JPH0811921B2 - タービンロータ - Google Patents
タービンロータInfo
- Publication number
- JPH0811921B2 JPH0811921B2 JP62141271A JP14127187A JPH0811921B2 JP H0811921 B2 JPH0811921 B2 JP H0811921B2 JP 62141271 A JP62141271 A JP 62141271A JP 14127187 A JP14127187 A JP 14127187A JP H0811921 B2 JPH0811921 B2 JP H0811921B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine rotor
- blade
- pores
- blade surface
- surface portion
- 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.)
- Expired - Fee Related
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Classifications
-
- 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
- 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
- F01D5/284—Selection of ceramic materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明タービンロータは、ターボチャージャー、ガス
タービン等に好適に利用される。
タービン等に好適に利用される。
「従来の技術」 近年、タービンロータを軽量化し加速応答性を向上さ
せるとともに、ガス温度の上昇に対処するため、翼車が
セラミックス製であるものが用いられている。そして、
翼車は高温で高速回転することから、用いられるセラミ
ックスとしては高温強度に優れ破壊靭性値の高い窒化ケ
イ素が主成分であって、信頼性を上げるためにほとんど
気孔を有しない緻密焼結体であるのが一般的である。
せるとともに、ガス温度の上昇に対処するため、翼車が
セラミックス製であるものが用いられている。そして、
翼車は高温で高速回転することから、用いられるセラミ
ックスとしては高温強度に優れ破壊靭性値の高い窒化ケ
イ素が主成分であって、信頼性を上げるためにほとんど
気孔を有しない緻密焼結体であるのが一般的である。
「発明が解決しようとする問題点」 しかし、セラミックスは金属より破壊靭性値が低いた
め、排気マニホールドからの酸化スケールの飛び込みに
よって翼カケ、翼車破損等が生じ易いという問題点があ
る。
め、排気マニホールドからの酸化スケールの飛び込みに
よって翼カケ、翼車破損等が生じ易いという問題点があ
る。
本発明は、セラミック製翼車を用いたタービンロータ
における上記の問題点を解決することを目的とする。
における上記の問題点を解決することを目的とする。
「問題点を解決するための手段」 その手段は、セラミックス製翼車を具備するものにお
いて、翼表面部と該翼表面部より緻密な翼内部とは同材
質であり、該翼表面部に最大径20μｍの気孔が２〜10体
積％で分布しているタービンロータである。
いて、翼表面部と該翼表面部より緻密な翼内部とは同材
質であり、該翼表面部に最大径20μｍの気孔が２〜10体
積％で分布しているタービンロータである。
「作用」 気孔の分布により翼部全体のヤング率及び硬度が低く
なり、翼部が弾性変形し易くなる。従って酸化スケール
との衝突の際に翼部が受ける衝撃のエネルギーをかかる
弾性変形により吸収し、カケを防止する。また気孔がク
ラックの進展を阻害する。すなわち見掛上ＫICが大きく
なる。
なり、翼部が弾性変形し易くなる。従って酸化スケール
との衝突の際に翼部が受ける衝撃のエネルギーをかかる
弾性変形により吸収し、カケを防止する。また気孔がク
ラックの進展を阻害する。すなわち見掛上ＫICが大きく
なる。
しかし、セラミックスの強度は最大気孔径に依存する
から、機械的強度が実用に耐えない程度にまで低下する
ことのないよう、最大気孔径を20μｍに限定した。また
気孔の割合が２体積％に満たないと上記の作用に乏し
く、10体積％を越えると耐熱性が著しく劣化するので２
〜10体積％に限定した。このように気孔を分布させる方
法としては、有機物のように焼失可能な物質を翼部成形
体にのみ分散させておき焼成する方法、非酸化性雰囲気
で飛散しやすい酸化物を添加しておき、熱処理により飛
散させる方法等がある。
から、機械的強度が実用に耐えない程度にまで低下する
ことのないよう、最大気孔径を20μｍに限定した。また
気孔の割合が２体積％に満たないと上記の作用に乏し
く、10体積％を越えると耐熱性が著しく劣化するので２
〜10体積％に限定した。このように気孔を分布させる方
法としては、有機物のように焼失可能な物質を翼部成形
体にのみ分散させておき焼成する方法、非酸化性雰囲気
で飛散しやすい酸化物を添加しておき、熱処理により飛
散させる方法等がある。
なお、衝突の際、一番強く衝撃を受けるのは翼表層部
であって、ハブ部付近や翼内部は強度的観点からむしろ
緻密であるほうが望ましいから、翼部の気孔分布は均一
に限らず、気孔の体積率が翼表面から内部に向かって漸
減していくような組織を有するものであっても良い。
であって、ハブ部付近や翼内部は強度的観点からむしろ
緻密であるほうが望ましいから、翼部の気孔分布は均一
に限らず、気孔の体積率が翼表面から内部に向かって漸
減していくような組織を有するものであっても良い。
更に、翼表面部と翼内部とは、同材質であるため、気
孔の存在する翼表面部が、翼部から剥離することがな
い。
孔の存在する翼表面部が、翼部から剥離することがな
い。
「実施例」 重量基準で、平均粒径0.5μｍ、α率90％の窒化ケイ
素95％、酸化アルミニウム２％、酸化イットリウム２％
及び酸化マグネシウム１％よりなる配合粉末に有機質成
形助剤を添加し混合し、射出成形法により第１図に示す
翼部２とハブ部３とを同時に一体成形し、脱脂後、圧力
2000kg/cm2で静水圧プレスを行い、雰囲気加圧焼結法に
より20気圧、1800℃、２時間保持、次いで75気圧、1850
℃、１時間保持の条件で焼成し、更に窒化ケイ素質ケー
ス内に入れて５気圧、1900℃、２時間保持の条件で熱処
理を行うことにより、本発明タービンロータ１を製造し
た。
素95％、酸化アルミニウム２％、酸化イットリウム２％
及び酸化マグネシウム１％よりなる配合粉末に有機質成
形助剤を添加し混合し、射出成形法により第１図に示す
翼部２とハブ部３とを同時に一体成形し、脱脂後、圧力
2000kg/cm2で静水圧プレスを行い、雰囲気加圧焼結法に
より20気圧、1800℃、２時間保持、次いで75気圧、1850
℃、１時間保持の条件で焼成し、更に窒化ケイ素質ケー
ス内に入れて５気圧、1900℃、２時間保持の条件で熱処
理を行うことにより、本発明タービンロータ１を製造し
た。
比較のために熱処理をしていないことを除くほかは本
発明のタービンロータ１と同一条件で理論密度に対して
99％以上の密度を有する比較用タービンロータを製造し
た。
発明のタービンロータ１と同一条件で理論密度に対して
99％以上の密度を有する比較用タービンロータを製造し
た。
これら二種のタービンロータの翼部の気孔量を測定し
たところ、本発明タービンロータ１で4.3体積％、比較
用タービンロータで１体積％以下であった。また、本発
明及び比較用のタービンロータの翼部の断面を走査型電
子顕微鏡で観察したところの写真をそれぞれ第２図及び
第３図に示す。これら写真から本発明タービンロータの
翼部には最大径10μｍの気孔が分布しているが、比較用
タービンロータの翼部にはほとんど気孔が存在しないこ
とが確認された。
たところ、本発明タービンロータ１で4.3体積％、比較
用タービンロータで１体積％以下であった。また、本発
明及び比較用のタービンロータの翼部の断面を走査型電
子顕微鏡で観察したところの写真をそれぞれ第２図及び
第３図に示す。これら写真から本発明タービンロータの
翼部には最大径10μｍの気孔が分布しているが、比較用
タービンロータの翼部にはほとんど気孔が存在しないこ
とが確認された。
上記二種のタービンロータに金属軸を接合し950℃の
燃焼ガスを吹き付けて周速350m/secで回転させながら、
燃焼ガス中に種々の重量の鋼球を投入し、翼部に衝突さ
せ、カケや割れが発生しはじめたときの鋼球の重量を測
定したところ、本発明の場合で12mg、比較例の場合で7m
gであった。
燃焼ガスを吹き付けて周速350m/secで回転させながら、
燃焼ガス中に種々の重量の鋼球を投入し、翼部に衝突さ
せ、カケや割れが発生しはじめたときの鋼球の重量を測
定したところ、本発明の場合で12mg、比較例の場合で7m
gであった。
「発明の効果」 セラミックス製タービンロータの耐衝撃性が向上す
る。
る。
第１図はタービンロータの軸方向断面図、第２図及び第
３図はそれぞれ本発明及び比較用タービンロータの翼車
断面の粒子構造の電子顕微鏡写真である。 １……タービンロータ、２……翼部、３……ハブ部
３図はそれぞれ本発明及び比較用タービンロータの翼車
断面の粒子構造の電子顕微鏡写真である。 １……タービンロータ、２……翼部、３……ハブ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−79102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−27643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−29001（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−111975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−111976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−101003（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−51404（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】セラミックス製翼車を具備するものにおい
て、翼表面部と該翼表面部より緻密な翼内部とは同材質
であり、該翼表面部に最大径20μｍの気孔が２〜10体積
％で分布していることを特徴とするタービンロータ。 - 【請求項２】気孔の体積率が翼表面から内部に向かって
漸減している特許請求の範囲第１項記載のタービンロー
タ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62141271A JPH0811921B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | タービンロータ |
