JPH0774604B2 - 高温タービンエンジン構造体 - Google Patents

高温タービンエンジン構造体

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JPH0774604B2
JPH0774604B2 JP2500868A JP50086890A JPH0774604B2 JP H0774604 B2 JPH0774604 B2 JP H0774604B2 JP 2500868 A JP2500868 A JP 2500868A JP 50086890 A JP50086890 A JP 50086890A JP H0774604 B2 JPH0774604 B2 JP H0774604B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は高温タービンエンジン構造体、特に金属並びに
セラミツクの両方の材料で構成される高温タービンエン
ジン構造体に関する。
（背景技術） これまでのタービンエンジン技術ではエンジンの単位重
量当たりの出力を増大するため、より高温で動作させる
ことが長年望まれてきた。理想的にはタービンエンジン
は消費燃料からできる限り大きなエネルギを得るため論
理燃焼で動作することが望まれるが、理論燃焼あるいは
それに近い燃焼で生じる温度はタービンエンジンを構成
する金属部材の耐久レベルを越える。従つて、タービン
エンジンの技術が進むに応じ、特に冷却技術の向上及び
高温に曝されるエンジンの構成部材としての温度・酸化
に耐える金属材料の開発の双方に重点が置かれた。即
ち、冷却技術あるいは耐高温金属は各燃焼チヤンバ、タ
ービンステータノズル、タービン羽根に対するものとし
て開発された。この開発により総ての部材に対する冷却
法、方向性固定若しくは単結晶法に基づいて鋳造される
ニツケルをベースとする“スーパアロイ”が開発され
た。特に金属部材で構成されたタービンエンジンの、よ
り高温での動作を研究した結果エンジンの製造が複雑と
なり製造費も高くなることが判明した。タービンエンジ
ンをより高温で動作させる別の方法も提案されている。
この方法によれば、高強度のセラミツク部材がエンジン
に採用される。セラミツク部材は金属に比べタービンエ
ンジンの高温での酸化環境にも良好に耐え得る。ここで
セラミツク構造体に関して用いる“高強度”の用語は適
用される構成体に応じてその程度が変わる。多くのセラ
ミツク材は優れた高温強度あるいは酸化抵抗性を示す
が、セラミツクの引張破砕強さまたは欠陥許容性は比較
的低く、これまでタービンエンジンへの採用が困難であ
つた。
従つて、これらの材料の特性を利用してタービンエンジ
ンの燃焼を理想レベルに近ずけるハイブリツドセラミツ
ク・金属構造体の開発が長年求められていた。
従来のタービンエンジン技術または使用材料、更にはこ
の種のエンジンの製造法の欠点を鑑み、本発明の主たる
目的は高温のタービンエンジンに使用可能なハイブリツ
ドセラミツク・金属製の取付部材を提供することにあ
る。
特に本発明の１目的はセラミツク部がタービンエンジン
の高温部に配置され、低温エンジン部へ延設されて別の
セラミツク部材を支承し保持してなるハイブリツドセラ
ミツク・金属製の取付部材を提供することにある。取付
部材の金属部はセラミツク部と協働し、金属部には他の
金属製のエンジン構造体と協働して取付部材に引張力を
与える装置が包有される。
更に詳述するに、本発明の１目的は共に軸方向の引張力
を受ける長手のセラミツク部材と長手の金属部材との間
には協働装置を設けることにある。
更に本発明は、長手のセラミツク部と金属製の端部取付
具とを備え、セラミツク部は一端部に比較的大きな直径
の頭部と頭部から端部へ向かつて軸方向に延び比較的小
さな直径の長手握り部とを有し、金属製の端部取付具に
は軸方向に延び内部にネジ山部を有する特徴部が形成さ
れ、端部取付具及び長手握り部によりセラミツク部と端
部取付具とを同軸に対交差させて保持し、軸方向の引張
力を保持する協働装置が具備されてなる高温ハイブリツ
ドセラミツク・金属取付部材を提供することにある。
本発明の利点は、各材料の好ましい特性を良好に利用す
るハイブリツドセラミツク・金属製の機械的取付部材を
設けることにある。
本発明の別の利点は高温抵抗性を有するセラミツク部材
