving the performance of the rotating machine.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の回転機械のロータはタービンやコンプレッサな
どの回転機械に用いられ、回転孔を有する円板状のディ
スクを備えたロータにおいて、上記回転孔はディスクの
接線に平行な長径を有する長円形状をしている。なおこ
こで長円には楕円を含み、長径の両端に小さな半径の円
弧を対峙させ、短径の両端に大きい半径の円弧を対峙さ
せ、それらが互いに交叉または接するような形状であっ
てもよい。In order to achieve the above object, a rotor of a rotary machine according to the present invention is used for a rotary machine such as a turbine or a compressor, and is provided with a disk-shaped disk having a rotary hole. The rotating hole has an elliptical shape having a major axis parallel to the tangent of the disk. In this case, the ellipse may include an ellipse, a small radius arc may be opposed to both ends of the major axis, and a large radius arc may be opposed to both ends of the minor axis. .
【０００８】上記回転穴の長円の長径と短径との比（長
短比）は応力集中の度合いに有意差が現れるように２以
上であることが好ましい。It is preferable that the ratio of the major axis to the minor axis (long / short ratio) of the ellipse of the rotating hole is 2 or more so that a significant difference appears in the degree of stress concentration.
【０００９】長円はドリルなどにより明けられないので
放電加工により明ける。その場合加工面に細い凸凹が残
るので流体研磨により滑らかにする。Since an ellipse cannot be formed by a drill or the like, it is formed by electric discharge machining. In that case, fine irregularities remain on the processed surface, so that the surface is smoothed by fluid polishing.
【００１０】次に本発明の作用を説明する。一般に一様
な引張応力が作用している板に長円の孔を明けると応力
集中が発生する。材料力学の文献によれば（上記Timosh
enko:Strength of Materials、）、図５（Ｂ）に示すよ
うな応力集中により生ずる最大応力σmax はσmax ＝σ
0 （１＋２ｂ／ｃ）となる。なおσ0 は板の両端におけ
る均一応力であり、ｂ／ｃは長短比の逆数である。Next, the operation of the present invention will be described. Generally, when an oval hole is formed in a plate on which a uniform tensile stress is acting, stress concentration occurs. According to the literature on material mechanics (Timosh
enko: Strength of Materials,), the maximum stress σ max generated by stress concentration as shown in FIG. 5 (B) is σ max = σ
0 (1 + 2b / c). Σ 0 is the uniform stress at both ends of the plate, and b / c is the reciprocal of the length ratio.
【００１１】長短比が４である場合について上記式にあ
てはめるとσmax ＝１．５σ0 となり、これは先に述べ
た丸孔の場合の半分になることがわかる。When the above equation is applied to a case where the length ratio is 4, σ max = 1.5σ 0 , which is half that of the case of the round hole described above.
【００１２】このように回転孔を長円にすることが応力
集中の度合いを軽減できるので、回転機械の疲労寿命が
向上する。また、即時破壊の危険が減少するので信頼性
が向上する。さらに、回転孔の面積を大きくできるので
流体を効率よく流すことができ冷却能力の向上、ポンプ
能力の向上などが図れる。As described above, since the degree of stress concentration can be reduced by making the rotating hole into an oblong shape, the fatigue life of the rotating machine is improved. Also, reliability is improved because the risk of immediate destruction is reduced. Further, since the area of the rotary hole can be increased, the fluid can flow efficiently, and the cooling capacity and the pump capacity can be improved.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態を
示す部分断面図である。図において１は空気圧縮機であ
り、高速回転の遠心力を利用して空気を圧縮しようとす
るものである。２はロータであり、軸部２ａと円板状の
ディスク部２ｂとからなる。ロータ２には軸方向の空気
通路５と空気通路５に連通する複数の放射方向の回転孔
６とが設けられている。回転孔６はＡ−Ａ矢視図として
図４（Ａ）に示すようにディスク部２ｂの接線７に平行
な長径６ａを有する長円形状をしている。なお、長円に
は図４（Ａ）に示すような楕円を含み、図６に示すよう
に長径Ｄ1 の両端に同径で小さな半径の円弧Ｒ1 を対峙
させ、短径Ｄ2 の両端に同径で大きな半径の円弧Ｒ2 を
対峙させ、これらが互に交叉または接するような形状で
あってもよい。FIG. 1 is a partial sectional view showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an air compressor which attempts to compress air by using a high-speed centrifugal force. Reference numeral 2 denotes a rotor, which includes a shaft portion 2a and a disk-shaped disk portion 2b. The rotor 2 is provided with an axial air passage 5 and a plurality of radial rotation holes 6 communicating with the air passage 5. The rotary hole 6 has an oval shape having a major axis 6a parallel to the tangent 7 of the disk portion 2b as shown in FIG. Note that the oval includes an elliptical as shown in FIG. 4 (A), to confront the small radius of the arc R 1 the same diameter at both ends of the major axis D 1, as shown in FIG. 6, the minor diameter D 2 across a is facing the large radius of the arc R 2 the same diameter, may be shaped so that they mutually cross or contact.
