JPH0571303A - Ceramic heat-resistant wall structure - Google Patents

Ceramic heat-resistant wall structure

Info

Publication number
JPH0571303A
JPH0571303A JP23360691A JP23360691A JPH0571303A JP H0571303 A JPH0571303 A JP H0571303A JP 23360691 A JP23360691 A JP 23360691A JP 23360691 A JP23360691 A JP 23360691A JP H0571303 A JPH0571303 A JP H0571303A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
temperature
cooling air
ceramic sleeve
heat
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
Application number
JP23360691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Hirata
英之 平田
Nagatoshi Okabe
永年 岡部
Kiyoshi Imai
潔 今井
Takashi Ikeda
隆 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP23360691A priority Critical patent/JPH0571303A/en
Publication of JPH0571303A publication Critical patent/JPH0571303A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a ceramic heat-resistant wall structure which can reduce the thermal shock stress in the ceramic material part, and can maintain the ceramic material part at the optimum temperature capable of reduction, etc., of oxidation or damage at stationary operation. CONSTITUTION:In an object wherein the metallic core bar 1 to be cooled by air is surrounded by a ceramic sleeve 3, cooling air is let flow to the space 6 between the metallic core bar 1 and the ceramic sleeve 3 so as to cool the ceramic sleeve 3 from inside.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンの燃焼
器、動翼、静翼等高温ガスにさらされる高温部品の耐熱
壁構造に係り、特に高温ガスに直接にさらされる部位を
セラミック材料を、高温ガスに直接にさらされない部位
には金属材料をそれぞれ使用して構成したセラミックス
耐熱壁構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat-resistant wall structure of a high temperature component exposed to a high temperature gas such as a combustor, a moving blade or a stationary blade of a gas turbine, and particularly to a ceramic material for a portion directly exposed to the high temperature gas. The present invention relates to a ceramics heat-resistant wall structure which is constructed by using a metal material for each part which is not directly exposed to high temperature gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミックス材料は、耐熱性、耐蝕性、
対磨耗性に優れており、これらの特性を生かして高付加
価値の機械構造部品としての種々の用途が考えられてい
る。特に、ガスタービン機械においては現状でもその最
高温度(タービン入口ガス温度)が1100〜1300
℃におよぶ。将来ガスタービンが高性能化されるに伴な
い前記最高温度が現在よりも高くなることが見込まれて
おり、動翼、静翼、燃焼器など高温部品において耐熱性
に優れたセラミックス材料の採用が試みられている。
2. Description of the Related Art Ceramic materials have heat resistance, corrosion resistance,
It is excellent in abrasion resistance, and various applications as high value-added mechanical structural parts are considered by making use of these characteristics. In particular, in the gas turbine machine, the maximum temperature (turbine inlet gas temperature) is 1100 to 1300 even under the current circumstances.
Reaches ℃. It is expected that the maximum temperature will be higher than that of the present as the performance of gas turbines will be improved in the future, and the adoption of ceramic materials with excellent heat resistance in high-temperature parts such as rotor blades, stator blades, and combustors. Being tried.

【0003】例えば、燃焼器のライナやトランジション
ピースの内壁面にセラミックス材料を採用した例として
は、特開昭59―15727号公報、特公昭59―17
326号公報、特開昭63―207920号公報記載の
例が知られている。また、動翼へのセラミックス材料の
採用例としては、セラミックスリーブと金属芯金を組み
合わせたハイブリッド型セラミツク動翼が特開昭59−
119001号公報、特開昭59−160001号公報
等に開示されたものが知られている。
For example, as an example in which a ceramic material is used for the inner wall surface of a liner or a transition piece of a combustor, Japanese Patent Laid-Open No. 59-15727 and Japanese Patent Publication No. 59-17 are available.
Examples described in Japanese Patent Laid-Open No. 326 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-207920 are known. Further, as an example of using a ceramic material for a moving blade, a hybrid ceramic moving blade in which a ceramic sleeve and a metal core are combined is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-59.
The ones disclosed in JP-A-119001 and JP-A-59-160001 are known.

【0004】上記例示した採用例は何れもセラミックス
材料の優れた耐熱性を利用したものであり、高温ガスに
直接にさらされる部分はセラミックス材料により構成
し、高温ガスに直接にさらされない低温部分は金属材料
により構成して耐熱壁構造としているものである。図9
は従来のハイブリッド型セラミック動翼の代表的な例の
縦断面図である。この図において、金属芯金1の外周に
はセラミックスリーブ3が断熱材層2を介在させ被覆さ
れている。金属芯金1には冷却空気通路4が設けられ、
金属芯金1の露出部分および前記セラミックスリーブ3
に対向する部位には耐熱コーティング5が施されてい
る。なお、前記冷却空気通路4は金属芯金1の横断面に
分布して複数個設けられた動翼長手方向の縦部分4a
と、これ等の部分に連通するとともに動翼側縁において
タービンケーシング内に開口し、動翼先端近傍に位置す
る横部分4bとを有する。
All of the above-described examples of application utilize the excellent heat resistance of the ceramic material. The portion directly exposed to the high temperature gas is made of the ceramic material, and the low temperature portion not directly exposed to the high temperature gas is The heat resistant wall structure is made of a metal material. Figure 9
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a typical example of a conventional hybrid ceramic rotor blade. In this figure, a metal sleeve 1 is covered with a ceramic sleeve 3 with a heat insulating material layer 2 interposed therebetween. The metal core 1 is provided with a cooling air passage 4,
Exposed part of the metal core 1 and the ceramic sleeve 3
A heat resistant coating 5 is applied to a portion facing the. The cooling air passages 4 are distributed in the cross section of the metal core 1 and a plurality of longitudinal portions 4a are provided in the longitudinal direction of the moving blade.
And a lateral portion 4b which is in communication with these portions and which is open in the turbine casing at the side edge of the moving blade and is located near the tip of the moving blade.

【0005】上記構成の従来のハイブリッド型セラミッ
ク動翼において、金属芯金1は冷却空気通路4内を流れ
る冷却空気によって冷却される。しかして、金属芯金1
とセラミックスリーブ3とは断熱材層2によって隔離さ
れているため、高温ガスとの直接の接触により高温とな
ったセラミックスリーブ3の金属芯金1に対する熱的な
影響は少なく、金属芯金1は僅かな流量の冷却空気によ
って低温に保持される。一方、セラミックスリーブ3は
高温ガスとの接触によりガス温度と同程度の高温となる
が、冷却されている金属芯金1と断熱材層2を介して接
しているため、奪われる熱量は少なく温度分布が均一と
なっており、熱応力の発生は抑制されている。
In the conventional hybrid ceramic blade having the above structure, the metal core 1 is cooled by the cooling air flowing in the cooling air passage 4. Then, metal core 1
Since the ceramic sleeve 3 and the ceramic sleeve 3 are separated from each other by the heat insulating material layer 2, there is little thermal influence on the metal cored bar 1 of the ceramic sleeve 3 which has become high temperature due to direct contact with the high temperature gas, and the metal cored bar 1 is It is kept cool by a small flow of cooling air. On the other hand, the ceramic sleeve 3 has a temperature as high as the gas temperature due to contact with the high temperature gas, but since it is in contact with the metal core 1 being cooled through the heat insulating material layer 2, the amount of heat taken away is small. The distribution is uniform and the generation of thermal stress is suppressed.

【0006】上記の例示したハイブリッド型セラミック
動翼においては、金属芯金1とセラミックスリーブ3と
の間に断熱材層2を介在させることにより、金属芯金1
を冷却する空気流量を少なくすることができ、定常時に
おけるセラミックスリーブ3の発生熱応力を低くするこ
とができる。
In the hybrid type ceramic moving blade illustrated above, the heat insulating material layer 2 is interposed between the metal core metal 1 and the ceramic sleeve 3 to form the metal core metal 1
It is possible to reduce the flow rate of the air that cools, and to reduce the thermal stress generated in the ceramic sleeve 3 in a steady state.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のハイブリッド型セラミック動翼においては、断熱材
層2の介在による上記のような利点がある反面、セラミ
ックスリーブが高温となることは否めないところであ
る。SiC、Si8 4 5 等のセラミックス材料は、
元来金属材料に比して耐熱性、耐蝕性に優れた特性を有
するものであるが、1000℃以上の超高温度領域では
前記の優れた特性も温度の上昇とともに低下することは
避けられない。
However, in the hybrid type ceramic moving blade having the above-mentioned structure, the ceramic sleeve has a high temperature while the advantages as described above due to the interposition of the heat insulating material layer 2 are unavoidable. .. Ceramic materials such as SiC and Si 8 N 4 T 5 are
Originally, it has excellent heat resistance and corrosion resistance as compared with metallic materials, but in the ultrahigh temperature range of 1000 ° C. or higher, the above excellent characteristics are inevitably decreased with increasing temperature. ..

