JPS5870096A - 軸流圧縮機のスタツクドロ−タ - 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】 本殆明は、ブレードを装盾せるディスクを軸方向に被数
個配列し、そのディスクアセンブリを円周方向の複数個
所に員伸されたスタッキングホルトとこれに歌合された
ナツトとで締め付け、結合する型式の帷流圧輻機のスタ
ックドロータに関するものである。

第１図にガスタービンにおいて一般に採用されているス
タックドロータを示す。

この図に示されるものは１円周方向に複数個のボルト穴
であるリーマ穴４を有する第１のディスクｌ、ｍｕｓｅ
リーマ穴４に対応する位置に設けられたボルト穴でめる
キリ穴５をＭしかり１１のディスク１の両側に配置され
た第２のディスク２．ボルト穴でめるリーマ穴６とナツ
ト用の進入７とを南するエンドディスクであるＷＩＪ３
のディスク３とを軸方向に配タリし、これら第１．第２
．第３のディスク１，２．３から久るディスクアセンブ
リの前記リーマ穴４とキリ穴５と１）−マ人６とを言む
ボルト穴にスタッキングボルト８を貴挿し、ソノ両端部
にナツト９を恢合し、該ナツト９を締め付けて結付し、
一体のスタックドロータに組み立てている。なお、第１
図申付号１０は第１．第２゜第３のディスク１，２．ｑ
の依触圓、１１はロータ軸、１２は第１．第２．第３の
ディスク１，２゜３に鉄層されたブレードを示す。

ＰＴｆｆ轟己スタックドロータでは、秘ｗＪ情による回
転トルクは第１．第２．第３のディスク１，２，３゜間
の接触面１００傘擦で伝達されるので１回転トルクの伝
達に十分な接触面圧をうるためＶｃは、スタッキングボ
ルト８により第ｌ、第２．第３のディスク１，２．３か
らなるディスクアセンブリを十分に締め付ける８賛があ
る。−例では、スタッキングボルト８の締付力はｇＱＱ
ｔＯｎ、ポル）４大応力は３４Ｋｇ／ｗｒ”　と筒い。

したがって、スタックドロータＶＣおいてはスタッキン
グボルト８の１８租性は非′吊ｖｃ電資である。

前述のごときスタックドロータは、一般に次のごとき利
点かめる。

（１）　　Ｈ１Ａｔ型域械においては、異物の吸い込み
などによってブレードの損傷が最も激しいが、そのフレ
ードの交換が可能である。

（２）　　ロータ全体を軽量化でき、ロータの慣性力を
小さくなしうるので、駆動懺の小型化が可能である。

しかしながら、ディスクアセンブリを結合するスタッキ
ングホルトが、ディスクアセンブリを組み付ける締付力
以外に、ロータ回獣中に遠心力を父け、該遅心力により
大きな曲げ応力が作用するので、スタッキングホルトの
破断には十分注意する心安がめる。

萌配迎心力は、スタッキングホルトを外に飛び出させる
方向に作用するものであり、その力は当該ディスクのボ
ルト穴により受は止められる。ここで問題になるのは、
全てのディスクのボルト穴がスタッキングボルトと依触
することが下口」ｎヒな点にある。すなわち、全ディス
クのボルト穴倉梢度よ〈リーマ穴加工し、スタッキング
ホルトとボルト大間のすき間を微少にした場合には０組
立以階においてスタッキングボルトを押入できないとい
う不具合が生じる。一方、ボルト穴を大きくシ。

スタッキングホルトとボルト穴間のすき間を大さくすれ
ば、スタッキングボルトの押入は容易となるが、スタッ
キングホルトとボルト穴との当たる個所が一定しなくな
る不具合が生じる。

そこで、前記第１図に示される従来技術では。

第１のディスクｌのボルト穴をリーマ穴４とし。

この第１のディスク１に隣接する第２のディスク２のボ
ルト大全す−マ穴４よりも大きいキリ穴５としており１
組立段階ではキリ穴５の存在によりスタッキングホルト
８の挿入を容易にし、ロータ運転中はリーマ穴４とスタ
ッキングボルト８との接触を通じてスタッキングボルト
８に作用する運心力を受は止めるようになっている。

しかし、前記第１図に示される従来技術は次のような欠
点がめる。すなわち、ロータ運転中に第１のディスク１
の部分ではスタッキングボルト８とリーマ穴４とが接触
し、スタッキングボルト８に作用する遠心力ヲ受は止め
ることができるが。

