JP2869984B2 - セラミック翼の嵌合構造 - Google Patents
セラミック翼の嵌合構造Info
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- JP2869984B2 JP2869984B2 JP63323733A JP32373388A JP2869984B2 JP 2869984 B2 JP2869984 B2 JP 2869984B2 JP 63323733 A JP63323733 A JP 63323733A JP 32373388 A JP32373388 A JP 32373388A JP 2869984 B2 JP2869984 B2 JP 2869984B2
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- ceramic
- root
- fitted
- groove
- disk
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3092—Protective layers between blade root and rotor disc surfaces, e.g. anti-friction layers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は発電用、輸送用その他の分野の高温高効率高
信頼性ガスタービンのセラミック翼の嵌合構造に関する
ものである。
信頼性ガスタービンのセラミック翼の嵌合構造に関する
ものである。
［従来の技術］ 従来、セラミック翼の根部を金属ディスクに取り付け
るには、セラミック動翼の根部をダブテール形状とし、
これを金属製ディスクのそれに対応する形状の構内に直
接嵌合させるか、ないしは金属箔、金属フェルト等の緩
衝材を挿入して嵌合を行うようにしている。
るには、セラミック動翼の根部をダブテール形状とし、
これを金属製ディスクのそれに対応する形状の構内に直
接嵌合させるか、ないしは金属箔、金属フェルト等の緩
衝材を挿入して嵌合を行うようにしている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、タービン入口ガス温度が1200℃以上の
高温となり、かつセラミック動翼にほとんど冷却を行わ
ない場合、セラミック動翼の翼部が非常に高温となる。
従って、従来の嵌合方法では、動翼根部とディスク溝の
接触部の熱伝達が大きくディスク側までが高温となりす
ぎるか、ないしはディスクの温度を抑えるために大量の
冷却空気を必要としてガスタービン全体の効率の低下を
招くと同時に、嵌合部周辺での熱応力が非常に大きくな
り、タービンの信頼性にも問題を及ぼす。
高温となり、かつセラミック動翼にほとんど冷却を行わ
ない場合、セラミック動翼の翼部が非常に高温となる。
従って、従来の嵌合方法では、動翼根部とディスク溝の
接触部の熱伝達が大きくディスク側までが高温となりす
ぎるか、ないしはディスクの温度を抑えるために大量の
冷却空気を必要としてガスタービン全体の効率の低下を
招くと同時に、嵌合部周辺での熱応力が非常に大きくな
り、タービンの信頼性にも問題を及ぼす。
本発明は、上記事情を考慮してなされたものでタービ
ン入口温度が高温となっても、セラミック動翼の根部と
金属ディスクの溝内面との間の熱伝達を低く抑え、ガス
タービンの効率と信頼性の向上を図ることができるセラ
ミック翼の嵌合構造を提供することを目的とする。
ン入口温度が高温となっても、セラミック動翼の根部と
金属ディスクの溝内面との間の熱伝達を低く抑え、ガス
タービンの効率と信頼性の向上を図ることができるセラ
ミック翼の嵌合構造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］ 本発明は上記目的を達成するために、高温ガスタービ
ン用セラミック動翼のダブテール状の根部を金属製ディ
スクの植込用溝に嵌合する構造において、上記ディスク
の外周側の面に、上記根部形状に対応してダブテール形
状の植込用溝を形成すると共に該植込用溝の肩部に凹み
を形成し、該凹み内に、緩衝層を介して断熱性の高いセ
ラミックの板を上記肩部の面を合わせるように嵌め込
み、上記植込用溝と上記セラミック動翼の根部との接触
部に緩衝材を挿入したものである。
ン用セラミック動翼のダブテール状の根部を金属製ディ
スクの植込用溝に嵌合する構造において、上記ディスク
の外周側の面に、上記根部形状に対応してダブテール形
状の植込用溝を形成すると共に該植込用溝の肩部に凹み
を形成し、該凹み内に、緩衝層を介して断熱性の高いセ
ラミックの板を上記肩部の面を合わせるように嵌め込
み、上記植込用溝と上記セラミック動翼の根部との接触
部に緩衝材を挿入したものである。
［作用］ 上記の構成によれば、ディスクの植込用溝に予め断熱
性の高いセラミック板を嵌め込んであるので、動翼か
ら、その根部を介して金属製ディスクに伝わる熱を断熱
でき、これにより高温、高効率、高信頼性のガスタービ
ンとすることができる。
性の高いセラミック板を嵌め込んであるので、動翼か
ら、その根部を介して金属製ディスクに伝わる熱を断熱
でき、これにより高温、高効率、高信頼性のガスタービ
ンとすることができる。
［実施例］ 以下、本発明の好適実施例を添付図面に基づいて説明
する。
する。
先ず、第２図において、１はセラミック動翼で、その
根部２が金属ディスク３の植込用溝４内に嵌合され、こ
れが金属ディスク３の外周面方向に多数植え込まれてタ
ービン翼が形成される。
根部２が金属ディスク３の植込用溝４内に嵌合され、こ
れが金属ディスク３の外周面方向に多数植え込まれてタ
ービン翼が形成される。
さて、第１図において、セラミック動翼１の根部２を
ダブテール形状とする。金属ディスク３にはダブテール
形状に対応して植込用溝４を設け、その溝４の内面の根
部２の接触面に断熱性の高いセラミックスの板５を嵌め
込む。このセラミック板５の材質としては、耐熱性、断
熱性、耐熱応力特性が高く、金属との熱膨脹率の差が小
さいものであれば良いが、特にジルコニア系セラミック
スが適している。また、このセラミック板５は平板であ
ってもよいし、曲面を有する板であっても良いが、嵌め
込みに要する加工精度等を考慮すると平板の方が望まし
い。
ダブテール形状とする。金属ディスク３にはダブテール
形状に対応して植込用溝４を設け、その溝４の内面の根
部２の接触面に断熱性の高いセラミックスの板５を嵌め
込む。このセラミック板５の材質としては、耐熱性、断
熱性、耐熱応力特性が高く、金属との熱膨脹率の差が小
さいものであれば良いが、特にジルコニア系セラミック
スが適している。また、このセラミック板５は平板であ
ってもよいし、曲面を有する板であっても良いが、嵌め
込みに要する加工精度等を考慮すると平板の方が望まし
い。
セラミック板５の嵌め込み方法は、金属ディスク３の
溝４内面に設けた嵌め込み用凹み６に焼き嵌め等を行っ
てもよいし、メタライズ後ロウ付け等により結合しても
よい。また、セラミック板５と金属ディスク３との間に
緩衝層７を設けてもよい。金属ディスク３の溝４内に嵌
め込まれたセラミック板５とセラミック動翼１の根部２
との接触部には、更に接触を均一化させる緩衝材８（金
属箔、金属繊維成形体、セラミック繊維成形体等）を挿
入することが望ましい。
溝４内面に設けた嵌め込み用凹み６に焼き嵌め等を行っ
てもよいし、メタライズ後ロウ付け等により結合しても
よい。また、セラミック板５と金属ディスク３との間に
緩衝層７を設けてもよい。金属ディスク３の溝４内に嵌
め込まれたセラミック板５とセラミック動翼１の根部２
との接触部には、更に接触を均一化させる緩衝材８（金
属箔、金属繊維成形体、セラミック繊維成形体等）を挿
入することが望ましい。
以下、より具体的な実施例を説明する。
窒化ケイ素系セラミックスにより、軸流タービン動翼
を制作した。根部はダブテール形状に加工を行った。こ
れを嵌合させるタービンディスクとしてニッケル合金製
ディスクを制作し、ダブテール植込用の溝を加工し、更
にその溝内面に平板状の凹みを加工した。凹みの内面に
中間材としてプラズマスプレーによりNiCrAlYをコーテ
ィングし、続いて、ZrO2−50％NiCrAlYをコーティング
した。この凹み内のコーティング層の表面を再び平坦に
研磨した後、ニッケルロウによる接合と焼き嵌めとを併
用してジルコニア平板を嵌め込んだ。ジルコニア平板を
嵌め込んだディスク溝内に前述のセラミック動翼の根部
を嵌合させた。その接触面にはニッケル箔を挿入し緩衝
材とした。このようにして製作されたセラミック動翼と
金属ディスクのアセンブリを、タービン入口温度1350℃
にてホットスピンテストを行い高温高速回転時の温度分
布を計測した。その結果、従来のセラミック板の嵌め込
みを施さない嵌合方式と比較してディスク溝近傍の温度
を100℃以上低下させることができた。
を制作した。根部はダブテール形状に加工を行った。こ
れを嵌合させるタービンディスクとしてニッケル合金製
ディスクを制作し、ダブテール植込用の溝を加工し、更
にその溝内面に平板状の凹みを加工した。凹みの内面に
中間材としてプラズマスプレーによりNiCrAlYをコーテ
ィングし、続いて、ZrO2−50％NiCrAlYをコーティング
した。この凹み内のコーティング層の表面を再び平坦に
研磨した後、ニッケルロウによる接合と焼き嵌めとを併
用してジルコニア平板を嵌め込んだ。ジルコニア平板を
嵌め込んだディスク溝内に前述のセラミック動翼の根部
を嵌合させた。その接触面にはニッケル箔を挿入し緩衝
材とした。このようにして製作されたセラミック動翼と
金属ディスクのアセンブリを、タービン入口温度1350℃
にてホットスピンテストを行い高温高速回転時の温度分
布を計測した。その結果、従来のセラミック板の嵌め込
みを施さない嵌合方式と比較してディスク溝近傍の温度
を100℃以上低下させることができた。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、タービン入口温
度を高くしても、セラミック動翼の根部と金属ディスク
との接触部に断熱性の高いセラミック板を嵌め込んでい
るので、熱伝達が低くなり、ディスク冷却用空気量を増
やすことなくディスク温度の上昇を抑えることができ
る。その結果、タービンの効率の向上と信頼性の向上を
同時に図ることができる。
度を高くしても、セラミック動翼の根部と金属ディスク
との接触部に断熱性の高いセラミック板を嵌め込んでい
るので、熱伝達が低くなり、ディスク冷却用空気量を増
やすことなくディスク温度の上昇を抑えることができ
る。その結果、タービンの効率の向上と信頼性の向上を
同時に図ることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す要部拡大断面図、第２
図は第１図の全体断面図である。 図中、１はセラミック動翼、２は根部、３は金属製ディ