| US07/201,722 US4878812A (en) | 1987-06-05 | 1988-06-03 | Turbine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62141271A JPH0811921B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | タービンロータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63306203A JPS63306203A (ja) | 1988-12-14 |
| JPH0811921B2 true JPH0811921B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=15288010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62141271A Expired - Fee Related JPH0811921B2 (ja) | 1987-06-05 | 1987-06-05 | タービンロータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4878812A (ja) |
| JP (1) | JPH0811921B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0684721B2 (ja) * | 1988-11-26 | 1994-10-26 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素製翼 |
| JPH0686815B2 (ja) * | 1990-01-17 | 1994-11-02 | 日本碍子株式会社 | セラミックターボチャージャロータの製造方法 |
| US6250883B1 (en) * | 1999-04-13 | 2001-06-26 | Alliedsignal Inc. | Integral ceramic blisk assembly |
| EP1247941A1 (de) * | 2001-04-03 | 2002-10-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Gasturbinenschaufel |
| US6866478B2 (en) * | 2002-05-14 | 2005-03-15 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Miniature gas turbine engine with unitary rotor shaft for power generation |
| US10393134B2 (en) * | 2017-08-04 | 2019-08-27 | Borgwarner Inc. | Polymeric compressor wheel with metal sleeve |
| JP7002306B2 (ja) * | 2017-11-29 | 2022-01-20 | 三菱重工業株式会社 | タービンホイール、ターボチャージャー及びタービンホイールの製造方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3905723A (en) * | 1972-10-27 | 1975-09-16 | Norton Co | Composite ceramic turbine rotor |
| JPS6027643A (ja) * | 1983-07-27 | 1985-02-12 | 株式会社日立製作所 | 高温構造部材 |
| JPS6079102A (ja) * | 1983-10-06 | 1985-05-04 | Nissan Motor Co Ltd | セラミツクタ−ビンロ−タ |
| US4571414A (en) * | 1984-04-11 | 1986-02-18 | General Electric Company | Thermoplastic molding of ceramic powder |
| JPH0413363Y2 (ja) * | 1984-09-07 | 1992-03-27 | ||
| JPS6186211A (ja) * | 1984-10-04 | 1986-05-01 | 日本碍子株式会社 | セラミックス複合構造体及びその製造法 |
| US4693986A (en) * | 1985-06-25 | 1987-09-15 | Orthomatrix, Inc. | Ceramic process and products |
| JPS6329001A (ja) * | 1986-07-23 | 1988-02-06 | Toyota Motor Corp | セラミツク製タ−ボホイ−ル |
| JPH0413363U (ja) * | 1990-05-28 | 1992-02-03 |
-
1987
- 1987-06-05 JP JP62141271A patent/JPH0811921B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-06-03 US US07/201,722 patent/US4878812A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4878812A (en) | 1989-11-07 |
| JPS63306203A (ja) | 1988-12-14 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |