JPH0478802B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0478802B2 JPH0478802B2 JP60156089A JP15608985A JPH0478802B2 JP H0478802 B2 JPH0478802 B2 JP H0478802B2 JP 60156089 A JP60156089 A JP 60156089A JP 15608985 A JP15608985 A JP 15608985A JP H0478802 B2 JPH0478802 B2 JP H0478802B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic layer
- cooling
- cooling air
- heat
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、高温タービン等に用いられる空冷翼
の改良に関する。
の改良に関する。
耐熱合金部品に要求される高温特性は、年々苛
酷になつている。中でも、ガスタービン部材とし
ての耐熱合金部品は、ガスタービンの高温化に伴
い、1400℃以上のガス温度に耐えることも要求さ
れ始めている。しかしながら、従来の耐熱合金で
は、1400℃以上の高温に耐えることは難しい。こ
のため、タービン部材としてSi3N4、SiCのセラ
ミツク材料が考えられているが、その実用化には
未だ時間を必要とする。しかるに、耐熱合金を冷
却しながら、高温部材として使用する方法がとら
れているが、冷却に伴う熱効率低下が問題となつ
ている。
酷になつている。中でも、ガスタービン部材とし
ての耐熱合金部品は、ガスタービンの高温化に伴
い、1400℃以上のガス温度に耐えることも要求さ
れ始めている。しかしながら、従来の耐熱合金で
は、1400℃以上の高温に耐えることは難しい。こ
のため、タービン部材としてSi3N4、SiCのセラ
ミツク材料が考えられているが、その実用化には
未だ時間を必要とする。しかるに、耐熱合金を冷
却しながら、高温部材として使用する方法がとら
れているが、冷却に伴う熱効率低下が問題となつ
ている。
このようなことから、耐熱合金製の翼本体にセ
ラミツクス層を被覆して遮熱した空冷翼が注目さ
れている。遮熱作用をなすセラミツクス層は、一
般にプラズマ溶射法によつて施工されているが、
耐熱合金の翼本体に対する付着力は機械的な結合
のみである。セラミツクスは、翼本体を形成する
耐熱合金と熱膨張係数が異なるため、常温と動作
時の温度に大きな温度差のあるガスタービンにお
いて、それらの間に大きな熱応力を生じる。従つ
て、セラミツクス層がコーテイングされた空冷翼
を長時間使用すると、セラミツクス層が翼本体か
ら剥離する現象が現われ、その遮熱機能を失う。
ラミツクス層を被覆して遮熱した空冷翼が注目さ
れている。遮熱作用をなすセラミツクス層は、一
般にプラズマ溶射法によつて施工されているが、
耐熱合金の翼本体に対する付着力は機械的な結合
のみである。セラミツクスは、翼本体を形成する
耐熱合金と熱膨張係数が異なるため、常温と動作
時の温度に大きな温度差のあるガスタービンにお
いて、それらの間に大きな熱応力を生じる。従つ
て、セラミツクス層がコーテイングされた空冷翼
を長時間使用すると、セラミツクス層が翼本体か
ら剥離する現象が現われ、その遮熱機能を失う。
そこで、耐熱合金製の翼本体とセラミツクス層
との間に金属結合層を配置して、それらの間の付
着力の向上、熱応力の緩和等によりセラミツクス
層の遮熱作用の延長化を図つていた。しかしなが
ら、現状では発電用タービンのように高度の信頼
性を要求されるシステムでの使用には不充分であ
つた。
との間に金属結合層を配置して、それらの間の付
着力の向上、熱応力の緩和等によりセラミツクス
層の遮熱作用の延長化を図つていた。しかしなが
ら、現状では発電用タービンのように高度の信頼
性を要求されるシステムでの使用には不充分であ
つた。
〔発明の目的〕
本発明は、冷却性能の優れたセラミツクス層が
被覆され、かつ該セラミツクス層が損傷を受けて
もガスタービンの機能を損うような翼の破損が、
少なくとも急速には生じない補償機能を具備した
空冷翼を提供しようとするものである。
被覆され、かつ該セラミツクス層が損傷を受けて
もガスタービンの機能を損うような翼の破損が、
少なくとも急速には生じない補償機能を具備した
空冷翼を提供しようとするものである。
本発明は、内部に冷却空気の流通路を有し、か
つ外部表面を冷却するための冷却空気噴出孔が開
孔された耐熱合金からなる翼本体と、この本体の
外部表面に前記噴出孔を覆うようにコーテイング
されたセラミツクス層とを具備したことを特徴と
するものである。かかる本発明の空冷翼によれ
ば、翼本体にコーテイングされたセラミツクス層
が健全である時には、そのセラミツクス層の遮熱
作用により内部の僅かな冷却で充分な高温状態で
の使用が可能となり、結果的には高効率ガスター
ビンとしで動作できる。一方、空冷翼の使用中に
何等かの要因によつてセラミツクス層の一部又は
全面が耐熱合金製の翼本体から剥離した場合、翼
本体の冷却空気の流通路と連通した冷却空気噴出
孔から冷却空気が流出し、翼本体の表面にその冷
却空気の膜が形成されて、冷却される。冷却空気
量の増加により効率は低減されるものの、空冷翼
としの機能は維持され、安全な運転を続行でき
る。従つて、高効率が得られる高温動作タービン
に有効に適用できる高信頼性の空冷翼を得ること
ができる。
つ外部表面を冷却するための冷却空気噴出孔が開
孔された耐熱合金からなる翼本体と、この本体の
外部表面に前記噴出孔を覆うようにコーテイング
されたセラミツクス層とを具備したことを特徴と
するものである。かかる本発明の空冷翼によれ
ば、翼本体にコーテイングされたセラミツクス層
が健全である時には、そのセラミツクス層の遮熱
作用により内部の僅かな冷却で充分な高温状態で
の使用が可能となり、結果的には高効率ガスター
ビンとしで動作できる。一方、空冷翼の使用中に
何等かの要因によつてセラミツクス層の一部又は
全面が耐熱合金製の翼本体から剥離した場合、翼
本体の冷却空気の流通路と連通した冷却空気噴出
孔から冷却空気が流出し、翼本体の表面にその冷
却空気の膜が形成されて、冷却される。冷却空気
量の増加により効率は低減されるものの、空冷翼
としの機能は維持され、安全な運転を続行でき
る。従つて、高効率が得られる高温動作タービン
に有効に適用できる高信頼性の空冷翼を得ること
ができる。
この際、補償機能によりセラミツクス層が健全
に存在している場合の冷却状態を実現して、翼の
設計寿命を全うすることも期待できる。この場
合、少なくともセラミツクス層の剥離による急速
な損傷が生じて、前兆なしに事故が発生すること
がない程度の効果であつても、実用上は大きな意
義がある。従つて、セラミツクス層が剥離した後
の冷却空気の膜の形成が、不規則状に残余するセ
ラミツクスの付着物の存在等のために、たとえ不
完全なものであつたとしても、本発明の空冷翼は
信頼性の向上に役立つものである。
に存在している場合の冷却状態を実現して、翼の
設計寿命を全うすることも期待できる。この場
合、少なくともセラミツクス層の剥離による急速
な損傷が生じて、前兆なしに事故が発生すること
がない程度の効果であつても、実用上は大きな意
義がある。従つて、セラミツクス層が剥離した後
の冷却空気の膜の形成が、不規則状に残余するセ
ラミツクスの付着物の存在等のために、たとえ不
完全なものであつたとしても、本発明の空冷翼は
信頼性の向上に役立つものである。
なお、セラミツクス層が全面的に剥離すること
は考え難く、実際には熱歪の大きいところが部分
的に剥離する場合が多いいと考えられる。この場
合、部分的に剥離した箇所はたとえ空冷空気の膜
の形成がなくとも、他部分の遮熱効果の存在のた
め、セラミツクス層が全体的に存在していない場
合に比べて低温になる。その結果、更に本発明に
よる冷却効果が加わることによつて、翼の破損が
一層有効に防止される。
は考え難く、実際には熱歪の大きいところが部分
的に剥離する場合が多いいと考えられる。この場
合、部分的に剥離した箇所はたとえ空冷空気の膜
の形成がなくとも、他部分の遮熱効果の存在のた
め、セラミツクス層が全体的に存在していない場
合に比べて低温になる。その結果、更に本発明に
よる冷却効果が加わることによつて、翼の破損が
一層有効に防止される。
またセラミツク層が剥離した場合、空気の流
量、圧力等が変化するため、逆に前記空気の流
量、圧力等を測定することによつて、セラミツク
ス層の剥離を検知することができ、事故発生を未
然に防止することができる。
量、圧力等が変化するため、逆に前記空気の流
量、圧力等を測定することによつて、セラミツク
ス層の剥離を検知することができ、事故発生を未
然に防止することができる。
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
まず、インピンジ冷却を冷却基本としたNi基
超合金（インコ社製商品名：IN−738）からなる
翼本体に、0.5ミリ径の冷却空気噴出孔を該本体
内部の冷却空気流通路と連通するように複数開孔
