(57)【要約】      （修正有）【課題】不釣り合いによって、許容できない振動に起因する機械の運転停止が起こり、時間及びコストがかかるロータの分解及び再組み立てが必要となる。【解決手段】ガスタービンロータのトルク伝達機構は、複数の隣接するホイール２を備える。各ホイールは、第１の軸方向側面の第１のフランジと第２の軸方向側面の第２のフランジを備える。第１のフランジは、第１のフランジの外周の周りに延在する複数の第１の歯状部であって、第１のスロットで離間される複数の第１の歯状部を有しており、第２のフランジは、第２のフランジの外周の周りに延在する複数の第２の歯状部であって、第２のスロットで離間される複数の第２の歯状部を有する。第１のホイールの第１の歯状部は、隣接する第２のホイールの第２のスロットに受け入れられて歯状部の剪断によってトルクを伝達し、第１のフランジと第２のフランジとが係合してフランジの間の摩擦によってトルクを伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の隣接する回転機械のホイールを備えるガスタービンロータのトルク伝達機構であって、各ホイールが、第１の軸方向側面の第１のフランジと、第２の軸方向側面の第２のフランジとを備えており、第１のフランジは、第１のフランジの外周の周りに延在する複数の第１の歯状部であって、第１のスロットで離間される複数の第１の歯状部を有しており、第２のフランジは、第２のフランジの外周の周りに延在する複数の第２の歯状部であって、第２のスロットで離間される複数の第２の歯状部を有しており、第１のホイールの第１の歯状部は、隣接する第２のホイールの第２のスロットに受け入れられて歯状部の剪断によってトルクを伝達し、第１のフランジと第２のフランジとが係合してフランジの間の摩擦によってトルクを伝達する、トルク伝達機構。
【請求項２】
第１のフランジ及び第２のフランジの各々は、ロータの中心軸上で第１のホイール及び第２のホイールをセンタリングするように係合するセンタリング面を備える、請求項１記載のトルク伝達機構。
【請求項３】
センタリング面が、ラベット接合部を備える、請求項２記載のトルク伝達機構。
【請求項４】
センタリング面が、締まり嵌めで係合する、請求項２記載のトルク伝達機構。
【請求項５】
フランジの間の摩擦によって伝達されるトルクは、第１のホイール及び第２のホイールを一緒に保持するために加えられる締め付け荷重によって決定される、請求項１記載のトルク伝達機構。
【請求項６】
フランジの間の摩擦によって伝達されるトルクは、締め付け荷重が大きくなると増大する、請求項５記載のトルク伝達機構。
【請求項７】
フランジの間の摩擦によって伝達されるトルクは、所定の締め付け荷重以上では影響を受けない、請求項６記載のトルク伝達機構。
【請求項８】
歯状部は、フランク角を有する、請求項１記載のトルク伝達機構。
【請求項９】
ロータの中心軸上で第１のホイール及び第２のホイールをセンタリングするように構成されるラベット接合をさらに備える、請求項１記載のトルク伝達機構。
【請求項１０】
複数の隣接する回転機械のホイールは、単一の軸方向センターボルトによって保持される、請求項１記載のトルク伝達機構。
【請求項１１】
複数の隣接する回転機械のホイールは、複数の円周方向に配置されたボルトによって保持される、請求項１記載のトルク伝達機構。
【請求項１２】
各々が請求項１記載のトルク伝達機構を含む軸流圧縮機及びガスタービンを有するガスタービンロータ。
【請求項１３】
各々が請求項１０記載のトルク伝達機構を含む軸流圧縮機及びガスタービンを有するガスタービンロータ。
【請求項１４】
複数の隣接する回転機械のホイールの間でトルクを伝達する方法であって、
隣接するホイールのフランジに設けられた複数の歯状部の剪断によってトルクを伝達する段階であって、各ホイールの歯状部がその隣接ホイールの歯状部の間のスロットに受け入れられる段階と、
フランジの間の摩擦によってトルクを伝達する段階と
を含む方法。
【請求項１５】
ホイールを軸上でセンタリングする段階をさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ホイールの締め付け荷重を調整することで、摩擦によって伝達されるトルクを調節する段階をさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
伝達されるトルクを調節する段階は、締め付け荷重を大きくすることで伝達されるトルクを増大させる段階を含む、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンロータのトルク伝達機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンにおいて、高圧の燃焼用空気中での燃料の燃焼によって発生する高圧高温燃焼ガスは、タービンを駆動するために利用され、タービンでは燃焼ガスのエネルギが機械出力に変換される。通常、燃焼用空気は、タービンで駆動される軸流圧縮機から供給される。従って、通常、軸流圧縮機のロータ及び出力タービンは組み合わされて一体式ガスタービンロータを形成する。さらに、ガスタービンロータの軸流圧縮機部分は、通常、通しボルトを使って軸方向に締結することで、複数のロータディスクを隣同士に配置することによって構成される。軸流圧縮機のロータブレードは、それぞれのロータディスクの外周に組み込まれる。
