JPH02196103A - セラミックタービン部品 - 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Ｊ 本発明は、ガスタービンのタービン部品をセラミックス
で形成する構造を改良したセラミックタービン部品に関
する。

［従来の技術］ タービン翼等のタービン部品の強度と靭性を向上させる
ために、タービン部品をセラミック繊維で強化したセラ
ミックスにより形成する試みがなされている。

この場合、セラミック繊維として連続長繊絆或いは短繊
維が用いられているが、いずれの場合もこれらの繊維を
部品全体に単に混入させた構造でしかなかった。

［発明が解決しようとする課題Ｊ 特に、連続長繊維の場合には繊維を揃える関係上、複雑
な形状を有する部品の製作が困難で、タービン翼締結部
等の部位においては必要な方位に繊維を配向させて強度
を増強させることが困難である。また、短繊維の場合に
はランダムに分散させるだけであるから、複雑な形状の
製作が可能ではあるが、必要な方位の強度を高くするこ
とが困難であるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、複雑な形
状を有する部品の製作が容易で、必要な方位の強度を高
くすることができるセラミックタービン部品を提供する
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、セラミック繊維を
所定の方位に配向してなるセラミックスの膜を積層して
タービン翼等のタービン部品を形成したものである。

［作用］ セラミックスの膜としては、セラミック連続長繊維を一
方向に並べたもの或いは二次元的に織物状としたもの、
セラミック短繊維を一方向に配向させたもの或いはラン
ダムであるが二次元的に配向させたもの等が用いられる
。これらの構造の異なる膜を適宜組合わせて積層するこ
とによりタービン部品が形成される。

このように予めセラミック繊維の方向が揃えられたセラ
ミックスの膜を積層してタービン部品を形成するように
したので、タービン翼等の複雑な形状を有する部品の製
作が容易にでき、部品の部位に応じて必要な方位の強度
を任意に高くすることができる。

［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図はガスタービンのタービン動翼１を示し、その翼
部２は一方向に配向された炭化けい素ウィスカにより強
化された窒化けい素セラミックスの膜３を第２図に示す
ように積層して形成される。

この場合、各セラミックスの膜３は所定形状の翼部２を
形成すべく設計され、また各セラミックスのＷＡ３の向
きを適宜変えることにより二次元的な強化もなされる。

一方、翼部２の基部にはダブテール形状の締結部４が形
成されるが、この締結部４は第３図に示すように内部４
ａをランダム配向の炭化けい素ウィスカを混合してなる
窒化けい素セラミックスとし、その外表面４ｂには翼部
２から連続して上記セラミックスの膜３が翼厚のほぼ半
分の厚さに積層されている。

なお、上記動翼１は例えば液状セラミック前駆体を含浸
させて一体的に焼成される。

このように予め所定の方位にセラミック繊維が配向され
て強化されたセラミックスのＷＡ３を積層してタービン
動翼１を形成したので、強度と靭性が向上し、また強度
設計も容易となる。特に、締結部４に関しては、外層４
ｂを翼部２とつながった繊維強化セラミックス膜３の層
とし、内部４ａを等方向なセラミックスとすることによ
り、本来形状的には繊維強化セラミックスが適用しにく
い締結部の設計、製作が可能となった。また、全体をラ
ンダム配向の炭化けい素ウィスカで強化した窒化けい素
セラミックスとした同一形状の動翼と本実施例の動翼と
を比較した結果、耐遠心応力強度、耐熱衝撃性及び飛翔
粒子に対する耐衝撃性のいずれにおいても本実施例の方
が優れた特性が得られた。

第４図はタービン静翼５を示し、その翼部２は内層、中
間層、外層からなり、内層は二次元ランダム配向炭化け
い素ウィスカにより強化されたセラミックスの膜３ａを
積層し、中間層は二次元織り炭化けい索長繊維により強
化されたセラミックスの膜３ｂを積層し、外層は一方向
配向炭化けい素ウィスカにより強化されたセラミックス
の膜３ｃを積層して構成されている。上記翼部２の両端
部には締結部４が形成され、これらの締結部４は内部４
ａを無強化の通常の炭化けい素セラミックスとし、外表
面４ｂには翼部２を構成するセラミックスの膜層の一部
が連続して積層されている。

このように構成されたタービン静翼５は炭化けい素セラ
ミックス製のシュラウド６に締結部４を嵌合させて組立
てられる。

第５図はタービン動翼１を示し、この動翼１の翼部は一
方向に配向された炭化けい素ウィスカにより強化された
窒化けい素セラミックスの膜３ｘを同図のように形成し
てこれらを積層することにより形成されている。この場
合、第１　ＷＡ　２　ａ　、第３膜２ｃ、第５膜２ｅ及
び第７ｒｇ４２　ｇは長手方向に配向された第２膜２ｂ
、第４膜２ｄ及び第６ＷＡ２ｆの繊維の方位に対してα
＝３０°だけ繊維の方位が配向されている。

第６図はタービン静翼５を示し、この静翼５の翼部は第
１膜２ａ〜第７１！！４２　ｇを積層して形成され、第
１膜２ａ〜第３膜２ｃ及び第５膜２ｅ〜第７膜２ｇが一
方向に配向された炭化けい素ウィスカに強化された炭化
けい素セラミックスの膜３ｘからなり、第４膜２ｄが面
状に二次元ランダム配向された炭化けい素ウィスカによ
り強化された炭化けい素セラミックスの膜３ｙからなっ
ている。

また、第２膜２ｂ及び第６ＷＡ２　ｆは長手方向に配向
された第１膜２ａ、第３ｇ２ｃ、第５　Ｍ　２　ｅ及び
第７膜２ｇの繊維の方位に対してβ−４５°だけ繊維の
方位が配向されている。

第７図はガスタービンに用いられている燃焼器の内筒７
を示し、この内筒７は二次元ランダム配向された炭化け
い素ウィスカにより強化された炭化けい素セラミックス
の膜３ｙを積層して円筒状に形成されている。この内筒
７は炭化けい素セラミックス製のものよりも、熱応力、
熱衝撃及び特に燃焼炎による局所的ホットスポット て耐久性が高いという結果が得られた。

第８図は熱交換器の伝熱管８を示し、この伝熱管８は一
方向に配向された炭化けい索長繊維により強化されたム
ライトセラミックスのＭ３ｘ及び二次元的に布状とされ
た長ｓｕｉにより強化された炭化けい素セラミックスの
［３ｚを円筒状に積層して形成されている．この伝熱管
８は従来のムライトセラミックス製のものよりも、耐応
力特性において優れているという結果が得られた。

第９図はガス通路部品９を示し、この部品９は一方向に
配向された炭化けい素ウィスカにより強化されたジルコ
ニアセラミックスの膜３ｘ及び二次元ランダム配向され
た炭化けい素ウィスカにより強化されたジルコニアセラ
ミックスの膜３ｙを積層して形成されている。この部品
９は従来のジルコニアセラミックス製のものよりも、熱
応力及び熱疲労に対して耐久性が高いという結果が得ら
れた。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば、予め所定の方位にセラミ
ック繊維を配向してなるセラミックスの膜を積層してタ
ービン部品を形成するようにしたので、タービン翼等の
複雑な形状を有する部品の製作が容易にでき、部品の部
位に応じて必要な方位の強度を任意に高くすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したタービン動翼の断面図、第２
図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ
線断面図、第４図は他の実施例であるタービン静翼の断
面図、第５図はタービン動翼部分の分解斜視図、第６図
はタービン静翼部分の分解斜視図、第７図は燃焼器内筒
の斜視図、第８図は熱交換器の伝熱管の斜視図、第９図
はガス通路部品の分解斜視図である。 図中、３はセラミックスの膜である。 特許出願人　　石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士
　　絹　　　谷　　　信　　　雄第ｊ図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、セラミック繊維を所定の方位に配向してなるセラミ
   ックスの膜を積層してタービン翼等のタービン部品を形
   成したことを特徴とするセラミックタービン部品。