JPS5879604A - セラミツクス製のタ−ボ機械用翼車 - Google Patents

セラミツクス製のタ−ボ機械用翼車

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JPS5879604A
JPS5879604A JP17640881A JP17640881A JPS5879604A JP S5879604 A JPS5879604 A JP S5879604A JP 17640881 A JP17640881 A JP 17640881A JP 17640881 A JP17640881 A JP 17640881A JP S5879604 A JPS5879604 A JP S5879604A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered
ceramic
sintered bodies
bodies
turbine rotor
Prior art date
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Pending
Application number
JP17640881A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhiko Endo
康彦 遠藤
Haruo Watanabe
晴生 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP17640881A priority Critical patent/JPS5879604A/ja
Publication of JPS5879604A publication Critical patent/JPS5879604A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D5/28Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/284Selection of ceramic materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービン、ターボチャージャあるいは高温
ファンなどのターボ機械用のセラミックス製真車に関す
る。
ガスタービン、ターボチャージャあるいは高温ファンな
どの翼車は、従来耐熱合金などの金属材料で製造されて
おり、使用するガスの温度はこうし大金属材料の耐熱温
度に制約されて、充分高い温度を採′用することができ
なかった。
こうした翼車をセラミックスで構成することができれば
、翼車の軽l化がはかれ、あるいは従来より高い温度で
作動させることが可能となり、このことはガスタービン
やターボチャージャでは熱エネルギーをよりすぐれた利
用効率で動力としてと9出すことを可能ならしめ、1*
高温フアンでは熱交換器と接続して廃ガスからより高い
効率で熱回収がはかれるなどの長所が期待され、省エネ
ルギーが増々必要となっている現在、セラミックス製の
こうした翼嶌はきわめて待望されている。
したがって高速回転するかかる翼車あるいはその一部を
セラ(ツクスで製造することがいくりか試みられている
がいずれも実用化されるには至っていない。これは次の
ような製造上・使用上の問題点が存在するからである。
1)セラミックス材料を用いて射出成形などの技法によ
って、複雑l形状の物体を一体物として成形することは
可能であるが、翼車のような大塁かつ大容積の物体を成
形・焼結するKll、それに見合う大蓋かっ高性能の成
形・焼結設備が必要で、高コストともなる。
2)セラミックス材料で肉厚かつ均質碌高強度の焼結体
を得るのは困難である。すなわち翼車Oごとき肉厚O焼
結体を得ようとする2、成形体の表面部はよく焼結され
て必要な強度を有するが、中心部はどうしても焼結不足
となって強度が表面部よ)小さくなる傾向がある。翼車
で社回転による遠心力によ)半径方向の引張〕応力が発
生し、と0引張シ応カは回転軸付近で触火となるか、こ
のs分こそが内厚焼結セラきツクス体の中心部すなわち
強度の小さい部分と一致してしまい、翼車として必要な
強度を満足できがたい。
S)これらを避けるために1より小型の焼結体で済むよ
うに1翼車の部分を別個に製作し、たとえばセラずツク
ス製のブレードをディスク部に接着もしく社熔着するこ
とも可能であるが、かかる接合部の強度は一体成形品に
比べてかな9小さく、半径方向に発生する引張り応力に
耐えがたいことが多い。
4)さらKま★、金属性翼車のデザイン・製作法にみら
れる如く、鳩尾形あるいはクリスマスツリー形の取付部
をもつセラミックス製ブレードを製作し、対応する孔部
を有するディスク部にこれを嵌合して取付けるようカナ
法も提案されているが、セラミックスは脆性材料である
から引張り応力に対しては応力の集中傾向があり、その
ためブレード取付部に応力が集中するのを助長して好適
でない。
本発明は、従来のセラミックス製翼車の上記の如き問題
点を解決し、信頼性の高いセラミックス製のターボ機械
用の翼車な提供するものである。
すなわち本発明は、回転軸に実質的に垂直な面により分
割された複数個のセラミックス製の焼結体を接合してな
ることを特徴とするセラfツクス製のターボ機械用翼車
を提供するものである。
図面を亀って説明すると、龜1111は従来のセラfツ
クス製遠心型翼車の例でブレード部(1)、ディスク部
(2)およびシャフト部(3)の全体を一体物として成
形、焼結する奄のであ抄、相対的に大盤・肉厚であるた
め411にディスク部の中心部などは焼結不足になる傾
向があり充分な強度が得K〈い。第211Iは本発明の
第111!施例であるセライツクス製達心臘ガスタービ
ン翼車を示している。こ、の翼車は同転軸に垂直な三つ
の平行な平面(8)、(9)およびa・によって四つに
分割され良形状の焼結体(4)、優)、(6)および(
7)を分割面(8)、19)および鱈で接合して構成さ
れている。各焼結体紘炭化ケイ素・窒化クイ嵩に代表さ
れる高強度セラミックス材料を用いて、射出成形などの
方法によってブレード部とディスク部を一体物として成
形したのち、適宜な方法によ)焼結するものである。ブ
レード部とディスク部とは接着や嵌合゛の方法によって
接合したものではなく、当初よシ一体物として製作する
ものであるから、両者の境界部に#i被接着由来する低
強度部分は存在せず、嵌合に由来する応力集中も発生し
ない。また第1図のように(4)、(5)、(6)およ
び(7)に相轟する部分をすべて一体物として成形・焼
結するのではなく、個々の(4)、(5)、(6)およ
び(7)の焼結体を独立に成形・焼結するため、回転軸
方向の内厚が大巾に薄くなシ、表面部のみ彦らず中心S
までも充分に焼結されて、均質で高強度を有する焼結セ
ラミックス体を得ることができる。焼結された各焼結体
を分割面で接合するKは適宜な接着剤、結合剤を用いる
接着でも溶着でもよく、あるいは第2図の(4)の左方
および(7)の右方の両端から適宜な方法により外力を
加えて押しつけることによシ接合してもよい。各焼結体
は従来法の一体物と比べて扁平・港内で成形・焼結の容
異な形状とな9、―記1)%2)の欠点は大きく改善、
回避される。1大接着その他による接合面における面と
垂直方向O引張シ強fti鋺記3)の如く相対的に小さ
いがこの翼車に働く引張)応力は大部分が半径方向であ
って、接合面に垂直な方向すなわち回転軸に平行な方向
には原理的にはきわめて小さな引張ヤ応力しか働かない
ために1接合面の有する相対的に小さな強度でも実質的
に耐えうる。tたブレード部とディスク部とは一体一七
して製作することが容品となるので鋺記4)の欠点がな
くなることはいうまでもない。
なお、焼結体紘必ずしもブレード部とディスク部を一体
物として成形したものでなくてもよく、たとえば突出す
るシャフト部については回転軸に実質的に垂直な面で分
割してブレード部を有しない焼結体とするごとくしても
さしつかえない。
g s kAa本発明に係る翼車の分割面の他の例示で
ある。分割面(81)は鈍い頂角部を有する円錐面であ
って、シャフト部(3a)が突出しているために回転軸
に垂直な平面で分割するとシャフト部を含む焼結体に相
対的にやや肉厚な部分ができるのな、かかる錐面で分割
することにより焼結体(4a)の内厚をある程度平均化
する効果を有すると共に、接合に際して隣接する焼結体
(5a)との間に嵌合部を形成するためK。
芯合せなどの位習合せが好便にできる効果を有する。分
割面(8&)は回転軸に垂直では彦いが、鈍い頂角を有
する円錐面で、喬直面とはわずかの傾きであるために、
実質的に垂直であり、翼車運転時に接合面をはがす方向
に作用する応力は小さく、接合面の相対的に小さい強度
でも兜分耐えうる。分割面(9a)はリング状の段差を
つけた嵌合部を有する回転軸に垂直な平面で分割する例
であシ、分割面(tea)  は円盤状の段差をつけた
嵌合部を有する回転軸K11I[な平面で分割する例で
ある。さらに分割面の一部に放射状の凹溝なつけ大シ、
複数個の小凹部を設け、相接する他の焼結体に対応する
凸条マ九は小凸部を設けて嵌合するように構成してもよ
い。また分割rtio−16に複数個O小凹部を設け、
相接する他の焼結体に4t4応する小凹部を設け、両焼
結体O凹部に嵌合するビンなどを差込んで両焼結体を固
定するように構成してもよい。かかる(?a)、(10
a)のごとき分割面あるいは凹溝、小凹部などを設けた
分割面は、分割−(61)と同様な効果を有する。
第4s紘本発明の第2実施例である複数個の環状中空部
(1tb)を有し、二段のブレード部(lb)を有する
軸流朦高温ファンの翼車である。
かかる中空部を有すること社翼車の軽量化をはかや、か
つ熱応力と遠心力により中心部に生ずる応力を緩和する
点でも好ましい形状である力ζかかる形状のセラミック
ス製翼車を分割することなく一体物として成形しようと
するときわめて至−の1寝となる。しかるに1本発明に
よれば(・b)、(9b)、(10%)のごとく、中空
部を含む分割面によって分割した焼結体(4b)、(5
’b)、(6b)、(7b)では咳中空部は大きな開口
部を有する中空部となっているので、その成形祉簡便で
あり、かつ肉厚もLるかに薄く量っているので高強度に
焼結するのもきわめて容易である。これらの焼結体の接
合は接着・溶着などが適宜採用できる。なおシャフト部
あるいはディスク部の一部に外部から中空部に貫通する
小孔を設けて、高温下で翼車運転中に内外の圧力差がつ
きにくいようKしておくことが好ましい。
セラミックス材料として社高強度焼結体の得られる材料
であればよく、必要な強度に応じて適宜選択できる。炭
化ケイ魚窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、
高強度焼結性アルミナなど線好適である。これらの高強
度の緻密なセラミックスは、通常、焼結時に5〜209
6に及ぶ収縮を伴ない、かつ各部材の収縮はしばしば不
均一になって、焼き上りのままで所要の寸法精度を出し
に(いことがある。かかる場合には焼結後に機械加工な
どの加工をすることにより所望の寸法精度を得て奄よい
一方、かかる焼結後のセラミックスの加工紘金関材料の
加工に比べて難1為しく、コストが高くなることも多い
。これを避けるKは焼結収縮を実質的に生じないセラず
ツクス材料を使用することができる。かかるセラミック
ス材料としては、例えば特公昭45−38041号公報
に示されている炭化ケイ素と縦索からなる炭化ケイ素体
で成形し、これとケイ素とを接触させて反応させ彦がら
焼結して炭化ケイ素焼結体を得るごとく、反応焼結型炭
化ケイ素体、反応焼結蓋窒化ケイ素体などが好適に採用
しうる。
【図面の簡単な説明】
縞1図〜石4図はいずれもセラミックス製ターボ機械用
具車の断面−であって、第1図は従来の遠心型翼車、第
2図は本発明の@1実施例の遠心皺ガスタービン翼車、
第3図紘本発明に係る他の分割面を例示する遠心型翼車
、al141!11社本発明O82実施例の中空部を有
する軸流型高温ファン翼車である。 (1)−ブレード部 (2)−ディスク部 (3)−シ
ャフト部 (4k(5k (6k (?)−焼結体 (
8)、(9)、a・−分amra0−中空部 丁l)] 才2」

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 11転軸に実質的に垂直な面によ〉分割された書
    数個のセラ電ツタス110焼結体を接合してなると七を
    特徴とするセラ電ツクA@t)1−ボ機械用具車。 丸 焼結体社ブレード部とディスク部を一体物として成
    形した%Oである轡許請求aSS第1項記−の翼車。 翫 接合面が濠合している特許請求の範!!1111項
    壕−に線第2項記載の翼車。 4、翼車は中空部を有し、かつ諌中空部が接合面で分割
    されていする特許−求OIi日第1項乃至第1項のいず
    れか記載の翼車。 翫 焼結体紘焼結収縮を実質的に生じないセラ電ツタス
    から得られえ、ものである特許請求の範11111項す
    至第4項のいずれか記載の真東
JP17640881A 1981-11-05 1981-11-05 セラミツクス製のタ−ボ機械用翼車 Pending JPS5879604A (ja)

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JPS5879604A true JPS5879604A (ja) 1983-05-13

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ID=16013148

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JP17640881A Pending JPS5879604A (ja) 1981-11-05 1981-11-05 セラミツクス製のタ−ボ機械用翼車

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7607886B2 (en) * 2004-05-19 2009-10-27 Delta Electronics, Inc. Heat-dissipating device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4125344A (en) * 1975-06-20 1978-11-14 Daimler-Benz Aktiengesellschaft Radial turbine wheel for a gas turbine
JPS55109097A (en) * 1979-02-14 1980-08-21 Nec Corp Remote control system

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