JP3147540B2 - タービン翼 - Google Patents
タービン翼Info
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- JP3147540B2 JP3147540B2 JP29464292A JP29464292A JP3147540B2 JP 3147540 B2 JP3147540 B2 JP 3147540B2 JP 29464292 A JP29464292 A JP 29464292A JP 29464292 A JP29464292 A JP 29464292A JP 3147540 B2 JP3147540 B2 JP 3147540B2
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- Japan
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- turbine blade
- temperature
- thermal expansion
- temperature gas
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
等に使用されるタービン翼に関するものである。
等に使用されるタービン翼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン等に使用されるタ
ービン翼には、動翼および静翼がある。 動翼は、円盤
状のディスクの外周面に周方向に間隔をおいて複数植え
込まれ、該ディスクの外周面に放射状に配設される。そ
して、その翼部を筒状のケーシング内に形成される筒状
のガス通路に配して、該ガス通路に流通する高速ガスを
翼部に挿通させることによってケーシングの周方向に、
その先端が５００ｍ／ｓ程度の周速度で高速回転させら
れるようになっている。静翼は、ガス通路内に配置さ
れ、その周囲に流通させられる高速ガス流を偏向させる
役割を有している。
ービン翼には、動翼および静翼がある。 動翼は、円盤
状のディスクの外周面に周方向に間隔をおいて複数植え
込まれ、該ディスクの外周面に放射状に配設される。そ
して、その翼部を筒状のケーシング内に形成される筒状
のガス通路に配して、該ガス通路に流通する高速ガスを
翼部に挿通させることによってケーシングの周方向に、
その先端が５００ｍ／ｓ程度の周速度で高速回転させら
れるようになっている。静翼は、ガス通路内に配置さ
れ、その周囲に流通させられる高速ガス流を偏向させる
役割を有している。
【０００３】一方、ガス通路に流通させられる高速ガス
は、燃焼室から噴出された、例えば、１０００℃程度の
高温ガスである。したがって、該ガス通路内に配される
前記タービン翼は、その周囲に高温ガスを流通させるこ
とにより、例えば、図４に示すような温度分布となるよ
うに加熱されることになる。該図４に示す例は、図５に
示すように高温ガスの温度を変化させたときの各時刻に
おける温度分布を示している。
は、燃焼室から噴出された、例えば、１０００℃程度の
高温ガスである。したがって、該ガス通路内に配される
前記タービン翼は、その周囲に高温ガスを流通させるこ
とにより、例えば、図４に示すような温度分布となるよ
うに加熱されることになる。該図４に示す例は、図５に
示すように高温ガスの温度を変化させたときの各時刻に
おける温度分布を示している。
【０００４】図５によると、高温ガスの温度は、アイド
リング運転時（時刻０秒まで）において約５３８℃（１
０００°Ｆ）の状態から、２秒間に約１２００℃（２２
００°Ｆ）まで直線的に上昇させられ、その後は、この
約１２００℃の状態に維持される。図４は、高温ガス
の、この温度変化に対して、アイドリング運転時、１秒
後、２秒後、３秒後、および定常運転時（１０秒後）の
タービン翼の温度分布を示している。該図４において、
縦軸は温度、横軸は前縁部の先端（前縁）を原点とした
タービン翼の表面に沿う距離（表面距離）を腹側を正符
号、背側を負符号で示している。
リング運転時（時刻０秒まで）において約５３８℃（１
０００°Ｆ）の状態から、２秒間に約１２００℃（２２
００°Ｆ）まで直線的に上昇させられ、その後は、この
約１２００℃の状態に維持される。図４は、高温ガス
の、この温度変化に対して、アイドリング運転時、１秒
後、２秒後、３秒後、および定常運転時（１０秒後）の
タービン翼の温度分布を示している。該図４において、
縦軸は温度、横軸は前縁部の先端（前縁）を原点とした
タービン翼の表面に沿う距離（表面距離）を腹側を正符
号、背側を負符号で示している。
【０００５】該図４によると、各時刻におけるタービン
翼の温度分布に一定の規則性があることがわかる。すな
わち、どの時刻におけるタービン翼の温度分布にあって
も、該タービン翼の前縁部および後縁部において温度が
高く、該タービン翼の流線に沿う前縁部と後縁部との間
