JP3346277B2 - Compressor rotor - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの構
成要素である圧縮機ロータに関し、特に,熱膨張係数が
異なる異種材料のロータディスクを組み合わせてなる圧
縮機ロータに好適である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compressor rotor which is a component of a gas turbine, and is particularly suitable for a compressor rotor formed by combining rotor disks of different materials having different coefficients of thermal expansion.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガスタービンに組み込まれる圧縮機のロ
ータディスクに使用される材料は、ロータディスクの環
境温度およびそれに発生する応力に応じて選択される。2. Description of the Related Art The material used for the rotor disk of a compressor incorporated in a gas turbine is selected according to the environmental temperature of the rotor disk and the stress generated thereby.
【0003】図2はガスタービンの一般的な構造断面図
を示し、圧縮機1、燃焼器2およびタービン3から構成
されている。圧縮機1は大気からガスパス4へ吸い込ん
だ空気を断熱圧縮し、燃焼器2は圧縮機1から供給され
た圧縮空気に燃料を混合し燃焼することで高温高圧のガ
スを生成し、そしてタービン3は燃焼器2から導入した
燃焼ガスの膨張の際に回転動力を発生する。タービンか
らの排気は大気中に放出される。タービン3にて発生し
た回転動力から圧縮機1を駆動する動力を差し引いた残
りの動力がガスタービンの発生動力となり発電機を駆動
する。FIG. 2 is a sectional view showing a general structure of a gas turbine, which comprises a compressor 1, a combustor 2 and a turbine 3. The compressor 1 adiabatically compresses the air sucked from the atmosphere into the gas path 4, the combustor 2 mixes and burns the fuel with the compressed air supplied from the compressor 1 to generate a high-temperature, high-pressure gas, and the turbine 3 Generates rotational power when the combustion gas introduced from the combustor 2 expands. Exhaust from the turbine is released to the atmosphere. The remaining power obtained by subtracting the power for driving the compressor 1 from the rotational power generated by the turbine 3 becomes the generated power of the gas turbine and drives the generator.
【0004】圧縮機のロータは作動流体(空気)の上流
から下流にかけて多段に積層されたロータディスクから
構成される。前方に延びる回転軸を有する最前段のロー
タディスク5,後方に延びる回転軸を有する最後段のロ
ータディスク6,及び最前段と最後段のロータディスク
に挟まれた中間のロータディスク7から構成されてい
る。[0004] The rotor of the compressor is composed of rotor disks stacked in multiple stages from upstream to downstream of a working fluid (air). A front rotor disk having a rotating shaft extending forward; a last rotor disk having a rotating shaft extending rearward; and an intermediate rotor disk sandwiched between the front and last rotor disks. I have.
【0005】前方から後方へとガスパス4を通じて流れ
る作動流体は,圧縮機1による断熱圧縮によりロータデ
ィスクを1段通過するごとに昇温するために、圧縮機後
段側のロータディスク外周部は高温環境にさらされる。
そのため、圧縮機後段側ロータディスクの材料には高温
環境下で高強度を有する材料を使用する必要がある。Since the working fluid flowing from the front to the rear through the gas path 4 rises in temperature each time it passes through the rotor disk by the adiabatic compression by the compressor 1, the outer peripheral portion of the rotor disk at the rear stage of the compressor has a high temperature environment. Exposed to
Therefore, it is necessary to use a material having high strength in a high-temperature environment as a material of the rotor disk on the downstream side of the compressor.
【0006】高温高強度材料は例えばNi基合金のような
高価な合金材料であるため圧縮機の後段側には高温高強
度材料を前段側には例えば低合金鋼のような常温ないし
ある程度高い温度範囲で高強度を有するが、高温で強度
の低い安価な常温高強度材(以後、低強度材という)を
用いるように各材料を組み合わせて使用し、コストダウ
ンを図るのが一般的である。The high-temperature high-strength material is an expensive alloy material such as a Ni-base alloy, so that a high-temperature high-strength material is provided on the rear side of the compressor and a normal temperature or a somewhat high temperature such as low-alloy steel is provided on the front side. It is common to use a combination of materials so as to use an inexpensive room-temperature high-strength material (hereinafter, referred to as a low-strength material) that has high strength in a low temperature range and low strength at high temperatures, thereby reducing costs.
