JP2022552170A - A rotor having a rotor component located between two rotor discs - Google Patents
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Abstract
本発明は、複数の動翼が取り付けられた隣接する2つのロータディスク(01、11)を備えたガスタービンのロータに関し、両ロータディスク(01、11)の間に1つの環状のロータコンポーネント(21)が配置され、このロータコンポーネントは対向する両端に周回する環状溝(24、34)を有し、この環状の溝にそれぞれのロータディスク(01、11)の固定用突起(04、14)が係合する。ロータが静止状態にあるとき、第1の環状溝(24)の第1の溝外側側面(25)は、加圧されて第1の固定用突起(04)の第1の突起外側側面(05)に当接し、第1の環状溝(24)の第1の溝内側側面(26)と第1の固定用突起(04)の第1の突起内側側面(06)との間には遊びがある。The present invention relates to a rotor of a gas turbine comprising two adjacent rotor discs (01, 11) fitted with a plurality of blades, one annular rotor component ( 21) are arranged, this rotor component having circumferential annular grooves (24, 34) at opposite ends in which locking projections (04, 14) of the respective rotor discs (01, 11) are located. engages. When the rotor is at rest, the first groove outer side surface (25) of the first annular groove (24) is pressed against the first projection outer side surface (05) of the first locking projection (04). ), and there is play between the first groove inner side surface (26) of the first annular groove (24) and the first projection inner side surface (06) of the first fixing projection (04). be.
Description
本発明は、互いに結合された少なくとも2つのロータディスクを有し、その間に1つの環状のロータコンポーネントが配置されているガスタービンロータに関する。 The present invention relates to a gas turbine rotor having at least two rotor discs coupled together, between which an annular rotor component is arranged.
従来技術から、ガスタービンに使用するための、互いに結合されたロータディスクを有するロータの種々の構造が知られており、その場合、ガスタービンを貫流する高温ガスからロータの内部領域を遮蔽するための環状のロータコンポーネントがロータディスク間に配置されている。この場合、2つのロータディスクはそれぞれ、外周に分布する複数の動翼を有する。2列の動翼の間には、複数の静翼が外周に分布して1列に配置されており、これらの静翼はそれぞれ固定ハウジングに固定されている。ロータは回転するので、静翼と動翼の間には必然的に隙間がある。これにより、静翼の半径方向内側の領域に高温ガスが入ることが原理的に可能となっていた。一部のガスタービンでは、高温ガスをロータの内部から遠ざけるために、2つの隣接するロータディスクの間に1つの環状のロータコンポーネントが配置されている。この目的のために、このロータコンポーネントは両側がロータディスクで支承されている。 From the prior art, various constructions of rotors with rotor discs coupled to each other are known for use in gas turbines, for shielding the inner region of the rotor from the hot gases flowing through the gas turbine. of annular rotor components are positioned between the rotor disks. In this case, the two rotor discs each have a plurality of rotor blades distributed around the circumference. Between the two rows of moving blades, a plurality of stationary blades are arranged in a row distributed on the outer circumference, and each of these stationary blades is fixed to a stationary housing. As the rotor rotates, there is inevitably a gap between the stator vanes and the rotor blades. This made it possible in principle for hot gas to enter the radially inner region of the stationary blade. In some gas turbines, an annular rotor component is placed between two adjacent rotor disks to keep hot gases away from the interior of the rotor. For this purpose, this rotor component is supported on both sides with rotor disks.
基本的に、ロータコンポーネントの唯一のタスクは、高温ガスの侵入を防ぐことである。通常、他の機能はない。したがって、このロータコンポーネントの支承部は通常の方法で簡単に保持され、軸方向に延びる1つの環状の肩部だけが、対応する1つの環状溝に係合している。 Basically, the rotor component's sole task is to prevent hot gas intrusion. There are usually no other functions. The bearing of this rotor component is therefore simply held in the usual way, with only one axially extending annular shoulder engaging in one corresponding annular groove.
2つのロータディスクの間のロータコンポーネントを確実に支承するために、通常、ロータコンポーネントはその両側が、圧入によりそれぞれのロータディスクで支えられている。この場合、通常、ロータコンポーネントの圧入箇所はロータディスクに対して相対的にロータ軸側に配置されている。これは、特に、遠心力が発生したときに、このロータコンポーネントがそれより頑丈なロータディスクよりも大きな変形を受けることによる。 In order to secure the support of the rotor components between the two rotor discs, the rotor components are usually supported on both sides by a press fit on the respective rotor disc. In this case, the press-fit point of the rotor component is usually arranged on the rotor shaft side relative to the rotor disk. This is due in particular to the fact that this rotor component undergoes greater deformation than the more rigid rotor disk when centrifugal forces occur.
従来技術によるこの通常の実施形態の価値が証明されているにせよ、圧入の設計によっては、および、ガスタービンの加熱時またはガスタービンの冷却時に発生する弾性変形に応じて、ロータディスクおよびロータコンポーネントにおいて異なる熱膨張が発生し得る。場合によっては、これらは圧入における圧縮応力の損失につながる可能性がある。他方、計画された圧入と、ロータの回転による遠心力によって引き起こされる変形との組み合わせによっては、許容できないほど高い圧縮応力が生じる。 Although this usual embodiment according to the prior art has proven its worth, depending on the design of the press fit and on the elastic deformations that occur during heating of the gas turbine or cooling of the gas turbine, the rotor disk and rotor components Different thermal expansions can occur at In some cases these can lead to loss of compressive stress in the press fit. On the other hand, the combination of planned press-fitting and deformation caused by centrifugal force due to rotation of the rotor results in unacceptably high compressive stresses.
そこで、本発明の課題は、ガスタービンの加熱時でも冷却時でも、ロータコンポーネントおよびロータディスクの許容応力を超えることなく、ロータコンポーネントを確実に支承することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to reliably support the rotor components without exceeding the permissible stresses of the rotor components and rotor discs during both heating and cooling of the gas turbine.