【００１４】３はステータであり、円環状をしていて、
断面形状がコ字状をしており、ロータ２のディスク部２
ｂを収容する円環状の溝３ａを有している。４はケーシ
ングであり、円環状をしていて断面形状がコ字状をして
おり、ステータ３を収容する円環状の空隙４ａを有して
いて、ステータ３の外周とケーシング４の内周との間が
圧縮空気室８となっている。なお、９は圧縮空気を密封
するシールである。Reference numeral 3 denotes a stator, which has an annular shape.
The cross-sectional shape is U-shaped, and the disk portion 2 of the rotor 2
b has an annular groove 3a for accommodating b. Reference numeral 4 denotes a casing, which is annular, has a U-shaped cross section, has an annular gap 4a for accommodating the stator 3, and has an outer periphery of the stator 3 and an inner periphery of the casing 4. The space between them is a compressed air chamber 8. Reference numeral 9 denotes a seal for sealing the compressed air.
【００１５】空気は大気中から吸い込まれて軸方向の通
路５を通り、回転孔６の中で遠心力により加速されて圧
縮空気になり、ステータ３の溝３ａ内、ステータ３の外
側を通って圧縮空気室８に到る。圧縮空気は圧縮空気室
８から図示しない出口孔を通って外部に流出する。The air is sucked from the atmosphere, passes through the axial passage 5, is accelerated by centrifugal force in the rotating hole 6 and becomes compressed air, and passes through the groove 3 a of the stator 3 and the outside of the stator 3. The compressed air chamber 8 is reached. The compressed air flows out of the compressed air chamber 8 through an outlet hole (not shown).
【００１６】回転孔６は従来は丸孔であったものが、本
実施形態では長円形の孔になっているので、ディスク部
２ｂに発生する応力が低下して疲労破壊の可能性が低下
するとともに、回転孔６の面積が大きくなって、流れの
抵抗が低下し、ポンプ能力向上が期待できる。また回転
孔６の数を減してコストダウンを図ることもできる。The rotary hole 6 is conventionally a round hole, but in the present embodiment is an oval hole, so that the stress generated in the disk portion 2b is reduced and the possibility of fatigue fracture is reduced. At the same time, the area of the rotary hole 6 is increased, the flow resistance is reduced, and an improvement in pump capacity can be expected. Further, the number of the rotating holes 6 can be reduced to reduce the cost.
【００１７】図２は本発明の第２の実施形態を示す部分
断面図である。図において、１０は高温ガスタービンで
ある。１１はロータであり、軸部１１ａとタービンディ
スク１１ｂとからなる。１２は静翼、１３は動翼であ
る。静翼１２および動翼１３は共にセラミックス製で無
冷却であり、ロータは金属製で冷却を要する。１４は回
転孔であり上流側から下流側に斜め外方に向って明けら
れており、冷却空気流通孔となっている。図示しない圧
縮機からの冷却空気１５は上流側キャビティ１６から下
流側キャビティ１７に向って流れる。回転孔１４はＢ−
Ｂ矢視図として図４（Ｂ）に示すようにタービンディス
ク１１ｂの接線１８に平行な長径１４ａを有している。FIG. 2 is a partial sectional view showing a second embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes a high-temperature gas turbine. Reference numeral 11 denotes a rotor, which includes a shaft portion 11a and a turbine disk 11b. Reference numeral 12 denotes a stationary blade, and 13 denotes a moving blade. The stationary blade 12 and the moving blade 13 are both made of ceramics and are not cooled, and the rotor is made of metal and requires cooling. Reference numeral 14 denotes a rotating hole which is formed obliquely outward from the upstream side to the downstream side, and serves as a cooling air circulation hole. Cooling air 15 from a compressor (not shown) flows from the upstream cavity 16 to the downstream cavity 17. The rotating hole 14 is B-
As shown in FIG. 4B as viewed in the direction of arrow B, the turbine disk 11b has a major axis 14a parallel to the tangent 18 of the turbine disk 11b.