第２のディスク２の部分ではスタッキングボルト８とキ
リ穴５間にすき間が存在しているので、スタッキングボ
ルト８が培心力による曲げ応力によって曲げられる。

第２図はロータ運転中の、第２のディスク２に設けられ
たキリ穴５内でのスタッキングボルト８の曲がり状態を
模型的に示す。

一例では、第２図に示される第２のディスク２の幅、つ
まりキリ穴５の長さｔ＝１６０ｍの場合。

キリ穴５の長さｔ闇のスタッキングボルト８が支ける遠
心力Ｗは１１　ｔｏｎ、そのときに生ずる曲げ応力は２
４Ｋｇ／ｍ″となる。また、ディスクアセンブリを締め
付けるためのスタッキングボルト８ＶＣ作用する軸方向
の引張応力が３４〜／ｖａｎ”とした場曾には、引張１
曲げの甘酸された主応力は丼′萬に大きくなり、スタッ
キングホルト材の０．２％耐力に点づき、非富に危険な
限界状態となる。なお、スタックドロータにおいてはス
タッキング７Ｉクルト８が破断されると、ディスクアセ
ンブリが分解し、大事故に狛る。

前述したところからも分かるようＶＣ１＠げ応力の大き
さに影響するパラメータの一つに、聞は変形の支点から
支点までのスパンに相当するすき間部分の長さ、つまり
第１図、第２図においてキリ穴５の長さｔがある。この
キリ穴５の長さｔを短くすることによって１曲げ応力を
減少することができる。

１ｇ３図は明記キリ穴の長さを短くした数置νりを示す
。

このｋＩＪ３図に示される例では、全部のディスク１３
について、ボルト穴の長さの半分會リーマ穴１４とし、
残りの半分をキリ穴１５とし、これらリーマ穴１４とキ
リ穴１５とが父互に配タリされたボルト穴にスタッキン
グボルト１６を伸通し、鈑スタッキングボルト１６に曲
げ応力が鋤くスノくンを短くしている。この第３図に示
されるものは。

ＭｆＪ　ａｍ弗１図に示されるものに比較して確かＶこ
スタッキングボルトにｒＩ用する曲げ応力は軽減される
がＳ尚梢度の大力１工が賛求δれかつディスク組立性差
が袢＄に困難＋、生産ベースに合わない欠点がある。

本発明の目的Ｖよ、前記便来蚊術の欠点をなくシ。

スタッキングボルトに作用する急心力によシ発生する凹
は応力を者しく低減でき、しかも加工１組立が簡単で既
製のディスクにも適用できる一輔流圧顛機のスタックド
ロータを提供するにある。

本発明の有機は、リーマ穴をＭする第１のディスクとキ
リ穴をＭする５ｇ２のディスクとリーマ穴ｌたはキリ穴
’に市するエンドディスクであるＷ、Ｓのディスクとを
配列したディスクアセンブリを。

スタッキングボルトとこれに嵌会されたナツトとで締め
付けて結付するスタックドロータにおいて。

スタッキングボルトのｎｉｌ　記キリ穴ｖＣ押通される
部分音％内側部を切欠したｌ＃Ｔ面はぼ矩形に形成した
ところにあり、この構成により前記目的を全て遠戚でき
たものである。

以下０本発明を図１１１］ｊＫ基づいて説明する。

第４図、第５図Ａ、Ｂは本発明の一実施例をボし、第６
図はスタッキングボルトとモーフ／トドの関係を示す。

その第４図に示される実施例では、ボルト穴であるリー
マ穴４を有する第１のディスク１と、ボルト穴であるキ
リ穴５を有しかつ第１のディスク１の軸方向の両側に配
置された第２のディスク２ト、リーマ穴６およびナツト
用の進入７とヲ南゛シかつ第２のディスク２の軸方向の
外側に配置されたエンドディスクである第３のディスク
３とでディスクアセンブリが構成され、蔽ディスクアセ
ンブリのり−マ穴４とキリ穴５と他のリーマ穴６とを含
むボルト穴にスタッキングボルト１８が）０１され、該
スタッキングボルト１８の両端部のねじ部分にナツト１
９が獣舎されているが、この第４図では左側の一部が省
略されている。

＠ｆｉｄＭ１のディスク１のリーマ穴４は１円周方向に
等間隔を存して懐数個設けられ、谷リーマ穴４ともスタ
ッキングボルトＩＢとの間にロエ及的ＶＣすき間を生じ
ない寸ｈＦｐｉ表に形成されている。