この課題は、本発明にかかる請求項1記載の教示によるロータの実施形態によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。このロータの組立方法が請求項10に記載されている。
This task is solved by an embodiment of the rotor according to the teaching of claim 1 according to the invention. Advantageous embodiments are subject matter of the dependent claims. A method for assembling this rotor is described in
この種のロータは、先ずはガスタービンで使用される。しかしながら、これとは無関係に、このロータの実施形態を他の流体機械、例えば蒸気タービンで使用することも可能である。 Rotors of this kind are primarily used in gas turbines. Independently of this, however, it is also possible to use this rotor embodiment in other fluid machines, for example steam turbines.
少なくとも、このロータは第1のロータディスクおよびこの第1のロータディスクに直接にしっかりと固定された第2のロータディスクを有する。この場合、これらのロータディスクはそれぞれ、外周に分布しそれぞれのロータディスクを軸方向に貫通する複数の翼保持溝を有する。これらの翼保持溝は、ここでは複数の動翼を受容するために使用される。 At least, the rotor has a first rotor disk and a second rotor disk directly and rigidly secured to the first rotor disk. In this case, these rotor discs each have a plurality of blade retaining grooves distributed on the outer periphery and axially passing through the respective rotor disc. These blade retention grooves are used here to receive a plurality of blades.
さらに、第1のロータディスクの翼保持溝の半径方向下方には、第2のロータディスクに向かって軸方向に延び周回している第1の固定用突起がある。同様に、第2のロータディスクの翼保持溝の半径方向下方には、第1のロータディスクに向かって軸方向に延び周回している第2の固定用突起がある。 In addition, radially below the blade retaining grooves of the first rotor disk, there is a circumferential first locking projection extending axially toward the second rotor disk. Similarly, radially below the blade-retaining groove of the second rotor disk is a circumferential second locking projection extending axially toward the first rotor disk.
2つのロータディスクの間の翼保持溝の領域内に、および/または、翼保持溝の半径方向下方に、1つの環状のロータコンポーネントが配置されている。これは、このロータコンポーネントの内側にあるロータの一部、ないし、2つのロータディスクの一部を囲んでいる。このロータコンポーネントをロータディスクに対してセンタリングし、同時に固定するために、このロータコンポーネントの軸方向の1つの端部には周回し軸方向に開口した第1の環状溝があり、軸方向の反対側の端部には周回し軸方向に開口した第2の環状溝がある。この場合、第1のロータディスクの第1の固定用突起は第1の環状溝に係合し、第2のロータディスクの第2の固定用突起は第2の環状溝に係合する。 An annular rotor component is arranged in the region of the blade-retaining groove between the two rotor discs and/or radially below the blade-retaining groove. It encloses a part of the rotor inside this rotor component and a part of the two rotor discs. In order to center and at the same time secure this rotor component to the rotor disk, one axial end of this rotor component has a circumferential and axially open first annular groove and an axially opposite groove. At the side end there is a circumferential, axially open second annular groove. In this case, the first locking projection of the first rotor disk engages the first annular groove and the second locking projection of the second rotor disk engages the second annular groove.
本発明によれば、ロータがほぼ室温であるロータ静止状態にあるときに第1の固定用突起の外周部に圧力を与えることによって、許容できない高い応力が発生することなく、このロータコンポーネントの決められた位置が確保される。これに応じて、第1の環状溝の第1の溝外側側面が加圧されて第1の固定用突起の第1の突起外側側面に当接する。他方、室温で静止しているときには、第1の環状溝の第1の溝内側側面と第1の固定用突起(04)の第1の突起内側側面との間には半径方向で向かい合う遊びがなければならない。 According to the present invention, by applying pressure to the outer circumference of the first locking projection when the rotor is in the rotor rest condition, which is at about room temperature, this rotor component can be fixed without unacceptably high stresses. position is reserved. Accordingly, the first groove outer side surface of the first annular groove is pressurized and comes into contact with the first protrusion outer side surface of the first fixing protrusion. On the other hand, when at rest at room temperature, there is radially opposed play between the first inner groove flank of the first annular groove and the first inner projection flank of the first locking projection (04). There must be.
ロータが全体として室温であるロータ静止状態にあるときの本発明による圧入の構成により、第1のロータディスクの固定用突起の半径方向外側に、遠心力が発生するときに許容できない増大した圧縮応力がかかることが回避される。 Due to the arrangement of the press-fit according to the invention when the rotor is in the rotor stationary state, where the rotor is generally at room temperature, an unacceptably increased compressive stress when centrifugal forces occur radially outside the fixing projections of the first rotor disc. is avoided.
ロータが室温で静止しているときに、このロータコンポーネントと第2のロータディスクとの結合がほぼ応力なしに行われると、特に有利である。このためには、第2の環状溝の第2の溝外側側面と第2の固定用突起の第2の突起外側側面との間に遊びがあり、さらに、第2の環状溝の第2の溝内側側面と第2の固定用突起の第2の突起内側側面との間に遊びがあることが必要である。 It is particularly advantageous if the connection between this rotor component and the second rotor disk is substantially stress-free when the rotor is at rest at room temperature. For this purpose, there is play between the second groove outer flank of the second annular groove and the second projection outer flank of the second locking projection, and in addition, the second groove outer flank of the second annular groove There must be play between the groove inner side and the second protrusion inner side of the second locking protrusion.
ロータコンポーネントおよびロータディスクの膨張を伴うガスタービン起動時のロータの回転を考慮すると、ロータディスク間のロータコンポーネントの固定と発生する圧縮応力との有利な同調は、ロータの第1の回転数における第1の移行状態において、固定状態の第1のロータディスクから第2のロータディスクへの交代が行われると、特に有利である。この場合、この第1の回転数は、ロータが規定通りに運転される定格回転数よりも低い。この第1の移行状態では、第1の溝外側側面は元のまま第1の突起外側側面に当接しており、この場合、さらに、第2の溝内側側面も第2の突起内側側面に当接している。これとは対照的に、第1の溝内側側面と第1の突起内側側面との間の遊び、および、第2の溝外側側面(35)と第2の突起外側側面との間の遊びは、元のまま残っている。 Considering the rotation of the rotor during start-up of the gas turbine with the expansion of the rotor components and rotor discs, the advantageous tuning of the fixing of the rotor components between the rotor discs and the resulting compressive stresses is the first It is particularly advantageous if, in one transition state, the change from the fixed first rotor disk to the second rotor disk takes place. In this case, this first rotational speed is lower than the rated rotational speed at which the rotor is normally operated. In this first transitional state, the first groove outer flank remains in contact with the first projection outer flank, and in this case also the second groove inner flank also rests against the second projection inner flank. in contact with In contrast, the play between the first groove inner flank and the first projection inner flank and the play between the second groove outer flank (35) and the second projection outer flank are , remains intact.
