JPH03213601A

JPH03213601A - 組立型タービン動翼

Info

Publication number: JPH03213601A
Application number: JP822090A
Authority: JP
Inventors: Takanari Okamura; 岡村　隆成; Yukio Shibuya; 幸生渋谷; Yasuhisa Tanaka; 田中　泰久
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1991-09-19

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、金属製翼を一部セラミックス製に置き換え
る組立型タービン動翼に関する。

（従来の技術）発電プラントに利用するガスタービンは、般に、第４図
に示すように、構成されており、ガスタービン１と同軸
に設けられた圧縮機２の駆動によって圧縮された、圧縮
空気を燃焼器３に供給し、燃焼器３のライナ部分３ａで
燃料を燃焼させ、その燃焼による高温の燃焼ガスをトラ
ンジションピース４及びガスタービン１の静翼５を経て
動翼６に案内し、この動翼６を回転駆動させてガスタビ
ン１の仕事をさせるように構成されている。

の事実であり、実際そのために、タービン入口温度の上
昇か図られている。入口温度の上昇に伴い、ガスタービ
ン１の燃焼器３や静翼５、動翼６にも高温で耐え得る材
料を使用する必要性が高まり従来の耐熱性超合金材料か
ら最近では、耐熱性超合金より耐熱性に優れたセラミッ
ク材料がガスタービン部品として用いられようとしてい
る。

しかし、セラミック材料の欠点として、金属材料に比べ
、強度のバラツキが大きい、脆性が高い、引張応力に弱
いなどがあげられる。この欠点のた翼には遠心力作用に
よる高い引張応力が植込部の応力集中部に発生するため
、脆性破壊のおそれがある。

この関係から、ガスタービン動翼にセラミックを適用す
る場合、比較的温度の低い植込部を耐熱性金属材料で形
成し、高温の燃焼ガスに晒される部分をセラミック製外
被で覆い、このセラミック製外被を芯金として金属製翼
軸部で保持するセラミックー金属複合羽根構造のラセミ
ツク動翼が、例えば、特願昭６３−２９４１６３号、特
願昭６３−２９４１６４号として提案されている。

第５図は、上記構造を適用したタービン動翼の縦断面図
で、機械的強度部材としての金属製翼軸部２１とセラミ
ック製外被２０とから構成されている。

この金属製翼軸部２１は、図示しないロータに植込まれ
る植込部２１ａと、燃焼ガスがロータ側に侵入するのを
防止するプラットホーム２１ｂと、セラミック製外被２
０を外側面に社製したコア部２１ｃとから構成され、コ
ア部２１ｃの翼先端側には頂部カバ２１ｄが接合線Ａで
接合されている。

頂部カバー２１ｄは、コア部２１ｃと同様に金属で作製
され、コア部２Ｌｃの冷却孔２２から送られてくる流体
を通口２１ｃて受けて、分岐口２３から周囲に出す冷却
構造の形態を採っている。

こうして、最近提案されているタービン動翼は、セラミ
ックスのすぐれた特性を巧みに採り入れて、セラミック
スの引張強度不足を金属で補いタービン入口温度の上昇
化に対処している。この場合、ラミックスは圧縮性に優
れた特性を備えていることもあって、金属製翼軸部２１
と頂部カバー２１ｄとを予じめ別体で作製しておき、金
属製翼軸部２１の翼先端側からセラミック製外被２０を
かぶせ、その後頂部カバー２Ｌｄからセラミック製外被
２０に圧縮を与えるため、頂部カバー２１ｄと同一金属
製の金属製翼軸部２１との接合線Ａを拡散接合で接合構
造としである。

（発明が解決しようとする課題）ところで、金属製翼軸部にセラミック製外被をかぶせ、
その後金属製翼軸部の翼先端に頂部カバーを拡散接合で
接合構造を採る形式のタービン動翼であっても高い遠心
力を受けることにはかわりなく、その接合線Ａは金属製
翼軸部ないし頂部カバーの母材強度か求められている。

ところが、タービン動翼を接合構造体にすると、新製当
初はその接合線を十分に検査し、品質管理を保証できる
ものの、使用時間が長くなるにつれて保守点検をする場
合、その接合線がセラミック製外被におおわれていて、
検査がままならず、品質保証に一抹の不安がある。した
がって、高い品質保証を求める面から、本来、接合線の
ない金属製翼軸部と頂部カバーとの一体形成のものが望
まれている。

こうした場合、タービン動翼の組立技術を考えると、従
来、知られているこの種技術に新らたな工夫が必要であ
る。

この発明は、金属製翼軸部と頂部カバーとを一体形成し
た場合に、従来、セラミック製外被を頂部カバー側から
挿入していた態様に着目したもので、セラミック製外被
を金属製翼軸部の植込部側から押入できるようにする新
規な組立型タービン動翼を公表することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明にかかる組立型タービン動翼は、植込部を備え
る金属製翼軸部に横断的にプラットホームを張出させ、
このプラットホームに載置して前記金属製翼軸部に頂部
カバーを被冠接合するタービン動翼において、前記金属
製翼軸部は頂部カバーと一体形成させるとともに、前記
セラミック製外被を植込部側から挿入させて金属製翼軸
部に社製後、プラットホームを金属製翼軸部に嵌装する
ものである。

（作　用）八入し、金属製翼軸部をセラミック製外被でかぶせた後は
、プラットホームを金属製翼軸部に嵌装したもので、こ
うすることによって従来のような金属製翼軸部と頂部カ
バーとを接合構造にしなくともよい。

したかって、この種技術の品質保証が一段と高められて
、保守点検による工数も短縮される。

（実施例）以下この発明にかかる組立型タービン動翼の一実施例を
、図面を参照して説明する。

第１図は、ガスタービンに適用されるタービン動翼の一
例を示す縦断面図である。

タービン動翼は、金属製翼軸部１２に翼形状のセラミン
ク製外被１１をかぶせてたいわゆるセラミック動翼であ
る。金属製翼軸部１１はＮ１基合金等の耐熱性合金材で
形成され、図示しないロータに植設される植込部１２ｃ
と、作動ガスの内周側通路壁を形成するプラトホーム１
３と、セラミック製外被１１を外周側に社製するコア部
１２ｂとを有し、このコア部１２ｂの頂部には頂部カバ
ー１２ａが設けられている。

頂部カバー１２ａはコア部Ｌ２ｂと一体的に形成される
。コア部１２ｂの頂部カバー１２ａと反対側には植込部
１２ｃを備えており、この植込部１２ｃ内に設けである
冷却口１４は、頂部カバー１２ａまで通じ、ここから岐
路１４ａを経て作動ガス側を通じる。頂部カバー１２ａ
の内周側、つまりセラミック製外被１１と対設する部位
にはセラミック溶射体１５が充填される。セラミック溶
射体１５は、例えばＮｉＣ。

ＡＩＹのような金属ボンド層と、例えばＺｒＯ２のよう
なセラミック層を交互に溶射したものであり、このセラ
ミック溶射体１５により断熱層か形成される。

セラミック製外被１１は、金属製翼軸部１２の植込部側
から挿入され、その先端がセラミック溶射体１５に当接
した後、今度はプラットホーム１３を植込部側から挿入
し、金属製翼軸部１２の段部１２ｄに嵌装して係着させ
る。こうして組立てられたセラミック製外被１１は、そ
の両側を頂部カバー１２ａとプラットホーム１３とで挟
設されて圧縮力が加えられるか、セラミック材はもとも
と圧縮性に強い特性をもっているので、この場合、セラ
ミック材の特性は十分に発揮される。

セラミック製外被１１は高温の作動ガスにさらされ、一
般には１０００°Ｃ以上の温度、例えば１２００℃の温
度で使用される場合かある。こうなると金属製翼軸部１
２および頂部カバー１２ａは許容温度かせいぜい８００
℃程度であるから必然的に冷却か必要になり、このため
金属製翼軸部１２には中心軸に沿って冷却口１４か穿孔
され、その冷却口Ｉ４か頂部カバ１２ａに至ると岐路１
４か翼外に向って放射状に配される。このようにして金
属製翼軸部１２および頂部カバー１２ａは作動ガスの熱
に対してその耐力低下を冷却で補っている。

