(57)【要約】【課題】ロータディスクを結合するボルトに作用する変動応力を抑制して、ロータディスクに必要な強度を確保することが可能なガスタービン用ロータを提供する。【解決手段】ガスタービン用ロータ１２において、圧縮機ロータ２０を構成するロータディスク２２，３１〜３９，４１〜４３，４５が、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルト５０により結合されてセンタボルト結合体を構成しており、一方、タービン側ロータ１５及び中間軸１７を構成するロータディスクは、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルト１６により結合されて周方向ボルト結合体を構成している。タービン側ロータ１５に比べてロータディスクの使用温度が低く、貫通穴を形成しても強度が確保可能な圧縮機ロータ２０においては、これを構成するロータディスク２２〜４５を、センターボルト５０により結合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンに用いられ、外周に動翼が配列される複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねられて結合されたロータであって、
ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトにより複数のロータディスクが結合されたセンターボルト結合体と、
ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトにより複数のロータディスクが結合された周方向ボルト結合体と、
を有することを特徴とするガスタービン用ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン用ロータにおいて、
圧縮機に対応して設けられた圧縮機ロータは、センターボルト結合体を有しており、
タービンに対応して設けられたタービン側ロータは、周方向ボルト結合体を有している
ことを特徴とするガスタービン用ロータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン用ロータにおいて、
センターボルトにより結合されるロータディスクであり、両端のロータディスクに挟まれた中間ロータディスクのうち少なくとも一部には、内壁がセンターボルトに当接可能な貫通穴が設けられている
ことを特徴とするガスタービン用ロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスタービン用ロータにおいて、
周方向ボルトにより結合されるロータディスクのうち少なくとも一部は、ロータ回転軸から径方向外側に所定間隔の空隙を形成するよう貫通穴が設けられている
ことを特徴とするガスタービン用ロータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスタービン用ロータにおいて、
センターボルトにより結合されるロータディスクのうちロータ回転軸の軸方向の両端のロータディスクの間において、センターボルトとロータディスクとの間に形成されたロータ内部空間と、
両端のロータディスクのうち後方側のロータディスクに形成され、圧縮機より燃焼器側のロータ内に設けられた高圧空間からロータ内部空間に空気を取り入れることが可能な取入孔と、
両端のロータディスクに挟まれた中間ロータディスクに設けられ、ロータ内部空間からの空気を動翼側の空気通路に流すことが可能な流出孔と、
を有し、
ガスタービンの作動時において、高圧空間の空気を取入孔からロータ内部空間に取り込み、流出孔から空気通路に流すことを特徴とするガスタービン用ロータ。
【請求項６】
燃焼用の空気を取り入れて圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスから機械的動力を取り出すタービンとを備えたガスタービンであって、
タービンにおいて燃焼ガスにより回転駆動されるタービン側ロータと、
タービン側ロータから機械的動力が伝達されて、圧縮機において動翼と共に回転駆動される圧縮機ロータと、
を有し、
圧縮機ロータは、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトにより複数のロータディスクが結合されたセンターボルト結合体を有し、
タービン側ロータは、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトにより複数のロータディスクが結合された周方向ボルト結合体を有している
ことを特徴とするガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに関し、詳細には、ガスタービンに用いられるロータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、通常、燃焼用の空気を取り入れて圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスから機械的動力を取り出すタービン等から構成されている。このようなガスタービンにおいて、圧縮機及びタービンの内には、外周に動翼が配列されて動翼と一体に回転する共通のガスタービン用ロータが設けられている。
【０００３】
