JPS63183203A - セラミック材料製の羽根を有するタービンロータ - Google Patents
セラミック材料製の羽根を有するタービンロータInfo
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- JPS63183203A JPS63183203A JP62320030A JP32003087A JPS63183203A JP S63183203 A JPS63183203 A JP S63183203A JP 62320030 A JP62320030 A JP 62320030A JP 32003087 A JP32003087 A JP 32003087A JP S63183203 A JPS63183203 A JP S63183203A
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- 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
-
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
- F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
- F01D11/008—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor by spacer elements between the blades, e.g. independent interblade platforms
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
- F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Composite Materials (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は複合セラミック材料でできた羽根を含むタービ
ン車に係わる。
ン車に係わる。
現代のタービンエンジンの適用、特に航空機領域におけ
る性能の向上の追求は作動温度、特にタービンの入口で
の温度の定常的上昇を辺うながす。
る性能の向上の追求は作動温度、特にタービンの入口で
の温度の定常的上昇を辺うながす。
これらの作動条件は冷却法に関するすべての適用を含む
考案の技術的開発をもたらしたが、それは特にタービン
を構成する機械部品、なかでも特に例えばタービンの回
転子の羽根のように高熱ガスの循環流に最もよ践くさら
される部品について可能寿命を得るためである。開発に
対応する一方法は、要求される機械的又は航空力学的機
能を満たしながら高温に対する耐性を向上させた新規材
料の完成に関するものである。この方法では、様々な複
合材料、特にセラミックファイバをベースとする材料の
利用のための試みが実施された。幾つかの例がこれ桑ら
の公知技術を説明している。
考案の技術的開発をもたらしたが、それは特にタービン
を構成する機械部品、なかでも特に例えばタービンの回
転子の羽根のように高熱ガスの循環流に最もよ践くさら
される部品について可能寿命を得るためである。開発に
対応する一方法は、要求される機械的又は航空力学的機
能を満たしながら高温に対する耐性を向上させた新規材
料の完成に関するものである。この方法では、様々な複
合材料、特にセラミックファイバをベースとする材料の
利用のための試みが実施された。幾つかの例がこれ桑ら
の公知技術を説明している。
フランス特許出願第F R−A 2176350号は複
合羽根に係わり、特殊なファイバ分配法及び、例えば蟻
継ぎ形の羽根脚部にこの複合羽根から移行するための処
置を開示する。
合羽根に係わり、特殊なファイバ分配法及び、例えば蟻
継ぎ形の羽根脚部にこの複合羽根から移行するための処
置を開示する。
フランス特許出願第F R−A 2154050号はタ
ービンエンジンの羽根の実施方法に係わり、そのブレー
ドはファイバゝ喫強化層から成り、その脚部は層間に挿
入された硬化したくさびを含む。
