(57)【要約】  本発明は、別の構成部材２と係合するためのねじ山付きシャンク１に関し、別の構成部材２は、第１のねじ山３の軸方向延在範囲に沿って、均一な第１のねじ山ピッチ３１と均一な第１のねじ山角度３２とを備える円筒状の第１のねじ山３を有し、ねじ山付きシャンク１は、第２のねじ山４の軸方向延在範囲に沿って、均一な第２のねじ山ピッチ４１と均一な第２のねじ山角度４２とを備える第２のねじ山を有し、かつ第３のねじ山５の軸方向延在範囲に沿って、均一な第３のねじ山ピッチ５１と均一な第３のねじ山角度５２とを備える第３のねじ山５を有し、第１のねじ山角度３２と、第２のねじ山角度４２と、第３のねじ山角度５２とは、実質的に同じであり、第１のねじ山ピッチ３１と、第２のねじ山ピッチ４１と、第３のねじ山ピッチ５１とは、実質的に同じであり、第２のねじ山４と、第３のねじ山５とは、ねじ山のない領域６によって軸方向に離間させられており、第２のねじ山螺旋と、第３のねじ山螺旋とは、互いに軸方向オフセット２００を有することを特徴とする。
2015521252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械ロータのねじ山付きの別の構成部材（２）と係合するためのターボ機械ロータのねじ山付きシャンク（１）であって、
該ねじ山付きシャンク（１）は前記別の構成部材（２）と係合するように適合されており、該別の構成部材（２）は、第１のねじ山（３）の軸方向延在範囲に沿って、均一な第１のねじ山ピッチ（３１）と均一な第１のねじ山角度（３２）とを備える円筒状の第１のねじ山（３）を有しており、
前記ねじ山付きシャンク（１）は、第２のねじ山（４）の軸方向延在範囲に沿って、均一な第２のねじ山ピッチ（４１）と均一な第２のねじ山角度（４２）とを備える第２のねじ山（４）を有しており、かつ第３のねじ山（５）の軸方向延在範囲に沿って、均一な第３のねじ山ピッチ（５１）と均一な第３のねじ山角度（５２）とを備える第３のねじ山（５）を有しており、
前記第１のねじ山角度（３２）と、前記第２のねじ山角度（４２）と、前記第３のねじ山角度（５２）とは、実質的に同じであり、
前記第１のねじ山ピッチ（３１）と、前記第２のねじ山ピッチ（４１）と、前記第３のねじ山ピッチ（５１）とは、実質的に同じであり、
前記第２のねじ山（４）と、前記第３のねじ山（５）とは、前記第１のねじ山（３）と係合可能である、ターボ機械ロータのねじ山付きシャンク（１）において、
前記第２のねじ山（４）と、前記第３のねじ山（５）とは、ねじ山のない領域（６）によって軸方向で離間させられており、
前記第２のねじ山（４）の第２のねじ山螺旋と、前記第３のねじ山（５）の第３のねじ山螺旋とは、特に予荷重を加えられた非回転状態において前記ねじ山付きの別の構成部材（２）と係合させられた時に、互いに軸方向オフセット（２００）を有していることを特徴とする、ターボ機械ロータのねじ山付きシャンク（１）。
【請求項２】
前記軸方向オフセット（２００）は、振動防止予荷重ロッキングねじ山構成のオフセットよりも小さい、請求項１記載のねじ山付きシャンク（１）。
【請求項３】
前記軸方向オフセット（２００）は、前記ねじ山付きシャンク（１）および／または前記別の構成部材（２）に外部の軸方向の力が加えられることなく前記ねじ山付きシャンク（１）と前記別の構成部材（２）とが係合させられた時に前記第２のねじ山（４）および前記第３のねじ山（５）が前記第１のねじ山（３）に対して軸方向バックラッシを提供するように、構成されており、前記外部の軸方向の力は、特に、前記ターボ機械ロータの回転による力である、請求項１または２記載のねじ山付きシャンク（１）。
【請求項４】
前記ねじ山付きシャンク（１）が前記別の構成部材（２）と係合させられた場合、
前記軸方向オフセット（２００）は、前記構成部材（２）の前記第１のねじ山（３）の複数の第１のねじ山側面（３３）と、前記第２のねじ山（４）の複数の第２のねじ山側面（４３）との間に加えられる第１の力（Ｆ１，Ｆ２）、特に予荷重力が、前記第１のねじ山側面（３３）と前記第２のねじ山側面（４３）との荷重支持接触（１００）、および前記第１のねじ山側面（３３）と前記第３のねじ山（５）の複数の第３のねじ山側面（５３）との荷重支持なしおよび／または無接触接続（１０１）を生じるように、構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のねじ山付きシャンク（１）。
【請求項５】
前記ねじ山付きシャンク（１）が前記別の構成部材（２）と係合させられた場合、
前記軸方向オフセット（２００）は、前記別の構成部材（２）の前記第１のねじ山（３）の前記第１のねじ山側面（３３）と、前記第２のねじ山（４）の前記第２のねじ山側面（４３）との間に、特に前記ターボ機械ロータの回転により加えられる、前記第１の力（Ｆ１，Ｆ２）よりも大きな第２の力（Ｆ１’，Ｆ２’）が、前記第１のねじ山側面（３３）と前記第２のねじ山側面（４３）との荷重支持接触（１００）および前記第１のねじ山側面（３３）と前記第３のねじ山側面（５３）との荷重支持接触（１０２）を生ぜしめるように、構成されている、請求項４記載のねじ山付きシャンク（１）。
【請求項６】
特に前記ねじ山付きシャンク（１）が前記別の構成部材（２）と係合させられた場合、前記ねじ山付きシャンク（１）および／または前記別の構成部材（２）に軸方向の力が加えられるとその軸方向長さが延伸可能であるように、前記ねじ山のない領域（６）は、前記ねじ山付きシャンク（１）の前記第２のねじ山（４）の内径（Ｄ４２）および前記第３のねじ山（５）の内径（Ｄ５２）よりも小さな直径（Ｄ６）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のねじ山付きシャンク（１）。
【請求項７】
特に前記ねじ山付きシャンク（１）が前記別の構成部材（２）と係合させられた場合に、前記ねじ山付きシャンク（１）および／または前記別の構成部材（２）に第２の力（Ｆ１’，Ｆ２’）が加えられると、その軸方向長さが前記軸方向オフセット（２００）だけ延伸可能であるように、前記ねじ山のない領域（６）は弾性である、請求項５記載のねじ山付きシャンク（１）。
【請求項８】
前記ねじ山のない領域（６）は、軸方向に延在している、請求項１から７までのいずれか１項記載のねじ山付きシャンク（１）。
【請求項９】
ねじ山付きシャンク（１）、特に該ねじ山付きシャンク（１）を含むテンションスタッドを、ねじ山付きの別の構成部材（２）、特にロッキングナットに係合させるためのターボ機械ロータの接続アセンブリ（１０）において、
前記ねじ山付きシャンク（１）および前記別の構成部材（２）は、請求項１から８までのいずれか１項記載のように構成されていることを特徴とする、ターボ機械ロータの接続アセンブリ（１０）。
【請求項１０】
外部荷重が加えられることなく前記ねじ山付きシャンク（１）と前記別の構成部材（２）とが連結された時に、前記第１のねじ山（３）と前記第２のねじ山（４）とは軸方向間隙を有しており、前記軸方向オフセット（２００）は、前記軸方向間隙の実質的に２分の１または３分の１であるように構成されている、請求項９記載の接続アセンブリ（１０）。
【請求項１１】
ロータ軸線を中心に回転可能にボディに取り付けられたロータを有するガスタービンエンジンにおいて、軸方向が前記ロータ軸線に沿って規定されており、
前記ロータは、スタッドと、第１の予荷重ナットまたは第１のロータシャフトと、第２の予荷重ナットまたは第２のロータシャフトとを有しており、
前記スタッドは、前記ロータ軸線に沿って延びており、前記スタッドはさらに、
第１の外端部および第２の外端部であって、前記第１の外端部は前記第１の予荷重ナットまたは前記第１のロータシャフトと係合するように適合されており、前記第２の外端部は前記第２の予荷重ナットまたは前記第２のロータシャフトと係合するように適合されている、第１の外端部および第２の外端部と、
前記第１の外端部および前記第２の外端部に結合されたシャフトと、を有しており、
前記スタッドは、請求項１から８までのいずれか１項記載のねじ山付きシャンク（１）として構成されており、
前記第１の外端部および前記第２の外端部のうちの少なくとも一方は、第２のねじ山（４）と、第３のねじ山（５）と、ねじ山のない領域（６）とを有しており、前記第２のねじ山（４）と、前記第３のねじ山（５）と、前記ねじ山のない領域（６）とは、請求項１から８までのいずれか１項記載のように構成されており、
前記第１の予荷重ナット、前記第２の予荷重ナット、前記第１のロータシャフトおよび前記第２のロータシャフトのうちの少なくとも１つは、請求項１から８までのいずれか１項記載のような別の構成部材（２）として構成されていることを特徴とする、ガスタービンエンジン。
【請求項１２】
前記第１のねじ山側面（３３）と前記第２のねじ山側面（４３）とが荷重支持接触（１００）するように前記第１のねじ山（３）から前記第２のねじ山（４）へ第１の軸方向に予荷重力が加えられるように、前記第１の予荷重ナット、前記第２の予荷重ナット、前記第１のロータシャフトおよび前記第２のロータシャフトのうちの少なくとも１つが前記スタッドに係合させられる、請求項１１記載のガスタービンエンジン。
【請求項１３】
前記第１のねじ山側面（３３）と前記第３のねじ山側面（５３）とが荷重支持なしおよび／または無接触で接続（１０１）されるように前記第１のねじ山（３）から前記第３のねじ山（５）へ第１の軸方向に予荷重力が加えられるように、前記第１の予荷重ナット、前記第２の予荷重ナット、前記第１のロータシャフトおよび前記第２のロータシャフトのうちの少なくとも１つが前記スタッドと係合させられる、請求項１２記載のガスタービンエンジン。
【請求項１４】
ガスタービンエンジンの作動中、前記第１のねじ山側面（３３）と前記第３のねじ山側面（５３）とが荷重支持接触（１０２）するように前記ねじ山のない領域（６）が軸方向に膨張するように、前記第１の軸方向とは反対の第２の軸方向で前記シャフトから前記第１の外端部および／または前記第２の外端部へ作動荷重が加えられる、請求項１２または１３記載のガスタービンエンジン。
【請求項１５】
ガスタービンエンジンのターボ機械のロータを組み立てる方法であって、該ロータは、ねじ山付きシャンク（１）を備える第１の構成部材と、ねじ山付きの別の構成部材（２）とを有し、該別の構成部材は、円筒状の第１のねじ山（３）を有し、前記ねじ山付きシャンク（１）は、ねじ山のない領域（６）によって軸方向に離間させられた第２のねじ山（４）と第３のねじ山（５）とを有し、
該方法は、前記第２のねじ山（４）および前記第３のねじ山（５）を前記第１のねじ山（３）と係合させるステップを含み、前記第２のねじ山（４）の第２のねじ山螺旋と、前記第３のねじ山（５）の第３のねじ山螺旋とは、前記ねじ山付きの別の構成部材（２）と係合させられた時に、特に予荷重をかけられた非回転状態において、互いに対して軸方向オフセット（２００）を有しており、これにより、
（ｉ）前記ロータが回転していない場合、前記別の構成部材（２）の前記第１のねじ山（３）の第１のねじ山側面（３３）は、前記ねじ山付きシャンク（１）の第２のねじ山側面（４３）と荷重支持接触（１００）し、かつ
前記別の構成部材（２）の前記第１のねじ山（３）の前記第１のねじ山側面（３３）は、前記ねじ山付きシャンク（１）の前記第３のねじ山（５）の前記第３のねじ山側面（５３）と荷重支持なしでおよび／または無接触で接続（１０１）され、
（ｉｉ）前記ロータが回転している場合、前記別の構成部材（２）の前記第１のねじ山（３）の前記第１のねじ山側面（３３）は、前記ねじ山付きシャンク（１）の前記第２のねじ山側面（４３）と荷重支持接触（１００）し、かつ
前記別の構成部材（２）の前記第１のねじ山（３）の前記第１のねじ山側面（３３）は、前記ねじ山付きシャンク（１）の前記第３のねじ山（５）の前記第３のねじ山側面（５３）と荷重支持接触（１００）することを特徴とする、ガスタービンエンジンのターボ機械のロータを組み立てる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、しかし排他的にではなく、圧縮機に取り付けられた中央ボルトと動力タービンディスクとを備えるガスタービンまたはターボ機械に関し、中央ボルトもしくはテンションスタッドはその端部にねじ山を有している。本発明は、様々なタイプの機械にも、ロータと一体のブレードを備える非ターボ機械またはターボ機械にも適用される。
【０００２】
発明の背景
ガスタービンエンジンの１つの公知の構成では、複数のディスクであって、そのうちの幾つかが、ディスクに挿入された半径方向に延びたブレードを有する複数のディスクが、ロータを形成するように提供されている。圧縮機ブレード用のディスクのセットと、タービンブレード用のディスクのセットとが設けられている。ディスクのそれぞれのセットは、１つまたは２つのテンションスタッドにそれぞれ適用されたタービンナットおよび圧縮機ナットによって保持されており、ナットおよびスタッドは通常、タービンの作動中に全ての回転する部材が固定されていることを保証するために配列に張力を加えるための予荷重を加えるためにも使用される。
【０００３】
現在のタービンでは、ロータは一対のテンションスタッドによって保持されることがある。以下では、圧縮機およびタービンをどのように組み立てるかの１つの可能な方法を簡略に説明する。第１のスタッドの第１のねじ山付き端部は、ロータのシャフトエレメントにおけるねじ穴に係合してよい。次いで、圧縮機ディスクが軸方向に所定位置へ押し込まれ、シャフトエレメントにロックされてよい。さらに、圧縮機ディスクが付加的に所定位置へ押し込まれてよい。最後に、ねじ山付き圧縮機ナットが第１のスタッドの第２のねじ山付き端部に係合させられ、全ての圧縮機ディスクが互いにかつシャフトエレメントに固定されるように締め付けられてよい。タービンディスクの場合、第２のスタッドの第１のねじ山付き端部は、シャフトエレメントの他方の端部にねじ穴に係合してよい。次いで、タービンディスクが反対側から軸方向に所定位置へ押し込まれてよく、ねじ山付きタービンナットが第２のスタッドの第２のねじ山付き端部に提供され、全てのタービンディスクがシャフトエレメントにロックされるように締め付けられてよい。