ガスタービン用ロータは、タービンにおいて燃焼ガスにより回転駆動されるタービン側ロータと、タービン側ロータ部から機械的動力が伝達されて、圧縮機において動翼と共に回転駆動される圧縮機ロータを有している。タービン側ロータと圧縮機ロータは、中間軸等を介して結合されており一体に回転する。
【０００４】
このようなロータを構成するため、ロータを複数の円板状の部材であるロータディスクに分割した構造とし、これら複数のロータディスクを、ロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねて結合することで、１本のロータを構成する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
特許文献１には、外周に１つの段の動翼が配列されるロータディスクを、複数個、ロータ軸方向に重ね、複数の通しボルトにより締結して結合する技術が開示されている。ロータディスクには、ロータ回転軸の周方向において等間隔に配列された孔が設けられており、これらの孔を貫通するようロータ回転軸の周方向に配列された複数本の通しボルト（以下、周方向ボルトと記す）により、複数のロータディスクを共に締結して結合することで、圧縮機において動翼と共に回転する圧縮機ロータを構成している。
【０００６】
加えて、特許文献１の圧縮機ロータは、これを構成する複数のロータディスクのうち、全てを貫通して締結する複数本のボルトと、当該ボルトに比べてロータ回転軸の径方向外側に配列されて、圧縮機ロータの軸系振動の腹部に相当する領域に対応する複数のロータディスクのみを貫通して締結する複数本のボルトとを備えることで、圧縮機ロータの曲げ剛性の向上を図っている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−８８５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１のように、ロータを構成する複数のロータディスクを、複数の周方向ボルトで結合すると、ロータの回転により当該ボルトに作用する変動応力が高くなるという問題がある。特に、周方向ボルトは、ロータ回転軸から径方向外側に位置するに従って、ロータの回転に応じて当該ボルトに作用する変動応力が増大するという問題がある。
【０００９】
このような、複数のロータディスクを結合するボルトに作用する変動応力を低減するために、ロータ回転軸の軸方向に沿って延びる通しボルト（以下、センターボルトと記す）により複数のロータディスクを結合して、ガスタービン用ロータを構成する技術が提案されている。
【００１０】
しかし、センターボルトを用いるためには、ロータディスクのうちロータ回転軸と交わる部位（以下、ロータディスクの軸心と記す）に貫通穴を形成する必要がある。ロータディスクの軸心は、ロータディスクのうち作用する応力が最も高い部位であるため、ここに貫通穴を形成するには、ロータディスクに高強度の材料を用いる必要がある。
【００１１】
加えて、ガスタービンには、作動時におけるロータディスクの使用温度（いわゆるメタル温度）を向上させることが求められており、この使用温度が高いロータディスクにおいては、軸心に貫通穴を形成すると、ロータディスクに必要な強度を確保することができなくなるという問題が生じる。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ロータディスクを結合するボルトに作用する変動応力を抑制して、ロータディスクに必要な強度を確保することが可能なガスタービン用ロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明に係るガスタービン用ロータは、ガスタービンに用いられ、外周に動翼が配列される複数のロータディスクがロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねられて結合されたロータであって、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトにより複数のロータディスクが結合されたセンターボルト結合体と、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトにより複数のロータディスクが結合された周方向ボルト結合体と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、圧縮機ロータは、センターボルト結合体を有しており、タービンに対応して設けられたタービン側ロータは、周方向ボルト結合体を有しているものとすることができる。
【００１５】
本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、センターボルトにより結合されるロータディスクであり、両端のロータディスクに挟まれた中間ロータディスクのうち少なくとも一部には、内壁がセンターボルトに当接可能な貫通穴が設けられているものとすることができる。
【００１６】
本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、周方向ボルトにより結合されるロータディスクのうち少なくとも一部は、ロータ回転軸から径方向外側に所定間隔の空隙を形成するよう貫通穴が設けられているものとすることができる。
【００１７】
本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、センターボルトにより結合されるロータディスクのうちロータ回転軸の軸方向の両端のロータディスクの間において、センターボルトとロータディスクとの間に形成されたロータ内部空間と、両端のロータディスクのうち後方側のロータディスクに形成され、圧縮機より燃焼器側のロータ内に設けられた高圧空間からロータ内部空間に空気を取り入れることが可能な取入孔と、両端のロータディスクに挟まれた中間ロータディスクに設けられ、ロータ内部空間からの空気を動翼側の空気通路に流すことが可能な流出孔とを有し、ガスタービンの作動時において、高圧空間の空気を取入孔から内部空間に取り込み、流出孔から空気通路に流すものとすることができる。
【００１８】
本発明に係るガスタービンは、燃焼用の空気を取り入れて圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスから機械的動力を取り出すタービンとを備えたガスタービンであって、タービンにおいて燃焼ガスにより回転駆動されるタービン側ロータと、タービン側ロータから機械的動力が伝達されて、圧縮機において動翼と共に回転駆動される圧縮機ロータと、を有し、圧縮機ロータは、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトにより複数のロータディスクが結合されたセンターボルト結合体を有し、タービン側ロータは、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトにより複数のロータディスクが結合された周方向ボルト結合体を有しているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るガスタービン用ロータによれば、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトにより複数のロータディスクが結合されたセンターボルト結合体と、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトにより複数のロータディスクが結合された周方向ボルト結合体と、を有するものとしたので、ガスタービン用ロータのうち、圧縮機ロータなど、ロータディスクの使用温度が低く、ロータディスク軸心に貫通穴を形成しても必要な強度が確保可能な部分には、センターボルト結合体を配することで、周方向ボルトにより結合する場合に比べて、当該ボルトに作用する変動応力を抑制することができる。
【００２０】
本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、タービン側ロータに比べてロータディスクの数が多く、結合するボルトが長くなる圧縮機ロータには、センターボルトにより結合することで、当該センターボルトに作用する変動応力を比較的低いものにすることができる。
【００２１】
本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、中間ロータディスクのうち少なくとも一部には、内壁がセンターボルトに当接可能な貫通穴が設けられているものとすることで、センターボルトが撓み変形することを抑制することができる。
【００２２】
本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、周方向ボルトにより結合されるロータディスクのうち少なくとも一部は、ロータ回転軸から径方向外側に所定間隔の空隙を形成するよう貫通穴が設けられているものとすることで、周方向ボルトにより強度が十分に確保できる部位においては、貫通穴を設けることで軽量化を図ることができる。
【００２３】
本発明に係るガスタービン用ロータにおいて、ガスタービンの作動時において、高圧空間の空気を取入孔からロータ内部空間に取り込み、流出孔から空気通路に流すものとすることで、流出孔に隣接するロータディスクを冷却し、使用温度を低下させることができる。
【００２４】
本発明に係るガスタービンは、圧縮機ロータは、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルトにより複数のロータディスクが結合されたセンターボルト結合体を有し、タービン側ロータは、ロータ回転軸の周方向に配列された周方向ボルトにより複数のロータディスクが結合された周方向ボルト結合体を有しているものとすることで、ガスタービン用ロータのうち、圧縮機ロータなど、ロータディスクの使用温度が低く、ロータディスク軸心に貫通穴を形成しても必要な強度が確保可能な部分には、センターボルト結合体を配することで、周方向ボルトにより結合する場合に比べて、当該ボルトに作用する変動応力を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２６】
本実施例に係るガスタービン及びガスタービン用ロータについて図１〜図３を用いて説明する。図１は、ガスタービン用ロータの縦断面図である。図２は、ガスタービンの全体構成を示す縦断面図である。図３は、図１のＧ−Ｇ線によるロータの断面図である。図４は、図１のＨ−Ｈ線によるロータの断面図である。図５は、変形例のガスタービン用ロータの縦断面図である。なお、図１〜図５においては、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。
【００２７】