【0007】しかし、高温高強度材は熱膨張係数が低強
度材より大きい傾向にあり、熱膨張係数の小さい低強度
材と組み合わせて使用する際には、両者を組み合わせる
嵌合部付近で熱膨張差による突き上げ下げの現象(実施
の形態で後述する)が顕著となる。そして、従来の設計
条件の範囲内では使用する各材料の物性値(熱膨張係
数)には大きな差異がなかったが、昨今、圧縮機の吐出
圧力を従来より高く設定する傾向にあり、各材料の物性
値の差異が大きくなっている。However, high-temperature high-strength materials tend to have a higher thermal expansion coefficient than low-strength materials, and when used in combination with a low-strength material having a low thermal expansion coefficient, thermal expansion near the fitting portion where the two are combined. The phenomenon of pushing up and down due to the difference (described later in the embodiment) becomes remarkable. Although the physical properties (coefficients of thermal expansion) of the materials used did not differ greatly within the range of the conventional design conditions, recently, there has been a tendency to set the discharge pressure of the compressor higher than before, The difference in the physical property values is large.
【0008】また、同一材料を使用した場合でも環境温
度を均一化することによる熱膨張差低減構造が採用され
る傾向にあった。これは環境温度自体の差異による熱膨
張差による突き上げ下げ影響の方が大きいためである。Further, even when the same material is used, there has been a tendency to adopt a structure for reducing the difference in thermal expansion by making the environmental temperature uniform. This is because the effect of pushing up and down due to the difference in thermal expansion due to the difference in the environmental temperature itself is greater.
【0009】さらに、環境温度均一化により熱膨張差を
低減する例としては、例えば特開平2-81902号公報に記
載されたものが知られている。図3はこのタービン部の
構造断面図であり、ガスタービンロータは複数枚の動翼
が外周部に取り付けられたロータディスクをスペーサを
介して多段単位で回転軸方向に重ね合わせられるスタッ
クドロータである。Further, as an example of reducing the thermal expansion difference by making the environmental temperature uniform, the one described in, for example, JP-A-2-81902 is known. FIG. 3 is a structural cross-sectional view of the turbine section. The gas turbine rotor is a stacked rotor in which a plurality of rotor blades attached to the outer peripheral portion are overlapped in a multi-stage unit in the rotation axis direction via spacers. .
【0010】図中、左側が上流前段側、右側が下流後段
側であり、8はロータディスク、9は動翼でロータディ
スク8の外周に取り付けられており、10は静翼、11
はシュラウドで静翼10の先端を拘束し、12はスペー
サでロータディスク8、8’間に挿入されている。ロー
タディスク8とロータディスク8’間に介在するスペー
サ12とを貫通してロータディスク軸を中心とする円周
上に抽気孔群13が設けられ、抽気孔群13を通じて環
境温度を均一化するための媒体が前段から後段へと流さ
れる。孔群13へ導かれた媒体は周辺のロータディスク
8の温度を全段を通じて均一化した後にロータディスク
外部へ排出され、環境温度を均一化し、隣り合うロータ
ディスク間の温度差による熱膨張差低減を実現してい
る。In the figure, the left side is the upstream front side and the right side is the downstream rear side, 8 is a rotor disk, 9 is a moving blade attached to the outer periphery of the rotor disk 8, 10 is a stationary blade, 11
Is a shroud that restrains the tip of the stationary blade 10, and 12 is a spacer that is inserted between the rotor disks 8, 8 '. A group of bleed holes 13 is provided on the circumference centered on the rotor disk axis through the spacer 12 interposed between the rotor disk 8 and the rotor disk 8 ′. Is flowed from the former stage to the latter stage. The medium guided to the group of holes 13 is discharged to the outside of the rotor disk after uniformizing the temperature of the surrounding rotor disk 8 through all stages, thereby equalizing the environmental temperature, and reducing the thermal expansion difference due to the temperature difference between adjacent rotor disks. Has been realized.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】近年ガスタービン設備
においては、省エネルギー、環境保全を目的として、シ
ステムの高効率化、夏場の電力需要の増大に伴い大出力
化、また市場競争に対応するためにコストダウンが求め
られるようになってきた。In recent years, gas turbine equipment has been designed to increase energy efficiency and increase power output in response to an increase in power demand in the summer, and to respond to market competition in order to save energy and protect the environment. Cost reduction has been required.
【0012】高効率化の1手段として圧縮機の高圧力比
化が採用される傾向にあり、また出力増大の1手段とし
てガスタービンのロータ外径寸法の増加によるガスパス
環状流路面積の増大化が採用される傾向にある。As a means for increasing the efficiency, a high pressure ratio of the compressor tends to be adopted, and as a means for increasing the output, the area of the gas path annular passage is increased by increasing the outer diameter of the rotor of the gas turbine. Tend to be adopted.
