JPH0629522B2 - セラミック材料製の羽根を有するタービンロータ - Google Patents

セラミック材料製の羽根を有するタービンロータ

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JPH0629522B2
JPH0629522B2 JP62320030A JP32003087A JPH0629522B2 JP H0629522 B2 JPH0629522 B2 JP H0629522B2 JP 62320030 A JP62320030 A JP 62320030A JP 32003087 A JP32003087 A JP 32003087A JP H0629522 B2 JPH0629522 B2 JP H0629522B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミク材料製の羽根を有するタービンロー
タに関する。
現代のタービンエンジンの適用、特に航空機領域におけ
る性能の向上の追求は作動温度、特にタービンの入口で
の温度の定常的上昇をうながす。これらの作動条件は冷
却法に関するすべての適用を含む考案の技術的開発をも
たらしたが、それは特にタービンを構成する機械部品、
なかでも特に例えばタービンロータの羽根のように高熱
ガスの循環流に最もよくさらされる部品について長寿命
を得るためである。開発に対応する一方法は、要求され
る機械的又は航空力学的機能を満たしながら高温に対す
る耐性を向上させた新規材料の完成に関するものであ
る。この方法では、様々な複合材料、特にサラミックフ
ァイバをベースとする材料の利用のための試みが実施さ
れた。幾つかの例がこれらの公知技術を説明している。
フランス特許出願第ＦＲ−Ａ2176350号は複合羽根に係
わり、特殊なファイバ分配法及び、例えば蟻継ぎ形の羽
根脚部にこの複合羽根から移行するための処置を開示す
る。
フランス特許出願第ＦＲ−Ａ2154050号はタービンエン
ジンの羽根の実施方法に係わり、そのブレードはファイ
バ強化層から成り、その脚部は層間に挿入された硬化し
たくさびを含む。
フランス特許出願第ＦＲ−Ａ2538029号は、耐熱セラミ
ックの覆いで囲まれた金属製心を含み、通気及び内部冷
却装置が結合されているセラミック羽根を開示する。羽
根のらっぱ形になった脚部は固定ピンによって中央心と
一体的にされている。
ドイツ特許第ＤＥ−Ｃ−830854号は、材料の特性値特に
許容圧縮及び引張り応力の比から誘導された値に限定さ
れた側面間の収束角を脚の球根状部がもつセラミック羽
根を開示する。
しかしどの公知の解決法も完全な満足を与えない。実際
にブレード内の金属部分の存在は、複合セラミック材料
の利用で期待される主たる利点を失わさせ、あるいは極
めて複雑はファイバの配置が要求されて、ファイバ又は
織物の構成、並びに羽根のブレード部から脚部への通路
及びこの脚部又は羽根のブレード部からプラットフォー
ム部への通路の形状付けに際して製造上の困難をもたら
す。
この製造上の困難を解消するために、従来のタービンロ
ータは、ロータディスクと、ロータディスクの外周上に
設けられた複数のあり溝形の軸方向スロットと、脚部が
スロット内に収容されたくさび形にセラミック材料製の
羽根と、羽根における一方の面が部分的に規定するスロ
ット内の一方の空間に挿入され、一方のプラットフョー
ムを有する金属製の一方のくさび部材と、羽根における
他方の面が部分的に規定するスロット内の他方の空間に
挿入され、他方のプラットフォームを有する金属製の他
方のくさび形部材とを備える。
しかしながら、上記タービンロータは、一対のくさび部
材の剛性が高くタービン運転中の羽根の撓みを吸収し得
ないという欠点がある。
本発明の目的は、上記構成のタービンロータにおいて、
一対のくさび部材の剛性を軽減し得、タービン運転中の
羽根の撓みを吸収し得るタービンロータを提供すること
にある。
本発明によれば、前述の目的は、ロータディスクと、ロ
ータディスクの外周上に設けられた複数のあり溝形の軸
方向スロット、脚部がスロット内に収容され、収束角が
10度を越えないくさび形のセラミック材料製の羽根と、
羽根における一方の面が部分的に規定するスロット内の
一方の空間に挿入され、一方のプラットフォームを有す
る金属製の一方のくさび形部材と、羽根における他方の
面が部分的に規定するスロット内の他方の空間に挿入さ
れ、他方のプラットフォームを有する金属製の他方のく
さび形部材とを備えており、一方のくさび部材が、長手
軸に関する羽根の中央部の対応部位にくり抜き部を有し
ており、他方のくさび部材が、羽根の前縁及び後縁の各
対応部位に他のくり抜き部を有する、セラミック材料製
の羽根を有するタービンロータによって達成される。
本発明のタービンロータによれば、一方のくさび部材
が、長手軸に関する羽根の中央部の対応部位にくり抜き
部を有し、他方のくさび部材が、羽根の前縁及び後縁の
各対応部に他のくり抜き部を有するが故に、一対のくさ
び部材の剛性を軽減し得ると共に、タービン運転中の羽
根の撓みを吸収し得、加えて、ロータの重量を軽減し得
る。
本発明のその他の特徴及び利点は、以下に幾つかの具体
例について添付図面を参照して説明することによってよ
り理解されよう。
第１図では、部分的に示されたタービンロータ１は、円
板２と、円板２によって回転が誘導される回転羽根３と
によって構成される。円板２は、その円周上に一様に分
配され、タービンロータ１の回転軸の方向に向けられ、
かつあり溝形（ばち形）断面をもつ直線形の多数のスロ
ット４を含んでいる。各羽根３はブレード3aを含んでお
り、その反った形状は作動的に満たされなければならな
い航空力学的機能に合わせてあり、さらにブレード3aは
羽根３の半径方向に内側の辺を脚部3bにより延長され、
しかも完全に連続したブレード部3aから脚部3bへの移行
のなかで形状の急激な変化は何ら生じない。羽根３の脚
部3bは球根状部で構成され、その横側部3c及び3dは平面
で、これらの平面間の収束角ａは例えば５度であり得る
が、但し10度を超えない。
羽根３の脚部3bの下面は軸方向に従って脚部3bの幅の中
央に設けられた切欠き５を含んでいる。羽根３の脚部3b
の横側面3c及び3dと円板２のスロット４の側面4a及び4b
の間に、くわび形部材6a及び7aが、それぞれ羽根３の外
側の及び羽根３の内側に配置されている。円板２の円周
から短かい距離に、各羽根３の両側に、プラットフォー
ム6b及び7bがそれぞれ外側及び内側に配置されている。
これらのプラットフォーム6b及び7bは、リングを形成
し、該リングはタービンを通る航空力学的ガス循環管の
半径方向内側を限定する壁を構成する。第１図に示す第
１具体例によれば、くさび形部材6a及び7a、並びにプラ
ットフォーム6a及び7bは、それぞれ足高部6c及び7cによ
って均一化された部品を形成するため結合されかつ一体
化されており、くさび形部材6a及びプラットフォーム6b
は部品６を形成するため足高部6cによって結合され、同
様にくさび形部材7a及びプラットフォーム7bは部品７を
構成するため足高部7cによって結合されている。
第２図は羽根３の形状の１具体例を上面図で示す。羽根
３は脚部3b及びいわゆるブレード部3a間には形状の旋回
が生じている。従って、すべての衝突は一方では足高部
6c又は7c、並びに他方では羽根の形状の間で避けられな
ければならない。羽根３の内側の足高部7cはこのように
して羽根３の前縁側ではくり抜き部7dを、羽根３の後縁
側ではくり抜き部7eを含む。同様に羽根３の外側の足高
部6cはプラットフォーム部6bの下側で、足高部の中央に
設けられたくり抜き部6dを含む。キー部８が、羽根脚部
3bの下面と円板２のスロット４の底部との間に挿入され
ている。くさび形部6a及び7aと協働して、キー部８は半
径方向に羽根３の脚部3bをこのようにして鎖錠する。キ
ー部８はその上面に、羽根３の脚部3bの下面の切欠き５
と協働する軸方向に配置されたくさび部8aを含んでい
る。くさび部8aは各端に円板２の面上に折返えされた縁
を含み、このようにして軸方向鎖錠確保する。
第４図に示した本発明のタービンロータの参考例は、こ
こでは本発明のタービンロータの具体例と同じままの部
品の符号は第１図〜第３図について先に用いられた符号
と同一であり、類似部品の符号には10を加えてある。本
具体例はそれぞれ２つのくさび形部材16a及び17aと、プ
ラットフォーム9aで構成され、連続する２枚の羽根３、
それぞれ羽根３の内側の１枚と次の羽根３の外側の１
枚、の間に位置する２個の部品が、単一部品を形成する
ため継ぎ合わせたプラットフォームの高さで結合されて
いる。
従って第４図には、円板２及びそのスロット４、羽根３
及びその脚部3b及びブレード部3a、鎖錠キー部８が見ら
れる。２枚の羽根３の間には、キー部17a、足高部17c、
プラットフォームを形成する羽根間の単一テーブル9a、
足高部16c及びキー部16aによって構成される中間部品９
が配置されている。
先に示した通り、以上説明した様々な本発明の具体例で
は、羽根３は方向付けされたファイバをもつ公知形式
の、公知技術に従って作製されることができる複合セラ
ミック材料で実現され、あるいはさらにこれらの羽根は
いわゆる「三次元形」構造のセラミックで作られること
ができ、その形成法はこの種の機械加工法に含まれるこ
とができる。プラットフォームはブレードから分離して
おり、同じく複合セラミック材料で、あるいは耐熱性の
超合金の種類の金属材料で作られることができる。以上
説明した具体例では、作動時に部品間の微小すべりも観
察され、従って羽根に悪く作用する振動が減衰される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のタービンロータの具体例の説明図、第
２図は第１図の矢印Ｆに従うタービンロータの羽根の上
面図、第3a及び3b図は第１図のタービンロータの羽根の
各内側及び外側の２個の取付け及びプラットフォーム部
材の斜視図、第４図は本発明のタービンロータの参考例
の説明図である。 ２……円板、３……セラミック羽根、 ４……スロット、6a,7a,16a,17a……キー部、 6b,7b,9a……プラットフォーム、 6c,7c,16c,17c……足高部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−112255（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−244804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−37009（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−24087（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ロータディスクと、ロータディスクの外周
    上に設けられた複数のあり溝形の軸方向スロットと、脚
    部がスロット内に収容され、収束角が10度を越えないく
    さび形のセラミック材料製の羽根と、羽根における一方
    の面が部分的に規定するスロット内の一方の空間に挿入
    され、一方のプラットフォームを有する金属性の一方の
    くさび形部材と、羽根における他方の面が部分的に規定
    するスロット内の他方の空間に挿入され、他方のプラッ
    トフォームを有する金属製の他方のくさび形部材とを備
    えており、一方のくさび部材が、長手軸に関する羽根の
    中央部の対応部位にくり抜き部を有しており、他方のく
    さび部材が、羽根の前縁及び後縁の各対応部位に他のく
    り抜き部を有する、セラミック材料製の羽根を有するタ
    ービンロータ。
  2. 【請求項２】羽根の脚部の下面部が切欠き部を有してお
    り、くさびキーが、切欠き部とスロットの底部との間に
    軸方向に挿入されており、くさびキーの先端は、ロータ
    ディスクの面上に折り返されるように構成されている特
    許請求の範囲第１項に記載のタービンロータ。
JP62320030A 1986-12-17 1987-12-17 セラミック材料製の羽根を有するタービンロータ Expired - Lifetime JPH0629522B2 (ja)

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