JPS63173801A - ガスタ−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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、セラミックス製の動翼を有するガスタービン
に関する。

（従来の技術） 従来、高温下かつ腐食性雰囲気下で使用される軸流型タ
ーボ機械においては、耐熱性、耐食側を有するセラミッ
クス製の動翼が採用されており、この動翼の取付方法と
して、第３図乃至第４図に示すような方法が採られてい
る。

第３図において、動翼１は、羽根有効部２と、この羽根
有効部２の根元に接合された羽根根元部３とから構成さ
れている。この羽根根元部３は、プラットホーム部４と
羽根植込部５ををする。一方、金属製のディスク６の外
周には、羽根植込部５に適合する形状にディスク植込部
７が形成されている。

しかして、ディスク植込部７に羽根植込部５を嵌合させ
ることによって、動翼１がディスク６に取付けられてい
る。

ところが、羽根有効部２は、高温高圧のガスにさらされ
るため、羽根有効部２からの熱伝導により、金属製のデ
ィスク６は高温状態下におかれることになる。一般に、
ディスク６は、６００℃程度の許容上限温度をもってお
り、このディスク６の温度をこの許容上限温度以下に保
持するためには、羽根根元部３の温度を約８００℃程度
以下に保持する必要がある。このため、羽根有効部２を
流れるガスの温度は、１１００℃程度以下に抑えなけれ
ばならず、セラミック製動翼が本来持っている耐熱温度
（１３００℃位）まで、ガス温度を上げることができな
いという欠点を有していた。

そこで、上述のような欠点を解消するために、従来第４
図に示すような方法が採られている。これは、ディスク
６の外周に熱緩衝部材としての翼止体８を植設し、この
隣接する翼止体８の間隙に羽根植込部５を嵌合させるこ
とによって、動翼１をディスク６に固着させる。上記の
構造によって、羽根を動部２を流れるガスの温度がセラ
ミックス製動ＴＡ１の耐熱温度である１３００℃程度に
なった場合でも、羽根植込部５が１０００℃程度になり
、翼止体８を８００℃以下に保持でき、ディスク６は、
６００℃以下で運転することができる。

これにより、セラミック製動翼１の本来持っている耐熱
温度まで、ガス温度を上げることができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のような動翼１の取付構造において
は、構造が複雑になる。また、ディスク６と羽根植込部
５の間に翼止体８を介在させるために、回転部分が必要
以上に大型化してしまうため、場所をとり、強度的にも
弱くなってしまう等の欠点がある。

本発明は、上述のような欠点に鑑みてなされたもので、
セラミックス製の動翼とディスクとの間に断熱材と耐熱
材とを設け、さらに、空気流路を設けて、冷却空気を流
し込むことによって、冷却、　　しうるようにしたガス
タービンを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、セラミック製の動翼を有するガスタービンに
おいて、羽根植込部の外周部に断熱材を設けるとともに
、その断熱材の外周部には耐熱材を設け、その耐熱材の
外周部には少なくとも１つの溝を設け、ディスクの植込
部の表面には上記溝に連通ずる空気流路を設け、さらに
ディスクには上記空気流路とディスクの中心部とを連通
ずる空気流路を設けたことを特徴とするガスタービンに
関する。

（作　用） 高温ガスにより加熱されたセラミックス製の動翼の羽根
有効部の熱は、羽根植込部に伝導される。

しかし、羽根植込部の外周部に設けられた断熱材によっ
て、熱伝導が妨げられ、断熱材の外側では、大きく温度
が低下する。また、断熱材の外周部に設けた耐熱材に熱
が伝わるが、ディスク中心部から送られる冷却空気によ
り冷却される。一方、この冷却空気は、ディスク外周部
を流出後、羽根根元部に当たるため羽根根元部の冷却が
行なわれる。

（実施例） 以下、添附図面を参照して本発明の一実施例について説
明する。

本発明における、動翼１の羽根植込部５の形状は、応力
集中による局部応力の上昇を抑えるため、多段フックを
用いずに一段フック植込部形状とする。

この羽根植込部５に軸線方向に切欠９を有する断熱材１
０を嵌合する。さらに、この断熱材１０に耐熱材１１を
嵌合する。この耐熱材１１の外周部には、慢数個の溝１
２が周方向に設けられている。一方、ディスク６には、
ディスク植込部７の底部まで達する空気流路１３が放射
方向に設けられており、さらに、ディスク植込部７の底
部には、ディスク６の周方向に一定区間にわたり、空気
流路１４が設けられている。断熱材１０および耐熱材１
１を順次、羽根植込部５に嵌合した動翼１をディスク６
に挿入する（第１図）。

