JPH11325022A - 低サイクル疲労寿命部品の締結構造 - Google Patents
低サイクル疲労寿命部品の締結構造Info
- Publication number
- JPH11325022A JPH11325022A JP15531898A JP15531898A JPH11325022A JP H11325022 A JPH11325022 A JP H11325022A JP 15531898 A JP15531898 A JP 15531898A JP 15531898 A JP15531898 A JP 15531898A JP H11325022 A JPH11325022 A JP H11325022A
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- JP
- Japan
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- bolt
- cycle fatigue
- shaft
- hole
- low cycle
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- Pending
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ボルトの取付孔の応力集中係数を低減して部
品寿命を延ばすことができる低サイクル疲労寿命部品の
締結構造を提供すること。 【解決手段】 ボルト１３とナット１４で締結される低
サイクル疲労寿命を有する回転部材であるディスク１１
とシャフト１２とのそれぞれに長孔１５を形成し、この
長孔１５にボルト用の丸孔１９を形成した中間部材とし
てのスペーサ１６を介してボルト１３で締結するように
する。これにより、丸孔に比べて長孔１５にすることで
応力集中係数を低減することができ、これによりボルト
１３の取付孔で寿命が決まっていた回転部材１１，１２
の寿命を最大２倍程度延ばすことができるようにしてい
る。
品寿命を延ばすことができる低サイクル疲労寿命部品の
締結構造を提供すること。 【解決手段】 ボルト１３とナット１４で締結される低
サイクル疲労寿命を有する回転部材であるディスク１１
とシャフト１２とのそれぞれに長孔１５を形成し、この
長孔１５にボルト用の丸孔１９を形成した中間部材とし
てのスペーサ１６を介してボルト１３で締結するように
する。これにより、丸孔に比べて長孔１５にすることで
応力集中係数を低減することができ、これによりボルト
１３の取付孔で寿命が決まっていた回転部材１１，１２
の寿命を最大２倍程度延ばすことができるようにしてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、低サイクル疲労
寿命を有する回転部品の締結構造に関し、ガスタービン
のディスクとシャフトを締結するボルト・ナットの取付
孔の応力集中を防止して寿命増大を図るようにしたもの
である。
寿命を有する回転部品の締結構造に関し、ガスタービン
のディスクとシャフトを締結するボルト・ナットの取付
孔の応力集中を防止して寿命増大を図るようにしたもの
である。
【０００２】
【従来の技術】航空機用などのガスタービンでは、図３
に示すように、回転部品であるガスタービンのディスク
１とシャフト２とがボルト３およびナット４で締結され
るボルト締結構造が採られている。
に示すように、回転部品であるガスタービンのディスク
１とシャフト２とがボルト３およびナット４で締結され
るボルト締結構造が採られている。
【０００３】このようなガスタービンでは、スロットル
レバーの操作によって回転が上昇したり、減少し、これ
によってディスク１およびシャフト２に繰り返し応力が
加わることから、この繰り返し応力を考慮した寿命設計
をしなければならず、部品の軽量化等の必要から所定の
寿命時間（低サイクル疲労寿命）を定め、使用時間に応
じて交換する設計が行われている。
レバーの操作によって回転が上昇したり、減少し、これ
によってディスク１およびシャフト２に繰り返し応力が
加わることから、この繰り返し応力を考慮した寿命設計
をしなければならず、部品の軽量化等の必要から所定の
寿命時間（低サイクル疲労寿命）を定め、使用時間に応
じて交換する設計が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
低サイクル疲労寿命を有する回転部品であるガスタービ
ンのディスク１とシャフト２とのボルト締結構造では、
ボルト３の取付孔５の部分の応力集中が大きく、通常、