この場合、この第1の回転数は、有利には、定格回転数の0.2倍より大きい。一方、この第1の回転数は定格回転数の0.6倍より小さいように設計すべきである。移行状態を設計するために、ロータディスクとロータコンポーネントの両方がほぼ同じ温度であり、この温度は室温かそれ以上であるが、運転温度からは著しく離れている、と仮定することができる。 In this case, this first rotational speed is preferably greater than 0.2 times the rated rotational speed. On the other hand, this first speed should be designed to be less than 0.6 times the rated speed. To design the transition conditions, it can be assumed that both the rotor disk and rotor components are at approximately the same temperature, which is room temperature or above, but significantly away from the operating temperature.
対向する固定用突起の直径および環状溝の直径を適切に決定することによって、ガスタービン起動時におけるロータディスクに対するロータコンポーネントの確実な支承を有利に保証することができる。回転数が上昇するにつれて、および、ロータコンポーネントがロータディスクよりも大きく膨張するに伴って、第1の突起外側側面と第1の溝外側側面との間の圧力が減少し、第2の溝内側側面と第2の突起内側側面との間で接触が生じる。この点に関して、ロータコンポーネントの第1のロータディスクでの固定から、ロータコンポーネントの第2のロータディスクでの固定への第1の移行状態における交代が生じる。 A suitable determination of the diameter of the opposing locking projections and the diameter of the annular groove can advantageously ensure a reliable bearing of the rotor components on the rotor disk during gas turbine start-up. As the rotational speed increases and as the rotor component expands more than the rotor disk, the pressure between the first projection outer side surface and the first groove outer side surface decreases and the second groove inner side surface Contact is made between the side surface and the inner side surface of the second projection. In this regard, an alternation in a first transitional state occurs from fixing the rotor component on the first rotor disk to fixing the rotor component on the second rotor disk.
さらに、ロータの第2の回転数における第2の移行状態において、ロータコンポーネントの固定が第2のロータディスクによって引き受けられると有利である。この場合、この第2の回転数は第1の回転数よりも大きいが、その流体機械の定格回転数よりも小さい。これに応じて、第2の溝内側側面と第2の突起内側側面との間には圧力がかかっている。対照的に、他の複数の接触面の間には、すなわち、第1の溝外側側面と第1の突起外側側面との間、ならびに、第1の溝内側側面と第1の突起内側側面との間、ならびに、第2の溝外側側面と第2の突起外側側面との間には遊びがある。 Furthermore, it is advantageous if, in a second transitional state at a second speed of rotation of the rotor, fixing of the rotor component is taken over by the second rotor disk. In this case, the second speed is greater than the first speed but less than the rated speed of the fluid machine. Accordingly, pressure is applied between the second groove inner side surface and the second protrusion inner side surface. In contrast, between the other contact surfaces, namely between the first groove outer flank and the first projection outer flank and between the first groove inner flank and the first projection inner flank. and between the second groove outer flank and the second protrusion outer flank.
この第2の移行状態を設計するために、第2の回転数を仮定することができ、これは定格回転数の少なくとも0.8倍である。 For designing this second transition state, a second rpm can be assumed, which is at least 0.8 times the rated rpm.
この第2の移行状態では、構成要素は第2の移行温度を持つ。ガスタービンが起動し全ての構成要素が加熱されると、通常、ロータコンポーネントは、その質量が小さいので、より質量の大きいロータディスクよりも著しく速く加熱される。これに対応して、この第2の移行温度は、ロータコンポーネントが運転温度にほぼ到達するのに対し、ロータディスクの温度は運転温度よりも大幅に、例えば約30%低い、という特徴がある。 In this second transition state, the component has a second transition temperature. When the gas turbine is started and all components are heated, the rotor components, due to their low mass, typically heat up significantly faster than the more massive rotor disk. Correspondingly, this second transition temperature is characterized by the fact that the rotor components nearly reach the operating temperature, while the temperature of the rotor disk is significantly below the operating temperature, for example about 30% lower.
規定された定格回転数においてロータコンポーネントが両側で支持されていると、2つのロータディスク間でのロータコンポーネントの確実な支承のためにも、ロータコンポーネントのロータディスクでの支持のためにも、特に有利である。このためには、第1の溝内側側面が加圧されて第1の突起内側側面と、第2の溝内側側面が加圧されて第2の突起内側側面と当接していることが必要である。対照的に、半径方向外側には遊びがある、すなわち、第1の溝外側側面と第1の突起外側側面との間には遊びがあり、第2の溝外側側面と第2の突起外側側面との間には遊びがある。これにより、ロータコンポーネントの確実な支承、および、遠心力の荷重吸収の両方が確保される。 If the rotor components are supported on both sides at a defined rated speed, both for the secure bearing of the rotor components between the two rotor discs and for the support of the rotor components on the rotor discs, in particular Advantageous. For this purpose, it is necessary that the inner side surface of the first groove is pressurized to contact the inner side surface of the first protrusion and the inner side surface of the second groove is pressed to contact the inner side surface of the second protrusion. be. In contrast, there is play radially outward, i.e. there is play between the first groove outer flank and the first projection outer flank, the second groove outer flank and the second projection outer flank. There is a play between This ensures both positive bearing of the rotor components and absorption of centrifugal forces.
