JP4016648B2 - Blisk - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空、宇宙、船舶、発電等の分野において、例えば圧縮機やタービン等の構成部品として用いられる高速で回転するセラミックス複合材料のディククとタービン翼とで一体に形成されたブリスクに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
航空機や圧縮機やタービンでは、動翼を支持するためにディスクが用いられる。従来、このディスクは、ほとんど金属で作られていたが、近年、軽量化と耐熱性向上のために、セラミックス複合材料からなるブリスクの開発が進められている。
セラミックス複合材料からなるブリスクは、例えば、強化用繊維である半径糸と円周糸と直交糸とによってできた三次元織物にセラミックスのマトリックスが付着した構造を有する。半径糸は、ブリスクの半径方向へ配向された強化用繊維である。円周糸は、ブリスクの円周方向に配向された強化用繊維である。直交糸は、ブリスクの板厚方向に配向された強化用繊維である。半径糸と円周糸と直交糸が三次元織物を形成する。
セラミックス複合材料からなるブリスクの製造方法は、強化用繊維である半径糸と円周糸と直交糸とによって三次元織物を作り、この三次元織物に気相含浸法(CVI)又はポリマー含浸焼成法によってマトリックス原料を含浸させてできたセラミックス複合材をつくり、このセラミックス複合材に機械加工を施して、ディスクとタービン翼の一体化したものを作る。
【0003】
ブリスクのように高速で回転する部材では、ブリスクの中心近傍では周方向の応力が大きく、ブリスク中心から円周方向へ離れた箇所では遠心力により半径方向の応力が大きくなる。このような応力に対応するために、ブリスク中心からの距離に応じて強化用繊維の配向比率を異ならせて、高応力発生部分を強化する案がある。
例えば、特開平9−125902号では、「強化用繊維を三次元配向とし、かつ、ディスク中心からの距離に応じて前記強化用繊維の配向比率を異ならせたことを特徴とするセラミック複合材料からなるブリスク」が開示されている。その好適な実施例として、「ディスク中心からの距離が増すにつれて、半径方向への強化用繊維の配向比率が増加するとともに、周方向への強化用繊維の配向比率が減少する」ことが開示されている。
【0004】
ブリスクはディスク部とタービン翼部とで一体に構成されている。ディスク部とタービン翼部の結合部位には、回転トルクに由来する周方向応力とタービン翼部の遠心力と曲げ力に由来する半径方向応力とが複雑に作用している。
また、タービンの定格運転時には、タービン翼部は高温にさらされ、材質の強度は低下しているので、ディスク部とタービン翼部の結合部位のさらなる強化が要請されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述のセラミックス複合材料からなるブリスクの場合、ブリスクのディスク部の強化には効果があったが、タービン翼部との結合部位の強化には不十分であった。特に、高温雰囲気下で回転をしているタービン翼の根元には遠心力による大きな力が作用している。
ブリスク用のセラミックス複合材料円盤を製作するにあたり、円筒座標系方向に強化用繊維を配向するが、半径糸は放射状に広がってしまうので、強化用繊維の配向比率をディスク中心からの距離に応じて緩やかに増加させたのでは、外周部での繊維体積率が上がらないという問題があった。
【0006】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、従来のセラミックス複合材料からなるブリスクにかわって、ブリスクの各箇所に作用する応力の向きと大きさに合わせて、各箇所が十分な強度をもったセラミックス複合材料からなるブリスクを提供しようとする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、参考例に係るセラミックスと強化用繊維とでできたディスク部とタービン翼部とで構成されるブリスクは、ディスク部とタービン部との結合部位での強化用繊維の単位体積当たりに占める割合がブリスク全体での強化用繊維の単位体積当たりに占める割合の平均値よりも大きいものとした。
【0008】
上記構成により、ディスク部とタービン部との結合部位での強化用繊維の単位体積当たりに占める割合が大きいので、結合部位での強度がまし、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。
【0009】
さらに、参考例に係るブリスクは、強化用繊維が半径方向へ配向された半径糸と円周方向へ配向された円周糸とを有し、ディスク部とタービン部との結合部位での前記半径糸と前記円周糸との単位体積当たりに占める割合がブリスク全体での前記半径糸と前記円周糸との単位体積当たりに占める割合の平均値よりも大きいものとした。上記構成により、強化用繊維の半径糸が半径方向へ配向され、強化用繊維の円周糸が円周方向に配向され、ディスク部とタービン部との結合部位での半径糸と円周糸の単位体積当たりに占める割合が大きいので、特に結合部位の半径方向と円周方向の強度がまし、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。