【０００４】
ガスタービンエンジンの作動中、スタッドにおいて応力が生じ得る。さらに、局所的なピーク荷重の結果、応力がスタッドおよびナットの全てのねじ山に均等に分配されず、このことは、影響を受けるねじ山の疲労を生じる恐れがあり、結果的に潜在的な故障につながる。
【０００５】
図１Ａにおいて、ねじ山付き圧縮機スタッド（ＣＳ）は回転させられ、中間シャフト（ＩＮＴＳ）のねじ穴に螺合させられ、圧縮機ディスク（ＣＤ）は組立て中に左から右へ圧縮機スタッド（ＣＳ）上に滑り込まされる。次いで、入口シャフト（ＩＳ）が圧縮機スタッド（ＣＳ）上に取り付けられ、圧縮機予荷重ナット（ＣＮ）が圧縮機スタッドの端部に螺合させられる。組立の際、スタッド（ＣＳ）を延伸させるために液圧式工具が適用されてもよく、工具が取り外される前に圧縮機ナット（ＣＮ）が入口シャフト（ＩＳ）に係合するように締め付けられる。これは、ナット（ＣＮ）を介して圧縮機スタッド（ＣＳ）に加えられる予荷重（プレテンションと呼ぶこともできる）を維持する。要求される延伸は、スタッド（ＣＳ）および締め付けられた構成部材、例えば圧縮機ディスク（ＣＤ）の様々な作動条件における相対的な熱的および機械的膨張および収縮によって影響され得る。
【０００６】
図１Ｂは、中間シャフト（ＩＮＴＳ）の別の軸方向端部に螺合させられたタービンスタッド（ＴＳ）を示している。次いで、図１Ｂにはまだ示されていないが、次の段階は、図１Ｃに示したように、タービンディスク（ＴＤ）をタービンスタッド（ＴＳ）上に右から左へ組み付け、タービンナット（ＴＮ）がタービンスタッド（ＴＳ）の別の端部に螺合させられることである。タービンスタッド（ＴＳ）を延伸させるために液圧式工具が適用され、工具が取り外された時に予荷重もしくはプレテンションを維持するためにナット（ＴＮ）が締め付けられる。
【０００７】
これは、十分な動作および長い耐用寿命のために慎重な機械加工および組立てを必要とする複雑な配列であることが分かるであろう。ガスタービンエンジンの全ての作動条件において十分な回転荷重を保証するために、スタッドの材料、スタッドの寸法、スタッドの延伸の大きさなどを考慮しなければならない。特に、ねじ山による接続部およびスタッドは応力を受け得る。
【０００８】
“荷重”とは、スタッドによってディスクに加えられる軸方向の締付力、または軸方向のベクトル成分を少なくとも含む締付力を意味するということにも注目しなければならない。
【０００９】
“荷重”とは、予荷重または回転運動によるスタッド端部に作用する力とも説明される。“荷重”は、ナットによってスタッド端部に作用する力のベクトルの軸方向成分とは反対方向のベクトルであると考えられる。
【００１０】
“予荷重”とは、全ての部材が組み立てられた時に非回転状態で存在する力であると考えられる。複数のロータ部材が結合され、固定されまたは締め付けられた時に、予荷重力が存在する。
【００１１】
本発明の目標は、スタッドおよびねじ山の応力および疲労を減じることである。
【００１２】
発明の概要
本発明は、これらの欠点を減じようとするものである。
【００１３】
この課題は、独立請求項によって解決される。従属請求項は、発明の有利な発展形および変化形を示している。
【００１４】
本発明によれば、ねじ山付きの別の構成部材に係合するためのねじ山付きシャンクが提供されている。ねじ山付きシャンクは特にターボ機械、さらに具体的にはターボ機械ロータに配置されていてよい。
【００１５】
別の構成部材は、第１のねじ山の軸方向延在範囲に沿って均一な第１のねじ山ピッチと均一な第１のねじ山角度とを備える円筒状の第１のねじ山を有する。“円筒状”とは、第１のねじ山の外径が（仮想）円筒上に配置されていてよいおよび／または第１のねじ山の内径が別の（仮想）円筒上に配置されていてよいことを意味する。
【００１６】
ねじ山付きシャンクは、第２のねじ山の軸方向延在範囲に沿って均一な第２のねじ山ピッチと均一な第２のねじ山角度とを備える第２のねじ山を有しており、さらに、第３のねじ山の軸方向延在範囲に沿って均一な第３のねじ山ピッチと均一な第３のねじ山角度とを備える第３のねじ山を有しており、第１のねじ山角度、第２のねじ山角度および第３のねじ山角度は実質的に同じであり、第１のねじ山ピッチ、第２のねじ山ピッチおよび第３のねじ山ピッチは実質的に同じである。
【００１７】
第２のねじ山および第３のねじ山は、ねじ山のない領域、すなわちねじ切りされていない中間領域によって軸方向で間隔を置かれている。言い換えれば、このねじ山のない領域を、ネック状空白部またはウェストと定義することができる。
【００１８】
本発明によれば、第２のねじ山ピッチおよび第３のねじ山ピッチは、互いに対して軸方向オフセットを有する。言い換えれば、第２のねじ山ピッチは第３のねじ山ピッチに対して軸方向オフセットを有する。“軸方向オフセット”とは、第３のねじ山に対する第２のねじ山の僅かなずれを表す。第２のねじ山および第３のねじ山はミスチューンされている。第２のねじ山の第２のねじ山螺旋と、第３のねじ山の第３のねじ山螺旋とは、軸方向オフセットを有する。異なる用語を用いれば、これは、第２のねじ山のピッチ線が第３のねじ山のピッチ線から軸方向にオフセットしていることを意味する。
【００１９】
ねじ山付きシャンクは、例えばガスタービンエンジンのテンションスタッドまたはテンションボルトの一部であってもよい。このようなテンションスタッドは、テンションスタッドの軸方向両端部にシャンクを有してもよい。したがって、シャンクの第２および第３のねじ山は、両端部にねじ山を有するテンションスタッドの一方の端部であると考えられる。この構成において、別の構成部材は、テンションスタッドのシャンクと相互作用するロッキングナットであってよい。
【００２０】
ねじ山のない領域が２つのねじ山付き部分の間に位置するようにシャンクのねじ山が途切れているという点で本発明は特別である。さらに、２つのねじ山付き部分、すなわち第２のねじ山および第３のねじ山は、同じピッチを有するが、互いにオフセットしている。
【００２１】
ねじ山付きシャンクは、第１のねじ山が規則的なピッチを有すると仮定して、別の構成部材の第１のねじ山と相互にロックするように構成されていることが分からなければならない。第１のねじ山は、全てのねじ山特定パラメータにおいて、対向する第２のねじ山に対応する“標準的な”ねじ山である。第１のねじ山は、対向する第３のねじ山にも対応している。第１のねじ山は、第１のねじ山の軸方向延在範囲にわたって、変化しないねじ山特定パラメータをも有する。
【００２２】
第１のねじ山は標準的な構成を有するので、この標準的な第１のねじ山に接続することができるシャンクのみが請求されている。加えて、ねじ山付きシャンクおよび構成部材を含む接続アセンブリも請求されている。さらに、本発明は、ねじ山付きシャフト、および別の構成部材としての対応するロッキングナットを含むテンションスタッドを有するガスタービンエンジンにも関する。
【００２３】
要するに、ねじ山付きシャンク、すなわちターボ機械ロータのねじ山付きの別の構成部材と係合するためのターボ機械ロータのねじ山付きシャンクに関する発明が提供される。ねじ山付きシャンクは別の構成部材と係合するように適合されており、別の構成部材は、第１のねじ山の軸方向延在範囲に沿って均一な第１のねじ山ピッチおよび均一な第１のねじ山角度を有する円筒状の第１のねじ山を有し、ねじ山付きシャンクは、第２のねじ山の軸方向延在範囲に沿って均一な第２のねじ山ピッチおよび均一な第２のねじ山角度を有する第２のねじ山を有し、さらに、第３のねじ山の軸方向延在範囲に沿って均一な第３のねじ山ピッチおよび均一な第３のねじ山角度を有する第３のねじ山を有する。第１のねじ山角度、第２のねじ山角度および第３のねじ山角度は、実質的に同じであり、少なくとも互いに適合している。第１のねじ山ピッチ、第２のねじ山ピッチおよび第３のねじ山ピッチは、実質的に同じであり、少なくとも互いに適合している。第２のねじ山および第３のねじ山は、第１のねじ山と係合可能である。第２のねじ山および第３のねじ山は、ねじ山のない領域によって軸方向に離間させられており、第２のねじ山の第２のねじ山螺旋と、第３のねじ山の第３のねじ山螺旋とは、特に予荷重をかけられた非回転状態においてねじ山付きの別の構成部材と係合させられた時に、互いに対して軸方向オフセットを有している。
【００２４】
軸方向の力または熱が加えられた時にねじ山のない領域が軸方向で膨張することができるように、加えられた軸方向の力または熱による、ねじ山のない領域における膨張を許容する材料が使用されると、本発明は特に有利である。その結果、力または熱が加えられないと、第２のねじ山の側面のみが第１のねじ山の側面と荷重支持接触してよく、力または熱が加えられると、第２のねじ山の側面に加え、付加的に第３のねじ山の側面もまた、第１のねじ山の側面と荷重支持接触してよい。
【００２５】
本発明は、振動防止予荷重ロッキングねじ山に関するものではない。というのは、この振動防止予荷重ロッキングねじ山は、ねじ山がずらされている自己ロッキングボルトから公知であるからである。これにより、対向するねじ山をこの予荷重ロッキングねじ山に単に挿入することによって、予荷重がねじ山の側面に作用させられる。その結果、外部荷重が加えられていなくとも、ねじ山は隙間なく固定的に結合され得る。したがって、このような予荷重ロッキングねじ山は、ねじ山自体から内部において提供される内部予荷重を有する。この振動防止予荷重ロッキングねじ山とは対照的に、本発明によるねじ山付きシャンクは、外部荷重または外部張力がねじ山付きシャンクまたは対向する別の構成部材に加えられない限り、軸方向で緩んでいる、すなわち制限された範囲で軸方向に可動であってよい。
【００２６】
好適な実施の形態では、これは、本発明による軸方向オフセットが、振動防止予荷重ロッキングねじ山のオフセットよりも小さいことによって実現されてよい。
【００２７】
“予荷重”という用語は様々な意味で使用されてよいことに注目しなければならない。１つの意味では、２つのねじ山が、ねじ山の側面においてそれ自体が、すなわち内部で予荷重を生ぜしめるようにオフセットを有してよい。前記のように、これは発明の範囲にはない。さらに、“予荷重”は、組立てステップにおいて１つの構成部材を押し付けるまたは引っ張ることによって外部で加えられてよい。これは、プレテンションと呼ばれてもよい。これは、図１に関して前に説明した状況であり、ねじ山付き構成部材が配置される部材が延伸させられてよく、このねじ山付き構成部材は肩部に当接するまでねじ込まれる。このような構成では、次いで構成部材の押付けまたは引張りが停止されると、“予荷重”とも呼ばれる連続的な力がねじ山に加えられるが、これは外部予荷重（ねじ山の外部）であり、幾つかの部材における張力により加えられる。これらの状況を区別するために、“内部予荷重”（ねじ山内部の予荷重）および“外部予荷重”（外部の部材からねじ山に加えられる予荷重）が、少なくとも部分的にこの文書内で使用される。外部予荷重は、この文書においてプレテンションと呼ばれてもよい。
【００２８】
別の実施の形態では、軸方向オフセットは、ねじ山付きシャンクおよび／または別の構成部材に外部の軸方向の力が加えられることなくねじ山付きシャンクと別の構成部材とが係合させられた時に第２のねじ山および第３のねじ山が第１のねじ山に対して軸方向バックラッシを提供するように、すなわち第２および第３のねじ山それ自体は内部の予荷重を有さないように構成されていてよい。したがって、軸方向の力が加えられていない時、それは作動機械にとって望ましい構成ではなく、実験室において生じ得るものであるが、ねじ山付きシャンクと別の構成部材とは係合した時に揺動を生じる恐れがある。
【００２９】
このような“外部”軸方向力は、特に、ターボ機械ロータの回転による力であると考えられる。この意味では、予荷重力もまた“外部の”軸方向力であると考えられてよい。
【００３０】
加えて、ねじ山付きシャンクが別の構成部材と係合させられた時、構成部材の第１のねじ山の複数の第１のねじ山側面と、第２のねじ山の複数の第２のねじ山側面との間に加えられる第１の力が、第１のねじ山側面と第２のねじ山側面との荷重支持接触、および第１のねじ山側面と第３のねじ山の複数の第３のねじ山側面との荷重支持なしおよび／または無接触接続を生じるように、軸方向オフセットが構成されてもよい。この第１の力は、外部から加えられる外部力であるが、ねじ山内の固有の内部力ではない。この第１の力は、外部予荷重（すなわちプレテンション）の結果であってもよく、予荷重力と呼ぶこともできる。
【００３１】
第１のねじ山側面と第２のねじ山側面とが荷重支持接触しているこの構成は、外部予荷重の状況であり、これは、作動モードの時またはガスタービンが運転していないが適切に組み立てられている時にもガスタービンテンションスタッド配列に生じる。
【００３２】
ねじ山付きシャンクの１つの実施の形態によれば、ねじ山付きシャンクが別の構成部材と係合させられている時、構成部材の第１のねじ山の第１のねじ山側面と第２のねじ山の第２のねじ山側面との間に加えられる第１の力よりも大きな第２の力が第１のねじ山側面と第２のねじ山側面との荷重支持接触および第１のねじ山側面と第３のねじ山側面との荷重支持接触を生ぜしめるように、軸方向オフセットが構成されていてもよい。これは、予荷重またはプレテンション以外の付加的な荷重が加えられないと、第３のねじ山の側面は第１のねじ山の側面と荷重支持接触しないことを意味する。作動中に、すなわち外部予荷重レベルよりも荷重が増大すると、付加的な力がねじ山付きシャンク、特に軸方向でその位置を適応させることができる部分に作用し、ねじ山のない領域は軸方向で拡張し、これにより、別の作動モードにおいて、第３のねじ山は第１のねじ山の側面と荷重支持接触する。第２の力はターボ機械ロータの回転の結果であってもよい。
【００３３】
