JPH02169803A - セラミックタービン翼嵌合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発電、輸送等に用いられるガスタービンにお
ける金属製ディスクに対するセラミックタービン翼の嵌
合方法を改良したセラミックタービン翼嵌合方法に関す
る。

［従来の技術］ 一般に、ガスタービンでは、その動翼として耐熱性の高
いセラミックスが用いられる傾向がある。

この場合の金属製ディスクに対するタービン翼の嵌合方
法として、従来では第３図に示すようにタービンｇａの
根部すを一つ山のタフテール形状に形成すると共に、金
属製ディスクＣの外周部にその根部すと対応する嵌合溝
ｄを形成し、この嵌合溝ｄにタービン翼ａの根部すを嵌
合する方法が採用されていた。

しかしながら、この嵌合方法では、高速回転時の遠心力
に耐え得るようタービン翼ａの根部す及びディスクＣの
嵌合溝ｄの巾Ｗを大きくする必要があり、その寸法制限
からタービンｇａの枚数を多くとることができず、ター
ビン効率に限界があった。

なお、金属製ディスクに対する金属製タービン翼の嵌合
方法としては、第４図に示すようにタービン翼ａに拡大
した二個の根部すを直列に形成することにより、根部す
及び嵌合溝ｄの巾を大きくすることなく高速回転時の遠
心力に十分耐え得るようにしたものが知られている。

従って、金属製タービン翼のようにセラミックタービン
翼の根部を構成することも考えられる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、セラミックタービン翼を金属製タービン
翼のように構成したとしても、セラミックスと金属の熱
膨張率が異なり、セラミックスが塑性変形を起こしにく
いことから、セラミックタービン翼の根部と嵌合溝とを
全ての部分で均一に接触させることが難しく、片方の根
部のみに過大な負荷がかかるようになり、従って十分に
高いタービン回転数は望めない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、タービン
翼枚数の増加及びタービン回転数の上昇を共に可能とし
て、タービン効率の飛躍的な向上が図れるセラミックタ
ービン翼嵌合方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、セラミックタービ
ン翼の基部に少なくとも二個の拡大した根部を直列に形
成し、該根部の表面にセラミックスと金属の混合組成層
をその組成を変化させて多層に形成すると共に該混合組
成層の最外側に金属の被覆層を形成し、金属製ディスク
の外周部に上記根部と対応する嵌合溝を形成して該嵌合
溝に根部を嵌合するようにしたものである。

［作用］ セラミックタービン翼に金属製タービン翼のように少な
くとも二個以上の拡大した根部を直列に形成したので、
根部及び嵌合溝の巾を小さくすることが可能となり、タ
ービン翼枚数を増加することができ、タービン効率の向
上が図れる。

この場合、高速回転時には混合組成層の存在によりセラ
ミックタービン翼の根部と金属製ディスクの嵌合溝との
間の熱膨張率及び弾性率の差が吸収されると共に、混合
組成層最外側の金属被覆層の塑性変形等によりこの金属
被覆層と嵌合溝とが均一に接触するため、負荷条件が変
動したとしても根部と嵌合溝との間の均一な接触状態が
保たれ易い。このため、タービン回転数を高くとること
が可能となり、タービン効率が飛躍的に向上する。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する
。

第１図において、１はガスタービンの金属製ディスクで
、このディスク１の外周部にはセラミックス製のタービ
ンｇ２が次のような嵌合方法により取付けられる。

上記タービン翼２の基部にはいわゆるクリスマスツリー
形状に二個の拡大した根部３が直列に形成され、これら
根部３の表面には第２図に示すようにセラミックスと金
属の混合組成Ｍ４がその組成を変化させて多層に形成さ
れると共にその混合組成層４の最外側には金属の被覆Ｎ
Ｊ５が形成される。なお、上記根部３は三個以上であっ
てもよい。

そして、ディスク１の外周部には上記タービン翼２の根
部３の外面形状と対応する内面形状の嵌合溝６が形成さ
れ、その嵌合溝６には溝に沿って（第１図紙面垂直方向
から）根部３が嵌合される。

上記混合組成層４はタービン翼の根部３が少なくとも嵌
合溝６と接触する部分に施されるが、根部３の全面に施
してもよい。また、上記混合組成層４は、セラミックス
と金属との混合割合を順次金属が多くなるようにして段
階的に三層４ａ。

４ｂ、４ｃ形成されているが、連続的であってもよく、
また四層以上であってもよい。上記混合組成層４及び被
覆層５は、例えばそれぞれの組成の粉体を順次プラズマ
スプレーコーティングすることにより形成されるが、そ
れぞれの組成の粉本を順次塗布又は貼付した後、ＣＩＰ
（冷間等方圧プレス）又はＨＩＰ＜熱間等方圧プレス）
を施して形成するようにしてもよい。

かかる構成のよれば、セラミックタービン翼２に金属製
タービン翼のように少なくとも二個以上の拡大した根部
３を直列に形成したので、遠心力に十分耐え得る構造と
なって根部３及び嵌合溝６の巾を小さくすることが可能
となり、タービン翼枚数を増加することができ、タービ
ン効率の向上が図れる。

この場合、高速回転時には混合組成層４の存在によりセ
ラミックタービン翼２の根部３と金ＨＩＴＩＩＪディス
ク１の嵌合溝６との間の熱膨脹率及び弾性率の差が吸収
されると共に、混合組成層４最外側の金属被覆層５の塑
性変形等によりこの金属被覆層５と嵌合溝６とが、均一
に接触するため、負荷条件が変動したとしても根部３と
嵌合溝６との間の均一な接触状態が保たれ易くなる。従
って、タービン回転数を高くとることが可能となり、タ
ービン効率が飛躍的に向上することになる。

なお、実験例によれば以下のような結果が得られた。

３００Ｋｗ級ガスタービンの細流タービン動翼２を窒化
ケイ素系セラミックスで製作し、タービン翼２の基部に
二個の拡大した根部３を直列に形成した。そして、これ
ら根部３の表面にニッケル粉と窒化ケイ素粉を体積比で
１５：８５．３０ニア０．４５：５５．５５　：　４５
．７０：３０．８５：１５とした混合組成層４を順次塗
布し、その最外層にニッケル・クロム合金粉の被覆層５
を塗布した後、ＣＩＰ及びＨＩ　Ｐを行った。そして、
この被覆層５のディスク側嵌合溝６との接触面を研磨し
た後、この形状と対応させてニッケル合金製ディスク１
の外周部に形成した嵌合Ｗ４６に上記根部３を嵌合させ
た。この実験によるタービンと従来のタービンを比較し
た場合、タービン翼枚数を２８枚から３２枚に増加させ
ることができ、かつ高温にてタービン周速６５０　ｍ　
／　ｓを得ることができた。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、セラミックタービン翼の
基部に少なくとも二個の拡大した根部を直列に形成する
と共にこれらの根部の表面にセラミックスと金属の混合
組成層をその組成を変化させて多層に形成し、かつその
混合組成層の最外側に金属の被覆層を形成することによ
り、タービン翼枚数の増加及びタービン回転数の上昇と
が共に可能となり、タービン効率が飛躍的に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により構成したタービン翼嵌合部の
断面図、第２図は第１図のＡ部拡大断面図、第３図及び
第４図は異なる従来のタービン翼嵌合部をそれぞれ示す
断面図である。 図中、１はディスク、２はタービン翼、３は根部、４は
混合組成層、５は被？！層、６は嵌合溝である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、セラミックタービン翼の基部に少なくとも二個の拡
   大した根部を直列に形成し、該根部の表面にセラミック
   スと金属の混合組成層をその組成を変化させて多層に形
   成すると共に該混合組成層の最外側に金属の被覆層を形
   成し、金属製ディスクの外周部に上記根部と対応する嵌
   合溝を形成して該嵌合溝に根部を嵌合するようにしたこ
   とを特徴とするセラミックタービン翼嵌合方法。