JPH0681885B2 - Radial rotor - Google Patents
Radial rotorInfo
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- JPH0681885B2 JPH0681885B2 JP63229589A JP22958988A JPH0681885B2 JP H0681885 B2 JPH0681885 B2 JP H0681885B2 JP 63229589 A JP63229589 A JP 63229589A JP 22958988 A JP22958988 A JP 22958988A JP H0681885 B2 JPH0681885 B2 JP H0681885B2
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- rotor
- radial
- reinforcing fibers
- blade
- fabric
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高温ガスタービン、高温ファン、送風機等の
ターボマシンにおいて用いるのに適したラジアルロータ
に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a radial rotor suitable for use in a turbomachine such as a high temperature gas turbine, a high temperature fan, a blower or the like.
［従来の技術］ 従来のタービンロータは、金属製無冷却の場合で約1000
度、モノリシックのSi3N4,SiC等のセラミックスでは、
約1200度が使用最高温度であり、エンジンの高温化によ
る高効率化には限界があった。[Prior Art] A conventional turbine rotor is about 1000 without metal cooling.
In monolithic ceramics such as Si 3 N 4 , SiC,
The maximum operating temperature was about 1200 degrees, and there was a limit to increasing the efficiency by raising the engine temperature.
これに対し、カーボンカーボン・コンポジット（以下、
C/Cコンポジットと略記する。）は、極めて高い高温強
度を有しているため、タービンロータとして用いるのに
は極めて適していると考えられるが、その加工が困難で
あって、特にラジアルタービンロータのような複雑な３
次元形状体を成形することは極めて難しく、全く顧みら
れていない。On the other hand, carbon-carbon composite (hereinafter,
Abbreviated as C / C composite. ) Is extremely suitable for use as a turbine rotor because it has extremely high high-temperature strength, but it is difficult to machine it, and in particular, it has a complicated structure such as a radial turbine rotor.
Molding a three-dimensional body is extremely difficult and has never been neglected.
［発明が解決しようとする課題］ 本発明者らは、強化用繊維によって成形加工が困難にな
っている素材を用い、何らかの手段によりラジアルロー
タを成形することを考慮するに際し、高速回転時のロー
タに加わる応力について解析を行った結果、その応力は
ロータの半径方向に主として作用し、周方向等に作用す
る応力は比較的小さいことを確かめることができた。[Problems to be Solved by the Invention] The inventors of the present invention consider, when forming a radial rotor by some means, using a material whose forming process is difficult due to a reinforcing fiber, and consider a rotor at high speed. As a result of analyzing the stress applied to the rotor, it was confirmed that the stress mainly acts in the radial direction of the rotor and the stress acting in the circumferential direction is relatively small.
本発明は、かかる知見に基づくものであり、その技術的
課題は、C/Cコンポジットのように成形加工が非常に困
難な素材によって容易に製造することができ、しかもそ
の素材の特性をロータに要求される性能に適合させるよ
うにしたラジアルロータを得ることにある。The present invention is based on such knowledge, and its technical problem is that it can be easily manufactured by using a material such as C / C composite that is extremely difficult to mold, and the characteristics of the material can be applied to the rotor. To obtain a radial rotor adapted to the required performance.
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明に係る第１のラジアル
ロータは、数枚のブレードを放射方向に突出させたロー
タ本体を、強化用繊維を互いに直交する方向に配向した
多数の織物片をロータの軸方向に積層することにより構
成し、その積層された各織物片は、中心のボス部分から
複数のブレード部分が放射方向に突出する形状のもの
を、織物素材から切り出したものとし、各織物片におい
ては、少なくとも、中心のボス部分から放射４方向に伸
びるブレード部分を、織物素材における強化用繊維の配
向方向に突出させ、上記配向方向に一致しないブレード
部分がある場合には、各織物片を積層するに際し、上記
配向方向に一致するブレード部分を各ブレードに均等配
置したことを特徴としている。[Means for Solving the Problems] A first radial rotor according to the present invention for solving the above problems has a rotor body in which several blades are projected in a radial direction in which reinforcing fibers are orthogonal to each other. Is formed by laminating a large number of fabric pieces oriented in the axial direction of the rotor, and each of the laminated fabric pieces has a shape in which a plurality of blade portions project radially from the central boss portion, In each piece of fabric, at least a blade portion extending in the radial 4 direction from the central boss portion is projected in the orientation direction of the reinforcing fibers in the fabric material, and the blade portion does not match the orientation direction. In such a case, when laminating the woven fabric pieces, the blade portions corresponding to the orientation direction are evenly arranged on the blades.
