JP2984767B2 - セラミック静翼 - Google Patents
セラミック静翼Info
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- JP2984767B2 JP2984767B2 JP2332959A JP33295990A JP2984767B2 JP 2984767 B2 JP2984767 B2 JP 2984767B2 JP 2332959 A JP2332959 A JP 2332959A JP 33295990 A JP33295990 A JP 33295990A JP 2984767 B2 JP2984767 B2 JP 2984767B2
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05B2240/801—Platforms for stationary or moving blades cooled platforms
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービンにおけるセラミック静翼に係
わり、特に性能及び信頼性の向上を図るに好適な構造を
有するセラミック静翼に関する。
わり、特に性能及び信頼性の向上を図るに好適な構造を
有するセラミック静翼に関する。
従来の金属製ガスタービン用静翼は、翼の内壁や表面
を空気により冷却し、翼温度を材料の耐熱温度以下に抑
えている。耐熱温度の高いセラミックスを用いたセラミ
ックス静翼は、冷却空気が少なくて済むのでガスタービ
ンの効率向上に有効であると考えられ、開発が進められ
ている。従来の産業用の大容量ガスタービン用のセラミ
ック静翼は、まだ実用段階に達していないが、例えば特
開昭61−89905号公報、日本機械学会論文集54−505A、
（昭和63−９）1700および第18回ガスタービン定期講演
会講演論文集（90−６）153に記載されている。第２図
に従来のセラミック静翼の縦断面概略図を示す。同図の
上側がガスタービンの外周側、下側が同じく内周側に相
当する。燃焼ガスに直接曝されるセラミック部品（セラ
ミックシェル１、内及び外セラミックサイドウォール2,
3）及びそのセラミック部品を断熱部材7,8,9を介して支
える金属部品（内及び外シュラウド4,5,翼心６）から構
成されている。このように、セラミック部品と金属部品
の複合構造となっているセラミック静翼では、高温で稼
働時に両部品間に生じる熱変形量の差を吸収して過大な
熱応力の発生を避けるため、あるいはまたセラミック部
品を均一な荷重で保持するために、断熱部材7,8,9は変
形能に富む緩衝機能を具備した材料を用いていた。
を空気により冷却し、翼温度を材料の耐熱温度以下に抑
えている。耐熱温度の高いセラミックスを用いたセラミ
ックス静翼は、冷却空気が少なくて済むのでガスタービ
ンの効率向上に有効であると考えられ、開発が進められ
ている。従来の産業用の大容量ガスタービン用のセラミ
ック静翼は、まだ実用段階に達していないが、例えば特
開昭61−89905号公報、日本機械学会論文集54−505A、
（昭和63−９）1700および第18回ガスタービン定期講演
会講演論文集（90−６）153に記載されている。第２図
に従来のセラミック静翼の縦断面概略図を示す。同図の
上側がガスタービンの外周側、下側が同じく内周側に相
当する。燃焼ガスに直接曝されるセラミック部品（セラ
ミックシェル１、内及び外セラミックサイドウォール2,
3）及びそのセラミック部品を断熱部材7,8,9を介して支
える金属部品（内及び外シュラウド4,5,翼心６）から構
成されている。このように、セラミック部品と金属部品
の複合構造となっているセラミック静翼では、高温で稼
働時に両部品間に生じる熱変形量の差を吸収して過大な
熱応力の発生を避けるため、あるいはまたセラミック部
品を均一な荷重で保持するために、断熱部材7,8,9は変
形能に富む緩衝機能を具備した材料を用いていた。
上記従来技術は、セラミック静翼の基本構造について
開示したものであり、静翼翼列を形成するときの隣接翼
間における冷却空気および燃焼ガスのシールについての
配慮がなされていなかった。従来の金属製静翼では燃焼
ガス流路の内、外周壁を構成するシュラウド部で冷却空
気と燃焼ガスのシールを行っていたので、上記の基本構
造を持つセラミック静翼においても、従来の金属製静翼
と同様に金属製の内、外シュラウド4,5の部分でシール
を行う場合について考える。
開示したものであり、静翼翼列を形成するときの隣接翼
