JPS62199901A - タ−ビン - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は高温のガス体を作動流体とするタービンに関し
、特に高温のガスにさらされる部材をセラミック製とし
、セラミック材料の脆性を考慮した構造を有するタービ
ンを提供するものである。

〔従来技術〕

従来のタービンはケーシングの内部に静翼を、前記ケー
シングの内部に回転自在に設けたローター側に動翼を設
け、蒸気あるいは高温のガスをローターの上流側に供給
し、膨張を繰り返しながら下流側に移動させて排出口よ
り排出するものである。

通常のタービンの場合には、ケーシング側を固定し、そ
の内部にローターを設けてこれを高速で回転させるよう
に構成されており、ローターの周囲に設けた動翼はガス
及び蒸気等より与えられる反力と、回転に伴なって生ず
る大きな遠心力が作用することになる。

ところで、通常のタービンに供給される蒸気あるいはガ
ス等の作動流体の温度は１００〜１０００℃程度である
ので、動翼及び静翼の材質はニッケル基耐熱合金あるい
はコバル）！耐熱合金等の金属が使用されている。

しかしながら、近時においては熱効率向上環を目的とし
てガスタービンの利用が多（なり、それに伴なって従来
の灯油、重油、ＬＮＧ等に加えて高炉の排ガスや石炭ガ
ス化によって生成されるガスも使用されるようになり、
その燃焼ガス温度は１０００〜１５００℃あるいはそれ
以上にも及ぶ高温となっている。

前記従来のタービンに使用されている動翼及び静翼の材
質では、耐久性を有する温度は７００〜９００℃であり
、前記のような燃焼ガスをそのまま供給することができ
なく、過剰空気によって燃焼ガスを希釈して温度を低下
させているのが現状である。

タービンに供給されるガスの温度が高ければ高い程、利
用できる熱落差が大きくなり、それに伴ってタービンの
出力が増加し、且つ熱効率も向上することになるので、
高温のガスを利用できるタービンの開発が要望されてい
る。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来のタービンが比較的低温のガスしか
利用することができなく、ガスの温度と種類に制限があ
る点に鑑み得られたものであって、その目的とするとこ
ろは、高温のガスを使用することが可能なタービンを提
供するものである。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するための本発明は、軸上に静翼を配置
し、前記静翼を囲んでケーシングの一部を回転可能に設
け、前記ケーシングの内面であって前記静翼に続いてセ
ラミック類の動翼を設けたことを特徴とする軸流型及び
輻流型等のタービンである。

近時、自動車のエンジンの過給機として排気ガスで駆動
されるタービンが使用され、そのタービンブレードの材
質としてセラミックスが使用されている。このセラミッ
クスは耐熱材料としては極めて優れた性質を有するもの
である反面、脆性を有するために、小型のタービンしか
製造することができず、大きな出力を得るタービンには
不適当である。

例えば、石炭ガス化ガスを利用して発電を行う場合には
、高温で大流量のガスを処理するためにかなり大型のタ
ービンを製造する必要があるが、従来の構造のタービン
の金属製の静翼や動翼に代えてセラミック類のものを使
用することは困難である。

即ち、ローターが高速で回転すると動翼には大きな遠心
力等が作用することになり、これに耐えるためには大き
な引張り強度が必要となるからである。しかしながら、
セラミックスの特性としては、高温耐熱性に優れている
と共に大きな圧縮強度を有する反面、引張り強度や曲げ
強度は比較的低い欠点を有している。

そこで、本発明はセラミックスの特性を十分に発揮させ
るように、タービンの動翼に主として圧縮応力が作用す
るような構造にしたことに特徴がある。

具体的には、従来のタービンのローターをステーター側
とし、ケーシング側をローター側としたものであって、
固定ケーシングに設けた軸の周囲に静翼を植立し、この
軸を中心として回転する回転ケーシングの内面に動翼を
植立させ、回転ケーシングより出力させるように構成し
たものである。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

図は本発明にかかる軸流型タービンの概要を示す断面図
であって、渦巻状の固定ケーシング１に高温のガス体の
供給口２が設けられ、このケーシング１の中央部に軸３
が設けられている。