また、本発明に係る第２のラジアルロータは、数枚のブ
レードを放射方向に突出させたロータ本体を、強化用繊
維を互いに60°の角度で交叉する３軸方向に配向した多
数の織物片をロータの軸方向に積層することにより構成
し、その積層された各織物片は、中心のボス部分から複
数のブレード部分が放射方向に突出する形状のものを、
織物素材から切り出したものとし、各織物片において
は、中心のボス部分から放射６方向に伸びるブレード部
分を、織物素材における強化用繊維の配向方向に突出さ
せたことを特徴としている。The second radial rotor according to the present invention has a plurality of fabric pieces in which a rotor body having several blades protruding in a radial direction is oriented in three axial directions in which reinforcing fibers intersect each other at an angle of 60 °. Is formed by laminating in the axial direction of the rotor, each laminated fabric piece has a shape in which a plurality of blade portions protrudes radially from the central boss portion,
The fabric piece is cut out, and each piece of fabric is characterized in that a blade portion extending from the central boss portion in the radial direction 6 is projected in the orientation direction of the reinforcing fibers in the fabric material.
［作用］ 本発明のラジアルロータにおいては、織物素材から強化
用繊維の配向方向にブレード部分が突出するように切り
出した織物片の多数をロータの軸方向に積層し、また、
上記配向方向に突出するように切り出せないブレード部
分がある場合には、このブレード部分を含む織物片を積
層するに際して、上記配向方向に一致するブレード部分
を均等配置することによって、ロータ本体を構成してい
るので、各ブレード内の強化用繊維が主として放射方向
に配向される。[Operation] In the radial rotor of the present invention, a large number of fabric pieces cut out from the fabric material so that the blade portions project in the orientation direction of the reinforcing fibers are laminated in the axial direction of the rotor, and
When there is a blade portion that cannot be cut out so as to project in the orientation direction, when laminating a fabric piece including this blade portion, the rotor body is configured by evenly disposing the blade portions that match the orientation direction. As such, the reinforcing fibers within each blade are predominantly radially oriented.
高速回転時のロータに加わる応力は、ロータの半径方向
に主として作用し、周方向やロータ軸方向等に作用する
応力は比較的小さいため、上記のように強化用繊維がブ
レードの放射方向に配向されたロータは、高速回転時に
加わる応力に対して十分な強度を示すことになる。The stress applied to the rotor during high-speed rotation mainly acts in the radial direction of the rotor, and the stress acting in the circumferential direction and the axial direction of the rotor is relatively small, so that the reinforcing fibers are oriented in the radial direction of the blade as described above. The rotor thus obtained exhibits sufficient strength against the stress applied during high speed rotation.
また、C/Cコンポジットのように高い強度を有している
素材では、ラジアルタービンロータのような複雑な３次
元形状体を成形することが極めて難しいが、強化用繊維
を有する織物素材を必要形状に切り出して積層すること
は容易であり、そのため強化用繊維を用いたラジアルロ
ータの成形を容易に実現できる。In addition, it is extremely difficult to form a complicated three-dimensional body such as a radial turbine rotor with a material having high strength such as C / C composite, but a woven material having reinforcing fibers is required. Since it is easy to cut out and laminate them, it is possible to easily realize the molding of the radial rotor using the reinforcing fibers.