前記第２のディスク２のキリ穴５は、前記り−マ穴４に
対応する位置に設けられ、かつスタッキングボルト１８
との間にすき間を淘°する寸法に形成されている。

前記第３のディスク３のリーマ穴６は、第１のディスク
１のリーマ穴４と同僚に形成されている。

前記スタッキングボルト１８Ｆよ、第４図および第５図
Ａ、Ｂに示されるように、前配り−マ穴４゜６に挿通さ
れる部分１８８は断面円形に形成され。

前記キリ穴５に挿通される部分１８ｂは断面はぼ矩形に
形成されている。前記断面はぼ矩形の部分１８ｂの鴨す
は、断面円形の部分１８ａの直径をｄとするときｓｂ？
０．６ｃｌに形成されている。さらに、前配断囲はぼ矩
形の部分１８ｂは、その一方向と１父する長手方向を第
２のディスク２の半径方向に向けてセットされる。

ＰＪｔＪ記第１．第２および第３のディスク１，２゜３
からなるディスクアセンブリは、各ボルト穴に貴紳され
たスタッキングボルト１Ｂの両端部に嵌合されたナツト
１９を締め付けることによって一体に粘合され、スタッ
クドロータに組み立てられている。

なお、第４凶中付号１０は第ＩＩ第２．第３のディスク
１，２．３の接触面、１１はロータ輔。

１２は第１．第２１第３のディスク１，２．３に装漸さ
れたブレードを示す。

Ｍ’Ｑ記夫施例のスタックドロータにおいては、第２の
ディスク２のボルト穴であるキリ穴５に押通されている
スタッキングボルト１８のｔｆ１４８ｂ。

すなわち断面はは矩１秒に形成されている部分に作用す
る曲げ応力の評１曲は第２のディスク２の−に相当する
長さの両端支持はりとみなして検討できる。

いま、スタッキングボルト１８に加わる遠心力をスタッ
キングボルト１８の長さ方向の等分布荷重として扱えば
、スタッキングボルト１Ｂの蛙大曲は応力σｂｒｎａ　
ｘはスバ／の中火に生じ１次式（１）％式％ ここで、鳩・・・向＠（虚心力） ！・・・スパン（キリ穴の長さ） Ｚ・・・断面係数 式（１）の＝ｒ＝保数Ｚは５４ｉ１４５図Ａに示される
直径ｄの断面円形の部分は次の式（２）で求められ、第
５図Ｂに示される一１而はぼ矩形の部分は該部分を＾さ
り、ｌ圏すの兄全な矩形として扱えば式（３）で求めら
れる。

π ｚ　、　＝＝　　　　　　ｄ　Ｓ　　　　　　　　・・
・・・・（２）２ ｍｌ　ａ己１ｌｊＴ面円形の部分の直径ｄと断面矩形の
部分の丙さｈと７寺しいものとし、−Ｔ面内形の部分の
障ｒ面保数Ｚ１と断面矩形の部分の断面係数Ｚ、とが陶
じ埴をとる一合の、断面矩形のＩ隔りを求めると１式（
４）のようになる。

この人（４）から分かるように、スタッキングボルト１
８の断面ル状を第５図Ｂに示されること〈。

はぼ矩形とし、Ｗｒ面円形の部分の直径ｄに対して断面
矩形の部分の、＋１１ｂｉ、ｂζ０．６ｄに形成しても
、断面係数Ｚの胆は同一である。このことは。

スタッキングボルト１８の曲は応力の１直は式（１）で
弐わされるように、断［ｌ］係数Ｚが同一なら汀、断面
形状を円形でも矩形でも同じであることを意味する。

前記式（１）中に衣われる。ロータ回１ｖ−よりスタッ
キングボルト１８に作用する逆心力Ｗの値は。

次の式（５）で求められる。

ΔＷ Ｗ＝−・Ｒ・ω　　　　　　　　・・・・・・（５）た
だし、ΔＷ・・・準位長さ当たりのｎｋＲ・・・半径 ω・・・角迷就 この式（５）から明らかなように、遠心力Ｗは単位長さ
当たりのｉｔΔＷに比例する。これにより、スタッキン
グボルト１８の一部分を矩形にすることによって単位長
さ当たシの電量を小さくでき。

七の粕米ロータ回転による遠心力Ｗによって生ずる曲は
応力を小さくできることが分かる。

−例として、断面円形の部分の直往ｄ＝３８φ。

Ｍ２Ｓねじ、ねじの谷形ｄ＋＝３３φのスタッキングボ
ルトの庵合、断面係叡Ｚを同じ値とすると断面矩形の部
分の幅ｂ　＝　２３　ｍとすることができる。この場廿
、断面槓比で蛍埋すると、断面円形の部分の助面槓は１
１３３ｍ”でるり、断面矩形の部分の暉ｒｏｌｌｉ値は
８８６ｍ”　となる。その結果、断面円形の部分とＩｌ
ｌｌｌ形の部分の遠心力比は１／１．３となり６曲げ応
力比も１７１．３となる。したがって、断面円形の部分
のｌげ応力が２４Ｋｇ／ｗｒｒ”の一合には、−１面矩
形の部分の聞げ応力は約１８に９／ｌｌｌ１１１に低減
する。