【0013】従来のガスタービンと比較して、圧縮機の
高圧力比化によって断熱圧縮された作動流体はさらに昇
温し、またガスパス環状流路面積の増大化によりロータ
ディスクに発生する遠心力が増加する傾向にある。した
がってロータディスク材料としてさらに高温環境下で高
強度を有する材料の使用が求められている。As compared with the conventional gas turbine, the working fluid that has been adiabatically compressed by increasing the pressure ratio of the compressor further rises in temperature, and the centrifugal force generated in the rotor disk due to the increase in the annular area of the gas path is reduced. It tends to increase. Therefore, there is a demand for the use of a material having high strength in a high-temperature environment as a rotor disk material.
【0014】しかし、コストダウンを目的としてより熱
膨張係数が大きい高温高強度材と、熱膨張係数の小さい
低強度材を組み合わせて使用する際には、異種材料を組
み合わせる嵌合部において熱膨張差による突き上げ下げ
の現象がより顕著となるために過大な熱応力と遠心力が
重畳して発生する。However, when a high-temperature high-strength material having a higher thermal expansion coefficient and a low-strength material having a lower thermal expansion coefficient are used in combination for the purpose of cost reduction, the difference in thermal expansion in the fitting portion where different materials are combined is used. Because the phenomenon of pushing up and down is more remarkable, excessive thermal stress and centrifugal force are generated by superposition.
【0015】また、使用材料が同じでも、その周方向断
面形状が大きく異なるロータディスク間においては、嵌
合部における熱伸び差および遠心伸び差による付き上げ
下げの現象が顕著となり、過大な熱応力と遠心力が重畳
して発生する。Further, even if the material used is the same, between the rotor disks having greatly different circumferential cross-sectional shapes, the phenomenon of raising and lowering due to the difference in thermal expansion and the difference in centrifugal expansion in the fitting portion becomes remarkable, resulting in excessive thermal stress and The centrifugal force is generated by superposition.
【0016】本発明の目的は上記課題を解決して、ガス
タービンに組み込まれる圧縮機中で、隣り合い互いに異
種材料でなるロータディスクの嵌合部、および隣り合い
互いの形状の違いにより半径方向変形差が大きいロータ
ディスクの嵌合部において発生する応力を低減できる圧
縮機ロータを提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in a compressor incorporated in a gas turbine, adjacent portions of a rotor disk made of a different material from each other, and a difference in the shape of the adjacent rotor disks in the radial direction. An object of the present invention is to provide a compressor rotor capable of reducing stress generated at a fitting portion of a rotor disk having a large deformation difference.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、外周に複数の動翼を取り付けられた複数
のロータディスクが吸入空気の上流側から下流方向に順
次配置され、ロータディスクは径方向に拘束される圧縮
機ロータにおいて、ロータディスクの外周部に形成され
側面が密着される環状ハブ部と、環状ハブ部の内周に沿
い隣接する前記ロータディスクのうち一方に設けられた
円形へこみ部と、ロータディスクのうち他方で円形へこ
み部に相対し環状突起部に嵌入されるように設けられた
環状突起部と、環状突起部に形成されその断面が曲率を
有する形状とされた内孔とアーチ形状とされた外表面と
を備えたものである。In order to achieve the above object, the present invention is directed to a rotor, in which a plurality of rotor disks having a plurality of rotor blades mounted on an outer periphery are sequentially arranged from an upstream side of intake air to a downstream side. The disk is provided on one of a radially constrained compressor rotor, an annular hub portion formed on the outer peripheral portion of the rotor disk and closely contacted with the side surface, and one of the rotor disks adjacent along the inner periphery of the annular hub portion. A circular recess, an annular projection provided on the other side of the rotor disk so as to be fitted into the annular projection opposite to the circular recess, and a cross-section formed in the annular projection and having a curvature. It has an inner hole and an arched outer surface.
【0018】これにより、環状突起部の形状を、曲率を
有するR形状を基本とした内孔と、曲率を有するR形状
を基本とした外表面からなるアーチ形状とすることで剛
性を低減し、嵌入により生ずる接触応力および応力集中
が低減される。Thus, the rigidity can be reduced by making the shape of the annular projecting portion into an arch shape consisting of an inner hole based on an R shape having a curvature and an outer surface based on an R shape having a curvature. The contact stress and stress concentration caused by the fitting are reduced.