特に、例えば熱的および／または作動的な荷重変化による周期的疲労が存在しているところにおいて、ねじ山のピーク応力はこれによって減じられてよい。応力は例えば、シャンクが結合された回転対称のスタッドの平衡状態が損なわれると生じ得る。これは、作動中のロータの曲がりにより生じ得る。
【００３４】
拡張可能または弾性であるために、ねじ山のない領域は金属体であってよい。材料は、力および／または温度が加えられた場合に十分に弾性となるように選択されてよい。
【００３５】
概して、ねじ山付きシャンクはその寸法において、ねじ山のない領域の拡張の望ましい効果を得るために適切な材料の選択により構成されていてよい。
【００３６】
ねじ山のない領域は、ねじ山付きシャンクの第２のねじ山の内径および第３のねじ山の内径よりも小さな直径を有していてよく、これにより、軸方向の力、特に回転による外部の軸方向の力がねじ山付きシャンクおよび／または別の構成部材に加えられると、特にねじ山付きシャンクが別の構成部材と係合させられている時に、ねじ山のない領域の軸方向長さが拡張可能である。特に、ねじ山のない領域の直径は、第２のねじ山および／または第３のねじ山の内径の実質的に８０％または７０％または６０％であってよい。
【００３７】
既に前に示したように、ねじ山のない領域は弾性であってよく、これにより、第２の力、特に回転による外部の軸方向の力がねじ山付きシャンクおよび／または別の構成部材に加えられると、特にねじ山付きシャンクが別の構成部材と係合させられている時に、ねじ山のない領域の軸方向長さが軸方向オフセットによって拡張可能である。
【００３８】
ねじ山のない領域は好適には軸方向に延在している。
【００３９】
好適な実施の形態では、ねじ山付きシャンクは外部ねじ山、すなわち雄ねじ山を有してよい。別の構成部材は、内部ねじ山、すなわち雌ねじ山とも呼ばれる、ボアに設けられたねじ山を有してよい。例えば、シャンクがその端部において雌ねじ山を有する円筒状の盲孔を有するような、様々な構成も可能である。したがって、別の構成部材は、盲孔の内部ねじ山に対応する外部ねじ山を備えるねじまたはボルトの形態で構成されていてもよい。
【００４０】
第１、第２および第３のねじ山は、Ｖタイプねじ山、台形ねじ山、アクメねじ山またはＩＳＯメートルねじ山（ＩＳＯ：国際標準規格）として構成されていてよい。ねじ山は、米国ねじ規格または英国ウィット規格に従って構成されていてもよい。
【００４１】
ねじ山付きシャンクは実質的にシャンクの軸線を中心として実質的に回転対称であってよい。ねじ山は、軸方向の移動を提供するという役割を有するので、完全に対称ではないのは明らかである。シャンクは軸方向に延在していてよい。２対のシャンクが、延在したスタッドまたはロッドの軸方向両端部に配置されていてもよい。
【００４２】
本発明は、様々なタイプの接続部に適用することができる。これらの接続部は、ターボ機械、特にガスタービン、圧縮機、ターボチャージャ、蒸気タービン、特にターボ機械のロータに配置され得る。その他の機械または配列を本発明によって改良することもできる。すなわち、本発明は、ねじ山付きシャンク、特にテンションスタッドまたはテンションスタッドボルトをねじ山付きの別の構成部材、特にテンションスタッドボルトのねじ山付きシャンクと係合させられたロッキングナット、と係合させるための接続アセンブリにも関し、ねじ山付きシャンクと別の構成部材とは前述のように構成されている。
【００４３】
すなわち、本発明は、シャンクのみではなく、ねじ山付きシャンクおよび対向する別の構成部材を含む接続アセンブリをも見ることによって、別の実施の形態では、外部荷重が加えられることなくねじ山付きシャンクと別の構成部材とが連結された時、第１のねじ山と第２のねじ山とは軸方向隙間を有してよく、軸方向オフセットは軸方向隙間の実質的に２分の１または３分の１であるように構成されていてよい。ねじ山のない領域の構成、およびねじ山のない領域によって実現することができる軸方向拡張に応じて、軸方向オフセットは、様々な値、例えば軸方向隙間の実質的に４分の１、５分の１、６分の１、７分の１、８分の１、９分の１または１０分の１になるように構成されていてもよい。これは、ねじ山のない領域において使用される材料の剛性および／またはねじ山の高さおよび／またはねじ山のピッチに依存してよい。
【００４４】
上述の意味での軸方向隙間は、軸方向遊びを意味する。外側ねじ山を内側ねじ山に係合させるために、内側ねじ山は、外側ねじ山のサイズよりも軸方向に広くなければならない。なぜならば、外側ねじ山はさもないと内側ねじ山に係合することができないからである。係合したねじ山においては、したがって軸方向距離は軸方向遊び、すなわち、他方の側における２つのねじ山表面が直接接触している時の２つの対向するねじ山表面の間の軸方向距離である。
【００４５】
特に、本発明は、ロータ軸線を中心としてボディに回転可能に取り付けられたロータを有するガスタービンエンジンに適用することができ、軸方向はロータ軸線に沿って規定されており、ロータは、スタッド、第１の予荷重ナットまたは第１のロータシャフト、第２の予荷重ナットまたは第２のロータシャフトを有する。スタッドは、ロータ軸線に沿って延びており、さらに、第１の外端部および第２の外端部を有しており、第１の外端部は第１の予荷重ナットまたは第１のロータシャフトに係合するように適合されており、第２の外端部は、第２の予荷重ナットまたは第２のロータシャフトに係合するように適合されており、さらに、第１の外端部および第２の外端部に接続されたシャフトを有する。前記シャフトは、第１および第２の外端部の間に配置された延在した接続エレメントである。スタッドは、前に定義したようなねじ山付きシャンクとして構成されており、第１の外端部および第２の外端部のうちの少なくとも一方は、第２のねじ山と、第３のねじ山と、前述のようなねじ山のない領域とを有しており、予荷重ナットは、前に定義したような別の構成部材として構成されている。第１の予荷重ナット、第２の予荷重ナット、第１のロータシャフトおよび第２のロータシャフトのうちの少なくとも１つは、前に使用された表現によれば、外部予荷重を加える。
【００４６】
この構成は、回転する部材をまとめて締め付けるために１つのテンションスタッドのみを有してよいことが認められなければならない。この配列では、ねじ山付きシャンクの軸線は、ガスタービンエンジンの軸線とも同じである。しかしながら、本発明は、複数の別個のボルトにおける複数のねじ山シャンクによって部材が互いに接続されるような配列にも適用され得る。
【００４７】
好適な実施の形態では、第１の予荷重ナット、第２の予荷重ナット、第１のシャフトおよび第２のシャフトのうちの少なくとも１つはスタッドと係合させられてよく、これにより、予荷重力またはプレテンション力が第１の軸方向で第１のねじ山から第２のねじ山へ加えられてよく、これにより、第１のねじ山側面および第２のねじ山側面が荷重支持接触する。
【００４８】
さらに、第１の予荷重ナット、第２の予荷重ナット、第１のロータシャフトおよび第２のロータシャフトのうちの少なくとも１つはスタッドと係合させられてよく、これにより、予荷重力が第１の軸方向で第１のねじ山から第３のねじ山へ加えられてよく、これにより、第１のねじ山側面および第３のねじ山側面が荷重支持なしで接続するおよび／または無接触で接続する。
【００４９】
その他に、ガスタービンエンジンの作動中、第１の軸方向とは反対の第２の軸方向で作動荷重がシャフトから第１の外端部および／または第２の外端部へ加えられてよく、これにより、ねじ山のない領域が軸方向に拡張し、これにより、第１のねじ山側面と第３のねじ山側面とは荷重支持接触する。
【００５０】
前記では、説明した構成は、シャンクにおける２つの部分、すなわち第２のねじ山および第３のねじ山のみに限定されていた。別の構成として、シャンクのねじ山をさらに分離するために別のねじ山のない領域が存在してもよい。例えば、軸方向で第３のねじ山の後に第２のねじ山のない領域が続いてよく、軸方向で第２のねじ山のない領域に第４のねじ山が続いていてもよい。第２のねじ山に対する第４のねじ山のオフセットは、第２のねじ山と第３のねじ山とのオフセットとは異なっていてもよい。
【００５１】
本発明は、ガスタービンエンジンのターボ機械ロータを組み立てる方法にも関し、このターボ機械ロータにおいて、ロータが運転していない、すなわち回転していないと、第１のねじ山と第２のねじ山とのフランジの間には接触が生じるが、第１のねじ山と第３のねじ山とのフランジの間には接触が生じない。運転時、ロータが作動していると、第１のねじ山と第２のねじ山とのフランジの間に接触が生じ、したがって、前に確立されていた接触はそのままであり、それに加えて今では第１のねじ山と第３のねじ山とのフランジの間に接触が生じる。
【００５２】
この方法は、ねじ山付きシャンクを備える第１の構成部材と、ねじ山付きの別の構成部材とを含むロータに対して実施され、別の構成部材は、円筒状の第１のねじ山を有し、ねじ山付きシャンクは、ねじ山のない領域によって軸方向に離間させられた第２のねじ山および第３のねじ山を有する。
【００５３】
この方法についてさらに詳しく述べると、この方法は、第２のねじ山および第３のねじ山を第１のねじ山と係合させるステップを含み、第２のねじ山の第２のねじ山螺旋と、第３のねじ山の第３のねじ山螺旋とは、ねじ山付きの別の構成部材と係合させられた時に、特に予荷重をかけられた非回転状態において、互いに対して軸方向オフセットを有しており、これにより、（ｉ）ロータが回転していないと、別の構成部材の第１のねじ山の第１のねじ山側面は、ねじ山付きシャンクの第２のねじ山側面と荷重支持接触し、別の構成部材の第１のねじ山の第１のねじ山側面は、ねじ山付きシャンクの第３のねじ山の第３のねじ山側面と荷重支持なしでおよび／または無接触で接続され、（ｉｉ）ロータが回転していると、別の構成部材の第１のねじ山の第１のねじ山側面は、ねじ山付きシャンクの第２のねじ山側面と荷重支持接触し、かつ別の構成部材の第１のねじ山の第１のねじ山側面は、ねじ山付きシャンクの第３のねじ山の第３のねじ山側面と荷重支持接触する。
【００５４】
本発明の複数の実施の形態が、様々な主体に関して説明されていることに注目しなければならない。特に、幾つかの実施の形態が装置形式の請求項に関して説明されているのに対し、他の実施の形態は、方法形式の請求項または異なるタイプの装置形式の請求項に関する特徴を説明している。しかしながら、その他の通告がない限り、１つのタイプの主体に属する特徴のあらゆる組合せに加えて、異なる主体に関連する特徴、特に、装置形式の請求項の特徴と、方法形式の請求項の特徴とのあらゆる組合せも本願によって開示されていると考えられることが、当業者は上記および以下の説明から分かるであろう。
【００５５】
さらに、複数の例が前述されており、また複数の例は以下の部分ではガスタービンエンジンに関連して開示される。本発明は、あらゆる種類のターボ機械、例えば圧縮機または蒸気タービンにも適用可能である。さらに、一般的概念をより一般的にあらゆる種類の機械に適用することができる。一般的概念を、回転する部材および固定の部材に適用することができる。
【００５６】
本発明の上記で規定した態様および別の態様は、以下で説明される実施の形態の例から明らかであり、実施の形態の例に関して説明される。
【００５７】
ここで発明の実施の形態を、単なる例として、添付の図面に関して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】従来技術の図であり、第１のテンションスタッドおよび第１のナットを用いた圧縮機ディスクの組立て後の中間組立て段階におけるガスタービンを概略的に示している。
【図１Ｂ】従来技術の図であり、タービンディスク用の第２のテンションスタッドを提供した後の、組立て中のガスタービンを概略的に示している。
【図１Ｃ】従来技術の図であり、第２のテンションスタッドおよび第２のナットを用いたタービンディスクの組立て後の、組立て中のガスタービンを概略的に示している。
【図２】本発明を例示するガスタービン配列のテンションスタッドの端部を概略的に示している。
【図３】２つの作動モードにおける、本発明を例示するガスタービン配列のテンションスタッドの端部を概略的に示している。
【図４】複数の本発明によるボルトが挿入され得る２つのタービンディスク部分を概略的に示している。
【００５９】
図面における例示は概略的である。なお、異なる図面における類似または同一の要素に対して、同じ参照符号が使用される。
【００６０】
特徴、特に利点の幾つかは、組み立てられたガスタービンについて説明されていても、明らかに、特徴は、ガスタービンの個々の構成部材にも適用することができるが、一回組み立てられた、作動中の利点のみを示す。しかしながら、作動中のガスタービンによって説明されている場合、いずれの詳細も、作動中のガスタービンに限定されるべきではない。
【００６１】
発明の詳細な説明
全ての図面は、ガスタービンエンジンのロータの複数の部分を回転軸線Ａに沿った縦断面図で概略的に示している。ロータは、回転軸線Ａを中心に回転可能に配置される。ステータ部分は図示されていない。ロータ部分を連結する要素もまた図示されていない。全ての図面は、左から右へガスタービンの主流路を通る流体流れを有する特定の領域の入口が左側に、出口が右側に配置されるような向きでロータ部分を示している。
【００６２】
図示された全てのロータ部分は、回転軸線Ａに関して実質的に回転対称であってよい。
【００６３】
図１は、導入部において既に説明されており、ガスタービンエンジンの従来の構成と、どのようにロータが組み立てられるかを示している。
【００６４】
図１において、ねじ山付き圧縮機スタッドＣＳは、中間シャフトＩＮＴＳに設けられたねじ穴に係合させられる。圧縮機予荷重ナットＣＮは、圧縮機スタッド端部に螺合させられる。組立てのために、外部の力が圧縮機スタッドＣＳを延伸させてよく、圧縮機ナットＣＮが締め付けられ、これにより、圧縮機ナットＣＮを介して圧縮機スタッドＣＳに加えられる外部予荷重を加える。タービンスタッドＴＳは、中間シャフトＩＮＴＳの別の軸方向端部に螺入される。タービンナットＴＮは、タービンスタッドＴＳの他方の端部に螺合させられる。同様に、工具がタービンスタッドＴＳを延伸させてよく、工具が取り外された時に予荷重を維持するためにタービンナットＴＮが締め付けられる。全てのこれらのねじ山付きインターフェースを本発明により構成することができる。一例として、図２を参照して、タービンスタッドＴＳと、タービンナットＴＮとをより詳細に見ることにする。しかしながら、この概念は、全ての紹介されたインターフェース、さらには全く別の構成にも適用され得る。
【００６５】
図２には、ガスタービンエンジンの一部が、テンションスタッドの軸線Ａを通る断面で見た断面図に概略的に示されている。例えば図１のタービンスタッドＴＳの端部に対応する、テンションスタッドＴＳの一方の軸方向端部のみが示されている。ねじ山付きシャンク１は、タービンスタッドＴＳの端部として示されている。対応するタービンナットＴＮは、図２に符号２によって示されており、請求項に記載された“ねじ山付きの別の構成部材”を表している。
【００６６】
タービンナット２は、内側ねじ山として構成された第１のねじ山３を有する半径方向内側部分によって示されている。
【００６７】
ねじ山付きシャンク１は、外側ねじ山の２つの部分、すなわち、シャンク１の軸方向端部６０に配置された第２のねじ山４と、シャンク１の他方の端部を規定した第３のねじ山５とを有する。すなわち、第３のねじ山５はテンションスタッドの円筒状部分７０の方向にあり、円筒状部分７０はシャンク１よりも小さな直径を有する。円筒状部分７０は、テンションスタッドの反対側の端部における別のねじ山付きシャンクにおいて終わっている。
【００６８】
第２のねじ山４と、第３のねじ山５とは、ねじ山のない領域６によって分離されている。ねじ山のない領域６は、ねじ山を有さず、第１のねじ山３の外径Ｄ２１よりも小さく、第２のねじ山４の外径Ｄ４１よりも小さく、第３のねじ山５の外径Ｄ５１よりも小さいだけでなく、第１のねじ山３の内径Ｄ２２よりも小さく、第２のねじ山４の内径Ｄ４２よりも小さく、第３のねじ山５の内径Ｄ５２よりも小さい直径Ｄ６を有している。
【００６９】
対向する第１のねじ山３は、シャンク１の長さ方向に沿って連続的なねじ山を有しており、ねじ山のない中間領域を有さない。
【００７０】
全ての３つのねじ山３，４，５は、それ自体の長さ全体においても、互いに対しても、極めて均一な構成を有している。すなわち、ねじ山３，４，５は同じねじ山ピッチを有すしており、第１のねじ山ピッチと、第２のねじ山ピッチ４１と、第３のねじ山ピッチ５１とは等しい。ねじ山３，４，５はその軸方向延在範囲にわたって同じねじ山角度をも有しており、第１のねじ山角度３２と、第２のねじ山角度４２と、第３のねじ山角度５２とは等しい。ねじ山角度は、シャンク１の軸線Ａによって表された軸方向に対する傾きを規定する空間におけるねじ山側面の向きを規定する。
【００７１】
軸線Ａは、シャンク１の軸線のみならず、ねじ山３，４，５の螺旋の中心となるねじ山３，４，５の軸線をも規定する。
【００７２】
本発明によれば、ねじ山のない領域６は、第２のねじ山ピッチ４１と第３のねじ山ピッチ５１との間の軸方向オフセット２００、すなわち第２のねじ山４の第２のねじ山螺旋と第３のねじ山５の第３のねじ山螺旋との間の軸方向オフセット２００を生じる軸方向延在範囲を有している。軸方向オフセット２００は、図３に見ることができ、この図では、軸線Ａの上方の上半分は図２の構成を示しており、この構成では、付加的な軸方向の力がテンションスタッドに加えられておらず、これにより、第２のねじ山４の側面４３は第１のねじ山２の側面３３と支持接触しているが、第３のねじ山５の側面５３は第１のねじ山２の側面３３と物理的に接触しておらずかつ支持接触していない、すなわち無接触接続１０１している。これらの側面３３および５３の間の軸方向距離がオフセット２００として定義される。
【００７３】
第２のねじ山螺旋は、第３の螺旋とは別個の領域にあるが、螺旋は、２つの前記螺旋が合致せずかつ重ね合わせ可能ではないように仮想的に継続していることができる。
【００７４】
テンションスタッドはタービンナット２によって予荷重またはプレテンションをかけられていてよく、これにより、互いに接続されかつガスタービンエンジンのロータを形成する全ての部材は、例えば締付力を介して固定結合されている。この力は永続的に加えられ、これにより、第１の力Ｆ１は、正の軸方向、すなわち第３のねじ山５の端部から第２のねじ山４の端部への方向に作用する、および／または力Ｆ２は、負の軸方向、すなわち図２には示されていないテンションスタッドの反対側の端部の方向に作用する。第１の力Ｆ１および／または力Ｆ２を介したこの外部予荷重により、オフセット２００が存在する。
【００７５】
より大きな力、例えば、ガスタービンエンジンを作動させた結果および回転する部材に作用する遠心力の結果であり得る、正の軸方向に作用する第２の力Ｆ１’および／または負の軸方向に作用する力Ｆ２’が加えられた時、シャンク１は、軸方向延伸を生じるように構成されているが、この軸方向延伸は、実質的にシャンク１のねじ山付き部分４および５を延伸させることなく、ねじ山のない領域６を延伸させることによって実質的に制限されており、ねじ山付き部分４および５を互いに対して移動させる。材料および加えられる力に応じて、ねじ山付き部分４および５にも僅かな軸方向膨張が生じてもよい。加えて、ねじ山のない領域６は、特にガスタービンエンジンの高温領域に配置されたシャンク１の場合、熱的膨張によっても軸方向に膨張する。
【００７６】
膨張の効果は、図３の下半分に示されている。図２および図３の上半分に示したように、ガスタービンエンジンが作動していない時の運転モードが点線で再び示されている。より大きな第２の力Ｆ２’および／または力Ｆ１’がシャンク１に加えられた時の運転モードが連続的な実線で再び示されている。その結果、ねじ山のない領域６は延伸させられ、直径Ｄ６が減少する。これは、元の直径Ｄ６と、ガスタービンエンジンの作動中の表面を表す直径Ｄ６’とによって示されている。直径Ｄ６’は直径Ｄ６よりも小さいが、図３における縮尺は誇張されている。
【００７７】
ねじ山のない領域６が延伸することにより、第１のねじ山３の軸方向位置に対する第３のねじ山５の軸方向位置が変化させられ、それまでは第１のねじ山３の側面３３の対向する表面と接触していなかった第３のねじ山５の側面５３は、今や側面３３と荷重支持接触１０２してよい。したがって、第３のねじ山５の位置は軸方向で変化させられている。位置変化の距離はゼロと軸方向オフセット２００との間であってよい。第３のねじ山５が第１のねじ山３と軸方向で整合させられると、第２のねじ山ピッチ４１と、第３のねじ山ピッチ５１とはもはやオフセットしていない。
【００７８】
図３にこの効果が示されており、第３のねじ山５の元の位置が破線で示され、作動中の新たな位置が実線で示されている。同様に、軸方向オフセット２００は、この領域において、破線に配置された時と実線に配置された時の、両作動モードにおける同じ箇所の間の軸方向距離として示すこともできる。
【００７９】
図２および図３に見られることは、第１のねじ山３がねじ山のない領域６を完全に“カバー”しているということである。第２のねじ山４と、第１のねじ山３とは、軸方向端部６０において完全に整合されて示されているが、これは単に図面の単純化である。第２のねじ山４はタービンナット２の端部を超えて延びていてよい。同様に、第３のねじ山５および第１のねじ山３は、タービンナット２の他方の軸方向端部において完全に整合されて示されているが、これも単に図面の単純化である。第３のねじ山５はタービンナット２のその端部を超えて延びていてよい。
【００８０】
図２および図３に関して説明された構成は、高い荷重を受けるねじ山付きスタッドの疲れ寿命を改善することを目的とする。ねじ山付きスタッドにおいてはねじ山が寿命を制限する特徴である。これは、ねじ山サイズが、同様に最適化される必要があるその他の判定基準と競合するために、ねじ山サイズおよびねじ山リダンダンシーを自由に選択することができない場合に、エンジンにおいて特に有利である。加えられる荷重に最も近い位置において、例えば、端部６０とは反対側に面したシャンクの“軸方向内側”端部におけるねじ山において、ねじ山における潜在的な高いピーク応力が生じた時、本発明は特に有利である。
【００８１】
疲労を生じる恐れがあるこの応力ピーク問題は、本発明によって克服することができる。別の言葉で要約すれば、雄ねじ山は同じシャンクにおける２つ以上のねじ山のセクションから成り、かつシャンクのネック状のプレーンな部分を介して互いに隣接しており、ねじ山は、２つまたはさらに多くのステージにおける対応する雌ねじ山と係合する。ステージ１は、雄ねじ山の主要セクションが、意図した荷重支持方向で雌ねじ山の側面と係合させられかつ接触するステージであり、この状態において、ねじ山の主要セクションは、接触しているが、荷重は加えられていない。雄ねじ山の第２のおよび／または付加的なセクションは、雌ねじ山の側面と接触しておらず、すなわち、主要なねじ山付きセクションのねじ山からねじ山形状における物理的オフセットが存在している。トルク締付けの結果としての予荷重、組立て時の機械的予延伸により加えられる荷重、保守時または組合せ時に生ぜしめられる荷重であってよい荷重が加えられると、最初に、接触している（荷重から最も遠い）ねじ山の第１の部分が初期荷重を引き受け、荷重が増大するにつれて、ねじ山の２つ以上のセクションに隣接したネック状シャンクは、スタッド材料の弾性限界の範囲で延伸するように設計されており、これが生じた時、接触した時にねじ山の付加的なセクションに荷重が分配される。ねじ山を横切った荷重シェアリングのこの原理を用いると、任意の荷重状況において“ピーク”荷重を減じることができ、ひいては、荷重の対応する減少は、ねじ山における疲れ寿命を著しく改善することになる。
【００８２】
荷重の減少は、疲れ寿命を著しく改善する。
【００８３】
この概念は、ボルト締結された配列が可変荷重を受けるところ、すなわちボルトによって結合された２つの部材において、および１つ以上の部材が熱的膨張を受けるところにおいて特に有利である。これは、作動時に課せられる付加的な荷重、すなわち熱的、圧力および分離荷重にも対処する一方で、低温静的荷重が要求され得るような多くのボルト締結用途にも当てはまる。
【００８４】
本発明は、例えば、ガスタービンエンジンの圧縮機ロータテンションスタッドにも適用され得る。本発明は、タービンロータテンションスタッドにも適用され得る。
【００８５】
本発明は、特に、様々な種類のターボ機械、例えば、軸流ターボ機械、またはその回転軸に沿って荷重を受けるその他の種類の回転機械に適用され得る。本発明は、ねじ山に影響する異なる荷重での少なくとも２つの作動モードを生じる、その他のエンジン、機械または配列にも適用され得る。
【００８６】
前述したように、本発明は、特に、特に回転対称でありかつ両軸方向端部において前に定義したようなねじ山付きシャンクを有するボルトの場合に有利である。ねじ山付きシャンクは、これらのシャンクの間のシャフトの直径よりも大きな直径を有してよい。しかしながら、シャフトは、シャフトの中央部分におけるより幅広のセクションを有してもよいが、端部におけるねじ山付きシャンクよりも小さな直径を有する少なくとも２つのセクションを有する。
【００８７】
これまで説明した実施の形態は、１つの中央のボルトを有するロータ配列に注目しているが、本発明は、部材、例えばディスクが、円、すなわちボルト円に配置された複数のテンションスタッドによってまとめて保持されている配列にも適用することができる。これらのテンションスタッドは、上述の単一のテンションスタッドよりも小さな直径のものであるが、同じ長さのものである。このようなマルチボルト構成は図４に示されている。２つのタービンディスクまたは圧縮機ディスク３００が組み立てられていない状態で示されている。これらのディスク３００を貫通した穴３０１が存在してよく、穴３０１が適切に整合させられていると、本発明により構成された、ねじ山付き端部を有するボルトをこの穴３０１に通して配置することができ、これにより、対応するねじ山を有するナットをボルトの端部に配置することができ、ディスク３００を互いに取り付けることができる。
【００８８】
本発明は、２つのケーシング半部、例えばガスタービンのケーシング半部を結合するために使用されてもよい。ケーシングは温度差も生じるので、本発明によって克服されてよいねじ山における応力も生じ得る。本発明の適用は明らかに、大型で、重いガスタービンの場合に有利である。特に、ケーシングの下半分は、ケーシングの上半分に結合される。このような構成において、ケーシング下半分はフランジを有してよく、ケーシング上半分も対応するフランジを有してよく、両フランジはボアホールを備える。ボアホールは、２つの半部を結合するためにボアホールに挿入されてよいシャンクに対応することができるねじ山を有してよい。これに代えて、ボアホールはねじ山を有さなくてもよいが、ボルトは、２つの整合したボアホールに挿入されてよく、ボルトは、フランジに当接することができる頭部を有してよく、ナットはボルトの他方の端部に螺合させられてよく、ナットは、反対側の端部において他方のフランジに当接する。ボルトは、ナットと係合するためにその端部において少なくとも１つのねじ山付きシャンクを有してよい。ボルト結合された２つの半部のこの形式のケーシングは、米国特許出願公開第２０１０／００８０６９８号明細書に記載されている。
【００８９】
本発明は、タワーの結合を提供するためにまたは風車ロータの結合を提供するために風車の分野において使用されてもよい。このような風車において、張力は、熱および高い回転速度から常に生じるわけではなく、おそらくタワーまたはロータに影響する風からも生じ得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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