JPS6166802A - ガスタ−ビンのタ−ビン翼 - Google Patents
ガスタ−ビンのタ−ビン翼Info
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- JPS6166802A JPS6166802A JP18817284A JP18817284A JPS6166802A JP S6166802 A JPS6166802 A JP S6166802A JP 18817284 A JP18817284 A JP 18817284A JP 18817284 A JP18817284 A JP 18817284A JP S6166802 A JPS6166802 A JP S6166802A
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- Japan
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- ceramic
- cooling air
- shrouds
- stay bolt
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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
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3084—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers the blades being made of ceramics
-
- 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
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
- F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、ガスタービンのタービン翼に関する。
従来の技術
ガスタービンのタービン入口ガス温度は、熱効率の向上
および出力増大に応じて増大する傾向にあり、そのため
にタービン動静翼への熱負荷も増大する一方であるが、
いうまでもなく金属材料は高温ではその強度の低下が著
しく、そのために前記ガス温度を上げても該金属材料の
温度を低く保持させる必要がある。その対策としては、
従来がら材質向上および空気冷却の二方面からの処方が
行なわれているが、前者は原価の増大となり、後者は性
能の低下がともなうとされている。いま、耐熱合金を使
用し、空気による冷却を施した従来タービン翼について
その静翼を挙例して説明すると、翼材質には超耐熱合金
を使用して精密鋳造によって製作したもので、第３図に
示すものは、内側シュラウド２および外側シュラウド３
を突設しである翼部１の内部に中空部４を配設してその
冷却空気孔５がら空気を流入させ、翼後縁部に配置しで
ある冷却空気出口孔６から該空気を排出させて冷却を行
なうもので、高度な対流冷却方式を採用しており、また
第４図に示すものは、翼部１の内部に多数の中子冷却孔
７を穿設させである中子８を嵌設させ、該翼部翼面に沿
設しである翼面冷却孔９および翼後縁部に配置した冷却
空気出口孔６がら空気を排出させて冷却するもので、対
流冷却方式、翼面表層冷却方式および衝突効果をもつた
強制冷却方式の三方式を併用させた高度な冷却方式例を
採用しており、ともにその冷却空気は空気圧縮機によっ
て圧縮され、ガスタービンの燃焼器およびタービンを通
過する空気を抽気して使用するために、その量の大小が
ガスタービンの熱効率および出力に大きく影響を与える
。
および出力増大に応じて増大する傾向にあり、そのため
にタービン動静翼への熱負荷も増大する一方であるが、
いうまでもなく金属材料は高温ではその強度の低下が著
しく、そのために前記ガス温度を上げても該金属材料の
温度を低く保持させる必要がある。その対策としては、
従来がら材質向上および空気冷却の二方面からの処方が
行なわれているが、前者は原価の増大となり、後者は性
能の低下がともなうとされている。いま、耐熱合金を使
用し、空気による冷却を施した従来タービン翼について
その静翼を挙例して説明すると、翼材質には超耐熱合金
を使用して精密鋳造によって製作したもので、第３図に
示すものは、内側シュラウド２および外側シュラウド３
を突設しである翼部１の内部に中空部４を配設してその