がハイブリツドセラミツク・金属取付部材により金属部
材に対し固定されるタービンエンジンを提供することに
ある。即ち、セラミツクエンジン部材及びハイブリツド
取付部材は高温に曝され、一方比較的低温の構造体に対
し曝される金属構造体を用いてセラミツク部材が支承さ
れる。ハイブリツド取付部材の金属部はエンジンの金属
支承構造体と協働してハイブリツド取付部材に引張力を
与えるように構成すること望ましい。
本発明の更なる目的と利点は添付図面に沿い本発明の好
ましい実施例の詳細な説明が進むに応じ明らかとなろ
う。
図面の簡単な説明 第１図は本発明によるハイブリツドセラミツク・金属製
のタービンエンジンの長手方向の部分断面図、第２図は
第１図のエンジンの部分拡大断面図、第３図は本発明の
ハイブリツドセラミツク・金属製の取付部材の分解斜視
図、第４図はハイブリツドセラミツク・金属製の取付部
材の分解斜視図、第５図は本発明のハイブリツドセラミ
ツク・金属製の取付部材の一部を断面で示す分解図であ
る。
（発明を実施するための最良の形態） 第１図を参照するに、ハイブリツドセラミツク・金属製
のタービンエンジン10が示される。タービンエンジン10
にはハウジング12が包有されており、ハウジング12には
導入部14と、導出部16と、導入部14と導出部16との間に
連通され流体を移動させる湾曲流路18とが具備されてい
る。全体を参照番号20で示したハイブリツドセラミツク
・金属製のロータ部材はハウジング12内に枢支され、ハ
ウジング12と協働して湾曲流路18を区画している。ロー
タ部材20にはコンプレツサロータ部22が具備され、コン
プレツサロータ部22の回転により矢印24で示されるよう
に導入部14から外気が導入され圧縮されて矢印26で示さ
れるように流路部18′へ送られることは理解されよう。
流路部18′はハウジング12内に配置され環形のロータリ
再生器28の180度より幾分小さい傾斜に亙り軸方向に延
びている。再生器28の下流の湾曲流路18内には全体が30
で示される燃焼器構造体が軸方向に延びる。燃焼器構造
体30はセラミツク材料で作られ、燃焼器構造体30の外部
セラミツクライナー32は一端部がほぼ円錐状の外部遷移
部材34に支承される。内部セラミツクライナー36は外部
セラミツクライナー32内において同軸に配置され、一端
部がセラミツク遷移ダクト部材38に支承されている。湾
曲流路18は矢印18″で示されるように内部セラミツクラ
イナー36の一端部へ向かつて軸方向に延びている。セラ
ミツク遷移ダクト部材38内では、セラミツクタービンの
背部を覆う囲い部材40とセラミツクタービンステータ部
材42との協働により湾曲流路18が区画され、これらの囲
い部材40とセラミツクタービンステータ部材42とはロー
タ部材20のタービンロータ部44に向かつて半径方向内側
へ延びている。
タービンロータ部44の下流において、湾曲流路18は互い
に離間されて協働する一対の廃棄ダクト部材46、48間を
軸方向及び半径方向外側へ延びる。複数のハイブリツド
セラミツク・金属取付部材50（第１図にはそのうちの一
方のみが図示される）は廃棄ダクト部材46及びハウジン
グ12と協働している。これらの構造部材を介してハイブ
リツドセラミツク・金属取付部材50を挿入させる開口部
50′、50″が区画されている。
排気ダクト部材46、48間に連続して湾曲流路18は排気チ
ヤンバ54に延びる。再生器28の180度以下の領域が排気
チヤンバ54に対し露呈される。従つて、湾曲流路18は再
び再生器28を通り導出部16を経て外部へ連通される。
タービンエンジン10の説明から明らかなように、燃焼器
構造体30内において、燃料がコンプレツサロータ部22か
らの圧縮空気に加えられて燃焼が持続されることは理解
されよう。この燃焼の結果、高温で圧縮された燃焼生成
物が燃焼器構造体30を下流に、更に燃焼器構造体に連続
する湾曲流路18へ流動することになる。またロータ部材
20はコンプレツサロータ部22、24の間に配置されるジヤ
ーナルベアリング56と、ロータ部材20の金属製の動力出
力シヤフト部60（第１図には一部のみを示す）に近接し
て配置される回転ベアリング部材（図示せず）とにより
ハウジング12内に枢支される。
さて第２図〜第５図を参照するに、ハウジング12には金
属製の外部支承構造部62が包有されることが理解されよ
