JPH1054201A - 半径流タービンホイール - Google Patents

半径流タービンホイール

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JPH1054201A
JPH1054201A JP9133172A JP13317297A JPH1054201A JP H1054201 A JPH1054201 A JP H1054201A JP 9133172 A JP9133172 A JP 9133172A JP 13317297 A JP13317297 A JP 13317297A JP H1054201 A JPH1054201 A JP H1054201A
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JP
Japan
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turbine wheel
axial
wheel
shroud
turbine
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JP9133172A
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English (en)
Inventor
Jacques Fally
ジヤツク・フアリイ
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Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/04Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
    • F01D5/043Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
    • F01D5/048Form or construction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/22Non-oxide ceramics
    • F05D2300/224Carbon, e.g. graphite

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応力ピークを著しく制限する形状を有するタ
ービンホイールを提供する。 【解決手段】 小さい台部(3)、大きい台部(4)、
および側面(5)を有する切頭円錐あるいは同等の全体
的形状のホイール本体(2)と、前記ホイール本体
(2)の側面(5)から径方向に発生するブレード
(6)とを含む半径流タービンホイール(1)であっ
て、ブレード(6)の終端横面(8)を越えて延びるホ
イール本体(2)の小さい台部(3)の軸方向延長部
(7)と、シュラウド(9)から成る側面(5)の少な
くとも一部と、軸方向ハブ(10)とを含み、シュラウ
ド(9)および前記ハブ(10)から成る側面(5)の
部分が、半径流タービンホイールの大きい台部(4)の
軸方向環状凹部(11)を規定することを特徴とする半
径流タービンホイール。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半径流タービンホ
イールに関する。
【0002】本発明は、より詳細には高速回転(500
00rpm程度)かつ高い作動温度(1000℃を上回
る)を受ける小径(100mm程度)半径流タービンホ
イールに関する。
【0003】
【従来の技術】これらの速度および温度領域では、半径
流タービンホイールを実現するのに現在使われている耐
火材料は限られている。
【0004】その理由の一つは、前記に記載の速度で回
転する半径流タービンホイールが、ホイール内の応力の
平均レベルを基準としてピークとなる応力分布を有する
部域を含むからである。これらの応力のピークのため、
(Weibullの法則の統計的意味において)全く安
全にこれらの応力のピークに耐えることができる材料を
選択しなければならない。
【0005】ホイールの他の部分について要求される特
性よりもはるかにすぐれた特性を有する材料を選択しな
ければならないのは、ホイールのごく一部分である。
【0006】これらの部域内の応力レベルを低くするた
めにホイールの形状を変えることが知られている。
【0007】これらのホイールの形状は、観察される応
力の分布および最大レベルに大きな影響を与える。
【0008】現在使われているホイールの形状では、こ
れらの応力のピークに対応することができる機械的特性
を有する耐火材料はほとんどない。
【0009】軸流タービンホイールの実現のためにカー
ボンカーボンを使用することが知られている。これは、
高温で良好な機械的特性を有する耐火材料である。しか
しながらカーボンカーボンは非常に高価な材料であり、
半径流タービンホイールの場合、成形が難しい。また小
径半径流タービンホイールの場合はさらに難しくなる。
さらに、異方性材料であるので、使用が難しい。
【0010】Si34セラミック製半径流タービンホイ
ールの実施例が多数知られている。その場合でも、セラ
ミック製タービンホイールの製造は複雑でコストが高
い。とくに、セラミックは簡単には切削することができ
ない。また、提供される形状は、動作時、とくにタービ
ンホイールの軸の近くにおいて非常に高い応力ピークを
有する。例えば112mmの直径を有するSi34のホ
イールは、1200℃程度の温度で90000rpm程
度の速度の場合、230MPaを上回る応力ピークを有
する。
【0011】遠心応力と比較してブレードの空力負荷に
よる圧力はきわめて小さく、従って、低密度の材料を使
用するのが有利である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、応力
ピークを著しく制限する形状を有するタービンホイール
を提供することである。これにより、低密度、安価で、
より加工し易く、機械的特性が不充分であったために現
在まで拒否されてきた新しい耐火材料を、説明の冒頭で
記載した温度および速度の領域でタービンホイールを実
現するために使用することが可能になる。
【0013】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は、小さい台部、大きい台部、および側面を有し、ブレ
ードがホイール本体の側面から径方向に発生する、切頭
円錐あるいは同等の全体的形状のホイール本体を含むタ
ービンホイールに関し、本発明によれば、タービンホイ
ールは、ブレードの終端横面を越えて延びるホイール本
体の小さい台部の軸方向延長部と、シュラウド(voil
e)から成る側面の少なくとも一部と、軸方向ハブとを
含み、シュラウドおよび前記軸方向ハブから成る側面の
前記部分がタービンホイールの大きい台部の軸方向環状
凹部を規定する。
【0014】軸方向ハブは、タービンの回転軸が通る軸
方向中空スリーブであることが有利である。
【0015】一つの実施の形態では、タービンホイール
は、軸方向環状凹部内にあり、シュラウドと軸方向スリ
ーブとの間を延びる部分的補強用径方向リブを含む。
【0016】本発明によれば、タービンホイールはとく
に、密なグラファイトまたはガラスカーボン製である。
【0017】本発明の他の利点および特徴は、添付の図
面を参照して行う以下の説明から明らかになろう。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明は、小さい台部3、大きい
台部4、および側面5を有する切頭円錐あるいは同等の
全体的形状のホイール本体2と、ホイール本体2の側面
5から径方向に発生するブレード6とを含む半径流ター
ビンホイール1に関する。この発明の諸特徴によれば、
タービンホイールは、ブレード6の終端横面8を越えて
延びるホイール本体2の小さい台部3の軸方向延長部7
と、シュラウド9から成る側面5の少なくとも一部と、
ハブ10とを含む。シュラウド9およびハブ10から成
る側面の部分が、半径流タービンホイール1の大きい台
部4の軸方向環状凹部を規定する。
【0019】図1および図3に示す実施の形態では、ハ
ブ10は軸方向スリーブ14であり、その中をタービン
の回転軸12が通る。
【0020】図示しない実施の形態では、ハブ10は中
実でありタービンの回転軸となる。
【0021】図1に示す第一の実施の形態では、側面5
の一部のみがシュラウド9から成る。その場合タービン
ホイールは、タービンの軸への取り付けのため軸方向に
穿口され、小さい台部3側のブレード6の終端横面8を
越えて延び、このようにして延長部7を形成し、反対側
で、径方向へ増大するシュラウド9で形成され、タービ
ンホイールの大きい台部4側に延びる中空軸方向スリー
ブ14を有する。
【0022】シュラウドの厚さはホイールの軸から周辺
に向かって減少するのが有利であるが、それに限定され
るものではない。
【0023】第一の実施の形態によるタービンホイール
は密なグラファイトで製作するのが有利であるが、それ
に限定されるものではない。図2は、50000rpm
で回転する、小さい台部(図示せず)の軸方向延長部の
ないグラファイト製の中実タービンホイールの種々の半
径方向位置で計算した応力の曲線20と、同じ速度で回
転する図1の説明によるグラファイト製タービンホイー
ルの種々の半径方向位置で計算した応力の曲線21とを
示す図である。
【0024】図1のホイールの特別な形状により、中実
タービンホイールと比べ最大応力を50%を越えて(8
8MPaから42MPa)減少させることができる。先
行技術からわかるように、この最大応力は回転軸の近く
に存在する。
【0025】密なグラファイトは、ごく通常品で65M
Pa程度、高品質品で85MPa程度の最大引張り/曲
げ強度を有する。
【0026】従って、第一の実施の形態による半径流タ
ービンホイールの形状により、50000rpm程度の
速度で回転する半径流タービンホイールの実施用とし
て、密なグラファイトを(Weibullの法則の意味
において)全く安全に使用することができる。この材料
は、密度が低く、加工し易く、低コストで、温度ととも
に機械的特性が向上する(室温での値と比べ、想定温度
では30%の向上がある)という長所を有する。従って
第一の実施の形態による半径流タービンホイールは、最
大応力を50%程度軽減することができる。さらに、グ
ラファイトなどの材料と組み合わせることにより、大量
生産に見合うコストで半径流タービンホイールを生産す
ることができる。このようなタービンホイールは、クロ
ーズドサイクルまたはオープンサイクルタービン−オー
ルタネータハイブリッドカーにおいて有利に使用するこ
とができよう。予定する動作温度で、このようなグラフ
ァイト製タービンホイールが酸化雰囲気下で使用される
限りにおいては、例えばSiCなどの酸化防止被覆でホ
イールを保護する必要がある。また、グラファイトは比
較的多孔質であるので、エンジンフルードがタービンホ
イールを通して拡散するのを防止するためにPyroC
arboneのグラファイトで半径流タービンホイール
を被覆することもできる。
【0027】第一の実施の形態の形状は、グラファイト
以外の材料、とくに例えばセラミックまたは同等のもの
とともに使用することができる。
【0028】図3に示す第二の実施の形態では、側面5
の全体がシュラウド9から成る。その場合タービンホイ
ールは、側面5を形成するシュラウド9と、小さい台部
3から始まりタービンホイールの大きい台部4に向かっ
て延びる軸方向中空スリーブ14と、シュラウド9と軸
方向スリーブ14とによって規定される軸方向環状凹部
内にある複数の部分補強用径方向リブ15とを含む。リ
ブ15はシュラウド9と軸方向スリーブ14の間を延び
る。リブ15をもつこの種のシェル形状は、製法上、厚
さに限度がある材料を使えるようにするために作られる
ものである。
【0029】第二の実施の形態による半径流タービンホ
イールはガラスカーボン製とするのが有利であるが、そ
れに限定されるものではない。
【0030】図4は、50000rpmで回転する、図
3の説明によるガラスカーボン製タービンホイールの種
々の半径位置で計算した応力の二つの曲線30、31を
示す図である。一方の曲線30は、16個の等間隔の3
mmの径方向リブをもつ厚さ3mmのシェルを有するガ
ラスカーボン製タービンホイールに関し、他方の曲線3
1は、32個の等間隔の2mmの径方向リブをもつ厚さ
3mmのシェルを有するガラスカーボン製タービンホイ
ールに関する。
【0031】ガラスカーボンの最大引張り/曲げ強度
は、室温で180MPa程度であり、従って第二の実施
の形態による半径流タービンホイールについての計算最
大強度はこの最大値より小さい。
【0032】従って本発明の第二の実施の形態により、
公称製造厚さに制限があるが、安価で簡単に型成形がで
きる軽量材料を使うことができる。
【0033】ガラスカーボンはグラファイトと同様、温
度とともに向上する機械的特性を有する。
【0034】もちろん、本発明は例示し記述した実施の
形態に限定されるものではなく、当業者であれば本発明
から逸脱することなく多くの変形形態が可能である。と
くに、本発明の範囲から逸脱することなく、使用する材
料を別の同等の材料で置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態による半径流タービ
ンホイールの縦断面図である。
【図2】本発明の第一の実施の形態による密なグラファ
イト製中実タービンホイールおよび密なグラファイト製
タービンホイール上で、当該半径位置に応じて観察され
る応力を比較したグラフである。
【図3】本発明の第二の実施の形態による半径流タービ
ンホイールの縦断面図である。
【図4】本発明の第二の実施の形態による二つのガラス
カーボン製タービンホイール上で観察される応力を比較
したグラフである。
【符号の説明】
1 半径流タービンホイール 2 ホイール本体 3 小さい台部 4 大きい台部 5 側面 6 ブレード 7 軸方向延長部 8 終端横面 9 シュラウド 10、14 軸方向ハブ 11 軸方向環状凹部 12 タービンの回転軸

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 小さい台部(3)、大きい台部(4)、
    および側面(5)を有する切頭円錐あるいは同等の全体
    的形状のホイール本体(2)と、 前記ホイール本体(2)の側面(5)から径方向に発生
    するブレード(6)とを含む半径流タービンホイール
    (1)であって、 前記ブレード(6)の終端横面(8)を越えて延びるホ
    イール本体(2)の小さい台部(3)の軸方向延長部
    (7)と、 シュラウド(9)から成る側面(5)の少なくとも一部
    と、 軸方向ハブ(10)とを含み、 前記シュラウド(9)および前記軸方向ハブ(10)か
    ら成る側面(5)の前記部分が前記タービンホイールの
    前記大きい台部(4)の軸方向環状凹部(11)を規定
    することを特徴とする半径流タービンホイール。
  2. 【請求項2】 前記軸方向ハブ(10)が、軸方向中空
    スリーブ(14)であり、その中をタービンの回転軸
    (12)が通ることを特徴とする請求項1に記載のター
    ビンホイール。
  3. 【請求項3】 前記軸方向環状凹部(11)内にあり、
    前記シュラウド(9)と前記軸方向ハブ(10)との間
    を延びる部分補強用径方向リブ(15)を含むことを特
    徴とする請求項1または2に記載のタービンホイール。
  4. 【請求項4】 密なグラファイト製であることを特徴と
    する請求項1から3のいずれか一項に記載のタービンホ
    イール。
  5. 【請求項5】 ガラスカーボン製であることを特徴とす
    る請求項3に記載のタービンホイール。
JP9133172A 1996-05-23 1997-05-23 半径流タービンホイール Pending JPH1054201A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9606405 1996-05-23
FR9606405A FR2749038A1 (fr) 1996-05-23 1996-05-23 Roue de turbine radiale

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Publication Number Publication Date
JPH1054201A true JPH1054201A (ja) 1998-02-24

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ID=9492389

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Country Status (6)

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EP (1) EP0808989A1 (ja)
JP (1) JPH1054201A (ja)
KR (1) KR970075252A (ja)
CA (1) CA2207140A1 (ja)
FR (1) FR2749038A1 (ja)
NO (1) NO972317L (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001304182A (ja) * 2000-04-26 2001-10-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 高速回転インペラ
DE10029807C1 (de) * 2000-06-16 2002-03-21 Daimler Chrysler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
WO2011043124A1 (ja) 2009-10-07 2011-04-14 三菱重工業株式会社 タービン動翼
US10781823B2 (en) 2015-10-02 2020-09-22 Ihi Corporation Impeller and supercharger

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1956189A1 (en) * 2007-02-12 2008-08-13 Daido Castings Co., Ltd. Turbine wheel for a turbocharger
CN103862234B (zh) * 2014-02-13 2016-06-15 中国北方发动机研究所(天津) 一种提升增压器涡轮心部强度性能的方法与结构
CN104074551B (zh) * 2014-06-19 2015-09-23 中国北方发动机研究所(天津) 一种涡轮叶轮分体式结构
CN113153461B (zh) * 2021-04-15 2022-12-02 中国航发湖南动力机械研究所 排气尾锥及采用其的径流式涡轮
CN119957360A (zh) * 2025-02-28 2025-05-09 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 一种燃气轮机套装转子

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2441432A (en) * 1945-12-14 1948-05-11 Gen Electric High-speed rotor
DE1083481B (de) * 1958-10-17 1960-06-15 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Laufrad fuer Kreiselradmaschinen
GB1515296A (en) * 1975-08-11 1978-06-21 Penny Turbines Ltd N Rotor for centrifugal compressor or centripetal turbine
JPS5925083B2 (ja) * 1979-07-30 1984-06-14 日産自動車株式会社 ラジアルタ−ビンロ−タ
JPS59128902A (ja) * 1983-01-14 1984-07-25 Toyota Motor Corp タ−ボチヤ−ジヤ用ロ−タ
US4850802A (en) * 1983-04-21 1989-07-25 Allied-Signal Inc. Composite compressor wheel for turbochargers
US4787821A (en) * 1987-04-10 1988-11-29 Allied Signal Inc. Dual alloy rotor

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001304182A (ja) * 2000-04-26 2001-10-31 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 高速回転インペラ
DE10029807C1 (de) * 2000-06-16 2002-03-21 Daimler Chrysler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
WO2011043124A1 (ja) 2009-10-07 2011-04-14 三菱重工業株式会社 タービン動翼
JP2011080410A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タービン動翼
KR101314474B1 (ko) * 2009-10-07 2013-10-07 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 터빈 동익
EP2476861A4 (en) * 2009-10-07 2014-07-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd TURBINE ROTOR BLADE
US9260971B2 (en) 2009-10-07 2016-02-16 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine rotor
EP2985415A1 (en) 2009-10-07 2016-02-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine rotor
US10781823B2 (en) 2015-10-02 2020-09-22 Ihi Corporation Impeller and supercharger

Also Published As

Publication number Publication date
FR2749038A1 (fr) 1997-11-28
EP0808989A1 (fr) 1997-11-26
CA2207140A1 (fr) 1997-11-23
NO972317D0 (no) 1997-05-21
NO972317L (no) 1997-11-24
KR970075252A (ko) 1997-12-10

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