【0010】
さらに、参考例に係るブリスクは、前記結合部位での前記半径糸の単位体積当たりに占める割合がブリスク全体での前記半径糸の単位体積当たりに占める割合の平均値よりも大きく、前記結合部位での前記円周糸の単位体積当たりに占める割合がブリスク全体での前記円周糸の単位体積当たりに占める割合の平均値よりも小さい、ものとした。上記構成により、全体として、強化用繊維の単位体積当たりに占める割合が大きく、さらに、結合部位において、半径糸の単位体積当たりに占める割合が大きく、円周糸の単位体積当たりに占める割合が小さいので、結合部位の半径方向の強度がより増し、高温回転時に発生する遠心力による半径方向の応力により耐える翼根元強度を実現できる。
【0011】
また、上記目的を達成するため、本発明に係るセラミックスと強化用繊維とでできたディスク部とタービン翼部とで構成されるブリスクは、強化用繊維が半径方向へ配向された半径糸と円周方向へ配向された円周糸とを有し、前記半径糸がディスク部とタービン部との結合部位に集中的に配向された結合部位半径糸を有し、繊維長さが異なる複数種類の前記結合部位半径糸が配向されており、ブリスクの厚さ方向の中心部での前記結合部位半径糸の繊維長さと表面部での前記結合部位半径糸の繊維長さとが異なる。
【0012】
上記本発明の構成により、強化用繊維の半径糸が半径方向へ配向され、強化用繊維の円周糸が円周方向に配向され、繊維長さが異なる複数種類の前記結合部位半径糸が結合部位に集中的に配向されるので、半径糸の単位体積当たりの密度が半径方向に緩やかに変化し、結合部位での強度の半径方向の変化がスムースであり、さらに結合部位で半径糸と円周糸とを密に織り込むことができるので、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。
【0013】
さらに、上記本発明の構成により、強化用繊維の半径糸が半径方向へ配向され、強化用繊維の円周糸が円周方向に配向され、結合部位に集中的に配向された半径糸である結合部位半径糸の繊維長さがブリスクの厚さ方向の中心部と表面部とで異なるので、半径糸の単位体積当たりの密度が半径方向に緩やかに変化し、結合部位での強度の半径方向の変化がよりスムースであり、さらに結合部位で半径糸と円周糸とを密に織り込むことができるので、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。
【0014】
さらに、本発明に係るブリスクは、ブリスクの厚さ方向の中心部での前記結合部位半径糸の繊維長さが表面部での前記結合部位半径糸の繊維長さより長いものとした。
上記本発明の構成により、強化用繊維の半径糸が半径方向へ配向され、強化用繊維の円周糸が円周方向に配向され、ブリスクの厚さ方向の中心部での結合部位半径糸の繊維長さが表面部での結合部位半径糸の繊維長さより長いので、半径糸の単位体積当たりの密度が半径方向に緩やかに変化し、結合部位での強度の半径方向の変化がよりスムースであり、さらに結合部位で半径糸と円周糸とを密に織り込むことができるので、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【0016】
図1は、本発明の実施形態の正面図である。図2は、本発明の実施形態の断面の概念図である。図3は、本発明の実施形態の体積密度グラフである。
【0017】
セラミックス複合材料からなるブリスク(以下、単に「ブリスク」という。)は、タービン部2とディスク部3とで構成される。ディスク部3は、中心部に穴(以下、中心穴という。)のあいた略円盤形状である。タービン部2は、翼形状断面を有する柱であり、ディスク部3の外周面に均等に配置される。ここで、説明の便宜上、タービン翼部2とディスク部3との結合している部分周辺を結合部位5と、ディスク部の残りの部分を中心部位4と、タービン翼2の残りの部分を周辺部位6と呼ぶ。
【0018】
ブリスク1は、セラミックスと強化用繊維とでできている。強化用繊維は、半径糸10と円周糸20と直交糸30とを有する。半径糸10は、ブリスクの半径方向に配向された強化用繊維である。円周糸20は、ブリスクの円周方向に配向された強化用繊維である。直交糸30は、ブリスク厚さ方向に配向された強化用繊維である。強化用繊維は、例えば、無機長繊維や炭素繊維等である。ブリスクでは、半径糸10と円周位置20と直交糸30とが夫々複数本を束とし、その束が半径方向と円周方向と厚み方向に三次元的に編み込まれ、その隙間をマトリックスが充満している。マトリックスは、例えば、SiCやその他のセラミックスである。
【0019】
半径糸10は、全長半径糸11と結合部位半径糸13,14とタービン翼半径糸12とを有する。
全長半径糸11は、ブリスク1の中心穴位の位置から外周端まで半径方向に伸びた強化用繊維である。全長半径糸11は、中心部位4と結合部位5と周辺部位6とを貫通して配向されるので、ブリスクの平面方向から見ると扇状に広がる。全長半径糸11のみの体積密度は、中心部位4から結合部位5へ、結合部位5から周辺部位6へと広がるにつれて、減少する。
【0020】
結合部位半径糸13、14は、結合部位5に集中的に配向されたた強化用繊維である。結合部位半径糸13の繊維長さは、全長半径糸11の繊維長さよりも短い。結合部位半径糸12の束は、全長半径糸11の束と束との間に配向される。結合部位半径糸13、14の繊維長さは、厚さ方向の中心部で最も長く、表面部に移るにつれて短くなる。結合部位半径糸の繊維長さがブリスクの厚さ方向の中心部と表面部とで異なるので、結合部半径糸13と後述する円周糸20とが密に織り込まれる。
【0021】
タービン翼半径糸12は、周辺部位に集中的に配向された強化用繊維である。タービン翼半径糸12の繊維長さは、タービン翼の高さにほぼ等しい。タービン翼半径糸12の束は、全長半径糸11の束と束と間に配向される。
【0022】
半径糸の体積密度を説明する。図3(A)は、半径糸の体積密度の半径方向の変化の様子を示している。
中心部位4での半径糸体積密度が最も小さく、結合部位5での半径糸体積が最も大きく、周辺部位6での半径糸体積密度がその中間の値となる。
結合部位5での半径糸体積密度は、全体の半径糸体積密度の平均よりも大きい。
【0023】
円周糸20は、ブリスク1の円周方向に配向した強化用繊維である。円周糸は、厚さ方向に並んだ半径糸10の間に等ピッチで配向される。中心部位4では、円周糸20の束が、全長半径糸11の束が並ぶ隙間に配向される。結合部位5では、円周糸20の束が、全長半径糸11の束と強化部位半径糸13,14の束の並ぶ隙間に配向される。周辺部位6では、円周糸20の束が、全長半径糸11の束とタービン翼半径糸12の束の隙間に配向される。
【0024】
円周糸20の体積密度を説明する。図3(B)は、円周糸20の体積密度の半径方向の変化の様子を示している。
中心部位4での円周糸体積密度が最も大きく、結合部位5での円周糸体積が最も小さく、周辺部位6での円周糸体積密度がその中間の値となる。結合部位5での円周糸体積密度は、全体の半径糸体積密度の平均よりも小さい。
半径糸と円周糸の合計の体積密度は、ブリスク全体の半径糸と円周糸の合計の体積密度の平均よりも大きい。
【0025】
直交糸30は、ブリスク1の厚さ方向に配向された強化用繊維である。直交糸30の束は、半径糸10の束と円周糸20の束の交差する隙間に配向される。
直交糸30の体積密度は、ブリスク1を正面からみてほぼ均一である。
半径糸と円周糸と直交糸の合計の体積密度は、ブリスク全体の半径糸と円周糸と直交糸との合計の体積密度の平均よりも大きい。
【0026】
次に、実施形態のブリスクの作用を、説明する。遠心力と空力的に発生したトルクが、タービンに組み込まれたブリスクに作用する。
周辺部位6には、主に遠心力によりタービン翼を引き抜こうとする引張力が作用する。引っ張り力により、半径糸に引っ張り応力が生じる。周辺部位に配向された全長半径糸11とタービン翼半径糸12とが、引っ張り力に対抗する。
結合部位5には、遠心力によりタービン翼を引き抜こうとする引張力とタービン翼部2の翼に生じた空力作用によりタービン翼部2を倒そうとする曲げモーメントと空力作用により生じたトルクの合力が作用する。その合力により、周辺部位の半径糸10に大きな引っ張り力が作用する。周辺部位に配向された全長半径糸11と結合部位半径糸13,14とが、半径方向の引っ張り力に対抗する。
中心部位には、主に翼の空力により発生したトルクが作用する。半径糸10と円周糸20がトルクにより発生した応力に対抗する。
【0027】
上述の実施形態のブリスクを用いれば、結合部位での繊維密度が高いので結合部位の強度が高いブリスクとなる。
また、結合部位での半径糸の割合が円周糸の割合よりも多いので、結合部位での半径方向の引っ張り強度が向上し、結合部位でもクリープ強度が向上する。
また、結合部位に集中的に配向された半径糸の繊維長さが厚さの中心部と表面部とで異なるので、半径糸と円周糸とが密に編みこまれ、結合部位の強化用繊維の密度を向上させ、結合部位の強度を向上させられる。
また、結合部位に集中的に配向された半径糸の繊維長さが厚さの中心部と表面部とで異なるので、半径方向の半径糸の体積密度と円周糸の体積密度の半径方向の変化がスムースになり、結合部位の強度を向上させられる。
