JPS6332961B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は軸流圧縮機あるいは軸流タービンな
どの軸流機械に使用されるローター構造に係り、
特に、ローターを分解せずに動翼を軸方向から交
換できるスタツクドローターにおいて、静翼の先
端とローター表面との間の隙間を小さくして、前
記軸流機械の性能を向上させるようにしたもので
ある。

従来の軸流機械のローター構造を第１図〜第５
図に示す。

第１図は一体構造のローター１に動翼２を周方
向から埋め込んだものである。この構造のロータ
ーにおいては、軸流機械の吸込容量、圧力比（あ
るいは膨張比）が大きい仕様の場合には重量や
GD²（慣性能率）が大きくなり、これらが大きく
なると軸流機械の設計、駆動機の設計が難しくな
る。即ち、重量が大きくなると製作、組立の困難
さのみならず、軸受の支持剛性やケーシングの剛
性を相対的に大きくする必要が生じ、これは大幅
なコストアツプにつながる。また、GD²が大きく
なると駆動機のGD²も大きくなり、例えばシンク
ロナスモーターを使用する場合などでは過渡時の
脈動トルクが大きくなるなどの不具合を生じる。

第１図に示す一体構造ローターの欠点を改良し
たものが第２図に示すスタツクドローターと呼ば
れているものである。これは内径側に空洞をもつ
ホイール３を流体性能上から要求される枚数分重
ね合せてスタツキングボルト４により一体となる
ように締結したものである。このように構成すれ
ばローター１の重量やGD²を小さくできるから、
第１図に示すローターの欠点を解決することがで
きる。また、このスタツクドローター構造によれ
ばローター１を分解せずに動翼２を軸方向から取
付けたり、取外すことができる。即ち、ホイール
３のピツチが動翼２のダブテール長さの２倍程度
となるように構成し、動翼２のダブテールの軸方
向長さ分だけ間隙を設けることにより、動翼２の
抜き代を形成できるから、動翼２を個々に軸方向
から装着することができる。また、この動翼２を
軸方向から取付ける構造のものは周方向から取付
けるものに比べ、個々の動翼２を単独に取付ける
構造であるので、半径方向の拘束強度が十分であ
り、回転数の大きい（遠心力の大きい）仕様の軸
流機械に対して強度的に十分耐え得るローターを
提供することができる。さらに、動翼２と動翼２
とは互いに拘束し合わないから、動翼２の振動に
対して減衰効果の大きいローター１を得ることも
可能である。

なお、軸流機械の流体性能には、動翼の先端と
ステータとの隙間、静翼の先端とローター表面と
の隙間が重大な影響を及ぼし、この隙間を小さく
するほど性能は向上する。

従来、静翼の先端とローター表面との隙間を小
さくするために、第３図または第５図に示すよう
なローター構造としていた。

第３図はホイール３のつば部３ａを伸ばす構造
としたもので、これは動翼２が取付けてあるホイ
ール３のダブテール部を前段側および後段側の軸
方向に延長してつば部３ａとし、静翼５に対向す
るローター１表面に流路面を形成するようにした
ものである。この第３図に示す構造の欠点は第４
図に示すようにつば部３ａが軸方向にオーバーハ
ングしているので、運動時に遠心力によつてこの
つば部３ａが大きく半径方向に変形し、したがつ
て、この変形量を逃れるだけの間隙が静翼５との
間に必要になり、その間隙を小さくすることはで
きない。また、遠心力によるつば部３ａの変形の
ためにローター１表面（流路面）が第４図に示す
ように凹凸状態になるから、ここを流れる流体の
流れが乱れ、軸流機械の効率を低下させてしま
う。さらに、この構造では動翼２の抜き代を形成
できないから、ローター１を分解せずに動翼２を
軸方向から交換することはできないという欠点が
あつた。

第５図は静翼５の先端にシユラウド６を設ける
構造としたもので、これはステータの内周面上に
複数枚取付けられた静翼５の先端を円筒状のシユ
ラウド６で連結し、このシユラウド６の外周面側
で流路面を形成し、内周面側にはラビリンス７を
設けて、後段から前段への取扱流体の洩れを防止
するようにしたものである。この第５図に示す構
造にすれば、シユラウド６の幅を動翼２のダブテ
ールの軸方向長さよりも大きくとることによつ
て、ローター１を分解せずに動翼２を１枚ごとに
交換できる。しかし、この構造では後段から前段
への取扱流体の洩れをラビリンス７で少量にして
いるだけであり、図の矢印Ａで示すように流体は
後段から前段に洩れてローター１表面に吹出すか
ら、この吹出しによつて流路中を流れる流体のう
ちローター１表面近くを流れる流体の流線は図の
矢印Ｂで示すように曲げられてしまい、このため
効率の低下を招くという欠点があつた。

以上説明したように、従来、スタツクドロータ
ー構造のもので、静翼５先端とローター１表面と
の隙間を最小限にでき、しかもローター１を分解
せずに動翼２の一枚ごとの交換が可能なものはな
かつた。

この発明は上述の事柄にもとづきなされたもの
で、スタツクドローター構造のものにおいて、静
翼とローター表面との隙間を極小にでき、しかも
ローターを分解せずに軸方向から動翼の一枚ごと
の取付け取外しができるようにした軸流機械のロ
ーター構造を提供することを目的としたもので、
軸方向から装着された動翼を備える複数のホイー
ルと、この複数のホイールを締結するスタツキン
グボルトから構成されるスタツクドローターにお
いて、静翼に対向するローター表面に流路面を形
成するためのスペーサを設け、このスペーサは周
方向に分割構造とし、かつ前段ホイールと後段ホ
イールとの両方にまたがるように取付けるように
したものである。

以下、この発明の一実施例を第６図〜第８図に
従つて説明する。各図において、同一符号を付し
た部分は同一部分である。この実施例は軸流圧縮
機のスタツクドローター構造にこの発明を適用し
た例を示すもので、第６図に示すように、ホイー
ル３にはそれぞれ半径方向の位置決めをするはめ
合い部３ｂが形成されており、このはめ合い部３
ｂをはめ合せて流体性能上から要求される必要枚
数分を重ね合せ、スタツキングボルト４によつて
それらを一体になるように締結している。各ホイ
ール３の外周部には軸方向にダブテール溝が形成
されていて、このダブテール溝に動翼２を軸方向
に着脱可能に取付けている。５はステータ８に取
付けられ、かつ各動翼２間に介在された静翼であ
る。各ホイール３の外周部間の間隔はローター１
を分解せずに動翼２の一枚ごとの取付け取外しが
できるような十分な幅となつている。９は静翼５
に対向するローター１の表面に流路面を形成する
ように設けられたスペーサで、このスペーサ９は
前段ホイール３と後段ホイール３との両方にまた
がるように取付けられている。すなわち、各ホイ
ール３の外周部側面にはスペーサ９を挿入するた
めの円周溝３ｃが第６図および第７図に示すよう
に形成されており、一方スペーサ９の両側面には
前記円周溝３ｃに挿入するための嵌入部９ａが形
成されていて、このスペーサ９の両側面に設けら
れた嵌入部９ａをホイール３の円周溝３ｃに挿入
することによつて、スペーサ９は前段ホイール３
と後段ホイール３との両方にまたがるように取付
けられ、半径方向の位置決めと運転中および静止
中の半径方向の拘束、落下防止が行なわれ、運転
中はスペーサ９の外周面がホイール３外周の流路
面と連続して流路面を形成している。スペーサ９
の嵌入部９ａの厚さはホイール３の円周溝３ｃの
幅よりも若干小さく形成されており、運転中には
第６図に示すように、スペーサ９の嵌入部９ａ内
径側とホイール３の円周溝３ｃ小径側との間には
間隙１０が形成されるようにしている。

スペーサ９の挿入手順を第７図および第８図に
より説明する。第７図に示すようにホイール３の
円周溝３ｃには小径側に一箇所切欠部１１が形成
されており、スペーサ９はこの切欠部１１の幅よ
り僅かに小さくなるように周方向に分割され、ホ
イール３をスタツキングボルト４で締結した後、
ホイール３間の空間に入れたスペーサ９を前記切
欠部１１から半径方向に引張り上げ、ホイール３
の円周溝３ｃにはめ込み、次にスペーサ９を円周
溝３ｃに沿つて周方向に送り込む。このようにし
て、次々にスペーサ９を周方向に挿入し、分割さ
れた最後のスペーサ９をはめ込んだら、第８図に
示すように分割されたスペーサ９の半分の長さ分
だけ全スペーサを周方向にずらせば円周溝３ｃか
らスペーサ９がホイール３の内径側に脱落するこ
とを防止できる。最後にスペーサ９が運転中に周
方向に移動しないようにするため、第８図の１３
で示すようにホイール３の端面を１〜２箇所かし
めればよい。なお、この実施例ではスペーサ９は
ホイール３よりも軽量な材料、例えばアルミニウ
ム、チタン、F.R.P（炭素繊維強化樹脂）などを
使用している。

