JPS5817323B2 - ガスタ−ビンヨク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はガスタービン翼に係わり、特に多孔性材料、
たとえば粉末焼結金属で形成され、内部に良熱伝導性の
骨材が組込まれて形成された羽根を用いて冷却効率を改
善したガスタービン翼に関する。

一般にガスタービンでは主流ガスの温度を高めることが
タービンの熱効率の向上のために要求されている。

一方高温の主流ガスに直接的に表面が接触する羽根は材
料の性質上、耐熱性に限度がある。

このため羽根を冷却して羽根の強度と主流ガス温度との
均衡点を高めようとしている。

特に冷却に際し、羽根を均一に冷却しただけでは結果的
に羽根の表面上の温度分布に不均一が生じ最高温部と最
低温部が生ずるので余分な熱応力が発生しさらに最高温
部の温度で羽根の強度が抑えられてしまう欠点がある。

従来の羽根では、通常の超耐熱性合金材料を用いる場合
、この欠点の対策として冷却孔の大きさや配置などで行
なっていたが加工精度上問題が多かった。

また最近、多孔性材料を用いた羽根では中子体と仕切板
を用い仕切板で囲まれた冷媒流路の配置と断面積の大き
さを調節して良好な冷却効果を得ようとする試みがある
。

しかしながら、この場合も製作方法が困難であり仕切板
の数にも制限があるため充分な効果が上らない欠点があ
った。

また理論上は、温度分布を羽根面上で均一にするたゆに
は羽根材料に熱伝導性の良好な材料を用いるべきことは
明らかである。

しかしながら燃伝導性の良好な材料は強度特に高温での
強度が小さい欠点があった。

この発明は上記の欠点を除去するためになされたもので
多孔性材料、たとえば粉末焼結金属及びワイヤ・クロス
などの材料を用い、内部に良熱伝導性の骨材が組込まれ
て形成され、強度も大きく羽根表面の温度分布もほぼ均
一化されたガスタービン翼を提供しようとするものであ
る。

次にこの発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は後述する製造法によって得られた多孔性材料１
で形成され、内部に良熱伝導性の骨材２が組込まれて形
成された動翼の羽根３である。

この羽根３の中空部４に挿着された中子体５は第２図に
示すように、その付根部は取付座６に固着されている。

この取付座６には内部に冷媒の供給孔８が穿設されてい
る。

一方中子体５の内部には動翼の回転で生ずる遠心力方向
にそって冷却孔１０が穿設され前記冷媒供給孔８と連通
している。

さらに冷却孔１０の側面からは直角方向に冷媒吹出孔１
２が多数穿設され他端は中子体５０表面に開口している
。

このため供給孔８から導入された冷媒は冷却孔１０を通
り吹出孔１２から中子体５の表面に吹き出され、第２図
中鎖線のように嵌装された羽根３の内側からしみこんで
いく。

また中子体５の先端部には羽根３の先端上面に下面が接
合するように第３図に示すようなキャップ１４が嵌着さ
れている。

なお蓋体１６は冷却孔１０の先端開口を閉塞するように
中子体５の先端上面内に嵌挿固着されている。

この状況は第２図〜第４図に鎖線とともに図示したとお
りである。

また第２図中、鎖線で示すように羽根３は前記中子体５
によって中空部４で支持され、両端面は取付座６の上面
とキャップ１４の下面とで緊密に押圧されて保持される
ことになる。

このように構成された動翼においてタービンが運転状態
にはいると、冷媒、たとえば冷却水が供給孔８から冷却
孔１０を通って吹出孔１２へ送入される。

冷却水はここから羽根３内にしみこんで羽根全体を内側
から全面にわたって冷却していく。

またこの冷却液の一部は中子体５及びキャップ１４をも
同時に冷却することはいうまでもない。

また熱伝導性の良好な材料２の存在により羽根３内の温
度分布は均一化され羽根が局部的に高熱されたり、過大
な熱応力の発生する危険もほとんどない。

次に上記の羽根３の製造法の１例を詳述する。

銅線（直径Ｊφ）よりなる金網を第１図に示すように幾
何学的格子状に配置１ルて骨材２を構成し成形した後、
高純度Ｎ２ガス中に９００℃で３時間加熱し、骨材２の
相互接触部で固相接合をさせたのち、これを真空蒸着装
置中において、最大０．２μの薄膜を有するＮｉ−５０
％Ｃｒ合金をその表面上に均一に蒸着させる。

次に羽根成型金型中にこの銅線金網の骨材２を装入し、
さらにこの骨材２の格子配列を極端に変形させぬ程度に
空隙部に一３２５メツシュのインコネル合金粉を充填さ
せ、６０ ｔ ／ａｎｔで圧粉成型して所要の羽根３の
形状の圧粉体を得る。

そしてこの圧粉体を高温真空焼結炉中１０５０℃で５時
間焼結してからこの焼結体をステンレス製パック中に真
空封入後、Ａｒガス加圧方式による静水圧成形機に再び
装入し、１０００℃の温度で１時間、１２００気圧の条
件の下に高密度化処理を施して最終的な羽根３を得る。

上述した実施例は動翼にこの羽根を適用した場合を説明
したがこれはこの発明の範囲を限定するものではない。

すなわち、静翼の羽根として用いても温度分布の均一化
に対しては同等の効果を奏する。

ただし冷媒の供給には、動翼の場合のように遠心力は用
いられないのでポンプなどの外部装置を使用すべきこと
、羽根は中実のものでもよいこと、中子体及びキャップ
は必ずしも必要としないことは勿論である。

また上述した実施例の羽根は粉末焼結金属の羽根につい
て述べたがこれをワイヤ・クロスで成形することもでき
る。

この場合のワイヤ・クロスの断面の構成を第５図に示し
である。

図中、点線で斜線をほどこした線は良熱伝導性材料の線
１８であり、この線１８と耐熱性金属の線２０とで撚り
合わせたワイヤ・クロスで羽根３を成形する。

これらの撚り合わせた素線は羽根の縦方向及び横方向に
交差して配列され縦横両方向にそって熱の伝熱性を良好
にするとともに耐熱性金属の線２０によって十分な強度
が得られる。

この実施例ではある程度の可撓性をもつ多孔性材料が得
られるので羽根の形成が簡単であること、及び耐熱性金
属と熱伝導性良好な材料とが別体で作られているので接
合部で剥離することがない利点がある。

また第５図では縦、横の撚り合わせは同じ間隔で織った
例を示したが、温度の高くなる前縁、後縁近傍に重点的
に配置するとか、横糸を過密にし縦糸を疎にするとかす
ればさらに冷却効率が向上する。

上述したことから明らかなようにこの発明によれば多孔
性材料たとえば粉末焼結金属及びワイヤ・クロスで羽根
を形成し、その材料内に良熱伝導性の骨材が組込まれて
成形された羽根を用いたガスタービン翼が得られるので
強度が強く、また羽根表面の温度分布が均一でしかも効
率的なしみ出し冷却を達成できるなど多大の実用的効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる羽根の一実施例を示す斜視図
、第２図は第１図と同じ実施例の中子体を示す斜視図、
第３図は第１図と同じ実施例のキャップを示す斜視図、
第４図は第１図と同じ実施例の蓋体を示す斜視図、第５
図はこの発明にかかる他の実施例の羽根を示す部分断面
図である。 １・・・多孔性材料、２・・・良熱伝導性の骨材、３・
・・羽根、４・・・中空部、５・・・中子体、６・・・
取付座、８・・・冷媒供給孔、１０・・・冷却孔、１４
・・・キャップ、１８・・・良熱伝導性の線、２０・・
・耐熱性金属の線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多孔性耐熱材料内に良熱伝導性の骨材が組込まれて
   形成された中空羽根と、この羽根の中空部に挿着された
   冷却孔を有する中子体と、前記羽根が固着される取付座
   と、この取付座の内部に穿設された前記中子体の冷却孔
   に連通ずる冷媒供給孔とを具備してなるガスタービン翼
   。