スク、４は植込用溝、５はセラミックス板である。
図は第１図の全体断面図である。 図中、１はセラミック動翼、２は根部、３は金属製ディ
スク、４は植込用溝、５はセラミックス板である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榊田 勝 東京都江東区豊洲３丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−203803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−203809（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01D 5/30
Claims (1)
- 【請求項１】高温ガスタービン用のセラミック動翼のダ
ブテール状の根部を金属製ディスクの植込用溝に嵌合す
る構造において、上記ディスクの外周側の面に、上記根
部形状に対応してダブテール形状の植込用溝を形成する
と共に該植込用溝の肩部に凹みを形成し、該凹み内に、
緩衝層を介して断熱性の高いセラミックの板を上記肩部
の面を合わせるように嵌め込み、上記植込用溝と上記セ
ラミック動翼の根部との接触部に緩衝材を挿入したこと
を特徴とするセラミック翼の嵌合構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63323733A JP2869984B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | セラミック翼の嵌合構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63323733A JP2869984B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | セラミック翼の嵌合構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02169805A JPH02169805A (ja) | 1990-06-29 |
| JP2869984B2 true JP2869984B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=18158004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63323733A Expired - Fee Related JP2869984B2 (ja) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | セラミック翼の嵌合構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2869984B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3425166A1 (de) * | 2017-07-07 | 2019-01-09 | MTU Aero Engines GmbH | Schaufel - scheiben - anordnung für eine strömungsmaschine |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201010929D0 (en) | 2010-06-30 | 2010-08-11 | Rolls Royce Plc | A turbine rotor assembly |
| EP3004561A2 (en) * | 2013-05-29 | 2016-04-13 | General Electric Company | Composite airfoil metal patch |
| KR102005637B1 (ko) * | 2017-11-21 | 2019-07-30 | 두산중공업 주식회사 | 버킷의 체결 구조 및 이를 포함하는 증기터빈 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57203803A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-14 | Agency Of Ind Science & Technol | Ceramic blade structure |
| JPS59203809A (ja) * | 1983-05-06 | 1984-11-19 | Asahi Glass Co Ltd | 軸流形タ−ボ機械の動翼取付構造 |
-
1988
- 1988-12-23 JP JP63323733A patent/JP2869984B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3425166A1 (de) * | 2017-07-07 | 2019-01-09 | MTU Aero Engines GmbH | Schaufel - scheiben - anordnung für eine strömungsmaschine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02169805A (ja) | 1990-06-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |