JPH02238129A - 高温ガスタービン - Google Patents
高温ガスタービンInfo
- Publication number
- JPH02238129A JPH02238129A JP5773989A JP5773989A JPH02238129A JP H02238129 A JPH02238129 A JP H02238129A JP 5773989 A JP5773989 A JP 5773989A JP 5773989 A JP5773989 A JP 5773989A JP H02238129 A JPH02238129 A JP H02238129A
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- stage
- blades
- blade
- gas turbine
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- 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.)
- Pending
Links
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Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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。
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〕
本発明は高温ガスタービンにおいて、その主要な構成要
素である燃焼器，静翼，動翼の各段の主要な構成材料に
関する。
素である燃焼器，静翼，動翼の各段の主要な構成材料に
関する。
従来のセラミックス利用の構造は、特開昭６１−３８１
３１号公報に記載のように、燃焼室を高温燃焼器を有す
る高温燃焼室と、低温燃焼器を有する低温燃焼室とに分
け，タービン段落を高温段落と低温段落とに分け、高温
段落を高温燃焼室の後流側に設置すると共に、高温段落
の翼をセラミック製とし、セラミックスの耐熱性を活が
しつつ、その低靭性が問題となる起動時、あるいは停止
時の熱衝撃負荷を低減する工夫をした構造が提案されて
いる． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は初段の静翼にセラミックスを利用する場
合に、次の２点に関する配慮がされていない．すなわち
、第１点は初段静翼にセラミックスを利用するに当って
も、特開昭５９−２１１３８９号公報及び特開昭６１−
８９９０３号公報などに記載のように、ラセミツク部
品の分割により熱応力の低減が可能であり、セラミック
スの脆いという欠点も十分構造的に補うことができるこ
と．さらに第２点はガスタービンの負荷遮所時等におけ
る燃焼空気を制御することにより、燃焼ガスの過渡時の
温度急変を回避する方法が可能であることである．した
がって，高温ガスタービンにセラミックスを適用するに
当り、静翼のセラミック化には大きな課題は基本的には
ない．これに対し，同じセラミック化でも動翼に関して
は上記の如き熱応力の低減が、動翼が回転場で利用され
ることを考え合わせると、基本的に困難である． また、上記従来技術では２つの燃焼室を設けることにな
るので、ガスタービン全体の構造が複雑になり，高湿の
ガスバス（Ｇａｓ Ｐａｔｈ）をセラミック化すること
の利点が大きく相殺されるという問題があった． 本発明の目的はガスタービンの構造を特に複雑にするこ
となく、」二記のセラミック・ガスタービンに対する構
造上、及びガスタービン運転方法の制御上の技術を考慮
して、高温ガスタービンにセラミックスを適用するに際
しての適正な翼材料及びその冷却法の適用な構成を与え
ることにある。
３１号公報に記載のように、燃焼室を高温燃焼器を有す
る高温燃焼室と、低温燃焼器を有する低温燃焼室とに分
け，タービン段落を高温段落と低温段落とに分け、高温
段落を高温燃焼室の後流側に設置すると共に、高温段落
の翼をセラミック製とし、セラミックスの耐熱性を活が
しつつ、その低靭性が問題となる起動時、あるいは停止
時の熱衝撃負荷を低減する工夫をした構造が提案されて
いる． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は初段の静翼にセラミックスを利用する場
合に、次の２点に関する配慮がされていない．すなわち
、第１点は初段静翼にセラミックスを利用するに当って
も、特開昭５９−２１１３８９号公報及び特開昭６１−
８９９０３号公報などに記載のように、ラセミツク部
品の分割により熱応力の低減が可能であり、セラミック
スの脆いという欠点も十分構造的に補うことができるこ
と．さらに第２点はガスタービンの負荷遮所時等におけ
る燃焼空気を制御することにより、燃焼ガスの過渡時の
温度急変を回避する方法が可能であることである．した
がって，高温ガスタービンにセラミックスを適用するに
当り、静翼のセラミック化には大きな課題は基本的には
ない．これに対し，同じセラミック化でも動翼に関して
は上記の如き熱応力の低減が、動翼が回転場で利用され
ることを考え合わせると、基本的に困難である． また、上記従来技術では２つの燃焼室を設けることにな
るので、ガスタービン全体の構造が複雑になり，高湿の
ガスバス（Ｇａｓ Ｐａｔｈ）をセラミック化すること
の利点が大きく相殺されるという問題があった． 本発明の目的はガスタービンの構造を特に複雑にするこ
となく、」二記のセラミック・ガスタービンに対する構
造上、及びガスタービン運転方法の制御上の技術を考慮
して、高温ガスタービンにセラミックスを適用するに際
しての適正な翼材料及びその冷却法の適用な構成を与え
ることにある。
上記目的を達成するために，セラミックスの特性に鑑み
、ガスタービンの高温Ｇａｓ Ｐａｔｈを横成する材料
、及び冷却法の組み合わせを適正化し，これによってガ
スタービン全体の高効率を図ったものである． 〔作用〕 高温ガスタービンの高温Ｇａｓ Ｐａｔｈ部をセラミッ
ク化するに当たっては２つの大きな課題がある。
、ガスタービンの高温Ｇａｓ Ｐａｔｈを横成する材料
、及び冷却法の組み合わせを適正化し，これによってガ
スタービン全体の高効率を図ったものである． 〔作用〕 高温ガスタービンの高温Ｇａｓ Ｐａｔｈ部をセラミッ
ク化するに当たっては２つの大きな課題がある。
第１には熱応力破壊の防止で，これは摺造の分割等によ
り低減が可能で、静翼などではこの対策が有効である．
しかし、一般に動翼ではこの分割が不可能と考えられる
．第２には回転振動や、シュラウドとの接触により発生
する課題である．これはセラミックスの脆さに起因して
発生するもので、特に動翼においては致命的な基本的に
避けられない＊題である。このため、動翼には金属材料
を使用することが、強度信頼性の面から極めて有効であ
る．したがって、静翼にはセラミックス、動翼には金属
材料を使用することがガスタービン構成上の基本である
． この前提、すなわち初段静９１あるいは動翼などを順次
セラミックスにした場合の各部品囲りの燃焼ガス温度を
試算した例を＄２図に示す．図より明らかなように、初
段静翼をセラミックスで構成すると，この例の場合、燃
焼器の平均出口ガス温度を１３００℃としているが、初
段動翼では初段静翼を冷却金属翼とした場合、セラミッ
クス静翼の採用により約４５℃の温度上昇が算出される
．これは，セラミックス静翼の場合冷却空気竜がほとん
ど必要ないので，燃焼ガス流中に放出される空気竜がほ
とんどないためである．この温度だけ燃焼ガス温度が上
昇すると空冷＃Ｊ翼は極めて厳しい温度に曝されること
になると共に，さらに燃焼ガス温度の高温化に対処でき
なくなる．この結果，仮に初段動翼に金属翼を利用する
のであれば、超耐熱合金としての一方向凝固材あるいは
単結晶材料を利用し空冷とするが，通常の（例えば、イ
ン口ネル材）耐熱合金の水冷が避けられない． 例えば通常の耐熱合金の空冷によるガスタービンと、部
分的にセラミックスを利用したガスタビンの効率特性を
第３図に示すが，金翼空冷の場合燃焼器出口のガス温度
が１３００℃で効率は最高なり、それ以上のガス温度（
燃焼器出口ガス温度＝タービン入口ガス温度（Ｔ．Ｉ．
Ｔ））では効率の向上は期待できないことを示している
．これに対し、単に初段静翼のみをセラミックスにした
場合でも大幅な効率向上が図られることが分かる。しか
し．この場合には第２図に示される如く、燃焼ガス温度
は初段静翼通過後に大きく低下せず、初段動翼の温度が
比較的高くなることが避けられない。本発明はこれに対
処するために初段ａ翼を水冷却することを提案している
． 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図に示す．各段の動，静
翼の構成材料とその冷却方式の組み合せを第４図に示す
。セラミックスは耐熱性に富む材料であるが，それぞれ
特徴があり、一般的にＳｉＣ系（耐熱性は＜１３００〜
１６００℃）がＳｉ３Ｎａ系（耐熱性は（１０００〜１
２５０℃）に比べ耐熱（耐酸化）性に優れているが、強
度上は劣る．ガスタービン各部の平均温度は第２図（但
し、ガスタービン入口平均ガス温度を１３００℃とした
場合）に示す如くであるが，実際の最高温度はこれら平
均値の約１０％高と考えられるので、第１表に示す如く
、各部品によってセラミックスの使い分けが必要となる
．この根拠は各種セラミックスの耐酸化性に係り、その
状況を第５図に示す． 第１図では、燃焼器１において燃焼したガスは初段静翼
２に入り流れを変え、初段動翼３に衝突し、当該翼の埋
め込まれたロータに回転連動を与える．この動作を第２
段静翼４，動翼５へと同様に繰返すことになる。第１表
は第１図に示された各窩温ガスパスの構成部品の構成材
料及び、その材料を許容温度以内に保持するため冷却方
式を指定したものである．本実施例によれば、ガスター
ビンの高効率化が現実的に達成される効果がある。
り低減が可能で、静翼などではこの対策が有効である．
しかし、一般に動翼ではこの分割が不可能と考えられる
．第２には回転振動や、シュラウドとの接触により発生
する課題である．これはセラミックスの脆さに起因して
発生するもので、特に動翼においては致命的な基本的に
避けられない＊題である。このため、動翼には金属材料
を使用することが、強度信頼性の面から極めて有効であ
る．したがって、静翼にはセラミックス、動翼には金属
材料を使用することがガスタービン構成上の基本である
． この前提、すなわち初段静９１あるいは動翼などを順次
セラミックスにした場合の各部品囲りの燃焼ガス温度を
試算した例を＄２図に示す．図より明らかなように、初
段静翼をセラミックスで構成すると，この例の場合、燃
焼器の平均出口ガス温度を１３００℃としているが、初
段動翼では初段静翼を冷却金属翼とした場合、セラミッ
クス静翼の採用により約４５℃の温度上昇が算出される
．これは，セラミックス静翼の場合冷却空気竜がほとん
ど必要ないので，燃焼ガス流中に放出される空気竜がほ
とんどないためである．この温度だけ燃焼ガス温度が上
昇すると空冷＃Ｊ翼は極めて厳しい温度に曝されること
になると共に，さらに燃焼ガス温度の高温化に対処でき
なくなる．この結果，仮に初段動翼に金属翼を利用する
のであれば、超耐熱合金としての一方向凝固材あるいは
単結晶材料を利用し空冷とするが，通常の（例えば、イ
ン口ネル材）耐熱合金の水冷が避けられない． 例えば通常の耐熱合金の空冷によるガスタービンと、部
分的にセラミックスを利用したガスタビンの効率特性を
第３図に示すが，金翼空冷の場合燃焼器出口のガス温度
が１３００℃で効率は最高なり、それ以上のガス温度（
燃焼器出口ガス温度＝タービン入口ガス温度（Ｔ．Ｉ．
Ｔ））では効率の向上は期待できないことを示している
．これに対し、単に初段静翼のみをセラミックスにした
場合でも大幅な効率向上が図られることが分かる。しか
し．この場合には第２図に示される如く、燃焼ガス温度
は初段静翼通過後に大きく低下せず、初段動翼の温度が
比較的高くなることが避けられない。本発明はこれに対
処するために初段ａ翼を水冷却することを提案している
． 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図に示す．各段の動，静
翼の構成材料とその冷却方式の組み合せを第４図に示す
。セラミックスは耐熱性に富む材料であるが，それぞれ
特徴があり、一般的にＳｉＣ系（耐熱性は＜１３００〜
１６００℃）がＳｉ３Ｎａ系（耐熱性は（１０００〜１
２５０℃）に比べ耐熱（耐酸化）性に優れているが、強
度上は劣る．ガスタービン各部の平均温度は第２図（但
し、ガスタービン入口平均ガス温度を１３００℃とした
場合）に示す如くであるが，実際の最高温度はこれら平
均値の約１０％高と考えられるので、第１表に示す如く
、各部品によってセラミックスの使い分けが必要となる
．この根拠は各種セラミックスの耐酸化性に係り、その
状況を第５図に示す． 第１図では、燃焼器１において燃焼したガスは初段静翼
２に入り流れを変え、初段動翼３に衝突し、当該翼の埋
め込まれたロータに回転連動を与える．この動作を第２
段静翼４，動翼５へと同様に繰返すことになる。第１表
は第１図に示された各窩温ガスパスの構成部品の構成材
料及び、その材料を許容温度以内に保持するため冷却方
式を指定したものである．本実施例によれば、ガスター
ビンの高効率化が現実的に達成される効果がある。
本発明によれば、セラミックスの耐熱性，金属材料の強
度信頼性を有効に活用できるので、ガスタービンの高効
率化と強度信頼性を同時に満たした ガスタービンの実現を図ることができる．
度信頼性を有効に活用できるので、ガスタービンの高効
率化と強度信頼性を同時に満たした ガスタービンの実現を図ることができる．
第１図は本発明の適用対象となるガスタービン要部構造
の断面図、第２図はタービン入口温度１３００℃までの
セラミックガスタービン各段のガス温度を試算して得た
特性図、第３図はガスタービン各段にセラミックスを利
用した場合のコ冫バインドサイクルとしての熱効率とタ
ービン入口温度の関係を示した特性図である． １・・・燃焼器，２・・・初段静翼，３・・・初段動翼
、４・・・第２段静翼． 璃 １ 区 ！ 杓股簾 ３投 ５−・−ネ２股吏翼 第 必 ■全翼セラミッ７ス ｔ−ｙミ、７７゛力玄タービ−老ト８也ガス５品刀し第 又
の断面図、第２図はタービン入口温度１３００℃までの
セラミックガスタービン各段のガス温度を試算して得た
特性図、第３図はガスタービン各段にセラミックスを利
用した場合のコ冫バインドサイクルとしての熱効率とタ
ービン入口温度の関係を示した特性図である． １・・・燃焼器，２・・・初段静翼，３・・・初段動翼
、４・・・第２段静翼． 璃 １ 区 ！ 杓股簾 ３投 ５−・−ネ２股吏翼 第 必 ■全翼セラミッ７ス ｔ−ｙミ、７７゛力玄タービ−老ト８也ガス５品刀し第 又
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、燃焼ガスを発生する燃焼器、その後流側に当該燃焼
ガスの流路を形成する静翼が初段、第２段、第３段、…
と設置され、各静翼の後流側にそれぞれ初段、第２段、
第３段、…と回転動翼が配置され、各静翼によつて流れ
を変えられた燃焼ガスが、各動翼に仕事をなし、当該動
翼の埋め込まれたロータの回転運動を得る高温ガスター
ビンにおいて、初段静翼をセラミック静翼、初段動翼を
水冷金属翼、第２段静翼をセラミックあるいは空冷金属
静翼、さらに後段の静翼、動翼を空冷金属翼としたこと
を特徴とする高温ガスタービン。 ２、特許請求の範囲第１項において、さらに高温燃焼器
をセラミック材料で構成したことを特徴とする高温ガス
タービン。 ３、特許請求の範囲第２項において、燃焼器にはＳｉ＿
３Ｎ＿４系、初段静翼にはＳｉＣ系、第２段静翼にはＳ
ｉ＿３Ｎ＿４（あるいはＳｉＣ）系を用いたことを特徴
とする高温ガスタービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5773989A JPH02238129A (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 高温ガスタービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5773989A JPH02238129A (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 高温ガスタービン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02238129A true JPH02238129A (ja) | 1990-09-20 |
Family
ID=13064284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5773989A Pending JPH02238129A (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 高温ガスタービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02238129A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05112847A (ja) * | 1991-03-20 | 1993-05-07 | Hitachi Ltd | 回転電機用ロータシヤフト及びその製造法とそれを用いた回転電機 |
| JP5601404B1 (ja) * | 2013-06-20 | 2014-10-08 | ダイキン工業株式会社 | スクロール圧縮機 |
-
1989
- 1989-03-13 JP JP5773989A patent/JPH02238129A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05112847A (ja) * | 1991-03-20 | 1993-05-07 | Hitachi Ltd | 回転電機用ロータシヤフト及びその製造法とそれを用いた回転電機 |
| JP5601404B1 (ja) * | 2013-06-20 | 2014-10-08 | ダイキン工業株式会社 | スクロール圧縮機 |
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