に配される中間部において温度が低くなるという現象を
呈している。これは、高温ガス流の乱れの少ない中間部
において、熱伝達が行われにくく、その結果温度上昇が
抑制されることに基づいている。
翼の温度分布に一定の規則性があることがわかる。すな
わち、どの時刻におけるタービン翼の温度分布にあって
も、該タービン翼の前縁部および後縁部において温度が
高く、該タービン翼の流線に沿う前縁部と後縁部との間
に配される中間部において温度が低くなるという現象を
呈している。これは、高温ガス流の乱れの少ない中間部
において、熱伝達が行われにくく、その結果温度上昇が
抑制されることに基づいている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな温度分布にあって、その温度差が３００℃程度にも
なることがあり、また、定常時には、２００℃程度とな
るため、局部的に過大な熱膨張が発生して、タービン翼
の健全性が低下させられるという問題点があった。
うな温度分布にあって、その温度差が３００℃程度にも
なることがあり、また、定常時には、２００℃程度とな
るため、局部的に過大な熱膨張が発生して、タービン翼
の健全性が低下させられるという問題点があった。
【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、局部的な熱膨張を低減して、タービン
翼の健全性を向上することを目的としている。
たものであって、局部的な熱膨張を低減して、タービン
翼の健全性を向上することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、次の２つの手段を提案している。第１の
手段は、高温ガス流内に配置されその周囲に高温ガスを
流通させられるタービン翼であって、前記高温ガスの流
通方向に沿って熱膨張係数の異なる金属材料を隣接状態
に配し拡散接合により一体的に成形してなるタービン翼
を提案しており、第２の手段は、高温ガスの流通方向前
縁部および後縁部に、その間に配される金属材料より熱
膨張係数の低い金属材料を配したタービン翼を提案して
いる。
に、本発明は、次の２つの手段を提案している。第１の
手段は、高温ガス流内に配置されその周囲に高温ガスを
流通させられるタービン翼であって、前記高温ガスの流
通方向に沿って熱膨張係数の異なる金属材料を隣接状態
に配し拡散接合により一体的に成形してなるタービン翼
を提案しており、第２の手段は、高温ガスの流通方向前
縁部および後縁部に、その間に配される金属材料より熱
膨張係数の低い金属材料を配したタービン翼を提案して
いる。
【０００９】
【作用】第１の手段に係るタービン翼によれば、高温ガ
スの流通方向に沿って、熱膨張係数の異なる金属を拡散
接合することにより、該高温ガスの流通方向に沿う温度
分布に即して、均一な熱膨張を発生するようなタービン
翼が構成されることになる。第２の手段に係るタービン
翼によれば、高温ガス流内に配されることにより比較的
高温状態となる流通方向前縁部および後縁部に比較し
て、その間に配される比較的低温状態の部分に熱膨張係
数の高い金属材料を配したので、前縁部および後縁部の
熱膨張を抑制し、タービン翼に発生する熱応力を低減す
ることが可能となる。
スの流通方向に沿って、熱膨張係数の異なる金属を拡散
接合することにより、該高温ガスの流通方向に沿う温度
分布に即して、均一な熱膨張を発生するようなタービン
翼が構成されることになる。第２の手段に係るタービン
翼によれば、高温ガス流内に配されることにより比較的
高温状態となる流通方向前縁部および後縁部に比較し
て、その間に配される比較的低温状態の部分に熱膨張係
数の高い金属材料を配したので、前縁部および後縁部の
熱膨張を抑制し、タービン翼に発生する熱応力を低減す
ることが可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明に係るタービン翼の一実施例に
ついて、図１ないし図３を参照して説明する。本実施例
のタービン翼１は、図１に示すように、ディスク（図示
略）に固定されるプラットフォーム２と、ガス通路内に
配される翼部３とを一体的に形成して構成されている。
ついて、図１ないし図３を参照して説明する。本実施例
のタービン翼１は、図１に示すように、ディスク（図示
略）に固定されるプラットフォーム２と、ガス通路内に
配される翼部３とを一体的に形成して構成されている。
【００１１】翼部３は、その流線方向に沿って前縁部３
ａ、中間部３ｂ、後縁部３ｃの３部分より構成されてい
る。前縁部３ａおよび後縁部３ｃは、例えば、Ｍａｒ−
Ｍ２００＋Ｈｆ等のニッケル合金からなり、中間部３ｂ
は、例えば、Ｍａｒ−Ｍ２４７ＬＣ等のニッケル合金に
より構成されている。そして、これら前縁部３ａと中間
部３ｂ、中間部３ｂと後縁部３ｃを拡散接合することに
よって一体的に翼形状断面を有するように形成されてい
る。
ａ、中間部３ｂ、後縁部３ｃの３部分より構成されてい
る。前縁部３ａおよび後縁部３ｃは、例えば、Ｍａｒ−
Ｍ２００＋Ｈｆ等のニッケル合金からなり、中間部３ｂ
は、例えば、Ｍａｒ−Ｍ２４７ＬＣ等のニッケル合金に
より構成されている。そして、これら前縁部３ａと中間
部３ｂ、中間部３ｂと後縁部３ｃを拡散接合することに
よって一体的に翼形状断面を有するように形成されてい
る。
【００１２】これらのニッケル合金の熱膨張係数の温度
変化に伴う変化の様子を図２に示す。これによると、Ｍ
ａｒ−Ｍ２００＋Ｈｆは、温度変化に対する熱膨張係数
の変化が小さい。これに対して、Ｍａｒ−Ｍ２４７ＬＣ
は、温度変化とともに熱膨張係数が急激に変化し、例え
ば、タービン翼の使用領域である高温域において、前記
Ｍａｒ−Ｍ２００＋Ｈｆよりも大きな熱膨張係数を示し
ている。
変化に伴う変化の様子を図２に示す。これによると、Ｍ
ａｒ−Ｍ２００＋Ｈｆは、温度変化に対する熱膨張係数
の変化が小さい。これに対して、Ｍａｒ−Ｍ２４７ＬＣ
は、温度変化とともに熱膨張係数が急激に変化し、例え
ば、タービン翼の使用領域である高温域において、前記
Ｍａｒ−Ｍ２００＋Ｈｆよりも大きな熱膨張係数を示し
ている。
【００１３】このように構成されたタービン翼１をガス
通路（図示略）内に配置し、その周囲に高温ガスを流通
させた場合であると、該タービン翼１の前縁部３ａおよ
び後縁部３ｃの温度が大きく上昇させられる一方で、そ
の中間位置に配される中間部３ｂの温度は、前記前縁部
３ａおよび後縁部３ｃよりも低く抑制される。しかし、
本実施例のタービン翼１にあっては、前縁部３ａおよび
後縁部３ｃの熱膨張係数が、中間部３ｂの熱膨張係数と
比較して小さく設定されているので、前縁部３ａおよび
後縁部３ｃと中間部３ｂとの熱膨張差が低減され、ター
ビン翼１内に発生する熱応力が抑制されることになる。
通路（図示略）内に配置し、その周囲に高温ガスを流通
させた場合であると、該タービン翼１の前縁部３ａおよ
び後縁部３ｃの温度が大きく上昇させられる一方で、そ
の中間位置に配される中間部３ｂの温度は、前記前縁部
３ａおよび後縁部３ｃよりも低く抑制される。しかし、
本実施例のタービン翼１にあっては、前縁部３ａおよび
後縁部３ｃの熱膨張係数が、中間部３ｂの熱膨張係数と
比較して小さく設定されているので、前縁部３ａおよび
後縁部３ｃと中間部３ｂとの熱膨張差が低減され、ター
ビン翼１内に発生する熱応力が抑制されることになる。
【００１４】図３は、タービン翼１の流線に沿う位置に
おいて発生する熱応力値の計算値を示している。該図３
において、破線は、単一の材料よりなるタービン翼１の
熱応力値の計算結果であり、実線は、本実施例のタービ
ン翼１を使用した場合の計算結果を示している。これに
より、タービン翼１内に発生する熱応力値が低減され、
その結果、高温ガス流Ｇ内に配されるタービン翼１が健
全な状態に維持されることになる。
おいて発生する熱応力値の計算値を示している。該図３
において、破線は、単一の材料よりなるタービン翼１の
熱応力値の計算結果であり、実線は、本実施例のタービ
ン翼１を使用した場合の計算結果を示している。これに
より、タービン翼１内に発生する熱応力値が低減され、
その結果、高温ガス流Ｇ内に配されるタービン翼１が健
全な状態に維持されることになる。
【００１５】なお、本発明に係るタービン翼１にあって
は、次の技術を採用することができる。 タービン翼１の翼部３を流線に沿って３分割するこ
ととしたが、それ以上の複数の部分に分割し、細かい温
度分布の変化に対応させた熱膨張係数の金属材料を使用
すること。 Ｍａｒ−Ｍ２００＋ＨｆおよびＭａｒ−Ｍ２４７Ｌ
Ｃなるニッケル合金を使用することとしたが、これに代
えて、他の任意の熱膨張係数の異なる金属材料を採用す
ること。
は、次の技術を採用することができる。 タービン翼１の翼部３を流線に沿って３分割するこ
ととしたが、それ以上の複数の部分に分割し、細かい温
度分布の変化に対応させた熱膨張係数の金属材料を使用
すること。 Ｍａｒ−Ｍ２００＋ＨｆおよびＭａｒ−Ｍ２４７Ｌ
Ｃなるニッケル合金を使用することとしたが、これに代
えて、他の任意の熱膨張係数の異なる金属材料を採用す
ること。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の第１の手
段に係るタービン翼は、高温ガス流内に配置されその周
囲に高温ガスを流通させられるタービン翼であって、前
記高温ガスの流通方向に沿って熱膨張係数の異なる金属
材料を隣接状態に配し拡散接合により一体的に成形して
なる構成であるので、高温ガスの流通方向に沿う温度分
布に合わせて熱膨張係数の異なる金属材料を拡散接合す
ることにより、タービン翼全体において均一な熱膨張を
実現して、タービン翼を健全な状態に維持することがで
きる。第２の手段に係るタービン翼は、高温ガスの流通
方向前縁部および後縁部に、その間に配される金属材料
より熱膨張係数の低い金属材料を配したので、高温ガス
