JPH0417701A - Manufacture of turbine blade - Google Patents
Manufacture of turbine bladeInfo
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- JPH0417701A JPH0417701A JP11708490A JP11708490A JPH0417701A JP H0417701 A JPH0417701 A JP H0417701A JP 11708490 A JP11708490 A JP 11708490A JP 11708490 A JP11708490 A JP 11708490A JP H0417701 A JPH0417701 A JP H0417701A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は炭素/炭素系複合材料(カーボン/カーボンコ
ンポジットあるいはC/Cコンポジットと称される)に
より形成されるタービンブレードの製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing turbine blades formed from carbon/carbon-based composite materials (referred to as carbon/carbon composites or C/C composites).
従来の技術
例えば1500℃以上の高温雰囲気で使用されるタービ
ンブレードとして、それまでの金属製のものに代えて炭
素/炭素系複合材料(ここではC/Cコンポジ、ドと称
する)により形成することが試られている。Conventional technology For example, turbine blades used in high-temperature atmospheres of 1500°C or higher are made of carbon/carbon-based composite material (herein referred to as C/C composite) instead of metal. is being tested.
このC/Cコンポジット製のタービンブレードの具体的
な製造方法としては、大別して第4図(A)、 (B
)、 (C)、 (D)に示すような方法がある。The specific manufacturing method of this C/C composite turbine blade can be roughly divided into Figures 4 (A) and (B).
), (C), and (D).
同図(A)に示すものは、炭素繊維クロス11を積層す
ることによって予備成形されたC/Cコンポジットの基
板12から機械切削加工によってタービンブレード13
の形状を削り出すようにしたものである。同図(B)に
示すものは、タービンブレード14の曲率に沿うように
炭素繊維クロス11を積層することによって予備成形さ
れたC/Cコンポジットの基板15から同様に機械切削
加工によってタービンブレード14の形状を削り出すよ
うにしたものである。なお、上記の二つの方法はいずれ
も基板12または15そのものを焼成して炭化処理した
上で機械加工が施される。The turbine blade 13 shown in FIG. 2A is machined from a C/C composite substrate 12 preformed by laminating carbon fiber cloth 11.
The shape is carved out. The turbine blade 14 shown in FIG. 1B is formed by similarly machining a C/C composite substrate 15 that is preformed by laminating carbon fiber cloth 11 along the curvature of the turbine blade 14. The shape is carved out. In both of the above two methods, the substrate 12 or 15 itself is fired and carbonized and then machined.
また、同図(C)に示すものはタービンブレード16の
曲率に沿うようにマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊
維クロス11を二つ折りにして順次積層することで所定
のタービンブレード形状に成形するようにしたものであ
る。In addition, the one shown in FIG. 1C is formed by folding carbon fiber cloth 11 impregnated with matrix resin into two and sequentially stacking them in order to follow the curvature of the turbine blade 16 to form a predetermined turbine blade shape. This is what I did.
さらに、同図(D)に示すものは、マトリ、ソクス樹脂
を含浸させた炭素繊維18のチョップ状のもの(チョツ
プドストランド)を用いて型成形によす所定のタービン
ブレード17の形状をつくり出すようにしたものである
。Furthermore, in the case shown in FIG. 1D, a predetermined shape of a turbine blade 17 is formed by molding using chopped strands of carbon fiber 18 impregnated with Matori and Sox resin. It was designed to be created.
なお、同図(C)、 (D)の方法により成形された
タービンブレード16または17は後工程において炭化
処理される。Note that the turbine blade 16 or 17 formed by the method shown in FIGS. 3C and 3D is carbonized in a subsequent process.
発明が解決しようとする課題
上記のような従来の製造方法においては、いずれも製法
上の制約のために一長一短があり、製造されたタービン
ブレードそのものの機能の上でなおも問題点を残してい
る。Problems to be Solved by the Invention The conventional manufacturing methods described above all have advantages and disadvantages due to limitations in the manufacturing method, and problems still remain regarding the functionality of the manufactured turbine blades themselves. .
すなわち、第4図(A>、(B)に示す方法で製造され
たタービンブレード13.14の場合、積層された各炭
素繊維クロス11がタービン運転中のガスの流れ方向F
に対して切断されていてその各炭素繊維クロス11の端
部がタービンブレード13.14の外周面に露出するこ
とになるため、タービン運転中に高温ガスにさらされる
とそのエロージョン現象により層間剥離や割れが発生し
、耐久性の面で十分でない。That is, in the case of the turbine blades 13 and 14 manufactured by the method shown in FIGS.
Since the ends of each carbon fiber cloth 11 are exposed to the outer peripheral surface of the turbine blade 13.14, delamination and delamination may occur due to erosion when exposed to high temperature gas during turbine operation. Cracks occur and the durability is not sufficient.
また、同図(C)の方法で製造されたタービンブレード
16の場合、上記のような層間剥離や割れといった欠陥
の発生はないものの、長期使用によりエローシコン現象
のためにマトリックス層が徐々に削られ、ブレード表面
の平滑性が損われやすい。In addition, in the case of the turbine blade 16 manufactured by the method shown in FIG. 6(C), although there are no defects such as delamination or cracking as described above, the matrix layer is gradually worn away due to the erosicon phenomenon due to long-term use. , the smoothness of the blade surface is likely to be impaired.
さらに同図(D)の方法で製造されたタービンブレード
17の場合、ブレード表面を比較的平滑に仕上げること
ができるものの、炭素繊維18が短繊維であるために強
度の向上が望めない。Furthermore, in the case of the turbine blade 17 manufactured by the method shown in FIG. 2(D), although the blade surface can be finished relatively smooth, an improvement in strength cannot be expected because the carbon fibers 18 are short fibers.
本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、機械的強度および耐久性とも
にすぐれ、しかも表面が滑らかなタービンブレードを得
ることができる製造方法を提供することにある。The present invention was made in view of the above problems.
The purpose is to provide a manufacturing method that can produce a turbine blade that has excellent mechanical strength and durability and has a smooth surface.
課題を解決するための手段
本発明は炭素/炭素系複合材料により形成されるタービ
ンブレードの製造方法において、マトリックス樹脂材料
を含浸させた強化繊維クロスをタービンブレードの厚み
方向に積層してこのクロス積層体によりコア層を形成し
、コア層を、マトリックス樹脂を含浸させた強化繊維の
フェルトからなる表皮層で包囲してプリフォームとし、
このプリフォームを焼成して炭化処理することを特徴と
している。Means for Solving the Problems The present invention provides a method for manufacturing a turbine blade made of a carbon/carbon-based composite material, in which reinforcing fiber cloth impregnated with a matrix resin material is laminated in the thickness direction of the turbine blade. A core layer is formed by the body, and the core layer is surrounded by a skin layer made of reinforced fiber felt impregnated with a matrix resin to form a preform,
This preform is characterized by being carbonized by firing.
作用
上記の方法によると、タービンブレードのコア層が長繊
維のC/Cコンポジットで形成されるのに対して表皮層
が短繊維のC/Cコンポジットで形成されることになる
ことから、長繊維と短繊維のそれぞれのもつ利点を活か
して、機械的強度にすくれ、しかも表面が滑らかなター
ビンブレードを得ることができる。Effect According to the above method, the core layer of the turbine blade is formed of a long fiber C/C composite, whereas the skin layer is formed of a short fiber C/C composite. By taking advantage of the advantages of short fibers and short fibers, it is possible to obtain turbine blades with high mechanical strength and smooth surfaces.
実施例
第1図〜第3図は本発明の一実施例を示す図で、第2図
および第3図に示すタービンブレードlは、図示しない
タービンホイールに固定する際にタービンホイール側の
凹部と嵌合するアンカ一部2と、このアンカ一部2と一
体に形成されたブレード部3とから構成される。Embodiment FIGS. 1 to 3 are diagrams showing an embodiment of the present invention, and the turbine blade l shown in FIGS. It is composed of a fitting anchor part 2 and a blade part 3 integrally formed with the anchor part 2.
タービンブレード1を成形するにあたり、第1図(A)
に示すように炭素繊維クロス4を強化材にもつプリプレ
グ6を二つ折りにしつつ順次積層して最終製品形状と相
似形のコア層5を成形する。In forming the turbine blade 1, Fig. 1 (A)
As shown in the figure, prepregs 6 having carbon fiber cloth 4 as a reinforcing material are folded in half and sequentially laminated to form a core layer 5 having a shape similar to the final product shape.
プリプレグ6を二つ折りにして積層するのは、タービン
運転中のガスの流れ方向Fに対して炭素繊維クロス4が
切断されることなく、かつブレード部3の外周面に炭素
繊維クロス4の端部が露出しないようにするためで、そ
の炭素繊維クロス4の端部同士の突き合せ部がブレード
部3のガス流入側の端部3a側に位置するように順次積
層する。The prepreg 6 is folded in half and stacked so that the carbon fiber cloth 4 is not cut in the gas flow direction F during turbine operation, and the ends of the carbon fiber cloth 4 are formed on the outer peripheral surface of the blade portion 3. This is to prevent the carbon fiber cloths 4 from being exposed, and the carbon fiber cloths 4 are sequentially stacked so that the abutting portions of the ends thereof are located on the end 3a side of the gas inflow side of the blade portion 3.
続いて、上記のコア層5を、第1図(B)に示すように
ピッチ系炭素繊維フェルト7を強化材にもつプリプレグ
8で包囲し、コア層5の回りを表皮層9で覆ってタービ
ンブレード3のプリフォーム10を形成する。Next, as shown in FIG. 1(B), the core layer 5 is surrounded with a prepreg 8 having pitch-based carbon fiber felt 7 as a reinforcing material, and the core layer 5 is covered with a skin layer 9 to form a turbine. A preform 10 of the blade 3 is formed.
こうして得られたプリフォーム10を公知のキュア工程
において加熱しつつ加圧して硬化成形体とし、この硬化
成形体を炭化・黒鉛化工程において炭化・黒鉛化処理を
施す。The preform 10 thus obtained is heated and pressed in a known curing process to form a hardened molded body, and this hardened molded body is subjected to carbonization/graphitization treatment in a carbonization/graphitization process.