【００１８】１９は高温高圧の燃焼ガスであり、タービ
ン動翼１３を通過するとき膨張してタービンを回転させ
る。冷却空気１５は冷却空気流通孔１４を通り、下流側
キャビティ１７から図示するようにタービンディスク１
１ｂの下流側の隙間を通って燃焼ガス１９中に放出され
る。Reference numeral 19 denotes a high-temperature and high-pressure combustion gas which expands when passing through the turbine rotor blades 13 and rotates the turbine. The cooling air 15 passes through the cooling air flow hole 14 and flows from the downstream cavity 17 to the turbine disk 1 as shown in FIG.
The gas is discharged into the combustion gas 19 through a gap on the downstream side of the fuel gas 1b.
【００１９】冷却空気流通孔１４が接線１８に平行な長
円となっているので、丸孔である場合に比べてタービン
ディスク１１ｂに生ずる応力が低下し、疲労破壊の可能
性が低下するとともに冷却空気１５の通過面積が大きく
なり、流れの抵抗が低下して冷却効果が向上し、タービ
ン入口温度を上昇させることができる。Since the cooling air flow hole 14 is an ellipse parallel to the tangent line 18, the stress generated in the turbine disk 11b is reduced as compared with the case of a round hole, and the possibility of fatigue failure is reduced and cooling is performed. The passage area of the air 15 increases, the flow resistance decreases, the cooling effect improves, and the turbine inlet temperature can be increased.
【００２０】図３は本発明の第３の実施形態を示す部分
断面図である。図において２０は軸流圧縮機のロータの
ディスクであり、２１は動翼である。２２，２２は１対
のラビリンスであり、圧縮空気のシールと、ディスク２
０と動翼２１とを固定する働きをする。２３はラビリン
ス２２とディスク２０とを結合するボルト・ナットであ
り、２４はラビリンス２２およびディスク２０を貫通す
る回転孔で、ボルトを挿入する貫通ボルト孔になってい
る。ボルト孔２４はＣ−Ｃ矢視図として図４（Ｃ）に示
すようにディスク２０またはラビリンス２２の接線に平
行な長径２４ａを有する長円となっている。FIG. 3 is a partial sectional view showing a third embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 20 denotes a disk of a rotor of an axial compressor, and reference numeral 21 denotes a moving blade. Reference numerals 22 and 22 denote a pair of labyrinths, a seal for compressed air and a disk 2.
It functions to fix the moving blade 21 to the zero. Reference numeral 23 denotes a bolt and a nut for connecting the labyrinth 22 and the disk 20, and reference numeral 24 denotes a rotary hole that penetrates the labyrinth 22 and the disk 20, which is a through-hole for inserting a bolt. The bolt hole 24 is an ellipse having a major axis 24a parallel to the tangent of the disk 20 or the labyrinth 22, as shown in FIG.
【００２１】ボルト孔２４が長円となっているのでディ
スク２０およびラビリンス２２の応力が、丸孔である場
合に比べて低下する。Since the bolt hole 24 has an elliptical shape, the stress of the disk 20 and the labyrinth 22 is reduced as compared with the case of a round hole.