応力集中係数が３．０〜４．０であり、低サイクル疲労
寿命（ＬＣＦ寿命）を設定する際に、このボルト３の取
付孔５の部分で寿命が定まることが多い。
低サイクル疲労寿命を有する回転部品であるガスタービ
ンのディスク１とシャフト２とのボルト締結構造では、
ボルト３の取付孔５の部分の応力集中が大きく、通常、
応力集中係数が３．０〜４．０であり、低サイクル疲労
寿命（ＬＣＦ寿命）を設定する際に、このボルト３の取
付孔５の部分で寿命が定まることが多い。
【０００５】このためディスクの寿命を伸ばすことがで
きないという問題がある。
きないという問題がある。
【０００６】この発明は、かかる従来技術の課題に鑑み
てなされたもので、ボルトの取付孔の応力集中係数を低
減して部品寿命を延ばすことができる低サイクル疲労寿
命部品の締結構造を提供しようとするものである。
てなされたもので、ボルトの取付孔の応力集中係数を低
減して部品寿命を延ばすことができる低サイクル疲労寿
命部品の締結構造を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
この発明の請求項１に記載の低サイクル疲労寿命部品の
締結構造は、低サイクル疲労寿命を有する回転部材同志
をボルト・ナットで締結する構造であって、ボルト・ナ
ットで締結される前記回転部材のそれぞれに長孔を形成
する一方、この長孔に装着される中間部材にボルト用の
丸孔を形成したことを特徴とするものである。
この発明の請求項１に記載の低サイクル疲労寿命部品の
締結構造は、低サイクル疲労寿命を有する回転部材同志
をボルト・ナットで締結する構造であって、ボルト・ナ
ットで締結される前記回転部材のそれぞれに長孔を形成
する一方、この長孔に装着される中間部材にボルト用の
丸孔を形成したことを特徴とするものである。
【０００８】この低サイクル疲労寿命部品の締結構造に
よれば、ボルト・ナットで締結される低サイクル疲労寿
命を有する回転部材のそれぞれに長孔を形成し、この長
孔にボルト用の丸孔を形成した中間部材を介してボルト
で締結するようにしており、丸孔に比べて長孔にするこ
とで応力集中係数を低減することができ、これにより回
転部材の寿命を最大２倍程度延ばすことができるように
なる。
よれば、ボルト・ナットで締結される低サイクル疲労寿
命を有する回転部材のそれぞれに長孔を形成し、この長
孔にボルト用の丸孔を形成した中間部材を介してボルト
で締結するようにしており、丸孔に比べて長孔にするこ
とで応力集中係数を低減することができ、これにより回
転部材の寿命を最大２倍程度延ばすことができるように
なる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面を参照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の
低サイクル疲労寿命部品の締結構造の一実施の形態にか
かり、ガスタービンのディスクとシャフトに適用した全
体斜視図、部分断面図および部分斜視図である。
図面を参照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の
低サイクル疲労寿命部品の締結構造の一実施の形態にか
かり、ガスタービンのディスクとシャフトに適用した全
体斜視図、部分断面図および部分斜視図である。
【００１０】この低サイクル疲労寿命部品の締結構造１
０では、低サイクル疲労寿命を有する回転体であるガス
タービンのディスク１１とシャフト１２との締結にボル
ト１３及びナット１４が用いられており、ディスク１１
とシャフト１２にそれぞれボルト取付用の長孔１５が形
成される。
０では、低サイクル疲労寿命を有する回転体であるガス
タービンのディスク１１とシャフト１２との締結にボル
ト１３及びナット１４が用いられており、ディスク１１
とシャフト１２にそれぞれボルト取付用の長孔１５が形
成される。
【００１１】このボルト締結用の長孔１５はディスク１
１およびシャフト１２の円周方向に長く両端の半円部分
を平行な２本の直線部分で連結した開口形状としてあ
る。
１およびシャフト１２の円周方向に長く両端の半円部分
を平行な２本の直線部分で連結した開口形状としてあ
る。
【００１２】なお、この長孔１５の平行部分を、特にデ
ィスク１１などと同心の円弧で構成してもよいが、加工
上は平行な直線とする方が好ましい。
ィスク１１などと同心の円弧で構成してもよいが、加工
上は平行な直線とする方が好ましい。
【００１３】このような長孔１５を形成してディスク１
１とシャフト１２とを連結しようとすると、通常のボル