［実施例］ 第１図は、本発明に係るラジアルロータの実施例を示
し、第２図及び第３図はそのラジアルロータを構成する
ための強化用繊維を有する織物素材を示している。Example FIG. 1 shows an example of a radial rotor according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 show a woven material having reinforcing fibers for constituting the radial rotor.
上記ラジアルロータは、第１図からわかるように、数枚
のブレード2,2,・・を放射方向に突出させたロータ本体
１を、強化用繊維を有する多数の織物片3,3,・・をロー
タの軸方向に積層することにより構成される。As can be seen from FIG. 1, the radial rotor includes a rotor body 1 having several blades 2, 2, ..., Which are projected in a radial direction, and a large number of fabric pieces 3, 3 ,. Are laminated in the axial direction of the rotor.
積層される各織物片3,3,・・は、第２図または第３図に
例示するような形状に形成される。第２図の織物素材10
は、強化用繊維11,11,・・を互いに直交する方向に配向
したもので、この織物素材10から、中心のボス部分13か
ら複数のブレード部分14,14,・・が放射方向に突出する
形状の織物片12を切り出すが、その場合に、例えば、４
個のブレード部分14,14,・・を十字状に突出させるに
は、図中に実線で示すような十字状に、また８個のブレ
ード部分を突出させるには、十字状のブレード部分14,1
4,・・に鎖線で示すブレード部分14aを付加した形状に
切り出される。即ち、織物素材10においては、少なくと
も、強化用繊維11の配向方向に上記ブレード部分14,14,
・・を突出させて、織物片12が切り出される。積層する
多数の織物片に、その積層段に応じて必要な形状をもた
せ得ることは勿論である。Each of the laminated fabric pieces 3, 3, ... Is formed into a shape as illustrated in FIG. 2 or FIG. Textile material 10 in Figure 2
, Are reinforcing fibers 11, 11, ... Oriented in directions orthogonal to each other, and from this fabric material 10, a plurality of blade portions 14, 14, ... A woven fabric piece 12 having a shape is cut out.
In order to project the individual blade portions 14, 14, ... In a cross shape, in a cross shape as shown by the solid line in the figure, and in order to project the eight blade portions, a cross-shaped blade portion 14, 1
It is cut out into a shape in which a blade portion 14a shown by a chain line is added to 4 ,. That is, in the textile material 10, at least the blade portions 14, 14, in the orientation direction of the reinforcing fibers 11.
The fabric piece 12 is cut out by projecting. It is needless to say that a large number of fabric pieces to be laminated can have a required shape depending on the lamination stage.
上述の８個のブレード部分を突出させた場合には、積層
する織物片を交互に45°ずつずらすことにより、各ブレ
ード内に放射方向に配向した強化用繊維を均等配置する
ことができる。また、織物素材として、45°ずつずらし
た４方向の強化用繊維を有するものを用い、各ブレード
部分をそれぞれ強化用繊維の配向方向に突出させること
もできる。When the above-mentioned eight blade portions are projected, the fabric pieces to be laminated are alternately shifted by 45 °, whereby the radially oriented reinforcing fibers can be uniformly arranged in each blade. It is also possible to use a woven material having reinforcing fibers in four directions that are shifted by 45 °, and project each blade portion in the orientation direction of the reinforcing fibers.
このような織物片を順次接着して積層し、第１図に示す
ようなロータ本体１を形成すると、各ブレード2,2,・・
内の強化用繊維が主として放射方向に配向される。When such fabric pieces are sequentially bonded and laminated to form the rotor body 1 as shown in FIG. 1, the blades 2, 2, ...
The reinforcing fibers therein are predominantly radially oriented.
また、第３図の織物素材20は、３方向の強化用繊維21,2
1,・・を互いに60°の角度で交差するように配向したも
ので、この織物素材20からは、中心のボス部分23から60
°の間隔で６個のブレード部分24,24,・・が放射方向に
突出する形状の織物片22が切り出される。In addition, the textile material 20 of FIG. 3 is composed of reinforcing fibers 21,2 in three directions.
1, ... are oriented so that they intersect with each other at an angle of 60 °.
.. are cut out in a shape in which six blade portions 24, 24, ...
上述した織物片12,22における強化用繊維11,21として、
例えばカーボン繊維を用い、それをフェノール樹脂等で
結合した織物片12,22を軸方向に積層して相互間を接着
することによりロータ本体を成形し、しかる後に、その
成形体を焼成すれば、C/Cコンポジットからなるラジア
ルロータを得ることができる。As the reinforcing fibers 11 and 21 in the above-mentioned fabric pieces 12 and 22,
For example, using a carbon fiber, the rotor body is molded by laminating the woven fabric pieces 12 and 22 bonded together with a phenol resin or the like in the axial direction and adhering them to each other, and thereafter, if the molded body is fired, A radial rotor composed of C / C composite can be obtained.
このC/Cコンポジットからなるラジアルロータは、高温
強度においてすぐれ、必要に応じてその表面を炭化珪
素、その他適宜の材料でコーティングすることにより、
雰囲気にかかわらずその強度を維持させることができ
る。The radial rotor made of this C / C composite is excellent in high temperature strength, and by coating its surface with silicon carbide or other appropriate material, if necessary,
The strength can be maintained regardless of the atmosphere.
また、上記ラジアルロータは、C/Cコンポジットに限ら
ず、耐熱性を有する樹脂その他の材料によってカーボン
繊維やガラス繊維からなる強化用繊維を結合することに
より構成することもできる。Further, the radial rotor is not limited to the C / C composite, and may be configured by bonding reinforcing fibers made of carbon fiber or glass fiber with a resin or other material having heat resistance.
上記ラジアルロータにおいては、織物素材10,20から少
なくとも強化用繊維11,21の配向方向にブレード部分14,
24が突出するように織物片12,22を切り出し、それによ
って各ブレード内の強化用繊維が主として放射方向に配
向されるようにしているので、ロータの高速回転時に主
として半径方向に加わる応力に対して十分な強度を示す
ことになる。In the radial rotor, the blade portion 14, from the textile material 10, 20 at least in the orientation direction of the reinforcing fibers 11, 21.
The fabric pieces 12 and 22 are cut out so that 24 protrudes, so that the reinforcing fibers in each blade are mainly oriented in the radial direction, so that the stress applied mainly in the radial direction during high-speed rotation of the rotor is Will show sufficient strength.
また、C/Cコンポジットのように高い強度を有している
素材では、複雑な３次元形状体を成形することが極めて
難しいが、強化用繊維11,21を有する織物素材10,20を必
要形状に切り出して積層することは容易であるから、強
化用繊維11,21を用いたラジアルロータの成形を容易に
実現することができる。In addition, it is extremely difficult to mold a complicated three-dimensional shape with a material having high strength such as C / C composite, but a woven material 10,20 having reinforcing fibers 11,21 is required. Since it is easy to cut out and laminate them to each other, the molding of the radial rotor using the reinforcing fibers 11 and 21 can be easily realized.
［発明の効果］ 以上に詳述したように、本発明によれば、C/Cコンポジ
ットのように成形加工が非常に困難な素材によってラジ
アルロータを容易に製造することができ、しかもその素
材の特性をロータに要求される性能に適合させ、強化用
繊維を有効に配置したラジアルロータを得ることができ
る。[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, a radial rotor can be easily manufactured from a material such as C / C composite which is extremely difficult to be formed, and It is possible to obtain a radial rotor in which the characteristics are matched with the performance required for the rotor and the reinforcing fibers are effectively arranged.
