JPS6360203B2 - - Google Patents
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- JPS6360203B2 JPS6360203B2 JP3270383A JP3270383A JPS6360203B2 JP S6360203 B2 JPS6360203 B2 JP S6360203B2 JP 3270383 A JP3270383 A JP 3270383A JP 3270383 A JP3270383 A JP 3270383A JP S6360203 B2 JPS6360203 B2 JP S6360203B2
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- blade
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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
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/284—Selection of ceramic materials
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は主として高温ガスタービン等に使用さ
れる静翼に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates primarily to stator blades used in high-temperature gas turbines and the like.
近年ガスタービンは、そのタービンの性能向上
および出力上昇のためにますます高温化する傾向
にある。したがつて、このようなガスの高温下に
おいて、タービン翼の強度を如何にして保持させ
るようにするかということが大きな技術課題とな
つている。このような課題を解決するため、翼を
冷却する方法が採用され、また翼の材料として耐
熱性の高いセラミツク等を使用することが検討さ
れているが、このセラミツクは耐熱性は著しく優
れているものの、構造強度が小さくて信頼性に欠
けるため、タービン翼としてはいまだに実用化さ
れるに至つていないのが現状である。 In recent years, gas turbines have tended to become increasingly hotter in order to improve their performance and increase their output. Therefore, a major technical issue is how to maintain the strength of turbine blades under such high temperature gas conditions. In order to solve these problems, a method of cooling the blades has been adopted, and the use of highly heat-resistant ceramics, etc., as the material for the blades is being considered, but this ceramic has extremely high heat resistance. However, due to their low structural strength and lack of reliability, they have not yet been put into practical use as turbine blades.
本発明の目的は、上述のような問題を解消し、
セラミツクなどの耐熱性は高いが、構造強度の小
さい材料を翼として使用することを可能とし、そ
れによりガスタービンの効率向上を可能にするよ
うにしたガスタービンの静翼を提供せんとするも
のである。 The purpose of the present invention is to solve the above-mentioned problems,
The purpose of this invention is to provide a stator vane for a gas turbine that makes it possible to use materials such as ceramics, which have high heat resistance but low structural strength, for the blades, thereby making it possible to improve the efficiency of the gas turbine. be.
上記目的を達成する本発明によるガスタービン
の静翼は、翼頭部を翼本体と分け、この翼頭部を
耐熱性は高いが構造強度が小さい材料で構成し、
その境界線を前記翼本体側が凸部となるように形
成すると共に、該境界面に冷却空気吹出用孔を設
けたことを特徴とするものである。 A stationary blade for a gas turbine according to the present invention that achieves the above object has a blade head separated from a blade main body, and the blade head made of a material with high heat resistance but low structural strength,
The boundary line is formed so that the blade body side becomes a convex portion, and cooling air blowing holes are provided on the boundary surface.
以下、図に示す本発明の実施例により説明す
る。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained below with reference to embodiments shown in the drawings.
図は、本発明の実施例によるガスタービンの静
翼を示すものである。この図において、1は静翼
であり、この複数個が環状に配列されている。こ
のように配列された静翼群に対し、高温ガスは矢
印で示すように供給されるようになつている。 The figure shows a stator blade of a gas turbine according to an embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 1 denotes stationary blades, a plurality of which are arranged in a ring shape. High-temperature gas is supplied to the stator vanes arranged in this manner as shown by the arrows.
この静翼1は、構造強度の高い通常の耐熱合金
からなる翼本体2と、耐熱性は前記翼本体の合金
に比べて著しく高いが構造強度が小さいセラミツ
クからなる前縁側の翼頭部3とから構成されてい
る。この翼本体2と翼頭部3との境界面は、翼本
体2側が凸状となるようになつている。この凸面
の境界面を形成する断面の線は曲線でもよく、あ
るいは折線であつてもよい。したがつて、このよ
うな組合せにおいて、両側の翼側面に延長する境
界面の延長線は、それぞれ翼側面の接線に対して
鋭角α,α′をなすようになつている。このセラミ
ツク製の翼頭部2の長さは、キヤンバーライン長
さの約10%以内とするのが適当である。 The stationary blade 1 includes a blade body 2 made of a general heat-resistant alloy with high structural strength, and a blade head 3 on the leading edge side made of ceramic, which has significantly higher heat resistance than the alloy of the blade body but has lower structural strength. It consists of The boundary surface between the wing body 2 and the wing head 3 has a convex shape on the wing body 2 side. The cross-sectional line forming the boundary surface of this convex surface may be a curved line or a broken line. Therefore, in such a combination, the extension lines of the boundary surfaces extending to both side surfaces of the blade form acute angles α and α', respectively, with respect to the tangent to the side surfaces of the blade. The length of the ceramic wing head 2 is preferably within about 10% of the camber line length.
一方、翼本体2の内部には、図示しない冷却空
気供給源(ガスタービンのタービン部により駆動
される圧縮機)に連通した二つの中空部4,5が
仕切壁6により区切られて形成されている。一方
の中空部4は冷却空気の吹出用孔7,7に連通
し、さらにこの吹出用孔7,7を介して、翼本体
2と翼頭部3との間の境界線に沿つて設けた冷却
空気の吹出通路8,8に連通し、それぞれ翼の両
側面側に開口するようになつている。この吹出通
路8から、冷却空気を吹き出し、その翼の外面を
冷却空気層でおおい高温の熱焼ガスから熱を遮断
するフイルム冷却を行う。また、他方の中空部5
は冷却空気の吹出用孔9を介して翼後縁に開口す
るようになつている。したがつて、この中空部5
に供給された冷却空気は内部を対流冷却し、しか
る後、吹出用孔9から翼後縁側へ吹き出されるよ
うになつている。 On the other hand, inside the blade body 2, two hollow parts 4 and 5 are formed separated by a partition wall 6 and communicated with a cooling air supply source (not shown) (a compressor driven by a turbine section of a gas turbine). There is. One hollow part 4 communicates with cooling air blow-off holes 7, 7, and is further provided along the boundary line between the blade body 2 and the blade head 3 via the blow-off holes 7, 7. It communicates with the cooling air blowing passages 8, 8, and opens on both side surfaces of the blade, respectively. Cooling air is blown out from this blowing passage 8, and film cooling is performed by covering the outer surface of the blade with a layer of cooling air to isolate heat from the high-temperature sintered gas. Also, the other hollow part 5
is opened at the trailing edge of the blade through a cooling air blowout hole 9. Therefore, this hollow part 5
The cooling air supplied to the blade convects the inside and is then blown out from the blowout hole 9 toward the trailing edge of the blade.
さて、セラミツクは通常の金属に比べて構造強
度が劣るため、前述したように従来はガスタービ
ンの翼に利用することは難しいとされていたが、
上述した静翼では、このセラミツクを頭部3のみ
に用い、翼の構造強度は翼本体2で支持するよう
に構成すると共に、頭部3にかかる空気力もこの
翼本体2で支えるようにしたことにより、セラミ
ツクの静翼への利用を可能にしている。しかも、
セラミツクの翼頭部3は翼本体2側が凸となるよ
うにして組合せてあるので、翼頭部3に作用する
主流ガスの圧力の方向が変化しても、この力を本
体2で支えることができる。また、翼頭部3と翼
本体2とは凹凸の組合せであるので、両者の間の
ずれにより段差ができガス流れが翼面から剥離し
て空力性能を低下するようなことも防止すること
ができる。また、何んらかの原因によりセラミツ
クの頭部が破損したとしても、翼本体2の境界面
が凸であるため、ある程度の空力性能は維持する
ことができ、また簡単に交換が可能となつてい
る。さらに両側の翼側面に延長する境界面の延長
線をそれぞれ翼側面の接線に対して鋭角となるよ
うにすると、たとえ冷却空気の圧力が主流ガスの
圧力よりも大きくなつて勢いよく吹出すようなこ
とがあつても、翼側面には良好な冷却空気のフイ
ルム層が形成されることになり、冷却性能や空力
性能が損なわれるようなことはない。 Now, as mentioned above, it was previously considered difficult to use ceramics for gas turbine blades because of their inferior structural strength compared to ordinary metals.
