JPH0333403A - タービンノズル翼およびノズル - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、タービン特にガスタービンのノズル翼および
ノズルに関する。

（従来の技術） 第９図は、−殻内なタービンのノズル部を示す概略構成
を示す図であり、内輪１と外輪２との間に多数のノズル
翼３が配列され、そのノズル翼３の内端面が内輪１の外
面に、またノズル１２３の外端面が外輪２の内面にそれ
ぞれ溶接によって固着されている。

（発明が解決しようとする課′８） ところで、ガスタービンの熱効率向上のためには、ター
ビン入口温度を上昇させることが効果的な方法であり、
そのため動翼およびノズル翼の材料として超耐熱合金が
研究され、冷却方式の研究もされているが、これらはほ
ぼ限界に達しており最近では耐熱性合金より耐熱性に優
れたセラミック材料をガスタービン部品として用いる研
究がされている。ガタービンのノズル翼を用いる場合、
従来試みられている方法の一つは、金属製ノズル翼をそ
のままセラミックに置きかえることであるが、翼部とシ
ュラウド部の接続部での急激な肉厚、形状の変化などの
ため、大きな非定常熱応力が発生し、破壊するという問
題があった。そこで、セラミックが引張には弱いが、圧
縮には強いという性質を有するためセラミックと金属を
組合わせ、セラミックは主に圧縮応力を受け、金属は引
張応力を分担する方式のノズル翼が、例えば特開昭６２
−６０５号公報記載のように提案されている。

しかし翼内部に金属製心棒を通す場合は、その冷却のた
め冷却空気が必要になって、性能向上率か低下し、また
セラミック部品の横進が複雑となって、製造が困難にな
るという問題があった。

本発明はこのような点に鑑み、冷却空気を必要とせず信
頼性か高く製造性のよいノズル翼およびそのノズル翼を
用いたノズルを得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のタービンノズル翼は、板状の翼部と、その翼部
の両端からそれぞれ翼部を含む面と直交する方向に一体
的に突出され、上記翼部とともに１ピッチ分の作動ガス
の通路を構成する内周壁部および外周壁部とを有し、上
記翼部の背面と内周壁部および外周壁部のガス通路面と
が滑らかな曲面で接続されるとともに、翼部の腹面と内
周を部および外周壁部の反ガス通路面とが滑らかな曲面
で接続されていることを特徴とする。

また、本発明におけるタービンノズルは、上記タービン
ノズル翼を、内外両筒間に周方向に配列するとともに、
内周壁部の反ガス通路面と内筒間および外周壁部の反ガ
ス通路面と外筒間に遮熱材を介装したことを特徴とする
。

（作　用） 上記ノズル翼を周方向に配列組合わせることにより、内
外周壁部が環状通路を構成し、作動ガスの流通路となり
、一方翼部が環状翼列を構成して作動ガスを加速し流れ
方向を変える。しかも、上記ノズル翼は急激な肉厚変化
や曲りのない殻状をしており、無冷却のため温度が均一
となって熱応力の発生を防ぐとともに応力集中部がなく
信頼性が向上し、セラミック製とすることもでき、耐熱
性を向上でき、しかも単純な形状のため製造も容易とな
る。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について説
明する。

第１図はノズル翼の本体を示す斜視図であって、ノズル
翼１０は耐熱性材料例えばセラミックによって形成され
ており、翼部１０ａは、第２図にその横断面を示すよう
に、曲った板状の形状をしている。この翼部１０ａは、
両端の各々から翼部１０ａを含む面に直交する方向に突
出された内周壁部１０ｂ及び外周壁部１０ｃと一体とな
って１ピッチ分が構成されている。第３図は第２図のＩ
Ｉ断面図であって、翼部の背面１０ｄと内周壁部１０ｂ
のガス通路面１０ｅ、外周壁部１０ｃのガス通路面１０
ｆとは滑らかな曲面で接続され、翼部の腹面１０ｇと内
周壁部１０ｂの反ガス通路面１０ｈ、外周壁部１０ｃの
環ガス通路１１０ｉも滑らかな曲面で接続されている。

翼部と内周を部、外周壁部はその境界部も含め厚さが連
続して滑らかに変化している。また内周壁部１０ｂ及び
外周壁部１０ｃの各反ガス通路面にはそれぞれ凹り止め
溝１０ｊ、１０ｋが設けられている。

また翼部１０ａは中央部を境として内周壁部１０ｈ寄り
部に傾斜角θが設けられている。

このノズル翼を組立てたタービンノズルの断面を第４図
に示し、第５図に第４図のＩ−１断面を示す。複数のノ
ズル翼１０が環状の翼列を構成し、各ノズル翼は内周壁
部と外周を部に設けられた回り止め溝ｘｏｊ、１０ｋに
押え棒１２の先端が嵌合されている。押え棒１２は第６
図に示すように金属製の軸部１２ａとその先端に取り付
けられたセラミック製の頭部１２ｂからなり、軸部につ
ば１２ｃが設けられており、金属製の外筒１３及び内筒
１４に取付けられ、バネ１５によりノズル翼１０に押着
されている。ノズル翼ＩＯは、外筒１３および内筒１４
に装着された前部遮熱体１６と後部遮熱体１７に挟まれ
て取付けられ、ノズル翼Ａ１０と外筒１３及びノズル翼
１０と内筒１４の間には遮熱材１８が介挿されている。