第1の環状溝の直径が第1の固定用突起の直径に対して適切な比で決定されると、ロータ内でのロータコンポーネントの有利な組立が可能になる。この場合、ロータコンポーネントが組立のために100℃以上200℃以下の組立温度に加熱され、他方、両ロータディスクが室温であると、特に有利である。温度上昇によるロータコンポーネントの相応の膨張を考慮して、第1の固定用突起に対する第1の環状溝の所要寸法を決定することができる。ここで、この組立温度における第1の溝外側側面と第1の突起外側側面との間の圧力が、室温におけるこれら2つの構成要素間の圧力の10%以下であると有利である。この場合、固定用突起と環状溝の直径を適切に設計する際にこの組立温度によって、室温の場合に存在する重なりが基本的に相殺されると、特に有利である。 If the diameter of the first annular groove is determined in a suitable ratio to the diameter of the first locking projection, an advantageous assembly of the rotor components within the rotor is possible. In this case, it is particularly advantageous if the rotor components are heated to an assembly temperature of ≧100° C. and ≦200° C. for assembly, while both rotor disks are at room temperature. The required size of the first annular groove relative to the first locking projection can be determined by taking into account the corresponding expansion of the rotor component due to the temperature increase. Here, it is advantageous if the pressure between the first groove outer flank and the first projection outer flank at this assembly temperature is less than or equal to 10% of the pressure between these two components at room temperature. In this case, it is particularly advantageous if this assembly temperature essentially cancels out the overlap that exists at room temperature in the case of a suitable design of the diameters of the fixing projections and of the annular groove.
この組立温度において第1の溝外側側面と第1の突起外側側面との間に遊びが生じる場合には、半径方向内側面には重大な重なりがないように注意しなければならない。したがって、第1の溝内側側面と第1の突起内側側面との間の圧力は、この場合、室温時に第1の溝外側側面と第1の突起外側側面との間に存在する圧力の10%以下とすることができる。いずれにせよ、この組立温度においても、第1の溝内側側面と第1の突起内側側面との間に遊びが残っていれば有利である。
If play occurs between the first groove outer flank and the first projection outer flank at this assembly temperature, care must be taken to ensure that the radially inner flank does not have significant overlap. Therefore, the pressure between the first groove inner flank and the first projection inner flank is in this
ロータコンポーネントの有利な一形態では、これがカバー部を有し、それによって複数の翼保持溝またはこれらの翼保持溝内に固定された複数の動翼の翼脚を少なくとも部分的に覆うことができる。このためには、このカバー部は円周方向および半径方向に延びていることが必要である。この場合、このカバー部は第1の環状溝の半径方向外側に配置されている。さらに、このカバー部の支持面は複数の翼保持溝の間の領域において第1のロータディスクの端面に軸方向に当接している。 In an advantageous form of the rotor component, it has a cover portion, which can at least partially cover the blade holding grooves or the blade legs of the blades fixed in these blade holding grooves. . This requires that the cover part extends circumferentially and radially. In this case, this cover part is arranged radially outside the first annular groove. Furthermore, the support surface of this cover portion axially abuts the end face of the first rotor disk in the region between the plurality of blade retaining grooves.
特に有利な態様では、ロータコンポーネントが軸方向で互いに反対側の両側にそれぞれカバー部を有するようにすることができる。 In a particularly advantageous manner, the rotor component can have respective cover parts on both axially opposite sides.
さらに、少なくとも、上記支持面がカバー部の弾性変形時に加圧されて端面に当接すると、有利である。これにより、流体機械の運転中に、静止状態から運転温度での定格回転数までの間、全ての場合において支持面が端面に当接することが保証される。 Furthermore, it is advantageous if at least the support surface bears against the end surface under pressure during elastic deformation of the cover part. This ensures that the support surface rests against the end surface in all cases during operation of the fluid machine from standstill up to the rated speed at operating temperature.
組み立てるための力を増大させずに支持面と端面との間の有利な加圧を達成するために、ロータコンポーネントが、ロータコンポーネントの変形を伴う100℃と200℃の間の組立温度に加熱されるようにすると有利であり、それによって、ロータコンポーネント、特にカバー部の変形が生じ、その結果、ロータコンポーネントの規定された位置において、固定用突起に対応する環状溝の領域における支持面と端面との間の圧力は、室温での圧力の10%以下となる。支持面の領域における特にカバー部の軸方向の変形を伴うこの状態は、一方では、軸方向端部に配置されたカバー部を有するロータコンポーネントのこの形状によって助長される。さらに、2つの環状溝の間の中間領域におけるより薄い材料厚さを有する形状は、所望の変形に関して有利な効果を有する。他方、好ましくは第1の環状溝の領域における的確な温度上昇により、この所望の効果を助長することができる。 In order to achieve advantageous pressurization between the support surfaces and the end surfaces without increasing the assembly forces, the rotor components are heated to an assembly temperature of between 100 and 200°C with deformation of the rotor components. , whereby a deformation of the rotor component, in particular of the cover part, occurs, so that, in a defined position of the rotor component, the bearing surface and the end surface in the region of the annular groove corresponding to the fixing projection is less than 10% of the pressure at room temperature. This condition, in particular with axial deformation of the cover part in the area of the support surface, is on the one hand aided by this shape of the rotor component with the cover part arranged at the axial end. Furthermore, a shape with a smaller material thickness in the intermediate region between the two annular grooves has a beneficial effect on the desired deformation. On the other hand, this desired effect can be promoted by a precise temperature rise, preferably in the region of the first annular groove.
これに対応したロータコンポーネントの形状、特に、第1の環状溝および第2の環状溝の直径の決定、および、ロータコンポーネントの組立温度の可能性を考慮した支持面と端面との間の重なりの決定は、過大な力をかけることなしに組立を可能にするとともに、運転中の両ロータディスク間のロータコンポーネントの確実な支承を保証する。 Corresponding rotor component geometries, in particular the determination of the diameters of the first and second annular grooves, and the overlap between the support surfaces and the end surfaces taking into account possible assembly temperatures of the rotor components. The determination allows assembly without excessive force and ensures reliable bearing of the rotor components between the rotor discs during operation.
さらに、第1のロータディスクでのロータコンポーネントの組立中に、第1の固定用突起の第1の突起端面と第1の環状溝の第1の溝基底部との間に自由な第1の膨張距離が保たれると、有利である。この場合、この第1の膨張距離は少なくとも0.5mmである。これに対して、この第1の膨張距離が5mmを超えると不利になり得る。この第1の膨張距離が1mm以上2.5mm以下であると、特に有利である。 Furthermore, during assembly of the rotor component on the first rotor disk, a first free space between the first projection end surface of the first locking projection and the first groove base of the first annular groove. It is advantageous if the expansion distance is preserved. In this case, this first expansion distance is at least 0.5 mm. In contrast, if this first expansion distance exceeds 5 mm, it can be disadvantageous. It is particularly advantageous if this first expansion distance is between 1 mm and 2.5 mm.