【0008】また、セラミックスリーブ3における熱応
力は定常時においては上記のように低く保たれるもの
の、緊急停止(トリップ)時の急冷に基づく熱衝撃によ
って発生する熱応力はこれを無視することはできない。
すなわち、定常運転時の動翼の温度が高ければ高いほ
ど、急冷時における熱応力も大となり種々の問題を生じ
る。
Further, although the thermal stress in the ceramic sleeve 3 is kept low as described above in the steady state, the thermal stress generated by the thermal shock due to the rapid cooling at the time of emergency stop (trip) cannot be ignored. Can not.
That is, the higher the temperature of the moving blade during steady operation, the greater the thermal stress during quenching, causing various problems.

【0009】本発明は上記の事情に基づきなされたもの
で、例えばタービントリップ時などのセラミックス材料
部における熱衝撃応力を低減し得るとともに、定常運転
時の酸化損傷低減などの見地から前記セラミックス材料
部を最適温度に保持することができるセラミックス耐熱
壁構を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances. For example, the thermal shock stress in the ceramic material portion at the time of turbine trip can be reduced and the ceramic material portion can be reduced from the viewpoint of reducing oxidative damage during steady operation. It is an object of the present invention to provide a ceramics heat-resistant wall structure capable of maintaining the optimum temperature.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス耐
熱壁構造は、冷却空気により内部から冷却される金属芯
金と、これを包囲するセラミックス材料からなるスリー
ブとを具えるものにおいて、前記金属芯金および前記セ
ラミックスリーブの間の空間を冷却空気または伝熱材料
により満たしたことを特徴とする。
The ceramic heat-resistant wall structure of the present invention comprises a metal cored bar internally cooled by cooling air, and a sleeve made of a ceramic material surrounding the metal cored bar. The space between the gold and the ceramic sleeve is filled with cooling air or a heat transfer material.

【0011】[0011]

【作用】上記構成の本発明のセラミックス耐熱壁構造に
おいては、前記金属芯金を冷却する冷却空気の流量を適
切に設定することにより、前記セラミックスリーブの温
度を最適温度とすることができ、セラミックス耐熱壁構
の長寿命化を図ることができる。
In the ceramic heat-resistant wall structure of the present invention having the above structure, the temperature of the ceramic sleeve can be set to an optimum temperature by appropriately setting the flow rate of the cooling air for cooling the metal cored bar. The life of the heat resistant wall structure can be extended.

【0012】[0012]

【実施例】図9と同一部分には同一符号を付した図1
は、ガスタービン用ハイブリッド動翼に本発明を適用し
た実施例の縦断面図、図2は図1のII―II線における断
面図である。これらの図において、芯金1とこれを包囲
するセラミックスリーブ3との間には、芯金1のクリス
マストリー部1a上端近傍の空隙7においてタービンケ
ーシング内に連通する空間6が形成されており、この空
間6の翼端側には前記冷却空気通路4の横部分4bが連
通されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 in which the same parts as in FIG.
2 is a vertical sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to a hybrid rotor blade for a gas turbine, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. In these drawings, a space 6 communicating with the turbine casing is formed between a core metal 1 and a ceramic sleeve 3 surrounding the core metal 1 in a gap 7 near the upper end of the Christmas tree portion 1a of the core metal 1, A lateral portion 4b of the cooling air passage 4 is connected to the blade tip side of the space 6.

【0013】上記構成の実施例において、金属芯金1は
Ni基の耐熱超合金などを使用して構成し、セラミック
スリーブ3はSiC系、Si3 4 系などの構造用ファ
インセラミックスを使用して構成する。
In the embodiment having the above structure, the metal core 1 is made of a heat-resistant Ni-based superalloy, and the ceramic sleeve 3 is made of structural fine ceramics such as SiC and Si 3 N 4. Configure.

