JPH0581741B2 - - Google Patents
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- JPH0581741B2 JPH0581741B2 JP33519888A JP33519888A JPH0581741B2 JP H0581741 B2 JPH0581741 B2 JP H0581741B2 JP 33519888 A JP33519888 A JP 33519888A JP 33519888 A JP33519888 A JP 33519888A JP H0581741 B2 JPH0581741 B2 JP H0581741B2
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、例えばガスタービンにおいて、燃
焼器からの燃焼ガスを旋回させてタービンに導く
スクロールや燃焼器の内筒、タービンノズルなど
のように、内壁が高温な燃焼ガスにさらされる条
件下で使用されるセラミツク複合構造体に関する
ものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is applicable to, for example, a gas turbine in which combustion gas from a combustor is swirled and guided to the turbine by a scroll, an inner cylinder of the combustor, a turbine nozzle, etc. , relates to a ceramic composite structure used under conditions where the inner wall is exposed to high temperature combustion gas.
［従来の技術］
一般に、ガスタービンのスクロールや燃焼器の
内筒、タービンノズルなど、その内壁が高温燃焼
ガスにさらされる構造体では、耐熱性の向上を図
るためにセラミツク製としたものが知られている
（たとえば、THE AMERICAN SOCIETY OF
MECHANICAL ENGINEERS PAPER No.86
−GT−93，1986年６月学会発表）
たとえば、タービンノズルセグメントがセラミ
ツク製であるものとして、特開昭52−28167号公
報および特開昭63−36001号公報に開示のものが
ある。[Prior Art] Generally, structures whose inner walls are exposed to high-temperature combustion gas, such as gas turbine scrolls, combustor inner cylinders, and turbine nozzles, are made of ceramic to improve heat resistance. (e.g., THE AMERICAN SOCIETY OF
MECHANICAL ENGINEERS PAPER No.86
-GT-93, presented at an academic conference in June 1986) For example, there are turbine nozzle segments disclosed in JP-A-52-28167 and JP-A-63-36001 in which the turbine nozzle segment is made of ceramic.
前者は、セラミツク製ノズルセグメントの外周
を金属製リングで締め付けて一体化した場合、上
記ノズルセグメントと金属製リングとの熱膨張差
による緩みが発生する。この緩みを回避するため
に、セラミツク製ノズルセグメントと金属製リン
グとの間には組立時に充分な焼ばめ代を付与し、
かつ運転中の高温時における焼ばめ代の喪失を回
避するためにこれらの間に断熱材を介在させて、
上記ノズルセグメントから金属製リングへの熱伝
達を防止している。 In the former case, when the outer periphery of a ceramic nozzle segment is tightened and integrated with a metal ring, loosening occurs due to the difference in thermal expansion between the nozzle segment and the metal ring. In order to avoid this loosening, a sufficient shrink fit allowance is provided between the ceramic nozzle segment and the metal ring during assembly.
And in order to avoid loss of shrinkage fit at high temperatures during operation, a heat insulating material is interposed between them,
Heat transfer from the nozzle segment to the metal ring is prevented.
後者は、セラミツク製ノズルセグメントの外周
を金属製リングで締め付けて一体化するに際し、
この金属製リングをモノリシツクセラミツク製と
したものである。この構成によれば、モノリシツ
クセラミツクスの非常に低い弾性変形能によつて
とくにガスタービンの運転の過渡的状態におい
て、上記セラミツク製リングに組立時の焼ばめ代
に起因する引張応力に加えてさらに高い熱応力に
もとづく引張応力を生じる。 In the latter case, when the outer periphery of the ceramic nozzle segment is tightened with a metal ring and integrated,
This metal ring is made of monolithic ceramic. With this configuration, the very low elastic deformability of monolithic ceramics allows the ceramic ring to be subjected to tensile stress due to the shrinkage fit during assembly, especially during transient conditions of gas turbine operation. Furthermore, tensile stress is generated due to higher thermal stress.
これを回避するために、上記セラミツク製リン
グと、これらを支持する金属製支持構造部材との
間に断熱材を介在させ、上記リングが金属製部材
で冷却されて、内外周面間における熱勾配の増大
にもとづく高い熱応力で破損するのを防止しよう
とするものである。 In order to avoid this, a heat insulating material is interposed between the ceramic ring and the metal support structural member that supports them, and the ring is cooled by the metal member, resulting in a thermal gradient between the inner and outer peripheral surfaces. This is intended to prevent damage due to high thermal stress caused by an increase in
上記断熱材は綿状セラミツク製短繊維の集合体
であり、このセラミツク製繊維は“カオウール”
等の低強度でかつ柔軟な充填材であるため、断熱
材としてのみ機能し、強度的に比較的脆弱なセラ
ミツク製部材を補強する機能がなく、ガスタービ
ンの運転状態において、きわめて高い熱応力が発
生した場合には、上記リングが破損するおそれが
ある。
The above-mentioned insulation material is an aggregate of short fibers made of cotton-like ceramic, and this ceramic fiber is called “kao wool”.
Because it is a low-strength, flexible filler such as If this occurs, the ring may be damaged.
また、上記構成によれば、ノズルセグメント、
セラミツク製リング、断熱材およびこれらを支持
する金属製支持構造部材からなり、その部品点数
が多く、構造が複雑であり、かつ製造組立作業が
きわめて面倒である。 Further, according to the above configuration, the nozzle segment,
It consists of a ceramic ring, a heat insulating material, and a metal support structure member that supports these, and has a large number of parts, a complicated structure, and extremely troublesome manufacturing and assembly work.
つまり、金属製リングを用いた場合には、運転
中の高温状態でも組立時（室温）に、相当な焼ば
め代を与える必要があるが、いかに圧縮に強いセ
ラミツクスといえども、高温時の熱膨張差を吸収
できるだけの焼ばめ代を与えることが困難で、金
属とセラミツクスの熱膨張率の差を考慮すると、
金属リングでしめ付けることに無理がある。これ
を何とか金属リングの温度上昇を極力制限するこ
とで回避しようとしたのが前者である。 In other words, when using a metal ring, it is necessary to provide a considerable amount of shrinkage fit during assembly (at room temperature) even under high temperature conditions during operation. It is difficult to provide enough shrink fit to absorb the difference in thermal expansion, and considering the difference in thermal expansion coefficient between metal and ceramics,
It is impossible to tighten it with a metal ring. The former attempts to avoid this by somehow limiting the temperature rise of the metal ring as much as possible.
しかしながら、この前者によれば、前述のよう
な課題がある。 However, according to the former method, there are problems as described above.
一方、上記無理を回避するため、後者は金属製
リングをセラミツクスとしたものであるが、モノ
リシツクセラミツクスはヤング率が非常に大き
く、弾性変形能が極端に小さい。 On the other hand, in order to avoid the above-mentioned unreasonableness, the latter uses ceramic as the metal ring, but monolithic ceramic has a very large Young's modulus and extremely low elastic deformability.
このため、組立時に必要最小限の焼ばめ代を設
定しても、その時点で、すでにリングには相当大
きな引張応力が生じる上、運転中はノズルセグメ
ツトがホツトガスにさらされ、上記リングは比較
的に低温の空気やガス中にさらされ、また、固定
部材である金属への伝達によつて冷却されるた
め、低い変形能と相まつて、この引強応力はさら
に大きくなる。 For this reason, even if the minimum necessary shrink fit allowance is set during assembly, considerable tensile stress is already generated in the ring at that point, and the nozzle segment is exposed to hot gas during operation. Since it is exposed to relatively low temperature air or gas and is cooled by transmission to the metal that is the fixing member, this tensile stress is further increased due to the low deformability.
すなわち、温度変化が予想される焼ばめ組立品
をきわめてばね性の少ない材料で実現しようとし
ていることになり、無理がある。 In other words, it is unreasonable to try to realize a shrink-fit assembly in which temperature changes are expected using a material with extremely low springiness.
この発明の１つの目的は、金属製リングに代わ
るものとして、熱膨張率が近似しかつ弾性変形能
の大きいセラミツク長繊維を採用することによ
り、強度的に比較的脆弱なセラミツク製部材の補
強機能を高めるとともに、焼ばめを必要としない
で、組立時の初期応力が発生することのない耐熱
セラミツク複合構造体を提供することにある。 One object of the present invention is to provide reinforcement for ceramic members, which are relatively weak in terms of strength, by using ceramic long fibers that have similar coefficients of thermal expansion and large elastic deformability as an alternative to metal rings. It is an object of the present invention to provide a heat-resistant ceramic composite structure which has improved performance, does not require shrink fitting, and does not generate initial stress during assembly.
この発明の他の目的は、モノリシツクセラミツ
クに非べて高い強度と高い弾性変形能をもつセラ
ミツク長繊維で補強することにより、きわめて高
い熱応力に対しても破損するおそれのない耐熱セ
ラミツク複合構造体を提供することにある。 Another object of the present invention is to create a heat-resistant ceramic composite structure that is resistant to breakage even under extremely high thermal stress by reinforcing monolithic ceramic with ceramic long fibers that have extremely high strength and high elastic deformability. It's about offering your body.