間における冷却空気および燃焼ガスのシールについての
配慮がなされていなかった。従来の金属製静翼では燃焼
ガス流路の内、外周壁を構成するシュラウド部で冷却空
気と燃焼ガスのシールを行っていたので、上記の基本構
造を持つセラミック静翼においても、従来の金属製静翼
と同様に金属製の内、外シュラウド4,5の部分でシール
を行う場合について考える。
第３図に上記単位静翼を環状に配置して形成したセラ
ミック静翼の翼列の一部を燃焼ガスの上流側からみた外
観図、第４図に第３図のＡ−Ａ断面矢視図を示す。隣接
する単位静翼間には熱膨張変形を考慮して、すきまＸが
設けられている。翼列の翼間隙間Ｘを通って高温の燃焼
ガスが内、外シュラウド4,5の部分に流入する。また、
耐熱性、変形能に優れた断熱部材8,9としてセラミック
織布などが適しているが、通気性を持つために該断熱部
材8,9を通って燃焼ガスが広範囲に侵入してくる。この
ように、本来の燃焼ガス流路以外を流れるバイパス流が
増加することは、静翼における流体効率の低下と同時
に、金属製の内、外シュラウド4,5を冷却するために必
要な空気量の増加を招く。すなわち、ガスタービンの効
率が低下する問題があった。
ミック静翼の翼列の一部を燃焼ガスの上流側からみた外
観図、第４図に第３図のＡ−Ａ断面矢視図を示す。隣接
する単位静翼間には熱膨張変形を考慮して、すきまＸが
設けられている。翼列の翼間隙間Ｘを通って高温の燃焼
ガスが内、外シュラウド4,5の部分に流入する。また、
耐熱性、変形能に優れた断熱部材8,9としてセラミック
織布などが適しているが、通気性を持つために該断熱部
材8,9を通って燃焼ガスが広範囲に侵入してくる。この
ように、本来の燃焼ガス流路以外を流れるバイパス流が
増加することは、静翼における流体効率の低下と同時
に、金属製の内、外シュラウド4,5を冷却するために必
要な空気量の増加を招く。すなわち、ガスタービンの効
率が低下する問題があった。
本発明の目的は、上述した問題点を解決し、性能及び
信頼性に優れたセラミック静翼を提供することにある。
信頼性に優れたセラミック静翼を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のセラミック静翼
は翼列を形成したときに燃焼ガスと冷却空気のシールを
適切に行う構造を有している。すなわち、本発明は、そ
れぞれ金属製の内シュラウド及び外シュラウドと、該両
シュラウド間をつなぐ金属製翼心と、該翼心周りに配設
され翼部を形成するセラミックシェルと、該セラミック
シェルと共に燃焼ガス流路を形成する内セラミックサイ
ドウォール及び外セラミックサイドウォールと、内シュ
ラウドと内セラミックサイドウォール間および外シュラ
ウドと外セラミックサイドウォール間それぞれに配設さ
れた内断熱部材及び外断熱部材とからなり、それぞれ金
属製の内シュラウド、外シュラウド及び翼心に冷却空気
の流路を設けた単位静翼が、環状に配列されて成るガス
タービン用セラミック静翼において、隣接する単位静翼
間の対向壁部に２種類のシール手段を設け、第１種のシ
ール手段は、隣接する単位静翼両側の内セラミックサイ
ドウォール及び内断熱部材によって保持されるシール板
と、隣接する単位静翼両側の外セラミックサイドウォー
ル及び外断熱板によって保持されるシール板とからな
り、該隣接する単位静翼間の隙間を通って半径方向に燃
焼ガスが流れるのを防止するものであり、そして第２種
のシール手段は、隣接する単位静翼両側の内シュラウド
及び内断熱板で形成される単位静翼間の隙間を閉塞する
シール板と、隣接する単位静翼両側の外シュラウド及び
外断熱部材で形成される単位静翼間の隙間を閉塞するシ
ール板とからなり、該隙間を通って軸方向に燃焼ガスが
流れるのを防止することを特徴とする。
は翼列を形成したときに燃焼ガスと冷却空気のシールを
適切に行う構造を有している。すなわち、本発明は、そ
れぞれ金属製の内シュラウド及び外シュラウドと、該両
シュラウド間をつなぐ金属製翼心と、該翼心周りに配設
され翼部を形成するセラミックシェルと、該セラミック
シェルと共に燃焼ガス流路を形成する内セラミックサイ
ドウォール及び外セラミックサイドウォールと、内シュ
ラウドと内セラミックサイドウォール間および外シュラ
ウドと外セラミックサイドウォール間それぞれに配設さ
れた内断熱部材及び外断熱部材とからなり、それぞれ金
属製の内シュラウド、外シュラウド及び翼心に冷却空気
の流路を設けた単位静翼が、環状に配列されて成るガス
タービン用セラミック静翼において、隣接する単位静翼
間の対向壁部に２種類のシール手段を設け、第１種のシ