【0014】図示しないタービンディスク側から供給さ
れた冷却空気は、図示矢符Cのように冷却空気通路4の
縦部分4a、横部分4b、空間6を流れてタービンケー
シング内に流出する。すなわち、上記実施例では冷却空
気は芯金1を冷却して昇温した後、空間6内を流れ動翼
外に流出することとなる。
The cooling air supplied from the turbine disk side (not shown) flows through the vertical portion 4a, the horizontal portion 4b, and the space 6 of the cooling air passage 4 as shown by an arrow C in the drawing, and flows out into the turbine casing. That is, in the above embodiment, the cooling air flows through the space 6 after cooling the core metal 1 to raise the temperature, and then flows out of the moving blades.

【0015】セラミックスリーブ3はその表面から高温
ガスによって加熱され、内面から空間6内を流れる冷却
空気によって冷却される。図3(A)は上記実施例の定
常運転時における温度分布を、図3(B)は図9に示し
た従来のハイブリッド型セラミック動翼の温度分布を示
す線図である。本発明の動翼では、セラミックスリーブ
3と金属芯金1との間に冷却空気が流れる空間6が形成
されているため、セラミックスリーブ3内面の最高温度
は従来のそれよりも低下させられている。
The ceramic sleeve 3 is heated by hot gas from its surface and cooled by cooling air flowing in the space 6 from its inner surface. FIG. 3 (A) is a diagram showing the temperature distribution during steady operation of the above embodiment, and FIG. 3 (B) is a diagram showing the temperature distribution of the conventional hybrid ceramic moving blade shown in FIG. In the moving blade of the present invention, since the space 6 through which the cooling air flows is formed between the ceramic sleeve 3 and the metal cored bar 1, the maximum temperature of the inner surface of the ceramic sleeve 3 is lower than that of the conventional one. ..

【0016】図4は各種セラミックス材料の耐酸化性を
比較して示す線図である。この図において、横軸は温
度、縦軸は10000時間経過後の酸化減肉量(酸化に
よる健全素材量の低減量)を示す。一般にセラミックス
材料は耐酸化性に優れているものであるが、1000℃
以上の超高温ではセラミックス材料といえども温度上昇
とともにその耐酸化性は著しく低下する。従って、セラ
ミックス材料の使用最高限界温度は耐酸化性の観点から
決定されることとなる。上記実施例では、10000時
間経過後の酸化減肉量が一定値を超える温度を限界温度
とし、セラミックスリーブ3の最高温度がそれを超えな
いように冷却空気流量を設定する。
FIG. 4 is a diagram showing the oxidation resistance of various ceramic materials in comparison. In this figure, the horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents the amount of oxidative metal loss after 10,000 hours have elapsed (the amount of reduction of the amount of healthy material due to oxidation). Generally, ceramic materials are excellent in oxidation resistance, but 1000 ° C
At the above extremely high temperatures, even a ceramic material, its oxidation resistance decreases significantly as the temperature rises. Therefore, the maximum usable temperature of the ceramic material is determined from the viewpoint of oxidation resistance. In the above-described embodiment, the temperature at which the amount of oxidative wall loss after a lapse of 10,000 hours exceeds a certain value is set as the limit temperature, and the cooling air flow rate is set so that the maximum temperature of the ceramic sleeve 3 does not exceed it.

【0017】一方、セラミックスリーブ3の温度の設定
については発生熱応力に関しても考慮しなければならな
い。定常運転時に発生する熱応力は、セラミックスリー
ブ3内の温度差によってその大きさを左右される。上記
実施例においては、セラミックスリーブ3はその表面が
高温ガスにさらされ、内面が冷却空気によって冷却され
ているため、セラミックスリーブ3内の温度差は図9に
示した断熱材層2を介在させた従来の動翼よりも著しく
大である。この温度差は冷却空気流量を増加させるほど
増大する。
On the other hand, regarding the setting of the temperature of the ceramic sleeve 3, it is necessary to consider the generated thermal stress. The magnitude of the thermal stress generated during steady operation depends on the temperature difference inside the ceramic sleeve 3. In the above embodiment, the surface of the ceramic sleeve 3 is exposed to the high temperature gas and the inner surface is cooled by the cooling air. Therefore, the temperature difference in the ceramic sleeve 3 is caused by the heat insulating material layer 2 shown in FIG. It is significantly larger than conventional blades. This temperature difference increases as the cooling air flow rate increases.