この発明のさらに他の目的は、少ない部品点数
でもつて構造が簡単であり、製造組立作業の容易
な耐熱セラミツク複合構造体を提供することにあ
る。 Still another object of the present invention is to provide a heat-resistant ceramic composite structure that has a simple structure with a small number of parts and is easy to manufacture and assemble.
この発明による耐熱セラミツク複合構造体は、
高温流体の流通路または高温雰囲気容器における
内壁層と外壁層とを構成する耐熱セラミツク複合
構造体であつて、高温側の内壁層は複数の分割体
を密に接合させてなるセラミツク製の構造体から
なり、上記内壁層よりも低温側の外壁層は高強度
かつ高靭性をもつた耐熱性セラミツク長繊維の被
覆材からなり、上記各分割体相互の合せ面および
上記構造体と被覆材とを耐熱性のセラミツクマト
リツクス材料で結合して一体に結合し、上記セラ
ミツク製構造体を補強するように構成したことを
特徴とする。
The heat-resistant ceramic composite structure according to this invention is
A heat-resistant ceramic composite structure that constitutes an inner wall layer and an outer wall layer in a high-temperature fluid flow path or a high-temperature atmosphere container, wherein the inner wall layer on the high temperature side is a ceramic structure formed by closely bonding a plurality of divided bodies. The outer wall layer, which is on the lower temperature side than the inner wall layer, is made of a covering material made of heat-resistant ceramic long fibers with high strength and toughness, and the mating surfaces of the above-mentioned divided bodies and the above-mentioned structure and covering material are The present invention is characterized in that it is configured to be integrally bonded by a heat-resistant ceramic matrix material to reinforce the ceramic structure.
上記構成によれば、まず、耐熱セラミツク複合
構造体を、その肉厚方向へ内壁層と外壁層との２
層に分割したから、上記内壁層には強度的に比較
的脆弱であつても耐熱性の高いセラミツク製部材
を、上記外壁層には耐熱性が比較的低くても高強
度かつ高靭性をもつた耐熱性セラミツク長繊維の
被覆材を配設することができる。
According to the above configuration, first, the heat-resistant ceramic composite structure is divided into two layers, an inner wall layer and an outer wall layer, in the thickness direction.
Since it is divided into layers, the inner wall layer is made of ceramic material that is relatively weak in strength but has high heat resistance, and the outer wall layer is made of ceramic material that has high strength and high toughness even though it has relatively low heat resistance. A covering material made of heat-resistant ceramic long fibers can be provided.
したがつて、上記内外壁層を構成する各セラミ
ツク部材の互いの弱点を他方を利点で補強するこ
とができ、ガスタービンの運転状態において、き
わめて高い熱応力が発生することを防止でき、ま
た、何らかの不測要因によつて高い熱応力が発生
した場合でも、その破損を有効に防止することが
できる。 Therefore, the weak points of the ceramic members constituting the inner and outer wall layers can be reinforced by the advantages of the other, and it is possible to prevent extremely high thermal stress from occurring in the operating state of the gas turbine. Even if high thermal stress occurs due to some unexpected factor, damage can be effectively prevented.
しかも、上記複合構造体は、少ない部品点数
で、かつ構造が簡単であり、製造組立作業が容易
である。 Moreover, the composite structure has a small number of parts, a simple structure, and is easy to manufacture and assemble.
つぎに、高温にさらされる外壁層を、複数のセ
ラミツク製分割体を密に接合させたから、これら
に作用する熱応力を上記各分割体相互の合せ面で
吸収することができる。 Next, since the outer wall layer, which is exposed to high temperatures, has a plurality of ceramic segments closely joined together, the thermal stress acting on these segments can be absorbed by the mating surfaces of the respective segments.
さらに、上記各分割体相互の合せ面および上記
構造体と被覆材とを耐熱性のマトリツクス材料で
結合して一体に結合したから、上記セラミツク製
構造体を一層補強できるとともに、上記合せ面か
らの高温ガスの漏洩を有効に防止できる。 Furthermore, since the mating surfaces of each of the divided bodies and the structure and the covering material are joined together using a heat-resistant matrix material, the ceramic structure can be further reinforced, and the ceramic structure can be further reinforced. Leakage of high temperature gas can be effectively prevented.
［実施例］
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the drawings.
第１図はガスタービンの概略断面図を示す。第
１図において、１は遠心圧縮機、２は半径流型の
デイフユーザ、３は燃焼器、４は外ハウジング、
５は内ハウジング、６はスクロール、１５はター
ビンノズル、７はタービン、１０は上記内外ハウ
ジング５，４間に形成された空気通路、１１は内
ハウジング５とスクロール６との間に形成された
空気通路であり、デユフイーザ２からの圧縮空気
Ｃが上記通路１０を経て熱交換器（図示せず）に
供給され、そこで熱交換された予熱空気Ｈが通路
１１を経て燃焼器３に導かれる。この燃焼器３か
らの燃焼ガスＧは、上記スクロール６内で旋回し
ながらタービンノズル１５を経てタービン７に導
かれる。 FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a gas turbine. In FIG. 1, 1 is a centrifugal compressor, 2 is a radial flow type diffuser, 3 is a combustor, 4 is an outer housing,
5 is an inner housing, 6 is a scroll, 15 is a turbine nozzle, 7 is a turbine, 10 is an air passage formed between the inner and outer housings 5 and 4, and 11 is an air formed between the inner housing 5 and the scroll 6. The compressed air C from the diffuser 2 is supplied to a heat exchanger (not shown) through the passage 10, and the preheated air H that has been heat exchanged there is guided to the combustor 3 through the passage 11. The combustion gas G from the combustor 3 is guided to the turbine 7 via the turbine nozzle 15 while swirling within the scroll 6 .
上記スクロール６はSiなどのセラミツク製で、
第２図のように、このスクロール６の径方向外方
部を形成する外筒８と、この外筒８に連結されて
径方向内方部を形成する内筒９とに分割されてい
る。 The scroll 6 above is made of ceramic such as Si.
As shown in FIG. 2, the scroll 6 is divided into an outer cylinder 8 that forms a radially outer part, and an inner cylinder 9 that is connected to the outer cylinder 8 and forms a radially inner part.
上記外筒８は、さらに第３図のように、周方向
にたとえば４つに分割されており、第１の分割体
８１および同一形状の３つの第２の分割体８２か
ら構成されている。そのうち、第１の分割体８１
は、燃焼器３の内筒３Ａに連通する燃焼ガス導入
管部８１ａが一体形成されている。上記第１およ
び第２の分割体８１，８２の周方向の分割端部に
は、それぞれ重ね代８１ｃ，８２ｃが一体形成さ
れており、これら重ね代８１ｃ，８２ｃが各分割
体８２，８１の内周面に当接することにより、上
記外筒８の形くずれが防止され、環状に保形され
ている。 As shown in FIG. 3, the outer cylinder 8 is further divided into, for example, four parts in the circumferential direction, and is composed of a first divided body 81 and three second divided bodies 82 having the same shape. Among them, the first divided body 81
A combustion gas introduction pipe portion 81a communicating with the inner cylinder 3A of the combustor 3 is integrally formed. Overlap allowances 81c and 82c are integrally formed at the divided ends of the first and second division bodies 81 and 82 in the circumferential direction, respectively. By contacting the circumferential surface, the outer cylinder 8 is prevented from deforming and is kept in an annular shape.
一方、第１図および第２図の内筒９は、軸方向
に２分割されており、第１の内筒９１と、第２の
内筒９２から構成されている。そのうち、第１の
内筒９１は、小環状部９１ａとデイフレクタ部９
１ｂとをステー９１ｃを介して一体に連結して形
成されており、燃焼ガスＧをセラミツク製のノズ
ル部１５に導入する通路１３を形成している。第
２の内筒９２はテーパ円筒状に形成されており、
上記第１の内筒９１の小環状部９１ａおよび外筒
８に当接している。この第２の円筒９２と上記外
筒８とは、インロー継手部９２ａで当接して燃焼
ガスＧの漏洩が防止されている。また、上記第１
の内筒９１のデイフレクタ部９１ｂと外筒８と
は、インロー継手部９２ｄで当接して燃焼ガスＧ
の漏洩が防止されている。 On the other hand, the inner cylinder 9 in FIGS. 1 and 2 is divided into two parts in the axial direction, and includes a first inner cylinder 91 and a second inner cylinder 92. Among them, the first inner cylinder 91 has a small annular portion 91a and a deflector portion 9.
1b and are integrally connected via a stay 91c, forming a passage 13 for introducing combustion gas G into a nozzle portion 15 made of ceramic. The second inner cylinder 92 is formed into a tapered cylindrical shape,
It is in contact with the small annular portion 91a of the first inner cylinder 91 and the outer cylinder 8. The second cylinder 92 and the outer cylinder 8 are in contact with each other at the spigot joint 92a to prevent the combustion gas G from leaking. In addition, the first
The deflector part 91b of the inner cylinder 91 and the outer cylinder 8 contact each other at the spigot joint part 92d, and the combustion gas G
leakage is prevented.