ール手段は、隣接する単位静翼両側の内セラミックサイ
ドウォール及び内断熱部材によって保持されるシール板
と、隣接する単位静翼両側の外セラミックサイドウォー
ル及び外断熱板によって保持されるシール板とからな
り、該隣接する単位静翼間の隙間を通って半径方向に燃
焼ガスが流れるのを防止するものであり、そして第２種
のシール手段は、隣接する単位静翼両側の内シュラウド
及び内断熱板で形成される単位静翼間の隙間を閉塞する
シール板と、隣接する単位静翼両側の外シュラウド及び
外断熱部材で形成される単位静翼間の隙間を閉塞するシ
ール板とからなり、該隙間を通って軸方向に燃焼ガスが
流れるのを防止することを特徴とする。
そして、上記セラミック静翼においては、第１種及び
第２種のシール手段の各シール板は通気性のない耐熱性
の構造用セラミックス、または繊維強化セラミックス等
の無機材料で形成することが好ましい。また、該断熱部
材は耐熱性に優れるとともに、通気性のない断熱板と変
形能に富む緩衝材とからなる多層構造とし、該断熱板の
部分における燃焼ガスのシール効果の向上を図ったこと
を特徴としている。
第２種のシール手段の各シール板は通気性のない耐熱性
の構造用セラミックス、または繊維強化セラミックス等
の無機材料で形成することが好ましい。また、該断熱部
材は耐熱性に優れるとともに、通気性のない断熱板と変
形能に富む緩衝材とからなる多層構造とし、該断熱板の
部分における燃焼ガスのシール効果の向上を図ったこと
を特徴としている。
高温の燃焼ガスのシールを耐熱性に優れたセラミック
部品、あるいはまた通気性のない断熱材の部分で行って
いるため、燃焼ガスの侵入によって耐熱性の比較的低い
金属部品が加熱されて損傷を受けることがなく、したが
って冷却空気量を従来の金属製の静翼に比べて大幅に少
なくできる。
部品、あるいはまた通気性のない断熱材の部分で行って
いるため、燃焼ガスの侵入によって耐熱性の比較的低い
金属部品が加熱されて損傷を受けることがなく、したが
って冷却空気量を従来の金属製の静翼に比べて大幅に少
なくできる。
更に冷却空気による冷却を内外シュラウド、翼心など
金属部品の部分で行っているため、セラミック部品が冷
却されて大きな温度分布、即ち熱応力が発生することを
防止できる。また、断熱部材を変形能に富む緩衝材を含
む多層構造としたので、断熱材ひいてはセラミック部品
の片当たりによる局部応力の発生を防止することが出来
る。このため、セラミック部品あるいは断熱部材の損傷
防止を図ることができる。
金属部品の部分で行っているため、セラミック部品が冷
却されて大きな温度分布、即ち熱応力が発生することを
防止できる。また、断熱部材を変形能に富む緩衝材を含
む多層構造としたので、断熱材ひいてはセラミック部品
の片当たりによる局部応力の発生を防止することが出来
る。このため、セラミック部品あるいは断熱部材の損傷
防止を図ることができる。
本発明は上記の効果によって、セラミック静翼の信頼
性の向上とともに、ガスタービンの効率向上を図ること
ができる。
性の向上とともに、ガスタービンの効率向上を図ること
ができる。
以下、本発明の実施例の図面を用いて説明する。
第１図は第３図に示したガスタービン静翼翼列を構成
する１枚のセラミック静翼すなわち単位静翼の基本構造
を示す縦断面図であり、図の上側が翼列の外周側、下側
が同内周側である。図示されたセラミック静翼は、図示
されていないリテーナリングに嵌合固定される金属製の
外シュラウド５と、該外シュラウド５に対向して配置さ
れ同じく図示されていないサポートリングに嵌合保持さ
れる内シュラウド４と、該内シュラウド４の前記外シュ
ラウド５に対向する面に形成されている段差部に嵌合さ
れ重ね合わされた内断熱板８と、前記外シュラウド５の
前記内シュラウド４に対向する面に形成されている段差
部に嵌合され重ね合わされた外断熱板９と、前記内断熱
板８の前記外断熱板９と対向する面に重ね合わされてい
る内セラミックサイドウォール２と、前記外断熱板９の
前記内断熱板８と対向する面に重ね合わされている外セ
ラミックサイドウォール３と、前記内及び外セラミック
サイドウォール2,3の互いに対向する面に形成されてい
る段差部に両端を嵌合され、該内及び外セラミックサイ
ドウォール2,3に挾持されている。翼形断面を持つセラ
ミックシェル１と、前記金属製外シュラウド５の段差部
が形成されている側の面に突出して一体に形成され、前
記内及び外断熱板8,9、内及び外セラミックサイドウォ
ール2,3、セラミックシェルを貫通して内シュラウド４
に連結されている金属製の翼芯６と、該翼芯６と前記セ
ラミックシェル１の間に介在する断熱部材７と、を含ん
で形成されている。内断熱板８と内シュラウド４の間、
及び外断熱板９と外シュラウド５の間には、それぞれ、
変形能に富み耐熱性に優れる緩衝材10が、圧縮変形され
た状態で装着されている。また、翼芯６、内及び外断熱
板8,9、及び内及び外シュラウド4,5には冷却用気体の流
路11,12,13,14,15が形成されている。
する１枚のセラミック静翼すなわち単位静翼の基本構造
を示す縦断面図であり、図の上側が翼列の外周側、下側
が同内周側である。図示されたセラミック静翼は、図示
されていないリテーナリングに嵌合固定される金属製の
外シュラウド５と、該外シュラウド５に対向して配置さ
れ同じく図示されていないサポートリングに嵌合保持さ
れる内シュラウド４と、該内シュラウド４の前記外シュ
ラウド５に対向する面に形成されている段差部に嵌合さ
れ重ね合わされた内断熱板８と、前記外シュラウド５の
前記内シュラウド４に対向する面に形成されている段差
部に嵌合され重ね合わされた外断熱板９と、前記内断熱
板８の前記外断熱板９と対向する面に重ね合わされてい
る内セラミックサイドウォール２と、前記外断熱板９の
前記内断熱板８と対向する面に重ね合わされている外セ
ラミックサイドウォール３と、前記内及び外セラミック
サイドウォール2,3の互いに対向する面に形成されてい
る段差部に両端を嵌合され、該内及び外セラミックサイ
ドウォール2,3に挾持されている。翼形断面を持つセラ
ミックシェル１と、前記金属製外シュラウド５の段差部
が形成されている側の面に突出して一体に形成され、前
記内及び外断熱板8,9、内及び外セラミックサイドウォ
ール2,3、セラミックシェルを貫通して内シュラウド４
に連結されている金属製の翼芯６と、該翼芯６と前記セ
ラミックシェル１の間に介在する断熱部材７と、を含ん
で形成されている。内断熱板８と内シュラウド４の間、
及び外断熱板９と外シュラウド５の間には、それぞれ、
変形能に富み耐熱性に優れる緩衝材10が、圧縮変形され
た状態で装着されている。また、翼芯６、内及び外断熱
板8,9、及び内及び外シュラウド4,5には冷却用気体の流
路11,12,13,14,15が形成されている。
燃焼ガス流路は、内周及び外周の円筒状壁面をなす前
記の内及び外セラミックサイドウォール2,3と、前記セ
ラミックシェル１により形成され、高圧の燃焼ガスは外
燃焼ガス流路の中を図の矢印の方向に流れる間に、圧力
の低下、流速の増加などを生じて下流に設けられた動翼
（図示せず）に導かれる。上記各セラミック部品は圧力
差による外力を受けるが、金属製部品である翼芯６と内
及び外シュラウド4,5により支えられ、該セラミック部
品には外力による大きな応力は発生しない。また、該内
及び外シュラウド4,5は従来と同じ方法でケーシングに
固定されている。また、燃焼ガスに加熱されて生じる半
径方向の熱膨張量が各部材と翼芯６との間で異なるとき
にも、その差が前記緩衝材10の変形によって自動的に調
整され、各部材間の隙間の発生や過大な圧縮力を生じる
ことなく、密着して保持される。すなわち、本セラミッ
ク静翼は強度信頼性の高い基本構造を有している。
記の内及び外セラミックサイドウォール2,3と、前記セ
ラミックシェル１により形成され、高圧の燃焼ガスは外
燃焼ガス流路の中を図の矢印の方向に流れる間に、圧力
の低下、流速の増加などを生じて下流に設けられた動翼
（図示せず）に導かれる。上記各セラミック部品は圧力
差による外力を受けるが、金属製部品である翼芯６と内
及び外シュラウド4,5により支えられ、該セラミック部
品には外力による大きな応力は発生しない。また、該内
及び外シュラウド4,5は従来と同じ方法でケーシングに
固定されている。また、燃焼ガスに加熱されて生じる半
径方向の熱膨張量が各部材と翼芯６との間で異なるとき
にも、その差が前記緩衝材10の変形によって自動的に調
整され、各部材間の隙間の発生や過大な圧縮力を生じる
ことなく、密着して保持される。すなわち、本セラミッ
ク静翼は強度信頼性の高い基本構造を有している。
次に金属部品の冷却法について説明する。第１図に示
されたセラミック静翼はガスタービンの第１段静翼を対
象とした例である。外シュラウド５の外周から有孔板16
を通って流入した冷却空気は、該外シュラウド５の外周
壁に衝突し、該外周壁を冷却する。ついで冷却空気の一
部は翼芯６の内部に設けられた流路12を通り、該翼芯６
を冷却した後、該翼芯６の外周部に設けられた流路13を
通って、さらに該翼芯６を冷却する。ついで内及び外断
熱板8,9内に設けられた流路14を通った後に燃焼ガス流