前記軸３はガス体の案内部材あるいは支持体であって、
その周囲には間隔を置いて静翼４゜４ａ・・・が植立さ
れている。

前記軸３と静翼の周囲を囲み、間隔をあけて回転ケーシ
ング５が軸受６によって回転可能に支持されている。そ
してこの回転ケーシング５の内面には静翼４．４ａ・・
の間に隣接して位置する動翼７と、静翼４ａの下流側に
位置する動翼７ａが設けられている。

前記回転ケーシング５の周囲には歯車８が設けられてい
る。一方、軸受１１によって支持された軸ｌＯに設けた
歯車９が前記歯車８に噛合されており、この軸上０には
軸継手１２を介して発電機１３が接続されている。

次に各部材の材質について説明する。ケーシング１は高
温のガスが直接導入されるものであるので、セラミック
類あるいはセラミンク層をコーテングして耐熱性を向上
させた金属製のものである。

軸３は、静翼４，４ａ　　・・をその周囲に植立させ、
高温のガスを案内し、流下させるものであるので、セラ
ミック類あるいは金属の周囲にセラミック層を形成した
ものである。

静翼４，４ａ・・・はセラミック類であり、前記軸３と
一体的に形成するか、あるいは別体として製作したもの
を植立する。

回転ケーシング５は、高速で回転すると共にガス圧を受
け、更に、タービンの動力を取出すためのものであるの
で、耐熱性の金属で構成され、必要に応じてその内面が
セラミック層により保護されている。

動１７．’ｌａ・・・は高温のガスにさらされるもので
あるので、セラミック類であり、前記回転ケーシング５
の内面に植立するか、回転ケーシング５の内面に設けた
セラミック層と一体的若しくは接合または嵌合すること
によって形成される。

以上の構成からなるタービンのケーシング１に設けられ
た供給口２より高温のガスＧを供給すると静翼４，４ａ
　　・・・と動翼７，７ａ・・・の作用により回転ケー
シング５が高速で回転する。

前記回転ケーシング５の回転に伴なって歯車８に噛合す
る歯車９が回転し、発電６１３が駆動されて発電が行な
われる。

〔発明の効果〕

本発明は、固定ケーシング内に設けた軸あるいは支持体
の周囲に静翼を植立し、前記軸あるいは支持体を囲んで
間隔を設けて回転自在に支持した回転ケーシングの内面
に動翼を植立し、前記回転ケーシングより動力を出力す
るように構成してなるタービンであるので、次の効果を
奏することができる。

固定ケーシングの内面に設けた軸あるいは支持体に植立
したセラミック類の静翼は高温のガスを案内するが、こ
れには大きな曲げや引張り力が作用しないので、これが
破損することはない。

一方、回転ケーシング内に動翼を設けているので、この
回転ケーシングの回転に伴なって動翼も回転するが、こ
の動翼には圧縮応力が主として作用するので、これも破
損することがない。

このため、高温部は全てセラミックスによって構成する
ことが出来、時として冷却の必要のある金属等は回転ケ
ーシング等の低温側に使用され、高温部と低温部が分離
できるため信転性の高い機械を構成することができる。

以上のように、本発明にかかるタービンはセラミック類
の動翼と静翼に引張応力が作用しないような構造とした
ので、高温のガスを利用して動力を発生させることがで
きるのである。

【図面の簡単な説明】 図は本発明の実施例を示すものであって、タービンの要
部を示す断面図である。 ｌ・・・固定ケーシング、２・・・供給口、３・・・軸
あるいは支持体、４，４ａ・・・静翼、５・・・回転ケ
ーシング、６・・・軸受、７，７ａ・・・動翼、８．９
・・・歯車、１０・・・軸、１１・・・軸受、１２・・
・軸継手、１３・・・発電機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定ケーシング内に設けた軸の周囲に静翼を植立し、前
   記軸を囲んで間隔を設けて回転自在に支持した回転ケー
   シングの内面に動翼を植立し、前記回転ケーシングより
   動力を出力するように構成してなるタービン。