【００２２】本発明は以上説明した３つの実施形態に限
定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で
種々の変更が可能である。The present invention is not limited to the three embodiments described above, and various changes can be made without departing from the gist of the invention.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上述べたように本発明の回転機械のロ
ータは、ロータの接線に平行な長径を有する長円形状を
した回転孔を有しているので以下に述べる優れた効果を
有する。 （１）回転孔に発生する応力が減少し、疲労寿命が向上
するとともに即時破壊の危険が減少し、信頼性が向上す
る。As described above, the rotor of the rotating machine according to the present invention has the following advantageous effects since it has the elliptical rotary hole having the major axis parallel to the tangent line of the rotor. (1) The stress generated in the rotating hole is reduced, the fatigue life is improved, and the risk of immediate destruction is reduced, so that the reliability is improved.
【００２４】（２）回転機械の高速化が可能になる。 （３）流体を効率よく流すことができるので、冷却効果
の向上やポンプ効率の向上が図れる。(2) The speed of the rotating machine can be increased. (3) Since the fluid can flow efficiently, the cooling effect can be improved and the pump efficiency can be improved.
【図１】本発明のロータを有する空気圧縮機の部分断面
図である。FIG. 1 is a partial sectional view of an air compressor having a rotor of the present invention.
【図２】本発明のロータを有するガスタービンの部分断
面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a gas turbine having a rotor of the present invention.
【図３】本発明のロータを有する軸流圧縮機の部分断面
図である。FIG. 3 is a partial sectional view of an axial compressor having the rotor of the present invention.
【図４】（Ａ）図１のＡ−Ａ矢視図である。 （Ｂ）図２のＢ−Ｂ矢視図である。 （Ｃ）図３のＣ−Ｃ矢視図である。FIG. 4A is a view taken in the direction of arrows AA in FIG. 1; (B) It is a BB arrow line view of FIG. (C) It is a CC arrow line view of FIG.
【図５】（Ａ）丸孔の応力集中を示す説明図である。 （Ｂ）長円孔の応力集中を示す説明図である。FIG. 5A is an explanatory view showing stress concentration in a round hole. (B) It is explanatory drawing which shows the stress concentration of an oblong hole.
【図６】長円を例示する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an ellipse.
２ ロータ ２ｂ ディスク ６ 回転孔（流通孔） １１ ロータ １１ｂ ディスク １４ 回転孔（冷却空気流通孔） ２０ ディスク ２４ 回転孔（ボルト孔） 2 Rotor 2b Disk 6 Rotation hole (circulation hole) 11 Rotor 11b Disk 14 Rotation hole (cooling air circulation hole) 20 Disk 24 Rotation hole (bolt hole)
Claims (3)
用いられ、回転孔を有する円板状のディスクを備えたロ
ータにおいて、上記回転孔はディスクの接線に平行な長
径を有する長円形状をしていることを特徴とする回転機
械のロータ。1. A rotor which is used for a rotating machine such as a turbine or a compressor and has a disk-shaped disk having a rotating hole, wherein the rotating hole has an elliptical shape having a major axis parallel to a tangent of the disk. A rotor of a rotary machine.
上である請求項１記載の回転機械のロータ。2. The rotor of a rotary machine according to claim 1, wherein the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse of the rotating hole is 2 or more.
の加工面を流体研磨により滑らかにされている請求項１
または請求項２記載の回転機械のロータ。3. The rotating hole is formed by electric discharge machining, and the machined surface is smoothed by fluid polishing.
Or a rotor of the rotary machine according to claim 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25264396A JPH10103001A (en) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | Rotor of rotary machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25264396A JPH10103001A (en) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | Rotor of rotary machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10103001A true JPH10103001A (en) | 1998-04-21 |
Family
ID=17240213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25264396A Pending JPH10103001A (en) | 1996-09-25 | 1996-09-25 | Rotor of rotary machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10103001A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009107312A1 (en) * | 2008-02-28 | 2009-09-03 | 三菱重工業株式会社 | Gas turbin and disc and method for forming radial passage of disc |
| JP2012067766A (en) * | 2008-06-30 | 2012-04-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Gas turbine |
| US10794190B1 (en) * | 2018-07-30 | 2020-10-06 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Cast integrally bladed rotor with bore entry cooling |
-
1996
- 1996-09-25 JP JP25264396A patent/JPH10103001A/en active Pending
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