流の乱れにより比較的高温状態となりやすい前縁部およ
び後縁部の熱膨張を、その間に配される部分の熱膨張と
同程度に抑制して、両者の間に発生する熱応力を低減
し、タービン翼の健全性を向上することができる。
段に係るタービン翼は、高温ガス流内に配置されその周
囲に高温ガスを流通させられるタービン翼であって、前
記高温ガスの流通方向に沿って熱膨張係数の異なる金属
材料を隣接状態に配し拡散接合により一体的に成形して
なる構成であるので、高温ガスの流通方向に沿う温度分
布に合わせて熱膨張係数の異なる金属材料を拡散接合す
ることにより、タービン翼全体において均一な熱膨張を
実現して、タービン翼を健全な状態に維持することがで
きる。第２の手段に係るタービン翼は、高温ガスの流通
方向前縁部および後縁部に、その間に配される金属材料
より熱膨張係数の低い金属材料を配したので、高温ガス
流の乱れにより比較的高温状態となりやすい前縁部およ
び後縁部の熱膨張を、その間に配される部分の熱膨張と
同程度に抑制して、両者の間に発生する熱応力を低減
し、タービン翼の健全性を向上することができる。
【図１】本発明に係るタービン翼の一実施例を示す斜視
図である。
図である。
【図２】図１のタービン翼に使用される金属材料の熱膨
張係数の温度変化を示すグラフである。
張係数の温度変化を示すグラフである。
【図３】図１のタービン翼において発生する熱応力の計
算結果を示すグラフである。
算結果を示すグラフである。
【図４】タービン翼の流線に沿う位置における温度分布
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図５】図４の温度分布を発生させる高温ガスの変化を
示すグラフである。
示すグラフである。
１ タービン翼 ２ プラットフォーム ３ 翼部 ３ａ 前縁部 ３ｂ 中間部 ３ｃ 後縁部 Ｇ 高温ガス流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01D 5/28 F01D 9/00
Claims (2)
- 【請求項１】 高温ガス流内に配置されその周囲に高温
ガスを流通させられるタービン翼であって、前記高温ガ
スの流通方向に沿って熱膨張係数の異なる金属材料を隣
接状態に配し拡散接合により一体的に成形してなること
を特徴とするタービン翼。 - 【請求項２】 高温ガスの流通方向前縁部および後縁部
に、その間に配される金属材料より熱膨張係数の低い金
属材料を配したことを特徴とする請求項１記載のタービ
ン翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29464292A JP3147540B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | タービン翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29464292A JP3147540B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | タービン翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06146802A JPH06146802A (ja) | 1994-05-27 |
| JP3147540B2 true JP3147540B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=17810413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29464292A Expired - Fee Related JP3147540B2 (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | タービン翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3147540B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4595287B2 (ja) * | 2003-03-25 | 2010-12-08 | セイコーエプソン株式会社 | 立体映像表示装置 |
| KR101985099B1 (ko) * | 2017-10-19 | 2019-05-31 | 두산중공업 주식회사 | 가스 터빈 |
-
1992
- 1992-11-02 JP JP29464292A patent/JP3147540B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06146802A (ja) | 1994-05-27 |
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