【0019】また、上記のものにおいて、外表面は直線
状にアーチ形状とすることが望ましい。さらに、内孔と
外表面の一部を直線状に削り落とした形状とすることも
良い。そして、環状ハブ部と円形へこみ部の角部に面取
りを設けることが望ましい。In the above, it is desirable that the outer surface has a linearly arched shape. Further, the inner hole and a part of the outer surface may be formed into a shape in which the inner hole and a part of the outer surface are cut straight. It is desirable to provide chamfers at the corners of the annular hub and the circular recess.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
用いて説明する。図1は、本発明の一実施の形態を示す
ガスタービン用圧縮機のロータディスク群であり、図4
はロータディスク単段の回転軸方向断面図および側面図
である。図1、図4に示すように、動翼9は根元部に設
けられたダブテール14をロータディスク8の外周部に
あけられたダブテール溝15に植え込まれることによっ
て固定される。また、圧縮機ガスパス4の断面積は上流
から下流へ減少する傾向にすることが良い。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a group of rotor disks of a gas turbine compressor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view and a side view in the direction of the rotation axis of a single-stage rotor disk. As shown in FIGS. 1 and 4, the rotor blade 9 is fixed by implanting a dovetail 14 provided at a root portion into a dovetail groove 15 provided at an outer peripheral portion of the rotor disk 8. Further, it is preferable that the cross-sectional area of the compressor gas path 4 has a tendency to decrease from upstream to downstream.
【0021】各ロータディスク8の外周部は環状のハブ
部16によって形成され、各ロータディスク8とそれに
隣接するロータディスク8とは、ハブ部16の側面17
を接触させて重ね合わされる。一方のロータディスク8
のハブ部16の内周に沿って円形へこみ部18(円内径
D)が設けられ、他方のロータディスク8’のハブ部1
6内周近傍にハブ部側面17から突出する環状突起部1
9(環外径d)が設けられている。両ロータディスク
8、8’は、一方のロータディスク8の円形へこみ部1
8(円内径D)に他方のロータディスク8’の環状突起
部19(環外径d)が嵌合することによって、互いに径
方向に拘束される。The outer peripheral portion of each rotor disk 8 is formed by an annular hub portion 16, and each rotor disk 8 and the adjacent rotor disk 8 are connected to the side surface 17 of the hub portion 16.
Are brought into contact with each other and superimposed. One rotor disk 8
A circular recess 18 (circular inner diameter)
D) is provided, and the hub portion 1 of the other rotor disk 8 'is provided.
6 An annular projection 1 protruding from the hub side surface 17 near the inner circumference.
9 (ring outer diameter d) is provided. The two rotor disks 8, 8 ′ are connected to the circular recess 1 of one rotor disk 8.
8 (circular inner diameter D) is fitted with the annular protrusion 19 (ring outer diameter d) of the other rotor disk 8 ′, whereby the rotor disks 8 ′ are radially restrained from each other.
【0022】また、各ロータディスク8のハブ部16に
は、回転中心軸20からの半径位置が等しいボルト孔2
1があけられ、そこへスタッキングボルト22が貫通
し、ナット23により両端を締め付けられることで全段
が締結され、ロータディスク8が回転軸方向に拘束され
ている。Further, in the hub portion 16 of each rotor disk 8, the bolt holes 2 having the same radial position from the rotation center axis 20 are provided.
1 is opened, the stacking bolt 22 penetrates therethrough, and both ends are fastened by tightening both ends with the nut 23, and the rotor disk 8 is restrained in the rotation axis direction.
【0023】圧縮機ロータは、それぞれ流体から仕事を
受け取る複数枚の動翼と、これら動翼が外周に沿って植
え込まれ、多段に積層された複数のロータディスクと、
これらロータディスクを貫通して締結するスタッキング
ボルトとから構成されている。そして、最前段のロータ
ディスクは前方に延びる回転軸を、最後段のロータディ
スクは後方に延びる回転軸を有している。動翼は、翼部
の根元から両横に張り出したダブテールを有し、ロータ
ディスクは、動翼のダブテールを嵌入するためにその外
周部に回転軸方向もしくは周方向に適宜の角度を持って
溝が切られている。The compressor rotor includes a plurality of rotor blades each of which receives work from a fluid, a plurality of rotor disks in which the rotor blades are implanted along the outer circumference, and which are stacked in multiple stages.
And a stacking bolt that penetrates and fastens the rotor disk. The foremost rotor disk has a rotating shaft extending forward, and the last rotor disk has a rotating shaft extending rearward. The rotor blade has a dovetail that protrudes from both sides from the root of the blade portion, and the rotor disk has a groove formed at an appropriate angle in the rotation axis direction or the circumferential direction on an outer peripheral portion of the rotor disk to fit the dovetail of the rotor blade. Is cut off.
【0024】各ロータディスクは、それぞれ内周部が外
周部より肉厚になっており、外周近傍の内周側に環状の
ハブ部を形成している。ハブ部の側面を密着させて隣り
合わせのロータディスクと重ね合わせるとともに、隣り
合わせの一方のハブ部側面に形成された円形へこみ部と
他方のハブ部側面に形成された環状突起部が軸穴方式で
嵌合している。さらに各ロータディスクは、それぞれ回
転中心軸から等しく周方向に等間隔にあけられた孔群を
有しており、この孔群にそれぞれスタッキングボルトを
貫通させ、ハブ部を介して締結することによって、複数
段のロータディスクがスタックされて軸方向に固定され
ている。Each rotor disk has a thicker inner peripheral portion than the outer peripheral portion, and forms an annular hub portion on the inner peripheral side near the outer periphery. The side surfaces of the hub portion are brought into close contact with each other and overlapped with the adjacent rotor disk, and the circular recess formed on the side surface of one of the adjacent hub portions and the annular projection formed on the side surface of the other hub portion are fitted by a shaft hole method. I agree. Furthermore, each rotor disk has a group of holes equally spaced from the center axis of rotation in the circumferential direction, and the stacking bolts are respectively passed through the group of holes and fastened through the hub portion. A plurality of stages of rotor disks are stacked and fixed in the axial direction.
【0025】図1に示すように,吸入空気の上流寄り
(図1で左側)で圧縮空気の温度が比較的低い前段に配
置されたロータディスク群24は、高温で高強度を必要
としない。よって、熱膨張係数の小さい低合金鋼からな
り、圧縮空気の温度がある程度高くなる中段及び後段に
配置されたロータディスク群25は、高温強度が高く、
それに伴い熱膨張係数の大きくなる高合金材料とするこ
とが良い。As shown in FIG. 1, the rotor disk group 24 disposed upstream of the intake air (on the left side in FIG. 1) and at the front stage where the temperature of the compressed air is relatively low does not require high strength at high temperatures. Therefore, the rotor disk group 25, which is made of a low alloy steel having a small coefficient of thermal expansion and has a somewhat higher temperature of the compressed air and is disposed in the middle and rear stages, has a high high-temperature strength,
Accordingly, it is preferable to use a high alloy material having a large thermal expansion coefficient.
【0026】ロータディスク群24とロータディスク群
25との境界で隣り合う2つのロータディスクの嵌合部
の挙動を説明する。高温になると高合金材料でなるロー
タディスク25側の環状突起部19の環外径dの伸びが
低合金ロータディスク24の円形へこみ部18の内径D
の伸びよりも大きくなる。よって、環状突起部19が内
側へ突き下げられる状態となり、環状突起部19の根元
部に応力が発生する。温度が低下すると、突き下げられ
る状態が解消する。したがって、圧縮機の運転/停止の
繰り返しにより環状突起部19の突き上げ下げが繰り返
され、これを突き上げ下げの現象と称している。The behavior of a fitting portion between two adjacent rotor disks at the boundary between the rotor disk group 24 and the rotor disk group 25 will be described. At high temperatures, the elongation of the outer ring diameter d of the annular projection 19 on the rotor disk 25 side made of a high alloy material increases the inner diameter D of the circular recess 18 of the low alloy rotor disk 24.
Larger than the elongation. Accordingly, the annular projection 19 is pushed down inward, and stress is generated at the root of the annular projection 19. When the temperature decreases, the state of being pushed down disappears. Therefore, the repetition of the operation / stop of the compressor repeatedly raises and lowers the annular projection 19, which is called a phenomenon of raising and lowering.
【0027】突き上げ下げの現象を抑制するために、隣
接する前後2段のロータディスクのうち、環状突起部1
9を周方向からみた断面形状として、曲率を有するR形
状を基本とした内孔26と、曲率を有するR形状を基本
とした外表面27からなるアーチ形状を採用することで
嵌合部における環状突起部19の剛性を低減し、遠心伸
び及び熱伸びの差により発生する変位制御型の応力が低
減される。In order to suppress the phenomenon of pushing up and down, the annular projection 1
By adopting an arch shape composed of an inner hole 26 based on an R-shape having a curvature and an outer surface 27 based on an R-shape having a curvature as a cross-sectional shape as viewed from the circumferential direction, an annular shape at the fitting portion is obtained. The rigidity of the projection 19 is reduced, and the displacement control type stress generated by the difference between the centrifugal elongation and the thermal elongation is reduced.
