JPS5915601A - セラミツクタ−ビンロ−タ - Google Patents
セラミツクタ−ビンロ−タInfo
- Publication number
- JPS5915601A JPS5915601A JP57123783A JP12378382A JPS5915601A JP S5915601 A JPS5915601 A JP S5915601A JP 57123783 A JP57123783 A JP 57123783A JP 12378382 A JP12378382 A JP 12378382A JP S5915601 A JPS5915601 A JP S5915601A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- shaft
- turbine rotor
- disk
- radius
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
- F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/10—Two-dimensional
- F05D2250/14—Two-dimensional elliptical
Landscapes
- Engineering & Computer Science (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。
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、七ラミックタービンロータに関し、特にその
回転軸と一体に成形したセラミックスのタービンロータ
において、遠心力に対する強度の向上を図りかつ成形が
容易なように形状の改良を図ったものであえ。
回転軸と一体に成形したセラミックスのタービンロータ
において、遠心力に対する強度の向上を図りかつ成形が
容易なように形状の改良を図ったものであえ。
近年、ガスタービンエンジンやターボチャージャのセラ
ミックス化に伴い、回転軸とタービンロータとを一体の
セラミックスで成形したものが開シ発されているが、セ
ラミックスは耐熱性や圧縮強度その他の機械的性質にお
いて優れている反面、引張り強度に問題があり、この種
のタービンロータでは、その回転軸との付は根近傍に遠
心力による亀裂が生じ破損し易いのでその対策が望まれ
る。
ミックス化に伴い、回転軸とタービンロータとを一体の
セラミックスで成形したものが開シ発されているが、セ
ラミックスは耐熱性や圧縮強度その他の機械的性質にお
いて優れている反面、引張り強度に問題があり、この種
のタービンロータでは、その回転軸との付は根近傍に遠
心力による亀裂が生じ破損し易いのでその対策が望まれ
る。
第１図はこのような従来のセラミックタービンロータの
一例を示し、この種のものは特開昭第Ｓ３− ／Ａ／１
０．２号に開示されている。ここで、／はタービンロー
タ、コはその翼部、３はそのタービンディスクであり、
翼部−とタービンディスク３とはタービン回転軸グと一
体にセラミックスでＪｊｌ形されていて、セラミックス
の種類としては窒化珪素、炭化珪素およびサイアロン等
が用いられている。
一例を示し、この種のものは特開昭第Ｓ３− ／Ａ／１
０．２号に開示されている。ここで、／はタービンロー
タ、コはその翼部、３はそのタービンディスクであり、
翼部−とタービンディスク３とはタービン回転軸グと一
体にセラミックスでＪｊｌ形されていて、セラミックス
の種類としては窒化珪素、炭化珪素およびサイアロン等
が用いられている。
なお、（はディスク外周部であり、小径の円弧断面形状
とすることにより幾分の厚みが持たせである。ディスク
外周部３に続くディスク３の背板部乙には背面３Ａが外
周部ｊか−ら軸ｌに向けて漸増する直線状のテーパ面で
形成されていて、この背板部ルが軸グに連らなる間の接
続部７は応力の集中を避けるために滑らかな円弧面に形
成されている。ｇはこの円弧面が軸りと接する接線部、
りは円弧面が背板部ｔのテーパ面と接する接線部である
０ しかしながら、このように形成された従来のセラミック
タービンロータにあっては、その形状からして次のよう
な問題点があった。
とすることにより幾分の厚みが持たせである。ディスク
外周部３に続くディスク３の背板部乙には背面３Ａが外
周部ｊか−ら軸ｌに向けて漸増する直線状のテーパ面で
形成されていて、この背板部ルが軸グに連らなる間の接
続部７は応力の集中を避けるために滑らかな円弧面に形
成されている。ｇはこの円弧面が軸りと接する接線部、
りは円弧面が背板部ｔのテーパ面と接する接線部である
０ しかしながら、このように形成された従来のセラミック
タービンロータにあっては、その形状からして次のよう
な問題点があった。
／）背板部６ではタービンの高速回転によって生じる遠
心応力が高く、特に背板部６が円弧面と接する接線部デ
ではその遠心応力の値が最大となり、実測例をあげると
、例えばタービン回転数が／θ万ｒ”ｐ”ｍのときには
、その最大応力値δが／左・１１ｋｇ／−にもおよび、
この部位から破損が生じ易い。
心応力が高く、特に背板部６が円弧面と接する接線部デ
ではその遠心応力の値が最大となり、実測例をあげると
、例えばタービン回転数が／θ万ｒ”ｐ”ｍのときには
、その最大応力値δが／左・１１ｋｇ／−にもおよび、
この部位から破損が生じ易い。
、２）このような遠心応力を低減させるには背板部乙に
おいて、テーバ角度（テーパ面と軸に直角な面とのなす
角度）００全増大させればよいが、このようにすると、
接線部９の位置と共に接線部ｇの位置が第１図で左方に
きてしまい、タービン軸りに設けられる軸受や軸Ａシー
ルの配置位置が制約されて設゛計上好ましくないのみな
らず、背板部６でのディスク３の肉厚が増すことにより
セラミックスの成形が困難となる。Ｔなわち厚肉部では
セラミックスに内部切れなどが発生する。
おいて、テーバ角度（テーパ面と軸に直角な面とのなす
角度）００全増大させればよいが、このようにすると、
接線部９の位置と共に接線部ｇの位置が第１図で左方に
きてしまい、タービン軸りに設けられる軸受や軸Ａシー
ルの配置位置が制約されて設゛計上好ましくないのみな
らず、背板部６でのディスク３の肉厚が増すことにより
セラミックスの成形が困難となる。Ｔなわち厚肉部では
セラミックスに内部切れなどが発生する。
本発明の目的は、かかる問題点に着目し、遠心応力が低
減できて破損の発生が抑制され、しかも成形し易いセラ
ミックタービンロータを提供することにある。
減できて破損の発生が抑制され、しかも成形し易いセラ
ミックタービンロータを提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明では、タービンデ
ィスクの背面の軸心を含む断面形状が、外周部から接線
部ｇに向けて曲率半径が連続して変化するような曲線、
例えば楕円や放物線等二次曲線の一部または三次曲線の
一部となるように形成する。
ィスクの背面の軸心を含む断面形状が、外周部から接線
部ｇに向けて曲率半径が連続して変化するような曲線、
例えば楕円や放物線等二次曲線の一部または三次曲線の
一部となるように形成する。
以下に、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。
第、２図は本発明の一実施例を示し、本例では背板部お
よび接続部の細心断面形状を楕円曲線の一部を用いて形
成したものである。すなわち、外周部５と接線部デとの
間のディスクＪの背面３Ａを、ロータ／の半径方向に長
径を有し、軸ｑ方向に短径を有する楕円／ｌの一部を軸
グの回りに仮想的に回転することによって得られる回転
面とする。なお、ここで下半部に破線で示したのは従来
例による背面の形状を示したものであり、本例の形状と
したことにより、ディスクＪの肉厚が薄くなったことが
分る。
よび接続部の細心断面形状を楕円曲線の一部を用いて形
成したものである。すなわち、外周部５と接線部デとの
間のディスクＪの背面３Ａを、ロータ／の半径方向に長
径を有し、軸ｑ方向に短径を有する楕円／ｌの一部を軸
グの回りに仮想的に回転することによって得られる回転
面とする。なお、ここで下半部に破線で示したのは従来
例による背面の形状を示したものであり、本例の形状と
したことにより、ディスクＪの肉厚が薄くなったことが
分る。
このような形状としたタービン回転数／２にあっては、
その背面３人を曲率半径が外周部左から接線部ｇにかけ
て漸減する曲面によって形成したので、遠心力による最
大応力の発生する位置が第１図の例では接線部９の位置
であったのが外周部３に近い方の部位／３に移行する。
その背面３人を曲率半径が外周部左から接線部ｇにかけ
て漸減する曲面によって形成したので、遠心力による最
大応力の発生する位置が第１図の例では接線部９の位置
であったのが外周部３に近い方の部位／３に移行する。
しかして、この部を用いてｆｆｌ算したところによれば
、従来例の場合回転数／θ万ｒ”ｐ’ｍのとき／３．り
ｋｇ／−であったのに対し、／？ｋｇ／ｍｄとなり、従
来例に比し約１０％低減できることが確認できた。また
、スピンテストによっても本発明のロータが回転強度に
ついて従来、例より優れていることを確認した。なお、
タービンディスク３の外径をＯＤ、軸ｑの径をグｄとす
ると、発生する最大遠心応力の効果的な低減を図るには
、接線部ｔから少なくとも’／、２（Ｄ＋ ｄ）の範囲
を上述したような曲面とすることが望ましい。
、従来例の場合回転数／θ万ｒ”ｐ’ｍのとき／３．り
ｋｇ／−であったのに対し、／？ｋｇ／ｍｄとなり、従
来例に比し約１０％低減できることが確認できた。また
、スピンテストによっても本発明のロータが回転強度に
ついて従来、例より優れていることを確認した。なお、
タービンディスク３の外径をＯＤ、軸ｑの径をグｄとす
ると、発生する最大遠心応力の効果的な低減を図るには
、接線部ｔから少なくとも’／、２（Ｄ＋ ｄ）の範囲
を上述したような曲面とすることが望ましい。
第３図は本発明の他の実施例を示し、本例は動バランス
の修正を考慮したもので、背板部の外周部に連らなる近
傍に滑らかな曲線で形成した段＋Ｊき部を設け、この段
付き部に続く背面を曲率半径の変化する曲線によって得
られる回転面とする。
の修正を考慮したもので、背板部の外周部に連らなる近
傍に滑らかな曲線で形成した段＋Ｊき部を設け、この段
付き部に続く背面を曲率半径の変化する曲線によって得
られる回転面とする。
すなわち、２０は外周部ｊに続く背面３Ａの一部を軸ｑ
側に突出させた段付き部であり、この段イ＼ｊき部λθ
と軸ｌとの間の背面３Ａを、楕円２／の曲線によって形
成した回転面とする。なお、本例におい幾分右に倒した
状態で段付き部、２０および軸りに接する如くなし、以
て得られる曲線部分を用いた例である。
側に突出させた段付き部であり、この段イ＼ｊき部λθ
と軸ｌとの間の背面３Ａを、楕円２／の曲線によって形
成した回転面とする。なお、本例におい幾分右に倒した
状態で段付き部、２０および軸りに接する如くなし、以
て得られる曲線部分を用いた例である。
このように形成したタービンロータ、２．２にあっては
、動バランス修正に際して、段付き部２θを切削してゆ
くことにより修正ができ（切削部分の一例を第り図で斜
線を記入して示す）、修正の結果第４図（４）に示すよ
うな修正面、：ｕ）Ａが得られても、この面、２ＯＡお
よびこれに連らなる面の近傍には大きい集中応力が発生
しない。これに対して、第１／、図（Ｂ）に示すように
従来の形状としたタービンロータ／において動バランス
修正のために背板部乙の一部を切削すると（斜線部分は
切削した範囲を示す）、この部に集中応力が発生しやｔ
い。また、第り図（Ｑは従来の形状としたタービンロー
タ／の背板部乙に予め突出させた修正用突起部６Ａ５：
設けた例であるが、このように形成しておくと、修正の
結果として突起部６Ａが残置されたような場合、突起部
ＡＡに続くくびれ部６Ｂに遠心力による集中応力が発生
しやすく、いずれの場合も動バランス修正に対しては好
適例でない。
、動バランス修正に際して、段付き部２θを切削してゆ
くことにより修正ができ（切削部分の一例を第り図で斜
線を記入して示す）、修正の結果第４図（４）に示すよ
うな修正面、：ｕ）Ａが得られても、この面、２ＯＡお
よびこれに連らなる面の近傍には大きい集中応力が発生
しない。これに対して、第１／、図（Ｂ）に示すように
従来の形状としたタービンロータ／において動バランス
修正のために背板部乙の一部を切削すると（斜線部分は
切削した範囲を示す）、この部に集中応力が発生しやｔ
い。また、第り図（Ｑは従来の形状としたタービンロー
タ／の背板部乙に予め突出させた修正用突起部６Ａ５：
設けた例であるが、このように形成しておくと、修正の
結果として突起部６Ａが残置されたような場合、突起部
ＡＡに続くくびれ部６Ｂに遠心力による集中応力が発生
しやすく、いずれの場合も動バランス修正に対しては好
適例でない。
以上説明してきたように、本発明によれば、セラミック
タービンロータにおいてそのディスクの背面を、ディス
クの外周部から軸にかけて曲率半径が連続して変化する
曲線で得られる曲面としたので、従来のように直線状の
テーパ面で背面の一部が形成されているセラミックター
ビンロータに比し、最大遠心応力が低減できて、遠心力
に対する強度が向上し、更に薄肉化することができるの
で成彫し易い。
タービンロータにおいてそのディスクの背面を、ディス
クの外周部から軸にかけて曲率半径が連続して変化する
曲線で得られる曲面としたので、従来のように直線状の
テーパ面で背面の一部が形成されているセラミックター
ビンロータに比し、最大遠心応力が低減できて、遠心力
に対する強度が向上し、更に薄肉化することができるの
で成彫し易い。
更に、ディスクの背面をディスクの外周部から軸にかけ
て曲率半径が漸減する曲面とすることにより、上記に加
えて軸のロータとの接続部をロータ側に十分近く設ける
ことができ、以て、軸に軸受や軸シールを配置するに際
して制約を受けるようなことなく最大遠心応力の低減、
および薄肉化を図ることができる。
て曲率半径が漸減する曲面とすることにより、上記に加
えて軸のロータとの接続部をロータ側に十分近く設ける
ことができ、以て、軸に軸受や軸シールを配置するに際
して制約を受けるようなことなく最大遠心応力の低減、
および薄肉化を図ることができる。
更にまた、上記に加えディスクの背面の外周部近傍に動
バランス修正用の段付き部を形成すれば、修正のための
切削を行ってもこの部に集中応力の生じるようなことが
ないので、゛動バランス修正のために好適である。
バランス修正用の段付き部を形成すれば、修正のための
切削を行ってもこの部に集中応力の生じるようなことが
ないので、゛動バランス修正のために好適である。
第１図は従来のセラミックタービンロータの一例を示す
部分断面図、第一図は本発明セラミックタービンロータ
の形状の一例を示す部分断面図、第３図は本発明の他の
実施例における形状の一例を示す部分断面図、第１図（
４）はその動バランス修正のために切削を行う例を示す
断面図、第り図（Ｊ３）は従来のセラミックタービンロ
ータにおいて動バランス修正のために切削を行う例を示
す断面図、第４’図（Ｃ）は従来の七ラミックタービン
ロータに動バランス修正のための修正部を突設した例を
示す断面図である。 ｌ、／２・・・タービンロータ、 λ・・・翼 部、 ３・・・ディスク、 ３Ａ・・・背 面、 ｑ・・・回転軸、 Ｓ・・・外周部、 ６・・・背板部、 ６Ａ・・・突起部、 ＡＢ・・・くびれ部、 ７・・・接続部、 ざ、り・・・接線部、 ／／、、２か・・楕 円、 ／３・・・部 位、 〃・・・段付き部１ ．２ＯＡ・・・修正面。 特許出願人 日産自動車株式会社 第１図 （ 第２図 第４図
部分断面図、第一図は本発明セラミックタービンロータ
の形状の一例を示す部分断面図、第３図は本発明の他の
実施例における形状の一例を示す部分断面図、第１図（
４）はその動バランス修正のために切削を行う例を示す
断面図、第り図（Ｊ３）は従来のセラミックタービンロ
ータにおいて動バランス修正のために切削を行う例を示
す断面図、第４’図（Ｃ）は従来の七ラミックタービン
ロータに動バランス修正のための修正部を突設した例を
示す断面図である。 ｌ、／２・・・タービンロータ、 λ・・・翼 部、 ３・・・ディスク、 ３Ａ・・・背 面、 ｑ・・・回転軸、 Ｓ・・・外周部、 ６・・・背板部、 ６Ａ・・・突起部、 ＡＢ・・・くびれ部、 ７・・・接続部、 ざ、り・・・接線部、 ／／、、２か・・楕 円、 ／３・・・部 位、 〃・・・段付き部１ ．２ＯＡ・・・修正面。 特許出願人 日産自動車株式会社 第１図 （ 第２図 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｌ）タービンディスクおよび々−ビンｎをタービン軸と
共にセラミックスで一体に形成したセラミックタービン
ロータにおいて、前記タービン軸ど連らなる前記タービ
ンディスクの背面を曲率半径が前記タービンディスクの
外周部から前記タービン軸に向けて連続して変化する曲
面で形成したことを特徴とするセラミックタービンロー
タ１１ ．２、特許請求の範囲第１項記載の七ラミックタービン
ロータにおいて、前記曲面を、前記曲率半径が前記ター
ビンディスクの外周部から前記タービン軸に向けて漸減
する曲面としたことを特徴とするセラミックタービンロ
ータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57123783A JPS5915601A (ja) | 1982-07-17 | 1982-07-17 | セラミツクタ−ビンロ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57123783A JPS5915601A (ja) | 1982-07-17 | 1982-07-17 | セラミツクタ−ビンロ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5915601A true JPS5915601A (ja) | 1984-01-26 |
| JPS6224605B2 JPS6224605B2 (ja) | 1987-05-29 |
Family
ID=14869178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57123783A Granted JPS5915601A (ja) | 1982-07-17 | 1982-07-17 | セラミツクタ−ビンロ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5915601A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6278401A (ja) * | 1985-10-02 | 1987-04-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミツクロ−タ− |
| US5569157A (en) * | 1993-05-07 | 1996-10-29 | Olympus Optical Co., Ltd. | Endoscope |
| WO2011043124A1 (ja) * | 2009-10-07 | 2011-04-14 | 三菱重工業株式会社 | タービン動翼 |
| CN104246167A (zh) * | 2012-05-03 | 2014-12-24 | 博格华纳公司 | 减小应力的超级背板叶轮 |
-
1982
- 1982-07-17 JP JP57123783A patent/JPS5915601A/ja active Granted
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6278401A (ja) * | 1985-10-02 | 1987-04-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミツクロ−タ− |
| US5569157A (en) * | 1993-05-07 | 1996-10-29 | Olympus Optical Co., Ltd. | Endoscope |
| US5707344A (en) * | 1993-05-07 | 1998-01-13 | Olympus Optical Co., Ltd. | Endoscope |
| 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 |
| US20120183406A1 (en) * | 2009-10-07 | 2012-07-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Turbine rotor |
| 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 |
| CN104246167A (zh) * | 2012-05-03 | 2014-12-24 | 博格华纳公司 | 减小应力的超级背板叶轮 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6224605B2 (ja) | 1987-05-29 |
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