JPH02196104A - 繊維強化セラミックタービン翼 - 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】 ［産業上の利用分野Ｊ 本発明は繊維強化セラミックタービン真に係り、特にセ
ラミック繊維で強化された翼部を有するセラミックター
ビン真において、翼部の強度および靭性を高め製作性を
向上することのできる繊維強化セラミックタービン真に
関する。

［従来の技術Ｊ］ 発電用、輸送用に採用されるガスタービンのタービン翼
は高温高速化に対応することが要求される。このため、
この種のタービン翼には強度および靭性が必要であり、
近年ではセラミック繊維で強化されたセラミック翼部が
注目されるに至っている。

一般に、繊維強化セラミック翼部は長繊維による場合と
短繊維による場合とに大別され、長繊維の場合には翼部
全体に−ｔＪｋ構造として１次元、２次元または３次元
の連続繊維による補強がなされていた。また、短繊維の
場合には翼部全体にほとんどランダム方位の短繊維が分
散されていた。

［発明が解決しようとする課悲］ ところで、翼部のうち複雑な形状の部分については前者
のように、長繊維を用いることば困雑であり、特に翼部
のうち締結部等の形状部分は形状が複雑なため製作性に
劣る問題があった。また、強度の必要な方位を考慮した
一体構造の長繊絆強化をすることが困籠であった。

他方、後者のように短繊維を用いた翼部にあっては複雑
な形状部分については容易に製作できるるか、必要な方
位の強度を高くすることができない問題があった。

本発明は上記問題点を有効に解決すべく創案されたもの
である。

本発明は翼部の製作性、組立性を向上すると共に必要な
方位の強度を高めることのできる繊維強化セラミックタ
ービン翼を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段と作用］ 本発明は、中心部に空洞を有し、一方向または二次元的
に配向した長繊維あるいは短繊維により強化されたセラ
ミック膜を最内層部から最外層部に亘って積層してなる
ものであり、特に強度、靭性が必要な翼部を繊維強化セ
ラミック膜の積層構造にし、そのセラミック膜−層毎に
繊維配向の方位を変えることにより、繊維の方位を多次
元的に配向できるようにしたものである。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を添付図面に従って詳述する。

第１図はタービン翼のうちの高温高圧ガス流で回転駆動
される動翼を示したものである。

図示するように、動翼１は実質的に高温高圧ガス流を受
ける翼部２と、その翼部２に連結されるプラットフォー
ム部３と、回転軸となるディスクに保持されるダブテー
ル部４とから主に構成される。

これらプラットフォーム部３およびダブテール部４は一
体構造に成形され、そのプラットフォーム部３には翼部
２の基端部を保持するための凹部３ａが形成される。

特に、翼部２はその中央部（軸心部）に空洞部５を有す
る積層体６により構成される。この積層体６は第２図お
よび第３図に示すように、断面流線形に形成されると共
にその最内層部から最外層部に亘って平行に積層された
長繊維あるいは短繊維からなるセラミック膜７により構
成される０図示例においてはセラミックＩＮ！７が最内
層部・中間層部および最外層部からなる３層構造に積層
される。

また、これらセラック膜７の繊維は各層毎に互いに異な
る方位に配向される。

具体的にはセラミック膜７は一方向に配向されあるいは
２次元的に織物状に配向されたセラミック長繊維、一方
向に配向されあるいは面内の方位がランダムに配向され
ても２次元的に配向されたセラミック短繊維で強化され
たセラミックスにより構成される。

たとえば、一方向に配向された炭化ゲイ素ウィスカによ
り強化された炭化ケイ素セラミック膜７を積層して翼部
２を形成する。

また、プラットフォーム部３およびダブテール部４は等
方向セラミックスで形成される。すなわち、繊維強化さ
れないセラミックスあるいは短繊維による強化がなされ
てもその方位゛がランダムなセラミックスで形成される
。

たとえば、ランダム方向の炭化ケイ素ウィスカにより強
化された窒化ケイ素セラミックスからなるプラットフォ
ーム部３およびダブテール部４が形成され、これに上記
翼部２を接合してタービン動翼ｌを形成する。この動翼
１は回転軸を形成する金属性ディスクに嵌合され取り付
けられる。

したがって、翼部２を構成する積層体６の各セラミック
Ｍ７の繊維を各層毎に互いに異なった方位に配向するこ
とにより、繊維の方位を多次元的に組み合せて配向させ
ることが可能になる。このため、複雑な形状部分に対応
でき、製作性が高められると共に、必要な方位の強度・
靭性をコントロールし高めることができる。

また、翼部２の中央部（軸心部）に形成される空洞部５
を冷却用空間部として利用できる。すなわち、ダブテー
ル部４には翼部２の空洞部５に連通する通路４ａが形成
され、この通路４ａを介して翼部２の空洞部５に冷却用
空気を供給することにより、動翼全体の冷却ができる。

特に、タービン入口温度が超高温化されている場合に有
効である。高速高回転下ではタービン入口温度１５００
℃、周速７００　ｍ／Ｓの条件下でも耐久性が得られる
結果を得た。

また、この場合、翼部２に空洞部５が形成されるため、
熱容量が小さくなりタービン起動停止時の非定常熱応力
が小さくなると共に、軽量化されるので、動翼どしては
遠心力による応力が小さくなる。

さらに、翼部２の空洞部５には池のセラミック部材ある
いは金属部材を挿入貫通することができる。したがって
、翼部２の締結を容易になし得、組立性が向上する。

たとえば、第４図および第５図に示すように、プラット
フォーム部３の中央部が翼部２の空洞部５内に延出され
、その延出部８は中空部８内に挿入保持される。この場
合、その延出部８の１ラツトフオ一ム部３およびダブテ
ール部４は上記実施例と同様に、等方向セラミックスで
形成する。

そこで、翼部２の内部、プラットフォーム部およびダブ
テール部４をランダム配向の炭化ゲイ素ウィスカにより
強化された窒化ゲイ素セラミックスで構成することによ
り、動翼１は翼全体をランダム配向の炭化ウィスカ強化
セラミック膜のタービン翼と比較した場合に耐ｗ撃性、
エロージョン、耐熱衝撃のいずれにおいてら優れた特性
が得られた。

他方、第６図はタービン翼のうちの静翼を示したもので
あり、との静翼１０には中央部（軸心部）に空洞部１１
を有する翼部１２が形成される。この翼部１２は３層構
造の積層体１３を有し、この積層体１３はその最内層部
から最外層部に■って３種類の配向性繊維で強化された
炭化ケイ素セラミックス膜１４が積層されることにより
構成される。

本実施例においては最外層部が一方向配向炭化ケイ素ウ
ィスカー強化、中間層部が２次元織炭化ケイ素長繊維強
化、最内層部が２次元ランダム配向炭化ケイ素短繊維強
化で構成される。

したがって、上記実施例と同様に、セラミック膜１４が
各層毎に互いに異なる方位に配向されるので、繊維方位
が多次元的に配向され、翼部１２の強度を高めることが
できる。

また、翼部１２の空洞部１１にはロッド１５が挿入嵌合
され、このロッド１５にはシェラウド１６および締結部
１７が一体的に形成される。これらロッド１５、シェラ
ウド１６および締結部１７は等方向セラミックスすなわ
ち通常の炭化クイ素セラミックスで構成される。

このように構成された静翼１０は翼全体を通常の炭化ケ
イ素セラミックスとした静翼と比較すると、飛翔粒子に
対する耐衝撃性および耐熱衝撃性において優れた特性を
発揮した。

［発明の効果］ 以上要するに、本発明によれば次の如き優れた効果を発
揮する。

（１〕　　中心部に空洞を有すると共に、長繊維あるい
は短繊維により強化されたセラミック膜を積層した翼部
を形成したので、翼部の複雑な形状部分にも対応でき、
製作性に優れる。

（２）　　セラミック膜の繊維配向方位は各層毎に最適
な方位を選定するので、繊維方位を多次元的に配向でき
、翼部の必要な方位の強度、靭性をコントロールし高め
ることができる。

（３）　　翼部以外の複雑形状部分を製作性に優れた等
方向セラミックスで形成し、１ａ維配向翼部を一体化さ
せるので、タービン翼としての製作性、設計性に漬れる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は動翼を示す断面図、第２図は第１図の■−■線
矢視図、第３図は動翼の翼部を示す斜視図、第４図は動
翼の他の実施例を示す断面図、第５図は第４図のＶ−ｖ
線矢視図、第６図は静翼を示す断面図である。 図中、２．１２は翼部、７，１４はセラミックス膜であ
る。 特許出願人　　石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士
　　絹　　　谷　　　信　　　雄第１図 檗２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、中心部に空洞を有し、一方向または二次元的に配向
   した長繊維あるいは短繊維により強化されたセラミック
   膜を最内層部から最外層部に亘って積層してなることを
   特徴とする繊維強化セラミックタービン翼。