JPH0153737B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タービンデイスク回転試験装置の改
良に係り、デイスクとシヤフトとの芯を自動調節
し、回転速度をより速くできるようにしたタービ
ンデイスクの回転試験装置に関する。

タービンデイスクの先端部には、タービンブレ
ードが取付けられ、高速回転で使用される。

従つて実際の使用状態においては、デイスク単
体よりも重量が大となり、且つ回転直径（ブレー
ドの先端）も大きくなるので、デイスクには大き
な遠心応力が生じることになり、この遠心応力に
対する運転中の信頼性確認のために、デイスク単
体でたとえば5000rpmの高速回転を与える回転試
験が行なわれる。

又上記信頼性確認とは別にデイスクを加熱しつ
つたとえば6000rpmに高速回転させ、これによつ
て発生する遠心力によりデイスク内孔近傍を塑性
変形させて、回転停止後残留応力が残るように
し、この残留応力と実際の運転中たとえば
3000rpmで発生する遠心力とを相殺して、デイス
クにかかる内部応力を軽減するというデイスクの
強化法が実施されている。

この原理についてさらに詳しく説明する。

第１図に示すように、内孔径ｄを有する直径Ｄ
の円板を高速回転させた場合、遠心力によつて内
孔径ｄが大きくなる。

この現象は、円板の回転による遠心力により円
板内部の引張の遠心応力が発生するもので、内孔
径ｄもこの遠心力により拡大するものである。

この応力分布を、円板のある一点Ｏをとつて示
せば、曲線Ａのようになり、内孔に最も近い部分
が最大となり、円板の外周に近い程小さくなる。

この引張応力が円板材料の降状点を越えるよう
にすると、円板近傍が塑性変形を生ずるようにな
り、その後回転を停止した状態で、この内孔近傍
には圧縮の残留応力が残ることとなる。

このような円板からなるデイスクを実際のター
ビンに使用した場合、回転によつて生じる引張の
遠心応力は、内孔近傍において圧縮の残留応力と
相殺されるため、円板の遠心力に対する強度を強
化することができる。

この関係を第２図に示す。同図において、０点
は第１図で示すように、内孔のある点であり、ｙ
軸は、上記０点を原点とした円板の半径方向位置
を示し、ｘ軸は、０点を応力０とした引張応力軸
である。又曲線Ａは、円板のタービン運転中の回
転によつて発生する引張応力、曲線Ｂは、あらか
じめ円板に与えられた圧縮残留応力であり、この
両応力は、ｙ軸を境にして、円板回転中は相反す
る方向に作用し合い、円板には、実際の運転中曲
線Ｃのような合成応力が作用することになる。

このように、あらかじめ円板に高速回転を与え
内孔近傍を塑性変形させることにより、それによ
つて生じる圧縮残留応力（曲線Ｂ）の効果によつ
てタービン運転中に円板に発生する引張の遠心応
力を曲線Ａから曲線Ｃまで低減することができ
る。

上記の残留応力は、材料の弾性限界内ではその
材料に与えることができず、材料の降伏点におい
て付与されるものである。

従つて円板に残留応力を与えるためには、円板
を超高速回転させ、円板材料の降伏点まで遠心応
力を与える必要がある。

従来のタービンデイスクの回転試験装置は、第
３図及び第４図に示す構造であつた。

即ち、第３図に示す従来の回転試験装置は、タ
ービンデイスク１の内孔にシヤフト２を焼き嵌め
し、ブツシユ３及び皿バネ４を介して、ナツト５
により締付け、タービンデイスク１をシヤフト２
に固定していた。

この回転試験装置において、タービンデイスク
１を高速回転させた場合、遠心力によつて、ター
ビンデイスク１の内孔が大きくなつて、シヤフト
２との固定状態が緩み、タービンデイスク１と、
シヤフト２との間の同芯が保持されなくなり、ア
ンバランスを生じて、振動が発生する。

又シヤフト２をタービンデイスク１に同芯状に
焼き嵌めするのはむずかしく、高精度に同芯にす
ることが困難である。その結果、タービンデイス
クを高速回転させた場合、アンバランスを助長
し、振動が発生した。

このような理由により、本装置では、デイスク
外径が1500mmの場合を例にすれば、3000RPM以
上の回転を上げることができず、タービンデイス
クに残留応力を付与することができないという欠
点があつた。

次に第４図に示す従来の回転試験装置は、シヤ
フト２に薄肉のコーン形状部２ａを設け、このコ
ーン形状部２ａに、タービンデイスク１をボルト
７とナツト８によつて固定していた。

このように構成することによつて、タービンデ
イスク１の遠心力によつて発生する変形に対し
て、コーン形状部２ａを変形追従させ、タービン
デイスク１とシヤフト２の同芯を保持するように
していた。

しかしながら、シヤフトの重量が大となり、特
に大型のタービンデイスクにあつては、回転体の
総重量の増加が問題となる。

即ち、高速回転において、大きな回転体重量を
支持し、高速回転させた場合、アンバランスによ
る振動に対する、支持部の強度上の問題や、駆動
動力の問題があり、高速回転の速度には限界があ
る。又、コーン形状部２ａとタービンデイスク１
との接続部近傍において、大きな遠心力が発生す
るため、コーン形状部２ａの強度に問題があり、
可能な最高回転速度が決つてしまう。

例えば、タービンデイスクの外径が1500mm、ボ
ルト７のピツチ円径が1000mmの場合、最高回転速
度は、5000RPMとなる。

この為、タービンデイスクには、充分なる残留
応力を付与することができないという欠点があつ
た。

又、タービンデイスクを加熱或は冷却して試験
をすることがあり、このような場合は、コーン形
状部によつて、タービンデイスクの上半を覆つて
しまうので、効率よく均一に加熱或は冷却するこ
とができないという欠点があつた。

本発明は、上記従来の欠点を解決した、超高速
回転可能な、タービンデイスク回転試験装置を提
供せんとするものである。

即ち本発明は、タービンデイスクの内孔両側に
擂鉢状のテーパ孔を形成し、一方シヤフトの一端
に前記内孔の両側に形成したテーパ孔に嵌合する
円錐状の突出部を設け、このシヤフトをタービン
デイスクの内孔に挿通すると共に、シヤフトの他
方に円錐状に成形したブツシユを嵌入し、このブ
ツシユとシヤフトに設けた円錐状の突出部との間
に、デーパ孔の面圧力によつてタービンデイスク
を挾持し、タービンデイスクが高速回転して内孔
が大きくなつても、テーパ孔の面によつてタービ
ンデイスクを挾持し、且つシヤフトとの同芯を保
持するようにしたことを特徴とする。

以下本発明の実施例について説明する。以下説
明に当つて、先ず本実施例の概要について第６図
を用いて説明する。

図において、タービンデイスク１の内孔１４の
両側に、擂鉢状のテーパ孔１３が形成されてい
る。一方のシヤフト２の一端には、前記内孔１４
の両側に形成したテーパ孔１３に嵌合する円錐状
の突出部１２を設け、このシヤフト２を内孔１４
に挿通して円錐状の突出部１２とテーパ孔１３と
を嵌合させると共に、シヤフト２の他方に、円錐
状に成形したブツシユ３を嵌入し、このブツシユ
３と、突出部２との間に、テーパ孔１３の面圧力
によつてタービンデイスク１を挾持し、上記面圧
力は、皿バネ４と球面座金６を介して、ナツト５
を締付けることによつて与えられるようにしたも
のである。

このように構成することによつて、タービンデ
イスク１が回転し、内孔１４が大きくなつても、
皿バネ１４の弾性力によつて、テーパ孔１３に、
円錐状の突出部１２とブツシユ３が押し込まれ、
タービンデイスク１をシヤフト２に挾持固定する
と共に、この両者間の同芯を保持し、アンバラン
スによる振動をなくして、タービンデイスク１を
高速回転させるようにし、残留応力を付加するよ
うにしたものである。

以下その詳細をさらに詳しく説明する。第５図
は、回転試験装置の概要を示したものである。

図において、タービンデイスク１はシヤフト２
に固定され、このシヤフト２は、駆動タービン９
に接続されている。この駆動タービン９は、フレ
ーム１０の上に固定され、フレーム１０は、ター
ビンデイスク１の外側を包み込んで基礎１１上に
固定されている。

第６図は、タービンデイスク１とシヤフト２の
固定をさらに詳しく示したものである。

図において、タービンデイスク１の中心に内孔
１４が穿設されている。この内孔１４の両側に
は、擂鉢状のテーパ孔１３が形成されている。シ
ヤフト２の一端には、テーパ孔１３に嵌合する円
錐状の突出部１２が設けられている。３はブツシ
ユであり、テーパ孔１３に嵌合するように円錐形
に成形されている。４は皿バネ、６は球面座金で
あり、ナツト５の締付力は、球面座金６を介して
皿バネに均等に伝えられ、皿バネ４の弾性力によ
つて、ブツシユ３は、均等な力で押し付けられ
る。

つまり、タービンブレード１は、テーパ孔１３
に嵌合する突出部１２とブツシユ３によつて、皿
バネ４の弾性力で挾持され、内孔１４に挿通した
軸２に固定されている。又内孔１４部において、
シヤフト２の直径は、内孔よりも小さくなつてお
り、環状の隙間をもたせている。

以上のように構成した本実施例の作用を次に説
明する。

先ず、タービンデイスク１は、シヤフト２を介
して、駆動タービン９により回転させられる。こ
の回転速度は、回転試験の目的に応じ、5000〜
20000RPMの範囲で回転制御しながら行なわれ
る。

タービンデイスク１が高速回転させられると、
遠心力により、内孔１４の内径が大きくなる。こ
のような場合、内孔１４の両側に形成した擂鉢状
のテーパ孔１３において、シヤフト２の一端に設
けた突出部１２とブツシユ３との嵌合面が滑りな
がら、皿バネ４の弾性力によつて、テーパ孔１３
に押込まれる。

このように、内孔１４の広がりに応じて、突出
部１２とブツシユ３が、テーパ孔１３内に押込ま
れ、タービンデイスク１をシヤフト２に固定保持
すると同時に、タービンデイスク１とシヤフト２
の芯を同芯状に合せる。

又逆に、回転速度が遅くなり、内孔１４の内径
が小さくなつても、テーパ孔１３とブツシユ３及
び突出部１２との間の嵌合面で滑りながら、ブツ
シユ３と突出部１２はテーパ孔１３から押し出さ
れる。

このように、内孔１４の内径の変化に応じ、タ
ービンデイスク１の固定状態を保持しながら、同
時に芯合せを自動的に行なう。

以上詳述した通り本発明の回転装置によれば、
タービンデイスクの内孔の両側に該内孔と同芯的
に擂体状のテーパ孔を形成し、一方シヤフトの一
端に前記タービンデイスクに形成したテーパ孔に
嵌合する円錐状の突出部を設け、該シヤフトをタ
ービンデイスクの内孔に挿通して円錐状に成形し
たブツシユを嵌入し、該ブツシユとシヤフトに設
けた円錐状の突出部を互いに内方対向方向に押圧
し、テーパ孔との間の面圧力によつてタービンデ
イスクを常に同芯位置に挾持するようにしたの
で、遠心力によつて変化する内孔の内径に対し、
タービンデイスクをシヤフトに固定保持すると同
時に自動調芯することができ、タービンデイスク
を高速回転させてもアンバランスによる振動は発
生しない。

このことからタービンデイスクに降伏点まで遠
心荷重をかけ、残留応力を付与させることがで
き、高速回転により発生する遠心力に対し、ター
ビンデイスクの強度を強化させることができる。

このように、回転装置の振動の問題を解決し、
回転試験の目的に合つた回転速度をもつて、ター
ビンデイスクの回転試験を確実に行なつて、回転
試験の信頼性を向上させると共に、タービンデイ
スクの強度強化を行ない、タービンデイスク自体
の信頼性も向上させるなど多大な効果を有する。

さらには、従来の焼き嵌めや、ボルト締めによ
るタービンデイスクの固定手段に比べ、組立解体
が簡単であり、又タービンデイスクの加熱冷却も
容易であり、操作性の向上をもたらす外、装置自
体を小型化することができ、その結果駆動動力が
少なくて済み、経済性の点でも、大多な効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、円板を高速回転させたと
き、遠心力によつて円板に圧縮応力が働く状態と
残留応力との関係を説明するために示した図、第
３図及び第４図は従来例であり、第３図は焼き嵌
めによつて、又第４図はボルト締めによつて、タ
ービンデイスクをシヤフトに固定した部分組立断
面図、第５図及び第６図は本発明の実施例であ
り、第５図は装置全体の概略を、又第６図はター
ビンデイスクとシヤフトの固定部分をそれぞれ縦
断面して示した図である。 １……タービンデイスク、２……シヤフト、４
……皿バネ、５……ナツト、６……球面座金、１
２……突出部、１３……テーパ孔、１４……内
孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ タービンデイスクの内孔の両側に該内孔と同
   芯的に擂体状のテーパ孔を形成し、一方シヤフト
   の一端に前記タービンデイスクに形成したテーパ
   孔に嵌合する円錐状の突出部を設け、該シヤフト
   をタービンデイスクの内孔に挿通して円錐状の突
   出部とテーパ孔を嵌合させると共に、シヤフトの
   他方に円錐状に成形したブツシユを嵌入し、該ブ
   ツシユとシヤフトに設けた円錐状の突出部を互い
   に内方対向方向に押圧し、テーパ孔との間の面圧
   力によつてタービンデイスクを常に同芯位置にて
   挟持するように構成したことを特徴とする自動調
   芯付タービンデイスク回転試験装置。