７Ｊ’　％全体を金属製翼軸部１２と記しであるコア部
１２ｂにはプラットホーム１３か嵌装して係着する関係
上、段部１２ｄが形成されており、このためコア部１．
２ｂか従来よりも大径になっている。コア部１２ｂの大
径は、必然的に植込部１．２ｃにも影響を与え、植込部
１２ｃもやはり従来よりも大径になっている。第２Ａ図
、第２Ｂ図は、コア部１２ｂを含めた翼形全体および植
込部１２ｃの従来とこの発明にかかる組立型タービン動
員との大小比較をあられしたもので、この発明にかかる
組立型タービン動翼の一実施例を示す第２Ｂ図の方がす
べて大きくなっていることか理解されるであろう。とり
わけ、第２Ｂ図に示す植込部１２ｃ（破線の斜線部分）
が第２Ａ図のそれよりも著しく大きくなっている。くわ
えて、植込部１２ｃは、第３Ａ図、第３Ｂ図に示されて
いるように、カーブエントリータイプか採用されており
、このカーブエントリータイプを採用することによって
植込部１２ｃは第３Ａ図のように、翼形に沿って長く延
ばすことができ、それたけ従来よりも寸法的に太きなる
。

したかって、前述の大径にくわえてカーブエントリータ
イプの採用によって寸法的にも従来よりも大きくなり、
その結果回転中の翼形がら生起する遠心力に対して十分
抗し得る強度が保証される。

このようにこの発明にかかる組立型タービン動翼では、
金属製翼軸部と頂部カバーとを一体成形し、それに伴っ
て植込部も従来よりも寸法を大きくしかも大径にしたの
で強度的に一段と高い信頼性を得ることができる。

第３ｃ図は、この発明の他の実施例を示すもので、コア
部１２ｂに穿孔する冷却口１４を拡径にしたものである
。この拡径によって多重の冷却媒体を流すことができ、
高い冷却効果が得られ、重量的にも中空部が増し、軽く
なる。

［発明の効果］以上の説明の通り、この発明では金属製翼軸部と頂部カ
バーとを一体的に形成し、セラミック製外被およびプラ
ットホームを植込部側から挿通して組立型としたもので
、こうして接合面のない強い強度のタービン動翼が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる組立型タービン動翼の一実
施例を示す縦断面図、第２Ａ図および第２Ｂ図は従来技
術とこの発明にかかる組立型タービン動翼との翼形およ
び植込部の大小変化を比較するもので、第２Ａ図は従来
技術を、また第２Ｂ図は第１図の■−■線から切断した
横断面図を示し、第３Ａ図は植込部にカーブエントリー
タイプを採用する翼形の横断面図、第３Ｂ図はカーブエ
ントリータイプを採用する植込部の斜視図、第３Ｃ図は
この発明の他の実施例を示す縦断面図、第４図は従来の
ガスタービンの一部構成を示す概略断面図、第５図は従
来のタービン動翼を示す縦断面図である。１・・・ガスタービン、３・・・燃焼器、６・・・動翼、１２・・・金属製翼軸部、１２ｂ・・・コア部、１２ｄ・・・段部、１４・・・冷却口、１５・・・セラミック溶射体。２・・・圧縮機、５・・・静翼、１１・・・セラミック外被、１２ａ・・・頂部カバ１２ｃ・・・植込部、１３・・・プラットホーム、

Claims

【特許請求の範囲】

植込部を備える金属製翼軸部に横断的にプラットホーム
を張出させ、このプラットホームに載置して前記金属製
翼軸部にセラミック製外被を冠装させ、前記金属製翼軸
部に頂部カバーを被冠接合するタービン動翼において、
前記金属製翼軸部は頂部カバーと一体形成させるととも
に、前記セラミックス製外被を植込部側から挿入させて
金属製翼軸部に冠装後、プラットホームを金属製翼軸部
に嵌装することを特徴とする組立型タービン動翼。