第１図は本発明に係るラジアルロータの実施例を示す一
部織物片分離状態の斜視図、第２図及び第３図はそのラ
ジアルロータを構成する織物素材の平面図である。 １……ロータ本体、２……ブレード、3,12,22……織物
片、10,20……織物素材、11,21……強化用繊維、13,23
……ボス部分、14,14a,24……ブレード部分。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a radial rotor according to the present invention in a partially separated state of a piece of fabric, and FIGS. 2 and 3 are plan views of a fabric material constituting the radial rotor. 1 …… Rotor body, 2 …… Blade, 3,12,22 …… Fabric piece, 10,20 …… Fabric material, 11,21 …… Reinforcing fiber, 13,23
…… Boss part, 14,14a, 24 …… Blade part.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−180005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−7952（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−127804（ＪＰ，Ｕ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 59-180005 (JP, A) JP 47-952 (JP, A) JP 57-127804 (JP, U)
Claims (2)
ータ本体を、強化用繊維を互いに直交する方向に配向し
た多数の織物片をロータの軸方向に積層することにより
構成し、 その積層された各織物片は、中心のボス部分から複数の
ブレード部分が放射方向に突出する形状のものを、織物
素材から切り出したものとし、 各織物片においては、少なくとも、中心のボス部分から
放射４方向に伸びるブレード部分を、織物素材における
強化用繊維の配向方向に突出させ、上記配向方向に一致
しないブレード部分がある場合には、各織物片を積層す
るに際し、上記配向方向に一致するブレード部分を各ブ
レードに均等配置した、 ことを特徴とするラジアルロータ。1. A rotor body having a plurality of blades protruding in a radial direction is constituted by laminating a large number of fabric pieces in which reinforcing fibers are oriented in directions orthogonal to each other in the axial direction of the rotor, and the lamination Each of the woven fabric pieces cut out from the woven material has a shape in which a plurality of blade portions radially protrudes from the central boss portion. The blade portion extending in the direction, protruding in the orientation direction of the reinforcing fibers in the textile material, if there is a blade portion that does not match the orientation direction, when laminating each fabric piece, the blade portion that matches the orientation direction The radial rotor is characterized in that the blades are evenly arranged on each blade.
ータ本体を、強化用繊維を互いに60°の角度で交叉する
３軸方向に配向した多数の織物片をロータの軸方向に積
層することにより構成し、 その積層された各織物片は、中心のボス部分から複数の
ブレード部分が放射方向に突出する形状のものを、織物
素材から切り出したものとし、 各織物片においては、中心のボス部分から放射６方向に
伸びるブレード部分を、織物素材における強化用繊維の
配向方向に突出させた、 ことを特徴とするラジアルロータ。2. A rotor body in which several blades are projected in a radial direction, and a large number of fabric pieces oriented in three axial directions in which reinforcing fibers intersect each other at an angle of 60 ° are laminated in the axial direction of the rotor. Each of the laminated fabric pieces has a shape in which a plurality of blade portions project in the radial direction from the central boss portion and is cut out from the fabric material. A radial rotor characterized in that a blade portion extending from the boss portion in six radial directions is projected in the orientation direction of the reinforcing fibers in the textile material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63229589A JPH0681885B2 (en) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | Radial rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63229589A JPH0681885B2 (en) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | Radial rotor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0278702A JPH0278702A (en) | 1990-03-19 |
| JPH0681885B2 true JPH0681885B2 (en) | 1994-10-19 |
Family
ID=16894549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63229589A Expired - Lifetime JPH0681885B2 (en) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | Radial rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0681885B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2658497B2 (en) * | 1990-05-07 | 1997-09-30 | 日産自動車株式会社 | Method of manufacturing turbine blade |
| JP2639747B2 (en) * | 1990-08-23 | 1997-08-13 | 工業技術院長 | Manufacturing method of radial rotor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6124641Y2 (en) * | 1981-02-04 | 1986-07-24 | ||
| JPS59180005A (en) * | 1983-03-28 | 1984-10-12 | Shimadzu Corp | Impeller |
-
1988
- 1988-09-13 JP JP63229589A patent/JPH0681885B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0278702A (en) | 1990-03-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |