JPH0658102A - ガスタービン動翼 - Google Patents

ガスタービン動翼

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JPH0658102A
JPH0658102A JP20877992A JP20877992A JPH0658102A JP H0658102 A JPH0658102 A JP H0658102A JP 20877992 A JP20877992 A JP 20877992A JP 20877992 A JP20877992 A JP 20877992A JP H0658102 A JPH0658102 A JP H0658102A
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JP
Japan
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shank
gas turbine
blade
rotor blade
wedge
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Application number
JP20877992A
Other languages
English (en)
Inventor
Masato Nakayama
真人 中山
Takashi Machida
隆志 町田
Tetsuo Teramae
哲夫 寺前
Haruichi Hamada
晴一 浜田
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Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】セラミック翼根部とシャンク部との嵌合凹部が
運転時の遠心力で口開き変形するのを防止し、セラミッ
ク翼先端部のギャップクリアランスを管理する。 【構成】耐熱性に優れたセラミックスを動翼の一部に利
用した動翼構造において、セラミック翼根部とシャンク
部との嵌合凹部が運転時に遠心力によって口開き変形す
るのを拘束してこの嵌合凹部の口開き変形するのを拘束
して、隣り合うシャンク部5間にくさび形状をした部品
6を設置し、この部品6が運転時の遠心力によりロータ
の回転半径方向に変位することによって、シャンク部5
の嵌合凹部に閉じる方向に力が加わる構造となる。ま
た、シャンク部5とくさび形状をした部品6との接触面
には、耐熱性の高温潤滑剤が塗布されている。またシャ
ンクシェル(側板7,8)で両側を拘束する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン用の動翼構
造に係り、特に、燃焼ガスの温度を高めて高効率を達成
することの可能な耐熱性に優れたガスタービン用動翼構
造に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンの性能は、タービン入口温
度を高くすることにより飛躍的に向上する。しかしなが
ら、現状では、タービン動翼用耐熱合金には使用温度限
界があるため、限界を越えて使用する際には、動翼内に
複雑な冷却空気流路を形成し、圧縮機から冷却空気を送
り込まなければならない。
【0003】従って、冷却空気を大量に使用することは
ガスタービン全体として大きな効率低下となる為、ター
ビン入口温度は頭打ちの状況にある。
【0004】この耐熱合金に代わる有力な候補材料とし
て、セラミックスが近年盛んに検討されている。炭化け
い素,窒化けい素等のセラミックスは1400℃程度の
耐熱温度を有する為、無冷却、若しくは従来に比べて大
幅に冷却空気量を低減してガスタービン用動翼に用いる
ことができ、従って、ガスタービンの性能向上が可能と
なる。しかしながら、セラミックスは、金属材料に比べ
脆いという欠点を有している。
【0005】そこで、特開昭62−41902号公報に
示されるように、耐熱性に優れたセラミックスを動翼の
一部に利用した動翼構造も提案されている。
【0006】このセラミックスを一部利用した動翼構造
は、燃焼ガスの当たる翼部、及びダブティル状の翼根部
がセラミックス,翼根部に連なるシャンク部が金属材料
からなり、前記翼根部とシャンク部とが嵌合連結構造と
なっている。
【0007】この嵌合連結構造は、ダブティル状の翼根
部とシャンク部が局所的に接触することを避け、応力集
中によるセラミックスの破壊を防いでいる。また、翼根
部の内部に温度差を生じにくくし、熱応力による破壊を
防ぐ構造となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、前記の
従来技術により、セラミック翼根部とシャンク部の局所
的な接触、及び翼根部内部に発生する温度差は極力低減
することができたが、以下の問題点が残されている。
【0009】セラミック翼根部とシャンク部の嵌合部で
は、ガスタービン運転時に加わる遠心力によって、シャ
ンク部の嵌合凹部に口開き変形が生じる。従って、この
口開き変形により、嵌合部ではセラミック翼根部とシャ
ンク部の接触不具合が生じ、また、セラミック翼先端部
では、翼先端チップクリアランスが変化してしまい、動
翼の信頼性を著しく低下させるという問題がある。
【0010】本発明の目的は、係る問題を解決する為
に、ガスタービン運転時においてもシャンク部の嵌合凹
部の口開き変形を防ぐことのできるガスタービン用動翼
構造を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的は、隣り合うシ
ャンク部間にくさび形状をした部品を設置し、シャンク
部の嵌合凹部を閉じる方向に力を作用させる構造とする
ことにより、達成される。
【0012】本発明は、セラミック動翼のダブティル状
翼根部を金属製のディスク若しくはシャンクの凹部に嵌
合させてなるガスタービン動翼において、嵌合凹部の口
開き変形を拘束する部材を付設してなることを特徴とす
る。
【0013】この変形拘束部材の代表例は、シャンク間
に配設されるくさび形状部材(所謂くさび型)と、シャ
ンク又はディスクの両縁側に接合された板状部材(両縁
はタービン翼との関係で規定され、すなわちこの部材は
側板に相当している。所謂ボックス構造)である。
【0014】すなわち、本発明のガスタービン用動翼構
造の代表例は、隣り合うシャンク部間に設置されたくさ
び形状部品が運転時の遠心力によりロータ回転半径方向
に変位し、これによってシャンク部の嵌合凹部を閉じる
方向に力が加わる構造とすることを特徴とするものであ
る。
【0015】また、前記シャンク部と口開き変形防止構
造部品であるくさび形状部品との接触面には、耐熱性の
高温潤滑剤を塗布し、くさび形状部品が遠心力によりロ
ータ回転半径方向に変位し易くさせるとともに、ガスタ
ービン定期点検時に容易に分離点検できるようにするこ
とが好ましい。
【0016】また前記目的は、セラミック翼根部とシャ
ンク部の嵌合凹部に側板を接合し、シャンク部の嵌合凹
部を口開き変形しないようなボックス構造とすることに
より達成される。
【0017】すなわち、本発明のガスタービン用動翼構
造の他の代表例は、シャンク部の嵌合凹部が口開き変形
しないように、セラミック翼根部挿入口を側板によって
強化し、シャンク部の嵌合凹部がボックス構造となるこ
とを特徴とするものである。
【0018】ボックス構造にする為の側板の接合は、拡
散接合,溶接,電子ビーム利用によるなど、物理的,化
学的な接合でもねじ締結等による機械的な接合でも差し
支えない。
【0019】尚、上記2つの代表例の組合せ、或いはこ
れらと更に他の工夫によるものを組み合わせることは勿
論有効である。
【0020】
【作用】セラミック翼根部とシャンク部の嵌合凹部が運
動時の遠心力により口開き変形することを防ぐことがで
き、従って、セラミック翼先端部のギャップクリアラン
スを正確に管理することが可能となる。
【0021】セラミック翼根部とシャンク部の嵌合凹部
が、ガスタービン運転時の遠心力により口開き変形する
ことを防ぐことができ、従って、セラミック翼根部とシ
ャンク部の接触面、及びセラミック翼先端のチップクリ
アランスを正確に管理することが可能となる。
【0022】
【実施例】次に、本発明の第1の実施例を図面の図1〜
4に基づいて説明する。
【0023】図1は本発明の実施例を示す図である。こ
の図において、本実施例に係るガスタービン用動翼1
は、セラミックスで構成された翼部2と、金属で構成さ
れたシャンク部5とが嵌合連結された構造となってい
る。
【0024】翼部2は、流線型状に形成された翼本体3
と、この翼本体付根に形成された翼根部4とが一体に構
成されている。翼根部4は、抜け止め用に凸型状に形成
されており、シャンク部5に形成された嵌合凹部に嵌合
されて連結している。
【0025】嵌合凹部の口開き変形を防止する部品6
は、隣り合うシャンク部5間に設置され、くさび形状を
している。この前記くさび形状部品6は、高温耐熱性材
料で構成されている。
【0026】嵌合凹部の口開き変形を防止する部品6
は、図2の一点鎖線で示されるように、翼コード方向に
挿入される。シャンク部5と口開き変形を防止する部品
6との接触面は、テーパ接触面となる形状に形成されて
おり、この接触面には耐熱性に優れた高温潤滑剤が塗布
されている。
【0027】シャンク部5の前面および後面には、高温
耐熱性材料によって構成された一対のシャンクシェル
7,8が断熱材9を介して組み付けられている。これに
よって、前記嵌合凹部の口開き変形を防止する部品6が
翼コード方向に変位しないような構造となっている。
尚、シャンクシェル7,8も側板として口開き変形拘束
抑制に効果を奏する。
【0028】本実施例によれば、以下の効果がある。
【0029】高温燃焼ガスの当たるセラミック翼部3お
よび翼根部4とシャンク部5とが嵌合連結構造となって
いる場合、本実施例によって、前記嵌合凹部の口開き変
形を防止することができるので、セラミック翼先端のギ
ャップクリアランスAを正確に確保することが可能とな
る。尚、図4において符号10はケーシング、11はロ
ータである。
【0030】また、前記嵌合凹部の口開き変形を防止す
る部品6は、シャンク部5とテーパ接触面を形成するく
さび形状となっているので、運転時に加わる遠心力を利
用することができ、従って、運転時に嵌合凹部の口開き
変形を防止する部品6とシャンク部5の接触面圧が緩和
しない構造となっている。
【0031】更に、嵌合凹部の口開き変形を防止する部
品6とシャンク部5の接触面に耐熱性に優れた高温潤滑
剤を塗布することによって、ガスタービン定期点検時に
容易に分離点検できる構造となっている。
【0032】次に、本発明の第2の実施例を図面の図5
〜9に基づいて説明する。
【0033】図5は、本発明の実施例を示す図である。
この図において本実施例に係るガスタービン用動翼1
は、セラミックスで構成された翼部2と、金属で構成さ
れたシャンク部5とが嵌合連結された構造となってい
る。
【0034】翼部2は、流線型状に形成された翼本体3
と、この翼本体付根に形成された翼根部4とが一体に構
成されている。翼根部4は、抜け止め用に凸型状に形成
されており、シャンク部5に形成された嵌合凹部に嵌合
されて連結している。
【0035】嵌合凹部の口開き変形を防止する側板1
2,13は、シャンク部5の前面及び後面のハッチング
部分に接合される。側板12,13をシャンク部5に接
合する際、側板12,13とセラミック翼根部4との間
には断熱材14,15を配置し、直接側板12,13と
セラミック翼根部4が接触しないようにする。また、前
記断熱材14,15は、セラミック翼部2が翼コード方
向に変位しないような働きも兼ねる構成となっている。
【0036】図6は、シャンク部5に嵌合凹部の口開き
変形を防止する側板12,13を接合した例を示す図で
ある。側板12,13の接合により、シャンク部5の嵌
合凹部はボックス形状となる。
【0037】図7は、嵌合凹部の口開き変形を防止する
側板12を1枚用いた場合の本発明の実施例を示す図で
ある。この場合、シャンク部5の嵌合凹部はコの字型と
なっており、セラミック翼部2は一方向から挿入され
る。上述の例と同様に、側板12の接合により、シャン
ク部5の嵌合凹部はボックス形状となる。
【0038】図8,図9は、嵌合凹部の口開き変形を防
止する側板12を小型化した場合の本発明の実施例を示
す図である。いずれの場合も、シャンク部5の口開き変
形する部分を側板12で強化する構造となっている。
【0039】嵌合凹部の口開き変形を防止する側板1
2,13は、拡散接合,溶接,電子ビームを利用した接
合,ねじ等によってシャンク部5に接合或いは締結され
る。
【0040】本実施例によれば、以下の効果がある。高
温燃焼ガスの当たるセラミック翼本体3及び翼根部4と
シャンク部5とが嵌合連結構造となっている場合、本実
施例によって前記嵌合凹部の口開き変形を防止すること
ができるので、セラミック翼根部4とシャンク部5との
接触具合、及びセラミック翼先端のチップクリアランス
を正確に確保することが可能となる。
【0041】また、嵌合凹部の口開き変形を防止する側
板12を1枚用いた場合、前後2枚の場合に比べて接合
工程が少なくてすみ、更に、強度的にもより高い信頼性
を得ることができる。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、前記嵌合凹部の口開き
変形を防止できる信頼性の高いガスタービン用動翼が得
られ、より効率の高いガスタービンの運転が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るガスタービン動翼構
造の断面図である。
【図2】第1実施例のガスタービン動翼要素の分解斜視
図である。
【図3】図2の要素を組立てた斜視図である。
【図4】動翼をホイールに組み付けてタービンロータを
構成した状態の斜視図である。
【図5】本発明の第2実施例に係るガスタービン動翼の
単位構造の斜視図である。
【図6】図5のシャンク部を示す斜視図である。
【図7】第2実施例の組立斜視図である。
【図8】シャンク部の嵌合凹部付近の斜視図である。
【図9】シャンク部の嵌合凹部付近の斜視図である。
【符号の説明】
1…ガスタービン動翼、2…翼部、3…翼本体、4…翼
根部、5…シャンク部、6…口開き変形防止用くさび部
材、7…シャンクシェル、8…シャンクシェル、9…断
熱材、10…ケーシング、11…ロータ、12…側板、
13…側板、14…断熱材、15…断熱材、A…ギャッ
プクリアランス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺前 哲夫 東京都調布市西つつじヶ丘二丁目4番1号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 浜田 晴一 東京都調布市西つつじヶ丘二丁目4番1号 東京電力株式会社技術研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック動翼のダブティル状翼根部を金
    属製のディスク若しくはシャンクの凹部に嵌合させてな
    るガスタービン動翼において、前記嵌合凹部の口開き変
    形を拘束する部材を付設してなることを特徴とするガス
    タービン動翼。
  2. 【請求項2】前記口開き変形拘束部材がシャンク間に配
    設されるくさび形状の部材であることを特徴とする請求
    項1記載のガスタービン動翼。
  3. 【請求項3】前記シャンクと前記くさび形状部材との接
    触面に耐熱性高温潤滑剤を塗布してなることを特徴とす
    る請求項2記載のガスタービン動翼。
  4. 【請求項4】前記口開き変形拘束部材がシャンク又はデ
    ィスクの両縁側に接合された板状部材であることを特徴
    とする請求項1記載のガスタービン動翼。
  5. 【請求項5】前記板状部材の接合は、拡散接合,溶接,
    電子ビーム利用,ねじ締結から選択されることを特徴と
    する請求項4記載のガスタービン動翼。
JP20877992A 1992-08-05 1992-08-05 ガスタービン動翼 Pending JPH0658102A (ja)

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