した。つづいて、前記噴出孔を石膏で封孔し、該
翼本体をブラスト処理した後、プラズマ溶射によ
つて金属結合層としてのNiCoCrAlY層を100μｍ
の厚さでコーテイングした。次いで、プラズマ溶
射によつてZrO2−8Y2O3のセラミツクス層を
200μｍの厚さでコーテイングした。この後、コ
ーテイング済みの翼本体をHCl水溶液中に浸漬
し、噴出孔中の石膏を溶解除去した。こうした工
程により、図面に示すような内部に冷却空気の流
通路１を有し、かつ該流通路１と連通した複数の
冷却空気噴出孔２が開孔された翼本体３と、該本
体３の表面にNiCoCrAlY層４を介してコーテイ
ングされ、各噴出孔２を覆うZrO2−8Y2O3製の
セラミツクス層５とからなる空冷翼が作製され
た。
超合金（インコ社製商品名：IN−738）からなる
翼本体に、0.5ミリ径の冷却空気噴出孔を該本体
内部の冷却空気流通路と連通するように複数開孔
した。つづいて、前記噴出孔を石膏で封孔し、該
翼本体をブラスト処理した後、プラズマ溶射によ
つて金属結合層としてのNiCoCrAlY層を100μｍ
の厚さでコーテイングした。次いで、プラズマ溶
射によつてZrO2−8Y2O3のセラミツクス層を
200μｍの厚さでコーテイングした。この後、コ
ーテイング済みの翼本体をHCl水溶液中に浸漬
し、噴出孔中の石膏を溶解除去した。こうした工
程により、図面に示すような内部に冷却空気の流
通路１を有し、かつ該流通路１と連通した複数の
冷却空気噴出孔２が開孔された翼本体３と、該本
体３の表面にNiCoCrAlY層４を介してコーテイ
ングされ、各噴出孔２を覆うZrO2−8Y2O3製の
セラミツクス層５とからなる空冷翼が作製され
た。
しかして、本実施例で得た空冷翼をガス温度；
1450℃、流速；0.85マツハ、圧力；5ataの高温風
洞試験を行なつたところ、翼本体３の温度を900
℃以下に押えることができた。
1450℃、流速；0.85マツハ、圧力；5ataの高温風
洞試験を行なつたところ、翼本体３の温度を900
℃以下に押えることができた。
更に、同一条件で冷却空気量を減らし、結合層
としてのNiCoCrAlY層４の温度が1275℃になる
ように設定し、該結合層の酸化劣化を生じせし
め、しかる後にセラミツクス層５に機械的衝撃を
与えて強制的に剥離を起こさせた。その結果、セ
ラミツクス層が剥離した部分は、その下地に存在
する翼本体３の噴出孔２からの冷却空気の流出に
より、冷却空気量の増大は見られたものの、翼本
体３の温度上昇は見られず、健全なままの状態を
維持された。
としてのNiCoCrAlY層４の温度が1275℃になる
ように設定し、該結合層の酸化劣化を生じせし
め、しかる後にセラミツクス層５に機械的衝撃を
与えて強制的に剥離を起こさせた。その結果、セ
ラミツクス層が剥離した部分は、その下地に存在
する翼本体３の噴出孔２からの冷却空気の流出に
より、冷却空気量の増大は見られたものの、翼本
体３の温度上昇は見られず、健全なままの状態を
維持された。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明によれば冷却性能の
優れたセラミツクス層が被覆され、かつ該セラミ
ツクス層が損傷を受けても翼本体の破損に至らな
いよう補償機能を有し、高効率のガスタービンに
有効で高信頼性の空冷翼を提供できる。
優れたセラミツクス層が被覆され、かつ該セラミ
ツクス層が損傷を受けても翼本体の破損に至らな
いよう補償機能を有し、高効率のガスタービンに
有効で高信頼性の空冷翼を提供できる。
図面は、本発明の実施例における空冷翼の要部
を示す断面図である。 １……冷却空気の流通路、２……冷却空気噴出
孔、３……翼本体、４……NiCoCrAlY層（結合
層）、５……セラミツクス層。
を示す断面図である。 １……冷却空気の流通路、２……冷却空気噴出
孔、３……翼本体、４……NiCoCrAlY層（結合
層）、５……セラミツクス層。
Claims (1)
- １ 内部に冷却空気の流通路を有し、かつ外部表
面を冷却するための冷却空気噴出孔が開孔された
耐熱合金からなる翼本体と、この本体の外部表面
に前記噴出孔を覆うようにコーテイングされたセ
ラミツクス層とを具備したことを特徴とする空冷
翼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15608985A JPS6217307A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 空冷翼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15608985A JPS6217307A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 空冷翼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6217307A JPS6217307A (ja) | 1987-01-26 |
| JPH0478802B2 true JPH0478802B2 (ja) | 1992-12-14 |
Family
ID=15620064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15608985A Granted JPS6217307A (ja) | 1985-07-17 | 1985-07-17 | 空冷翼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6217307A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02215903A (ja) * | 1989-02-13 | 1990-08-28 | Toshiba Corp | ターボ機械の動翼構造 |
| US5279111A (en) * | 1992-08-27 | 1994-01-18 | Inco Limited | Gas turbine cooling |
| EP1669545A1 (de) * | 2004-12-08 | 2006-06-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Schichtsystem, Verwendung und Verfahren zur Herstellung eines Schichtsystems |
| JP2009063072A (ja) * | 2007-09-06 | 2009-03-26 | Railway Technical Res Inst | ブレーキディスクとその表面改質方法及びブレーキディスクの表面改質装置 |
| US9718735B2 (en) * | 2015-02-03 | 2017-08-01 | General Electric Company | CMC turbine components and methods of forming CMC turbine components |
| US11041389B2 (en) * | 2017-05-31 | 2021-06-22 | General Electric Company | Adaptive cover for cooling pathway by additive manufacture |
| JP6972328B2 (ja) * | 2017-10-13 | 2021-11-24 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 適応冷却開口部を有するコーティングされた構成部品及びその製造方法 |
| US11434767B2 (en) * | 2019-10-25 | 2022-09-06 | General Electric Company | Coolant delivery via an independent cooling circuit |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5121010A (ja) * | 1974-08-14 | 1976-02-19 | Tokyo Shibaura Electric Co | Gasutaabinyoku |
| DE3327218A1 (de) * | 1983-07-28 | 1985-02-07 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Thermisch hochbeanspruchtes, gekuehltes bauteil, insbesondere turbinenschaufel |
-
1985
- 1985-07-17 JP JP15608985A patent/JPS6217307A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6217307A (ja) | 1987-01-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |