JPH04232306A - ブレード付ステータ - Google Patents

ブレード付ステータ

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JPH04232306A
JPH04232306A JP3171297A JP17129791A JPH04232306A JP H04232306 A JPH04232306 A JP H04232306A JP 3171297 A JP3171297 A JP 3171297A JP 17129791 A JP17129791 A JP 17129791A JP H04232306 A JPH04232306 A JP H04232306A
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ジャン−ピエール　シエ
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ジャック　ジェ．フィロ
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/282—Selecting composite materials, e.g. blades with reinforcing filaments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タービンまたはガスコ
ンプレッサの固定ブレードアッセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ター
ビンのブレード付ステータは、内側および外側リングの
間に配置された固定ブレードアッセンブリを具備する。 図１および図２は、内側および外側リング２と３の間に
ブレード１を有する一体ステータを示す。
【０００３】タービンステータの製造に通常使用される
技術は、鋳造および精密鋳造を含む。高温における作動
のためには、従来の金属または合金のブレードを耐熱性
材料から成るブレードに置き換えることが考えられる。
【０００４】しかし、固体セラミック、特に焼結セラミ
ックのブレードを製造することは困難である。焼結セラ
ミック固有のもろさによって、ブレードの機械的特性お
よび耐熱衝撃性が制限される。従って、このような材料
を使用するには困難な問題があり、特に、異なる膨張に
よる引張りを避けながら内側および外側リングの間にブ
レードを保持するには困難な問題がある。
【０００５】このため、本発明者らは耐熱複合材料を使
用したブレードを製造することを考え出した。
【０００６】耐熱性複合材料は良く知られている。これ
らは、カーボンまたはセラミックファイバーのような耐
熱性繊維の前もって形成された物から形成され、カーボ
ンまたはセラミックのような耐熱性基質によって強化さ
れる。繊維の補強織地および耐熱性の構成要素によって
、これらの材料は構造要素として使用するに適した良好
な機械的特性を有し、高温においても固体セラミックの
もろさを示すことなくこのような機械的特性を保持する
。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、本発明によれ
ば、内側および外側リングの間に設けられた組み付けら
れた複数の固定ブレードを具備し、各ブレードは、空気
力学的外形を形成する部分と、隣接するブレード間を分
離する内側および外側脚部とを有するブレード付ステー
タにおいて、ブレードは耐熱性複合材料から形成され、
各ブレードの内側および外側脚部は、ブレードの２つの
脚部のうち少なくとも１つが隣接するブレードの内側面
または外側面を押すように非対称であり、各ブレードの
脚部のうち少なくとも１つは、ブレードとリングとの間
の異なる膨張のもとでたわみを許容するように、脚部の
外表面の一部によって隣接するリングを押すことを特徴
としている。
【０００８】以下に説明されるように、各ブレードの非
対称脚部、すなわち、空気力学的外形の一方の側にだけ
延びる脚部を設けることによって、ブレードのため繊維
の前もって形成された物をつくることが比較的容易とな
る。すなわち、前もって形成された物は織地の層または
ニードルド織地のような三次元織地から形成されること
ができる。
【０００９】また、ブレードはリングの間に装着され、
複合材料の弾性たわみ特性は、ブレードアッセンブリが
損傷する危険なく異なる膨張を吸収する。
【００１０】
【実施例】本発明の固定ブレードが装着されたタービン
ステータの第１の実施例が図３から図５を参照して説明
される。
【００１１】固定ブレード１０が内側環状リング２０と
外側環状リング２２の間に組み付けられる。各ブレード
１０は、中央部１２を有する。この中央部１２は、空気
力学的外形を形成するほぼＣ字状とされている。中央部
１２からは非対称の２つの脚部、すなわち内側脚部１４
と外側脚部１６とが延びている。脚部１４，１６は中央
部１２の同一の側、すなわち内側１２ａから延びている
。
【００１２】１つのブレード１０の脚部１４，１６の端
部１４ａ，１６ａは、隣接するブレード１０の外側１２
ｂに押しつけられ、これによって、ブレード間の分離ま
たはピッチが確保される。端部１４ａ，１６ａの形状は
、外側１２ｂの形状に適合するように形成されている。 多数のスラグ１８が、リング２０，２２の内側面に形成
