JPH0821202A - ラジアルタービンのセラミックノズル - Google Patents
ラジアルタービンのセラミックノズルInfo
- Publication number
- JPH0821202A JPH0821202A JP15208494A JP15208494A JPH0821202A JP H0821202 A JPH0821202 A JP H0821202A JP 15208494 A JP15208494 A JP 15208494A JP 15208494 A JP15208494 A JP 15208494A JP H0821202 A JPH0821202 A JP H0821202A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- ceramic
- height direction
- ceramic nozzle
- radial turbine
- 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.)
- Withdrawn
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 脆性が高いラジアルタービンのセラミックノ
ズルに、熱応力と応力集中が発生することを回避し、破
損を防止するようにする。 【構成】 セラミックノズル１０１に中空部１０を設
け、中空部に高温な燃焼ガス１００を導入するようにし
てノズル内外面の温度差を減小させる。また、セラミッ
クノズルの出口部をノズル高さ方向において半月状と
し、かつ、同出口部の翼弦方向の断面の曲率半径をノズ
ル高さ方向において緩やかに変化するようにして熱応力
と応力集中の発生を防止するようにした。
ズルに、熱応力と応力集中が発生することを回避し、破
損を防止するようにする。 【構成】 セラミックノズル１０１に中空部１０を設
け、中空部に高温な燃焼ガス１００を導入するようにし
てノズル内外面の温度差を減小させる。また、セラミッ
クノズルの出口部をノズル高さ方向において半月状と
し、かつ、同出口部の翼弦方向の断面の曲率半径をノズ
ル高さ方向において緩やかに変化するようにして熱応力
と応力集中の発生を防止するようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ラジアル型のガスター
ビン、過給機タービン等に用いられるセラミックノズル
に関する。
ビン、過給機タービン等に用いられるセラミックノズル
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のラジアルタービンを、図３によっ
て説明する。図３において、燃焼器で発生した高温ガス
１００は、ノズル１０１Ａによって加速され、ラジアル
タービン１０２に向って噴出し、回転エネルギ１０３を
得る。１０４はタービンケーシングである。
て説明する。図３において、燃焼器で発生した高温ガス
１００は、ノズル１０１Ａによって加速され、ラジアル
タービン１０２に向って噴出し、回転エネルギ１０３を
得る。１０４はタービンケーシングである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ラジアルタービン１０
２は、比較的小容量のものが多く急速起動停止を頻繁に
繰返す。図３（ｃ），（ｄ）に示す従来のノズルの断面
においては、出口部分１０１ａは、高温ガス１００をス
ムーズに増速し渦の発生等のガスの乱れによる性能低下
を防止するためにできるだけ鋭く尖らせている。そのた
め、この出口部分１０１ａは、他のノズル断面より熱容
量が小さくなって急速加熱又は冷却時には温度変化が大
きく、従ってこの出口部分１０１ａにおいて過大な熱応
力が発生する。
２は、比較的小容量のものが多く急速起動停止を頻繁に
繰返す。図３（ｃ），（ｄ）に示す従来のノズルの断面
においては、出口部分１０１ａは、高温ガス１００をス
ムーズに増速し渦の発生等のガスの乱れによる性能低下
を防止するためにできるだけ鋭く尖らせている。そのた
め、この出口部分１０１ａは、他のノズル断面より熱容
量が小さくなって急速加熱又は冷却時には温度変化が大
きく、従ってこの出口部分１０１ａにおいて過大な熱応
力が発生する。
【０００４】通常ノズルとして使用されている金属材料
は延性を有するため変形によって過大な熱応力を吸収す
ることができるが、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ等のセラミック
材料は、脆性を示すため変形によって熱応力を吸収する
ことができず、半円状のき裂又はき裂によるノズル出口
の欠け１０１ｂを生ずるおそれがある。
は延性を有するため変形によって過大な熱応力を吸収す
ることができるが、Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ等のセラミック
材料は、脆性を示すため変形によって熱応力を吸収する
ことができず、半円状のき裂又はき裂によるノズル出口
の欠け１０１ｂを生ずるおそれがある。
【０００５】本発明は、以上の問題点を解決することが
できるラジアルタービンのセラミックノズルを提供しよ
うとするものである。
できるラジアルタービンのセラミックノズルを提供しよ
うとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のラジアルタービ
ンのセラミックノズルは、次の手段を講じた。 （１）ノズルを中空とし、該中空の部分に燃焼ガスを導
入するようにした。 （２）ノズル出口部の端部をノズル高さ方向において半
月状とし、かつ、ノズル出口部の翼弦方向断面の曲率半
径がノズルの高さ方向において緩やかに変化するように
構成した。 （３）ノズルを中空とし、該中空の部分に燃焼ガスを導
入すると共に、ノズル出口部の端部をノズル高さ方向に
おいて半円状とし、かつ、ノズル出口部の翼弦方向断面
の曲率半径がノズルの高さ方向において緩やかに変化す
るように構成した。
ンのセラミックノズルは、次の手段を講じた。 （１）ノズルを中空とし、該中空の部分に燃焼ガスを導
入するようにした。 （２）ノズル出口部の端部をノズル高さ方向において半
月状とし、かつ、ノズル出口部の翼弦方向断面の曲率半
径がノズルの高さ方向において緩やかに変化するように
構成した。 （３）ノズルを中空とし、該中空の部分に燃焼ガスを導
入すると共に、ノズル出口部の端部をノズル高さ方向に
おいて半円状とし、かつ、ノズル出口部の翼弦方向断面
の曲率半径がノズルの高さ方向において緩やかに変化す
るように構成した。
【０００７】
【作用】前記本発明（１）においては、セラミックノズ
ルの中空部に温度の高い燃焼ガスが導入されるので、タ
ービンの急速起動によっても部分的な過熱領域が発生せ
ず過大な熱応力の発生を回避することができるため、セ
ラミックノズル出口部に発生するおそれがある半円状の
割れを防止することができる。
ルの中空部に温度の高い燃焼ガスが導入されるので、タ
ービンの急速起動によっても部分的な過熱領域が発生せ
ず過大な熱応力の発生を回避することができるため、セ
ラミックノズル出口部に発生するおそれがある半円状の
割れを防止することができる。
【０００８】前記本発明（２）においては、セラミック
ノズルの出口部の端部をノズル高さ方向において半月状
とし、かつ、セラミックノズル出口部の翼弦方向断面の
曲率半径をノズル高さ方向において緩やかに変化させて
いるために、熱容量差に基づく過大な熱応力発生が回避
されると同時に応力集中が緩和される。従って、セラミ
ックノズルにおける応力が平均化しセラミックノズル出
口部に発生するおそれがある半円状の割れを防止するこ
とができる。
ノズルの出口部の端部をノズル高さ方向において半月状
とし、かつ、セラミックノズル出口部の翼弦方向断面の
曲率半径をノズル高さ方向において緩やかに変化させて
いるために、熱容量差に基づく過大な熱応力発生が回避
されると同時に応力集中が緩和される。従って、セラミ
ックノズルにおける応力が平均化しセラミックノズル出
口部に発生するおそれがある半円状の割れを防止するこ
とができる。
【０００９】前記本発明（３）は、前記本発明（１）及
び（２）を組合せたゝめに、前記本発明（１）の作用と
前記本発明（２）の作用を併せ奏することができる。
び（２）を組合せたゝめに、前記本発明（１）の作用と
前記本発明（２）の作用を併せ奏することができる。
【００１０】
【実施例】本発明の第１の実施例を、図１によって説明
する。本実施例は、図３に示されるラジアルタービンに
用いられるセラミックノズルに係るものであり、セラミ
ックノズル１０１にノズルの高さ方向（セラミックノズ
ル１０１の翼長方向）に貫通する中空部１０を設け、こ
の内部に高温の燃焼ガス１００を流すようにしている。
また、図１（ｂ）に示すように、中空部１０の形状はセ
ラミックノズル１０１の翼形とほゞ相似となるように構
成されており、セラミックノズル１０１の最大翼厚をＴ
とする時に、中空部の厚さｔはｔ＝Ｔ／２となるように
構成されている。
する。本実施例は、図３に示されるラジアルタービンに
用いられるセラミックノズルに係るものであり、セラミ
ックノズル１０１にノズルの高さ方向（セラミックノズ
ル１０１の翼長方向）に貫通する中空部１０を設け、こ
の内部に高温の燃焼ガス１００を流すようにしている。
また、図１（ｂ）に示すように、中空部１０の形状はセ
ラミックノズル１０１の翼形とほゞ相似となるように構
成されており、セラミックノズル１０１の最大翼厚をＴ
とする時に、中空部の厚さｔはｔ＝Ｔ／２となるように
構成されている。
【００１１】本実施例では、セラミックノズル１０１の
内部の中空部１０にはセラミックノズル１０１のまわり
と同様に高温の燃焼ガス１００が流れ、セラミックノズ
ル１０１はその内外面から加熱されることになる。従っ
て、セラミックノズル内外面の温度差が低減し、これに
よって過大な熱応力が発生することが防止され、ノズル
出口部１０１が損傷することが回避される。ちなみに、
従来の通常のセラミックノズルにおいてその内外面の温
度差が３００〜４００℃あったものが、本実施例ではこ
れを２００〜３００℃程度に低減することができる。
内部の中空部１０にはセラミックノズル１０１のまわり
と同様に高温の燃焼ガス１００が流れ、セラミックノズ
ル１０１はその内外面から加熱されることになる。従っ
て、セラミックノズル内外面の温度差が低減し、これに
よって過大な熱応力が発生することが防止され、ノズル
出口部１０１が損傷することが回避される。ちなみに、
従来の通常のセラミックノズルにおいてその内外面の温
度差が３００〜４００℃あったものが、本実施例ではこ
れを２００〜３００℃程度に低減することができる。
【００１２】本発明の第２の実施例を、図２によって説
明する。本実施例も、前記第１の実施例と同様に図３に
示されるラジアルタービンに用いられるセラミックノズ
ルに係るものである。本実施例では、セラミックノズル
出口部１０１ａの端部をノズル高さ方向において入口側
へ向って凸になるように半月状にＲ加工したものであ
り、その曲率半径Ｒ1 はノズルの高さＨの１／２〜１／
４に設定される。また、セラミックノズル１０１の出口
部１０１ａの翼弦方向断面の曲率半径は、図１（ｂ）及
び図１（ｃ）に示すように、ノズル高さ方向の中央部に
おける曲率半径ｒ 1 が大きく、同中央部から端部に行く
に従って曲率半径ｒが徐々に減小し、その曲率半径が連
続的に緩かに変化するように構成されている。ノズルの
高さをＨとする時に、ノズル高さ方向の中央部における
曲率半径ｒ1 は１／１０〜１／５Ｈ、ノズル高さ方向の
端部付近の曲率半径ｒ2 は３／１００〜１／２０Ｈ程度
に設定される。
明する。本実施例も、前記第１の実施例と同様に図３に
示されるラジアルタービンに用いられるセラミックノズ
ルに係るものである。本実施例では、セラミックノズル
出口部１０１ａの端部をノズル高さ方向において入口側
へ向って凸になるように半月状にＲ加工したものであ
り、その曲率半径Ｒ1 はノズルの高さＨの１／２〜１／
４に設定される。また、セラミックノズル１０１の出口
部１０１ａの翼弦方向断面の曲率半径は、図１（ｂ）及
び図１（ｃ）に示すように、ノズル高さ方向の中央部に
おける曲率半径ｒ 1 が大きく、同中央部から端部に行く
に従って曲率半径ｒが徐々に減小し、その曲率半径が連
続的に緩かに変化するように構成されている。ノズルの
高さをＨとする時に、ノズル高さ方向の中央部における
曲率半径ｒ1 は１／１０〜１／５Ｈ、ノズル高さ方向の
端部付近の曲率半径ｒ2 は３／１００〜１／２０Ｈ程度
に設定される。
【００１３】本実施例では、前記のように、セラミック
ノズル１０１の出口部１０１ａの端部がノズル高さ方向
において半月状に湾曲し、また、その翼弦方向断面の曲
率半径がノズル高さ方向において連続的に緩かに変化す
ると共にノズル高さ方向の中央部の曲率半径ｒ1 を大き
くしているので、セラミックノズル１０１の出口部１０
１ａに過大な熱応力が発生することが防止されると共に
応力集中の発生が回避される。また、セラミックノズル
１０１の出口部１０１ａのノズル高さ方向の端部の曲率
半径を小さくしているために、性能の低下を最小限に抑
えることができる。
ノズル１０１の出口部１０１ａの端部がノズル高さ方向
において半月状に湾曲し、また、その翼弦方向断面の曲
率半径がノズル高さ方向において連続的に緩かに変化す
ると共にノズル高さ方向の中央部の曲率半径ｒ1 を大き
くしているので、セラミックノズル１０１の出口部１０
１ａに過大な熱応力が発生することが防止されると共に
応力集中の発生が回避される。また、セラミックノズル
１０１の出口部１０１ａのノズル高さ方向の端部の曲率
半径を小さくしているために、性能の低下を最小限に抑
えることができる。
【００１４】なお、前記第１及び第２の実施例は、前記
のように構成されているが、本発明では、これらの実施
例の構成を組合せて、過大な熱応力の発生を抑制し、か
つ、性能の低下を最小限に抑えるようにすることができ
る。
のように構成されているが、本発明では、これらの実施
例の構成を組合せて、過大な熱応力の発生を抑制し、か
つ、性能の低下を最小限に抑えるようにすることができ
る。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、特許請求の範囲の請求項１な
いし３の構成を具備していることによって、以上説明し
たように、セラミックノズルの熱応力が緩和されるため
従来よりも、より高温ガスの流入に耐えることができ、
ラジアルタービンの急速起動性が改善される。また、緊
急に燃焼を停止した場合も同様でありセラミックノズル
出口部の損傷を抑えることができる。このように、ノズ
ル出口部の損傷を防止することができることによって、
破壊した粒子が異物となってタービン内部を流動し、他
の内部破壊を引起こすことも防止することができる。
いし３の構成を具備していることによって、以上説明し
たように、セラミックノズルの熱応力が緩和されるため
従来よりも、より高温ガスの流入に耐えることができ、
ラジアルタービンの急速起動性が改善される。また、緊
急に燃焼を停止した場合も同様でありセラミックノズル
出口部の損傷を抑えることができる。このように、ノズ
ル出口部の損傷を防止することができることによって、
破壊した粒子が異物となってタービン内部を流動し、他
の内部破壊を引起こすことも防止することができる。
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施例の斜視図、
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第２の実施例の斜視図、
図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は
図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は
図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図３（ａ）は従来のラジアルタービンの断面
図、図３（ｂ）は同従来のラジアルタービンのノズルの
斜視図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＡ’−Ａ’断面図、
図３（ｄ）は図（ｂ）のＢ’−Ｂ’断面図である。
図、図３（ｂ）は同従来のラジアルタービンのノズルの
斜視図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＡ’−Ａ’断面図、
図３（ｄ）は図（ｂ）のＢ’−Ｂ’断面図である。
１００ 燃焼ガス １０１ セラミックノズル １０１ａ ノズルの出口部 １０ 中空部
Claims (3)
- 【請求項１】 ノズルを中空とし、該中空の部分内に燃
焼ガスを導入するようにしたことを特徴とするラジアル
タービンのセラミックノズル。 - 【請求項２】 ノズル出口部の端部をノズル高さ方向に
おいて半月状とし、かつ、ノズル出口部の翼弦方向断面
の曲率半径がノズルの高さ方向において緩やかに変化す
るように構成したことを特徴とするラジアルタービンの
セラミックノズル。 - 【請求項３】 ノズルを中空とし、該中空の部分内に燃
焼ガスを導入すると共に、ノズル出口部の端部をノズル
高さ方向において半月状とし、かつ、ノズル出口部の翼
弦方向断面の曲率半径がノズルの高さ方向において緩や
かに変化するように構成したことを特徴とするラジアル
タービンのセラミックノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15208494A JPH0821202A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | ラジアルタービンのセラミックノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15208494A JPH0821202A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | ラジアルタービンのセラミックノズル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0821202A true JPH0821202A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=15532705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15208494A Withdrawn JPH0821202A (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | ラジアルタービンのセラミックノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821202A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013080795A1 (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-06 | 三菱重工業株式会社 | ラジアルタービン |
-
1994
- 1994-07-04 JP JP15208494A patent/JPH0821202A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013080795A1 (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-06 | 三菱重工業株式会社 | ラジアルタービン |
| JP2013137017A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-07-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ラジアルタービン |
| WO2014080889A1 (ja) * | 2011-11-30 | 2014-05-30 | 三菱重工業株式会社 | ラジアルタービン |
| CN103946487A (zh) * | 2011-11-30 | 2014-07-23 | 三菱重工业株式会社 | 径流式涡轮机 |
| US10072513B2 (en) | 2011-11-30 | 2018-09-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Radial turbine |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010904 |