ービンエンジンの羽根の実施方法に係わり、そのブレー
ドはファイバゝ喫強化層から成り、その脚部は層間に挿
入された硬化したくさびを含む。
フランス特許出願第F R−A 2538029号は、
耐熱セラミックの覆いで囲まれた金B製心を含み、通気
及び内部冷却装置が結合されているセラミック羽根を開
示する。羽根のらっは形になった脚部は固定ビンによっ
て中央心と一体的にされている。
耐熱セラミックの覆いで囲まれた金B製心を含み、通気
及び内部冷却装置が結合されているセラミック羽根を開
示する。羽根のらっは形になった脚部は固定ビンによっ
て中央心と一体的にされている。
ドイツ特許第DE−C−830854号は、材料の特れ
た1111に限疋された側■間υノ収宋用勿脚U)涼恨
のがもつセラミック羽根を開示する。
た1111に限疋された側■間υノ収宋用勿脚U)涼恨
のがもつセラミック羽根を開示する。
しかしどの公知の解決法も完全な満足を与えない。実際
にブレード内の金属部分の存在は、複合セラミック材料
の利用で期待される主たる利点を失わさせ、あるいは極
めて複雑なファイバの配置が要求されて、ファイバ又は
織物の構成、並びに羽根のブレード部から脚部への通路
及びこの脚部又は羽根のブレード部からプラットフォー
ム部への通路の形状付けに際して製造上の困難をもたら
す。
にブレード内の金属部分の存在は、複合セラミック材料
の利用で期待される主たる利点を失わさせ、あるいは極
めて複雑なファイバの配置が要求されて、ファイバ又は
織物の構成、並びに羽根のブレード部から脚部への通路
及びこの脚部又は羽根のブレード部からプラットフォー
ム部への通路の形状付けに際して製造上の困難をもたら
す。
本発明は先行の公知解決法により受ける不都合を避けな
がら上記種類の羽根の実現を目指す。前記種類の羽根を
含む本発明タービン車は、各々の羽根がくさび形の少な
くとも1個の部材及びプラットフォーム部を形成する部
材によって構成される少なくとも1部品に結合しており
、これらの部材は羽根の同じ側に位置し、前記くさび形
及びプラットフオーム形部材はくさび形の2つの部材が
羽根の脚部の側面と円板のスロットの面との間に両側に
配置されるようにして足高部によって結合されて、羽根
の径方向鎖錠を保証すること、及びプラットフォーム部
を形成しかつ前記ブレード部の両側に配置された部材が
タービンの航空力学的ガス循環管の内壁を限定する連続
リングを形成することを特徴とする。
がら上記種類の羽根の実現を目指す。前記種類の羽根を
含む本発明タービン車は、各々の羽根がくさび形の少な
くとも1個の部材及びプラットフォーム部を形成する部
材によって構成される少なくとも1部品に結合しており
、これらの部材は羽根の同じ側に位置し、前記くさび形
及びプラットフオーム形部材はくさび形の2つの部材が
羽根の脚部の側面と円板のスロットの面との間に両側に
配置されるようにして足高部によって結合されて、羽根
の径方向鎖錠を保証すること、及びプラットフォーム部
を形成しかつ前記ブレード部の両側に配置された部材が
タービンの航空力学的ガス循環管の内壁を限定する連続
リングを形成することを特徴とする。
さらに有利には、プラットフォーム部を形成し、2枚の
nFAする羽根の間に位置する2個の部材がさらに横形
単一部品を形成するため結合されている。これらすべて
条の本発明装置は重要な具通の利点をもつ。これらのt
i@は、さらに高温に対する耐性及び1a能保存性、並
びに耐食性、機械的特性及び本発明に従うブレード部及
びプラットフォーム部の間の分離によって、それぞれが
別々に複合セラミックによる実現に適する反った形状を
もつ羽根を実現するための質迅的特性について興味深い
結果を示す複合セラミック材料の利用を可能ならしめる
。さらにまた、ブレード部と羽根脚部との結びつきを、
羽根の脚部から分離された、本発明により得られるくさ
び形部材のような結合部材によって満たされる羽根の取
付けと、径方向抑止又は鎖錠機能とブレード部の航空力
学的m能の間の分離によって、良好な機能保持に有害な
形状ひずみを受けない連続ファイバによって可能ならし
める。
nFAする羽根の間に位置する2個の部材がさらに横形
単一部品を形成するため結合されている。これらすべて
条の本発明装置は重要な具通の利点をもつ。これらのt
i@は、さらに高温に対する耐性及び1a能保存性、並
びに耐食性、機械的特性及び本発明に従うブレード部及
びプラットフォーム部の間の分離によって、それぞれが
別々に複合セラミックによる実現に適する反った形状を
もつ羽根を実現するための質迅的特性について興味深い
結果を示す複合セラミック材料の利用を可能ならしめる
。さらにまた、ブレード部と羽根脚部との結びつきを、
羽根の脚部から分離された、本発明により得られるくさ
び形部材のような結合部材によって満たされる羽根の取
付けと、径方向抑止又は鎖錠機能とブレード部の航空力
学的m能の間の分離によって、良好な機能保持に有害な
形状ひずみを受けない連続ファイバによって可能ならし
める。
本発明のその他の特徴及び利点は、以下に幾つかの具体
例について添付図面を参照して説明することによってよ
り理解されよう。
例について添付図面を参照して説明することによってよ
り理解されよう。
第1図では、部分的に示されたタービン車1は円板2及
びこの円板によって回転を誘導される回転羽根3によっ
て構成される。円板2は、その円周上に一様に分配され
、タービン車の回転軸の方向に向き付けされ、かつ蟻継
ぎ形(ばち形)断面をもつ直線形の多数のスロット4を
含んでいる。
びこの円板によって回転を誘導される回転羽根3によっ
て構成される。円板2は、その円周上に一様に分配され
、タービン車の回転軸の方向に向き付けされ、かつ蟻継
ぎ形(ばち形)断面をもつ直線形の多数のスロット4を
含んでいる。
学的1m能に合わせてあり、さらに前記ブレード3aは
羽根3の半径方向に内側の辺を脚部3bにより延長され
、しかも完全に連続したブレード部3aから脚部3bへ
の移行のなかで形状の破壊が何ら生じない。羽根3の脚
部3bは球根状部で構成され、その横側部3C及び3d
は平面で、これらの平面間の収束角aは例えば5度であ
り得るが、但し10度を超えない。
羽根3の半径方向に内側の辺を脚部3bにより延長され
、しかも完全に連続したブレード部3aから脚部3bへ
の移行のなかで形状の破壊が何ら生じない。羽根3の脚
部3bは球根状部で構成され、その横側部3C及び3d
は平面で、これらの平面間の収束角aは例えば5度であ
り得るが、但し10度を超えない。
羽根の脚部3bの下面は軸方向に従って脚部3bの幅の
中央に設けられた切欠き5を含んでいる。羽根の脚部3
bの横側面3C及び3dと円板2のスロット4の側面4
a及び4bの間に、くさび形の部材、それぞれ羽根3の
外側の6a及び羽根3の内側の78が配置されている。
中央に設けられた切欠き5を含んでいる。羽根の脚部3
bの横側面3C及び3dと円板2のスロット4の側面4
a及び4bの間に、くさび形の部材、それぞれ羽根3の
外側の6a及び羽根3の内側の78が配置されている。
円板2の円周から短かい距離に、各羽根3の両側に、プ
ラットフォーム部がそれぞれ外側6b及び内側7bに配
置されている。これらのプラットフォーム6b及び7b
は、リングを形成し、該リングはタービンを通る航空力
学的ガス循環管の半径方向内側を限定する壁を構成する
。第1図に示す第1具体例によれば、前記くさび形部材
及びプラットフォームは、それぞれ足高部によって均一
化された部品を形成するため結合されかつ一体化されて
おり、キー部6a及びプラットフォーム部6bは部品6
を形成するため足高部6Cによって結合され、同様にキ
ー部7a及びプラットフォーム部7bは部品7を構成す
るため足高部7Cによって結合されている。
ラットフォーム部がそれぞれ外側6b及び内側7bに配
置されている。これらのプラットフォーム6b及び7b
は、リングを形成し、該リングはタービンを通る航空力
学的ガス循環管の半径方向内側を限定する壁を構成する
。第1図に示す第1具体例によれば、前記くさび形部材
及びプラットフォームは、それぞれ足高部によって均一
化された部品を形成するため結合されかつ一体化されて
おり、キー部6a及びプラットフォーム部6bは部品6
を形成するため足高部6Cによって結合され、同様にキ
ー部7a及びプラットフォーム部7bは部品7を構成す
るため足高部7Cによって結合されている。
第2図は羽4I3の形状の1具体例を上面図で示す。羽
根の脚部3b及びいわゆるブレード部3a間には形状の
旋回が生じている。従って、すべての衝突は一方では足
高部6C又はIC及び他方では羽根の形状の間で避けら
れなければならない。
根の脚部3b及びいわゆるブレード部3a間には形状の
旋回が生じている。従って、すべての衝突は一方では足
高部6C又はIC及び他方では羽根の形状の間で避けら
れなければならない。
羽根3の内側の足高部ICはこのようにして羽根の前縁
側ではくり抜き部7dを、羽根の後縁側でばくり扱き部
7eを含む。同様に羽根3の外側の足高部6Cはプラッ
トフォーム部6bの下側で、足高部の中央に設けられた
くり抜き部6dを含む。
側ではくり抜き部7dを、羽根の後縁側でばくり扱き部
7eを含む。同様に羽根3の外側の足高部6Cはプラッ
トフォーム部6bの下側で、足高部の中央に設けられた
くり抜き部6dを含む。
キー部8が、羽根脚部3bの下面と円板2のスロット4
の底部との間に挿入されている。キー部6a及び7aと
協働して、前記キー部8は半径方向に羽根の脚部3bを
このようにして鎖錠する。
の底部との間に挿入されている。キー部6a及び7aと
協働して、前記キー部8は半径方向に羽根の脚部3bを
このようにして鎖錠する。
キー部8はその上面に、羽根脚部3bの下面の切欠き5
と協動する軸方向に配置されたくさび部8aを含んでい
る。くさび部8aは各端に円板2の面上に折返えされた
縁を含み、このようにして軸方向項錠確保する。
と協動する軸方向に配置されたくさび部8aを含んでい
る。くさび部8aは各端に円板2の面上に折返えされた
縁を含み、このようにして軸方向項錠確保する。
第4図に示した第2の具体例は、ここでは第1の具体例
と同じままの部品の符号は第1図〜第3図について先に
用いられた符号と同一であり、類似部品の符号には10
を加えである。該具体例はそれぞれ2つのキー部材とプ
ラットフォーム部で構成され、連続する2枚の羽根、そ
れぞれ羽根の内側の1枚と次の羽根の外側の1枚、の間
に位置する2個の部品が、単一部品を形成するため継ぎ
合わせたプラットフォームの高さで結合されている。
と同じままの部品の符号は第1図〜第3図について先に
用いられた符号と同一であり、類似部品の符号には10
を加えである。該具体例はそれぞれ2つのキー部材とプ
ラットフォーム部で構成され、連続する2枚の羽根、そ
れぞれ羽根の内側の1枚と次の羽根の外側の1枚、の間
に位置する2個の部品が、単一部品を形成するため継ぎ
合わせたプラットフォームの高さで結合されている。
従って第4図には、円板2及びそのスロット4、羽根3
及びその脚部3b及びブレード部3a%鎖錠キー部8が
見られる。2枚の羽根3の間には、第1キー部17a1
第1足高部17C1プラットフォームを形成する羽根間
の単一テーブル9a、第2足高部16c及び第2キー部
16aによって構成される中間部品9が配置されている
。
及びその脚部3b及びブレード部3a%鎖錠キー部8が
見られる。2枚の羽根3の間には、第1キー部17a1
第1足高部17C1プラットフォームを形成する羽根間
の単一テーブル9a、第2足高部16c及び第2キー部
16aによって構成される中間部品9が配置されている
。
先に示した通り、以上説明した様々な本発明具体例では
、羽根3は方向付けされたファイバをもつ公知形式の、
公知技術に従って作製されることができる複合セラミッ
ク材料で実現され、あるいはさらにこれらの羽根はいわ
ゆる「三次元形」横着のセラミックで作られることがで
き、その形成法はこの種の機械加工法に含まれることが
できる。
、羽根3は方向付けされたファイバをもつ公知形式の、
公知技術に従って作製されることができる複合セラミッ
ク材料で実現され、あるいはさらにこれらの羽根はいわ
ゆる「三次元形」横着のセラミックで作られることがで
き、その形成法はこの種の機械加工法に含まれることが
できる。
プラットフォーム部はブレード部から分離しており、同
じく複合セラミック材料で、あるいは耐熱性の超合金の
種類の金属材料で作られることができる。以上説明した
具体例では、作動時に部品間の微小すべりも観察され、
従って羽根に悪く作用する振動が減衰される。
じく複合セラミック材料で、あるいは耐熱性の超合金の
種類の金属材料で作られることができる。以上説明した
具体例では、作動時に部品間の微小すべりも観察され、
従って羽根に悪く作用する振動が減衰される。
第1図は本発明の第1具体例のタービン車の、その回転
軸に対して垂直な部分横断面図、第2図は第1図の矢印
Fに従うタービン車の羽根の概略的な上面図、第3a及
び3b図は第1図のタービン車の羽根のそれぞれ内側及
び外側の2個の取付は及びプラットフォーム部材の概略
的な斜視図、第4図は本発明の第2具体例のタービン車
の第1図に類似の説明図である。 2・・・・・・円板、3・・・・・・セラミック羽根、
4・・・・・・スロット、6a、 7a、 16a、
17a・・・・・・キー部、6b、 7b、 9a・・
・・・・プラットフォーム、6c、 7C,16C,1
7C・・・・・・足高部。
軸に対して垂直な部分横断面図、第2図は第1図の矢印
Fに従うタービン車の羽根の概略的な上面図、第3a及
び3b図は第1図のタービン車の羽根のそれぞれ内側及
び外側の2個の取付は及びプラットフォーム部材の概略
的な斜視図、第4図は本発明の第2具体例のタービン車
の第1図に類似の説明図である。 2・・・・・・円板、3・・・・・・セラミック羽根、
4・・・・・・スロット、6a、 7a、 16a、
17a・・・・・・キー部、6b、 7b、 9a・・
・・・・プラットフォーム、6c、 7C,16C,1
7C・・・・・・足高部。
Claims (5)
- (1)円板から成る種類のタービン車であつて、その円
周状に一様に分配されて蟻継ぎ形断面をもつ直線形軸方
向スロットと、前記スロット内に上流側及び下流側にそ
れぞれ当接するフランジを用いて軸方向に鎖錠される脚
部を含む複合セラミック材料製の羽根とを含んでおり、
円板と協働するスロット内のブレード部の径方向内端を
延長する羽根脚部が球根状部分から成り、その2つの平
坦な側面がそれらの間に、セラミックファイバが幾何学
的ひずみ無しにいわゆるブレード部から羽根脚部へ連続
するようにして10度を超えない収束角をなし、各羽根
がくさび形の少なくとも1個の部材及びプラットフォー
ム部を形成する部材によって構成される少なくとも1部
品に結合しており、これらの部材は羽根の同じ側に位置
し、前記くさび形及びプラットフォーム形部材はくさび
形の2つの部材が羽根の脚部の側面と円板のスロットの
面との間に両側に配置されるようにして足高部を形成す
る部分によって結合されて、羽根の径方向鎖錠を保証す
ること、及びプラットフォーム部を形成しかつ前記ブレ
ード部の両側に配置された部材がタービンの航空力学的
ガス循環管の内壁を限定する連続リングを構成すること
を特徴とするタービン車。 - (2)前記足高部がくり抜き部を含むことを特徴とする
、特許請求の範囲第1項に記載のタービン車。 - (3)羽根の内側に位置する各足高部が、それぞれ羽根
の前縁側と後縁側に位置するへり部上にくりぬき部を含
むこと、及び羽根の外側に位置する各足高部がプラット
フォーム部の下側の足高部の中央にくり抜き部を含んで
いることを特徴とする、特許請求の範囲第2項に記載の
タービン車。 - (4)2枚の連続する羽根の間に位置し、プラットフォ
ーム部を形成する2個の部材が単一部品として結合され
、このようにして2枚の羽根の間に連続して、第1キー
部と、第1足高部と、プラットフォーム部と、第2足高
部及び第2キー部とを含む橋形部品を構成することを特
徴とする、特許請求の範囲第1項から第3項のいずれか
1項に記載のタービン車。 - (5)羽根の脚部の下面が切欠き部を含んでいること、
及びキー部が前記下面と円板のスロットの底部との間に
軸方向に挿入されており、さらに前記切欠きと協働する
くさび部を含んでおり、その先端が円板の面上に折返え
される縁をそれぞれ持っていることを特徴とする、特許
請求の範囲第1項から第4項のいずれか1項に記載のタ
ービン車。
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