路に流出する。なお、流路14の位置は図示の位置に限ら
ず、セラミックサイドウォールから離れた位置であれば
良く、例えば通気性のある緩衝材10が設置されている内
及び外シュラウド4,5と、内及び外断熱板8,9の間にまで
流路13を延長しても良い。残りの冷却空気は外シュラウ
ド５の内部に設けられた流路15を通り、該外シュラウド
５を冷却した後、燃焼ガス流路に流出する。内シュラウ
ド４の内周から導入される冷却空気の作用は、前述の外
シュラウド５の冷却空気の場合と同様である。
されたセラミック静翼はガスタービンの第１段静翼を対
象とした例である。外シュラウド５の外周から有孔板16
を通って流入した冷却空気は、該外シュラウド５の外周
壁に衝突し、該外周壁を冷却する。ついで冷却空気の一
部は翼芯６の内部に設けられた流路12を通り、該翼芯６
を冷却した後、該翼芯６の外周部に設けられた流路13を
通って、さらに該翼芯６を冷却する。ついで内及び外断
熱板8,9内に設けられた流路14を通った後に燃焼ガス流
路に流出する。なお、流路14の位置は図示の位置に限ら
ず、セラミックサイドウォールから離れた位置であれば
良く、例えば通気性のある緩衝材10が設置されている内
及び外シュラウド4,5と、内及び外断熱板8,9の間にまで
流路13を延長しても良い。残りの冷却空気は外シュラウ
ド５の内部に設けられた流路15を通り、該外シュラウド
５を冷却した後、燃焼ガス流路に流出する。内シュラウ
ド４の内周から導入される冷却空気の作用は、前述の外
シュラウド５の冷却空気の場合と同様である。
一方、金属部品である翼芯６と内及び外シュラウド4,
5に流入する熱量は断熱部材７あるいは内及び外断熱板
8,9と緩衝材10により遮られる。さらに、流入熱量の低
減のため、翼列における隣接翼間にシール構造を設け
た。第５図は外周壁における該シール構造を燃焼ガス流
の上流側からみた外観図である。第６図（ａ）は第５図
におけるＢ−Ｂ断面矢視図、第６図（ｂ）は同Ｂ′−
Ｂ′断面矢視図である。シール板17は、断面形状が外サ
イドウォール3,3′の端面に設けた切欠きの形状に対応
しており、隣接する外サイドウォール3,3′間に設置し
て円周方向の隙間を塞いでいる。このため、燃焼ガスが
ガス流路から半径方向に流出してバイパス流を生じるこ
とがない。なお、断面形状が三角形の実施例を示した
が、そのほかに長方形、扇型などでも良い。
5に流入する熱量は断熱部材７あるいは内及び外断熱板
8,9と緩衝材10により遮られる。さらに、流入熱量の低
減のため、翼列における隣接翼間にシール構造を設け
た。第５図は外周壁における該シール構造を燃焼ガス流
の上流側からみた外観図である。第６図（ａ）は第５図
におけるＢ−Ｂ断面矢視図、第６図（ｂ）は同Ｂ′−
Ｂ′断面矢視図である。シール板17は、断面形状が外サ
イドウォール3,3′の端面に設けた切欠きの形状に対応
しており、隣接する外サイドウォール3,3′間に設置し
て円周方向の隙間を塞いでいる。このため、燃焼ガスが
ガス流路から半径方向に流出してバイパス流を生じるこ
とがない。なお、断面形状が三角形の実施例を示した
が、そのほかに長方形、扇型などでも良い。
シール板18は隣接する外断熱材9,9′、外シュラウド
5,5′間に設置して、燃焼ガス流の軸方向への流れの隙
間を塞いでいる。また、外断熱板9,9′は通気性がな
い。このため、静翼翼列の上流側端面から燃焼ガスが外
サイドウォール3,3′と外シュラウド5,5′間に流出して
バイパス流を生じることがない。なお、シール板18は下
流側端部、及び上流側端部と下流側端部の間に増設すれ
ば（図示せず）、燃焼ガスのバイパス流防止効果を増す
ことができる。
5,5′間に設置して、燃焼ガス流の軸方向への流れの隙
間を塞いでいる。また、外断熱板9,9′は通気性がな
い。このため、静翼翼列の上流側端面から燃焼ガスが外
サイドウォール3,3′と外シュラウド5,5′間に流出して
バイパス流を生じることがない。なお、シール板18は下
流側端部、及び上流側端部と下流側端部の間に増設すれ
ば（図示せず）、燃焼ガスのバイパス流防止効果を増す
ことができる。
次に、シール板19は、隣接する外シュラウド5,5′間
に設置して、円周方向の隙間を塞いでいる。このため、
該外シュラウド5,5′外側に供給されている冷却空気が
燃焼ガス流路に流入することがない。以上、外周側のシ
ール構造について説明したが、内周側のシール構造につ
いても同様である。
に設置して、円周方向の隙間を塞いでいる。このため、
該外シュラウド5,5′外側に供給されている冷却空気が
燃焼ガス流路に流入することがない。以上、外周側のシ
ール構造について説明したが、内周側のシール構造につ
いても同様である。
上記の遮熱構造、シール構造により金属部品への流入
熱量は大幅に低減されるため、従来の金属製翼に比べ約
1/10の冷却空気量によって所要の低温に保たれる。ま
た、バイパス流が防止されるため、静翼の流体性能が低
下することがない。これらの結果、本セラミック静翼は
ガスタービンの効率向上の効果がある。さらに、冷却空
気の燃焼ガス流路への流入が防止されるため、セラミッ
ク部品が冷却されて大きな温度分布、すなわち熱応力が
生じて破損することがない。この結果、セラミック静翼
の信頼性向上を図ることができる。
熱量は大幅に低減されるため、従来の金属製翼に比べ約
1/10の冷却空気量によって所要の低温に保たれる。ま
た、バイパス流が防止されるため、静翼の流体性能が低
下することがない。これらの結果、本セラミック静翼は
ガスタービンの効率向上の効果がある。さらに、冷却空
気の燃焼ガス流路への流入が防止されるため、セラミッ
ク部品が冷却されて大きな温度分布、すなわち熱応力が
生じて破損することがない。この結果、セラミック静翼
の信頼性向上を図ることができる。
直接、高温の燃焼ガスに曝されるシェル１及びうち、
外サイドウォール2,3は、耐熱性に優れた構造用セラミ
ックスで製造される。内及び外断熱板8,9は、耐熱性、
断熱性に優れ通気性のない無機材料、たとえば繊維強化
セラミックスで製造される。断熱部材７は耐熱性、断熱
性に優れると共に、狭い隙間に充填できることが必要な
ため、無機材質充填材、例えばアルミナ系充填材で製造
される。なお、翼芯６との境界部に後述の緩衝材を設置
した二重構造とすると、該翼芯６の空冷効果が向上す
る。変形能に富む緩衝材10は、耐熱性と共に、弾性変形
能に優れていることが必要であり、柔軟な無機材料、例
えばセラミック繊維による織物で製造される。シール板
17,18は通気性がなく、耐熱性に富む無機材料、例えば
構造用セラミックス、繊維強化セラミックス、断熱材な
どで製造され、シール板19は耐熱性の金属で製造され
る。翼芯６及び内、外シュラウド4,5は耐熱合金で製造
されるが、従来の金属製静翼に比べ、耐熱温度の低い普
及形のグレード、例えばステンレス鋼でよく、製造が容
易である。
外サイドウォール2,3は、耐熱性に優れた構造用セラミ
ックスで製造される。内及び外断熱板8,9は、耐熱性、
断熱性に優れ通気性のない無機材料、たとえば繊維強化
セラミックスで製造される。断熱部材７は耐熱性、断熱
性に優れると共に、狭い隙間に充填できることが必要な
ため、無機材質充填材、例えばアルミナ系充填材で製造
される。なお、翼芯６との境界部に後述の緩衝材を設置
した二重構造とすると、該翼芯６の空冷効果が向上す
る。変形能に富む緩衝材10は、耐熱性と共に、弾性変形
能に優れていることが必要であり、柔軟な無機材料、例
えばセラミック繊維による織物で製造される。シール板
17,18は通気性がなく、耐熱性に富む無機材料、例えば
構造用セラミックス、繊維強化セラミックス、断熱材な
どで製造され、シール板19は耐熱性の金属で製造され
る。翼芯６及び内、外シュラウド4,5は耐熱合金で製造
されるが、従来の金属製静翼に比べ、耐熱温度の低い普
及形のグレード、例えばステンレス鋼でよく、製造が容
易である。
セラミック静翼の他の実施例を第７図により説明す
る。第７図は、第１図の上側の半分に相当し、下半分は
第１図と同様のため省略してある。内シュラウド４（省
略）と翼芯６は一体で形成され、該翼芯６は外シュラウ
ド５と嵌合したのちに該外シュラウド５の外側に設けた
有孔板16、バネ20を介してナット21により締め付けら
れ、内、外シュラウド4,5間の部品は圧縮力を受けて密
着状態で保持されている。該翼芯６と内、外シュラウド
4,5間の部品との熱膨張量の差は該バネ20の弾性変形に
よって調整される。このため、本実施例では緩衝材を省
略している。なお、第１図と同様に部品間に緩衝材10を
設置することによって、均一な当たりの圧縮力を得るこ
とが出来る。また、シール構造は前述の実施例と同様で
ある。
る。第７図は、第１図の上側の半分に相当し、下半分は
第１図と同様のため省略してある。内シュラウド４（省
略）と翼芯６は一体で形成され、該翼芯６は外シュラウ
ド５と嵌合したのちに該外シュラウド５の外側に設けた
有孔板16、バネ20を介してナット21により締め付けら
れ、内、外シュラウド4,5間の部品は圧縮力を受けて密
着状態で保持されている。該翼芯６と内、外シュラウド
4,5間の部品との熱膨張量の差は該バネ20の弾性変形に