【０００３】
一連の個々のホイール及び軸がスタックを貫通して軸方向に延在するボルトセットで保持される場合、ボルトの張力は、ホイール及び軸を互いに押し付けて、ボルトの剪断強度に依存することなく境界面全域の摩擦力によってトルク伝達が可能になる。フランジ面の摩擦係数、ボルト組立体、及び機械の運転の大きなばらつきは、ロータのトルク伝達性能の実質的な変動につながる場合がある。高温での連続運転は、ボルトの応力緩和につながる場合があり、ロータのトルク容量がさらに悪化する。
【０００４】
摩擦駆動機械のトルク性能の制限は、最新の高圧縮比及び高燃焼温度機械に関連する高温運転の対処方法である。さらに、低発熱量合成燃料（プロセス燃料）を使用して運転すると、ロータ構成を変更することなく、所定の機械からの実現可能な出力が増大する。ロータのトルク要件が実際の性能を超える場合、各ホイールは相互にスリップして、典型的には、コークスクリュー状（corkscrewed）又は「カム状（cammed）」ロータがもたらされるはずである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６４３５８３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これによる不釣り合いによって、許容できない振動に起因する機械の運転停止が起こり、時間及びコストがかかるロータの分解及び再組み立てが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的な実施形態によれば、ガスタービンロータに関するトルク伝達機構は、複数の隣接する回転機械のホイールを備える。各ホイールは、第１の軸方向側面の第１のフランジと第２の軸方向側面の第２のフランジを備える。第１のフランジは、第１のフランジの外周の周りに延在する複数の第１の歯状部であって、第１のスロットで離間される複数の第１の歯状部を有しており、第２のフランジは、第２のフランジの外周の周りに延在する複数の第２の歯状部であって、第２のスロットで離間される複数の第２の歯状部を有する。第１のホイールの第１の歯状部は、隣接する第２のホイールの第２のスロットに受け入れられて歯状部の剪断（shear）によってトルクを伝達し、第１のフランジと第２のフランジとが係合してフランジの間の摩擦によってトルクを伝達する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な実施形態によるハイブリッドトルク伝達機構の部分断面図
【図２】図１のハイブリッドトルク伝達機構の一部の部分断面図
【図３】図１のハイブリッドトルク伝達機構の他の部分の部分断面図
【図４】ハイブリッドトルク伝達機構のホイールをセンタリングするためのラベット接合の図
【図５】ハイブリッドトルク伝達機構のホイールをセンタリングするためのラベット接合の図
【図６】他の例示的な実施形態によるハイブリッドトルク伝達機構の図
【図７】他の例示的な実施形態によるハイブリッドトルク伝達機構の図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照すると、軸流圧縮機及び／又はガスタービンのトルク伝達機構は、軸方向の締め付けボルト又は円周方向に配置された締め付けボルト配列（図示せず）によって保持することができる、複数の段又はホイール２を含む。各ホイール２は同一とすることができ、１つのみを詳細に説明すれば十分である。
【００１０】
ホイール２は、第１の軸方向側面（例えば、上流側）から延在し、その間に複数の第１のスロット８を定める複数の軸方向に延在するスプライン又は歯状部６を含む、第１のフランジ１４を備える。ホイール２は、第２の軸方向側面（例えば、下流側）から延在し、その間に複数の第２のスロット２２を定める複数の軸方向に延在するスプライン又は歯状部４を含む第２のフランジ１０をさらに備える。
【００１１】
第１のホイールの半径方向に延在する歯状部４が、第２のホイールの軸方向に延在する歯状部６の間のスロット８に受け入れられる場合、第１のフランジ１４は、先行するホイール２の第２のフランジ１０の第２のセンタリング面又はラベット面１２と係合するように構成される、第１のセンタリング面又はラベット面３２を含む。第１のセンタリング面３２及び第２のセンタリング面１２は、ホイールのセンタリングを助けて、半径方向の伝達機構の荷重容量を高めることができるラベット接合を形成することができる。
【００１２】
図２を参照すると、ホイールは、締め付けボルト又は円周方向に配置された締め付けボルト配列（図示せず）による締め付け荷重１６によって、軸方向に相互に締め付けられる。トルク１８の一部は、フランジ１０、１４の間の摩擦によって伝達され、トルク１８の残部は、半径方向に延在する歯状部４の剪断によって伝達される。例えば、伝達機構は、トルク１８の半分がフランジ１４、１０の間の摩擦で伝達され、残りの半分が歯状部を経由した剪断３４で伝達されるように構成できる。このトルク伝達の分散は、トルク荷重の範囲に無関係とすることができる。
【００１３】
２つの異なるトルク伝達機構、つまり、摩擦及び剪断は互いに助け合う。歯状部４、６は、フランジ１０、１４がスリップすることを防止し、フランジ１０、１４は、歯状部４、６の軸方向分離を低減又は防止するための締め付けをもたらす。フランジ１０、１４の間の摩擦によって伝達されるトルク１８の割合は締め付け荷重１６によって決定される。一般に、締め付け荷重１６が増加すると、フランジ１０、１４の間の摩擦によって伝達されるトルク１８の割合が増える。トルク１８の一部は歯状部４、６の間の剪断３４によって伝達できるので、フランジ１０、１４の間の摩擦で伝達されるトルク１８量を少なくすることができ、締め付け荷重１６を低減できる。また、フランジクラッシュ荷重は、フランジ１０、１４の面積を調整することで調節できる。締め付け荷重が少なくなるとフランジクラッシュ荷重を低減することができる。
【００１４】
ホイール２の各側面に設けられる歯状部４、６の数は、ホイール２の応力を増加させる傾向がある、フランジ１４、１０の外周全域での何らかの不連続性を低減又は最小限にするように決定することができる。ホイール２の半径方向内方又は外方移動（つまり、スクラビング）は、トルク１８に起因する歯状部６、４の表面上の常用荷重、及び締め付け荷重１６に起因するフランジ１４、１０上の常用荷重によって低減されるので、歯状部６、４の間のスロット８、２２を通る漏洩を低減又は最小限にすることができる。締め付け荷重及びスクラビングの低減は、ホイール２の摩耗の低減につながる。
【００１５】
各ホイール２は、センタリング面１２をラベット面として形成することで、つまりセンタリング面１２にセンタリング面３２の溝部に受け入れるように構成される突起を形成する（又はその逆）ことでセンタリングすることができる。図４を参照すると、独立したラベット接合２４は、Ｌ形部材２６及びセンタリング面又はラベット面３６を含むＣ形クランプ２８を備える各ホイール２をセンタリングするために設けることができる。Ｃ形クランプは、ホイール２と高度に締まり嵌めする必要は無く間隙３０を含むことができる。図５を参照すると、Ｌ形部材２６は、Ｃ形クランプ２８のフランジ４０との接触を助長するための逃げ部３８を含む。逃げ部はＣ形クランプ２８に設けることもできることに留意されたい。
【００１６】
図６を参照すると、ラベット面１２、３２をなくすために歯状部４、６にはフランク角２０を付けて形成することができる。これにより歯状部は、自己センタリング機能をもったヒルト（Hirth）カップリングのように作用する。図７を参照すると、歯状部４、６は、平行な側面をもつように形成される。
【００１７】
ホイール２は、圧縮機及びタービン段又はホイールの全てを結合する単一の軸方向締め付けボルト又は円周方向に配置された締め付けボルト含むボルト構成で一緒に保持することができる。この単一の軸方向締め付けボルト構成により、円周方向に配置される複数の締め付けボルトに必要とされる穴がなくなるので各ホイールの間の接触面積が増える。このユニットは、ラベット上で所定の締まり嵌め量でホイールを圧入して、所定のトルク量をホイールに加えて歯状部にプレストレスを加え、ボルトにトルクを与えることで組み立てることができる。
【００１８】
現時点で最も実用的且つ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に添付の請求項の技術的思想及び範囲内に含まれる様々な修正形態及び均等な構成を保護するものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００１９】
２  ホイール
４  半径方向  歯状部／スプライン
６  軸方向歯状部／スプライン
８  スロット／スプライン
１０  フランジ
１２  センタリング面（ラベット面）
１４  フランジ
１６  締め付け荷重
１８  トルク荷重
２０  フランク角
２２  スロット／スプライン
２４  ラベット接合
２６  Ｌ形部材
２８  Ｃ形クランプ
３０  間隙
３２  センタリング面／ラベット面
３４  剪断
３６  センタリング面／ラベット面
３８  逃げ部
４０  フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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