JPS6189908A - セラミツクス金属複合静翼構造 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は高温ガスタービンの静翼のセラミック化に係り
、特に１３０００以上の高温燃焼ガスに対応して耐熱性
に優れ、且つ静置の無冷却化あるいは冷却空気の極端な
削減によるガスタービン効率の向上に好適なセラミック
製静翼に関する。

〔発明の背景〕

従来の産業用ガスタービンの静翼は超耐熱合金の精密鋳
造によシ製作され、その内部には冷却空気を導く内筒が
配置されており、この内筒には多数の小孔が設けられ、
該小孔から冷却空気が静翼内壁に吹き付は静翼を冷却す
ると共に、最終的には翼の前縁から吹き出しフィルム冷
却を行うなどの冷却方法がとられ、静翼自体の温度を構
成材料である超耐熱合金の耐熱温度である約５ｏｏｔ：
’以下に抑えることが行われている。しかし、この条件
を満たせるのは、空冷ではタービン入口温度が約１３０
０　ｔＺ’が限度であるばかシでなく、この温度以下で
も、使用された後燃焼ガス流中に放出される冷却空気が
ガスタービンの熱効率の低下を招くなどの欠点があった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的はガスタービン燃焼ガスのタービン入口温
度が約１３００ｔ：’以上でも耐える静翼を提供するも
ので、このために靜無に高い耐熱性を有するセラミック
スを採用し、併せて使用冷却空気を大幅に低減しガスタ
ービン効率を向上させることを目的としている。

〔発明の概要〕

ガスタービンの効率向上にはタービン入口での燃焼ガス
温度を上げることが必要である。しかし耐熱超合金を使
用する限りにおいては、ガス温度上昇と共に強力な冷却
が不可欠となる。このため従来の構造では大量の冷却空
気が必要とされ、却って効率を下げることも懸念される
。そこで、耐熱性に優れたセラミックスの採用が考えら
れるが、脆性材料であるため強度部材としての信頼性に
欠ける。これには耐熱性が要求される処をセラミックス
、力の伝達が必要な部材には金属材料の使用することが
優れている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の静翼がガスタービン・ケーシング（図
示せず）に固定されたリテーナリング１に支持され、他
端で丈ボートリング２を吊持ちしている全体状況を示す
ものである。セラミックスからなる翼部３及び該翼部３
と一体あるいは嵌合構造により一体となすそれぞれ上サ
イドウオール４及び下ブイドウオール５は、翼部３の内
部を貫通する金属製翼芯６によりサイドウオール支持板
７及び８を介して締結保持されている。すなわち、静翼
全体は金属製の上サイドウオール支持板７を介してリテ
ーナリングＩＫ固定され、下サイドウオール支持板８と
の嵌合構造によりサポートリング２を保持し、該サポー
トリング２及びセラミック製翼部３、上、下サイドウオ
ールであるそれぞれ４．５は金属製翼芯６によシ機械的
に締結支持されている。

さて、との静翼が高温高速の燃焼ガスに曝されると、静
翼表面は定常的には燃焼ガス温度となる。

一方高速の燃焼ガスにより静翼には翼部表面に風圧に基
づく機械的な負荷が作用するばかりでなく、燃焼ガスの
脈動等による振動負荷が発生する。これに対し、静翼表
皮は翼部３、上丈イドウオール４及び下サイドウオール
５を耐熱性に優れたセラミック材料としているため、静
翼表面が高温に曝されても十分に耐えることができる。

一方、燃焼ガス流に伴う機械的負荷あるいは該振動負荷
に対しては翼芯６が該負荷を負担するため、セラミック
からなる翼部３には大きな負荷は作用しない。

また、翼部３、上、下サイドウオールのそれぞれ４．５
、及びサポートリング２、さらには下サイドウオール支
持板８の重量は翼芯６を介してリテーナリングｌに保持
されており、翼部３等にはほとんど機械的荷重は作用し
ないという効果がある。

第２図は本発明に基づく構造の一断面図である。

本図では第１図に示したリテーナリング１及びサポート
リング２は図示していない。セラミックからなる翼部３
及び上サイドウオール４、下サイドウオール５は金属製
翼芯６の周囲に配置されておシ、翼芯６は上サイドウオ
ール支持板７と一体構造であり、翼部３を嵌合させた後
、下サイドウオール支持板８とねじ締結されている。し
たがって、翼部３、上、下サイドウオール４．５には外
部からの機械的荷重は作用せず、専ら高温燃焼ガスに曝
されることにより発生する熱応力が負荷されるのみであ
る。翼芯６に設けた流路９は該翼芯の温度が金属に許容
される温度以上に上がらぬよう冷却空気を導入するため
に使用するものである。これによって、翼部３等の温度
に比較して極めて低く抑えることができる。この冷却に
使用する空気量は翼全体を冷却する場合に比べ極めて少
量で済むので、たとえ上記冷却空気を燃焼ガス流中へ放
出しても、これによるガスタービンの熱効率の低下は極
めて小さい。

第３図ないし第５図は翼芯の構造の他の実施例で、第３
図は翼断面形状を縮小した形状の場合を、第４図は翼芯
を２個配置した場合を、第５図は翼芯断面をだ円形状と
した場合をそれぞれ示す。第３図、第４図の実施例は比
較的支持構造として安定なもの、第５図の実施例はセラ
ミックス翼部の加工に適しているものの例である。

第６図は全体構造を概観的に示したものである。

本実施例は翼芯６の断面形状が翼形の場合である。

翼部３と上、下サイドウオール４．５は一体のセラミッ
クス構造物で、これを金属製の上、下ナイドウオール支
持板７．８が囲い、該支持板７．８が翼芯６によって連
結されており、該翼芯６の内部には冷却空気用の流路９
が設けられている。各■ 構成部材を分離して示したのが第７図である。この実施
例は翼芯６が１個の場合で、翼芯６には流路９が設けら
れており、該流路９は通常リテーナリング（図示せず）
１と上ナイドウオール支持板７とで形成される冷却空気
流路に開口している。

〔発明の効果〕

本発明によれば、セラミック材料自体の強度を補うこと
ができる。すなわち、高温、腐食環境に曝される部分を
セラミックスに、一方、リテーナリングとサポートリン
グを竪固に締結し、サポートリングを保持する、あるい
は燃焼ガス流のガス圧によシ静翼に作用する曲げ負荷を
受ける強度部材として信頼性が高く、延性材料である金
属を使用しているので、全体として強度信頼性の大幅に
向上させるという効果がある。

また、静翼の中で冷却の必要な部分は翼内部に設けられ
た金属製部材のみであるので、必要な冷却空気量は極め
て少なくて済み、その結果ガスタービンの効率を向上さ
せるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による静翼の組立て状況の概略図である
。第２図は静翼全体の縦断面図。第３図ないし第５図は
翼部の横断面図。第６図は静翼全体の部分切断図。第７
図は全体構造の概略を示す部分的分解図である。 １・・・リテーナリング、２・・・サポートリング、３
・・・セラミック翼部、４・・・上サイドウオール、５
・・・下サイドウオール、６・・・金属製翼芯、７・・
・上サイドウォール支持板、８・・・下サイドウォール
支持板、９・・・流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外ケーシングに嵌合結合されて円周上に配置される
   リテーナリング、燃焼ガス流中に配置され一端を該リテ
   ーナリングに結合され、他の一端でサポートリングを吊
   持ちし、且つ動翼への燃焼ガスの適正な流路を形成する
   ために前記リテーナリング、サポートリングのそれぞれ
   の燃焼ガス流路側に冷却空気流路を形成するために設け
   た外側サイドウォール、内側サイドウォールと一体構造
   を形成してなるガスタービン静翼構造において、静翼の
   構成材料をセラミックス及び金属と なし、該静翼の外皮の翼形状部及び外側、内側サイドウ
   ォールをセラミックスに、該セラミック翼形状部の内部
   に金属製翼芯部材を配置し、該静翼のリテーナリングへ
   の固定、サポートリングの吊持ちを該金属製翼芯部材を
   介して行うことを特徴とするガスタービンのセラミック
   ス金属複合静翼構造。 ２、特許請求の範囲の第１項において、該金属製翼芯部
   材により該静翼の外皮の翼形状部及び外側、内側サイド
   ウォールを固定支持することを特徴とするセラミックス
   金属複合静翼構造。 ３、特許請求の範囲の第１項において、該金属製翼芯部
   材の内部に冷却空気流路を設けたことを特徴とするセラ
   ミックス金属複合静翼構造。