JP3538464B2 - タービン翼 - Google Patents
タービン翼Info
- Publication number
- JP3538464B2 JP3538464B2 JP28179794A JP28179794A JP3538464B2 JP 3538464 B2 JP3538464 B2 JP 3538464B2 JP 28179794 A JP28179794 A JP 28179794A JP 28179794 A JP28179794 A JP 28179794A JP 3538464 B2 JP3538464 B2 JP 3538464B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- crystal
- stress
- cooling
- turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温燃焼ガスを作動流体
とするガスタービンや航空機エンジン等のタービンのタ
ービン動翼や静翼において、熱疲労強度やクリープ破断
強度をはじめとする高温強度に優れた信頼性の高い動翼
や静翼などのタービン翼に関する。
とするガスタービンや航空機エンジン等のタービンのタ
ービン動翼や静翼において、熱疲労強度やクリープ破断
強度をはじめとする高温強度に優れた信頼性の高い動翼
や静翼などのタービン翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】高温の燃焼ガスを作動流体とするガスタ
ービン、航空機エンジン等においては、効率や出力を向
上させるには、作動燃焼ガスの温度を高温化する方向に
ある。高温の燃焼ガスにさらされる動翼および静翼は、
一般に内部冷却通路に流れる空気によって冷却されてい
るが、燃焼ガスが高温化するにつれて翼の内部からの冷
却を強化する必要がある。このため、内部冷却通路を流
れる冷却媒体である空気にかわり、より冷却性に優れた
蒸気や水或いはその他の流体または空気以外の流体の気
体の冷却媒体による冷却方式が採用されるようになって
きた。しかしながら、翼の内部からの冷却を強化すると
翼の外表面を流れる燃焼ガスとの温度差が大きくなりこ
の温度差による熱応力が大きくなる。さらに、動翼では
前記の熱応力に遠心力が加わり、また静翼では作動流体
による曲げ応力が加わって、動翼、静翼は厳しい応力、
温度環境にさらされることとなる。ガスタービンや航空
機エンジンは、起動、停止の繰り返しを行うので、熱応
力がその度に繰り返されて熱疲労割れが生じやすく、動
翼や静翼を破損するに至る。
ービン、航空機エンジン等においては、効率や出力を向
上させるには、作動燃焼ガスの温度を高温化する方向に
ある。高温の燃焼ガスにさらされる動翼および静翼は、
一般に内部冷却通路に流れる空気によって冷却されてい
るが、燃焼ガスが高温化するにつれて翼の内部からの冷
却を強化する必要がある。このため、内部冷却通路を流
れる冷却媒体である空気にかわり、より冷却性に優れた
蒸気や水或いはその他の流体または空気以外の流体の気
体の冷却媒体による冷却方式が採用されるようになって
きた。しかしながら、翼の内部からの冷却を強化すると
翼の外表面を流れる燃焼ガスとの温度差が大きくなりこ
の温度差による熱応力が大きくなる。さらに、動翼では
前記の熱応力に遠心力が加わり、また静翼では作動流体
による曲げ応力が加わって、動翼、静翼は厳しい応力、
温度環境にさらされることとなる。ガスタービンや航空
機エンジンは、起動、停止の繰り返しを行うので、熱応
力がその度に繰り返されて熱疲労割れが生じやすく、動
翼や静翼を破損するに至る。
【０００３】従来、高温の燃焼ガスを作動流体とするガ
スタービンや航空機エンジンにおいては、上記のような
厳しい応力、温度環境にさらされる動翼や静翼には、ク
リープ破断強度と、熱疲労強度の大きなＮｉ基合金が使
用されている。
スタービンや航空機エンジンにおいては、上記のような
厳しい応力、温度環境にさらされる動翼や静翼には、ク
リープ破断強度と、熱疲労強度の大きなＮｉ基合金が使
用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃焼ガ
ス温度が高温化した場合、上記のように大きな熱応力を
生じ、さらに遠心力や曲げ応力が加わって、従来のＮｉ
基合金では熱疲労損傷が生じやすく、翼の信頼性を損な
うおそれがある。さらに、翼の内部冷却の媒体に冷却性
能に優れた蒸気、水、或いはその他の液体または空気以
外の気体等を使用すると、翼の内外の温度差が大きくな
り、熱疲労損傷が生じやすくなる。
ス温度が高温化した場合、上記のように大きな熱応力を
生じ、さらに遠心力や曲げ応力が加わって、従来のＮｉ
基合金では熱疲労損傷が生じやすく、翼の信頼性を損な
うおそれがある。さらに、翼の内部冷却の媒体に冷却性
能に優れた蒸気、水、或いはその他の液体または空気以
外の気体等を使用すると、翼の内外の温度差が大きくな
り、熱疲労損傷が生じやすくなる。
【０００５】本発明は上記の事情に基づきなされたもの
で、内部冷却通路に冷却性に優れた冷却媒体を流して冷
却を行っても、大きな熱応力を生じない動翼、静翼のよ
うなタービン翼を提供する。
で、内部冷却通路に冷却性に優れた冷却媒体を流して冷
却を行っても、大きな熱応力を生じない動翼、静翼のよ
うなタービン翼を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のタービン翼は、
作動流体が燃焼ガスにより駆動するタービンにおいて、
翼の内部に設けた通路内を流れる蒸気、水もしくは水以
外の液体を冷却媒体として冷却されるタービン翼または
静翼が、Ｎｉ３ （Ａｌ，Ｔｉ）を主体とするγ’相に
よって強化されたＮｉ基合金の一方向凝固柱状晶または
単結晶からなり、前記一方向凝固柱状晶または前記単結
晶の成長する方向が、前記冷却媒体を流すことによって
生じる前記翼内外の温度差に基づく熱応力と前記翼に作
用する遠心力との合成された応力の方向、または前記熱
応力と前記遠心力と前記翼に作用する前記作動流体によ
る曲げ応力との合成された応力の方向と一致することを
特徴とする。
作動流体が燃焼ガスにより駆動するタービンにおいて、
翼の内部に設けた通路内を流れる蒸気、水もしくは水以
外の液体を冷却媒体として冷却されるタービン翼または
静翼が、Ｎｉ３ （Ａｌ，Ｔｉ）を主体とするγ’相に
よって強化されたＮｉ基合金の一方向凝固柱状晶または
単結晶からなり、前記一方向凝固柱状晶または前記単結
晶の成長する方向が、前記冷却媒体を流すことによって
生じる前記翼内外の温度差に基づく熱応力と前記翼に作
用する遠心力との合成された応力の方向、または前記熱
応力と前記遠心力と前記翼に作用する前記作動流体によ
る曲げ応力との合成された応力の方向と一致することを
特徴とする。
【０００７】本発明のタービン翼は、タービン翼をＮｉ
基合金を用いて精密鋳造により製造するに際して、高温
の溶湯を一方向に凝固させて一方向凝固柱状晶または単
結晶により形成する。そして、前記結晶の成長する方
向、すなわち高温の溶湯を一方向に凝固させる方向を、
燃焼ガスが翼に流入する方向と直角方向（翼の長手方向
と平行）とするか、または翼の内部を流れる冷却媒体と
翼の外表面を流れる燃焼ガスの温度差により生じる熱応
力の方向、または熱応力と遠心力および作動流体による
曲げ応力の合成された応力の方向と一致させる。
基合金を用いて精密鋳造により製造するに際して、高温
の溶湯を一方向に凝固させて一方向凝固柱状晶または単
結晶により形成する。そして、前記結晶の成長する方
向、すなわち高温の溶湯を一方向に凝固させる方向を、
燃焼ガスが翼に流入する方向と直角方向（翼の長手方向
と平行）とするか、または翼の内部を流れる冷却媒体と
翼の外表面を流れる燃焼ガスの温度差により生じる熱応
力の方向、または熱応力と遠心力および作動流体による
曲げ応力の合成された応力の方向と一致させる。
【０００８】
【作用】ガスタービンの動翼および静翼は高温で使用さ
れるので、遠心応力および曲げ応力による損傷は、結晶
粒界で発生し、伝播するいわゆる粒界破壊型で生じる。
一方、熱応力の繰り返しによる熱疲労損傷も高温での亀
裂発生、伝播が結晶粒界に沿って生じる粒界破壊型であ
る。このタイプの亀裂の発生と伝播は、特に応力の負荷
方向に垂直な結晶粒界に優先的に生じる。従って、遠心
応力や曲げ応力、熱応力、およびそれ等の合算した方向
に垂直な結晶粒界を除去することが高温での粒界破壊型
損傷を防止する上で極めて有効な手段である。
れるので、遠心応力および曲げ応力による損傷は、結晶
粒界で発生し、伝播するいわゆる粒界破壊型で生じる。
一方、熱応力の繰り返しによる熱疲労損傷も高温での亀
裂発生、伝播が結晶粒界に沿って生じる粒界破壊型であ
る。このタイプの亀裂の発生と伝播は、特に応力の負荷
方向に垂直な結晶粒界に優先的に生じる。従って、遠心
応力や曲げ応力、熱応力、およびそれ等の合算した方向
に垂直な結晶粒界を除去することが高温での粒界破壊型
損傷を防止する上で極めて有効な手段である。
【０００９】動翼、静翼に作用する遠心応力や曲げ応力
は作動流体の流入方向に対して垂直な方向が最も大きく
なるので、作動流体の流入方向と垂直な方向（翼の長手
方向）に結晶粒界破壊型の損傷を生じやすい。一方、翼
の内部からの冷却による翼内外の温度差による熱応力
は、基本的には翼の長手方向に最も大きいので、翼の長
手方向に垂直な結晶粒界を除去することは、高温での損
傷を防止する上で非常に重要である。しかしながら、翼
の温度分布によっては熱応力は翼の長手方向と直角方
向、または長手方向とある角度を持った方向に生じるこ
とがある。従って、翼の冷却状態によっては、翼に作用
する熱応力の方向に対して、または熱応力を始めとする
各種応力の合算した方向に対して垂直な結晶粒界を除去
することが有効である。
は作動流体の流入方向に対して垂直な方向が最も大きく
なるので、作動流体の流入方向と垂直な方向（翼の長手
方向）に結晶粒界破壊型の損傷を生じやすい。一方、翼
の内部からの冷却による翼内外の温度差による熱応力
は、基本的には翼の長手方向に最も大きいので、翼の長
手方向に垂直な結晶粒界を除去することは、高温での損
傷を防止する上で非常に重要である。しかしながら、翼
の温度分布によっては熱応力は翼の長手方向と直角方
向、または長手方向とある角度を持った方向に生じるこ
とがある。従って、翼の冷却状態によっては、翼に作用
する熱応力の方向に対して、または熱応力を始めとする
各種応力の合算した方向に対して垂直な結晶粒界を除去
することが有効である。
【００１０】一般に、ガスタービンや航空機エンジンの
動翼、静翼は、高温強度に優れたＮｉ3 （Ａｌ，Ｔｉ）
を主体とするγ’相によって強化されたＮｉ基合金が使
用され、内部に複雑な冷却通路を持つ中空形状であるの
で、精密鋳造によって製造される。精密鋳造では、高温
で溶解した合金の溶湯を鋳型内で凝固させるので、結晶
が多数形成される。この多結晶体では結晶粒界がランダ
ムな方向に存在するので、どのような応力方向に対して
もそれに垂直な結晶粒界が存在して結晶粒界破壊を免れ
ない。そこで、特定の方向に結晶粒界を生じさせないよ
うに、凝固時の結晶の成長方向を一方向に限定し、多数
の結晶の成長方向を揃え、溶湯の凝固を一定方向で行う
ことで、凝固方向に平行な方向の結晶粒界を除去するこ
とができる。さらに、結晶粒界が存在しない単結晶で動
翼、静翼を形成することで、結晶粒界型の損傷のおそれ
をなくすことができる。
動翼、静翼は、高温強度に優れたＮｉ3 （Ａｌ，Ｔｉ）
を主体とするγ’相によって強化されたＮｉ基合金が使
用され、内部に複雑な冷却通路を持つ中空形状であるの
で、精密鋳造によって製造される。精密鋳造では、高温
で溶解した合金の溶湯を鋳型内で凝固させるので、結晶
が多数形成される。この多結晶体では結晶粒界がランダ
ムな方向に存在するので、どのような応力方向に対して
もそれに垂直な結晶粒界が存在して結晶粒界破壊を免れ
ない。そこで、特定の方向に結晶粒界を生じさせないよ
うに、凝固時の結晶の成長方向を一方向に限定し、多数
の結晶の成長方向を揃え、溶湯の凝固を一定方向で行う
ことで、凝固方向に平行な方向の結晶粒界を除去するこ
とができる。さらに、結晶粒界が存在しない単結晶で動
翼、静翼を形成することで、結晶粒界型の損傷のおそれ
をなくすことができる。
【００１１】そこで、内部冷却通路を流れる冷却媒体と
して空気に代り、より冷却性能のよい蒸気や水、その他
の液体または空気以外の気体の冷却媒体による冷却方式
を持つ静翼や動翼を製造するに際して、翼の凝固方向を
熱応力や遠心応力、曲げ応力およびそれ等を合算した応
力の方向に対して、平行な方向に一致させて、その方向
に結晶を成長させることで、それ等の応力に垂直な方向
の結晶粒界を除去し、高温での結晶粒界破壊型損傷の発
生を押さえることができる。一方向に成長させる結晶の
状態としては、一方向凝固柱状晶でも単結晶でも、応力
方向の結晶粒界がないので、どちらでもよい。さらに、
両者は結晶の成長方向のヤング率が低いので、結晶成長
方向を熱応力の発生する方向と一致させることで、熱応