以上のように、周方向に４つに分割された外筒
８と、軸方向に２つに分割された内筒９との合計
６つの分割体を寄せ集めて組立てたセラミツク製
スクロール６の外側に、耐熱性合成長繊維からな
る織物１４を、たとえばズボンをはかせる形でか
ぶせて、第２図、第３図のように、スクロール６
の全外周を被覆して一体形に保持し複合化する。 As described above, the outside of the ceramic scroll 6 is assembled by assembling a total of six divided bodies: the outer cylinder 8 divided into four parts in the circumferential direction and the inner cylinder 9 divided into two parts in the axial direction. A fabric 14 made of heat-resistant synthetic fibers is placed over the scroll 6 as shown in FIGS. 2 and 3, for example, in the form of pants.
The entire outer periphery of the material is covered and held in one piece to form a composite.
上記織物１４は、炭素繊維やニカロン（商品
名）、チラノ（商品名）等のSiC繊維、アルミナ
（Al2O3）繊維などの耐熱性に優れた合成長繊維
からなり、伸縮性を有しており、その厚みは0.3
〜３mm程度である。 The fabric 14 is made of synthetic fibers with excellent heat resistance such as carbon fibers, SiC fibers such as Nicalon (trade name) and Tyranno (trade name), and alumina (Al 2 O 3 ) fibers, and has elasticity. and its thickness is 0.3
It is about 3 mm.
上記構成のセラミツク製スクロールにおいて
は、スクロール外筒８が第３図のように周方向に
４分割されているとともに、スクロール内筒９が
軸方向に２分割されているから、複雑な形状にも
かかわらず、製造が容易であり、かつ各分割体８
１，８２，９１，９２が互いに拘束しないため、
急激な温度変化や温度分布の偏りがあつても熱応
答力の発生を小さく抑えられる。しかも、各分割
体８１，８２，９１，９２を寄せ集めて組立てら
れたスクロール６の外周りには、耐熱性合成繊維
からなり、靭性の優れた織物１４が被装されてい
るから、上記分割体８１，８２，９１，９２を所
定の組立て形状に安定よく支持させて、厳しい熱
応力に対しても破壊が発生しにくい。また、万
一、タービンの運転中に分割体内に割れなどが生
じても、壊滅的な破壊につながらない。 In the ceramic scroll having the above structure, the scroll outer cylinder 8 is divided into four parts in the circumferential direction as shown in FIG. 3, and the scroll inner cylinder 9 is divided into two parts in the axial direction. However, it is easy to manufacture, and each divided body 8
Since 1, 82, 91, and 92 do not constrain each other,
Even if there is a sudden temperature change or uneven temperature distribution, the generation of thermal response force can be suppressed to a small level. Moreover, the outer periphery of the scroll 6, which is assembled by gathering the divided bodies 81, 82, 91, and 92, is covered with a fabric 14 made of heat-resistant synthetic fibers and having excellent toughness. The bodies 81, 82, 91, 92 are stably supported in a predetermined assembled shape, and are less likely to break even under severe thermal stress. Furthermore, even if a crack were to occur in the divided body during operation of the turbine, it would not lead to catastrophic destruction.
ところで、上記のように、複数の分割体８１，
８２，９１，９２を寄せ集めて組立てたスクロー
ル６においては、各分割体８１，８２，９１，９
２の相互間の合せ面からガス漏れが発生するおそ
れがある。これに対処するために、上記織物１４
の構成材料であるSiC繊維や炭素繊維、アルミナ
繊維の束やプリフオームの空間に、SiCなどのマ
トリツクス成分を混入して繊維強化セラミツク
（FRC）に複合化し、上記合せ面のシール性を向
上させている。以下、その複合化のための具体的
な方法を例示する。 By the way, as mentioned above, the plurality of divided bodies 81,
In the scroll 6 assembled by gathering 82, 91, 92, each divided body 81, 82, 91, 9
Gas leakage may occur from the mating surfaces between the two. To deal with this, the fabric 14
A matrix component such as SiC is mixed into the spaces in the bundles and preforms of SiC fibers, carbon fibers, and alumina fibers, which are the constituent materials of the fiber reinforced ceramic (FRC), to improve the sealing performance of the mating surfaces. There is. A specific method for this combination will be illustrated below.
(1) キヤンレスHIP（熱間性静水圧加圧）法
この方法は、マトリツクス材料である100％有
機プリカーサ（ポリカルボシラン）の微粒子をエ
チルメチルケトンやベンゼン等の溶剤に分散す
る、または、サブミクロンのSiC粉末および有機
プリカーサを溶剤に分散した耐熱性、含浸性のよ
いスラリ、あるいは、加熱溶融した有機プリカー
サをセラミツク製スクロール６に被装した耐熱性
合成繊維からなる織物１４に含浸させた上、これ
を蓋のない加圧容器に入れて700℃〜1000℃に加
熱された静水圧を数10Kg／cm2〜数1000Kg／cm2加圧
することにより、SiC化し、その後の1100℃〜
1700℃の高温熱処理により、繊維とマトリツクス
を焼結させて、靭性および強度に優れ、かつシー
ル性のよい複合体を得るものである。(1) Canless HIP (Hot Isostatic Pressing) Method This method involves dispersing fine particles of 100% organic precursor (polycarbosilane), which is the matrix material, in a solvent such as ethyl methyl ketone or benzene, or A slurry with good heat resistance and impregnating properties in which micron SiC powder and an organic precursor are dispersed in a solvent, or a fabric 14 made of heat-resistant synthetic fibers covered with a ceramic scroll 6 is impregnated with a heated and melted organic precursor. This is put into a pressurized container without a lid and heated to 700°C to 1000°C and subjected to hydrostatic pressure of several tens of kg/cm 2 to several 1000 kg/cm 2 to form SiC, and then heated to 1100°C to
The fibers and matrix are sintered through high-temperature heat treatment at 1700°C to create a composite with excellent toughness and strength, as well as good sealing properties.
(2) CVI（化学気相浸透）法
この方法は、織物１４を構成する耐熱性繊維の
成形体（プリフオーム）を炉内に置き、カルボシ
ランなどマトリツクスの反応ガスに圧力をかけ
て、プリフオーム中に反応ガスを流すことによ
り、そのガスをプリフオーム中で反応させて高温
側から徐々にプリフオームの空間にマトリツクス
成分を化学的に沈積させ充填し、強度およびシー
ル性に優れた複合体を得るものである。(2) CVI (Chemical Vapor Infiltration) Method In this method, a molded body (preform) of heat-resistant fibers constituting the fabric 14 is placed in a furnace, and pressure is applied to a reactive gas of the matrix such as carbosilane to form the preform. By flowing a reactive gas, the gas is reacted in the preform, and matrix components are gradually deposited and filled into the preform space from the high temperature side, resulting in a composite with excellent strength and sealing properties. .
なお、上記(1)と(2)とでは、複合化のための処理
時間において、(1)のキヤンレスHIP法の方が短時
間ですむ。 Note that between (1) and (2) above, the canless HIP method (1) requires less processing time for decoding.
第４図はこの発明の別の実施例を示す。この実
施例では、第１図のガスタービンにおける燃焼器
３の内筒３Ａに適用したもので、SiCなどのセラ
ミツク製の燃焼器内筒３Ａが、その筒軸方向に４
つに分割されており、第１〜第３の分割筒体３１
〜３３の分割端部には、それぞれ内外に嵌り合う
重ね代３１ａ〜３３ａが一体に形成されている。
これら第１〜第４の分割筒体３１〜３４を所定形
状に組立てたセラミツク製の燃焼器内筒３Ａの外
周に、上記の耐熱性合成長繊維からなるフイラメ
ントの巻回体１４を被装させて、一体形に保形し
複合化したものである。シール製を向上させる必
要があるときは、前述の方法により、SiCなどの
マトリツクス成分を上記巻回体に含浸させて
FRC化する。 FIG. 4 shows another embodiment of the invention. This embodiment is applied to the inner cylinder 3A of the combustor 3 in the gas turbine shown in Fig. 1, and the combustor inner cylinder 3A made of ceramic such as SiC has four
The first to third divided cylinder bodies 31
Overlap margins 31a to 33a that fit inside and outside, respectively, are integrally formed at the divided ends of 33.
The outer periphery of the combustor inner cylinder 3A made of ceramic, in which the first to fourth divided cylinder bodies 31 to 34 are assembled into a predetermined shape, is covered with the filament wound body 14 made of the heat-resistant synthetic fiber. It is a composite product that has been preserved in one piece. When it is necessary to improve the seal quality, impregnate the above-mentioned wound body with a matrix component such as SiC using the method described above.
Convert to FRC.
第５図および第６図はこの発明のもう１つの実
施例を示す。この実施例は第１図のガスタービン
におけるタービンノズル１５に適用したものであ
る。このタービンノズル１５は、第６図のよう
に、同心に配置された内外二重の円筒体１５Ａ，
１５Ｂを周方向に適当間隔を隔てて配置された多
数の翼板１５Ｃで相互に連結して、隣接する翼板
１５Ｃ，１５Ｃ間に燃焼ガス通路１５Ｄを形成し
てなる。このようなタービンノズル１５はセラミ
ツク製で、周方向にたとえば12個に分割されてお
り、各分割体３５は、上記内外二重の円筒体１５
Ａ，１５Ｂの１／12円弧部と翼板１５Ｃとを一体
形成したもので、全て同一形成に構成されてい
る。これら同一形状の12個の分割体３５の分割端
部には、それぞれ互いに周方向に嵌合する嵌合突
片３５ａおよび嵌合用凹部３５ｂが形成されてお
り、この嵌合突片３５ａと凹部３５ｂとを嵌合さ
せた状態で各分割体３５を順次組付けることによ
り、所定形状のセラミツク製タービンノズル１５
を組立てる。この組立てられたタービンノズル１
５の外側円筒体１５Ｂの外周に、上記の耐熱性合
成繊維からなるフイラメントの巻回体１４を被装
させて、、一体形に保形し複合化したものである。
シール性を向上させる必要があるときは、やはり
前述のキヤンレスTIP法やCVI法により、SiCな
どのマトリツクス成分を上記巻回体１４に含浸さ
せてFRC化する。 5 and 6 show another embodiment of the invention. This embodiment is applied to the turbine nozzle 15 in the gas turbine shown in FIG. As shown in FIG. 6, this turbine nozzle 15 includes a double inner and outer cylindrical body 15A arranged concentrically,
15B are interconnected by a large number of vanes 15C arranged at appropriate intervals in the circumferential direction to form a combustion gas passage 15D between adjacent vanes 15C, 15C. Such a turbine nozzle 15 is made of ceramic and is divided into, for example, 12 pieces in the circumferential direction, and each divided body 35 is formed of the above-mentioned double inner and outer cylindrical body 15.
The 1/12 circular arc portions of A and 15B and the vane plate 15C are integrally formed, and they are all configured in the same shape. A fitting protrusion 35a and a fitting recess 35b that fit into each other in the circumferential direction are formed at the divided ends of these 12 divided bodies 35 having the same shape, and the fitting protrusion 35a and the recess 35b By sequentially assembling each divided body 35 in a state where they are fitted, a ceramic turbine nozzle 15 of a predetermined shape is formed.
Assemble. This assembled turbine nozzle 1
The outer periphery of the outer cylindrical body 15B of No. 5 is coated with the filament wound body 14 made of the heat-resistant synthetic fiber described above, and the filament is integrally maintained and composited.
When it is necessary to improve the sealing performance, the above-mentioned wound body 14 is impregnated with a matrix component such as SiC to form FRC by the above-mentioned canless TIP method or CVI method.
上記第４図で示す構成のセラミツク製の燃焼器
内筒３Ａの場合も、第５図および第６図で示す構
成のセラミツク製のタービンノズル１５の場合
も、既述のスクロール６の場合と同様に、熱応力
の発生が抑えれるとともに、各分割体を所定の形
状に安定よく支持させて、厳しい熱応力に対して
も破壊が生じない。 The ceramic combustor inner cylinder 3A having the configuration shown in FIG. 4 and the ceramic turbine nozzle 15 having the configuration shown in FIGS. 5 and 6 are similar to the case of the scroll 6 described above. In addition, the generation of thermal stress can be suppressed, and each divided body can be stably supported in a predetermined shape, so that no breakage occurs even under severe thermal stress.
なお、燃焼器内筒３Ａおよびタービンノズル１
５は、スクロール６にくらべて、形状が単純であ
るから、上記のように、フイラメントの巻回体１
４を被装させたが、スクロール６と同様に、耐熱
性合成繊維からなる織物を被装させる型式として
も良い。 In addition, the combustor inner cylinder 3A and the turbine nozzle 1
5 has a simpler shape than the scroll 6, so as mentioned above, the filament wound body 1
4 is covered, but like the scroll 6, it may be covered with a fabric made of heat-resistant synthetic fibers.
また、上記各実施例は、ガスタービンにおける
セラミツク製の構成部品に適用して説明したが、
それ以外でも高温下で使用され、急激な温度変化
や温度分布に偏りを生じる条件下で使用されるセ
ラミツク製の構造体であれば、高温流体の流通路
はもとより高温雰囲気容器に適用しても同様の効
果を奏する。 In addition, each of the above embodiments has been explained by applying it to a ceramic component in a gas turbine.
Ceramic structures that are used at high temperatures and under conditions that cause sudden temperature changes or uneven temperature distribution can be applied not only to high-temperature fluid flow paths but also to high-temperature atmosphere containers. It has a similar effect.
［発明の効果］
以上説明したように、この発明によれば、セラ
ミツク製構造体を複数に分割したもので、例えば
ガスタービンのスクロールなどのように、比較的
大形で、かつ複雑な形状の構造体であつても、製
造が容易になるとともに、急激な温度変化等によ
る熱応力の発生を抑えることができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, a ceramic structure is divided into a plurality of parts, and can be used for relatively large and complex-shaped structures such as gas turbine scrolls. Even in the case of a structural body, manufacturing becomes easy and generation of thermal stress due to rapid temperature changes or the like can be suppressed.
しかも、分割体を寄せ集めて組立てられた構造
体の外周に耐熱性合成繊維からなるフイラメント
の巻回体または織物を被装したので、各分割体は
破壊靭性の優れたフイラメントの巻回体または織
物で、しつかりと支持されているので、大きな熱
応力に対する耐破壊性を著しく向上する。 Moreover, since the outer periphery of the structure, which is assembled by gathering the divided bodies together, is covered with a filament roll or fabric made of heat-resistant synthetic fiber, each divided body is a filament roll or fabric with excellent fracture toughness. Because it is woven and firmly supported, it significantly improves fracture resistance against large thermal stresses.
第１図はこの発明の一実施例を示すガスタービ
ンの概略断面図、第２図はスクロールの縦断側面
図、第３図はスクロールの縦断正面図、第４図は
この発明の別の実施例を示す燃焼器内筒の縦断面
図、第５図はこの発明のもう１つの実施例を示す
タービンノズルの縦断側面図、第６図は第５図の
−線に沿つた断面図である。
３Ａ…燃焼器内筒（構造体）、６…スクロール
（構造体）、１４…織物またはフイラメントの巻回
体、１５…タービンノズル（構造体）、３１〜３
５，８１，８２，９１，９２…分割体。
Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a gas turbine showing one embodiment of the present invention, Fig. 2 is a vertical cross-sectional side view of a scroll, Fig. 3 is a vertical cross-sectional front view of a scroll, and Fig. 4 is another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a turbine nozzle showing another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line - in FIG. 5. 3A...Combustor inner cylinder (structure), 6...Scroll (structure), 14...Wound body of textile or filament, 15...Turbine nozzle (structure), 31-3
5, 81, 82, 91, 92...divided body.
Claims (1)
ける内壁層と外壁層とを構成する耐熱セラミツク
複合構造体であつて、高温側の内壁層は複数の分
割体を密に接合させてなるモノリシツクセラミツ
ク製の構造体からなり、上記内壁層よりも低温側
の外壁層は高強度かつ高靭性をもつた耐熱性セラ
ミツク長繊維の被覆材からなり、上記各分割体相
互の合せ面および上記構造体と被覆材とを耐熱性
のマトリツクス材料で結合して一体に結合し、上
記セラミツク製構造体を補強するように構成した
ことを特徴とする耐熱セラミツク複合構造体。1. A heat-resistant ceramic composite structure that constitutes an inner wall layer and an outer wall layer in a high-temperature fluid flow path or a high-temperature atmosphere container, where the inner wall layer on the high temperature side is made of monolithic ceramic made by closely bonding a plurality of divided bodies. The outer wall layer, which is on the lower temperature side than the inner wall layer, is made of a covering material made of heat-resistant ceramic long fibers with high strength and toughness, and the mating surfaces of the above-mentioned divided bodies and the above-mentioned structure and covering are 1. A heat-resistant ceramic composite structure, characterized in that the ceramic structure is reinforced by bonding the ceramic structure with a heat-resistant matrix material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33519888A JPH02181035A (en) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | Heat resistance ceramic complex structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33519888A JPH02181035A (en) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | Heat resistance ceramic complex structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02181035A JPH02181035A (en) | 1990-07-13 |
| JPH0581741B2 true JPH0581741B2 (en) | 1993-11-16 |
Family
ID=18285855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33519888A Granted JPH02181035A (en) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | Heat resistance ceramic complex structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02181035A (en) |
-
1988
- 1988-12-29 JP JP33519888A patent/JPH02181035A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02181035A (en) | 1990-07-13 |
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