同様に、第2の固定用突起の第2の突起端面と第2の環状溝の第2の溝基底部との間に第2の膨張距離を設けることもできる。この場合、この第2の膨張距離は、第1の膨張距離の0.2倍以下とすべきである。 Similarly, a second expansion distance may be provided between the second projection end face of the second locking projection and the second groove base of the second annular groove. In this case, this second expansion distance should be no more than 0.2 times the first expansion distance.
隣接する2つのロータディスク間での固定に関するロータコンポーネントのこの革新的な形態は、ロータを組み立てるための新しい方法につながる。 This innovative form of rotor component for fixation between two adjacent rotor discs leads to new methods for assembling the rotor.
先ず、第1のロータディスクを準備する。この場合、この第1のロータディスクが、ロータ軸が垂直に配列された状態で、水平に支承されていると有利である。 First, a first rotor disk is prepared. In this case, it is advantageous if this first rotor disk is mounted horizontally with the rotor shaft arranged vertically.
この場合、または、これ以降において、ロータコンポーネントは100℃以上の組立温度に加熱する必要がある。この場合、200℃を超えないようにすべきであ。 In this case or later, the rotor components must be heated to an assembly temperature of 100° C. or higher. In this case, 200°C should not be exceeded.
これで、このロータコンポーネントを第1のロータディスクに取り付けることができる。この目的のために、ロータコンポーネントは、第1の環状溝が第1の固定用突起の上方に位置するように第1のロータディスク上に載置すべきである。こうして、支持面がロータディスクの端面に接するまで、ロータコンポーネントを第1のロータディスクに押し込むことができる。 This rotor component can now be attached to the first rotor disk. For this purpose, the rotor component should rest on the first rotor disk such that the first annular groove is located above the first locking projection. The rotor component can thus be pushed into the first rotor disk until the bearing surface rests against the end face of the rotor disk.
ロータコンポーネントの弾性変形を伴ってロータコンポーネントを第1のロータディスクにさらに押し込むことによって、ロータディスクに対するロータコンポーネントの目標位置に到達する。この場合、この目標位置は第1の固定用突起の第1の突起端面と第1の環状溝の第1の溝基底部との間の予め決められた第1の膨張距離によって決定されている。 The target position of the rotor component relative to the rotor disk is reached by pushing the rotor component further into the first rotor disk with elastic deformation of the rotor component. In this case, this target position is determined by a predetermined first expansion distance between the first projection end face of the first locking projection and the first groove base of the first annular groove. .
今や、ロータコンポーネントを冷却することができ、その間、ロータコンポーネントは第1のロータディスクに対するその相対的な位置に保持されなければならない。 The rotor component can now be cooled while it must be held in its position relative to the first rotor disk.
次いで、第2のロータディスクを、第1のロータディスクおよびロータコンポーネント上に載置し、同時に押し込むことができる。ここで、第2の固定用突起の第2の環状溝内への係合が行われる。 A second rotor disk can then be placed over the first rotor disk and rotor component and pushed together. Here, the engagement of the second locking projection into the second annular groove takes place.
本発明によるロータの例示的な実施形態を以下の図で概説する: An exemplary embodiment of a rotor according to the invention is outlined in the following figures:
図1に、ロータディスク01、11間のロータコンポーネント21の組み込みが断面図で模式的に略図示されている。ロータディスク01、11はそれぞれ、それぞれのロータディスク01、11の外周に分布した軸方向に貫通する複数の翼保持溝02、12を有する。これらの翼保持溝02、12は複数の動翼を受容すべく規定されている。さらに、それぞれのロータディスク01、11はロータ軸10の周りを周回する1つの固定用突起04、14をそれぞれ有する。見て分かるように、固定用突起04、14はそれぞれ、対向するロータディスクに向かって軸方向に延びている。2つのロータディスク01、11の間にあるロータコンポーネント21は、ロータディスク01、11の間の中間領域を覆っている。固定するために、ロータコンポーネント21の軸方向で対向する両側にはそれぞれ1つの環状溝24、34があり、その24、34にそれぞれの固定用突起04、24が係合する。また、ロータコンポーネント21の軸方向の1端部にはカバー部22が示されているが、このカバー部22は半径方向ならびに円周方向に延びている。ここで、この22は第1のロータディスクの複数の翼保持溝02をカバーしている。
In FIG. 1 the integration of a
ここで、図2で、第1の固定用突起04と第1の環状溝24との圧入について詳細に図説する。分かり易くするために、ロータコンポーネント21は軸方向にずらして示されている。第1のロータディスクは、第1の固定用突起04の半径方向外側に第1の突起外側側面05を有する。その半径方向反対側に第1の突起内側側面06がある。第1の固定用突起04の自由端に第1の突起端面07がある。これと同様に、ロータコンポーネント21は、第1の環状溝24の半径方向外側に第1の溝外側側面25、および、半径方向内側に第1の溝内側側面26を有する。第1の突起端面07に対向して環状溝24に第1の溝基底部27がある。ロータが室温で静止しているとき、またはロータの組立後に、第1の突起外側側面05と第1の溝外側側面25との間で圧入が行われる。これは、2つの対応する構成要素01、21の間に幾何学的な重なり08があることにより生じる。一方、半径方向で反対側の内側には、第1の突起内側側面と第1の溝内側側面との間に遊び28がある。
Here, in FIG. 2, the press-fitting of the
図3に、第2のロータディスク11とロータコンポーネント21との組立が詳細に図説されており、ロータコンポーネント21は図2と同様にずらして示されている。ここでも第2のロータディスク11は翼保持溝12の一部と第2の固定用突起14のみが示されている。この14は、半径方向外側に第2の突起外側側面15を、ならびに、それとは半径方向反対側に第2の突起内側側面16を、および、端面側に第2の突起端面17を有する。さらに、ロータコンポーネント21の第2の環状溝34の半径方向外側に第2の溝外側側面35が、ならびに、これの反対側に第2の溝内側側面36が、および、第2の突起端面17に対向して第2の溝基底部27がある。ここで、静止状態または第2の固定用突起14と第2の環状溝34の組立後において、半径方向外側および半径方向内側の両方に遊び09、29があることが分かる。
The assembly of the
以下の図4から図7の連続図で、定格回転数ωNへの回転数の上昇および運転温度TNへの温度の上昇を伴うガスタービン起動時における、2つの固定用突起04、14での組立中のロータコンポーネント21の状態を図説する。
Assembly with two locking lugs 04, 14 at gas turbine start-up with increasing speed to rated speed ωN and increasing temperature to operating temperature TN in the series of FIGS. 4 to 7 below 2 illustrates the condition of the
図4では、組立後または静止時の状態が前述のように図説されている。第1のロータディスク01の半径方向外側では重なり08に基づき圧入が存在するのに対して、これとは反対側の半径方向内側には遊び28が存在する。同様に、第2の固定用突起14の両側には遊び09、29がある。
In FIG. 4, the assembled or resting state is illustrated as previously described. On the radially outer side of the
次に、図5はガスタービン起動時の第1の移行状態を示す。さて、ロータが運転開始されると定格回転数ωNよりも十分に低い第1の回転数ω1に到達し、この場合、ロータディスク01、14およびロータコンポーネントの構成要素温度T01、11、21はわずかに上昇するが、それでも運転温度TNからは遥かに離れている。重要なことは、第1の移行状態において、第2の溝内側側面36の第2の突起内側側面16との当接が生じていることである。構成要素01、11、21の温度T01、11、21および静止状態で存在していた遊び29に応じて、異なる回転数で当接が生じ、この場合、遊び29は、定格回転数ωNのほぼ0.3倍で当接が起きるような値に決定されると有利である。
Next, FIG. 5 shows a first transitional state during gas turbine startup. Now, when the rotor is put into operation, it reaches a first rotational speed ω1, which is well below the rated rotational speed ωN, and in this case the component temperatures T01, 11, 21 of the
回転数が増加し、諸構成要素の温度が上昇するにつれて、第2の固定用突起14とロータコンポーネント21の半径方向内側との間の圧力が増加し、他方、第1の固定用突起04とロータコンポーネント21の半径方向外側との間の圧力は減少する。図6で図説する第2の移行状態では、第1の固定用突起04とロータコンポーネント21との間の半径方向外側面に、今や遊びが生じている。これは、第1の突起外側側面05と第1の溝外側側面25との間に自由空間があることを意味する。この状態では、第2の回転数ω2は第1の移行状態における第1の回転数ω1と定格回転数ωNとの間にあり、この場合、この第2の回転数ω2は定格回転数ωNの約0.6倍とすることができる。ロータディスク01、11に比べてロータコンポーネント21の質量が小さいので、ガスタービンが起動されるとロータコンポーネントはより速く加熱される。したがって、ロータディスク01、11の構成要素温度T01、11はロータコンポーネントの構成要素温度T21よりも著しく低く、このT21は次第に運転温度TNに近づく。
As the number of revolutions increases and the temperature of the components increases, the pressure between the
図7は、定格回転数ωNと運転温度TNに到達したときの状態を示す。第2の移行状態から始まり回転数の増加を伴って、第1の固定用突起04の第1の突起内側側面06の第1の環状溝24の第1の溝内側側面26への当接が生じる。
FIG. 7 shows the state when the rated speed ωN and operating temperature TN are reached. Starting from the second state of transition, with an increase in the number of rotations, the abutment of the first projection
以降の図8から図11に、ロータコンポーネント21の第1のロータディスク01への組み立てが模式的に示されている。これに代えて、有利な組み立てのためにロータディスク01は、ここに示されているように水平には配列されず、垂直に配列され、したがって、ロータコンポーネント21はロータディスク01の上方に位置することに留意されたい。前述したように、第1の固定用突起04の第1の突起外側側面05と第1の環状溝24の第1の溝外側側面25との間に重なり08があるように計画されており、その結果、圧入が生じる。また、カバー部22の支持面23が加圧されてロータディスク01の端面03に当接するように計画されている。このことは、有利な組み立てのためにロータコンポーネント21の加熱を必要とする。
8 to 11 below schematically show the assembly of the
このために、図8は、ロータディスク01およびその上方に位置するロータコンポーネント21の状態を示しており、この場合、そのロータコンポーネント21は予め100℃から200℃の間の温度に加熱されている。これにより、一方では、第1の溝外側側面25の直径が少なくともほぼ第1の突起外側側面05の直径にまで大きくなり、これによって、ロータコンポーネント21を、過度に大きな力を加えることなく、第1の固定用突起04に押し込むことができる。
For this purpose, FIG. 8 shows the state of the
しかし、加熱中のロータコンポーネント21の特殊な形状により別の効果が得られる。それは、カバー部22が第1のロータディスク01から離れる方向に変形するようなロータコンポーネント21の変形である。したがって、端面03と支持面23との間の距離は、室温における状況とは対照的に、大きくなる。
However, the special shape of the
さらに、図9は、ロータコンポーネント21が支持面23の端面03との接触までに至った後の、ロータディスク01でのロータコンポーネント21の位置を図説している。この場合、増大した膨張距離33′が、第1の突起端面07と第1の溝基底部27との間に残っている。
Further, FIG. 9 illustrates the position of
次いで、ロータコンポーネント21は、予め規定された膨張距離33に達するまで、第1のロータディスク01の第1の固定用突起04にさらに押し付けられる(図10参照)。この場合、カバー部22は変形し続け、支持面23と端面03との間に初期圧力が生じる。
The
図11は、図10に示されたような目標位置から出発してロータコンポーネント21が再び冷却されたときの状態を示している。この場合、膨張距離33が一定に保たれることに留意すべきである。ここで、温度に起因するカバー部22の変形は、支持面23と端面03との間の圧力を伴う幾何学的な変形として残っている。この図11では、その理論的な状態がロータコンポーネント21とロータディスク01との間の重なり13で示されている。
FIG. 11 shows the situation when starting from the target position as shown in FIG. 10 the
01 第1のロータディスク
02 第1の翼保持溝
03 端面
04 第1の固定用突起
05 第1の突起外側側面
06 第1の突起内側側面
07 第1の突起端面
08 重なり
09 遊び
10 ロータ軸
11 第2のロータディスク
12 第2の翼保持溝
13 重なり
14 第2の固定用突起
15 第2の突起外側側面
16 第2の突起内側側面
17 第2の突起端面
21 ロータコンポーネント
22 カバー部分
23 支持面
24 第1の環状溝
25 第1の溝外側側面
26 第1の溝内側側面
27 第1の溝基底部