【0018】また、ガスタービンのトリップ時において
は燃焼器の火炎が消失した後も冷却空気が流れ続けるた
め、セラミックスリーブ3には熱衝撃が加えられこれに
より熱応力を発生する。上記のタービントリップ時の熱
衝撃による熱応力は、定常運転時のセラミックスリーブ
の温度Tc とトリップ時の冷却空気温度Tg との差△T
(=Tc −Tg )、セラミックスリーブ3と冷却空気と
の間の熱伝達率h、セラミックス材料の熱伝導率k、セ
ラミックス材料の線熱膨張係数α、ヤング率E、比熱C
等によって決定される。
Further, when the gas turbine is tripped, the cooling air continues to flow even after the flame of the combustor disappears, so that thermal shock is applied to the ceramic sleeve 3 and thereby thermal stress is generated. The thermal stress due to the thermal shock during the turbine trip is the difference ΔT between the temperature T c of the ceramic sleeve during the steady operation and the cooling air temperature T g during the trip.
(= T c −T g ), heat transfer coefficient h between the ceramic sleeve 3 and the cooling air, thermal conductivity k of the ceramic material, linear thermal expansion coefficient α of the ceramic material, Young's modulus E, specific heat C
Etc.

【0019】ここで、定常運転時のセラミックスリーブ
3の温度Tc のみに着目して発生熱応力について考察す
ると、△Tが大きければ大きいほどすなわちTc が高け
れば高いほど、トリップ時熱衝撃によって発生する熱応
力は大となる。図5は横軸に定常運転時の温度をとっ
て、タービントリップ時の熱衝撃による発生応力と定常
時の熱応力とを示す線図である。但し、この場合定常運
転時の作動流体ガス温度は1550℃としてある。この
図から、定常運転時のセラミックスリーブ温度Tc が高
くなるようにすれば、定常運転時熱応力を低く押さえる
ことができるものの、反対にタービントリップ時の熱衝
撃による熱応力は大きくなることが分る。実際に最適温
度を設定するには、上記のそれぞれの発生応力が材料強
度に対してどの程度のレベルにあるかを考慮しなければ
ならない。一般にセラミックス材料の破壊強度特性は、
負荷時間の増大によって低下する遅れ破壊特性を示すも
のであり、有効負荷時間teff に対して次式のような関
係を持つものとなる。 σf =K(1/teff nf ……………………(1) 但し、Kは定数、nf は強度劣化指数 ここで、teff は時間tによって変動する負荷応力σ
(t) に対して等価な有効負荷時間を次式のように換算し
たものである。
Considering only the temperature T c of the ceramic sleeve 3 during steady operation, the thermal stress generated will be considered. The larger ΔT is, that is, the higher T c is, the more the thermal shock occurs during trip. The generated thermal stress is large. FIG. 5 is a diagram showing the stress generated during thermal trip during turbine trip and the thermal stress during steady state, with the temperature during steady operation taken along the horizontal axis. However, in this case, the working fluid gas temperature during steady operation is 1550 ° C. From this figure, it is possible to suppress the thermal stress during steady operation to a low level by increasing the ceramic sleeve temperature T c during steady operation, but on the contrary, the thermal stress due to thermal shock during turbine trip may increase. I understand. In order to actually set the optimum temperature, it is necessary to consider at what level each of the generated stresses described above is with respect to the material strength. Generally, the fracture strength characteristics of ceramic materials are
It shows a delayed fracture characteristic that decreases as the load time increases, and has the following relationship with the effective load time t eff . σ f = K (1 / t eff ) nf (1) where K is a constant, n f is the strength deterioration index, and t eff is the load stress σ that changes with time t.
The effective load time equivalent to (t) is converted as follows.