図２に示すように、ガスタービン１は、空気の流れの上流側から下流側に向かって空気取入口２、圧縮機１０、燃焼器７及びタービン５が設けられている。空気取入口２から取り込まれた空気は、圧縮機１０によって圧縮され、高温・高圧の圧縮空気となって燃焼器７に給送される。燃焼器７は、その内部に形成された燃焼室おいて、圧縮空気に天然ガス等の気体燃料、或いは軽油や重油等の液体燃料を供給して燃料を燃焼させて、高温・高圧の燃焼ガスを生成する。燃焼室で生じた高温・高圧の燃焼ガスは、燃焼器７から、タービン５に向けて噴射する。噴射された燃焼ガスにより、タービン５は回転駆動される。燃焼ガスからタービン５が受けた機械的動力のうち一部は、圧縮機１０の回転駆動に用いられ、残りは、発電等に供される。
【００２８】
圧縮機１０及びタービン５の内部には、外周に動翼が配列されて設けられており、動翼と一体に回転するガスタービン用ロータ１２（１５，１７，２０）が設けられている。ガスタービン用ロータ１２（１５，１７，２０）は、タービン５に対応して設けられ、タービン５において燃焼ガスにより回転駆動されるタービン側ロータ１５と、圧縮機１０に対応して設けられ、タービン側ロータ１５から機械的動力が伝達されて、動翼と共に回転駆動される圧縮機ロータ２０を有している。タービン側ロータ１５には、中間軸１７を介して圧縮機ロータ２０が結合されており、タービン側ロータ１５と圧縮機ロータ２０は、一体に回転する。
【００２９】
圧縮機１０においては、動翼（図に符号Ａで示す）と静翼（図に符号Ｂで示す）が、ロータ回転軸（図１参照）に沿って交互に配列されている。静翼は、圧縮機１０のシュラウド１４に結合されており、動翼は、圧縮機ロータ２０の外周に結合されている。隣り合う動翼と静翼は、一対となって一つの「段」を構成しており、圧縮機１０には、多数の段が設けられている。各段において、動翼は、圧縮機ロータ２０の外周に複数配列されており、静翼は、シュラウド１４の内周に複数配列されている。
【００３０】
圧縮機１０において、シュラウド１４と圧縮機ロータ２０との間には、空気取入口２からの圧縮機１０に流入した燃焼用空気を、各段において圧縮して、燃焼器７に向けて導く空気通路が形成されている。すなわち、空気通路には、各段の動翼及び静翼が配設されている。
【００３１】
これらの段は、燃焼用空気の流動方向の上流側（以下、前方側と記す）から下流側（以下、後方側と記す）に向かうに従って、動翼及び静翼の翼幅（ロータ回転軸に略直交する方向の翼の長さ）が、長くなるよう構成されている。つまり、圧縮機１０においては、最も前方側の段の動翼が、翼幅が長くなっている。圧縮機ロータ２０においては、前方側の段に対応する部位ほど強度が必要となる。
【００３２】
なお、以下の説明において「前方側」とは、燃焼用空気の流動方向の上流側を意味しており、圧縮機１０においては、ロータ回転軸の軸方向のうち空気取入口２が設けられている側を意味している。一方、「後方側」とは、燃焼空気の流動方向の下流側を意味しており、圧縮機１０においては、ロータ回転軸の軸方向のうち燃焼器７側を意味している。
【００３３】
図１に示すように、ガスタービン用ロータ１２は、タービン側ロータ１５と、圧縮機ロータ２０が、中間軸１７を挟んで一体に結合されて構成されている。タービン側ロータ１５は、複数のロータディスクから構成されており、これらロータディスクは、中間軸１７と共に、複数の通しボルト（周方向ボルト１６）の締結により結合されている。この通しボルト１６は、ロータ回転軸（図に一点鎖線Ｃで示す）の周方向に複数配列されており、このような通しボルトを、以下の説明において、周方向ボルトと記す。つまり、タービン側ロータ１５を構成する各ロータディスクと、中間軸１７は、周方向ボルト１６の締結により互いに結合されて、周方向ボルトによる結合体（以下、周方向ボルト結合体と記す）を構成している。
【００３４】
圧縮機ロータ２０は、複数の円板状部材であるロータディスク２２，３１〜３９，４１〜４３，４５に分割された構造となっている。各ロータディスク２２，３１〜４３，４５は、それぞれ鋳造や鍛造等により構成されており、その外周には、多数の動翼がロータ回転軸の周方向に全周に亘って配列される。圧縮機ロータ２０を構成する各ロータディスク２２，３１〜３９，４１〜４３，４５は、ロータ回転軸に沿って延びている通しボルトであるセンターボルト５０の締結により互いに結合される。以下に、各ロータディスク２２，３１〜３９，４１〜４３，４５について詳細を説明する。
【００３５】
ロータディスク２２は、圧縮機１０のうち最も前方側にある３つの段の動翼に対応して設けられており、その後方側の部位には、図３に示すように、ロータ回転軸を中心として、後述するセンターボルト５０が螺合可能なボルト穴（内壁を図に符号２７で示す）が形成されている。なお、ロータディスク２２は、複数の段に対応して動翼が外周に配列された一体成形のロータディスク（以下、一体成形ロータディスクと記す）である。
【００３６】
ロータディスク４５は、圧縮機１０のうち最も後方側に設けられており、動翼は配列されていない。ロータディスク４５は、中間軸１７と結合されており、圧縮機ロータ２０は、タービン側ロータ１５から伝達される回転動力をロータディスク４５から受ける。圧縮機１０において、後方側の端にあるロータディスク４５には、前方側の端にあるロータディスク２２と同様に、センターボルト５０が螺合可能なボルト穴が形成されている。
【００３７】
一方、ロータディスク３１〜４３は、それぞれ１つの段に動翼に対応して設けられ、１つの段の動翼が外周に配列され結合されている。ロータディスク３１〜４３には、それぞれロータ回転軸を中心とする貫通穴が設けられている。図４にロータディスク３４の例を示すように、ロータディスク３４には、ロータ回転軸を中心とする貫通穴（内壁を図に符号７０で示す）が形成されている。このように、ロータディスク３１〜４３において、この貫通穴は、センターボルト５０からロータ回転軸の径方向外側に所定間隔の空隙を形成するように形成されている。
【００３８】
ロータディスク３１〜４３のうち、後方側にあるロータディスク４１〜４３は、前方側にあるロータディスク３１〜３９に比べて、センターボルト５０から貫通穴の内壁までの径方向間隔が大きく設定されている。これらロータディスク３１〜３９，４１〜４３は、圧縮機ロータ２０を構成するロータディスク２２〜４５のうち、両端のロータディスク２２，４５に挟まれて結合されることとなり、以下の説明において、中間ロータディスクと記す。
【００３９】
各ロータディスク２２，３１〜３９，４１〜４３，４５は、ロータ回転軸の軸方向に重ね合わされて、センターボルト５０により互いに結合されて、センターボルトによる結合体（以下、センターボルト結合体と記す）を構成している。つまり圧縮機ロータ２０は、センターボルト結合体を有している。ロータディスク３１〜３９，４１〜４３に設けられた貫通穴にセンターボルト５０を通し、ロータ回転軸の軸方向の両端にある前方側のロータディスク２２と後方側のロータディスク４５の間に、ロータディスク３１〜３９，４１〜４３を挟み込み、センターボルト５０を締結することで、各ロータディスク２２，３１〜３９，４１〜４３，４５は、互いに結合される。このようにして各ロータディスク２２，３１〜３９，４１〜４３，４５は、センターボルト結合体を構成している。
【００４０】
このようにして構成された圧縮機ロータ２０において、両端のロータディスク２２，４５の間であって、センターボルト５０と中間ロータディスク３１〜３９，４１〜４３との間には、空間６０（以下、ロータ内部空間と記す）が形成される。ロータ内部空間６０の容積は、前方側の中間ロータディスク３１〜３９，及び後方側の中間ロータディスク４１〜４３の貫通穴の大きさ、すなわちロータ回転軸から内壁までの径方向間隔に応じたものとなる。このロータ内部空間６０の容積を大きく設定されるほど、圧縮機ロータ２０の軽量化を図ることができる。
【００４１】
以上のように構成されたガスタービン用ロータ１２においては、圧縮機ロータ２０を構成するロータディスク２２，３１〜３９，４１〜４３，４５が、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルト５０により互いに結合されており、その他のロータディスク、すなわちタービン側ロータ１５及び中間軸１７を構成するロータディスクが、ロータ回転軸の周方向に複数配列された周方向ボルトにより結合されている。
【００４２】
これにより、タービン側ロータ１５に比べてロータディスクの使用温度が低く、ロータディスクに貫通穴を形成しても必要な強度が確保可能な圧縮機ロータ２０においては、これを構成するロータディスク２２〜４５を、センターボルト５０により互いに結合することで、周方向ボルトにより結合する場合に比べて、当該ボルトに作用する変動応力を抑制することができる。
【００４３】
なお、変形例のガスタービン用ロータ１２は、図５に示すように、圧縮機ロータ２０の後方側のロータディスク３７〜４３の強度を確保するため、冷却用の空気をロータディスク３７〜４３の間に流して冷却するようにしており、以下に詳細を説明する。
【００４４】
変形例のガスタービン用ロータ１２において、中間軸１７の内部、すなわち圧縮機ロータ２０とタービン側ロータ１５との間であって中間軸１７のロータ回転軸の径方向内側には、圧縮機１０の空気通路に比べて高圧な高圧空間６４が設けられている。すなわち高圧空間６４は、ガスタービン用ロータ１２のうち、圧縮機１０より燃焼器７側に設けられている。高圧空間６４には、冷却用の空気が供給されている。
【００４５】
圧縮機ロータ２０の後方側の端のロータディスク４５には、高圧空間６４の冷却用の空気をロータ内部空間６０に取り入れる取入孔６２が設けられている。取入孔６２は、ロータ回転軸の軸方向に沿って延びており、高圧空間６４とロータ内部空間６０とを連通させる。これにより、取入孔６２は、冷却用の空気をロータ内部空間６０に導入することが可能となっている。
【００４６】
一方、圧縮機ロータ２０の中間ロータディスク３１〜４３のうち、最も後方側のロータディスク３７〜４３の間には、ロータ内部空間６０に導入された冷却用の空気を、圧縮機１０の空気通路に流し出す流出孔６６，６７が設けられている。流出孔６６，６７は、ロータ回転軸の径方向外側に延びており、ロータ内部空間６０と動翼側の空気通路とを連通させる。流出孔６６，６７は、ロータ内部空間６０の空気を、空気通路に排出することが可能となっている。
【００４７】
これにより、ガスタービン１の作動時において、ガスタービン用ロータ１２は、高圧空間６４に供給されている冷却用の空気を、取入孔６２からロータ内部空間に流入させる。ロータ内部空間６０に流入した冷却用の空気を、図に破線矢印Ｆで示すように、ロータディスク３７〜４３の間をロータ回転軸の径方向外側に流し、流出孔６６，６７から動翼側の空気通路に排出する。このような冷却用の空気の流れを形成することで、圧縮機ロータ２０の前方側に比べて、高温となる後方側のロータディスク３７〜４３を冷却することができる。これにより、ガスタービンの作動時において、後方側のロータディスク３７〜４３の使用温度を低下させて、当該ロータディスク３７〜４３において必要な強度を確保することができる。