ト１３とナット１４では、円周方向にガタツキが生じ易
く、強固に締結することができない。
１とシャフト１２とを連結しようとすると、通常のボル
ト１３とナット１４では、円周方向にガタツキが生じ易
く、強固に締結することができない。
【００１４】そこで、長孔１５に中間部材としてスペー
サ１６を介装するようにしており、このスペーサは、長
孔１５に嵌合されるスペーサ本体１７と長孔１５の外側
に当たるつば部１８とを一体に形成して構成され、中央
部に真円のボルト孔１９が形成してある。
サ１６を介装するようにしており、このスペーサは、長
孔１５に嵌合されるスペーサ本体１７と長孔１５の外側
に当たるつば部１８とを一体に形成して構成され、中央
部に真円のボルト孔１９が形成してある。
【００１５】なお、中間部材としてはスペーサ１６のよ
うにボルト１３とナット１４との間に介装するものに限
らず、このスペーサ１６と同一形状としボルト孔１９に
替えて雌ねじを形成してナットと同一の機能を持たせた
シャンクナットなどを用いるようにしても良い。
うにボルト１３とナット１４との間に介装するものに限
らず、このスペーサ１６と同一形状としボルト孔１９に
替えて雌ねじを形成してナットと同一の機能を持たせた
シャンクナットなどを用いるようにしても良い。
【００１６】このようなガスタービンのディスク１１と
シャフト１２との結合は、図１（ｂ）に示すように、デ
ィスク１１とシャフト１２のそれぞれに形成した長孔１
５にスペーサ１６を装着してスペーサ本体１７が長孔１
５内に嵌合され、ディスク１１の外側面につば部１８が
当たるように装着した後、ワッシャ２０を介してシャフ
ト１２側からボルト１３を挿入し、スペーサ１６の外側
からナット１４で締め付ける。
シャフト１２との結合は、図１（ｂ）に示すように、デ
ィスク１１とシャフト１２のそれぞれに形成した長孔１
５にスペーサ１６を装着してスペーサ本体１７が長孔１
５内に嵌合され、ディスク１１の外側面につば部１８が
当たるように装着した後、ワッシャ２０を介してシャフ
ト１２側からボルト１３を挿入し、スペーサ１６の外側
からナット１４で締め付ける。
【００１７】同様にして、ガスタービンのディスク１１
とシャフト１２と全ての長孔１５にスペーサ１６を介在
させてボルト１３およびナット１４で締め付けてディス
ク１１とシャフト１２との締結が完了する。
とシャフト１２と全ての長孔１５にスペーサ１６を介在
させてボルト１３およびナット１４で締め付けてディス
ク１１とシャフト１２との締結が完了する。
【００１８】このようなガスタービンのディスク１１と
シャフト１２とにそれぞれ形成した長孔１５に、スペー
サ１６を介してボルト１３およびナット１４で締め付け
た状態では、長孔の軸方向に引張力と遠心力が作用する
ことになり、これは無限円板に引張力が作用する状態に
置き換えた状態に近似でき、ディスク１１やシャフト１
２の長孔１５の応力集中係数αは、例えば図２に示すよ
うに、従来の丸孔（真円）の場合に比べて小さくなり、
例えばその応力集中係数αを１．５〜２．０程度に低減
することができる。
シャフト１２とにそれぞれ形成した長孔１５に、スペー
サ１６を介してボルト１３およびナット１４で締め付け
た状態では、長孔の軸方向に引張力と遠心力が作用する
ことになり、これは無限円板に引張力が作用する状態に
置き換えた状態に近似でき、ディスク１１やシャフト１
２の長孔１５の応力集中係数αは、例えば図２に示すよ
うに、従来の丸孔（真円）の場合に比べて小さくなり、
例えばその応力集中係数αを１．５〜２．０程度に低減
することができる。
【００１９】なお、応力集中係数αは、図２中の記号を
用いて以下の式で表されるものである。
用いて以下の式で表されるものである。
【００２０】α＝σA ／［Ｐ／２（Ｂ−ρ）ｔ］ ここで、Ｐは引張荷重、σA は最大応力である。
【００２１】したがって、従来の丸孔のボルト孔でディ
スクとシャフトを連結する場合の応力集中係数αが通
常、３．０〜４．０であるのに対し、この低サイクル疲
労寿命部品の締結構造１０によれば、応力集中係数αを
１．５〜２．０にすることができることから、疲労寿命
を最大２倍程度延ばすことができる。
スクとシャフトを連結する場合の応力集中係数αが通
常、３．０〜４．０であるのに対し、この低サイクル疲
労寿命部品の締結構造１０によれば、応力集中係数αを
１．５〜２．０にすることができることから、疲労寿命
を最大２倍程度延ばすことができる。
【００２２】従来、ボルト孔への応力集中で寿命が決ま
ることが多く、ディスク１１やシャフト１２の寿命を延
ばすことができなかったが、この低サイクル疲労寿命部
品の締結構造１０によれば、ディスク１１やシャフト１
２の寿命を伸ばすことが可能となった。
ることが多く、ディスク１１やシャフト１２の寿命を延
ばすことができなかったが、この低サイクル疲労寿命部
品の締結構造１０によれば、ディスク１１やシャフト１
２の寿命を伸ばすことが可能となった。
【００２３】また、この低サイクル疲労寿命部品の締結
構造１０によれば、ディスク１１およびシャフト１２に
長孔１５を形成し、これにスペーサ１６を介して従来と
同様のボルト１３及びナット１４で締め付けるだけであ
り、比較的加工も容易であり、広く従来のボルト締結構
造に適用することができる。
構造１０によれば、ディスク１１およびシャフト１２に
長孔１５を形成し、これにスペーサ１６を介して従来と
同様のボルト１３及びナット１４で締め付けるだけであ
り、比較的加工も容易であり、広く従来のボルト締結構
造に適用することができる。
【００２４】なお、上記実施の形態では、低サイクル疲
労寿命部品としてガスタービンのディスクとシャフトの
ボルト締結部を例に説明したが、これに限らず、低サイ
クル疲労寿命を有する回転体に広く適用して寿命増大を
図ることができる。
労寿命部品としてガスタービンのディスクとシャフトの
ボルト締結部を例に説明したが、これに限らず、低サイ
クル疲労寿命を有する回転体に広く適用して寿命増大を
図ることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上、一実施の形態とともに具体的に説
明したようにこの発明の請求項１記載の低サイクル疲労
寿命部品の締結構造によれば、ボルト・ナットで締結さ
れる低サイクル疲労寿命を有する回転部材のそれぞれに
長孔を形成し、この長孔にボルト用の丸孔を形成した中
間部材を介してボルトで締結するようにしたので、丸孔
に比べて長孔にすることで応力集中係数を低減すること
ができ、これにより回転部材の寿命を最大２倍程度延ば
すことができる。
明したようにこの発明の請求項１記載の低サイクル疲労
寿命部品の締結構造によれば、ボルト・ナットで締結さ
れる低サイクル疲労寿命を有する回転部材のそれぞれに
長孔を形成し、この長孔にボルト用の丸孔を形成した中
間部材を介してボルトで締結するようにしたので、丸孔
に比べて長孔にすることで応力集中係数を低減すること
ができ、これにより回転部材の寿命を最大２倍程度延ば
すことができる。
【図１】この発明の低サイクル疲労寿命部品の締結構造
の一実施の形態にかかり、ガスタービンのディスクとシ
ャフトに適用した全体斜視図、部分断面図および部分斜
視図である。
の一実施の形態にかかり、ガスタービンのディスクとシ
ャフトに適用した全体斜視図、部分断面図および部分斜
視図である。
【図２】この発明の低サイクル疲労寿命部品の締結構造
の一実施の形態にかかるボルト取り付け用の長案の形状
と応力集中係数の関係を示すグラフである。
の一実施の形態にかかるボルト取り付け用の長案の形状
と応力集中係数の関係を示すグラフである。
【図３】従来のガスタービンのディスクとシャフトの締
結構造の全体斜視図、部分断面図および部分斜視図であ
る。
結構造の全体斜視図、部分断面図および部分斜視図であ
る。
１０ 低サイクル疲労寿命部品の締結構造 １１ ディスク １２ シャフト １３ ボルト １４ ナット １５ 長孔 １６ スペーサ １７ スペーサ本体 １８ つば部 １９ ボルト孔 ２０ ワッシャ
Claims (1)
- 【請求項１】低サイクル疲労寿命を有する回転部材同志
をボルト・ナットで締結する構造であって、ボルト・ナ
ットで締結される前記回転部材のそれぞれに長孔を形成
する一方、この長孔に装着される中間部材にボルト用の
丸孔を形成したことを特徴とする低サイクル疲労寿命部
品の締結構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15531898A JPH11325022A (ja) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | 低サイクル疲労寿命部品の締結構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15531898A JPH11325022A (ja) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | 低サイクル疲労寿命部品の締結構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11325022A true JPH11325022A (ja) | 1999-11-26 |