【0020】ここに、トリップ1回当りの有効負荷時間
をteff とし、保証回数をNf とすると、累積有効負荷
時間Nf eff に対する破壊強度は、式(1)によって
求められる。この破壊強度をσftrip とする。また、定
常時熱応力に対しては保証運転時間t(=teff )に対
する強度を前記式(1)によって求め、これをσ
fsteady とする。
Here, assuming that the effective load time per trip is t eff and the guaranteed number of times is N f , the fracture strength with respect to the cumulative effective load time N f t eff can be obtained by the equation (1). This fracture strength is σ ftrip . For steady-state thermal stress, the strength with respect to the guaranteed operation time t (= t eff ) is calculated by the above equation (1), and this is calculated as σ
fsteady .

【0021】図6は定常運転時熱応力とトリップ時熱応
力それぞれについて、材料強度に対する比すなわち安全
裕度を次式(3)、(4)により求めて示した線図であ
る。 定常運転時熱応力に対する安全裕度……σfsteady /σmax ……(3) トリップ時熱応力に対する安全裕度……σftrip /σmax ………(4)
FIG. 6 is a diagram showing the ratio of the material strength to the thermal stress during steady operation and the thermal stress during trip, that is, the safety margin, obtained by the following equations (3) and (4). Safety margin against thermal stress during steady-state operation …… σ fsteady / σ max …… (3) Safety margin against thermal stress during trip …… σ ftrip / σ max ……… (4)

【0022】また前記図6には、酸化特性から求められ
る耐熱限界も合わせて示されている。前記実施例におい
ては、最適なセラミックスリーブ3の温度TC は次のよ
うな条件を満足するように設定される。すなわち、Tc
は酸化耐熱限界以下の範囲とし、定常運転時熱応力に対
する安全裕度とトリップ時熱応力に対する安全裕度との
何れか低い方を、それら両者が重畳した場合の安全裕度
とし、この重畳した安全裕度が最大となる温度を最適温
度とする。
Further, FIG. 6 also shows the heat resistance limit obtained from the oxidation characteristics. In the above embodiment, the optimum temperature T C of the ceramic sleeve 3 is set so as to satisfy the following conditions. That is, T c
Is less than the oxidation heat resistance limit, and the safety margin for thermal stress during steady-state operation or the safety margin for trip thermal stress, whichever is lower, is taken as the safety margin when the two are superposed. The temperature that maximizes the safety margin is the optimum temperature.

【0023】上記構成の実施例においては、高温ガスに
さらされるセラミックスリーブ3をその内側から冷却空
気によって冷却しているので、セラミックス材料の耐酸
化性、定常運転時の発生熱応力、トリップ時の熱衝撃に
よる発生熱応力の3観点から決定されるセラミツクスリ
ーブ3の最適温度を、冷却空気流による放熱制御により
設定することができる。
In the embodiment having the above construction, since the ceramic sleeve 3 exposed to the high temperature gas is cooled from the inside by the cooling air, the oxidation resistance of the ceramic material, the thermal stress generated during the steady operation, and the trip during the trip. The optimum temperature of the ceramic sleeve 3, which is determined from the three viewpoints of the thermal stress generated by the thermal shock, can be set by the heat radiation control by the cooling air flow.

【0024】図1と同一部分には同一符号を付した図7
は本発明の第2の実施例の縦断面図である。この実施例
においては、冷却空気通路4の横部分4bがタービンケ
ーシング内に開口しており、金属芯金1のクリスマスト
リー部1a近傍には前記冷却空気通路の縦部分4aと前
記空間6を連通させる透孔8、8が設けてあり、前記金
属芯金1の先端近傍には前記冷却空気通路4の縦部分4
aとタービンケーシング内を連通させる透孔9、9が設
けてある。
7 in which the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
FIG. 6 is a vertical sectional view of a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the lateral portion 4b of the cooling air passage 4 is opened in the turbine casing, and the vertical portion 4a of the cooling air passage and the space 6 are communicated with each other near the Christmas tree portion 1a of the metal core 1. Through holes 8, 8 are provided to allow the vertical portion 4 of the cooling air passage 4 to be provided near the tip of the metal core 1.
Through holes 9, 9 are provided for communicating between a and the turbine casing.

【0025】この実施例においては、冷却空気は図示矢
符C1 のように縦部分4aから横部分4bを経由してタ
ービンケーシング内に放出される流路と、透孔8、8か
ら空間6内に入り透孔9、9からタービンケーシング内
に放出される流路との双方を流れ、セラミックスリーブ
3は芯金1を冷却した後の空気ではなく供給された冷却
空気により直接に冷却される。最適温度の設定などは前
記図1〜図2に示した実施例と同様にしてなされるが、
本実施例においてはセラミックスリーブ3が供給される
冷却空気により直接に冷却されるため、セラミックスリ
ーブ3をより低温とすることができる。
In this embodiment, the cooling air is discharged into the turbine casing from the vertical portion 4a through the horizontal portion 4b as indicated by arrow C 1 in the drawing, and the through holes 8 and 8 to the space 6 are provided. The ceramic sleeve 3 flows directly into the turbine casing through the through holes 9 and 9 and is discharged into the turbine casing, and the ceramic sleeve 3 is directly cooled by the supplied cooling air instead of the air after cooling the core metal 1. .. The setting of the optimum temperature and the like are performed in the same manner as in the embodiment shown in FIGS.
In this embodiment, since the ceramic sleeve 3 is directly cooled by the supplied cooling air, the temperature of the ceramic sleeve 3 can be lowered.

【0026】図1、図7と同一部分には同一符号を付し
た図8は本発明の第3の実施例の縦断面図である。この
実施例においては、図9に示した従来例の断熱材層2に
代えて適宜熱伝導率を有する伝熱材層10を設けてあ
る。
FIG. 8 in which the same parts as those in FIGS. 1 and 7 are designated by the same reference numerals is a vertical sectional view of a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a heat transfer material layer 10 having an appropriate thermal conductivity is provided in place of the conventional heat insulation material layer 2 shown in FIG.

【0027】この実施例においては、セラミックスリー
ブ3は伝熱材層10を介して金属芯金1に接しているた
め、金属芯金1の空気冷却の影響下にあり伝熱材層10
を介して除熱されることとなる。従って、伝熱材の熱伝
導率を適切に選定することによりセラミックスリーブの
温度を最適値とすることができる。
In this embodiment, since the ceramic sleeve 3 is in contact with the metal core 1 via the heat transfer material layer 10, it is under the influence of air cooling of the metal core 1 and the heat transfer material layer 10
The heat will be removed via. Therefore, the temperature of the ceramic sleeve can be set to the optimum value by appropriately selecting the thermal conductivity of the heat transfer material.

【0028】[0028]

【発明の効果】上記から明らかなように本発明の耐熱壁
構造においては、金属芯金を冷却する冷却空気流量の調
整、設定等により、セラミックスリーブの温度を最適温
度に設定することができ、ハイブリッド型セラミック動
翼の長寿命化を図ることができる。
As is apparent from the above, in the heat resistant wall structure of the present invention, the temperature of the ceramic sleeve can be set to the optimum temperature by adjusting and setting the flow rate of the cooling air for cooling the metal cored bar. It is possible to extend the life of the hybrid ceramic blade.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ガスタービン用ハイブリッド動翼に本発明を適
用した実施例の縦断面図。
FIG. 1 is a vertical sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to a hybrid rotor blade for a gas turbine.

【図2】図1のII―II線における断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】Aは上記実施例の定常運転時における温度分布
を、Bは図9に示した従来のハイブリッド型セラミック
動翼の温度分布を示す線図。
FIG. 3A is a diagram showing a temperature distribution during steady operation of the above embodiment, and B is a diagram showing a temperature distribution of the conventional hybrid ceramic moving blade shown in FIG.

【図4】各種セラミックス材料の耐酸化性を比較して示
す線図。
FIG. 4 is a diagram showing a comparison of oxidation resistance of various ceramic materials.

【図5】横軸に定常運転時の温度をとって、タービント
リップ時の熱衝撃による発生応力と定常時の熱応力とを
示す線図。
FIG. 5 is a diagram showing the stress generated by thermal shock during turbine trip and the thermal stress during steady state, with the temperature during steady operation taken on the horizontal axis.

【図6】定常運転時熱応力とトリップ時熱応力それぞれ
について、材料強度に対する比すなわち安全裕度を計算
により求めて示した線図。
FIG. 6 is a diagram showing the ratio of material strength to the thermal stress during steady operation and the thermal stress during trip, that is, the safety margin calculated by calculation.

【図7】本発明の第2の実施例の縦断面図。FIG. 7 is a vertical sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3の実施例の縦断面図。FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of the third embodiment of the present invention.

【図9】従来のハイブリッド型セラミック動翼の代表的
な例の縦断面図。
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view of a typical example of a conventional hybrid ceramic moving blade.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…金属芯金 1a…クリスマストリー部 2…断熱材層 3…セラミックスリーブ 4…冷却空気通路 4a…縦部分 4b…横部分 5…耐熱コーティング 6…空間 7…空隙 8、9…透孔 10…伝熱材層 C、C1 …矢符DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal core 1a ... Christmas tree part 2 ... Insulating material layer 3 ... Ceramic sleeve 4 ... Cooling air passage 4a ... Vertical part 4b ... Horizontal part 5 ... Heat-resistant coating 6 ... Space 7 ... Void 8, 9 ... Through hole 10 ... Heat transfer material layer C, C 1 ... Arrow

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 隆 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Ikeda 2-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Keihin Office

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 冷却空気により内部から冷却される金属
芯金と、これを包囲するセラミックス材料からなるスリ
ーブとを具えるものにおいて、前記金属芯金および前記
セラミックスリーブの間の空間を冷却空気または伝熱材
料により満たしたことを特徴とするセラミックス耐熱壁
構造。
1. A metal cored bar which is cooled from the inside by cooling air, and a sleeve made of a ceramic material which surrounds the metal cored bar, wherein a space between the metal cored bar and the ceramic sleeve is cooled with air or Ceramic heat-resistant wall structure characterized by being filled with a heat transfer material.
JP23360691A 1991-09-13 1991-09-13 Ceramic heat-resistant wall structure Pending JPH0571303A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23360691A JPH0571303A (en) 1991-09-13 1991-09-13 Ceramic heat-resistant wall structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23360691A JPH0571303A (en) 1991-09-13 1991-09-13 Ceramic heat-resistant wall structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0571303A true JPH0571303A (en) 1993-03-23

Family

ID=16957687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23360691A Pending JPH0571303A (en) 1991-09-13 1991-09-13 Ceramic heat-resistant wall structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0571303A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008536050A (en) * 2005-04-14 2008-09-04 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Steam turbine equipment components, steam turbine equipment, and utilization and manufacturing methods of steam turbine equipment components
JP2011174463A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 General Electric Co <Ge> Turbine blade with shielded coolant supply passageway

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008536050A (en) * 2005-04-14 2008-09-04 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Steam turbine equipment components, steam turbine equipment, and utilization and manufacturing methods of steam turbine equipment components
JP2011174463A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 General Electric Co <Ge> Turbine blade with shielded coolant supply passageway
DE102011000878B4 (en) 2010-02-25 2022-03-03 General Electric Company Turbine blade with shielded coolant supply channel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6241469B1 (en) Turbine blade
EP1890009B1 (en) Turbine shroud thermal distortion control
CN100402800C (en) Synthetic high-temp assembly and manufacturing method therefor
EP1085171B1 (en) Thermal barrier coated squealer tip cavity
JP2668207B2 (en) Aerof oil section of gas turbine engine turbine
CA2565266C (en) Fluid flow machine blade
US6612808B2 (en) Article wall with interrupted ribbed heat transfer surface
US8157527B2 (en) Airfoil with tapered radial cooling passage
US5279111A (en) Gas turbine cooling
JP2002523675A (en) Turbine blade
JP2002539350A (en) Turbine blade and method of manufacturing the same
US4259037A (en) Liquid cooled gas turbine buckets
EP2607624A1 (en) Vane for a turbomachine
GB1574166A (en) Liquid cooled gas turbine blades
JP2008525698A (en) Components with embedded passages, especially hot gas components of turbomachines
US7128530B2 (en) Coolable component
US20060251515A1 (en) Airfoil with a porous fiber metal layer
US5584652A (en) Ceramic turbine nozzle
US3314650A (en) Cooled blade
US2308233A (en) Rotor in elastic fluid turbine
JP2001050005A (en) Friction-receiving component of thermal turbo machinery
JPH0571303A (en) Ceramic heat-resistant wall structure
US11174753B2 (en) Guide vane for a turbomachine
JPH05240003A (en) Gas turbine blade
WO2013004656A1 (en) Liquid metal cooled blade