【0028】応力低減の仕組みを図5を用いて説明す
る。図中左側は従来の嵌合構造の一例である。遠心伸び
及び熱伸び変位差による過大な変位制御型荷重28が環
状突起部19に下向きに作用すると、環状突起部19の
根元角部29において高い応力集中が発生し、円形へこ
み部18と環状突起部19間の接触面30においても、
高い接触応力が発生する。The mechanism for reducing the stress will be described with reference to FIG. The left side in the figure is an example of a conventional fitting structure. When an excessive displacement control type load 28 due to the difference in centrifugal elongation and thermal elongation displacement acts on the annular protrusion 19 downward, a high stress concentration occurs at the root corner 29 of the annular protrusion 19, and the circular recess 18 and the annular protrusion Also at the contact surface 30 between the parts 19,
High contact stress occurs.
【0029】図中右側に示すように根元角部29を廃し
て曲率を有するR形状を基本とした内孔26を設けるこ
とで、応力集中部を排除できる。また、環状突起部19
自身の形状を曲率を有するR形状を基本とした外表面2
7からなるアーチ形状とすることで、変位制御型荷重2
8を受けとめ、円形へこみ部18と環状突起部19間の
接触面30における接触応力が低減される。As shown on the right side of the figure, the stress concentration portion can be eliminated by eliminating the root corner portion 29 and providing the R-shaped inner hole 26 having a curvature. In addition, the annular protrusion 19
Outer surface 2 based on R-shape having its own curvature
7, the displacement control type load 2
8, the contact stress at the contact surface 30 between the circular recess 18 and the annular projection 19 is reduced.
【0030】図6は、他の実施の形態であり、図に示す
ように隣接する前後2段のロータディスクのうち、環状
突起部19を周方向からみた断面形状として、曲率を有
するR形状を基本とした内孔26と、曲率を有するR形
状を基本とした外表面27からなるアーチ形状を採用す
るとともに、内孔26の一部に直線部31を設けること
で嵌合部における環状突起部19の剛性を低減し、遠心
伸び及び熱伸びの差により発生する変位制御型の応力が
低減され、かつ加工が容易となる。FIG. 6 shows another embodiment. As shown in the figure, of the two adjacent rotor disks, the annular projection 19 has a cross-sectional shape as viewed from the circumferential direction, and has an R shape having a curvature. By adopting an arch shape consisting of a basic inner hole 26 and an outer surface 27 based on an R-shape having a curvature, an annular projection portion in a fitting portion is provided by providing a straight portion 31 in a part of the inner hole 26. 19, the displacement control type stress generated due to the difference between the centrifugal elongation and the thermal elongation is reduced, and the processing is facilitated.
【0031】図7は、さらに他の実施の形態であり、図
に示すように隣接する前後2段のロータディスクのう
ち、環状突起部19を周方向からみた断面形状として、
楕円形状を基本とした内孔26と、曲率を有するR形状
を基本とした外表面27からなるアーチ形状を採用する
ことで嵌合部における環状突起部19の剛性を低減し、
遠心伸び及び熱伸びの差により発生する変位制御型の応
力が低減される。FIG. 7 shows still another embodiment. As shown in FIG. 7, of the two adjacent rotor disks, the annular projection 19 has a sectional shape viewed from the circumferential direction.
The adoption of an arch shape consisting of an inner hole 26 based on an elliptical shape and an outer surface 27 based on an R shape having a curvature reduces the rigidity of the annular projection 19 in the fitting portion,
The displacement control type stress generated by the difference between the centrifugal elongation and the thermal elongation is reduced.
【0032】図8はさらに他の実施の形態であり、図に
示すように隣接する前後2段のロータディスクのうち、
環状突起部19を周方向からみた断面形状として、楕円
形状を基本とした内孔26と、曲率を有するR形状を基
本とした外表面27からなるアーチ形状を採用するとと
もに、内孔26の一部に直線部31を設けることで嵌合
部における環状突起部19の剛性を低減し、遠心伸び及
び熱伸びの差により発生する変位制御型の応力を低減
し、かつ加工が容易となる。FIG. 8 shows still another embodiment. As shown in FIG.
As the cross-sectional shape of the annular projection 19 viewed from the circumferential direction, an arch shape including an inner hole 26 based on an elliptical shape and an outer surface 27 based on an R shape having a curvature is adopted. By providing the linear portion 31 in the portion, the rigidity of the annular protrusion 19 in the fitting portion is reduced, the stress of the displacement control type generated due to the difference between the centrifugal elongation and the thermal elongation is reduced, and the processing is facilitated.
【0033】図9はさらに他の実施の形態であり、図に
示すように隣接する前後2段のロータディスクのうち、
環状突起部19を周方向からみた断面形状として、曲率
を有するR形状を基本とした内孔26と、直線を基本と
した外表面27からなるアーチ形状を採用することで嵌
合部における環状突起部19の剛性を低減し、遠心伸び
及び熱伸びの差により発生する変位制御型の応力が低減
される。[0033] Figure 9 is a another embodiment in the et, of two front and rear stage rotor disk adjacent as shown in FIG,
The annular projection 19 at the fitting portion is formed by adopting an arch shape composed of an inner hole 26 based on an R shape having a curvature and an outer surface 27 based on a straight line as a cross-sectional shape of the annular projection 19 viewed from the circumferential direction. The rigidity of the portion 19 is reduced, and the displacement control type stress caused by the difference between the centrifugal elongation and the thermal elongation is reduced.
【0034】図10はさらに他の実施の形態であり、図
10に示すように隣接する前後2段のロータディスクの
うち、環状突起部19を周方向からみた断面形状とし
て、曲率を有するR形状を基本とした内孔26と、直線
を基本とした外表面27からなるアーチ形状を採用する
とともに、内孔26の一部に直線部31を設けることで
嵌合部における環状突起部19の剛性を低減し、遠心伸
び及び熱伸びの差により発生する変位制御型の応力を低
減し、かつ加工が容易となる。FIG. 10 shows still another embodiment. As shown in FIG. 10, of the two adjacent front and rear rotor disks, the annular projection 19 has a cross-sectional shape viewed from the circumferential direction, and has an R-shape having a curvature. In addition to adopting an arch shape composed of an inner hole 26 based on a straight line and an outer surface 27 based on a straight line, the rigidity of the annular projection 19 in the fitting portion is obtained by providing a straight portion 31 in a part of the inner hole 26. , And the stress of the displacement control type generated by the difference between the centrifugal elongation and the thermal elongation is reduced, and the working becomes easy.
【0035】図11は、さらに他の実施の形態であり、
図に示すように隣接する前後2段のロータディスクのう
ち、環状ハブ部16と円形へこみ部18の交差する角部
32に円形へこみ部18のへこみ部長さの1/7以上の面
取り33を設けることで嵌合部における円形へこみ部1
8の剛性を低減し、遠心伸び及び熱伸びの差により発生
する変位制御型の応力を低減している。実施の形態7に
おける面取りは角Rでもよい。上記の各実施の形態にお
いて、製作上の都合により各角部に角Rを設けても良
い。FIG. 11 shows still another embodiment.
As shown in the figure, a chamfer 33 of 1/7 or more of the length of the concave portion of the circular concave portion 18 is provided at the corner 32 where the annular hub portion 16 and the circular concave portion 18 intersect among the adjacent two-stage rotor disks. The circular recessed part 1 in the fitting part
8, the displacement control type stress generated by the difference between the centrifugal elongation and the thermal elongation is reduced. The chamfer in the seventh embodiment may be a corner R. In each of the above embodiments, a corner R may be provided at each corner for convenience in manufacturing.
【0036】以上より異種材料接触部付近における熱膨
張差による突き上げ下げ現象を十分に抑制し、ロータデ
ィスク内で発生する応力が低減される。As described above, the phenomenon of pushing up due to the difference in thermal expansion near the dissimilar material contact portion is sufficiently suppressed, and the stress generated in the rotor disk is reduced.
【0037】[0037]
【発明の効果】本発明によれば、環状突起部を周方向か
らみた断面形状を曲率を有するR形状を基本とした内孔
と曲率を有するR形状を基本とした外表面からなるアー
チ形状とすることで剛性を低減し、嵌入による変位制御
型荷重により発生する応力を低減できる。According to the present invention, the cross-sectional shape of the annular projection as viewed from the circumferential direction has an inner hole based on an R shape having a curvature and an arch shape formed of an outer surface based on an R shape having a curvature. By doing so, the rigidity can be reduced, and the stress generated by the displacement control type load due to the fitting can be reduced.
【図1】本発明の一実施の形態による圧縮機ロータの構
造を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a compressor rotor according to an embodiment of the present invention.
【図2】一般的なガスタービンの構造を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a general gas turbine.
【図3】従来の熱伸び差を解消するタービンロータの構
造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional turbine rotor that eliminates a difference in thermal expansion.