Family
ID=15603275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15531898A Pending JPH11325022A (ja) | 1998-05-20 | 1998-05-20 | 低サイクル疲労寿命部品の締結構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11325022A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012103247A (ja) * | 2010-11-05 | 2012-05-31 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | インサートを有するｂｗｒジェットポンプ入口ミキサメインウェッジ |
| CN103334798A (zh) * | 2013-07-10 | 2013-10-02 | 南京航空航天大学 | 多圆弧异型孔 |
| CN105041386A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-11-11 | 南京航空航天大学 | 一种圆弧和直线段混合异型孔 |
| US9890660B2 (en) | 2014-09-18 | 2018-02-13 | Solar Turbines Incorporated | Diaphragm assembly bolted joint stress reduction |
| US9938841B2 (en) | 2014-09-18 | 2018-04-10 | Solar Turbines Incorporated | Diaphragm assembly with a preswirler |
| CN110603387A (zh) * | 2017-01-26 | 2019-12-20 | 阿诺德永久螺母有限责任公司 | 高扭矩螺栓 |
-
1998
- 1998-05-20 JP JP15531898A patent/JPH11325022A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012103247A (ja) * | 2010-11-05 | 2012-05-31 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | インサートを有するｂｗｒジェットポンプ入口ミキサメインウェッジ |
| US8792608B2 (en) | 2010-11-05 | 2014-07-29 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | BWR jet pump inlet-mixer main wedge with inserts |
| EP2450906A3 (en) * | 2010-11-05 | 2014-11-26 | GE-Hitachi Nuclear Energy Americas LLC | BWR jet pump inlet-mixer main wedge with inserts |
| CN103334798A (zh) * | 2013-07-10 | 2013-10-02 | 南京航空航天大学 | 多圆弧异型孔 |
| US9890660B2 (en) | 2014-09-18 | 2018-02-13 | Solar Turbines Incorporated | Diaphragm assembly bolted joint stress reduction |
| US9938841B2 (en) | 2014-09-18 | 2018-04-10 | Solar Turbines Incorporated | Diaphragm assembly with a preswirler |
| CN105041386A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-11-11 | 南京航空航天大学 | 一种圆弧和直线段混合异型孔 |
| CN110603387A (zh) * | 2017-01-26 | 2019-12-20 | 阿诺德永久螺母有限责任公司 | 高扭矩螺栓 |
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