上記の炭化・黒鉛化処理によりマトリックス樹脂の熱分
解のためにガスが発生して硬化成形体が疎の状態となる
ことから、この疎の状態の成形体にピッチを含浸させた
上、再度炭化・黒鉛化処理を施す。そして、成形体の比
重が所定の比重となるまで上記のピッチ含浸および炭化
・黒鉛化処理を複数回繰り返し、これによってC/Cコ
ンポジットからなる第1図(C)および第2図に示すタ
ービンブレード1を得る。Due to the above carbonization/graphitization treatment, gas is generated due to thermal decomposition of the matrix resin and the cured molded body becomes loose, so the loose molded body is impregnated with pitch and then carbonized again.・Perform graphitization treatment. Then, the pitch impregnation and carbonization/graphitization treatments described above are repeated several times until the specific gravity of the molded body reaches a predetermined specific gravity. Get 1.
ここで、酸化雰囲気で使用されるタービンブレードの場
合には、強化繊維フェルトとしてSiC短繊維製のもの
を使用するとともにブリフt−ムとなった時点でその表
面にSiCの保護層をコーティングするか、あるいは強
化繊維フェルトに含浸されるマトリックス樹脂に予めS
iC粉末を予め混入しておくとよい。In the case of turbine blades used in an oxidizing atmosphere, SiC staple fibers are used as the reinforcing fiber felt, and a protective layer of SiC is coated on the surface of the felt when it is made into a brief. , or the matrix resin impregnated into the reinforcing fiber felt is pre-filled with S.
It is advisable to mix iC powder in advance.
発明の効果
以上のように本発明によれば、長繊維を強化材にもつコ
ア層が短繊維を強化材にもつ表皮層で覆われることにな
るので、機械的強度にすぐれるとともに表面が滑らかで
耐久性のすぐれたタービンブレードを得ることができ、
C/Cコンポジット製のタービンブレードの実用化に大
きく寄与できる。Effects of the Invention As described above, according to the present invention, since the core layer having long fibers as reinforcement is covered with the skin layer having short fibers as reinforcement, it has excellent mechanical strength and has a smooth surface. You can obtain highly durable turbine blades with
This can greatly contribute to the practical application of C/C composite turbine blades.
第1図(A)、(B)、(C)は本発明の一実施例を示
す工程説明図、第2図はタービンブレードの斜視図、第
3図は第2図の■−■線に沿う断面図、第4図(A)、
(B)、 (C)、 (D)はいずれも従来の
タービンブレードの製造方法を示す説明図である。
1・・・タービンブレード、3・・・ブレード部、4・
・・炭素繊維クロス(強化繊維クロス)、5・・・コア
層、7・・炭素繊維フェルト(強化繊維フェルト)、9
・・・表皮層、10・・・プリフォーム。
第2図
ガ′ス
ガスFigures 1 (A), (B), and (C) are process explanatory diagrams showing one embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view of a turbine blade, and Figure 3 is shown along the line ■-■ in Figure 2. Cross-sectional view along Fig. 4 (A),
(B), (C), and (D) are all explanatory diagrams showing a conventional method for manufacturing a turbine blade. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Turbine blade, 3... Blade part, 4...
... Carbon fiber cloth (reinforced fiber cloth), 5... Core layer, 7... Carbon fiber felt (reinforced fiber felt), 9
... Epidermal layer, 10... Preform. Figure 2 Gas Gas
Claims (1)
ブレードの製造方法において、 マトリックス樹脂材料を含浸させた強化繊維クロスをタ
ービンブレードの厚み方向に積層してこのクロス積層体
によりコア層を形成し、 コア層を、マトリックス樹脂を含浸させた強化繊維のフ
ェルトからなる表皮層で包囲してプリフォームとし、 このプリフォームを焼成して炭化処理することを特徴と
するタービンブレードの製造方法。(1) In a method for manufacturing a turbine blade formed from a carbon/carbon-based composite material, reinforcing fiber cloth impregnated with a matrix resin material is laminated in the thickness direction of the turbine blade, and the core layer is formed by this cross laminate. A method for manufacturing a turbine blade, characterized in that a core layer is surrounded by a skin layer made of reinforcing fiber felt impregnated with a matrix resin to form a preform, and the preform is fired and carbonized.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2117084A JP2658497B2 (en) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | Method of manufacturing turbine blade |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH0417701A true JPH0417701A (en) | 1992-01-22 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110846936A (en) * | 2019-09-02 | 2020-02-28 | 山鹰国际控股股份公司 | Boxboard paper capable of improving binding force and manufacturing process thereof |
| JP2024500560A (en) * | 2020-12-04 | 2024-01-09 | ボーダス ゲーエムベーハー | Pipe or duct probes and systems with pipe or duct probes |
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| JPH0278702A (en) * | 1988-09-13 | 1990-03-19 | Agency Of Ind Science & Technol | Radial rotor |
-
1990
- 1990-05-07 JP JP2117084A patent/JP2658497B2/en not_active Expired - Fee Related
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