遮熱材１８としては、例えばセラミックファイバーの織
布材のようなものが好適である。また各ノズル翼１０の
内周壁部１０ｂが相互に隣接する位置及び外周壁部１０
ｃが相互に隣接する位置にはノズル翼の反ガス通路面側
に接してシール板１９が設けられており、このシール板
１つはノズル翼の押え棒１２と同様に押え棒（図示せず
）により押されノズル翼１０に押着されている。また、
前記外筒１３および内筒１４内には冷却流路２０が設け
られている。

しかして、ノズル翼の翼部１０ａは通常のノズル翼と同
様にガスの流れ方向を変え増速させ、角層壁部１０ｂと
外周壁部１０ｃとは、環状のガス通路を構成する。ノズ
ル翼にはガスからの力として、円周方向の接線力とガス
の流れ方向の軸方向力が作用する。接線力は押え棒１２
を介し、また軸方向力は、後部遮熱体１７を介して、内
筒及び外筒で受けられる。押え棒１２は、ノズル翼ＩＯ
と外筒１３及び内筒１４の間に、運転条件の変化に伴っ
て生ずる熱伸び差を吸収する。さらにシール板１９は隣
接するノズル翼の内・外周壁部の間に生ずる間隙を塞ぎ
、ガスが金属製の外筒又は内筒側に流入するのを防ぐ。

一方金属製の外筒１３及び内筒１４は冷却流路２０を通
過する冷却空気で冷却され、さらに遮熱材１８によって
ノズル翼１０から内・外筒への伝熱が低減される。した
がって、上記内・外筒の冷却に必要な冷却空気が低減さ
れる。

また２次流れについて補足すれば、従来のタービンノズ
ル翼は第９図に示すようにノズル翼３が直線的であり、
内輪１と外輪２に対し直角である。

そのため腹面３ｇの圧力は背面３ｄの圧力より高いため
境界層流れ２１が発生し、この流れに起因する渦２２が
発生し、圧力損失を生ずる。ところが本発明のノズル翼
では、腹面１０ｇが内周壁側では内周壁の方を、外周壁
側では外周壁の方を向いているため境界層流れの発達が
押えられ、損失が低減する。

第７図は、本発明の他の実施例を示す図であって、ノズ
ル翼１０を支持するのに押え棒１２とノズル翼１０の間
に駒２３が介在されている。駒２３は第８図に示すよう
にノズル［１０の一辺に合った爪２３ａを有しており、
ノズル翼の周方向の力を受ける。また反ガス側には、押
え棒の嵌合する溝２３ｂを有しており、押え棒１２によ
って駒２３がノズル翼に押圧されている。そしてこの駒
２３はシール板１９と同様にシールの効果も有する。

なお、２次流れ損失の低減効果に関し、第３図の例では
、ノズル翼有効部に一部直線部を有しているが、本発明
はそのような形状に限るものではなく、有効郡全体をゆ
るやかな曲線で形成しても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明のノズル翼は肉Ｉソが急変せ
ず、滑らかな曲面からなる殻状をしているため、またノ
ズル翼全体が一様に主流ガスに曝され無冷却のため温度
分布が比較的均一となり、大きな非定常熱応力の発生が
なく、信頼性が高いと共に、製造が容易である。さらに
無冷却であるためノズル翼の冷却のための冷却空気も必
要がない。

さらに、ノズル翼と内外両筒間に遮熱材が介在されてい
るため、ノズル翼から内・外画筒への伝熱が低減され、
内外両筒に必要な冷却空気量を低減することができる。

またバネを介して押え棒でノズル翼を保持するようにす
れば、ノズル翼とセラミック製とした場合でもそのノズ
ル翼と内外両筒間の熱伸び差等が吸収され、信頼性の高
い構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のノズル翼を示す図、第２図は第１図の
横断面図、第３図は第２図のＩ−１断面図、第４図は本
発明のノズル翼を外筒・内筒の間に組込んだノズルを示
す図、第５図は第４図のｌ−■断面図、第６図は押え棒
を示す図、第７図は本発明の第２実施例を示し、第８図
は第７図の駒の形状を示す図、第９図は従来のノズル部
分図である。 １０・・・ノズル翼、１２・・・押え棒、１３・・・外
筒、１４・・・内筒、１５・・・バネ、１６・・・前部
遮熱体、１７・・・後部遮熱体、１８・・・遮熱材、１
９・・・シール板、２０・・・冷却流路、２３・・・駒
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、板状の翼部と、その翼部の両端からそれぞれ翼部を
   含む面と直交する方向に一体的に突出され、上記翼部と
   ともに１ピッチ分の作動ガスの通路を構成する内周壁部
   および外周壁部とを有し、上記翼部の背面と内周壁部お
   よび外周壁部のガス通路面とが滑らかな曲面で接続され
   るとともに、翼部の腹面と内周壁部および外周壁部の反
   ガス通路面とが滑らかな曲面で接続されていることを特
   徴とする、タービンノズル翼。 ２、板状の翼部と、その翼部の両端からそれぞれ翼部を
   含む面と直交する方向に一体的に突出され、上記翼部と
   ともに１ピッチ分の作動ガスの通路を構成する内周壁部
   および外周壁部とを有するノズル翼を、内外両筒間に周
   方向に配列するとともに、内周壁部の反ガス通路面と内
   筒間および外周壁部の反ガス通路面と外筒間に遮熱材を
   介装したことを特徴とするタービンノズル。 ３、外周壁部および内周壁部は、それぞれ外筒および内
   筒にバネを介して取付けられた押さえ棒によって押圧支
   持されていることを特徴とする、請求項２記載のタービ
   ンノズル。