【0028】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したようにセラミックスと強化用繊維とでできたディスク部とタービン翼部とで構成されるブリスクは、その構成により、以下の効果を有する。ディスク部とタービン部との結合部位での強化用繊維の単位体積当たりに占める割合が大きいので、結合部位での強度がまし、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。また、ディスク部とタービン部との結合部位での半径糸と円周糸の単位体積当たりに占める割合が大きいので、特に結合部位の半径方向と円周方向の強度がまし、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。また、全体として、強化用繊維の単位体積当たりに占める割合が大きく、さらに、結合部位において、半径糸の単位体積当たりに占める割合が大きく、円周糸の単位体積当たりに占める割合が小さいので、結合部位の半径方向の強度がより増し、高温回転時に発生する遠心力による半径方向の応力により耐える翼根元強度を実現できる。
【0030】
また、以上説明したようにセラミックスと強化用繊維とでできたディスク部とタービン翼部とで構成されるブリスクは、その構成により、以下の効果を有する。強化用繊維の半径糸が半径方向へ配向され、強化用繊維の円周糸が円周方向に配向され、繊維長さが異なる複数種類の前記結合部位半径糸が結合部位に集中的に配向されるので、半径糸の単位体積当たりの密度が半径方向に緩やかに変化し、結合部位での強度の半径方向の変化がスムースであり、さらに結合部位で半径糸と円周糸とを密に織り込むことができるので、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。また、本発明では、結合部位に集中的に配向された半径糸である結合部位半径糸の繊維長さがブリスクの厚さ方向の中心部と表面部とで異なるので、半径糸の単位体積当たりの密度が半径方向に緩やかに変化し、結合部位での強度の半径方向の変化がよりスムースであり、さらに結合部位で半径糸と円周糸とを密に織り込むことができるので、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。また、本発明では、ブリスクの厚さ方向の中心部での結合部位半径糸の繊維長さが表面部での結合部位半径糸の繊維長さより長いので、結合部位での強度の半径方向の変化がよりスムースであり、さらに結合部位で半径糸と円周糸とを密に織り込むことができるので、高温回転時に発生する応力に耐える翼根元強度を実現できる。従って、ブリスクの各箇所に作用する応力の向きと大きさに合わせて、各箇所が十分な強度をもったブリスクを提供できる。
【0031】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の正面図である。
【図2】本発明の実施形態の断面の概念図である。
【図3】本発明の実施形態の体積密度グラフである。
【符号の説明】
1 ブリスク
2 タービン翼部
3 ディスク部
4 中心部位
5 結合部位
6 円周部位
10 半径糸
11 全長半径糸
12 タービン翼半径糸
13 結合部位半径糸(短繊維)
14 結合部位半径糸(長繊維)
20 円周糸
30 直交糸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a blisk formed integrally with a high-speed rotating ceramic composite material such as a compressor or a turbine in the fields of aviation, space, ships, power generation, etc., and a turbine blade. It is.
[0002]
[Prior art]
In aircraft, compressors and turbines, disks are used to support the blades. Conventionally, this disc has been almost made of metal, but in recent years, a blisk made of a ceramic composite material has been developed to reduce weight and improve heat resistance.
A blisk made of a ceramic composite material has, for example, a structure in which a ceramic matrix is attached to a three-dimensional fabric made of radial yarns, circumferential yarns and orthogonal yarns which are reinforcing fibers. Radius yarns are reinforcing fibers oriented in the radial direction of blisks. Circumferential yarns are reinforcing fibers oriented in the circumferential direction of the blisk. The orthogonal yarn is a reinforcing fiber oriented in the thickness direction of the blisk. Radial yarn, circumferential yarn and orthogonal yarn form a three-dimensional fabric.
A manufacturing method for blisks made of a ceramic composite material is to make a three-dimensional woven fabric by using radial yarns, circumferential yarns and orthogonal yarns which are reinforcing fibers, and vapor-phase impregnation method (CVI) or polymer impregnation firing method for this three-dimensional fabric. The ceramic composite material made by impregnating the matrix raw material is made by machining, and the ceramic composite material is machined to make an integrated disk and turbine blade.
[0003]
In a member that rotates at a high speed such as a blisk, the stress in the circumferential direction is large near the center of the blisk, and the radial stress is increased by a centrifugal force at a location away from the center of the blisk in the circumferential direction. In order to cope with such stress, there is a proposal to reinforce the portion where high stress is generated by changing the orientation ratio of the reinforcing fibers according to the distance from the center of the blisk.
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-125902, “From a ceramic composite material characterized in that the reinforcing fibers are three-dimensionally oriented and the orientation ratio of the reinforcing fibers is varied according to the distance from the center of the disk. "Is a blisk". As a preferred example thereof, it is disclosed that as the distance from the center of the disk increases, the orientation ratio of the reinforcing fibers in the radial direction increases and the orientation ratio of the reinforcing fibers in the circumferential direction decreases. ing.
[0004]
The blisk is integrally formed of a disk portion and a turbine blade portion. A circumferential stress derived from the rotational torque and a radial stress derived from the centrifugal force and bending force of the turbine blade are acting in a complicated manner at the coupling portion between the disk portion and the turbine blade.
Further, during the rated operation of the turbine, the turbine blades are exposed to high temperatures, and the strength of the material is reduced. Therefore, there has been a demand for further strengthening the coupling portion between the disk portion and the turbine blades.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the blisk made of the above-mentioned ceramic composite material, the blisk disk portion was effective in strengthening, but was insufficient for strengthening the bonding site with the turbine blade. In particular, a large force due to centrifugal force acts on the roots of the turbine blades rotating in a high temperature atmosphere.
When manufacturing ceramic composite discs for blisks, the reinforcing fibers are oriented in the direction of the cylindrical coordinate system, but the radial yarn spreads radially, so the orientation ratio of the reinforcing fibers depends on the distance from the center of the disk. When it is increased gently, there is a problem that the fiber volume ratio at the outer peripheral portion does not increase.
[0006]
The present invention has been devised in view of the above-described problems, and instead of blisks made of a conventional ceramic composite material, each part is adapted to the direction and magnitude of the stress acting on each part of the blisk. We try to provide blisks made of ceramic composites with sufficient strength.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a blisk composed of a disk portion and a turbine blade portion made of ceramics and reinforcing fibers according to a reference example is a unit of reinforcing fibers at a joint portion between the disk portion and the turbine portion. The proportion of the reinforcing fiber per unit volume was larger than the average value of the proportion of the reinforcing fiber per unit volume in the entire blisk.
[0008]
With the above configuration , the ratio of the reinforcing fiber per unit volume at the joint part between the disk part and the turbine part is large, so the strength at the joint part is increased, and the blade root strength that can withstand the stress generated during high-temperature rotation is achieved. it can.
[0009]
Further, the blisk according to the reference example includes a radial yarn in which the reinforcing fibers are oriented in the radial direction and a circumferential yarn oriented in the circumferential direction, and the radius at the coupling portion between the disk portion and the turbine portion. The proportion of the yarn and the circumferential yarn per unit volume was larger than the average value of the proportion of the radial yarn and the circumferential yarn per unit volume in the entire blisk. With the above configuration, the radial yarn of the reinforcing fiber is oriented in the radial direction, the circumferential yarn of the reinforcing fiber is oriented in the circumferential direction, and the radial yarn and the circumferential yarn of the coupling portion between the disk portion and the turbine portion are aligned. Since the ratio per unit volume is large, the strength in the radial direction and the circumferential direction of the binding site is particularly improved, and the blade root strength that can withstand the stress generated during high-temperature rotation can be realized.
[0010]
Further, the blisk according to the reference example is such that the proportion of the radius yarn per unit volume in the binding site is larger than the average value of the proportion of the radius yarn per unit volume in the entire blisk, and the binding site The ratio of the circumferential yarn per unit volume is smaller than the average value of the ratio of the circumferential yarn per unit volume in the entire blisk. As a whole, the ratio of the reinforcing fibers per unit volume is large as a whole, and furthermore, the ratio of the radial yarn per unit volume is large and the ratio of the circumferential yarn per unit volume is small at the bonding site. Therefore, the strength in the radial direction of the binding site is further increased, and the blade root strength that can withstand the radial stress due to the centrifugal force generated during high-temperature rotation can be realized.
[0011]
In order to achieve the above object, a blisk composed of a disk portion and a turbine blade portion made of ceramics and reinforcing fibers according to the present invention has a radial yarn and a circle in which reinforcing fibers are oriented in the radial direction. A circumferential yarn oriented in the circumferential direction, and the radial yarn has a coupling site radial yarn intensively oriented at the coupling site between the disk portion and the turbine portion, and a plurality of types having different fiber lengths. The binding site radius yarn is oriented, and the fiber length of the binding site radius yarn at the central portion in the thickness direction of the blisk is different from the fiber length of the binding site radius yarn at the surface portion .
[0012]
According to the configuration of the present invention, the radial yarn of the reinforcing fiber is oriented in the radial direction, the circumferential yarn of the reinforcing fiber is oriented in the circumferential direction, and a plurality of types of the binding site radius yarns having different fiber lengths are bonded. Since the density per unit volume of the radial yarn changes gradually in the radial direction, the radial change in strength at the binding site is smooth, and the radial yarn and the circle at the binding site are smooth. Since the peripheral yarn can be closely woven, the blade root strength that can withstand the stress generated during high-temperature rotation can be realized.
[0013]
Further, the configuration of the upper Symbol present invention, oriented radial yarns of reinforcing fibers in the radial direction, the circumferential yarns of reinforcing fibers are oriented in the circumferential direction, with a radius yarn oriented centrally to the binding site Since the fiber length of a certain binding site radius yarn is different between the center portion and the surface portion in the thickness direction of the blisk, the density per unit volume of the radial yarn changes gradually in the radial direction, and the strength radius at the binding site The change in direction is smoother, and the radial yarn and the circumferential yarn can be closely woven at the joint portion, so that the blade root strength that can withstand the stress generated during high-temperature rotation can be realized.
[0014]
Further, in the blisk according to the present invention, the fiber length of the binding site radius yarn at the center in the thickness direction of the blisk is longer than the fiber length of the binding site radius yarn at the surface portion.
According to the configuration of the present invention described above, the radial yarn of the reinforcing fiber is oriented in the radial direction, the circumferential yarn of the reinforcing fiber is oriented in the circumferential direction, and the binding site radius yarn of the central portion in the thickness direction of the blisk Since the fiber length is longer than the fiber length of the binding site radial yarn at the surface, the density per unit volume of the radial yarn changes gradually in the radial direction, and the radial change in strength at the binding site is smoother. In addition, since the radial yarn and the circumferential yarn can be closely woven at the joint portion, the blade root strength that can withstand the stress generated during high-temperature rotation can be realized.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0016]
FIG. 1 is a front view of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram of a cross section of the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a volume density graph of the embodiment of the present invention.
[0017]
A blisk made of a ceramic composite material (hereinafter simply referred to as “blisk”) includes a
[0018]
Blisk 1 is made of ceramics and reinforcing fibers. The reinforcing fiber has a
[0019]
The
The full
[0020]
The bonding
[0021]
The turbine
[0022]
The volume density of the radius yarn will be described. FIG. 3A shows a change in the radial direction of the volume density of the radial yarn.
The radial yarn volume density at the central portion 4 is the smallest, the radial yarn volume at the
The radius yarn volume density at the
[0023]
The
[0024]
The volume density of the
The circumferential yarn volume density at the central portion 4 is the largest, the circumferential yarn volume at the
The total volume density of the radius yarn and the circumferential yarn is larger than the average of the total volume density of the radius yarn and the circumferential yarn of the entire blisk.
[0025]
The
The volume density of the
The total volume density of the radial yarn, the circumferential yarn and the orthogonal yarn is larger than the average of the total volume density of the radial yarn, the circumferential yarn and the orthogonal yarn of the entire blisk.
[0026]
Next, the action of the blisk of the embodiment will be described. Centrifugal force and aerodynamically generated torque act on blisks built into the turbine.
A tensile force for pulling out the turbine blade mainly by centrifugal force acts on the
The
Torque generated mainly by the aerodynamic force of the wing acts on the central portion. The
[0027]
If the blisk of the above-described embodiment is used, the fiber density at the binding site is high, so that the strength of the binding site is high.
In addition, since the ratio of the radial yarn at the bonding site is larger than the ratio of the circumferential yarn, the tensile strength in the radial direction at the bonding site is improved, and the creep strength is also improved at the bonding site.
Also, since the fiber length of the radial yarns intensively oriented at the binding site is different between the central part and the surface part of the thickness, the radial yarn and the circumferential yarn are closely knitted to strengthen the binding site. The density of the fiber can be improved and the strength of the binding site can be improved.
In addition, since the fiber length of the radial yarn intensively oriented at the binding site is different between the central portion and the surface portion of the thickness, the radial density of the radial yarn and the circumferential yarn volume density in the radial direction are different. The change becomes smooth and the strength of the binding site can be improved.
[0028]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0029]
【The invention's effect】
Blisk composed of the can disc unit and the turbine blade unit in the ceramics and the reinforcing fibers as described above, by the configuration has the following effects. Since the ratio of the reinforcing fibers per unit volume at the joint portion between the disk portion and the turbine portion is large, the strength at the joint portion is increased, and the blade root strength that can withstand the stress generated during high-temperature rotation can be realized. In addition, since the ratio of the radial yarn and the circumferential yarn per unit volume is large at the joint portion between the disk portion and the turbine portion, the strength in the radial direction and the circumferential direction of the joint portion is particularly increased, which occurs during high-temperature rotation. The blade root strength that can withstand stress can be realized. Further, as a whole, the proportion of the reinforcing fibers per unit volume is large, and furthermore, at the binding site, the proportion of the radial yarn per unit volume is large, and the proportion of the circumferential yarn per unit volume is small. The strength in the radial direction of the binding site is further increased, and the blade root strength that can be resisted by the radial stress caused by the centrifugal force generated during high-temperature rotation can be realized.
[0030]
Also, more than blisk composed of the can disc unit and the turbine blade unit in the described manner the ceramics and reinforcing fibers, by its structure, has the following advantages. The radial yarn of the reinforcing fiber is oriented in the radial direction, the circumferential yarn of the reinforcing fiber is oriented in the circumferential direction, and a plurality of types of the binding site radius yarns having different fiber lengths are concentrated in the binding site. Therefore, the density per unit volume of the radial yarn changes gradually in the radial direction, the change in the radial direction of the strength at the bonding site is smooth, and the radial yarn and the circumferential yarn are closely woven at the bonding site. Therefore, the blade root strength that can withstand the stress generated during high-temperature rotation can be realized. Further, in the present invention, since the fiber length of the binding site radius yarn, which is a radial yarn intensively oriented at the binding site, is different between the central portion and the surface portion in the thickness direction of the blisk, The density of the yarn changes gradually in the radial direction, the radial change in strength at the bonding site is smoother, and the radial yarn and the circumferential yarn can be closely woven at the bonding site, so at high temperature rotation The blade root strength that can withstand the generated stress can be realized. Further, in the present invention, since the fiber length of the binding site radius yarn at the center portion in the thickness direction of the blisk is longer than the fiber length of the binding site radius yarn at the surface portion, the radial change in strength at the binding site Is smoother, and the radial yarn and the circumferential yarn can be closely woven at the joint portion, so that the blade root strength that can withstand the stress generated during high-temperature rotation can be realized. Therefore, it is possible to provide a blisk having a sufficient strength at each part in accordance with the direction and magnitude of the stress acting on each part of the blisk.
[0031]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a cross section of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a volume density graph of an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
14 Binding site radius yarn (long fiber)
20
Claims (2)
ブリスクの厚さ方向の中心部での前記結合部位半径糸の繊維長さと表面部での前記結合部位半径糸の繊維長さとが異なることを特徴とするブリスク。A blisk composed of a disk portion made of ceramics and reinforcing fibers and a turbine blade portion, and a radial yarn in which reinforcing fibers are oriented in a radial direction and a circumferential yarn in which the reinforcing fibers are oriented in a circumferential direction. Having a coupling site radius yarn in which the radius yarn is intensively oriented at the coupling site between the disk portion and the turbine portion, and a plurality of types of the coupling site radius yarns having different fiber lengths are oriented ,
The blisk characterized in that the fiber length of the binding site radius yarn at the center in the thickness direction of the blisk is different from the fiber length of the binding site radius yarn at the surface portion .
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