【実施例２】
【００４８】
本実施例に係るガスタービン用ロータについて、図６〜図８を用いて説明する。図６は、ガスタービン用ロータの縦断面図である。図７は、図６のＪ−Ｊ線による断面図である。図８は、変形例のガスタービン用ロータの縦断面図である。本実施例に係るガスタービン用ロータは、圧縮機ロータを構成する中間ロータディスクのうち少なくとも一部において、内壁がセンターボルトに当接可能な貫通穴が形成されている点で、実施例１とは異なり、以下に詳細を説明する。
【００４９】
図６及び図７に示すように、ガスタービン用ロータ１２Ｂの圧縮機ロータ２０Ｂにおいて、両端のロータディスク２２，４５に挟まれた１２個の中間ロータディスク３１〜４３のうち前方側から２番目のロータディスク３２Ｂと、前方側から７番目のロータディスク３７Ｂは、その他の中間ロータディスク３１，３３，３４，３５，３６，３８，３９，４１，４２，４３とは異なり、貫通穴の内壁７２が当接可能に構成されている。
【００５０】
詳細には、中間ロータディスク３２Ｂ，３７Ｂの貫通穴は、図７に示すように、センターボルト５０に比べて外径が僅かに大きく形成されており、貫通穴の内壁２７のセンターボルト５０との間には、僅かな隙間が形成されており、変動応力が作用してセンターボルト５０が撓み変形すると、中間ロータディスク３２Ｂ，３７Ｂの貫通穴の内壁２７がセンターボルト５０に当接する。これによりセンターボルト５０の撓み変形が抑制される。
【００５１】
なお、本実施例では、中間ロータディスク３１〜４３のうち、２つのロータディスク３２Ｂ，３７Ｂの貫通穴の内壁を当接させるものとしたが、内壁を当接させるロータディスクの態様は、これに限定されるものではない。内壁がセンターボルト５０に当接可能な貫通穴を形成する中間ロータディスクの数は、圧縮機ロータ２０Ｂの重量とセンターボルト５０の撓み変形の抑制の双方の観点から適切な数が選択される。
【００５２】
なお、変形例のガスタービン用ロータ１２Ｂは、図８に示すように、圧縮機ロータ２０Ｂの後方側のロータディスク３７Ｂ〜４３の強度を確保するため、冷却用の空気をロータディスク３７Ｂ〜４３の間に流して冷却するようにしており、以下に詳細を説明する。
【００５３】
ガスタービン用ロータ１２Ｂにおいて、内壁７２がセンターボルト５０に当接するロータディスク３７Ｂと、後方側の端のロータディスク４５との間には、ロータ内部空間７６が形成されている。ロータディスク３７Ｂ〜４５の間には、ロータ内部空間７６に流入した冷却用の空気を、圧縮機１０の空気通路に流し出す流出孔６６，６７が形成されている。流出孔６６，６７は、ロータ内部空間７６からロータ回転軸の径方向外側に延びており、ロータ内部空間７６と動翼側の空気通路とを連通させる。流出孔６６，６７は、ロータ内部空間７６の空気を、ロータディスク３７Ｂ〜４５の間に流し、空気通路に排出することが可能となっている。
【００５４】
これにより、ガスタービン用ロータ１２Ｂは、ガスタービンの作動時において、高圧空間６４に供給されている冷却用の空気を、取入孔６２からロータ内部空間７６に流入させ、さらに、ロータ内部空間７６の流入した冷却用の空気を、図に破線矢印Ｆで示すように、中間ロータディスク３７Ｂ〜４５の間をロータ回転軸の径方向外側に流し、流出孔６６，６７から動翼側の空気通路に排出する。このような冷却用の空気の流れを形成することで、圧縮機ロータ２０Ｂの前方側に比べて、高温となる後方側のロータディスク３７〜４３を冷却することができる。これにより、ガスタービンの作動時において、後方側のロータディスク３７Ｂ〜４３の使用温度を低下させて、当該ロータディスク３７〜４３において必要な強度を確保することができる。
【実施例３】
【００５５】
本実施例に係るガスタービン用ロータについて、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、ガスタービン用ロータの縦断面図である。図１０は、図９のＭ−Ｍ線による断面図である。本実施例に係るガスタービン用ロータは、圧縮機に対応して配設されたロータディスクのうち、後方側のロータディスクは、ロータ回転軸に沿って配列された周方向ボルトにより結合されている点で、実施例１，２とは異なり、以下に詳細を説明する。
【００５６】
図９に示すように、ガスタービン用ロータ１２Ｃの圧縮機ロータ２０Ｃにおいて、最も前方側のロータディスク２２には、センターボルト５０Ｃが螺合可能なボルト穴２７が形成されている。このボルト穴には、センターボルト５０Ｃの前方側が螺合される。
【００５７】
一方、図９及び図１０に示すように、中間ロータディスク３４Ｃには、センターボルト５０Ｃの後方側の端が螺合可能な貫通したボルト穴８０が形成されている。中間ロータディスク３４Ｃは、２つの段の動翼に対応して設けられている。また、ロータディスク３４Ｃには、後述する周方向ボルト５２が通る貫通穴８２がロータ回転軸の周方向に複数配列されている。
【００５８】
なお、このロータディスク３４Ｃを境に、前方側にあるロータディスクを、前方側のロータディスクと記し、後方側にあるロータディスクを、後方側のロータディスクと記す。ロータディスク３４Ｃは、前方側のロータディスクと後方側のロータディスクの双方に含まれている。
【００５９】
最も前方側のロータディスク２２と、中間ロータディスク３４Ｃとの間にあるロータディスク３１，３２Ｂ，３３には、それぞれセンターボルト５０Ｃが通る貫通穴が形成されている。ロータディスク３１，３３の貫通穴は、内壁とセンターボルト５０Ｃとの間に所定間隔の空隙が形成されるよう構成されている。一方、ロータディスク３２Ｂの貫通穴は、内壁８１がセンターボルト５０に当接可能に構成されている。詳細には、ロータディスク３２Ｂの内壁８１とセンターボルト５０Ｃとの間には、僅かな隙間が形成されており、センターボルト５０Ｃが撓み変形すると、ロータディスク３２Ｂの内壁８１に当接することとなる。
【００６０】
圧縮機ロータ２０Ｃのうち前方側を構成するロータディスク２２〜３４Ｃは、それぞれの貫通穴にセンターボルト５０Ｃを通し、締め付けることで、当該センターボルト５０Ｃにより互いに結合される。なお、中間ロータディスク３４Ｃには、ボルト穴８０に替えて、貫通穴を形成し、センターボルト５０Ｃに螺合するナットを締め付けることで、圧縮機ロータ２０の前方側のロータディスク２２〜３４Ｃを結合する構成にしても良い。
【００６１】
一方、圧縮機ロータ２０Ｃのうち後方側を構成するロータディスク３４Ｃ〜４５Ｃは、それぞれ、ロータ回転軸の周方向に複数配列される周方向ボルト５２が通る貫通穴が形成されている。加えて、ロータディスク３４Ｃに隣接するロータディスク３５Ｃには、ロータ回転軸を軸心とする貫通穴が形成されており、当該貫通穴は、センターボルト５０Ｃとの間に、所定間隔の空隙が形成されるよう構成されている。なお、本実施例において、周方向ボルト５２と、これに対応して設けられた貫通穴は、それぞれ１２個設けられている。ロータディスク３４Ｃ〜４５Ｃは、周方向ボルト５２の締結により、互いに結合されている。
【００６２】
このようにして、圧縮機ロータ２０Ｃは、最も前方側のロータディスク２２から中間ロータディスク３４Ｃまでのロータディスク２２，３１，３２Ｂ，３３，３４Ｃが、センターボルト５０Ｃにより結合され、中間ロータディスク３４Ｃから最も後方側のロータディスク４５Ｃまでのロータディスク３４Ｃ〜４５Ｃが、周方向ボルト５２により互いに結合されている。このようにして、全ロータディスク２２〜４５Ｃは、ロータ回転軸の軸方向に列をなして重ねられて結合される。
【００６３】
このように構成された圧縮機ロータ２０Ｃは、センターボルト５０Ｃ及び周方向ボルト５２の長さを、センターボルトのみ又は周方向ボルトのみを用いてロータディスク２２〜４５Ｃを結合する場合に比べて短いものにすることができ、センターボルト５０Ｃ及び周方向ボルト５２に作用する変動応力により撓み変形することを抑制することができる。加えて、センターボルト５０Ｃが撓み変形しても、中間ロータディスク３２Ｂの貫通穴の内壁８１がセンターボルト５０Ｃに当接することで、センターボルト５０Ｃの撓み変形を抑制することができる。
【実施例４】
【００６４】
本実施例に係るガスタービン用ロータについて、図１１〜図１４を用いて説明する。図１１は、ガスタービン用ロータの縦断面図である。図１２は、図１１のＮ−Ｎ線による断面図である。図１３は、図１１のＰ−Ｐ線による断面図である。図１４は、変形例のガスタービン用ロータの縦断面図である。本実施例に係るガスタービン用ロータは、周方向ボルトにより結合されるロータディスクに、ロータ回転軸を軸心とする貫通穴が形成されている点で、実施例３とは異なり、以下に詳細を説明する。
【００６５】
図１４に示すように、ガスタービン用ロータ１２Ｄの圧縮機ロータ２０Ｄにおいて、中間ロータディスク３４Ｃと最も後方側のロータディスク４５Ｃとの間には、ロータディスク３５Ｃ，３６Ｄ〜４１Ｄが挟まれて設けられている。これらロータディスク３４Ｃ〜４５Ｃは、周方向ボルト５２により互いに結合されている。
【００６６】
ロータディスク３６Ｄ，３７Ｄは、図１２にロータディスク３７Ｄの例を示すように、ロータ回転軸の周方向に複数配列されて周方向ボルト５２を通す貫通穴（内壁を符号８７で示す）に加えて、ロータ回転軸を中心とする貫通穴（内壁を符号８４で示す）が形成されている。
【００６７】
一方、ロータディスク３７Ｄより後方側にあるロータディスク３８Ｄ〜４１Ｄには、図１３にロータディスク４０Ｄの例を示すように、ロータ回転軸の周方向に複数配列されて周方向ボルト５２を通す貫通穴（内壁を符号８８で示す）に加えて、ロータ回転軸を中心とする貫通穴（内壁を符号８６で示す）が形成されている。この貫通穴の内壁８６とロータ回転軸との径方向間隔は、上述のロータディスク３６Ｄ，３７Ｄの貫通穴の内壁８７とロータ回転軸との距離に比べて小さく設定されている。
【００６８】
このように、ガスタービン用ロータ１２Ｄの圧縮機ロータ２０Ｄにおいては、図１１に示すように、周方向ボルト５２により結合されるロータディスク３４Ｃ〜４５のうち、両端のロータディスク３４Ｃ，４５Ｃの間に挟まれて設けられたロータディスク３５Ｃ〜４１Ｄには、ロータ回転軸を中心とする貫通穴が設けられている。周方向ボルト５２により互いに結合されており、且つセンターボルト５０Ｃが通らない、ロータディスク３５Ｃ〜４１Ｄにおいては、ロータ回転軸を中心とする貫通穴を形成して、圧縮機ロータ２０Ｄにロータ内部空間７８を形成することで、圧縮機ロータ２０Ｄの軽量化を図ることができる。
【００６９】
なお、変形例のガスタービン用ロータ１２Ｄは、図１４に示すように、圧縮機ロータ２０の後方側のロータディスク３４Ｃ〜４１Ｄの強度を確保するため、冷却用の空気をロータディスク３４Ｃ〜４１Ｄの間に流すようにしており、以下に詳細を説明する。
【００７０】
ガスタービン用ロータ１２Ｄにおいて、中間軸１７の内部には、圧縮機の空気通路に比べて高圧な冷却用の空気が供給される高圧空間６４が形成されており、ロータディスク４５Ｃには、高圧空間６４とロータ内部空間７８とを連通させて、高圧空間６４の冷却用の空気をロータ内部空間７８に取り入れる取入孔６３が形成されている。
【００７１】
ロータディスク３４Ｃ〜４１Ｄの間には、ロータ内部空間７８に導入された冷却用の空気を、動翼側にある空気通路に流し出す流出孔６９が設けられている。流出孔６９は、ロータ内部空間７８からロータ回転軸の径方向外側に延びており、ロータ内部空間７８と動翼側の空気通路とを連通させる。流出孔６９は、ロータ内部空間７８の空気を、空気通路に排出することが可能となっている。
【００７２】
これにより、ガスタービンの作動時において、ガスタービン用ロータ１２Ｄは、高圧空間６４に供給されている冷却用の空気を、取入孔６３からロータ内部空間７８に流入させ、ロータ内部空間７８に流入した冷却用の空気を、図に破線矢印Ｆで示すように、ロータディスク３４Ｃ〜４５Ｃとの間を、ロータ回転軸の径方向外側に流し、流出孔６９から動翼側の空気通路に排出する。このような冷却用の空気の流れを形成することで、比較的高温となる圧縮機ロータ２０Ｄの後方側のロータディスク３４Ｃ〜４１Ｄを冷却することができる。これにより、ガスタービンの作動時において、後方側のロータディスク３４Ｃ〜４１Ｄの使用温度を低下させることで、当該ロータディスク３４Ｃ〜４１Ｄにおいて必要な強度を確保することができる。
【００７３】
なお、上述した各実施例において、圧縮機１０に対応して配設されたロータディスク、すなわち圧縮機ロータ（２０；２０Ｂ；２０Ｃ；２０Ｄ）を構成するロータディスクのうち少なくとも一部は、ロータ回転軸に沿って延びるセンターボルト（５０；５０Ｃ）により結合されており、その他は、ロータ回転軸の周方向に複数配列される周方向ボルト５２，１６により結合されているものとしたが、ロータディスクを結合するボルトの態様は、これに限定されるものではない。ガスタービン用ロータを構成するロータディスクのうち、少なくとも一部がセンターボルトにより結合され、その他が周方向ボルトにより結合されていれば良い。例えば、圧縮機ロータを構成するロータディスクのうち前方側を周方向ボルトで結合し、後方側をセンターボルトで結合するものとしても良い。また、タービン側ロータ及び中間軸を構成するロータディスクをセンターボルトにより結合し、圧縮機ロータを構成するロータディスクを周方向ボルトにより結合するものとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明は、ガスタービンに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施例１に係るガスタービン用ロータの縦断面図である。
【図２】実施例１に係るガスタービンの全体構成を示す縦断面図である。
【図３】図１のＧ−Ｇ線による断面図である。
【図４】図１のＨ−Ｈ線による断面図である。
【図５】実施例１に係る変形例のガスタービン用ロータの縦断面図である。
【図６】実施例２に係るガスタービン用ロータの縦断面図である。
【図７】図６のＪ−Ｊ線による断面図である。
【図８】実施例２に係る変形例のガスタービン用ロータの縦断面図である。
【図９】実施例３に係るガスタービン用ロータの縦断面図である。
【図１０】図９のＭ−Ｍ線による断面図である。
【図１１】実施例４に係るガスタービン用ロータの縦断面図である。
【図１２】図１１のＮ−Ｎ線による断面図である。
【図１３】図１１のＰ−Ｐ線による断面図である。
【図１４】実施例４に係る変形例のガスタービン用ロータの縦断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  ガスタービン
１０  圧縮機
１２  ロータ（ガスタービン用ロータ）
１５  タービン側ロータ
１７  中間軸
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  圧縮機ロータ
２２，３１〜３９，４１〜４３  ロータディスク
５０，５０Ｃ  センターボルト
５２  周方向ボルト
【図１】
2009103087.tif 000003
【図２】
2009103087.tif 000004
【図３】
2009103087.tif 000005
【図４】
2009103087.tif 000006
【図５】
2009103087.tif 000007
【図６】
2009103087.tif 000008
【図７】
2009103087.tif 000009
【図８】
2009103087.tif 000010
【図９】
2009103087.tif 000011
【図１０】
2009103087.tif 000012
【図１１】
2009103087.tif 000013
【図１２】
2009103087.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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