28 遊び
29 遊び
33 膨張距離
34 第2の環状溝
35 第2の溝外側側面
36 第2の溝内側側面
37 第2の溝基底面
01
Claims (12)
前記第1のロータディスク(01)は、外周に分布し前記第1のロータディスク(01)を軸方向に貫通する複数の第1の翼保持溝(02)と、前記複数の第1の翼保持溝(02)の下方でロータ軸側に配置され周回する軸方向に延びる1つの第1の固定用突起(04)とを有し、
前記第2のロータディスク(11)は、前記第1のロータディスク(01)としっかりと結合されており、外周に分布し前記第2のロータディスク(11)を軸方向に貫通する複数の第2の翼保持溝(12)と、前記複数の第2の翼保持溝(12)の下方で前記ロータ軸側に配置され周回する軸方向に延びる1つの第2の固定用突起(14)とを有し、
環状の周回する前記ロータコンポーネント(21)は、一方の側に、周回し軸方向に開口した1つの第1の環状溝(24)を有し、その反対側に、周回し軸方向に開口した1つの第2の環状溝(34)を有し、
前記第1の固定用突起(04)が前記第1の環状溝(24)に係合し、前記第2の固定用突起(14)が前記第2の環状溝(34)に係合するように構成されたロータにおいて、
静止状態において、
前記第1の環状溝(24)の第1の溝外側側面(25)が加圧されて前記第1の固定用突起(04)の第1の突起外側側面(05)と当接し、
前記第1の環状溝(24)の第1の溝内側側面(26)と前記第1の固定用突起(04)の第1の突起内側側面(06)との間に遊びがある、
ことを特徴とするロータ。 A rotor, in particular a gas turbine, comprising a first rotor disk (01), a second rotor disk (11) and an annular orbiting rotor component (21), comprising:
The first rotor disk (01) includes a plurality of first blade holding grooves (02) distributed on the outer periphery and penetrating the first rotor disk (01) in the axial direction, and the plurality of first blades. a first fixing projection (04) arranged on the rotor shaft side below the holding groove (02) and extending in the rotating axial direction;
Said second rotor disc (11) is rigidly connected with said first rotor disc (01) and has a plurality of second rotor discs (11) distributed on the outer periphery and axially penetrating said second rotor disc (11). two blade holding grooves (12), and one second fixing projection (14) arranged on the rotor shaft side below the plurality of second blade holding grooves (12) and extending in the rotating axial direction. has
Said annular orbiting rotor component (21) has on one side a first orbiting axially open annular groove (24) and on the opposite side thereof an orbiting axially open annular groove (24). having one second annular groove (34);
so that the first locking projection (04) engages the first annular groove (24) and the second locking projection (14) engages the second annular groove (34); In a rotor configured to
at rest,
The first groove outer side surface (25) of the first annular groove (24) is pressurized to abut against the first protrusion outer side surface (05) of the first fixing protrusion (04),
there is play between a first groove inner side surface (26) of said first annular groove (24) and a first projection inner side surface (06) of said first locking projection (04);
A rotor characterized by:
前記静止状態において、さらに、
前記第2の環状溝(34)の第2の溝外側側面(35)と前記第2の固定用突起(14)の第2の突起外側側面(15)との間に遊びがあり、
前記第2の環状溝(34)の第2の溝内側側面(36)と前記第2の固定用突起(14)の第2の突起内側側面(16)との間に遊びがある、
ことを特徴とするロータ。 A rotor according to claim 1, wherein
In the resting state, further,
there is play between the second groove outer side surface (35) of the second annular groove (34) and the second projection outer side surface (15) of the second fixing projection (14),
there is play between a second groove inner side surface (36) of said second annular groove (34) and a second projection inner side surface (16) of said second locking projection (14);
A rotor characterized by:
規定の定格回転数より低い第1の回転数における、特に、定格回転数の0.2倍から0.6倍の間の第1の回転数を有する第1の移行状態において、
前記第1の溝外側側面(25)が前記第1の突起外側側面(05)と当接し、
前記第1の溝内側側面(26)と前記第1の突起内側側面(06)との間に遊びがあり、
前記第2の溝外側側面(35)と前記第2の突起外側側面(15)との間に遊びがあり、
前記第2の溝内側側面(36)が前記第2の突起内側側面(16)と当接する、ことを特徴とするロータ。 A rotor according to claim 2, wherein
at a first rotational speed below the specified rated rotational speed, in particular with a first rotational speed between 0.2 and 0.6 times the rated rotational speed, in a first transition state,
the first groove outer side surface (25) abuts the first protrusion outer side surface (05);
there is play between said first groove inner flank (26) and said first projection inner flank (06);
there is play between said second groove outer flank (35) and said second protrusion outer flank (15),
A rotor as characterized in that said second groove inner flank (36) abuts said second protrusion inner flank (16).
前記第1の回転数より高く前記規定の定格回転数より低い回転数における、特に定格回転数の0.8倍以上の第2の回転数を有する第2の移行状態において、
前記第1の溝外側側面(25)と前記第1の突起外側側面(05)との間に遊びがあり、
前記第1の溝内側側面(26)と前記第1の突起内側側面(06)との間に遊びがあり、
前記第2の溝外側側面(35)と前記第2の突起外側側面(15)との間に遊びがあり、
前記第2の溝内側側面(36)が加圧されて前記第2の突起内側側面(16)と当接する、
ことを特徴とするロータ。 A rotor according to claim 3, wherein
in a second transition state at a speed higher than the first speed and lower than the defined rated speed, in particular with a second speed greater than or equal to 0.8 times the rated speed;
there is play between said first groove outer flank (25) and said first protrusion outer flank (05),
there is play between said first groove inner flank (26) and said first projection inner flank (06);
there is play between said second groove outer flank (35) and said second protrusion outer flank (15),
the second groove inner flank (36) is pressed into contact with the second projection inner flank (16);
A rotor characterized by:
前記規定された定格回転数において、
前記第1の溝外側側面(25)と前記第1の突起外側側面(05)との間に遊びがあり、
前記第1の溝内側側面(26)が加圧されて前記第1の突起内側側面(06)と当接し、
前記第2の溝外側側面(35)と前記第2の突起外側側面(15)との間に遊びがあり、
前記第2の溝内側側面(36)が加圧されて前記第2の突起内側側面(16)と当接する、
ことを特徴とするロータ。 The rotor according to claim 1 or 4,
At the rated speed specified above,
there is play between said first groove outer flank (25) and said first protrusion outer flank (05),
the first groove inner side surface (26) is pressurized to contact the first protrusion inner side surface (06);
there is play between said second groove outer flank (35) and said second protrusion outer flank (15),
the second groove inner flank (36) is pressed into contact with the second projection inner flank (16);
A rotor characterized by:
前記ロータコンポーネント(21)の組立温度が100℃以上200℃以下の場合に、
前記第1の溝外側側面(25)と前記第1の突起外側側面(05)との間の圧力が室温時の圧力の10%以下であり、
前記第1の溝内側側面(26)と前記第1の突起内側側面(06)との間の圧力が室温時の前記第1の溝外側側面(25)と前記第1の突起外側側面(05)との間の圧力の10%以下であり、特に、前記第1の溝内側側面(26)と前記第1の突起内側側面(06)との間に遊びがある、
ことを特徴とするロータ。 A rotor according to claim 1 or 5,
When the assembly temperature of the rotor component (21) is 100°C or higher and 200°C or lower,
The pressure between the first groove outer side surface (25) and the first projection outer side surface (05) is 10% or less of the pressure at room temperature,
When the pressure between the first groove inner side surface (26) and the first projection inner side surface (06) is at room temperature, the first groove outer side surface (25) and the first projection outer side surface (05) ), in particular there is play between said first groove inner flank (26) and said first protrusion inner flank (06),
A rotor characterized by:
前記ロータコンポーネント(21)が円周方向および半径方向に延びるカバー部(22)を有し、前記カバー部(22)が前記複数の第1の翼保持溝(02)を少なくとも部分的に覆い、前記カバー部の支持面(23)が前記複数の翼保持溝(02)の間の領域において前記第1のロータディスクの端面(03)に当接することを特徴とするロータ。 A rotor according to any one of claims 1 to 6,
said rotor component (21) having a circumferentially and radially extending cover portion (22), said cover portion (22) at least partially covering said plurality of first blade retaining grooves (02); A rotor, wherein a support surface (23) of the cover part abuts against an end surface (03) of the first rotor disk in a region between the plurality of blade holding grooves (02).
前記支持面(23)が前記カバー部(22)の弾性変形時に加圧されて前記端面(03)に当接することを特徴とするロータ。 A rotor according to claim 7, wherein
A rotor, wherein the support surface (23) is pressed against the end surface (03) when the cover portion (22) is elastically deformed.
前記ロータコンポーネント(21)の100℃以上200℃以下の組立温度において、前記支持面(23)の前記端面(03)への圧力が、室温における圧力の10%以下であることを特徴とするロータ。 A rotor according to claim 8, wherein
A rotor characterized in that the pressure on the end surface (03) of the support surface (23) is 10% or less of the pressure at room temperature at an assembly temperature of the rotor component (21) of 100° C. or more and 200° C. or less. .
前記ロータの組立後、少なくとも前記ロータが加熱される前に、前記第1の固定用突起(04)の第1の突起端面(07)と前記第1の環状溝(24)の第1の溝基底部(27)との間に自由な第1の膨張距離が存在し、前記第1の膨張距離が0.5mm以上5mm以下、特に1mm以上2.5mm以下であることを特徴とするロータ。 A rotor according to any one of claims 1 to 9,
After assembling the rotor and at least before the rotor is heated, the first projection end surface (07) of the first fixing projection (04) and the first groove of the first annular groove (24) Rotor, characterized in that there is a free first expansion distance from the base (27), said first expansion distance being 0.5 mm to 5 mm, in particular 1 mm to 2.5 mm.
前記第2の固定用突起(14)の第2の突起端面(17)と前記第2の環状溝(34)の第2の溝基底部(37)との間に自由な第2の膨張距離、または、当接が存在し、前記第2の膨張距離が前記第1の膨張距離の0.2倍以下であることを特徴とするロータ。 A rotor according to claim 10, wherein
a second expansion distance free between a second projection end face (17) of said second locking projection (14) and a second groove base (37) of said second annular groove (34); or wherein there is an abutment and the second expansion distance is less than or equal to 0.2 times the first expansion distance.
前記第1のロータディスク(01)を準備するステップと、
前記ロータコンポーネント(21)を少なくとも100℃以上200℃以下の組立温度に加熱するステップと、
前記支持面(23)と前記端面(03)を当接させながら、前記ロータコンポーネント(21)を前記第1のロータディスク(01)上に載置するステップ、および/または、押しつけるステップと、
前記第1の固定用突起(04)の第1の突起端面(07)と前記第1の環状溝(24)の前記第1の溝基底部(27)との間の所定の膨張距離に達するまで、前記ロータコンポーネント(21)を前記第1のロータディスク(01)にさらに押し込むステップと、
前記第1のロータディスク(01)と前記ロータコンポーネント(21)とを一緒に保持しながら、前記ロータコンポーネント(21)を冷却するステップと、
前記第2のロータディスク(11)を前記第1のロータディスク(01)および前記ロータコンポーネント(21)の両方に載置するステップおよび/または押しつけるステップと、
を有する方法。 A rotor assembly method according to any one of claims 1 to 11,
providing said first rotor disk (01);
heating the rotor component (21) to an assembly temperature of at least 100° C. to 200° C.;
placing and/or pressing the rotor component (21) onto the first rotor disk (01) with the bearing surface (23) and the end surface (03) in abutment;
reaching a predetermined expansion distance between the first projection end face (07) of said first locking projection (04) and said first groove base (27) of said first annular groove (24) pushing the rotor component (21) further into the first rotor disk (01) until
cooling the rotor component (21) while holding the first rotor disk (01) and the rotor component (21) together;
placing and/or pressing said second rotor disk (11) against both said first rotor disk (01) and said rotor component (21);
How to have
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