【図4】一実施の形態によるロータディスク単段の構造
を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of a single-stage rotor disk according to one embodiment.
【図5】ロータディスクの嵌合部にて作用する荷重の仕
組みを説明する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a mechanism of a load acting on a fitting portion of the rotor disk.
【図6】他の実施の形態による嵌合部の構造を示す断面
図である。FIG. 6 is a sectional view showing a structure of a fitting portion according to another embodiment.
【図7】さらに、他の実施の形態による嵌合部の構造を
示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a structure of a fitting portion according to another embodiment.
【図8】さらに、他の実施の形態による嵌合部の構造を
示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a structure of a fitting portion according to another embodiment.
【図9】さらに、他の実施の形態による嵌合部の構造を
示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a fitting portion according to another embodiment.
【図10】さらに、他の実施の形態による嵌合部の構造
を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a fitting portion according to another embodiment.
【図11】さらに、他の実施の形態による嵌合部の構造
を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a structure of a fitting portion according to another embodiment.
1 圧縮機 2 燃焼器 3 タービン 4 ガスパス 5 最前段ロータディスク 6 最後段ロータディスク 7 中間段ロータディスク 8 ロータディスク 9 動翼 10 静翼 11 シュラウド 12 スペーサ 13 ボルト孔 14 ダブテール 15 ダブテール溝 16 環状ハブ部 17 ハブ部側面 18 円形へこみ部 19 環状突起部 20 回転中心軸 21 スタッキングボルト孔 22 スタッキングボルト 23 ナット 24 前側ロータディスク 25 後側ロータディスク 26 内孔 27 外表面 28 変位制御型荷重 29 根元角部 30 接触面 31 直線部 32 公差角部 33 面取り REFERENCE SIGNS LIST 1 compressor 2 combustor 3 turbine 4 gas path 5 foremost rotor disk 6 last stage rotor disk 7 intermediate stage rotor disk 8 rotor disk 9 rotor blade 10 stationary blade 11 shroud 12 spacer 13 bolt hole 14 dovetail 15 dovetail groove 16 annular hub 17 Hub Side Surface 18 Circular Depression 19 Annular Projecting 20 Rotation Center Shaft 21 Stacking Bolt Hole 22 Stacking Bolt 23 Nut 24 Front Rotor Disk 25 Rear Rotor Disk 26 Inner Hole 27 Outer Surface 28 Displacement Control Type Load 29 Root Corner 30 Contact surface 31 Linear part 32 Tolerance corner part 33 Chamfer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 泰弘 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 電力・電機開発 本部内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 29/34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yasuhiro Kato 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Electric Power & Electric Equipment Development Division (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB Name) F04D 29/34
Claims (4)
タディスクが吸入空気の上流側から下流方向に順次配置
され、前記ロータディスクは径方向に拘束される圧縮機
ロータにおいて、 前記ロータディスクの外周部に形成され側面が密着され
る環状ハブ部と、前記環状ハブ部の内周に沿い隣接する
前記ロータディスクのうち一方に設けられた円形へこみ
部と、前記ロータディスクのうち他方で前記円形へこみ
部に相対し前記円形へこみ部に嵌入されるように設けら
れた環状突起部と、前記環状突起部に形成されその断面
が曲率を有する形状とされた内孔とアーチ形状とされた
外表面とを備えたことを特徴とする圧縮機ロータ。1. A plurality of rotor disks Installing a plurality of rotor blades on the outer periphery are sequentially disposed downstream from the upstream side of the intake air, the compressor rotor the rotor disks are constrained in the radial direction, the rotor An annular hub portion formed on the outer peripheral portion of the disk and closely contacting the side surface; a circular recess provided on one of the adjacent rotor disks along the inner periphery of the annular hub portion; An annular protrusion provided to be fitted into the circular recess in opposition to the circular recess , an inner hole formed in the annular protrusion and having a cross-sectional shape having a curvature, and an arch shape; A compressor rotor having an outer surface.
面は直線状にアーチ形状とされたことを特徴とする圧縮
機ロータ。2. The compressor rotor according to claim 1, wherein said outer surface has a linearly arched shape.
おいて、前記内孔と前記外表面の一部を直線状に削り落
とした形状とされたことを特徴とする圧縮機ロータ。3. The compressor rotor according to claim 1, wherein said inner hole and a part of said outer surface are cut off linearly.
において、前記環状ハブ部と前記円形へこみ部の角部に
面取りが設けられたことを特徴とする圧縮機ロータ。4. The compressor rotor according to claim 1, wherein a chamfer is provided at corners of said annular hub and said circular recess.
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