JPH0375721B2 - - Google Patents

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JPH0375721B2
JPH0375721B2 JP57232318A JP23231882A JPH0375721B2 JP H0375721 B2 JPH0375721 B2 JP H0375721B2 JP 57232318 A JP57232318 A JP 57232318A JP 23231882 A JP23231882 A JP 23231882A JP H0375721 B2 JPH0375721 B2 JP H0375721B2
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2260/231—Preventing heat transfer
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば、高温ガスタービンにおける
超高温雰囲気中の高温流体流路に使用される静翼
や動翼等による超高温耐熱壁体の構造に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、この種の高温ガスタービンの静翼等に使
用される耐熱壁体は、第１図に示されるように、
厚さｔｍの耐熱金属材を使用しており、この耐
熱金属材の一側ａに約1000℃以上の高温流体
を流し、上記耐熱金属材の他側ｂに冷却水
のような冷却流体を流して冷却し得るようにし
て使用されている。
しかしながら、上述した従来の高温ガスタービ
ンの静翼等に使用される耐熱壁体は、(1)熱応力及
び(2)、冷却水の局所的な沸騰を生じて超高温度の
耐熱壁体として長期間に亘つて使用することは困
難である。
即ち、上述した耐熱金属材による耐熱壁体の
(1)、熱応力σについて、これを数式で説明する
と、熱応力σは、上記耐熱金属板を通過する熱
流束ｑに比例し、 σ＝Ｃ tm ｑ ………(1) として与えられる。なお、こゝで、Ｃは、材料に
よつて決められる定数である。
一方、上記熱流束ｑは、高温流体の温度を
Tg、高温側熱伝達率をαg、耐熱金属板の高温
側表面温度をTw outとすれば、 ｑ＝αg（Tg−Tw out） ………(2) となる。
つまり、上記耐熱金属板の表面温度Tw out
を許容される上限を一定の温度に保ち、高温流体
温度Tgを上昇させると、上記熱流束ｑが増大す
るため、必然的に熱応力も増大する。このため、
上記式(1)に示されるように、耐熱金属板の厚さ
Tmを小さくして熱応力の増大を避ける手段が採
用されるけれども、比較的に高温高圧の条件の下
で使用される耐熱壁体では、構造強度上、耐熱金
属板自体を極端に薄肉化することは困難であ
る。
又一方、上述した耐熱金属材による耐熱壁体
の(2)、冷却水の局所的な沸騰について、これを数
式で説明すると、上記耐熱金属板の低温側温度
Tw inが、冷却水による冷却流体の飽和温度
Tsatより高い場合、この温度差で定義される伝
熱面の過熱度ΔTsatは、 ΔTsat＝Twin−Tsat ………(3) となり、上記温度差の過熱度が大きいほど、伝熱
面付近で膜沸騰を生じ易くなり、冷却性能が大幅
に低下し、冷却側の熱伝達率αcが非常に大きく
できるという水冷の長所が失われるおそれがあ
る。
そこで、高温ガスタービンにおける耐熱壁体
は、冷却水による冷却流体を加圧することによ
り、飽和温度Tsatを上昇させ、過熱度ΔTsatを
減少させる手段が採用されている。
しかしながら、上述した冷却流体は、約100
Kg／cm2程度に加圧するために、冷却流路を構成す
る材料強度が要求され、逆に、耐熱金属板の厚
さを増さなければならず、これにも限度がある。
又一方、他の手段として、低温側表面温度
Twinを下げることも考えられるけれども、この
低温側表面温度Twinは、耐熱金属板の熱伝導
率をλmとしたとき、 Twin＝Tg−（１／αg＋tm／λm）ｑ ………(4) によつて定められるから、高温流体の温度Tg
及び高温側熱伝達率αg、耐熱金属板の厚さTm
を一定として考える限り、熱流束ｑを増大させる
ことに帰結する。
これは、上記式(2)からも解るように、高温側表
面温度Twoutを低くすることであるが、同時に、
上記式(1)から、熱応力σを増大させ、耐熱金属板
の寿命をきわめて短かいものになる等の不具合
を生じる。
さらに又、耐熱金属板の高温流体側にセラ
ミツク耐熱板を接着前で貼着したものも既に提案
されているけれども、これは各セラミツク耐熱板
相互の接合面に間隙や凹凸が生じ、高温流体の
一様な流れを損うおそれがある。
〔発明の目的〕
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもの
であつて、高温、高圧流束下で長時間に亘つて充
分に耐えられることを目的とする超高温耐熱壁体
を提供するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、平滑な耐熱合金体の一側に熱抵抗層
を設け、この熱抵抗層の一側に冷却水の冷却流路
を形成した熱伝導金属体を一体的に設けて構成し
たものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図示の一実施例について説明す
る。
第２図において、符号１は、例えば、インコネ
ル（商品名）のようなニツケル合金による平滑な
耐熱合金体であつて、この耐熱合金体１の一側は
高温流体が一様に流れるように平滑面１ａを形
成しており、上記耐熱合金体１の他側１ｂは、断
面が梯形をなす嵌合突起部２が一定のピツチ間隔
を存して設けられている。又、上記嵌合突起部２
の位置する上記耐熱合金体１の他側１ｂには、セ
ラミツクフアイバー３が一定の厚さで貼設されて
おり、このセラミツクフアイバー３は、上記高温
流体による熱抵抗層を構成している。さらに、
上記セラミツクフアイバー３の一側には、例え
ば、銅材による熱伝導金属体４の嵌合部５が上記
嵌合突起部２に上記セラミツクフアイバー３を介
して嵌合しており、この各熱伝導金属体４は互に
隣接する他の熱伝導金属体４に対してインロウを
形成して接合している。さらに又、上記各熱伝導
金属体４には複数の冷却流路６が、例えば、冷却
水のような冷却流体７を圧送し得るようにして穿
設されており、この冷却流体７は、上記各熱伝導
金属体４の熱エネルギーを熱交換して冷却し得る
ようになつている。又、上記各熱伝導金属体４の
一側には耐熱材による補強材８が添設されてお
り、この補強材８は、上記各熱伝導金属材４を実
質的に一体に固定するようになつている。
従つて、本発明による超高温耐熱壁体は、高温
流体の流れに対して、平滑な壁面を形成するこ
とにより、高温流体の一様な流れを損わないよ
うにすると共に、セラミツクフアイバー３が超高
温度に対して充分に耐え得るばかりでなく、上記
セラミツクフアイバー３から熱伝導する高温度の
熱エネルギーが、冷却流路６を備えた熱伝導金属
体４によつて有効適切に熱交換して冷却し得るよ
うになつている。
次に、本発明を数式によつて説明すると、下記
のようになる。
即ち、本発明による熱抵抗層３の熱伝導率を
λcとし、その厚さをTcとすると、上記熱抵抗層
３の低温側（冷却流路側）の温度Tw′inは、 Tw′in＝Tg−（１／αg＋tm／λm＋tc／λc）ｑ……(
5) で与えられる。
こゝで、熱流束ｑは、上記(2)式で与えられるか
ら、熱抵抗層３の熱伝導率λcを小さく、その厚
さtcを大きくすることによつて、Tw′inを小さく
できる。又、上記(1)式で定まる熱応力を軽減する
ために、耐熱合金体の厚さtmを小さくした場
合でも、上記(5)式から熱抵抗層３の厚さtcを大き
くすれば、Tw′inを容易に低下させることができ
る。
一方、上記熱伝導金属体４は、例えば、銅材に
よる熱伝導率の大きい材質で形成されているた
め、水冷される伝熱面の表面温度Tw″inはTw′in
よりも僅かに低いだけである。
従つて、上記熱伝導金属体４の伝熱面の過熱度
ΔTsat′は、 ΔTsat′＝Tw″in−Tsat＜Tw′in−Tsat となり、Tw′inを低下させることにより、過熱度
ΔTs′atを非常に小さくすることができる。又、
上記各熱伝導金属体４は複数に分割されて設けら
れるため、より高温側にある上記耐熱合金体１と
の熱膨張差を吸収することができるし、さらに、
この熱膨張差に起因する熱応力は発生しない。
このように、高温流体の温度Tgと、冷却水
の飽和温度Tcとの差が非常に大きく、通過熱流
束σが大きい場合でも、冷却流体７の熱伝導金属
体４の中間に介装されたセラミツクフアイバー３
により、大部分の温度差を受け持ち、しかも、熱
抵抗層によるセラミツクフアイバー３を強度部材
としない構成により、熱応力が小さく、しかも、
殆ど常圧の冷却水を使用しても、膜沸騰のおそれ
はない冷却流路６を形成することができる。
次に、第３図に示される本発明の他の実施例
は、高温ガスタービンにおけるタービン翼体にそ
のまま適用したものであり、上述した具体例と同
一構成をなすものである。
なお、上述した実施例では熱抵抗層をセラミツ
クフアイバーで構成したが、セラミツクコーテイ
ングによつて形成してもよく、更に、層厚が大き
なもので良い場合にはこれに限らない。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、平滑な耐熱
合金体１の一側に熱抵抗層３を貼設し、この熱抵
抗層３の一側に冷却流路６を形成した熱伝導金属
体４を一体的に設けてあるので、超高温度に充分
に耐えるばかりでなく、構成も簡素であるから、
例えば、高温ガスタービンや高温ガス炉等に有用
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来の耐熱壁体の一部を示す横断面
図、第２図は、本発明による超高温耐熱壁体の一
部を示す横断面図、第３図は、本発明の他の実施
例を示す図である。 １……耐熱合金体、２……嵌合突出部、３……
熱抵抗層、４……熱伝導金属体、５……嵌合部、
６……冷却流路、７……冷却流体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 平滑な耐熱合金体の一側に熱抵抗層を設け、
    この熱抵抗層の一側に冷却流路を形成した熱伝導
    金属体を一体的に設けたことを特徴とする超高温
    耐熱壁体。 ２ 耐熱合金体の一側に嵌合突起部を形成し、こ
    の嵌合突起部に熱伝導金属体の嵌合部を熱抵抗層
    を介して嵌合したことを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の超高温耐熱壁体。 ３ 熱伝導金属体を銅材にして構成したことを特
    徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
    超高温耐熱壁体。 ４ 熱抵抗層をセラミツクフアイバーにしたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超高温
    耐熱壁体。 ５ 熱抵抗層をセラミツクコーテイングにしたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超高
    温耐熱壁体。
JP57232318A 1982-12-27 1982-12-27 超高温耐熱壁体 Granted JPS59120704A (ja)

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JP57232318A JPS59120704A (ja) 1982-12-27 1982-12-27 超高温耐熱壁体
DE8383110703T DE3376664D1 (en) 1982-12-27 1983-10-26 High temperature heat resistant structure
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JPH0375721B2 true JPH0375721B2 (ja) 1991-12-03

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