JPS5877101A - 軸流機械のデイスクの熱応力軽減装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン着しくは圧縮□機などの軸流機械のデ
ィスクにおいて発生する熱心力を軽減する装置に関する
啄のである。

ガスタービンにおいては、その性能の向上と容量の増大
ｔ゛目的してタービン入口５ＩＦＩＬの高厘化及びター
ビン径Ｏ大形化が進められている。このような高温・大
形ガスタービンにおいては、高性能の冷却翼の設計、韮
びに信頼性の高いディスクの設計が技術開発に関するキ
ーポイントとなる。

第１ａｍはガスタービンの縦断面図である。ガスタービ
ンは燃ｗａ器８で生成され九高轟高圧の燃焼ガスをケー
シング１内に導き、ノズル翼［および鋤翼６ｔＲ通せし
めてガスの持っているエネルギーｔ−回転エネルギーに
変換させて排出する。

上記Ｏ＊ｍｍは、回転４１１１に連結されたディスク３
の外周に列設され、回転軸１と共に回転する。

タービン段数が複数の場合は複数個のディスク２．２．
２がスペー？３．３を挾んで連設され、ボルト・ナツト
４によって回転軸１に連結される。

上記ｏｕｓｔｓは作動流体である高１高圧ガス流によっ
て熱せられるＯで、これを冷却する九め圧−機（図示せ
ず）から矢印入方向冷却空気が送入され％回転軸ｌの内
部、及び、ディスク２とスベ−サ３との間に設けられ九
冷却空気流路を経て動翼６．６に供給される。

以上のように構成されたタービンディスタ２には、回転
に伴う遠心応力とａｍ匂配による熱応力とが作用する。

上記の遠心応力はディスク外周々速の２乗に比例する特
性を持ち、上記の熱応力はディスクの内。

外周の墨度差に比例する特性を持っている。

第２図はディスクの応力計算結果の一例を示し、ディス
クの半径方向の位置上横軸にと９、周方向の応力を縦軸
にとっである。この図表は回転速度３０００ｒＰｍ％デ
ィスクの内外周ｏａ度差ｓｏｃの場合の遠心応力【実線
カーブＢ″’ｃｍわし、熱応力と遠心応力との合力を破
線カーブＣで表わしえものである。これらの応力は引張
ｐ方向である。

この例にも現われているように、空冷式の動翼を設は九
タービンディスクにおいては、一般に、内周に近いほど
大きい応力を生じる。

このような応力状ＭＫ耐えるため、従来一般に欠配のよ
うな改良が為されているが、それぞれ次に付記するよう
な不具合がある。

０）　寸法を増す方法。ディスクの肉厚は第１図にも見
られるように中心部に近いほど肉厚を厚く設計される。

しかしこの方法でディスク強度を増すには自ずから限度
が６卦、ディスクの板厚を大きくするとタービンの軸方
向の寸法を増大させ、軸系Ｏ剛性を低下させるという欠
点が６ろ。

（ロ）残留応力を与える方法０例えばディスク外周ｓを
加熱し、定格回転数以上の高速回転を与えてディスクの
中心部中内膚面に圧線残留応力を付加して稼動中に生じ
る引張方向の応力（熱心力士遠心応力）と相殺せしめる
方法も用いられる。しかし、ディスタに残留圧縮応力を
付加するには大規模な設備を要し、勇作工赦が増すなど
のために製造コストを上昇させる。

本発明は上述の事情Ｋａみて為され、ディスクに生じる
熱応力′ｆｔ＠威し得る軽量・低コストの装置【提供し
ようとするものである。

上記の目的を達成するため、本発明はディスク内におけ
る内、外周間のＩｌ［差を小さくするようにしたもので
あって、ディスクの内面、又はディスク内面に近接する
ディスク側面の少なくともいずれか一方に断熱層を設け
ること１％黴とする。

次に本発明に係る実施例中の３例を第ｓＥ、第４図、及
びｍｓ図に１−で説明する。

これらの図面は前述したガスタービンの空冷式ディスタ
２の断面を示し、９は回転軸と連結するために穿たれた
ボルト孔、Ｄはディスク２の内肩面である。

第３図の実施例はディスタ２の内周面りに前記の断熱層
として９空気＠１１會構成するため、外周に輪状の溝１
０ａｔ８成し九ブツシュ１Ｇ？ディスク２の内周面に嵌
合する。１３は抜は止めのリングである０本実施例の変
形例として、上記の溝１０１内に耐熱性のある適宜の断
熱材を充填しなどの耐熱性合成樹脂（九とえばテフロン
（商標名））で構成すると、ブツシュ材料の比重が比較
的小さいためブツシュ自体の蒙る遠心力が小さく、その
上、比較灼熱伝導度が低いためブツシュ自体も断熱層と
して作用するので好都合である。