う。金属製の内部支承構造部64が外部金属支承構造部62
内に軸方向且つ半径方向に離間して配置され湾曲流路18
のコンプレツサ拡散部18が区画される。金属製の外、
内部支承構造部62、64内にはセラミツク製でカツプ状の
断熱部材66とセラミツク製の排気ダクト部材46、48が配
置される。排気ダクト部材46は上述したようにハイブリ
ツドセラミツク・金属取付部材50を内部に挿入させるセ
ラミツクスペーサ52を介して排気ダクト部材48から離間
される。排気ダクト部材48、断熱部材66及び金属製の内
部支承構造部64は互いに積層されている。金属製の内部
支承構造部64はセラミツクスペーサ52の内部に挿入され
る金属製のスペーサ部材68により外部金属支承構造部62
から離間される。３個のセラミツクスペーサ52が外部金
属支承構造部62に対し円周方向に等間隔で配置され、ハ
ウジング12内に排気ダクト部材46、48、内部支承構造部
64、ハイブリツドセラミツク・金属取付部材50、及びス
ペーサ部材68が支承され配列される。
ハイブリツドセラミツク・金属取付部材50にはセラミツ
ク部70と、端部取付具72と、金属スリーブ部74と、金属
キヤツプネジ76とが包有される。セラミツク部70は相対
的に直径の大きな頭部78と頭部78から延び相対的に直径
の小さい端部82を有した長手握り部80とを具備する。端
部82には端部82から離間されて巾方向に延び、且つ半径
方向に対向した１対の平坦溝86、88が形成される。１対
の平坦部90、92が１対の平坦溝86、88の夫々から長手握
り部80の端面84へ延びている。平坦溝86、88及び平坦部
90、92により、長手握り部80の端部82に平坦な拡大部96
を持つ平坦舌部94が形成されることは理解されよう。
金属製の端部取付具72は長手握り部80の端部82上に挿入
される。端部取付具72の長手環形部98には内部を軸方向
に貫通し、ネジ山の切られた開口部100が形成される。
長手環形部98から軸方向にほぼＪ状の１対の舌部102、1
04が延設される。これらの舌部102、104は互いに協働し
てスロツト106を区画し、スロツト106は幅が次第に狭ま
るネツク部108を有する。金属製の端部取付具72は長手
握り部80の端部82上に巾方向に挿入され、これらの２部
材は互いに軸方向に合致せしめられる。即ち平坦舌部94
がネック部108内に挿入され、一方拡大部96がスロツト1
06の他部に挿入される。この後、金属スリーブ部74に端
部取付具72が軸方向に挿入されてスロツト106が閉鎖さ
れ、内部に端部82が確保される。金属スリーブ部74は端
部取付具72に対し溶接され、長手握り部80及び端部82が
端部取付具72内に永久的に保持されることになる。周知
の金属キヤツプネジ76が開口部100に螺合され、ハイブ
リツドセラミツク・金属取付部材50に引張力が加えられ
る。
特に第３図、第４図及び第５図を参照するに、端部取付
具72により軸方向に延び且つ半径方向に対向する１対の
平坦部110、112が区画されることもまた理解されよう。
ハイブリツドセラミツク・金属取付部材50の組立て中金
属キヤツプネジ76が締結されるとき端部取付具72に加わ
るトルクがセラミツク部70にかかることを防止するた
め、外部支承構造部62に回転不可能に端部取付具72を受
容する貫通穴114が形成されている。換言するに、貫通
穴114には端部取付具72の平坦部110、112と協働し軸方
向に延びる一対の平坦部116、118が具備される。しかし
て金属キヤツプネジ76が締められるとき、この締め付け
力が外部支承構造部62に加わり、セラミツク部70はトル
クを受けずに引張応力のみを受けることになる。
第１図を参照するに、金属キヤツプネジ76は外部支承構
造部62と協働し、一方頭部78は排気ダクト部材46と協働
することは理解されよう。ハイブリツドセラミツク・金
属取付部材50の利点はセラミツク部70により軸方向の熱
伝達が大きく抑止され得ることにある。即ち、頭部78及
び頭部78に隣接する長手握り部80の一部が約2500゜F（1
370℃）のような高温に曝されたときでも、長手握り部8
0が長手で且つ比較的低い熱伝導立を持つから端部取付
具72に金属材料を使用可能になる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】長手のセラミツク部（70）と金属製の端部
    取付具（72）とを備え、セラミツク部（70）は一端部に
    比較的大きな直径の頭部（78）と頭部から端部（82）へ
    向かつて軸方向に延び比較的小さな直径の長手握り部
    （80）とを有し、金属製の端部取付具（72）には軸方向
    に延び内部にネジ山部を有する特徴部（100）並びに特
    徴部（100）のネジ山部を介し端部取付具（72）を適合
    させるよう取付部材を受容する支承構造部と連係する装
    置（110〜118）が具備され、端部取付具（72）及び長手
    握り部（80）によりセラミツク部（70）と端部取付具
    （72）とを同軸に交差して保持し軸方向の引張力を維持
    する協働装置（80、102〜106）が形成され、セラミツク
    部（70）が引張応力のみを受け、且つネジ山部を有する
    特徴部（100）に加わるトルクを受けないように支承構
    造部と連係する装置（110〜118）に対し独立されてなる
    高温ハイブリツドセラミツク・金属取付部材（50）。
  2. 【請求項２】導入部（14）と、導出部（16）と、導入部
    （14）及び導出部（16）との間において流体（26）を送
    る流路（18）と、導入部（14）を介し外気流を導入しこ
    の圧縮空気を燃焼器構造体（30）へ供給する回転可能な
    コンプレツサ（22）と、燃料を燃焼器へ供給し圧縮空気
    の燃焼を維持し高温の燃焼生成物（18″）発生する装置
    と、燃焼生成物を膨張し導出部（16）を経て外部へ放出
    し機械的動力を得コンプレツサ（22）を駆動するタービ
    ン（44）と、燃焼器（30）がその下流の流路（18）の一
    部に配置され高温燃焼生成物（18″）に曝されるセラミ
    ツク部材（46、48）と、セラミツク部材（46、48）を支
    承する金属製の支承構造部（62）と、セラミツク部材
    （46、48）及び支承構造部（62）の夫々の開口部（5
    0′,50″）内に挿入されセラミツク部材（46、48）と協
    働するセラミツク部（70）及び金属支承構造部（62）と
    協働する各金属部（72）を有したハイブリツドセラミツ
    ク・金属取付部材（50）とを備え、各セラミツク部材
    （46、48）及び支承構造部（62）には夫々軸方向に合致
    する開口部（50′、50″）が具備され、取付部材（50）
    にセラミツク部（70）と金属部（72）との間に引張力を
    協働して与えセラミツク部材（46、48）及び金属支承構
    造部（62）を協働して保持する装置（76、100）が包有
    されてなる請求項１の取付部材（70）を備えた燃焼ター
    ビンエンジン（10）。
JP2500868A 1988-12-06 1989-09-15 高温タービンエンジン構造体 Expired - Lifetime JPH0774604B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/280,760 US5011353A (en) 1988-12-06 1988-12-06 High temperature turbine engine structure
US280,760 1988-12-06
PCT/US1989/004041 WO1990006422A1 (en) 1988-12-06 1989-09-15 High temperature turbine engine structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03505116A JPH03505116A (ja) 1991-11-07
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US (1) US5011353A (ja)
EP (1) EP0447452B1 (ja)
JP (1) JPH0774604B2 (ja)
WO (1) WO1990006422A1 (ja)

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