よって調整される。このため、本実施例では緩衝材を省
略している。なお、第１図と同様に部品間に緩衝材10を
設置することによって、均一な当たりの圧縮力を得るこ
とが出来る。また、シール構造は前述の実施例と同様で
ある。
第８図は第６図に相当する断面矢視図である。第７図
に示した第２の実施例とは、外シュラウド５と外断熱板
９との組合せ構造が異なる他の実施例である。外シュラ
ウド５と外断熱板９は緩衝材を介在させずに重ね合わせ
た構造であり、嵌合部のない単純な形状のため製造が容
易である。シール構造は第一の実施例と同様である。
に示した第２の実施例とは、外シュラウド５と外断熱板
９との組合せ構造が異なる他の実施例である。外シュラ
ウド５と外断熱板９は緩衝材を介在させずに重ね合わせ
た構造であり、嵌合部のない単純な形状のため製造が容
易である。シール構造は第一の実施例と同様である。
本発明によれば、翼部のセラミックシェル、内外セラ
ミックサイドウォールなどのセラミック部品を断熱部材
を介して内外シュラウド、翼心などの金属部品により保
持したセラミック静翼において、金属部品に侵入する熱
量を低減できるため、従来の金属製翼に比べて冷却空気
量を大幅に少なく出来る。また、隣合う単位静翼間の隙
間を、燃焼ガスが半径方向、軸方向に流れるのをそれぞ
れ防止する各シール板を設けることにより、燃焼ガスの
バイパス流を防止できるため、従来のセラミック静翼に
比べて流体性能の向上が図れる。この結果、ガスタービ
ンの効率向上の効果がある。さらに、セラミック部品あ
るいは断熱部材の破損を防止し、セラミック静翼の信頼
性向上の効果がある。
ミックサイドウォールなどのセラミック部品を断熱部材
を介して内外シュラウド、翼心などの金属部品により保
持したセラミック静翼において、金属部品に侵入する熱
量を低減できるため、従来の金属製翼に比べて冷却空気
量を大幅に少なく出来る。また、隣合う単位静翼間の隙
間を、燃焼ガスが半径方向、軸方向に流れるのをそれぞ
れ防止する各シール板を設けることにより、燃焼ガスの
バイパス流を防止できるため、従来のセラミック静翼に
比べて流体性能の向上が図れる。この結果、ガスタービ
ンの効率向上の効果がある。さらに、セラミック部品あ
るいは断熱部材の破損を防止し、セラミック静翼の信頼
性向上の効果がある。
第１図は本発明の第一実施例を示す縦断面概略図、第２
図は従来の静翼の縦断面概略図、第３図は静翼翼列の一
部を示す外観斜視図、第４図は第３図のＡ−Ａ断面矢視
図、第５図は本発明の第一実施例のシール構造を示す翼
列一部分の外観斜視図、第６図（ａ）（ｂ）は第５図の
Ｂ−Ｂ断面矢視図及びＢ′−Ｂ′断面矢視図、第７図は
本発明の第二の実施例を示す縦断面概略図、第８図は本
発明の第三の実施例を示す断面矢視図である。 １……セラミック部品（セラミックシェル）、2,3……
セラミック部品（内、外セラミックサイドウォール）、
4,5……内、外シュラウド、６……翼芯、７……断熱部
材、8,9……内、外断熱板、10……緩衝材、17,18,19…
…シール板。
図は従来の静翼の縦断面概略図、第３図は静翼翼列の一
部を示す外観斜視図、第４図は第３図のＡ−Ａ断面矢視
図、第５図は本発明の第一実施例のシール構造を示す翼
列一部分の外観斜視図、第６図（ａ）（ｂ）は第５図の
Ｂ−Ｂ断面矢視図及びＢ′−Ｂ′断面矢視図、第７図は
本発明の第二の実施例を示す縦断面概略図、第８図は本
発明の第三の実施例を示す断面矢視図である。 １……セラミック部品（セラミックシェル）、2,3……
セラミック部品（内、外セラミックサイドウォール）、
4,5……内、外シュラウド、６……翼芯、７……断熱部
材、8,9……内、外断熱板、10……緩衝材、17,18,19…
…シール板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 寛 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 久松 暢 神奈川県横須賀市芦名２丁目24番41号 (72)発明者 森 則之 神奈川県横浜市港南区上永谷５丁目23番 13号 上永谷ニューハイツ209号 (72)発明者 百合 功 神奈川県横須賀市萩野11―27 電研松山 寮 (56)参考文献 特開 平１−110811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−203803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−223302（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】金属製内シュラウド及び金属製外シュラウ
ドと、該両シュラウド間をつなぐ金属製翼心と、該翼心
周りに配設され翼部を形成するセラミックシェルと、該
セラミックシェルと共に燃焼ガス流路を形成する内セラ
ミックサイドウォール及び外セラミックサイドウォール
と、内シュラウドと内セラミックサイドウォール間およ
び外シュラウドと外セラミックサイドウォール間それぞ
れに配設された内断熱部材及び外断熱部材とからなり、
それぞれ金属製の内シュラウド、外シュラウド及び翼心
に冷却空気の流路を設けた単位静翼が、環状に配列され
て成るガスタービン用セラミック静翼において、隣接す
る単位静翼間の対向壁部に２種類のシール手段を設け、
第１種のシール手段は、隣接する単位静翼両側の内セラ
ミックサイドウォール及び内断熱部材によって保持され
るシール板と、隣接する単位静翼両側の外セラミックサ
イドウォール及び外断熱部材によって保持されるシール
板とからなり、該隣接する単位静翼間の隙間を通って半
径方向に燃焼ガスが流れるのを防止し、第２種のシール
手段は、隣接する単位静翼両側の内シュラウド及び内断
熱部材それぞれに単位静翼を横切る方向に形成した溝に
はまり込んで、単位静翼間の隙間を閉塞するシール板
と、隣接する単位静翼両側の外シュラウド及び外断熱部
材それぞれに単位静翼を横切る方向に形成した溝にはま
り込んで、単位静翼間の隙間を閉塞するシール板とから
なり、該隙間を通って軸方向に燃焼ガスが流れるのを防
止することを特徴とするセラミック静翼。 - 【請求項２】請求項１において、第１種及び第２種手段
の各シール板は通気性のない耐熱性の構造用セラミック
ス、または繊維強化セラミックス等の無機材料で形成さ
れているセラミック静翼。 - 【請求項３】請求項１又は２において、内断熱部材及び
外断熱部材は通気性に乏しく変形能の少ない断熱板材と
変形能に富み耐熱性の緩衝材とから成るセラミック静
翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2332959A JP2984767B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | セラミック静翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2332959A JP2984767B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | セラミック静翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04203302A JPH04203302A (ja) | 1992-07-23 |
| JP2984767B2 true JP2984767B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=18260727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2332959A Expired - Lifetime JP2984767B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | セラミック静翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2984767B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1069281B1 (en) * | 1999-07-16 | 2005-07-27 | General Electric Company | Pre-stressed/pre-compressed gas turbine nozzle |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2332959A patent/JP2984767B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04203302A (ja) | 1992-07-23 |
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Legal Events
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