力の発生が小さくなり、熱疲労寿命が長くなる利点があ
る。
して空気に代り、より冷却性能のよい蒸気や水、その他
の液体または空気以外の気体の冷却媒体による冷却方式
を持つ静翼や動翼を製造するに際して、翼の凝固方向を
熱応力や遠心応力、曲げ応力およびそれ等を合算した応
力の方向に対して、平行な方向に一致させて、その方向
に結晶を成長させることで、それ等の応力に垂直な方向
の結晶粒界を除去し、高温での結晶粒界破壊型損傷の発
生を押さえることができる。一方向に成長させる結晶の
状態としては、一方向凝固柱状晶でも単結晶でも、応力
方向の結晶粒界がないので、どちらでもよい。さらに、
両者は結晶の成長方向のヤング率が低いので、結晶成長
方向を熱応力の発生する方向と一致させることで、熱応
力の発生が小さくなり、熱疲労寿命が長くなる利点があ
る。
【００１２】一方向凝固柱状晶または単結晶の成長方向
は、基本的には動翼, 静翼の長手方向に一致させるが、
翼の冷却状態によっては熱応力等の合成された応力の方
向と翼の長手方向とが必ずしも一致しない場合があり、
この場合には翼に作用する熱応力の方向に対して或いは
熱応力を始めとして各種応力が合算された応力の方向に
対して、平行な方向に一致させることで結晶粒界型の損
傷を防止し、信頼性の高い動翼、静翼の製造が可能であ
る。
は、基本的には動翼, 静翼の長手方向に一致させるが、
翼の冷却状態によっては熱応力等の合成された応力の方
向と翼の長手方向とが必ずしも一致しない場合があり、
この場合には翼に作用する熱応力の方向に対して或いは
熱応力を始めとして各種応力が合算された応力の方向に
対して、平行な方向に一致させることで結晶粒界型の損
傷を防止し、信頼性の高い動翼、静翼の製造が可能であ
る。
【００１３】
【実施例】（実施例１）以下、図１につき本発明の第１
の実施例を説明する。図１において精密鋳造によって作
られた静翼１は、翼内部の冷却構造内を蒸気または水等
の冷却媒体を循環されており、翼を内部から冷却するよ
うになっている。静翼１は、Ｎｉ基合金のＩＮ７３８Ｌ
Ｃ（主成分：１６Ｃｒ−８Ｃｏ−１．７Ｍｏ−２．６Ｗ
−１．７Ｔａ−３Ａｌ−３Ｔｉ残Ｎｉ）およびＣＭ２４
７ＬＣ（８Ｃｒ−９Ｃｏ−０．５Ｍｏ−９Ｗ−３Ｔａ−
５．７Ａｌ−Ｏ．７Ｔｉ−残Ｎｉ）を用いて、一方向凝
固鋳造法によって製造した。両合金は、Ｎｉ3 （Ａｌ，
Ｔｉ）を主体とするγ’相によって強化された代表的な
Ｎｉ基合金として用いた。また、このタービン静翼の場
合は、内部からの蒸気による冷却がなされるため、それ
に伴う熱応力が燃焼ガスの流入方向と直角方向で最も大
きくなるので、一方向凝固柱状の結晶成長方向と燃焼ガ
スの流入方向と直角方向、すなわち翼の長手方向に一致
させて図１に示すように製造した。図１の矢印Ａは冷却
用蒸気または水の流れ、Ｂは一方向凝固柱状晶、Ｃは一
方向凝固柱状晶の成長方向を示す。これ等の静翼には、
翼の長手方向に結晶の粒界が存在するがそれと直角方向
には粒界は存在しない。これに、各合金に所定の溶体化
処理と時効処理の熱処理を施した。一方、図１の静翼を
比較のために従来法の普通鋳造法で、前記両合金を用い
て精密鋳造品を製造し、所定の熱処理を施した。普通鋳
造法で製造した静翼の結晶は等軸晶で、結晶粒界がラン
ダムに存在している。
の実施例を説明する。図１において精密鋳造によって作
られた静翼１は、翼内部の冷却構造内を蒸気または水等
の冷却媒体を循環されており、翼を内部から冷却するよ
うになっている。静翼１は、Ｎｉ基合金のＩＮ７３８Ｌ
Ｃ（主成分：１６Ｃｒ−８Ｃｏ−１．７Ｍｏ−２．６Ｗ
−１．７Ｔａ−３Ａｌ−３Ｔｉ残Ｎｉ）およびＣＭ２４
７ＬＣ（８Ｃｒ−９Ｃｏ−０．５Ｍｏ−９Ｗ−３Ｔａ−
５．７Ａｌ−Ｏ．７Ｔｉ−残Ｎｉ）を用いて、一方向凝
固鋳造法によって製造した。両合金は、Ｎｉ3 （Ａｌ，
Ｔｉ）を主体とするγ’相によって強化された代表的な
Ｎｉ基合金として用いた。また、このタービン静翼の場
合は、内部からの蒸気による冷却がなされるため、それ
に伴う熱応力が燃焼ガスの流入方向と直角方向で最も大
きくなるので、一方向凝固柱状の結晶成長方向と燃焼ガ
スの流入方向と直角方向、すなわち翼の長手方向に一致
させて図１に示すように製造した。図１の矢印Ａは冷却
用蒸気または水の流れ、Ｂは一方向凝固柱状晶、Ｃは一
方向凝固柱状晶の成長方向を示す。これ等の静翼には、
翼の長手方向に結晶の粒界が存在するがそれと直角方向
には粒界は存在しない。これに、各合金に所定の溶体化
処理と時効処理の熱処理を施した。一方、図１の静翼を
比較のために従来法の普通鋳造法で、前記両合金を用い
て精密鋳造品を製造し、所定の熱処理を施した。普通鋳
造法で製造した静翼の結晶は等軸晶で、結晶粒界がラン
ダムに存在している。
【００１４】このようにして製造した一方向凝固柱状結
晶からなる精密鋳造静翼と普通鋳造で製造した等軸晶の
精密鋳造静翼から、翼の有効部の長手から試験片を採取
して８５０〜９００℃でクリープ破断試験と熱疲労試験
を行った。その結果は表１にまとめたように、各合金の
一方向凝固柱状晶で製造した静翼の長手方向の材料強度
は、普通鋳造法で鋳造した静翼の材料に比べて、クリー
プ寿命３倍以上，熱疲労寿命は１０〜２０倍以上の高い
高温強度を有しており、蒸気または水による静翼の冷却
による熱応力に対して、高い熱疲労抵抗を示す。
晶からなる精密鋳造静翼と普通鋳造で製造した等軸晶の
精密鋳造静翼から、翼の有効部の長手から試験片を採取
して８５０〜９００℃でクリープ破断試験と熱疲労試験
を行った。その結果は表１にまとめたように、各合金の
一方向凝固柱状晶で製造した静翼の長手方向の材料強度
は、普通鋳造法で鋳造した静翼の材料に比べて、クリー
プ寿命３倍以上，熱疲労寿命は１０〜２０倍以上の高い
高温強度を有しており、蒸気または水による静翼の冷却
による熱応力に対して、高い熱疲労抵抗を示す。
【００１５】
【表１】
（実施例２）以下、図２につき本発明の第２の実施例を
説明する。
説明する。
【００１６】図２において、タービン動翼２内にはＡｒ
ガス等の気体を循環させて冷却を行うものであり、Ｎｉ
基合金のＣＭ２４７ＬＣ、ＣＭＳＸ−２（８Ｃｒ−４．
６Ｃｏ−Ｏ．６Ｍｏ０−８Ｗ−６Ｔａ−５．６Ａｌ−１
Ｔｉ−残Ｎｉ）を用いて、一方向凝固鋳造法により、前
者は一方向凝固柱状晶、後者は単結晶で製造した。この
場合は、遠心力と内部からのガスによる冷却に伴う熱応
力が燃焼ガスの流入方向と直角方向で最大となるので、
一方向凝固柱状晶と単結晶の結晶成長方向を燃焼ガスの
流入方向と直角方向、すなわち翼の長手方向に一致させ
て図２に示すように製造した。図２の矢印Ｄは一方向凝
固柱状晶／単結晶の成長方向、Ｅは水素ガス、窒素ガ
ス、Ａｒガス等の冷却ガスの流れを示す。この場合にお
いて、結晶粒界は翼の幅方向にはない。上記と併せて同
一形状の動翼をｌＮ７３８ＬＣの普通鋳造法によって製
造した。
ガス等の気体を循環させて冷却を行うものであり、Ｎｉ
基合金のＣＭ２４７ＬＣ、ＣＭＳＸ−２（８Ｃｒ−４．
６Ｃｏ−Ｏ．６Ｍｏ０−８Ｗ−６Ｔａ−５．６Ａｌ−１
Ｔｉ−残Ｎｉ）を用いて、一方向凝固鋳造法により、前
者は一方向凝固柱状晶、後者は単結晶で製造した。この
場合は、遠心力と内部からのガスによる冷却に伴う熱応
力が燃焼ガスの流入方向と直角方向で最大となるので、
一方向凝固柱状晶と単結晶の結晶成長方向を燃焼ガスの
流入方向と直角方向、すなわち翼の長手方向に一致させ
て図２に示すように製造した。図２の矢印Ｄは一方向凝
固柱状晶／単結晶の成長方向、Ｅは水素ガス、窒素ガ
ス、Ａｒガス等の冷却ガスの流れを示す。この場合にお
いて、結晶粒界は翼の幅方向にはない。上記と併せて同
一形状の動翼をｌＮ７３８ＬＣの普通鋳造法によって製
造した。
【００１７】このようにして製造した一方向凝固柱状晶
と単結晶からなる翼と、普通鋳造法で製造した等軸晶の
翼とにそれぞれ所定の熱処理を施した後、翼の有効部の
長手から試験片を採取して、９００〜９５０℃でクリー
プ破断試験と熱疲労試験を行った。その結果を表２にま
とめて示した。表２から、一方向凝固柱状晶と単結晶と
によって製造した翼の長手の材料強度は、普通鋳造法て
作られた翼に比べてクリープ破断寿命は３０〜５０倍以
上、熱疲労寿命は１５〜３０倍以上の高い高温強度を有
することがわかる。すなわち、遠心力並びに冷却ガスに
よる熱応力が作用する翼として高い信頼性があることが
わかる。
と単結晶からなる翼と、普通鋳造法で製造した等軸晶の
翼とにそれぞれ所定の熱処理を施した後、翼の有効部の
長手から試験片を採取して、９００〜９５０℃でクリー
プ破断試験と熱疲労試験を行った。その結果を表２にま
とめて示した。表２から、一方向凝固柱状晶と単結晶と
によって製造した翼の長手の材料強度は、普通鋳造法て
作られた翼に比べてクリープ破断寿命は３０〜５０倍以
上、熱疲労寿命は１５〜３０倍以上の高い高温強度を有
することがわかる。すなわち、遠心力並びに冷却ガスに
よる熱応力が作用する翼として高い信頼性があることが
わかる。
【００１８】
【表２】
（実施例３）以下、図３につき本発明の第３の実施例を
説明する。
説明する。
【００１９】この図において、Ｎｉ系合金Ｒｅｎｅ８０
（１４Ｃｒ−９．５Ｃｏ−４Ｍｏ−４Ｗ−３Ａｌ−５Ｔ
ｉ−残Ｎｉ）とＣＭＳＸ−２を用いて、一方向凝固鋳造
法によってタービン静翼を製造した。なお、静翼３内に
は冷却通路に蒸気を循環させ冷却を施している。この場
合は、内部から蒸気による冷却に伴う熱応力が燃焼ガス
の流入方向と平行な方向で最大となっており、前者の合
金での一方向凝固晶および後者の単結晶の結晶成長方向
を燃焼ガスの流入方向と平行な方向とし、すなわち翼横
手方向と一致させ、図３に示すように製造した。図３の
矢印Ｆは冷却用蒸気の流れ、Ｇは一方向凝固柱状晶／単
結晶の成長方向を示す。併せて、比較のために普通鋳造
法でＲｅｎｅ８０合金を用いて翼を製造した。これ等の
翼に所定の熱処理を施した後、翼の有効部の横方向から
試験片を採取して、８５０〜９５０℃でクリープ破断試
験と熱疲労試験を行った。表３は前記試験の結果をまと
めてある。表３に示したように、一方向凝固柱状晶およ
び単結晶によって製造した静翼の横手方向の材料強度
は、普通鋳造法で製造した静翼の材料に比べて、クリー
プ破断寿命は４〜２５倍以上、熱疲労寿命は２０〜６０
倍以上の高い高温強度を有している。従って、蒸気また
は水による静翼の冷却による熱応力に対して、高い熱疲
労抵抗を示すことがわかる。
（１４Ｃｒ−９．５Ｃｏ−４Ｍｏ−４Ｗ−３Ａｌ−５Ｔ
ｉ−残Ｎｉ）とＣＭＳＸ−２を用いて、一方向凝固鋳造
法によってタービン静翼を製造した。なお、静翼３内に
は冷却通路に蒸気を循環させ冷却を施している。この場
合は、内部から蒸気による冷却に伴う熱応力が燃焼ガス
の流入方向と平行な方向で最大となっており、前者の合
金での一方向凝固晶および後者の単結晶の結晶成長方向
を燃焼ガスの流入方向と平行な方向とし、すなわち翼横
手方向と一致させ、図３に示すように製造した。図３の
矢印Ｆは冷却用蒸気の流れ、Ｇは一方向凝固柱状晶／単
結晶の成長方向を示す。併せて、比較のために普通鋳造
法でＲｅｎｅ８０合金を用いて翼を製造した。これ等の
翼に所定の熱処理を施した後、翼の有効部の横方向から
試験片を採取して、８５０〜９５０℃でクリープ破断試
験と熱疲労試験を行った。表３は前記試験の結果をまと
めてある。表３に示したように、一方向凝固柱状晶およ
び単結晶によって製造した静翼の横手方向の材料強度
は、普通鋳造法で製造した静翼の材料に比べて、クリー
プ破断寿命は４〜２５倍以上、熱疲労寿命は２０〜６０
倍以上の高い高温強度を有している。従って、蒸気また
は水による静翼の冷却による熱応力に対して、高い熱疲
労抵抗を示すことがわかる。
【００２０】
【表３】
【００２１】
【発明の効果】本発明のタービン翼は、作動流体が燃焼
ガスにより駆動するタービンにおいて、翼の内部に設け
た通路内を流れる蒸気、水もしくは水以外の液体または
空気以外の気体を冷却媒体として冷却されるタービン翼
または静翼が、Ｎｉ3 （Ａｌ，Ｔｉ）を主体とするγ’
相によって強化されたＮｉ基合金の一方向凝固柱状晶ま
たは単結晶からなるので、結晶の成長する方向を熱応力
や遠心力、曲げ応力およびそれ等を合算した応力の方向
に垂直な方向の結晶粒界を除去して、高温での結晶粒界
型損傷の発生を抑制することができる。さらに、一方向
凝固柱状晶または単結晶は結晶の成長方向のヤング率が
低いので、結晶成長方向を熱応力が発生する方向と一致
させることにより、熱応力の発生が小さくなり、熱疲労
寿命が長くなり信頼性の高い動翼、静翼を作ることがで
きる。
ガスにより駆動するタービンにおいて、翼の内部に設け
た通路内を流れる蒸気、水もしくは水以外の液体または
空気以外の気体を冷却媒体として冷却されるタービン翼
または静翼が、Ｎｉ3 （Ａｌ，Ｔｉ）を主体とするγ’
相によって強化されたＮｉ基合金の一方向凝固柱状晶ま
たは単結晶からなるので、結晶の成長する方向を熱応力
や遠心力、曲げ応力およびそれ等を合算した応力の方向
に垂直な方向の結晶粒界を除去して、高温での結晶粒界
型損傷の発生を抑制することができる。さらに、一方向
凝固柱状晶または単結晶は結晶の成長方向のヤング率が
低いので、結晶成長方向を熱応力が発生する方向と一致
させることにより、熱応力の発生が小さくなり、熱疲労
寿命が長くなり信頼性の高い動翼、静翼を作ることがで
きる。
【００２２】また、本発明によればタービン翼の形状に
よる制約はなく、１つの有効部のみからなる単翼は勿
論、１つの鋳造品の中に２つ以上の有効部を有するセグ
メント翼の精密鋳造品に対しても適用し得る。
よる制約はなく、１つの有効部のみからなる単翼は勿
論、１つの鋳造品の中に２つ以上の有効部を有するセグ
メント翼の精密鋳造品に対しても適用し得る。
【図１】本発明の第１の実施例の模式的斜視図。
【図２】本発明の第２の実施例の模式的斜視図。
【図３】本発明の第３の実施例の模式的斜視図。
１………静翼
２、３…動翼
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−10082（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−33701（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01D 5/28
F01D 5/18
F01D 9/02 102
F02C 7/18
Claims (2)
- 【請求項１】 作動流体が燃焼ガスにより駆動するター
ビンにおいて、翼の内部に設けた通路内を流れる蒸気、
水もしくは水以外の液体を冷却媒体として冷却されるタ
ービン翼または静翼が、Ｎｉ３ （Ａｌ，Ｔｉ）を主体
とするγ’相によって強化されたＮｉ基合金の一方向凝
固柱状晶または単結晶からなり、前記一方向凝固柱状晶
または前記単結晶の成長する方向が、前記冷却媒体を流
すことによって生じる前記翼内外の温度差に基づく熱応
力と前記翼に作用する遠心力との合成された応力の方
向、または前記熱応力と前記遠心力と前記翼に作用する
前記作動流体による曲げ応力との合成された応力の方向
と一致することを特徴とするタービン翼。 - 【請求項２】 前記一方向凝固柱状晶または前記単結晶
の結晶の成長する方向が、前記翼に流入する燃焼ガスの
流入方向と直角方向であることを特徴とする請求項１記
載のタービン翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28179794A JP3538464B2 (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | タービン翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28179794A JP3538464B2 (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | タービン翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08144706A JPH08144706A (ja) | 1996-06-04 |
| JP3538464B2 true JP3538464B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=17644119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28179794A Expired - Fee Related JP3538464B2 (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | タービン翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3538464B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112922675B (zh) * | 2021-02-04 | 2021-11-19 | 大连理工大学 | 一种涡轮叶片弯曲枝网式冷却结构 |
-
1994
- 1994-11-16 JP JP28179794A patent/JP3538464B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08144706A (ja) | 1996-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5620308A (en) | Gas turbine, gas turbine blade used therefor and manufacturing method for gas turbine blade | |
| US5611670A (en) | Blade for gas turbine | |
| EP0475428B1 (en) | Gas turbine, gas turbine blade used therefor and manufacturing method for gas turbine blade | |
| JP3164972B2 (ja) | ガスタービン用動翼及びその製造法とそれを用いたガスタービン | |
| US5069873A (en) | Low carbon directional solidification alloy | |
| EP0560296B1 (en) | Highly hot corrosion resistant and high-strength superalloy, highly hot corrosion resistant and high-strength casting having single crystal structure, gas turbine and combined cycle power generation system | |
| US6709771B2 (en) | Hybrid single crystal-powder metallurgy turbine component | |
| US7762309B2 (en) | Integral single crystal/columnar grained component and method of casting the same | |
| EP2471965A1 (en) | Ni-based superalloy, and turbine rotor and stator blades for gas turbine using the same | |
| JPS63216982A (ja) | 被覆配合物 | |
| JP2003181599A (ja) | 精密インベストメント鋳造用コア | |
| JPH09170402A (ja) | ガスタービン用ノズル及びその製造法とそれを用いたガスタービン | |
| JP2009114501A (ja) | ニッケル基単結晶合金 | |
| JPH10331659A (ja) | 発電用ガスタービン及びコンバインド発電システム | |
| WO2004024971A1 (en) | Property recovering method for nickel superalloy | |
| JP3538464B2 (ja) | タービン翼 | |
| US6800148B2 (en) | Single crystal vane segment and method of manufacture | |
| JP2843476B2 (ja) | 高耐食高強度超合金、高耐食高強度単結晶鋳造物、ガスタービンおよびコンバインドサイクル発電システム | |
| JPH0119992B2 (ja) | ||
| CA2349412C (en) | Single crystal vane segment and method of manufacture | |
| JPH07259505A (ja) | タービン翼およびその製造方法 | |
| Hoppin III et al. | Manufacturing processes for long-life gas turbines | |
| JPH07310502A (ja) | タービン動翼 | |
| JPH09144502A (ja) | ガスタービンブレード及びその製造方法並びにガスタービン | |
| JP3040680B2 (ja) | ガスタービン静翼 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040316 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040322 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |