JPH11141303A - タービン翼 - Google Patents
タービン翼Info
- Publication number
- JPH11141303A JPH11141303A JP30613297A JP30613297A JPH11141303A JP H11141303 A JPH11141303 A JP H11141303A JP 30613297 A JP30613297 A JP 30613297A JP 30613297 A JP30613297 A JP 30613297A JP H11141303 A JPH11141303 A JP H11141303A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- wall
- turbine blade
- hollow part
- slit
- 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
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 タービン翼の翼面に発生する熱応力を低下さ
せ、タービン翼における熱変形を可能な限り少なくして
低熱伝導性率材料に対する適応性を高める。 【解決手段】 中空部を取り囲む翼壁が、ほぼ均一の肉
厚を有するように形成され、中空部と腹側壁面との間に
これらを接続するスリットが形成される。
せ、タービン翼における熱変形を可能な限り少なくして
低熱伝導性率材料に対する適応性を高める。 【解決手段】 中空部を取り囲む翼壁が、ほぼ均一の肉
厚を有するように形成され、中空部と腹側壁面との間に
これらを接続するスリットが形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービン翼に係
り、特に低熱伝導率材適用時の熱過渡負荷時における発
生熱応力の緩和を図るものである。
り、特に低熱伝導率材適用時の熱過渡負荷時における発
生熱応力の緩和を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】タービン翼に関する技術として、特開平
０７−２５３００２号公報「タービン翼」が提案されて
いる。
０７−２５３００２号公報「タービン翼」が提案されて
いる。
【０００３】この技術では、熱伝導率の小さなＦＲＣ
（繊維強化セラミックス）により作製されたＦＲＣター
ビン翼の技術が記載されている。具体的には、翼本体に
タービンの回転半径方向に沿って中空部が形成されると
ともに、該中空部を囲む翼壁に、その周囲の主流ガスを
取り込んで挿通させる連通孔を配し、主流ガスを中空部
に挿通させて、翼本体の外表面と中空部内面との温度差
をなくし、ガス温度の変化時に内外から加熱及び吸熱を
行なうことにより、翼壁の温度分布を緩やかなものとし
て熱応力の発生を緩和し、低熱伝導率材料等の適用範囲
を拡大する技術が採用されている。
（繊維強化セラミックス）により作製されたＦＲＣター
ビン翼の技術が記載されている。具体的には、翼本体に
タービンの回転半径方向に沿って中空部が形成されると
ともに、該中空部を囲む翼壁に、その周囲の主流ガスを
取り込んで挿通させる連通孔を配し、主流ガスを中空部
に挿通させて、翼本体の外表面と中空部内面との温度差
をなくし、ガス温度の変化時に内外から加熱及び吸熱を
行なうことにより、翼壁の温度分布を緩やかなものとし
て熱応力の発生を緩和し、低熱伝導率材料等の適用範囲
を拡大する技術が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示す中空構造のタービン翼であっても、該タービン翼の
回りの雰囲気温度が急変した場合に、翼壁の熱応力が大
きくなり易い。また、繊維強化セラミックス系タービン
翼は、一般に低熱伝導率材料であるため、温度，高温変
化の要求度が高い場合には、翼壁の熱発生応力値を充分
に検討する必要がある。
示す中空構造のタービン翼であっても、該タービン翼の
回りの雰囲気温度が急変した場合に、翼壁の熱応力が大
きくなり易い。また、繊維強化セラミックス系タービン
翼は、一般に低熱伝導率材料であるため、温度，高温変
化の要求度が高い場合には、翼壁の熱発生応力値を充分
に検討する必要がある。
【０００５】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、以下の目的を達成しようとするものである。 タービン翼の翼面に発生する熱応力を低下させるこ
と。 温度の急激な変化に対する適用性を高めること。 低熱伝導性率材料の適応範囲を大きくすること。
もので、以下の目的を達成しようとするものである。 タービン翼の翼面に発生する熱応力を低下させるこ
と。 温度の急激な変化に対する適用性を高めること。 低熱伝導性率材料の適応範囲を大きくすること。