された孔に挿入され、リング間の空間に突出する。 これらのスラグ１８は突起を形成し、脚部の端部に形成
された切欠きを介して、少なくとも１つのブレード１０
の２つの脚部は突起を押す。スラグ１８は、２つのリン
グの間の空間内でブレード１０の向き、すなわち、本質
的に空気力学的外形１２の向きを決める。また、スラグ
１８は、ブレード１０が一旦組み付けられるとブレード
１０が回転しないようにする。
【００１３】脚部１４，１６の外表面１４ｂ，１６ｂは
完全な円筒状でないので、これらはリング２０，２２の
内側面に正確には適合しない。さらに詳細には、各脚部
１４，１６は、端部１４ａ，１６ａ近傍の外表面だけで
、対応するリングを押している。この結果、脚部と脚部
に隣接するリングの表面との間に、ギャップＪが形成さ
れる。このギャップは中央部１２ｂに近づくにつれて増
大する。
【００１４】ブレードはたわみにおいて弾性を示す耐熱
性複合材料からつくられる。従って、ギャップＪによっ
て脚部１０にいくらかの動きが許容され、これによって
、脚部自身の間および脚部とリング２０，２２の間の異
なる膨張により損傷することなく、脚部を収容すること
ができる。リング２０，２２は、ブレードと同じ材料で
作られてもよく、金属材料のような異なる材料で作られ
てもよい。室温での組み立てにおいて、ブレード１０の
脚部は、リングの内面に対して十分なグリップを確保す
るように、たわんで少なくとも少しだけ予応力が加えら
れる。
【００１５】一つの変形例において、隣接するリングと
各ブレードの脚部の一方だけとの間にギャップが形成さ
れてもよく、このときには他の脚部はリングの内側面に
適合する。
【００１６】他の変形例において、ブレードは、両方と
も外側から延びる非対称脚部を有するＣ字状であっても
よい。
【００１７】図４に示されるタイプのブレード１０の製
造方法が、図６から図８を参照して説明される。ブレー
ドを構成する複合材料の補強材は、繊維から成る前もっ
て形成された物３０、例えば、支持ツール３４中でモー
ルドされ重ね合わされた布の層３２から構成される。
【００１８】層３２は、耐熱性繊維、例えば、シリコン
カーバイドファイバーのようなセラミックファイバー、
またはカーボンファイバーから成る布から切り出される
。
【００１９】支持ツール３４は、脚部１４，１６の内側
形状および内側１２ａと同じ形状を有するヘッダーダイ
３４ａを具備する。ヘッダーダイ３４ａは支持ツール３
４の補充部３４ｂと協働し、これによってＣ字状断面の
空間が形成される。この空間においてブレード１０がＣ
字状にプレスされる。
【００２０】前もって形成された物３０は、布の層の重
ね合わせから形成される代わりに、三次元織りによって
製造される織地またはニードルド製造のような、必要な
厚さを有する三次元織地を適合することによって形成し
てもよい。
【００２１】ツール３４によって保持される間、前もっ
て形成された物３０は、シリコンカーバイドのような複
合材料の基質を構成する物質の化学蒸気浸透によって強
化されるように囲いの中に導入される。
【００２２】カーボンまたはシリコンカーバイドの化学
蒸気浸透の方法はよく知られているので、ここでは詳細
については説明しない。
【００２３】浸透は第１段階を含んでいくつかの段階で
実行されてもよい。第１段階の間においては、ツールが
除去された後も前もって形成された物がその形状を維持
できるように前もって形成された物のファイバー間に十
分な結合が得られるまで、浸透が続行される。この強化
段階の後、化学蒸気浸透は、前もって形成された物（ワ
ークピース）が完全に強化される（図７）まで、支持ツ
ールから抜き取られた前もって形成された物に対して続
行されてもよい。
【００２４】強化の後、図８の断面図に示されるように
外側を形成するために、ギャップＪを形成するように脚
部の外表面を形成するために、および脚部の端部を形成
するために、いくらかの機械加工が必要であり、これら
の形状はこれらがプレスされる外側の形状に対応する。
【００２５】このように、ブレードは、前もって形成さ
れた物の組み立てから強化および最終の機械加工まで、
１つずつ形成してもよい。
【００２６】一方、長さの異なるいくつかのブレードの
ワークピースを適当な形状とし強化することも可能であ
る。この場合には、適当な形状とされたワークピースは
ブレードの機械加工の前に切断される。
【００２７】非対称の脚部を有するブレードのデザイン
によって、補強材を形成する布の層の連続性を有して、
一定厚さの断面を形成する繊維の前もって形成された物
を比較的容易につくることができる。
【００２８】このことは、Ｉ字状ブレードのよう対称な
脚部を有するブレードの場合にはいえず、対称な脚部を
有する場合には、前もって形成された物をつくるのはか
なり複雑である。
【００２９】本発明によるタービンステータの他の実施
例が図９および図１０に示されている。同様の参照番号
が、図３から図５に描かれたステータの同じエレメント
を示すために使用される。
【００３０】図９および図１０のタービンステータは、
図３から図５とブレード５０の形状が異なる。ブレード
５０は、中央部５２と、非対称内側および外側脚部５４
，５６とを有するＺ字状をなしている。中央部５２はブ
レード１０の中央部１２のように空気力学的外形をなし
、各脚部は外内および内側面５２ｂ，５２ａ上を夫々延
びる。
【００３１】脚部５４，５６は、他の形状であってもよ
い。１つのブレード５０の脚部５４，５６は、各端部５
４ａ，５６ａによって、ブレードに隣接する一方の内側
およびブレードに隣接する他方の外側を押し、これによ
ってブレード間に空間を形成する。
【００３２】ブレード５０の向きは、ブレード５０の回
転を防止するためのスラグ１８によって決定される。
【００３３】図９に示されるように、脚部５４、５６の
外面５４ｂ，５６ｂは、ギャップＪ′を形成するように
、リング２０，２２の内面と一部において接する。脚部
とリングの間の接触領域は、この場合には、脚部の端部
から近い距離であり、このため、脚部を曲げることによ
ってでなく、脚部を傾けることによって、膨張差を補償
する。
【００３４】ブレード５０は、繊維の前もって形成され
た物を形成し、前もって形成された物を強化し、最後の
機械加工をなすことによってつくられる。前の実施例に
おけるように、前もって形成された物は、布の層でおお
うことによって、かつ適当な形をツール中でこれらをモ
ールディングすることによって作られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一体型タービンステータの一部の略図で
ある。
【図２】図１に示されるステータのブレードの断面図で
ある。
【図３】本発明のタービンステータの実施例の一部の略
図である。
【図４】図３に示されるステータのブレードの斜視図で
ある。
【図５】図４の平面Ｖに沿ってみた断面図であり、ブレ
ードの中央部によって形成される空気力学的外形を示し
ている。
【図６】図４に示される耐熱性複合材料ブレードの製造
の段階を示す図である。
【図７】図４に示される耐熱性複合材料ブレードの製造
の段階を示す図である。
【図８】図４に示される耐熱性複合材料ブレードの製造
の段階を示す図である。
【図９】本発明のタービンステータの他の実施例の一部
の略図である。
【図１０】図９に示されるステータのブレードの斜視図
である。
【符号の説明】
１０，５０…固定ブレード １２，５２…中央部 １４，５４…内側脚部 １６，５６…外側脚部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　内側および外側リング（２０，２２）
    の間に設けられた組み付けられた複数の固定ブレード（
    １０；５０）を具備し、各ブレードは、空気力学的外形
    を形成する部分（１２；５２）と、隣接するブレード間
    を分離する内側および外側脚部（１４；５４，１６；５
    ６）とを有するタービンのブレード付ステータにおいて
    、ブレード（１０；５０）は耐熱性複合材料から形成さ
    れ、各ブレードの内側および外側脚部（１４；５４，１
    ６；５６）は、ブレードの２つの脚部のうち少なくとも
    １つが隣接するブレードの内側面（１２ａ；５２ａ）ま
    たは外側面（１２ｂ；５２ｂ）を押すように非対称であ
    り、各ブレードの脚部（１４；５４，１６；５６）のう
    ち少なくとも１つは、ブレードとリングとの間の異なる
    膨張のもとでたわみを許容するように、脚部の外表面の
    一部によって隣接するリングを押すことを特徴とするブ
    レード付ステータ。
  2. 【請求項２】　　ブレード（１０）の前記少なくとも１
    つの脚部（１４，１６）は、該少なくとも１つの脚部の
    端部の近傍で隣接するリング（２０，２２）を押すこと
    を特徴とする請求項１記載のブレード付ステータ。
  3. 【請求項３】　　各ブレードの前記内側および外側脚部
    （１４，１６）は、空気力学的外形を形成する前記部分
    （１２）の同じ側に位置していることを特徴とする請求
    項１または請求項２記載のブレード付ステータ。
  4. 【請求項４】　　各ブレード（５０）の前記内側および
    外側脚部（５４，５６）は、空気力学的外形を形成する
    前記部分（５２）に対して夫々反対側に位置することを
    特徴とする請求項１または請求項２記載のブレード付ス
    テータ。
  5. 【請求項５】　　ブレード（１０；５０）の各脚部（１
    ４，１６；５４，５６）が各脚部の外表面の一部で隣接
    するリング（２０，２２）を押す請求項１から請求項４
    までのいずれか１項に記載のブレード付ステータ。
  6. 【請求項６】　　スラグ（１８）が前記内側および外側
    リング（２０，２２）に取付けられ、少なくとも１つの
    ブレード（１０；５０）の脚部（１４，１６；５４，５
    ６）の端部がリングを押し、これによって前記内側およ
    び外側リングの間で前記脚部を所望の位置にとめること
    を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項
    に記載のブレード付ステータ。
  7. 【請求項７】　　前記ブレード（１０；５０）はセラミ
    ック複合材料の基質から成ることを特徴とする請求項１
    から請求項６までのいずれか１項に記載のブレード付ス
    テータ。
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