冷却空気孔５がら空気を流入させ、翼後縁部に配置しで
ある冷却空気出口孔６から該空気を排出させて冷却を行
なうもので、高度な対流冷却方式を採用しており、また
第４図に示すものは、翼部１の内部に多数の中子冷却孔
７を穿設させである中子８を嵌設させ、該翼部翼面に沿
設しである翼面冷却孔９および翼後縁部に配置した冷却
空気出口孔６がら空気を排出させて冷却するもので、対
流冷却方式、翼面表層冷却方式および衝突効果をもつた
強制冷却方式の三方式を併用させた高度な冷却方式例を
採用しており、ともにその冷却空気は空気圧縮機によっ
て圧縮され、ガスタービンの燃焼器およびタービンを通
過する空気を抽気して使用するために、その量の大小が
ガスタービンの熱効率および出力に大きく影響を与える
。
前述した従来対策を施しであるタービン翼におし・では
、その材質および冷却技術につ（・ての進歩が極めて著
しく、また原価低減および性能面からもほぼ限界に達し
たとも考えられるが、近来脚光を浴びているセラミック
材が実用されつつある現状に鑑み、該セラミック材をガ
スタービン高温部、特にタービン翼部に従来の超耐熱合
金に代えて使用しようとする機運にある。
、その材質および冷却技術につ（・ての進歩が極めて著
しく、また原価低減および性能面からもほぼ限界に達し
たとも考えられるが、近来脚光を浴びているセラミック
材が実用されつつある現状に鑑み、該セラミック材をガ
スタービン高温部、特にタービン翼部に従来の超耐熱合
金に代えて使用しようとする機運にある。
しかるに、セラミック材の熱膨脹係数が金属材料の三な
いし五分の−であるので、両材料の結合に際して適切な
対策を構じておかないと、熱膨張差のために高温域で大
きな熱応力が生じ、特にセラミック材には延性がほとん
どないから、核材で製作された部品が破損し、さらにそ
の結合部分が緩徐するなどの欠点が避けもれな（・。
いし五分の−であるので、両材料の結合に際して適切な
対策を構じておかないと、熱膨張差のために高温域で大
きな熱応力が生じ、特にセラミック材には延性がほとん
どないから、核材で製作された部品が破損し、さらにそ
の結合部分が緩徐するなどの欠点が避けもれな（・。
発明が解決しようとする問題点
この発明は、ガスタービンのタービン翼にセラミック材
を適用してその金属材料との熱膨張差による破損を防止
するとともＫ、その結合部分の緩徐現象を除去すること
にある。
を適用してその金属材料との熱膨張差による破損を防止
するとともＫ、その結合部分の緩徐現象を除去すること
にある。
問題点を解決するための手段
この発明は、セラミック製内側シュラウドおよび同材製
外側ジュラウド間に同材製タービン翼部を同材製充填材
を介設して挿嵌させて熱膨脹係数の小さい合金製のステ
イボルトで締結させるとともに、該ステイボルトに冷却
空気を通気させてなるものである。
外側ジュラウド間に同材製タービン翼部を同材製充填材
を介設して挿嵌させて熱膨脹係数の小さい合金製のステ
イボルトで締結させるとともに、該ステイボルトに冷却
空気を通気させてなるものである。
作用
したがって、この発明の構成によれば、内、外側シュラ
ウドおよび翼部相互間に介設させである充填材が緩衝作
用をする上に、締結ボルトとの熱膨張差がほとんどなく
なるから、過大熱応力を発生することなく、また該ボル
ト結合力が弱化して緩徐することがなく、さらに冷却さ
れた締結ボルトの強度が保持される。
ウドおよび翼部相互間に介設させである充填材が緩衝作
用をする上に、締結ボルトとの熱膨張差がほとんどなく
なるから、過大熱応力を発生することなく、また該ボル
ト結合力が弱化して緩徐することがなく、さらに冷却さ
れた締結ボルトの強度が保持される。
実施例
つぎに、この発明の実施例を図面によって説明すると、
第１および２図において、タービン翼部として静翼を挙
例して説述すれば、セラミック製翼部１０をセラミック
製内側シュラウド１１および同材製外側シュラウド１２
間に同材製充填材１３を介設させて挿嵌させ、前記内、
外側シュラウドおよび翼部を貫通して該両側ンユラウド
の夫々の外側に内側シュラウド当て金１５および外側ン
ユラウド当て金１４を配設させてステイボルト１６を前
記内側シュラウド側から挿入させ、該ボルトの前記外側
ンユラウド側端を回り止め座金１８を介在させて締結ナ
ツト１７によって緊締させるとトモに、前記ステイボル
トのボルト軸心に冷却空気導入孔２０を穿設して該導入
孔のステイボルト１６の頭部近傍に軸心に直交して穿孔
しである冷却空気導入透孔２１に接続させ、該導入透孔