本発明の一実施例はスタツクドローター構造の
ものにおいて、上述したように構成しているの
で、次のような特徴がある。

(a) 第３図および第４図に示す従来構造のホイー
ル３のつば部３ａに相当する部分が短かくなつ
たので、この部分の遠心力による半径方向変形
量が小さくなり、流路面が凹凸状態になること
はない。

(b) スペーサ９を周方向に分割構造としたので、
スペーサ９の半径方向への変形がない。これに
より、スペーサ９によつて形成される流路面が
ホイール３により形成される流路面よりも凸に
なることがないから流路面が滑らかになる。

(c) 静翼５の先端に対向するように設けられたス
ペーサ９の半径方向の変形は極めて少ないこ
と、スペーサ９の嵌入部９ａ内径側とホイール
３の円周溝３ｃ小径側との間には間隙１０が形
成されていること、スペーサ９はアルミニウム
などの軽量材で構成されていることから、静翼
５の先端と流路面を形成しているスペーサ９の
表面との隙間を極小にすることができる。特に
この実施例では、万一、静翼５がスペーサ９に
接触しても、スペーサ９は間隙１０が形成され
ていることにより、内径側に逃げることがで
き、静翼５などの破損を防止することができ
る。

(d) ローター１を組立てた状態でスペーサ９の組
込みおよび取外しができるので、ローター１を
分解することなく、動翼２のホイール３への取
付け取外しを一枚ごとに軸方向から行なうこと
ができる。

以上説明したことから、この実施例においては
次に示すような効果がある。

(1) 上記(a)、(b)、(c)に記載した特徴があることに
より、軸流圧縮機の流体性能を大幅に向上させ
ることができ、効率が向上する。軸流圧縮機に
とつて効率は最も重要視されるもので大きな効
果であ。

(2) 上記(d)により動翼２が部分的に傷付いたとき
に、ローター１全体を新しいものと取り換えた
り、ローター１を分解して動翼２を交換すると
いう必要がなくなり、分割されたスペーサ９を
１〜２枚取外すだけで、ローター１を分解せず
に任意の動翼２だけを交換することができ、大
幅に製作費や作業費などの低減を計ることがで
きる。

(3) 各動翼２は独立してホイール１に取付けられ
るので、運転中の動翼２の振動に対し減衰効果
の大きい取付方法を選択することができ、半径
方向の拘束に対しても強度的に安全性が高い。

本発明の軸流機械のローター構造は以上詳述し
たように、スタツクドローター構造のものにおい
て、静翼に対向するローター表面に流路面を形成
するためのスペーサを設け、このスペーサを前段
および後段の両方のホイールの側面にインロー装
置によつて取付けて構成しているので、静翼とロ
ーター表面との隙間を極小にできると共に遠心力
による径方向変形を抑えることができる。その結
果、滑らかな流路面が得られ、流体性能を良好に
することができ、しかもローターを分解せずに軸
方向から動翼の一枚ごとの取付け取外しができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は従来の軸流機械のローター構
造を示すもので、第１図は一体構造のローターを
示す一部断面正面図、第２図はスタツクドロータ
ー構造を示す要部の斜視図、第３図はつば部を伸
ばす構造としたスタツクドローター構造を示す要
部の縦断面図、第４図は第３図に示すローターの
運転時における変形を説明する図、第５図は静翼
の先端にシユラウドを設ける構造としたものにお
けるスタツクドローター構造を示す要部の縦断面
図、第６図〜第８図は本発明の一実施例を示すも
ので、第６図は要部の縦断面図、第７図は第６図
に示す円周溝の形状を詳細に示す要部の斜視図、
第８図は第６図に示すローターの平面図である。 １……ローター、２……動翼、３……ホイー
ル、３ｃ……円周溝、４……スタツキングボル
ト、５……静翼、９……スペーサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸方向から装着された動翼を備える複数のホ
   イールと、この複数のホイールを締結するスタツ
   キングボルトから構成されるスタツドロータと、
   静翼に対向する前記ローター表面に流路面を形成
   するためのスペーサを設けた軸流機械のローター
   において、上記スペーサは周方向に分割構造と
   し、かつ前段ホイールと後段ホイールとの外周部
   側面に形成した円周溝に、ホイールをスタツキン
   グボルトで締結した状態で、インロー装着したこ
   とを特徴とする軸流機械のローター構造。 ２ スペーサーはホイールよりも軽量な材料で構
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の軸流機械のローター構造。