第４ｉｊＡＯ実施例は中空の２重円筒状で形成した薄い
金属板製のケース１３蟲の中空部にグラスウールなどの
断熱材１３ｂｔ充填して断熱ブツシュ１３１構成し、こ
れｔディスク２の内局向に嵌合するととによシ、ディス
ク２の内周面に断熱４を設ける。

第５図の実施例はディスク２の内周１ｆｌＤおよび内周
面に隣接するディスタ＠ｌ１ｌｉＥにセラオツクコーテ
ィング１４に焼きつけて断熱層ｔ−形成する。

このようにセラセック系の熱遮蔽材ｔｆｓきつ１．ｂと
、セツミック材は一般に耐熱性に優れているので信頼性
、耐久性が高く、その上、本例のととく内Ｓ向ＤＫ近接
する側面ｇＫ断熱層を設けることが害鳥である。

以上に例示し九３種類の実施例においては、ディスク２
の内肩ａｌＤがそれぞれ断熱層で覆われているので、こ
の面におけるディスク２と冷却空気との間の熱授受が迩
られて冷却を抑制される。また１内周面りに隣接する側
ｗｉＥに断熱層を設けると側１ｊｉＥにおける冷却が抑
制されるので、側ＷｉＥに単独に設は九断熱層も内周の
冷却抑制効果があ）、内周１１ｉＤと側面ＥとＯ双方に
断熱層會設けるといっそう内周面の冷却が抑制されろ、
このようにしてディスク２の内周面の冷却が抑制すると
、ディスク２の内、外周のＩＩＩＥ差が小さくなること
によってディスク２の熱応力が軽減される。その結果、
遠心応力と熱応力との合力も軽減される。

第６図はディスク２の外周ｉ１度４８０Ｇ、冷却空気轟
［３６０Ｇ、回転速＊ｓｏｏｏｒｐｍｃｏとき、ディス
ク亭径方向位置を横軸にと９．応力會縦軸にとつ九図表
である。

破線で橘い九カーブＧは従来形のディスクにおける°応
力を示し、実線で描い友カーブＨは本尭―會適用してデ
ィスク材の１ｍ厚さと同等の伝熱抵抗を有する断熱材を
ディスタＯ内（ＩＤ訃よびこれに近接する側１１ｆＥに
設けた鳩舎Ｏ応力を示す、上記のカーブＧ及びＨはいず
れも遠心応力と熱応力との合力を示すものである。この
例に訃いては、本発明の適用によって熱応力が軽減され
九結果、遠心応力と熱応力との合成応力の最大値が１ｓ
％低減することｔ＊ｇｔ、た。

以上説明したように、本発明は軸流機械のディスクの内
周面又はディスクの内周に隣接するディスク側面の少な
くともいずれか一方に断熱層を設けることによりディス
ク内における内、外周間の畠直の差を小さくしてディス
クに生じる熱応力を暖滅することができ、しかも本発明
は軸流機械の値置食体を大形・大重量化せしめる虜れが
無く安い製造コストで信頼性の高いディスクを構成する
ことができる・

【図面の簡単な説明】

１１１図は空冷式勅属を有するガスタービンの縦断面図
、嬉２図はタービンディスクに生じる応力を示す図表、
第３１１１乃至第Ｓ図はそれぞれ本発明。 に係る熱応力軽減装置の実倉例を備え次タービンディス
クｏｖｉｒｗｉ園、第６図は本発明を適用し九タービン
ディスクに生じる応力を従来装置における応力と対比し
て示し九図表でらる。 １・・・回転軸、２川デイスク、１Ｇ・・・ブツシユ、
１０Ｆ・・輪状の溝、１１・・・断熱層としての空気層
、１８−・・断熱１としての断熱ブツシユ、ｘａａ−ｅ
同ケース、１３ｂ・・・同断熱材、１４−・・断熱層と
してのセラセックコーティング、Ｄ・・・ディスク意の
内Ｓ面、Ｅ・・・ディスク２の内周面に隣接する側聞、
？・・・ディスクＯ外４ｉ［。 代理人　弁理士　秋本正夷 第１図 葛２図 第３図　　　　第牛図　　　第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、！＃翼を固着し回転軸に連結され丸軸流機械のディ
   スクにおいて、ディスクの内周面又はディスク内周に隣
   接するディスク側面の少なくともいずれか一方に断熱層
   を設けたことｔ特徴とする軸流機械のディスクの熱応力
   軽減装置。 ２、前記の断熱層は耐熱性合成樹脂であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の軸流機械のディスク
   の熱応力軽減装置。 ３、＠紀の断熱層はセラζツタ系の熱遮蔽材１ａ自つけ
   九もので６ること七峙黴とする特許請求の１１８第１項
   に記載の軸流機確のディスクＯ熱応力軽減装置。