JP2017180376A5

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Publication number: JP2017180376A5
Application number: JP2016071250A
Authority: JP
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2036-03-31

Claims

加熱によって拡散クリープと転位クリープとを含むクリープが発生する金属材料を用いて形成されるタービン翼を設計するタービン翼の設計方法において、
前記拡散クリープが前記転位クリープよりも発生し易い温度域を、拡散クリープ温度域とし、
前記転位クリープが前記拡散クリープよりも発生し易く、前記拡散クリープ温度域に比して低温となる温度域を、転位クリープ温度域とし、
前記拡散クリープ温度域及び前記転位クリープ温度域の一方の温度域から他方の温度域に遷移する温度域を、遷移温度域とし、
前記拡散クリープ温度域、前記転位クリープ温度域及び前記遷移温度域を含む温度域である加熱温度域と、前記タービン翼に発生する前記クリープのクリープ強度と、前記タービン翼の前記金属材料の結晶粒度と、を関連付けた相関データが予め用意され、
前記相関データは、
加熱される前記タービン翼の温度が前記遷移温度域となるときの所定の前記クリープ強度に対応する前記結晶粒度を基準結晶粒度とすると、
加熱される前記タービン翼の温度が前記拡散クリープ温度域であるとき、所定の前記クリープ強度に対応する前記タービン翼の前記結晶粒度が前記基準結晶粒度に比して粗粒となり、
加熱される前記タービン翼の温度が前記転位クリープ温度域であるとき、所定の前記クリープ強度に対応する前記タービン翼の前記結晶粒度が前記基準結晶粒度に比して細粒となるように、前記加熱温度域、前記クリープ強度及び前記結晶粒度が関連付けられており、
加熱される前記タービン翼の温度分布に関する温度分布データを取得する温度分布取得工程と、
加熱される前記タービン翼に要求される前記クリープ強度の分布に関するクリープ強度分布データを取得するクリープ強度取得工程と、
前記温度分布データ及び前記クリープ強度分布データに基づいて、前記相関データから、前記タービン翼の前記拡散クリープ温度域となる高温部位における前記結晶粒度を、前記基準結晶粒度に比して粗粒に設定し、前記タービン翼の前記転位クリープ温度域となる低温部位における前記結晶粒度を、前記基準結晶粒度に比して細粒に設定する結晶粒度設定工程と、を備えることを特徴とするタービン翼の設計方法。
前記タービン翼は、基端部側に設けられる翼根部と、前記翼根部の先端部側に連なって設けられる翼形部と、を有し、
前記結晶粒度設定工程では、前記タービン翼の前記翼形部において、前記結晶粒度を前記基端部側から前記先端部側へ向かって粗粒となるように設定することを特徴とする請求項１に記載のタービン翼の設計方法。
前記タービン翼は、基端部側に設けられる翼根部と、前記翼根部の先端部側に連なって設けられる翼形部と、前記翼形部の前記基端部側の内部に設けられる冷却室と、前記翼形部の内部において、前記冷却室の前記先端部側に連通して設けられる複数の冷却通路と、をさらに有し、
前記結晶粒度設定工程では、前記タービン翼の前記冷却室において、前記結晶粒度を前記基準結晶粒度に比して細粒に設定することを特徴とする請求項１または２に記載のタービン翼の設計方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載のタービン翼の設計方法によって設計された前記タービン翼を製造するタービン翼の製造方法において、
前記タービン翼の鋳型に、溶融させた前記金属材料である溶湯を注湯する注湯工程と、
前記タービン翼の前記高温部位の冷却速度を、前記低温部位の冷却速度に比して遅くし、前記タービン翼の前記低温部位の冷却速度を、前記高温部位の冷却速度に比して速くして、前記溶湯を冷却する冷却工程と、
前記鋳型を除去して、固化後の前記溶湯である前記タービン翼を取り出す鋳型除去工程と、を備えることを特徴とするタービン翼の製造方法。
加熱によって拡散クリープと転位クリープとを含むクリープが発生する金属材料を用いて形成されるタービン翼において、
前記拡散クリープが前記転位クリープよりも発生し易い拡散クリープ温度域となる高温部位と、
前記転位クリープが前記拡散クリープよりも発生し易く、前記拡散クリープ温度域に比して低温となる転位クリープ温度域となる低温部位と、を備え、
前記拡散クリープ温度域及び前記転位クリープ温度域の一方の温度域から他方の温度域に遷移する温度域を遷移温度域とし、前記遷移温度域であるときの所定のクリープ強度に対応する前記タービン翼の結晶粒度を基準結晶粒度とすると、
前記高温部位の結晶粒度は、所定の前記クリープ強度における前記基準結晶粒度に比して粗粒となり、
前記低温部位の結晶粒度は、所定の前記クリープ強度における前記基準結晶粒度に比して細粒となっていることを特徴とするタービン翼。
基端部側に設けられる翼根部と、
前記翼根部の先端部側に連なって設けられる翼形部と、をさらに備え、
前記翼形部の前記結晶粒度は、前記基端部側から前記先端部側へ向かって粗粒となっていることを特徴とする請求項５に記載のタービン翼。
基端部側に設けられる翼根部と、
前記翼根部の先端部側に連なって設けられる翼形部と、
前記翼形部の前記基端部側の内部に設けられる冷却室と、
前記翼形部の内部において、前記冷却室の前記先端部側に連通して設けられる複数の冷却通路と、をさらに備え、
前記冷却室は、前記低温部位となっていることを特徴とする請求項５または６に記載のタービン翼。