しかして、第２図に示すように、ディスク６に設けられ
た空気流路１３から冷却空気が放射方向に流れ、空気流
路１４に流入し、この冷却空気によって、ディスク６が
冷却される。また、この冷却空気は耐熱材１１の外周部
に設けられた複数個の溝１２に流入し、これにより、耐
熱材１１が冷却される。さらに、溝１２を通って、プラ
ットホーム部４とディスク６との間隙１５に流入するこ
とにより、羽根根元部３、プラットホーム部４およびデ
ィスク６の外周部が冷却される。その後、隣接するプラ
ットホーム部４同士によって形成される放風道路１６を
通って、放風される。この時、放風道路１６は、冷却空
気の流出方向を高；Ｈガスの作用方向に合わせることに
より、羽根有効部２の根元の部分の流れの乱れを抑える
ことができ、羽根の流体的な効率を向上させることがで
きる。

ここで、断熱材１０は、セラミックス製の動翼１と同等
の耐熱性を有するとともに、良好な断熱性も要求される
。この条件に適合する材料として、ジルコニア（Ｚ　ｒ
　Ｏ２）等のセラミックス材料がある。この材料は、１
３００℃程度までの耐熱性を存し、かつ金属材料に比べ
て、１／２０以下の熱伝導性を有する。また、靭性が他
のセラミックスと比べて高いために、この適用部位が高
応力ながら遠心力が圧縮応力として部材に作用するので
破損する危険性が少ない。

一方、耐熱材１１は、ディスク材よりも耐熱性を有する
ことを要求される。この材料として、Ｎｉ−１９％Ｃｒ
−１７％Ｆｅ−５％Ｃｂ−３％ＭＯ等のＮｉ基合金があ
る。この材料は、耐熱性があり８００℃程度でも使用で
きる。また、溝１２を有する耐熱材１１は、羽根有効部
２に作用する衝撃力や振動力に対して、緩衝部材として
作用する。

また、本発明の他の実施例として、ディスク６と耐熱材
１１との間にスプリングを介在させることによって、起
動停止時における防振効果を高めることができる。

〔発明の効果〕

以上、述べたように、本発明は動翼とディスクの間に断
熱材と耐熱材を介在させ、空気流路を設けて冷却空気を
導入することによって、セラミック製の動翼が本来有す
る耐熱性を有効に活用でき、同時にディスクを許容温度
以下に保つことができる。また、容易に動翼を取付ける
ことができる。

さらに、冷却空気の流出方向を制御することによって、
冷却効果の向上と同時に羽根の流体的な効率も向」二で
きる。また、外周部に溝を有する耐熱材は、セラミック
ス製の動翼の羽根有効部に作用する衝撃力や振動力に対
して、緩衝部材として作用ため、脆いセラミックス製の
動翼の保全性を高め、充分な効果をあげることができる
等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の説明図、第２図は本
発明における一実施例の動作説明図、第３図は従来技術
の説明図、第４図は改良された従来技術の説明図である
。 １・・・動翼、２・・・羽根有効部、３・・・羽根根元
部、４・・・プラットホーム部、５・・・羽根植込部、
６・・・ディスク、７・・・ディスク植込部、８・・・
翼上体、９・・・切欠、１０・・・断熱材、１１・・・
耐熱材、１２・・・溝、１３・・・空気流路、１４・・
・空気流路、１５・・・間隙、１６・・・放風通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミック製の動翼を有するガスタービンにおいて
   、羽根植込部の外周部に断熱材を設けるとともに、その
   断熱材の外周部には耐熱材を設け、その耐熱材の外周部
   には少なくとも１つの溝を設け、ディスクの植込部の表
   面には上記溝に連通する空気流路を設け、さらにディス
   クには上記空気流路とディスクの中心部とを連通する空
   気流路を設けたことを特徴とするガスタービン。 ２、羽根植込部の植込部形状は、一段フックの植込部形
   状であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ガスタービン。 ３、溝は、耐熱材の外周部に周方向に設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガスタービ
   ン。 ４、断熱材は、セラミックス材料であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のガスタービン。 ５、セラミックス材料は、ジルコニア （ＺｒＯ＿２）であることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載のガスタービン。 ６、耐熱材は、Ｎｉ基合金であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のガスタービン。 ７、Ｎｉ基合金は、Ｎｉ−１９％Ｃｒ−１７％Ｆｅ−５
   ％Ｃｂ−３％Ｍｏであることを特徴とする特許請求の範
   囲第６項記載のガスタービン。