JPS6123802A - 動翼取付構造 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば産業用のガスタービン、あるいは高温
ガス用軸流ファンなどの軸流型ターボ機械におけるセラ
ミックス製動翼取付構造に関する。

［従来の技術］ セラミックスの有する耐熱性、耐食性を活かして高温下
または腐食性雰囲気下で使用される軸流型ターボ機械に
セラミックス製動翼を採用することは従来より試みられ
ており、かかるセラミックス製動翼の取付構造としては
第９図に示すような構造が提案されている。

すなわち第９図かられかるように、金属製のディスク２
には、その外周に奥広断面を有する溝１が形成されてい
る。この溝ｌに係合する形状の根部９と翼プロフィル部
８とを有するセラミックス製動翼４は、その根部９が直
接にディスク２の溝１にはめこまれて固定されている。

［発明の解決しようとする問題点］ 翼プロフィル部８は高温高圧のガスにさらされるため、
ディスク２も翼プロフィル部８からの熱伝導により、高
温状態下におかれることになる。ディスク２は例えば６
００℃程度の許容上限温度を持っているため、ディスク
２をその温度以下に保つためには、根部９の温度を例え
ば８００６Ｃ程度以下に保つ必要がある。したがって翼
プロフィル部８を流れるガス温度も例えば１１００°Ｃ
程度以下に抑えねばならず、セラミックス製動翼４が木
来持っている例えば１３００°Ｃ程瓜の耐熱温度までガ
ス温度を上げられぬ欠点を有していた。また翼プロフィ
ル部８を流れるガス温度をかかる１３００℃程度の耐熱
温度まで上げようとすると、ディスク２の温度を例えば
８００℃程度の上限温度以下に維持するための工夫とし
て、ディスク２および根部９に多量の冷却空気を流さね
ばならず、熱損失が揃加して、□この工夫も実用的とは
いえなかった。

またセラミックス製動Ｒ４とディスク２とのかかる取イ
づ構造においては、熱間使用時にぴったり係合・固定さ
れるように設計されており。

組立時・起動時などの室温ｌＩ４にあっては、熱及び遠
心応力による変形を考慮してガタつきのある取（ツ構造
となっているのが通例である。したがって、かかるガタ
つきのある増刊構造に外部から機械的衝撃を与えられた
り、あるいは起動回転などに伴なう衝撃を受けたりなど
すると、衝撃などの応力に弱いセラミ・ンクス製動翼４
が破損する恐れがあった。また定常高速回転時にあって
もターボ機械の流体力学的特性により、セラミックス製
動翼４には絶えず振動衝撃が作用し、同じくかかる衝撃
力に弱いセラミックス製動翼４が破損する恐れがあった
。これらはいずれもセラミックス製動翼４がディスク２
に直接に取付けられているため、全体としてきわめて剛
性の高い取付構造となっていて、熱膨張差などによる熱
的応力、外力や振動衝ｔ−ｒよる機械的応力が大きく発
生しやすい構造であることにも起因していたや ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述のような問題点を解決すべくなされたも
のであり、すなわち、 奥広断面を有しディスクの少なくとも一側面まで延在す
る溝を該ディスクの外周に設けた該ディスクと、 該溝に係合された植込部と先太断面の支持部を有する翼
正体と、 周方向に隣りあう該支持部に係合して挟持された根部を
有するセラミックス製動翼 とを備える軸流型ターボ機械の動翼取付構造を要旨とす
るものである。

また本発明の好ましい態様においては、前記ディスクお
よび／または前記支持部と前記根部との間にはバネを介
在せしめてなる。

本発明の別の好ましい態様においては、前記溝は前記デ
ィスクの軸方向と４０度以下の角度をもって前記外周上
に延在されてなる。

本発明のさらに別の好ましい態様においては、前記植込
部はクリスマスツリー型断面を有する。

［作　用］ 本発明によればセラミックス製動翼は直接にディスクに
植込まれていなく、代りに翼止体がディスクに植込まれ
ており、この翼止体の支持部にセラミックス製動翼の根
部が係合して挟持されているので、セラミックス製動翼
はディスクに対して間接的に増刊けられている。したが
って所要の取付強度を確保しつつ、かつ、装着・脱着の
容易さを損うことなく、セラミックス製動翼はディスク
に対して保持・固定され、同時に、セラミックス製動翼
がディスクに直接に保持書固定されている場合に比べて
はるかに柔軟性に富んだ取付構造となっており、熱的応
力や機械的応力が発生する状態におかれても、かかる応
力などが大きく緩和され、セラミックス製動翼などが極
めて破損しにくい構造となっている。

またセラミックス製動翼は翼止体を介してディスクに取
付けらているため、同じ大きさ、数のセラミックス製動
翼を取付けるに必要なディスクの径は小さくでき、熱応
力の軽減及び軽量化にも資する。また本発明では、この
ように翼止体を介して取付けられてト）るため、ディス
クの許容上限温度は従来と同様であっても、セラミック
ス製動翼の翼プロフィル部を流れるカス温度を、より高
くすることができる。

［実施例］ 以下に、本発明を実施例の図面に基いて、詳細に説明す
る。

第１図に示すように、金属製のディスク２にはその外周
に複数個の溝ｌが設は−（ある。この溝ｌは第５図から
もわかるようにディスク２の軸方向に平行であり、かつ
、ディスク２の一側面から他の側面まで延在している。

このように溝形状が、ディスク２の軸に垂直であるどの
断面においても同じ形状なので、簡単な切削工具により
、容易に溝を炒成できる。溝１はディスク２の一側面に
のみ延在し、他の側面にまでは延在していなくてもよい
。このように溝１はディスク２の少なくとも一側面まで
延在しているので、後述する翼止体３の装着・脱着が容
易　　　　□にできる。

この溝１は図示の如くクリスマスツリー型の断面を有し
ており、翼止体３を保持するにあたり、接触面積が大き
くとれ、庁擦力も大きく作用するので好ましいが、必ず
しもかかる形状に限定されるものではなく、例えば第１
０図または第１１図に示すような翼止体の形状に対応し
て適宜な奥広断面形状を有するものであればよい。

これにより回転時において翼止体３、したかってセラミ
ックス製動翼４が遠心力向に脱落することがなくなる。

金属製、好ましくは耐熱金属製の翼止体３は第２図にも
示すように植込部１３と支持部１４とからなる。植込部
１３は溝１に係合するようにクリスマスツリー型断面を
有しており、支持部１４は、後述するセラミックス製動
翼４を挟持する°ために先太断面形状を有している。な
お植込部１３は溝ｌの形状に対応して第１０図または第
１１図に示すように適宜な断面形状が採用できるのはい
うまでもない。

挟持されるセラミックス製動翼４の根部９の形状は単純
であるほど製作が容易であること、またセラミックス酸
の根部９には過大な范力集中を発生させたくないことな
どを配慮すると、支持部１４の先太断面形状は、ゆるや
かな曲線でアールを形成された単純形状であることが望
ましい。

セラミックス製動翼４は第３図にも示すように翼プロフ
ィル部８および根部９とからなる。

動翼４は例えば１３００°Ｃ以上の高温ガスにさらされ
ても耐えられ、あるいは高温ガス中に含まれる粉塵など
によるエロージョンに強く、さらにはターボ機械の特性
に由来する振動衝撃にも酎えうるようにセラミックスの
うちでも炭化珪素質、窒化珪素質、サイアロン質なとの
セラミックス酸であることが好ましい。このセラミック
ス製動翼４の根部９は、周方向に隣りあう支持部１４．
１４に係合して挟持されるので、前述の如く単純な先太
断面形状であることが好ましい。

通常は隣りあう支持部１４．１４の間には一枚の動翼４
が挟持されるが、場合によっては二枚以上の動翼の根部
が挟持されるようになっていてもよい。

第１図に示すような本発明の動翼取付構造においては、
ディスク２の許容上限温度を従来例と同様に例えば６０
０°Ｃ程度としても、翼止体３を例えば８００°Ｃ程度
以下に保てばよく、したがって根部９は、例えば１００
０°Ｃ程度以下に保てばよくなり、翼プロフィル部８は
１３００°Ｃ程度の高温にすることができ、セラミック
ス製動翼４の耐熱性をいかんなく発揮して高効率の軸流
型ターボ機械として作動せしめることができる。

なお、根部９と支持部１４で囲まれる空間１１および根
部９１、翼止体３およびディスク２で囲まれる空間１０
には必要に応じて適宜冷却空気などの冷却気を流すか、
又は断熱性の優れたセラミックス体を挿入するなどして
翼止体３やディスク２がその耐熱温度以下に保たれるよ
うにしてもよい。これに代えて、またはこれと併用して
、ディスク２の両側面に冷却気を流してもよい。

また、このように本発明においては、セラミックス製動
翼４は直接にディスク２に植込まれてなく、翼止体３を
介して間接的に取付られているため、全体として、はる
かに柔軟性に富んだ取付構造となっていて、前述のよう
に、きわめて破損しにくくなっている。

第８図の実施例ではディスク２の外周に凹陥１５が設け
られ、この凹陥１５と根部９との間に／ヘネ５が介在せ
しめである。これにより、セラミックス製動翼４にはデ
ィスク２の軸心から外方に向かう力が作用せしめられ、
セラミンクス製動翼４は支持部１４．１４間にあって回
転していない時にあってもガタつきなく保持されること
となり、動翼４同士がかかるガタつきによりぶつかりあ
って破損することか防止され、また根部９に応力が発生
するような事態となっても、これ・を緩和することがで
きる。同様の目的のためには、ハネ５が支持部１４と根
部９との間に介在していてもよく、また凹陥１５を設け
ずにハネが介在せしめられていてもよい。

本発明においては、溝ｌはディスク２の軸方向と平行で
あってもよいが、翼プロフィル部８の傾斜に応じて、軸
方向と４０度以下の角度の範囲で、外周」二において、
軸方向とは傾いて延在されてあってもよい。すなわち第
６図に示す実施例のデ゛イスク２にあっては、溝ｌは、
外周上にあって軸方向に平行に引いた直線りに対して角
度θを有して傾いて設けられている。溝１が軸方向に平
行に設けられていると、セラミンクス製動翼４は第４図
に示すように、その根部９の底面は長方形となり、一枚
の動翼の取付面積が大きく必要となるのに対し、角度θ
をもって傾けであると、その根部９の底面は第７図に示
すように平行四辺形となり、一枚の動翼あたりの取付面
積か小さくでき、セラミックス製動翼を製作するにあた
って全体として肉薄部分が多くなって不良品が発生しに
くくなる上に、同じディスクに対してより多くの枚数の
動翼を取付けることができ、ターボ機械の効率が向上す
るようになる長所を有する。この角度θは翼プロフィル
部８の傾斜に応じて適宜選択できるが、４０度より大き
い角度では対応する翼プロフィル部８の傾斜が大きくな
りすぎて実用的でない。

［発明の効果〕 以上に述べたように、本発明によれば、脆性が高く、応
力集中により損傷を受けやすいセラミンクス製動翼を剛
構造でなく、柔軟な構造でディスクに取付けることがで
きて、動翼に作用する振動衝撃に対するダンピング効果
が大きく、かかる損傷などの発生が抑制されるとともに
、セラミックスのもつ耐熱性を有効に活かして充分高温
の作動ガスに対しても使用できることとなる。

本発明の動翼取付構造は、産業用ガスタービン、航空機
用ターボジェットエンジン、自動車その他の車両用ガス
タービンなど各種のガスタービン原動機に適用できるの
みならず、製鉄番製鋼・窯業用など各種の高温炉（溶鋼
炉。

加熱炉、均熱炉、焼成炉など）に使用される高温ガス用
軸流送風機にも使用でき、さらにはＦ　Ｃ’　Ｃ装置（
流動接触方解装Ｒ）などに代表される固い粉塵を多食す
る高温気体を取扱う装置におけるターボエキスパンダな
どのターボ機械にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の軸方向から見た要部側面図で
ある。第２図、第３図は第１図の実施例におけるそれぞ
れ翼止体、セラミックス製動翼の斜視図であり、第４図
は第３図のセラミックス製動翼の根部側より見た平面図
である。第５図は第１図の実施例におけるディスクの、
第６図は本発明の他の実施例におけるディスクの、それ
ぞれ一部を略示した斜視図である。第７図は第６図のデ
ィスクに対応して使用されステラミックス製動翼の根部
側より見た平面図である。第８図は本発明の更に他の実
施例の、第９図は従来例の、それぞれ軸方向から見た要
部側面図である。第１０図および第１１図は本発明の更
に別の実施例における翼止体のそれぞれ異なる側視図で
ある。 １：溝　　２：ディスク　　３：翼止体４：セラミック
ス製動翼　　９：根部 １３：植込部　　　　１４：支持部 第１図 第４図　　　第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、奥広断面を有しディスクの少なくとも一側面まで延
   在する溝を該ディスクの外周に設けた該ディスクと、 該溝に係合された植込部と先太断面の支持部を有する翼
   止体と、 周方向に隣りあう該支持部に係合して挟持された根部を
   有するセラミックス製動翼 とを備える軸流型ターボ機械の動翼取付構 造。 ２、前記ディスクおよび／または前記支持部と前記根部
   との間にはバネを介在せしめてなる特許請求の範囲第１
   項記載の動翼取付構造。 ３、前記溝は前記ディスクの軸方向と４０度以下の角度
   をもって前記外周上に延在されてなる特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の動翼取付構造。 ４、前記植込部はクリスマスツリー型断面を有する特許
   請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか記載の動翼取付
   構造。