In the stationary blade described above, this ceramic is used only for the head 3, and the structural strength of the blade is supported by the blade body 2, and the aerodynamic force applied to the head 3 is also supported by the blade body 2. This makes it possible to use ceramics for stator blades. Moreover,
The ceramic wing heads 3 are assembled so that the side of the wing body 2 is convex, so even if the direction of the pressure of the mainstream gas acting on the wing head 3 changes, this force can be supported by the body 2. can. In addition, since the wing head 3 and the wing body 2 are a combination of unevenness, it is possible to prevent the gap between the two from forming a step, causing the gas flow to separate from the wing surface, and reducing aerodynamic performance. can. Furthermore, even if the ceramic head is damaged for some reason, the boundary surface of the wing body 2 is convex, so a certain level of aerodynamic performance can be maintained and it can be easily replaced. ing. Furthermore, if the extension lines of the boundary surfaces that extend to the side surfaces of both blades are made at acute angles to the tangents to the side surfaces of the blades, even if the pressure of the cooling air becomes greater than the pressure of the mainstream gas and it blows out forcefully. Even if this occurs, a good film layer of cooling air will be formed on the side surfaces of the wing, and cooling performance and aerodynamic performance will not be impaired.
また、上述した実施例のように、翼本体を中空
の構成とし、冷却空気により冷却する構成とする
ときは、主流ガスをせき止める静翼のうちでも最
も高温となる前縁部が、耐熱性の高いセラミツク
からなる頭部3により形成されているため、この
前縁部には、従来の前縁フイルム冷却の静翼のよ
うに冷却空気吹出用孔を設けフイルム冷却する必
要がないことになる。また、上記実施例の構成の
翼本体2は、前縁部ほど高温とはならずその先端
はセラミツク製の翼頭部3により主流ガスの熱を
遮断されると共に、両者の境界面に設けた吹出通
路8によつても熱伝達を防止されるため、この翼
本体2自身の冷却のために、従来の前縁フイルム
冷却の静翼ほどに多量の冷却空気を必要としなく
なる。その結果、主流ガス中に混合する冷却空気
量が減少して平均ガス温度の低下は抑制されガス
タービンの効率は向上し、また圧縮機を駆動する
ための所要動力も少なくなるためガスタービンの
効率を向上することになる。また、吹出通路8は
静翼の前縁部に開口するのではなく、翼側面に開
口させたものであるので、従来の静翼の場合のよ
うに主流ガスの動圧が直接作用するようなことが
なく、冷却空気の吹出しを可能にするために主流
ガスとの圧力差を考慮して主流ガス圧力をわざわ
ざ下げるというような処置も必要でなくなるの
で、この面からもガスタービン効率の向上に寄与
することになる。 In addition, when the blade main body is hollow and is cooled by cooling air as in the above embodiment, the leading edge, which is the highest temperature among the stationary blades that hold back the mainstream gas, has a heat-resistant Since the head 3 is made of high-quality ceramic, there is no need to provide cooling air blowing holes in the leading edge of the vane to cool the film, unlike conventional leading edge film-cooled vanes. Further, the blade main body 2 having the configuration of the above embodiment does not reach a higher temperature than the leading edge, and the tip thereof is shielded from the heat of the mainstream gas by the ceramic blade head 3, and the blade body 2 is provided at the interface between the two. Since heat transfer is also prevented by the blow-off passage 8, a large amount of cooling air is not required to cool the blade body 2 itself, as compared to the conventional leading edge film-cooled stationary blade. As a result, the amount of cooling air mixed into the mainstream gas is reduced, suppressing the drop in average gas temperature, and improving the efficiency of the gas turbine.In addition, the power required to drive the compressor is also reduced, making the gas turbine more efficient. This will improve the results. In addition, the blowout passage 8 is not opened at the leading edge of the stator blade, but is opened at the side of the blade, so that the dynamic pressure of the mainstream gas does not directly act on it, as in the case of conventional stator blades. This also eliminates the need to take measures to lower the mainstream gas pressure in consideration of the pressure difference with the mainstream gas in order to enable the blowing of cooling air, which also helps improve gas turbine efficiency. It will contribute.
また、実施例の静翼では、主流ガスの動圧を受
ける前縁部に冷却空気の吹出用孔を設けていない
ため、主流ガスの圧力分布に応じて冷却空気を吹
出すための翼構造を、従来の前縁部から吹出すよ
うにした静翼に比べ簡単にすることができる。 In addition, in the stator vane of the example, since no holes for blowing out cooling air are provided at the leading edge that receives the dynamic pressure of the mainstream gas, the blade structure is designed to blow out the cooling air according to the pressure distribution of the mainstream gas. , it can be made simpler than the conventional stator vane which blows air from the leading edge.
上述の実施例は、翼頭部の耐熱性材料としてセ
ラミツクを用いる場合について説明したが、この
セラミツク以外でも、タングステンなどのように
耐熱性は非常に大きいが、構造強度に劣つている
ような他の材料を適用することも可能である。 The above embodiment describes the case where ceramic is used as the heat-resistant material for the wing head, but there are also other materials such as tungsten, which has very high heat resistance but poor structural strength. It is also possible to apply the following materials.
上述したように、本発明によるガスタービンの
静翼は、翼頭部を翼本体と分け、この翼頭部を耐
熱性は高いが構造強度が小さい材料で構成し、そ
の境界面を前記翼本体側が凸面となるように形成
したので、構成強度の小さい材料でも、ガスター
ビン翼の構造として有効に使用可能にして耐熱性
を有効に利用できるようにし、それによつてガス
タービンの効率向上を可能にする。 As described above, in the stationary blade of a gas turbine according to the present invention, the blade head is separated from the blade main body, the blade head is made of a material with high heat resistance but low structural strength, and the boundary surface between the blade head and the blade main body is made of a material having high heat resistance but low structural strength. Since the sides are formed with convex surfaces, even materials with low structural strength can be used effectively as the structure of gas turbine blades, allowing effective use of heat resistance, thereby making it possible to improve the efficiency of gas turbines. do.
図は本発明の実施例によるガスタービンの静翼
を示す縦断面図である。
1…静翼、2…翼本体、3…翼頭部、4,5…
中空部、7,9…吹出用孔、8…吹出通路。
The figure is a longitudinal sectional view showing a stationary blade of a gas turbine according to an embodiment of the present invention. 1... Stationary blade, 2... Wing body, 3... Wing head, 4, 5...
Hollow part, 7, 9...Blowout hole, 8...Blowout passage.
Claims (1)
は高いが構造強度が小さい材料で構成し、その境
界面を前記翼本体側が凸面となるように形成する
と共に、該境界面に冷却空気吹出用孔を設けたこ
とを特徴とするガスタービンの静翼。1 The wing head is separated from the wing body, and the wing head is made of a material with high heat resistance but low structural strength, and the boundary surface is formed so that the wing body side is a convex surface, and the boundary surface is formed with a convex surface. A stationary blade for a gas turbine characterized by having cooling air blowing holes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3270383A JPS59160008A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Stationary blade for gas turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3270383A JPS59160008A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Stationary blade for gas turbine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59160008A JPS59160008A (en) | 1984-09-10 |
| JPS6360203B2 true JPS6360203B2 (en) | 1988-11-22 |
Family
ID=12366204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3270383A Granted JPS59160008A (en) | 1983-03-01 | 1983-03-01 | Stationary blade for gas turbine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59160008A (en) |
-
1983
- 1983-03-01 JP JP3270383A patent/JPS59160008A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59160008A (en) | 1984-09-10 |
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