以上の説明から分かるように、全長にわたって眸「囲円
杉のスタッキングボルトを使用した従来技例に比べ、デ
ィスクアセンブリの第２のディスク２のキリ穴５の長さ
ｔに相当する部分を断面はぼ矩形に形成せるスタッキン
グボルト１８を使用した不発明の場合には曲げ応力を者
しく低減することができる。

なお、スタッキングボルトの一部分’１ｉＪｔｒ面矩７
１にすることによってディスクアセンブリの輸付力によ
る軸方向の引張応力が大幅に増加しては問題があるが、
断面はぼ矩形の部分の幅すをｂ　：　Ｑ、　（ｉｄとす
れば、断面はぼ矩形の部分の断面積はスタッキングボル
トのねじの谷径部分のｌｌ７ｒ而績と回じ程度となるか
ら、前記引張応力に対して特に問題は生じない。

本発明は１以上説明した構成９炸川のもので。

本発明によればスタッキングボルトにおけるキリ穴に押
通される部分を１両９１１１ｍを切欠した〜「■はは矩
形にしたことにより、スタッキングボルトに作用する曲
は応力を著しく軽減でさるので、スタッキングボルトの
信頼性を大幅に向上しうる幼果がある。

また１本発明では従来通り、ディスクアセンブリ中の第
１のディスクのボルト大全す−マ穴とし。

第２のディスクのボルト穴をキリ穴とし、第３のディス
クのボルト穴をリーマ穴またはキリ穴とｌＬ７うるので
、ホルト穴の加工およびディスクの組立とも量率に行い
うる幼釆を有する外、既製のディスクアセンブリにもそ
のまま適用できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスタックドロータの一部分の縦防囲図、
第２図は従来技術で使用しているスタッキングボルトの
詠心力による聞がりの説明図、第３凶は従来技術の他の
例を示す一部分の縦断面図。 第４図は本発明の一実施例を示す一部分の縦断面図、第
５図Ａ、Ｂは第４図中Ａ−Ａ勝およびＢ−Ｂ巌切萌拡大
断１図、第６図はスタッキングボルトに加わる何事とモ
ーメントとの関係を示す図でりる。 １．２．３・・・テイスクアセンブリヲ構成する第１Ｉ
ｉ２．ｉ３のディスク、４・・・第１のディスクのボル
ト穴であるリーマ穴、５・・・ＩＪＩＪ２のディスクの
ボルト穴であるキリ穴、６・・・第３のディスクのボル
ト穴であるリーマ穴、１８・・・スタッキングボルト。 １８ａ・・・スタッキングボルトのｖＥＪｒ向円形の部
分。 １８ｂ・・・同断面矩形の部分、ｄ・・・断面円形の部
分の直径、ｂ・・・ｖｒ面はぼ矩形の部分の１％、１９
・・・ナツト。 代理人　弁理士　博田オリ幸 χ　１７ λ）　２１Ｚｌ ′Ｙ５３　口 廊　　／４　　　　　／４　　　　／４≧１へ −５４４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、円周方向の値数個所にスタッキングホルトとの間に
   すき間のないボルト穴でめるリーマ穴を設けた第１のデ
   ィスクの両側に、リーマ穴に合致する位置にスタッキン
   グボルトドの間にすき間を有するボルト穴であるキリ穴
   を設けた第２のディスクを配置し、これら第１．ａＲ２
   のディスクの列の両側に、リーマ穴またはキリ穴を有す
   るエンドディスクである第３のディスクを配置し、これ
   ら第１．ｍ２．第３のディスクを配列してなるディスク
   アセンブリの一＾ピリーマ穴とキリ穴とを含むボルト穴
   に、スタッキングホルトを買挿しかつこれに嵌合された
   ナツトで締め付けて結合するスタックドロータにおいて
   。 スタッキングボルトの前日己キリ穴に押通される部分を
   １両側部を切欠した断面はば矩形に形成したことを特徴
   とする＠流圧＃ｉ機のスタックドロータ。 ２、　…１配スタッキングボルトの断面はぼ矩形の部分
   は、該ｖｆＪＴ面はは矩形の部分の暢をす、断面円形の
   部分の直径をｄとするとき、ｂＬ＝、０．６に形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範咄第ＩＪＡ記躯の
   帽流正編機のスタックドロータ。