【０００６】
【課題を解決するための手段】翼本体に中空部を形成す
るタービン翼において、該中空部を取り囲む中空部翼壁
がほぼ均一の肉厚を有するように形成される技術が採用
される。翼本体に、中空部と腹側壁面との間を接続する
スリットが形成されるが、このスリットにあっては、ス
リット開口部が、腹側翼壁の開口縁部と背側翼壁の後縁
部の近傍との間に下流に向けて配される技術が採用され
る。腹側翼壁および背側翼壁の肉厚にあっては、中空部
から後縁部にかけてほぼ均一となるように形成される。
るタービン翼において、該中空部を取り囲む中空部翼壁
がほぼ均一の肉厚を有するように形成される技術が採用
される。翼本体に、中空部と腹側壁面との間を接続する
スリットが形成されるが、このスリットにあっては、ス
リット開口部が、腹側翼壁の開口縁部と背側翼壁の後縁
部の近傍との間に下流に向けて配される技術が採用され
る。腹側翼壁および背側翼壁の肉厚にあっては、中空部
から後縁部にかけてほぼ均一となるように形成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施形態に
ついて、図１ないし図２を参照して説明する。
ついて、図１ないし図２を参照して説明する。
【０００８】図１および図２は、本発明に係わるタービ
ン翼を示し、図中符号１は翼本体、２は中空部、３Ａ，
３Ｂ，３Ｃは翼壁、４は腹側壁面、５は背側壁面、６は
スリット、７は後縁部である。
ン翼を示し、図中符号１は翼本体、２は中空部、３Ａ，
３Ｂ，３Ｃは翼壁、４は腹側壁面、５は背側壁面、６は
スリット、７は後縁部である。
【０００９】前記タービン翼には、ＦＲＣ（繊維強化型
セラミックス）から形成される翼本体１と、翼本体１に
おける上流位置に肉厚部を中空にして形成される中空部
２と、中空部翼壁３Ａ，腹側翼壁３Ｂ，背側翼壁３Ｃ
と、スリット６と、腹側壁面４に形成されるスリット開
口部６ａとが配されている。
セラミックス）から形成される翼本体１と、翼本体１に
おける上流位置に肉厚部を中空にして形成される中空部
２と、中空部翼壁３Ａ，腹側翼壁３Ｂ，背側翼壁３Ｃ
と、スリット６と、腹側壁面４に形成されるスリット開
口部６ａとが配されている。
【００１０】前記翼壁３Ａ〜３Ｃは、中空部２を取り囲
む中空部翼壁３Ａと、腹側壁面４を形成する腹側翼壁３
Ｂと、背側壁面５を形成する背側翼壁３Ｃとから構成さ
れる。中空部翼壁３Ａにあっては、ほぼ均一の肉厚に形
成され、腹側壁面４にあっては中空部２の近傍からスリ
ット開口部６ａにかけて徐々に薄くなるように形成さ
れ、背側翼壁３Ｃにあっては中空部２から後縁部７にか
けてほぼ均一な肉厚となるように形成される。
む中空部翼壁３Ａと、腹側壁面４を形成する腹側翼壁３
Ｂと、背側壁面５を形成する背側翼壁３Ｃとから構成さ
れる。中空部翼壁３Ａにあっては、ほぼ均一の肉厚に形
成され、腹側壁面４にあっては中空部２の近傍からスリ
ット開口部６ａにかけて徐々に薄くなるように形成さ
れ、背側翼壁３Ｃにあっては中空部２から後縁部７にか
けてほぼ均一な肉厚となるように形成される。
【００１１】前記スリット６にあっては、図１に示すよ
うに、中空部２と腹側壁面４との間を接続するように配
するとともに、スリット開口部６ａを、腹側翼壁３Ｂの
下流端に設けられた開口縁部６ｂが背側翼壁３Ｃの後縁
部７との近傍との間に下流に向けて配されている。
うに、中空部２と腹側壁面４との間を接続するように配
するとともに、スリット開口部６ａを、腹側翼壁３Ｂの
下流端に設けられた開口縁部６ｂが背側翼壁３Ｃの後縁
部７との近傍との間に下流に向けて配されている。
【００１２】図２は、図１に示したタービン翼を加熱し
た際の形状変化の状況を示したものである。図中実線は
低温状態のときのタービン翼の形状を示し、二点鎖線は
高温状態のときのタービン翼の形状を示している。ター
ビン翼は、前述したように低熱伝導率材料であるＦＲＣ
から形成されているため、温度の急変時に翼壁３Ａ〜３
Ｃの肉厚の差に基づく温度伝達むらが生じ易く、タービ
ン翼の形状変形の原因となる。しかし、図１に示すよう
なタービン翼の構造であると、中空部２を取り囲む中空
部翼壁３Ａおよび背側翼壁３Ｃの肉厚がほぼ均一である
ことから、中空部翼壁３Ａおよび背側翼壁３Ｃの温度勾
配の傾向が近似したものとなり、一方、腹側翼壁３Ｂの
形状は徐々に薄くなっているため、熱の伝達むらにより
温度差が生じる。中空部２と腹側壁面４との間にスリッ
ト６が設けられている場合では、腹側翼壁３Ｂと、背側
翼壁３Ｃとが、スリット６で分割されているために、互
いに拘束されることがなく、図中二点鎖線で示すように
開口縁部６ｂの近傍の自由変形が許容され、翼壁３Ａ〜
３Ｃの熱発生応力が低下する。
た際の形状変化の状況を示したものである。図中実線は
低温状態のときのタービン翼の形状を示し、二点鎖線は
高温状態のときのタービン翼の形状を示している。ター
ビン翼は、前述したように低熱伝導率材料であるＦＲＣ
から形成されているため、温度の急変時に翼壁３Ａ〜３
Ｃの肉厚の差に基づく温度伝達むらが生じ易く、タービ
ン翼の形状変形の原因となる。しかし、図１に示すよう
なタービン翼の構造であると、中空部２を取り囲む中空
部翼壁３Ａおよび背側翼壁３Ｃの肉厚がほぼ均一である
ことから、中空部翼壁３Ａおよび背側翼壁３Ｃの温度勾
配の傾向が近似したものとなり、一方、腹側翼壁３Ｂの
形状は徐々に薄くなっているため、熱の伝達むらにより
温度差が生じる。中空部２と腹側壁面４との間にスリッ
ト６が設けられている場合では、腹側翼壁３Ｂと、背側
翼壁３Ｃとが、スリット６で分割されているために、互
いに拘束されることがなく、図中二点鎖線で示すように
開口縁部６ｂの近傍の自由変形が許容され、翼壁３Ａ〜
３Ｃの熱発生応力が低下する。
【００１３】
【実施例】以下、本発明に係わる一実施例について、図
３および図４を用いて説明する。
３および図４を用いて説明する。
【００１４】該一実施例にあっては、前述した図１に示
す翼本体にスリットを形成したスリット形成モデル（図
３）と、スリットの無いスリット未形成モデル（図４）
とを用いて、空気中雰囲気で温度を１２００℃から１２
０℃に２秒間で切り替える条件下で、熱応力解析計算を
実施し、スリット形成モデルとスリット未形成モデルと
の発生応力を比較検討した。なお、図中の例えば７−６
０％は、レベル７で破断応力の６０％〜７０％の応力値
であることを意味している。
す翼本体にスリットを形成したスリット形成モデル（図
３）と、スリットの無いスリット未形成モデル（図４）
とを用いて、空気中雰囲気で温度を１２００℃から１２
０℃に２秒間で切り替える条件下で、熱応力解析計算を
実施し、スリット形成モデルとスリット未形成モデルと
の発生応力を比較検討した。なお、図中の例えば７−６
０％は、レベル７で破断応力の６０％〜７０％の応力値
であることを意味している。
【００１５】図３を検討すると、中空部翼壁の上流に５
０％〜７０％の応力の発生が認められ、腹側壁面におい
ては上流に２０％，側部に３０％〜６０％，スリット下
流に１０％の応力の発生が認められる。
０％〜７０％の応力の発生が認められ、腹側壁面におい
ては上流に２０％，側部に３０％〜６０％，スリット下
流に１０％の応力の発生が認められる。
【００１６】図４を検討すると、中空部翼壁の上流から
腹側壁面の上流にかけて３０％〜８０％の破断応力の発
生が認められる。一方、腹側壁面の側部においては６０
％〜９０％，下流に３０％〜５０％の応力の発生が認め
られる。
腹側壁面の上流にかけて３０％〜８０％の破断応力の発
生が認められる。一方、腹側壁面の側部においては６０
％〜９０％，下流に３０％〜５０％の応力の発生が認め
られる。
【００１７】これらを比較すると、スリットを形成した
タービン翼にあっては、スリットを形成しないものに比
べて、熱応力値が全体的に小さく、かつ応力の変化が緩
やかである。つまり、このことはスリットを形成するこ
とにより、タービン翼の全体にかかる熱応力を小さく
し、翼面に発生する熱変形を少なくする効果が大である
ことを意味する。
タービン翼にあっては、スリットを形成しないものに比
べて、熱応力値が全体的に小さく、かつ応力の変化が緩
やかである。つまり、このことはスリットを形成するこ
とにより、タービン翼の全体にかかる熱応力を小さく
し、翼面に発生する熱変形を少なくする効果が大である
ことを意味する。
【００１８】
【発明の効果】本発明に係るタービン翼によれば、以下
のような効果を奏する。 （１） 中空部を翼本体の肉厚部を中空にして形成する
とともに、該中空部を取り囲む翼壁をほぼ均一の肉厚と
することにより、タービン翼の回りの雰囲気温度が急激
に変化した際に生じる熱応力を翼全体に分散させ、ター
ビン翼の翼面に発生する熱応力を全体的に低下させるこ
とができる。 （２） 上記条件に加え、タービン翼の中空部と腹側壁
面との間を接続するようにスリットを形成することによ
り、タービン翼の形状変形の自由度を大きくし、雰囲気
温度が急激に変化するような使用条件下での適用性を高
めることができる。（３） タービン翼の翼面に発生す
る熱応力を全体的に低下させることにより、低熱伝導性
率材料の適応範囲を大きくすることができる。
のような効果を奏する。 （１） 中空部を翼本体の肉厚部を中空にして形成する
とともに、該中空部を取り囲む翼壁をほぼ均一の肉厚と
することにより、タービン翼の回りの雰囲気温度が急激
に変化した際に生じる熱応力を翼全体に分散させ、ター
ビン翼の翼面に発生する熱応力を全体的に低下させるこ
とができる。 （２） 上記条件に加え、タービン翼の中空部と腹側壁
面との間を接続するようにスリットを形成することによ
り、タービン翼の形状変形の自由度を大きくし、雰囲気
温度が急激に変化するような使用条件下での適用性を高
めることができる。（３） タービン翼の翼面に発生す
る熱応力を全体的に低下させることにより、低熱伝導性
率材料の適応範囲を大きくすることができる。
【図１】 本発明に係わるタービン翼の一実施形態を示
す横断面図である。
す横断面図である。
【図２】 図１のタービン翼における加熱時の形状変化
の状況を示す横断面図である。
の状況を示す横断面図である。
【図３】 スリット形成モデルにおける応力解析状況を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図４】 スリット未形成モデルにおける応力解析状況
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
１ 翼本体 ２ 中空部 ３Ａ 中空部翼壁（翼壁） ３Ｂ 腹側翼壁（翼壁） ３Ｃ 背側翼壁（翼壁） ４ 腹側壁面 ５ 背側壁面 ６ スリット ６ａ スリット開口部 ６ｂ 開口縁部 ７ 後縁部
フロントページの続き (72)発明者 門原 陽一 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内株式会 社先進材料利用ガスジェネレータ研究所瑞 穂分室内 (72)発明者 真家 孝 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内株式会 社先進材料利用ガスジェネレータ研究所瑞 穂分室内
Claims (5)
- 【請求項１】 翼本体（１）に中空部（２）を形成する
タービン翼であって、該中空部を取り囲む中空部翼壁
（３Ａ）が、ほぼ均一の肉厚を有するように形成される
ことを特徴とするタービン翼。 - 【請求項２】 翼本体（１）に、中空部（２）と腹側壁
面（４）との間を接続するスリット（６）が形成される
ことを特徴とする請求項１記載のタービン翼。 - 【請求項３】 スリット開口部（６ａ）が、腹側翼壁
（３Ｂ）の開口縁部（６ｂ）と背側翼壁（３Ｃ）の後縁
部（７）の近傍との間に下流に向けて配されることを特
徴とする請求項２記載のタービン翼。 - 【請求項４】 腹側翼壁（３Ｂ）の肉厚が、中空部
（２）からスリット開口部（６ａ）にかけて徐々に薄く
なるように形成されることを特徴とする請求項２または
３記載のタービン翼。 - 【請求項５】 背側翼壁（３Ｃ）の肉厚が、中空部
（２）から後縁部（７）にかけてほぼ均一となるように
形成されることを特徴とする請求項１記載のタービン
翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30613297A JPH11141303A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | タービン翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30613297A JPH11141303A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | タービン翼 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11141303A true JPH11141303A (ja) | 1999-05-25 |
Family
ID=17953447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30613297A Pending JPH11141303A (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | タービン翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11141303A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103410776A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-27 | 浙江亿利达风机股份有限公司 | 叶轮及通风机 |
-
1997
- 1997-11-07 JP JP30613297A patent/JPH11141303A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103410776A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-27 | 浙江亿利达风机股份有限公司 | 叶轮及通风机 |
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