を前記内側シュラウド当て金の内側７ユラウド１１当接
側に配設しである冷却空気通路１９ｉＣ連通させるとと
もに、前記導入孔のステイボルト１７端部分から冷却空
気２２を送流自在にしているもので、前記翼部、内、外
側シュラウドおよび充填材に使用するセラミック材とし
ては、耐熱性、高温強度、耐熱衝撃性および高靭性に優
れた窒化けい素、あるいは炭化けい素の常圧焼結晶が推
奨されるが、前記材料以外でもその熱膨脹係数が前者材
の３．３ＸＩＯ／℃にッケル基超合金の五分の−）、後
者材の４．３ Ｘ １０ ／’Ｃ（同じく四分の−）
に相当するものであればよく、また前記スティボルト、
内、外シュラウド当て金、締結ナツトの夫々を熱膨脹係
数の小さし・合金材料で製作し、さらに前記冷却空気の
空気源として空気圧縮機の吐出空気を使用するものとし
、したがって常温からの温度上昇は、例えば４００℃程
度であり、一方ガス温度を１２５０℃とすれば、温度上
昇は１２３０’Ｃ（空温を２０°Ｃ）となり、セラミッ
ク材が無冷却でほぼガス温度になるとすれば、その温度
上昇は冷却されたステイボルト１６の約３．０倍になる
ので、熱膨張量は両者はとんど差がなくなる。
第１および２図において、タービン翼部として静翼を挙
例して説述すれば、セラミック製翼部１０をセラミック
製内側シュラウド１１および同材製外側シュラウド１２
間に同材製充填材１３を介設させて挿嵌させ、前記内、
外側シュラウドおよび翼部を貫通して該両側ンユラウド
の夫々の外側に内側シュラウド当て金１５および外側ン
ユラウド当て金１４を配設させてステイボルト１６を前
記内側シュラウド側から挿入させ、該ボルトの前記外側
ンユラウド側端を回り止め座金１８を介在させて締結ナ
ツト１７によって緊締させるとトモに、前記ステイボル
トのボルト軸心に冷却空気導入孔２０を穿設して該導入
孔のステイボルト１６の頭部近傍に軸心に直交して穿孔
しである冷却空気導入透孔２１に接続させ、該導入透孔
を前記内側シュラウド当て金の内側７ユラウド１１当接
側に配設しである冷却空気通路１９ｉＣ連通させるとと
もに、前記導入孔のステイボルト１７端部分から冷却空
気２２を送流自在にしているもので、前記翼部、内、外
側シュラウドおよび充填材に使用するセラミック材とし
ては、耐熱性、高温強度、耐熱衝撃性および高靭性に優
れた窒化けい素、あるいは炭化けい素の常圧焼結晶が推
奨されるが、前記材料以外でもその熱膨脹係数が前者材
の３．３ＸＩＯ／℃にッケル基超合金の五分の−）、後
者材の４．３ Ｘ １０ ／’Ｃ（同じく四分の−）
に相当するものであればよく、また前記スティボルト、
内、外シュラウド当て金、締結ナツトの夫々を熱膨脹係
数の小さし・合金材料で製作し、さらに前記冷却空気の
空気源として空気圧縮機の吐出空気を使用するものとし
、したがって常温からの温度上昇は、例えば４００℃程
度であり、一方ガス温度を１２５０℃とすれば、温度上
昇は１２３０’Ｃ（空温を２０°Ｃ）となり、セラミッ
ク材が無冷却でほぼガス温度になるとすれば、その温度
上昇は冷却されたステイボルト１６の約３．０倍になる
ので、熱膨張量は両者はとんど差がなくなる。
発明の効果
上述したようＫ、この発明は、内、外側シュラウドおよ
び翼部をセラミック化するとともに、その間に同材かう
なる充填材を介設してセラミック材相互間の緩衝材とし
て作用させている上に、該セラミック材と熱膨張差のほ
とんどないステイボルトで締結させているので、該セラ
ミック製諸部品の破損を防止できるとともに、結合部分
力；緩む現象が起こることがなく、さらに締結して℃・
るボルトを冷却させているから、その強度の低下のおそ
れが全くないなど、従来ターヒ゛ン翼にセラミック材を
適用した場合の欠点を除去して℃・るので、そのセラミ
ック化の実用を実現でき、した力ζって、ガスタービン
入口ガス温度を上昇させられるので。
び翼部をセラミック化するとともに、その間に同材かう
なる充填材を介設してセラミック材相互間の緩衝材とし
て作用させている上に、該セラミック材と熱膨張差のほ
とんどないステイボルトで締結させているので、該セラ
ミック製諸部品の破損を防止できるとともに、結合部分
力；緩む現象が起こることがなく、さらに締結して℃・
るボルトを冷却させているから、その強度の低下のおそ
れが全くないなど、従来ターヒ゛ン翼にセラミック材を
適用した場合の欠点を除去して℃・るので、そのセラミ
ック化の実用を実現でき、した力ζって、ガスタービン
入口ガス温度を上昇させられるので。
タービン性能の格段の向上となり、さらにセラミック化
の実用とともに量産にともなう焼結用金型の製作償却費
の低下となって原価低減が大幅に行なわれるなど、この
発明の産業上の利用価値＆ま極めて広大である。
の実用とともに量産にともなう焼結用金型の製作償却費
の低下となって原価低減が大幅に行なわれるなど、この
発明の産業上の利用価値＆ま極めて広大である。
第１図は、この発明の実施例を示す要部を切断面であら
れした側面図、第２図は、前回のＡ−Ａ矢視図、第３図
は、対流冷却方式を適用した従来タービン翼の要部を切
開してあられした斜視図、第４図は、対流冷却方式、翼
面表層冷却方式および強制冷却方式を併用した従来ター
ビン翼の要部を切開してあられした斜視図である。 １０・・セラミック製翼部、１１・・同村製内側シュラ
ウド、１２・・同材製外側ンユラウド、１３・・同材製
充填材、１６・・ステイボルト、２０・・冷却空気導入
孔、２１・・冷却空気導入透孔、２２・・冷却空気。 復代理人 木村正巳 （ほか２名）“
れした側面図、第２図は、前回のＡ−Ａ矢視図、第３図
は、対流冷却方式を適用した従来タービン翼の要部を切
開してあられした斜視図、第４図は、対流冷却方式、翼
面表層冷却方式および強制冷却方式を併用した従来ター
ビン翼の要部を切開してあられした斜視図である。 １０・・セラミック製翼部、１１・・同村製内側シュラ
ウド、１２・・同材製外側ンユラウド、１３・・同材製
充填材、１６・・ステイボルト、２０・・冷却空気導入
孔、２１・・冷却空気導入透孔、２２・・冷却空気。 復代理人 木村正巳 （ほか２名）“
Claims (1)
- セラミック製内側シユラウドおよび同材製外側シユラウ
ド間に同材製タービン翼部を同材製充填材を介設して挿
嵌させて熱膨脹係数の小さい合金製のステイボルトで締
結させるとともに、該ステイボルトに冷却空気を通気さ
せることを特徴とするガスタービンのタービン翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18817284A JPS6166802A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | ガスタ−ビンのタ−ビン翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18817284A JPS6166802A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | ガスタ−ビンのタ−ビン翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6166802A true JPS6166802A (ja) | 1986-04-05 |
| JPH0425404B2 JPH0425404B2 (ja) | 1992-04-30 |
Family
ID=16219016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18817284A Granted JPS6166802A (ja) | 1984-09-10 | 1984-09-10 | ガスタ−ビンのタ−ビン翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6166802A (ja) |
Cited By (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62248804A (ja) * | 1986-04-22 | 1987-10-29 | Toshiba Corp | タ−ビンのシ−ル部間隙調整装置 |
| JPS63191204U (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-09 | ||
| JPH02218824A (ja) * | 1988-12-14 | 1990-08-31 | General Electric Co <Ge> | ガスタービンエンジン用フレーム組立体 |
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| JP2017025915A (ja) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | セラミックマトリクス複合材部品を金属部品に連結する方法およびシステム |
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