JPS60128902A - 複合ラジアルタ−ビンロ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複合ラジアルタービンロータに関し、クリー
プ強度の高いブレード部と、低サイクル強度の高いハブ
部とを兼ね備えたラジアルタービンロータを得ることを
目的とするものである。

周知の如く、ガスタービンにおいては出力の増大、燃料
消費率の向上のために、タービン入口温度の向上、膨張
比の増大が耐えず要求されている。

タービン入口温度の上昇に伴い、軸流タービンでは複雑
な空冷翼が導入されているが、ラジアルタービンでは膨
張比の増大により非冷却翼のままでも空冷翼前みの温度
まで耐えられる。

しかし、この場合ラジアルタービンのブレード部は高温
で作動されるため、ブレードの材料は鋳造合金並みのク
リープ強度ををしていなければならない。一方、ハブ部
は遠心力と熱応力が加算され、これが起動・停止ごとに
繰り返えされるので鋳造合金では耐えられず、鍛造材相
当の機械的強度を有する材質を必要とする。

即ち、タービン入口温度の上昇及び膨張比の増大に伴い
、タービンロータの各部の応力状態の差異は顕著となり
、タービンロータ全体を単一材料で成形してすべての応
力状態に適合させることは困難となる。

そこで各応力状態に応じ、各部の材質を異ならせ、それ
らを一体結合して成る複合ラジアルタービンロータが必
要となり、それは既知である。この従来技術として例え
ば、特開昭５６−１０６００５号公報に記載のものが公
知である。

上記従来の複合ラジアルタービンロータは、第１図に示
す如く、リム１の外周面にブレード２を一体に備えたシ
ェル３を耐クリープ性材料から鋳造し、該鋳造シェル３
のリム１に、機械的強度の高い材料から成るハブ４を内
嵌すると共に、リムｌとハブ４を拡散接合により一体化
して成るものである。そして前記ハブ４は、中心部に内
孔５を有する円錐部６と円筒部７とから成る筒状中空体
に成形されたものである。

この従来の複合ラジアルタービンロータ８は、ハブ４が
中空体であるから、高速回転になると遠心力増大により
その内孔５の内周面上で応力が高くなり、その使用に限
界が生じる。従って高周速すなわち高膨張比を達成する
ことが困難になる。

また拡散接合においては、接合面での欠陥発生防止のた
め、リム１とハブ４の接合は高精度な密嵌状態でなけれ
ばならない。しかし円錐部６と円筒部７との組み合せで
は、密着状態を１Ｍるための高精度加工は困難となる。

また、拡散接合においては、拡散を良好ならしめるため
接合面間の空気を抜気して真空状態とし、その後、高圧
ガスが侵入しないようシールしなければならない。しか
し筒状中空ハブ４では、その両端部においてシールしな
げればならず、溶接の手間及びＡＡ洩の危険が増大する
。しかもその抜気は困娼１である。更に、拡散接合の欠
陥検査においては、接合面が円錐面と円筒面であるとこ
ろから、超音波探傷装置９により内孔５側から各面を個
別に探傷しなげればならず、その作業は極めて面倒であ
る。

そこで、本発明は、上記各々の問題点を解消すべくなさ
れたものであり、その特徴とするところは、リムの外周
面にブレードを備えたシェルを耐クリープ性利料から鋳
造し、該鋳造シェルのリムに機械的強度の高い材料から
なるハブを内嵌すると共に、リムとハブを拡散接合して
成る複合ラジアルタービンロータに於いて、前記ハブは
、中実円錐体に形成されている点にある。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

第２図において、本発明に係る複合ラジアルタービンロ
ータ１Ｏは、精密鋳造シェル１１と粉末超合金ブロック
から成るハブ１２とを拡散接合により一体成形したもの
である。

上記シエルエ１は、中心部に円錐形の内孔Ｉ３を有する
リム１４と、リム１４の外周面に一体的に設けられたタ
ービンブレード１５とを有し、該シェル１１は耐クリー
プ性材料から精密鋳造されている。リム１４の円錐先端
側端部には内孔１３を塞ぐボス１６が設けられ、該ボス
１６には内孔１３に連通する抜気孔１７が開設され、該
抜気孔１７に抜気バイブ１８ガ接続されている。

上記ハブ１２は、リム１４の内孔１３に密着する中実円
錐体に成形されている。−このハブ１２の材質は機械的
強度の高いものである。このハブ１２の外周面には、第
３図に示ず如く浅い■溝１９が軸方向所定ピッチでリン
グ状に、または螺旋状に設けられている。このＶ？ｌｌ
’ｊ１９の底面２０は軸心２１に直交する平面２２であ
ることが望ましい。この■溝１９は次に説−明する超音
波探傷用のものであるから、超音波探傷器で検出できる
範囲でなるべく小さなものが良い。また■溝１９の断面
形状は正確なＶ形である必要はなく、例えばＵ形の如き
ものも、含まれる。

上記の如く中実円錐形に成形されたハブ１２は、リム１
４の内孔１３の円錐面に密着嵌合される。円錐の大径部
側端面においてリム１４とハブ１２の接合部２３は溶接
により完全シールされる。次いで抜気パイプ１８を介し
てリム１４の内孔１３内面と、ハブ１２の外面間に介在
する空気が抜気され、接合面は真空状態とされる。その
後、シェル１１とハブ１２は熱間静水圧加圧装置（ＨＩ
Ｐ装置）により加圧状態におかれ、リムの内孔１３とハ
ブ１２の外面は拡散接合され一体化される。

上記ＨＩＰによる拡散接合に際し、ハブ１２の外周面に
設けられた■溝１９は、塑性流動により埋まり消失する
。

この拡散接合が欠陥なく行われているか否かの検査は、
次の様に行われる。即ち、ハブ１２の円錐大径側端面を
超音波検査面２４とし、該検査面２４を介して探触子２
５から超音波を接合面２６に発射する。

もし接合が不完全であれば、Ｖ１Ｍ１９により反射する
エコーにより、リング状の欠陥としてとらえることがで
きる。接合が完全であれば■溝１９は塑性流動により埠
ってしまっているので、もはや欠陥として獲えることが
できない。

尚、欠陥がＶ溝１９のピッチより小さいと検出できない
ことになるが、そのような小さな不完全接合部は組立時
の作業環境管理により除くことができるものであり、こ
こで言う超音波検査は、プロセスの最終チェックのため
であるから、ある範囲にわたって不完全接合を起してい
ないかどうかを確認するものである。

次ぎに、第２図の仮想線で示す如く、ボス部１６及び検
査面２４を機械加工で除去し、所定形状に仕上げること
により、複合ラジアルタービンロータ１０が完成する。

上記本発明の実施例によれば、ハブ１２の形状を中実円
釘ｆ体としたので、つぎの利点を得ることができる。

■　ハブ１２の中心部の応力が低下し、さらに高周速す
なわち高膨張比にまで対応できるようにな■　拡散接合
の検査が容易となる。もし、従来の円錐と円筒の組合せ
では、円筒面に対して底面側から探傷を行うことができ
ない。円筒面の探傷をするには、ハブを中空にしなけれ
ばならずず、上記■の効果を奏しなくなる。

■　鋳造シェル１１とハブ１２とのシール線２３が一本
のみとなり、溶接の手間、漏洩の危険を軽減する。

■　接合面に封入されたガスの脱気が容易となる。

■　円錐の頂点付近には欠陥が出易いが、切除してしま
うので健全部分だけが残る。

■　接合面２６は円錐面だけなので、高精度加工が容易
であり、その結果、接合面２６での欠陥が発生しにくく
なる。

尚、第４〜６図に示すものは、ハブ１２の形状の変形例
であり、第４図は円錐台、第５図はやせた円錐体、泌６
図はやせた円錐台を示す。本発明でいうハブ１２の中実
円錐体とは、〕れらの形状も含むものである。第５．６
図に示すやせた円錐は、リム１４の肉厚を均一なものに
する場合、有効である。

第７図に示すものは、本発明の他の実施例であり、中実
円錐体ハブ１２の頂部が球面２７に形成されている。

第７図に示すハブ１２の形状では、接合面に頂部での欠
陥が出にくくなるため、ボス１６を除いてリム１４の先
端部を切除する必要がなくなる。また頂角θを大きくす
ると、頂部の球面２７も含め、円錐面前面を直接超音波
探傷できる。またこのような形状でも応力の高い部分を
粉末超合金ブロックでカバーできる。

尚、本発明は、上記各々の実施例に限定されるものでは
ない。

本発明によれば、ハブを中実円錐体としたので、クリー
プ強度の高いブレード部と低サイクル強度の高いハブ部
とを兼ね備えたラジアルタービンロータを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すタービンロータの断面図、第２図
は本発明の実施例を示す断面図、第３図は第２図のＡ部
拡大図、第４〜６図は本発明に係るハブの各種外形を示
す正面図、第７図は本発明の他の実施例を示す断面図。 １１・・・シェル、１２・・・ハブ、１４・・・リム、
１５・・・ブレード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ、リム１４の外周面にブレード１５を備えたシェル１
   １を耐クリープ性材料から鋳造し、該鋳造シェル１１の
   リム１４に機械的強度の高い材料からなるハブ１２を内
   嵌すると共に、リム１４とハブ１２を拡散接合して成る
   複合ラジアルタービンロータに於いて、前記ハブ１２は
   、中実円錐体に成形されていることを特徴とする複合ラ
   ジアルタービンロータ。