JPH09189298A - 圧縮機ロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 円板のき裂発生、ロータ軸の振動不安が生じ
ない圧縮機ロータの提供。 【解決手段】 隣接させた円板６双方の接触面１０に対
向して、周方向へ等ピッチに、複数の円筒状の穴１１を
ロータ軸方向にあけ、この穴１１にピン１２を挿入し
て、このピン１２によってもトルクを伝達するようにし
て、接触面１０に生じることのあった滑りの発生を防止
するようにした。これにより、圧縮機ロータ２０の加工
公差、締付精度に設計条件からずれることがあっても、
また、設計条件外の運転により、過大な伝達トルクが生
じても、接触面１０に滑りが生じるようなことがなくな
り、この滑りに起因する円板６のき裂、又はロータ軸の
振動不安定の発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン、ジ
ェットエンジン等に圧縮した燃焼空気を供給するための
圧縮機ロータに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼器内に供給された圧縮空気内に燃料
を噴射して、動力を発生させるようにしたガスタービン
は、図２に示す構成にされたものが使用されている。図
に示すように、このようなガスタービンは、圧縮機１で
大気から導入した空気Ａを圧縮し、この圧縮空気が供給
された燃焼器２内に燃料Ｆを噴射して、高温、高圧の燃
焼ガスを発生させ、それをタービン部３に供給して動力
を発生させて、ロータ軸１７を介して、この動力で発電
機４および圧縮機１を駆動する構成となっている。

【０００３】このようなガスタービンで使用される圧縮
機１は、図３（ａ）に示すように、動翼５を外周縁に植
設した円板６を複数枚重ね合せて配設し、各円板６の中
心部円周方向に、所定間隔で十数個設けた貫通孔７に通
しボルト８を軸方向に通して、隣接した各円板６相互を
締付け、圧縮機ロータ２０を形成するようにしている。
すなわち、円板６の中心部には、ロータ軸１７を貫通さ
せず、ロータ軸１７とは、重ね合せて配設した円板６の
うちの、両端に配置した円板６の外側面に設けたフラン
ジで結合し、タービン部３からの駆動力で回転して、導
入された空気を圧縮するとともに、タービン部３から駆
動力を発電機４へ伝達するようにしている。

【０００４】このように、通常の回転体とは異り、中心
部にロータ軸１７を貫通して設けないため、この圧縮機
ロータ２０の芯出しのため、円板６の中心部にはインロ
ー９を設けている。これにより、圧縮機ロータ２０を駆
動するためタービン部３からロータ軸１７を介し、伝達
される全てのトルク荷重は、隣接する円板６側面の接触
面１０の摩擦力によって、ロータ軸１７方向に重ね合わ
された各円板６に伝達される。

【０００５】しかしながら、このように構成された圧縮
機ロータ２０では、重量が軽減されるとともに、ロータ
軸１７への取付け、取外しが容易になる反面、圧縮機ロ
ータ２０の加工公差や締付精度、及び運転時の設計条件
からのずれなどで、全てのトルクに対して接触面１０が
充分な摩擦伝達トルクを持っていないと、円板６の接触
面１０に徴少なすべりが生じ、その結果として、フレッ
ティング、すなわち、接触面１０に弾性ひずみが発生
し、フレッティングに起因する疲労、摩耗により、円板
６に、き裂発生やロータ軸１７振動に不安定が生じるこ
とが懸念されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の圧縮
機ロータの上述した不具合を解消するため、加工公差や
締付精度、又は運転時に設計条件からずれることがあっ
ても、円板のき裂発生や、ロータ軸振動に不安定が生じ
ることのない圧縮機ロータの提供を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の圧縮
機ロータは、次の手段とした。

【０００８】（１）ロータ軸に沿って並行に配設された
円板の、隣接する円板との接触面に、相互に対向させ
て、円板の周方向に等ピッチに、ロータ軸方向に軸心を
設けた複数の円筒状の穴を設けた。なお、穴は円板の軸
方向に穿設されるが、円板を貫通しないものとし、円板
の周方向に十数個設けるように、ピッチを定めることが
好ましい。

【０００９】（２）隣接する円板の接触面に、それぞれ
対向して穿設された円筒状の穴に、接触面を相互に連結
し、滑りを防止する円柱状のピンを挿入した。

【００１０】本発明の圧縮機ロータは、上述した
（１），（２）の手段により、 （１′）圧縮機ロータの加工公差や、締付精度に設計条
件からのずれがあっても、また運転条件が緊急停止時等
の最大トルク発生した場合でも、接触面の摩擦によるト
ルク伝達だけでなく、この接触面の穴に挿入したピンに
よっても、トルクを伝達することができ、各円板間の接
触面でのすべりを防げることができる。これにより、フ
レッティングの発生を防止でき、円板に発生することの
あった、き裂発生を防止できるとともに、ロータ軸振動
に不安定が生じることがなくなる。

【００１１】また、請求項２の本発明の圧縮機ロータ
は、上述した（１），（２）の手段に加え、次の手段と
した。

【００１２】（３）円板の接触面に設ける十数個のロー
タ軸方向の穴は、円板を通過する空気の流出側の接触面
に設ける、流出側穴をピン径と同径のしまり丸穴とし、
流入側の接触面に設ける流入側穴を、円板の周方向に
は、流出側穴と同様のピン径と同径にし、円板の半径方
向には、ピン径より長くした長丸穴とした。なお、流入
側穴の長丸穴は、円板の半径方向の長さを周方向の長さ
より０．５ｍｍ程度長いものとし、タービン軸方向に重
ね合せて配置した、各段の円板に生じる半径方向の変位
差を、この長丸穴の半径方向の長さで吸収できるように
することが好ましい。

【００１３】本発明の圧縮機ロータは、上述（３）の手
段により、上述（１′）に加え、 （２′）ロータ軸方向に並設した各円板の、隣接する円
板との間で、温度の違いや、ロータ軸の重量撓みなどに
より半径方向に変位差が生じても、この長丸穴部で吸収
することができ、ピンに生じる曲げ荷重を低減すること
ができる。これにより、従来各円板間の接触面で生じる
ことのあった、すべりを確実に防止でき、円板に生じる
き裂の発生、またはロータ軸の不安定振動を確実に防止
できるとともに、ピンに生じる曲げ荷重が小さくなるこ
とにより、ピンの径を小径にでき、ひいては、ピンを挿
入する穴の形成による円板の剛性低下を小さくできる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧縮機ロータの実
施の一形態を図面にもとづき説明する。

【００１５】図１（ａ）は、本発明の圧縮機ロータの実
施の第１形態を示す縦断面図、図１（ｂ）は、図１に示
す矢視Ａ−Ａにおける正面図、図１（ｃ）は、図１のＡ
部詳細図、図１（ｄ）は、図３に示す矢視Ｂ−Ｂにおけ
る正面図である。なお、これらの図において、図３に示
す符号と同一符号のものは、同一部材若しくは類似の部
材につき、詳細説明は省略する。

【００１６】図に示すように、ロータ軸１７方向に、重
ね合わされて並設された複数枚の円板６は、図２に示す
ロータ軸１７を中心部分に貫通させることなく、図１
（ｂ）に示すように、円板６の円周方向に、等ピッチに
設けた貫通孔７を挿通して、相互に締付けているボルト
８により、各円板６を一体化して、圧縮機ロータ２０を
形成するようにしている。このように形成された圧縮機
ロータ２０は、並設された円板６のうちの、両側に配置
された円板６の外側面に固着されたフランジにより、タ
ービン部３からのロータ軸１７および発電機４と連結す
るロータ軸１７に、それぞれ連結されている。

【００１７】また、図１（ａ）に示すように、ボルト８
を挿通した位置より外周側の円周方向の円板６の両側面
に設けた接触面１０には、十数個の円筒状の穴１５を等
ピッチに軸方向にあけ、そこにピン１２を挿入し、緊急
停止時等の最大トルク発生時等においても、接触面１０
での摩擦によるトルク伝達だけでなく、このピン１２に
かかる剪断力によっても伝達し、ロータ軸１７から円板
６に伝達されるトルクを、接触面１０にすべりを生じる
ことなく、伝達することができるようにしている。

【００１８】さらに、その接触面１０に設ける十数個の
軸方向の穴１１は、図１（ｃ）に示すように、円板６を
通過する（圧縮）空気の流出側の接触面１０に設ける流
出側穴１３は、挿入するピン１２の径と同径のしまり丸
穴とし、円板６の流入側の接触面１０に設ける流入側穴
１４は、図１（ｃ）、図１（ｄ）に示すように、円板６
の周方向には、流出側穴１３と同じ径、すなわち、ピン
１２の径と同径にするとともにも、円板６の半径方向に
は、流出側穴１３の径、すなわち、ピン１２の径より
０．５ｍｍ程度大きい長丸穴としている。

【００１９】これにより、各段での円板６の半径方向に
生じる変位差を、この流入側穴１４に設けた長丸穴部で
吸収でき、ピン１２に大きな曲げ荷重を加えることな
く、緊急停止時等の最大トルクを穴１１内に挿入してあ
るピン１２で伝達することができる。

【００２０】従来のガスタービン等圧縮機ロータ２０で
は、図３に示すように、円板６に、あるピッチで円周方
向に十数個の貫通孔を設け、そこに通しボルトを通して
締付け、円板６の接触面での摩擦力で、ロータ軸１７か
ら円板６、若しくは円板６からロータ軸１７へ伝達され
る、全てのトルク荷重を伝達するだけの構造であったた
め、加工公差や締付精度、及び運転時の設計条件からの
ずれなどで生じる最大トルク発生時のトルク伝達は、接
触面１０における摩擦力だけでは、タービン部３から円
板６に充分伝達することができず、隣接する円板６の接
触面での徴少すべりや、それに伴なう、結合状態におけ
る弾性ひずみ、すなわちフレッティング発生などで疲
労、摩耗が生じ、円板６へのき裂発生や、ロータ軸振動
に不安定が生じることが懸念されていた。

【００２１】しかし、本実施の形態では、上述したよう
に、円板６の接触面１０に、十数個の軸方向の穴１１を
円周方向に設け、そこに、ピン１２を挿入することによ
り、最大トルク発生時でも、接触面１０での摩擦による
トルク伝達だけでなく、このピン１２によってもトルク
を伝達することができ、接触面１０でのすべり発生を防
止できる。また、接触面１０に設ける軸方向の穴１１
は、流出側穴１３をピン径と同径のしまり丸穴とし、流
入側穴１４は、半径方向に長い長丸穴部としているた
め、各段の間に生じる円板６の半径方向の変位差を、こ
の長丸穴部で吸収できるようになり、ピン１２に生じる
剪断力が軽減し、ピン１２に負荷される曲げ荷重が軽減
される。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧縮機ロ
ータによれば、特許請求の範囲に示す構成により、 （１）圧縮機ロータの加工公差や、締付精度が設計条件
よりずれることがあっても、また運転条件が緊急停止時
の最大トルクが発生する場合においても、ロータ軸から
円板に伝達されるトルクは、円板の側面が相互に接触す
ることによる、摩擦によるトルク伝達だけではなく、接
触面に設けた穴に挿入したピンによって伝達することが
でき、各円板間で生じることのあった、接触面における
すべりを防止することができる。これにより、フレッテ
ィングの発生を防止して、円板に発生することのあった
き裂の防止、若しくはロータ軸に生じることのあった振
動の不安定現象の発生を防止することができる。

【００２３】（２）また、円板の接触面に設けられ、ピ
ンを挿入する穴の形状は、流出側穴の直径をピンと同径
にし、流出側穴はピンと同径の穴を円板の半径方向に大
きくした長丸穴にすることにより、隣接した円板間で温
度の違いや、ロータ軸の重量撓みなどにより、半径方向
に変位差が生じても、この長丸穴で吸収することがで
き、ピンに強大な曲げ荷重が生じることがない。これに
より、ピンの直径、および穴の大きさを小さくでき、特
に、穴の穿設に伴う円板の剛性低下を軽減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧縮機ロータの実施の第１形態を示す
図で、図１（ａ）は圧縮機ロータの縦断面、図１（ｂ）
は図１（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける正面図、図１
（ｃ）は図１（ａ）のＡ部の詳細断面図、図１（ｄ）は
図１（ｃ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける正面図、

【図２】ガスタービンの構成を示すブロック図、

【図３】従来の圧縮機ロータの１例を示す図で、図３
（ａ）は縦断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す矢視
Ｃ−Ｃにおける正面図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 燃焼器 ３ タービン ４ 発電機 ５ 動翼 ６ 円板 ７ 貫通孔 ８ ボルト ９ インロー １０ 接触面 １１ 穴 １２ ピン １３ 流出側穴 １４ 流入側穴 １７ ロータ軸 ２０ 圧縮機ロータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 勝久 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周縁に動翼を植設した複数の円板を、ロ
   ータ軸に沿って並行に配設し、前記各円板の周方向へ等
   ピッチに設けた貫通孔にボルトを挿通し、締付け、ロー
   タを形成するようにした圧縮機ロータにおいて、隣接さ
   れた前記円板の接触面に互いに対向し、周方向へ等ピッ
   チにロータ軸方向へ設けた複数の円筒状の穴と、前記穴
   に挿入され、隣接する前記接触面の滑りを防止するピン
   とを設けたことを特徴とする圧縮機ロータ。
2. 【請求項２】 前記穴のうち、前記円板を通過する空気
   の流出側側面に設けた流出側穴が、挿入されるピンと同
   径のしまり丸穴に形成され、前記円板を通過する空気の
   流入側側面に設けた流入側穴が、前記流出側穴を前記円
   板の半径方向に長くした長丸穴に形成されていることを
   特徴とする請求項１の圧縮機ロータ。