JPH07158401A - Ceramic turbine rotor - Google Patents
Ceramic turbine rotorInfo
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- JPH07158401A JPH07158401A JP30835393A JP30835393A JPH07158401A JP H07158401 A JPH07158401 A JP H07158401A JP 30835393 A JP30835393 A JP 30835393A JP 30835393 A JP30835393 A JP 30835393A JP H07158401 A JPH07158401 A JP H07158401A
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- Japan
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- blade
- turbine rotor
- pressure surface
- rotation
- ceramic
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- 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.)
- Pending
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、セラミック製タービン
ロータの改良に関するものである。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to improvements in ceramic turbine rotors.
【０００２】[0002]
【従来の技術】自動車用エンジンに備えられるターボチ
ャージャやガスタービンエンジンに備えられるタービン
ロータをセラミックスで形成し、タービンロータの耐熱
性を高めるとともに、軽量化がはかられているが、セラ
ミック材を用いて十分な強度を確保することが難しい。2. Description of the Related Art A turbocharger for an automobile engine and a turbine rotor for a gas turbine engine are made of ceramics to increase the heat resistance of the turbine rotor and reduce the weight. It is difficult to secure sufficient strength by using it.
【０００３】従来のターボチャージャとして、例えば図
５に示すようなものがある(実開昭６０−２８２０１号
公報、参照)。As a conventional turbocharger, there is, for example, one shown in FIG. 5 (see Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-28201).
【０００４】これについて説明すると、排気ガスから回
転力を取り出すタービンロータ１０１と、このタービン
ロータ１０１と回転軸１０６を介して同軸上に連結され
るコンプレッサインペラ１０５を備える。Explaining this, a turbine rotor 101 for extracting a rotational force from exhaust gas and a compressor impeller 105 coaxially connected to the turbine rotor 101 via a rotary shaft 106 are provided.
【０００５】タービンロータ１０１は、その回転中心部
に位置するディスク１０７と、このディスク１０７から
径方向に突出する翼１０２がセラミックにより一体形成
されている。In the turbine rotor 101, a disk 107 located at the center of rotation and a blade 102 radially protruding from the disk 107 are integrally formed of ceramic.
【０００６】翼１０２の付け根部分の断面形状は、図６
に示すように、翼１０２からディスク１０７にかけて漸
次肉厚が増大するように滑らか曲面をもってつながり、
翼１０２の中心線について正圧面１０８と負圧面１０９
が対称的に形成されている。The cross-sectional shape of the root of the blade 102 is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the blades 102 are connected with a smooth curved surface so that the wall thickness gradually increases from the disk 107,
About the center line of the blade 102, the pressure surface 108 and the suction surface 109
Are formed symmetrically.
【０００７】また、エンジン運転中に排気ガスと共に導
かれる異物に対処して、翼１０２の翼端部には耐熱合金
製補強部材１０４が設けられ、異物がこれに衝突して
も、翼１０２を破損させないようになっている。Further, a heat-resistant alloy reinforcing member 104 is provided at the blade tip portion of the blade 102 to cope with the foreign matter introduced together with the exhaust gas during engine operation. It is designed to prevent damage.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のセラミック製タービンロータ１０１にあって
は、異物が翼１０２に衝突する際に生じる曲げ応力に対
抗するために、翼１０２の付け根部分の肉厚を大きくす
る必要があるが、肉厚が大きくなるのに伴ってタービン
ロータ１０１の中心部に発生する遠心応力が増大し、十
分な強度を確保することが難しいという問題点があっ
た。However, in such a conventional ceramic turbine rotor 101 as described above, in order to counter the bending stress generated when a foreign matter collides with the blade 102, the blade root portion of the blade 102 is opposed. Although it is necessary to increase the wall thickness, there is a problem that it is difficult to secure sufficient strength because the centrifugal stress generated in the central portion of the turbine rotor 101 increases as the wall thickness increases.
【０００９】本発明は上記の問題点に着目し、セラミッ
ク製タービンロータの軽量化をはかりつつ十分な強度を
確保することを目的とする。In view of the above problems, the present invention aims to reduce the weight of a ceramic turbine rotor while ensuring sufficient strength.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、回転中心部に
位置するディスクと、ディスクから径方向に突出する複
数の翼がセラミックにより一体形成されるセラミック製
タービンロータにおいて、翼の回転後方を向いた正圧面
の付け根部の肉厚を、翼の回転前方を向いた負圧面の付
け根部の肉厚より大きく形成する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a ceramic turbine rotor in which a disk located at the center of rotation and a plurality of blades projecting radially from the disk are integrally formed of ceramic. The thickness of the root of the facing pressure surface is made larger than the thickness of the root of the suction surface facing forward of the blade rotation.
【００１１】[0011]
【作用】タービンロータに送られるガス中に含まれる異
物が翼に衝突する場合、翼の回転速度は翼間流路に流入
する異物の速度より高いため、異物は回転前方を向いた
翼の負圧面に衝突し、回転後方を向いた翼の正圧面に衝
突することは少ない。このため、異物が翼の負圧面に衝
突する際に生じる曲げ応力に対抗する強度を確保する必
要がある。When foreign matter contained in the gas sent to the turbine rotor collides with the blades, the rotational speed of the blades is higher than the speed of the foreign matter flowing into the inter-blade flow passage, so that the foreign matters are negative to the blades facing forward. It rarely collides with the pressure surface and collides with the pressure surface of the blade that faces the rearward direction of rotation. For this reason, it is necessary to secure the strength against the bending stress generated when the foreign matter collides with the suction surface of the blade.
【００１２】異物の衝撃力が作用する点の背面側に位置
する正圧面の付け根部の肉厚を大きくすることにより、
異物から受ける衝撃荷重に対する翼の剛性を有効に高め
られる。これにより、翼の質量増加を抑えて、タービン
ロータの中心部に発生する遠心応力が増大することを回
避して、タービンロータの強度を十分に確保することが
できる。By increasing the thickness of the root of the pressure surface located on the back side of the point where the impact force of the foreign matter acts,
The rigidity of the blade against the impact load received from foreign matter can be effectively increased. As a result, it is possible to suppress an increase in the mass of the blades, avoid an increase in the centrifugal stress generated in the central portion of the turbine rotor, and sufficiently secure the strength of the turbine rotor.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００１４】図２に示すように、タービンロータ１は、
その回転中心部に位置するディスク５と、このディスク
５から径方向に突出する複数の翼２がセラミックにより
一体形成されている。As shown in FIG. 2, the turbine rotor 1 is
A disk 5 located at the center of rotation and a plurality of blades 2 projecting radially from the disk 5 are integrally formed of ceramic.
【００１５】図１において、タービンロータ１は図中矢
印で示すように回転し、翼２は回転前方向に向いた負圧
面３と、回転後方向を向いた正圧面６を有する。In FIG. 1, a turbine rotor 1 rotates as indicated by an arrow in the figure, and a blade 2 has a negative pressure surface 3 facing the front direction of rotation and a positive pressure surface 6 facing the rear direction of rotation.
【００１６】翼２の付け根部分の断面形状は、翼２の中
心線について負圧面３の付け根部４と正圧面６の付け根
部７が非対称的に形成されている。As for the cross-sectional shape of the root portion of the blade 2, the root portion 4 of the suction surface 3 and the root portion 7 of the pressure surface 6 are formed asymmetrically with respect to the center line of the blade 2.
【００１７】負圧面３と正圧面６の各付け根部４，７は
その翼端部からディスク５にかけて漸次肉厚が増大する
ように滑らか曲面をもってつながっている。The root portions 4 and 7 of the negative pressure surface 3 and the positive pressure surface 6 are connected with a smooth curved surface so that the wall thickness gradually increases from the blade end portion to the disk 5.
【００１８】正圧面６の付け根部７の肉厚は、負圧面３
の付け根部７の肉厚より大きくなるように形成される。
図１において、破線は正圧面６の付け根部７を負圧面３
と正圧面６について中心線に対して対称的に形成した場
合の表面を表しており、正圧面６の付け根部７の肉厚
は、負圧面３の付け根部７に対して、翼２とディスク５
のつくる隅部を埋めるように分布している。The thickness of the root portion 7 of the pressure surface 6 is the same as the suction surface 3
It is formed so as to be thicker than the wall thickness of the root portion 7.
In FIG. 1, the broken line indicates the base portion 7 of the pressure surface 6 and the suction surface 3
And the pressure surface 6 are symmetrically formed with respect to the center line, and the thickness of the root portion 7 of the pressure surface 6 is different from that of the suction surface 3 with respect to the blade 2 and the disk. 5
It is distributed so as to fill the corners created by.
【００１９】以上のように構成され、次に作用について
説明する。With the above construction, the operation will be described below.
【００２０】タービンロータ１はレシプロエンジンの燃
焼室またはガスタービンエンジンの燃焼器等から送られ
るガスが回転径方向から翼２の正圧面６に当たるように
導かれることにより、ガスの流れを回転軸方向に換えな
がら回転力を取出すようになっている。In the turbine rotor 1, the gas sent from the combustion chamber of the reciprocating engine, the combustor of the gas turbine engine, or the like is guided so as to hit the positive pressure surface 6 of the blade 2 from the radial direction of rotation, so that the gas flow is directed in the axial direction of rotation. It is designed to extract rotational force while changing to.
【００２１】ガス中に含まれるカーボン等の異物が翼２
に衝突する場合、翼２の回転速度は翼２間の流路に流入
する異物の速度より高いため、異物は回転前方を向いた
翼２の負圧面３に衝突し、回転後方を向いた正圧面６に
衝突することは少ない。Foreign matter such as carbon contained in the gas is absorbed by the blade 2
When the blade 2 collides with the blade 2, since the rotation speed of the blade 2 is higher than the speed of the foreign matter flowing into the flow path between the blades 2, the foreign matter collides with the suction surface 3 of the blade 2 that faces the front of the rotation, and the positive surface that faces the rear of the rotation. It rarely collides with the pressure surface 6.
【００２２】したがって、異物が翼２の負圧面３に衝突
する際に生じる曲げ応力に対抗する剛性を確保する必要
があり、翼２の付け根部分の断面形状を左右対称的に形
成した従来構造では、異物の衝突により発生する曲げ応
力を有効に分散させることができない。Therefore, it is necessary to secure the rigidity against the bending stress generated when the foreign matter collides with the suction surface 3 of the blade 2, and in the conventional structure in which the cross-sectional shape of the root portion of the blade 2 is formed symmetrically. However, the bending stress generated by the collision of foreign matter cannot be effectively dispersed.
【００２３】本発明は、異物の衝撃力が作用する点の背
面側に位置する正圧面３の付け根部４の肉厚を大きくす
ることにより、異物から受ける荷重に対する翼２の剛性
を高めるものである。According to the present invention, the rigidity of the blade 2 against the load received from the foreign matter is increased by increasing the thickness of the root portion 4 of the positive pressure surface 3 located on the back side of the point where the impact force of the foreign matter acts. is there.
【００２４】図３は、翼２が材質とするセラミック材の
ヤング率を３１０Ｇｐａ、異物が翼２に対して７００ｍ
／ｓｅｃの衝突速度をもって完全弾性衝突する場合おけ
る翼２の応力分布を示しており、正圧面６から負圧面３
にかけて応力は高くなり、最大応力は８００Ｍｐａとな
る。In FIG. 3, Young's modulus of the ceramic material of which the blade 2 is made is 310 Gpa, and foreign matter is 700 m against the blade 2.
The stress distribution of the blade 2 in the case of a completely elastic collision with a collision velocity of / sec is shown, and the pressure surface 6 to the suction surface 3 are shown.
The stress becomes higher over time, and the maximum stress becomes 800 Mpa.
【００２５】図４は、負圧面３の付け根部４の肉厚を大
きくした翼２について、上記図３の場合と同一条件で異
物が翼２に対して完全弾性衝突する場合おける翼２の応
力分布を示す。この場合、最大応力は１０００Ｍｐａに
なっている。FIG. 4 shows the stress of the blade 2 when the foreign matter collides with the blade 2 under the same conditions as in the case of FIG. 3 for the blade 2 in which the thickness of the root portion 4 of the suction surface 3 is increased. The distribution is shown. In this case, the maximum stress is 1000 Mpa.
【００２６】すなわち、本実施例により従来装置に比べ
て異物の衝突により翼２に発生する最大応力を７％程度
低減することができる。異物からの衝撃に対して翼２の
剛性を有効に高めることにより、翼２の質量が増加する
ことを抑え、タービンロータ１の中心部に発生する遠心
応力が増大することを回避して、タービンロータ１の強
度を十分に確保することができる。That is, according to this embodiment, the maximum stress generated on the blade 2 due to the collision of foreign matter can be reduced by about 7% as compared with the conventional device. By effectively increasing the rigidity of the blade 2 against the impact from foreign matter, the increase in the mass of the blade 2 is suppressed, and the centrifugal stress generated in the central portion of the turbine rotor 1 is prevented from increasing, and the turbine is Sufficient strength of the rotor 1 can be secured.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、回転中心
部に位置するディスクと、ディスクから径方向に突出す
る複数の翼がセラミックにより一体形成されるセラミッ
ク製タービンロータにおいて、翼の回転後方を向いた正
圧面の付け根部の肉厚を、翼の回転前方を向いた負圧面
の付け根部の肉厚より大きく形成したため、異物から受
ける衝撃荷重に対する翼の剛性を有効に高められ、翼の
質量増加を抑えてタービンロータの強度を十分に確保す
ることができる。As described above, according to the present invention, in a ceramic turbine rotor in which a disk located at the center of rotation and a plurality of blades projecting in the radial direction from the disk are integrally formed of ceramic, the blade is rotated rearward. The thickness of the root of the pressure surface facing toward the blade is made larger than the thickness of the root of the suction surface facing toward the rotation front of the blade, so the rigidity of the blade against the impact load received from foreign matter can be effectively increased, and the blade It is possible to suppress the increase in mass and sufficiently secure the strength of the turbine rotor.
【図１】本発明の実施例を示し、タービンロータを図２
の矢印Ａ方向から見た図。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure seen from the arrow A direction.
【図２】同じくタービンロータの断面図。FIG. 2 is a sectional view of the same turbine rotor.
【図３】同じく翼の応力分布を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a stress distribution of the blade.
【図４】比較例の翼の応力分布を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a stress distribution of a blade of a comparative example.
【図５】従来例を示すタービンロータの断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a turbine rotor showing a conventional example.
【図６】同じくタービンロータを図５の矢印Ｂ方向から
見た図。FIG. 6 is a view of the turbine rotor as seen from the direction of arrow B in FIG.
１ タービンロータ ２ 翼 ３ 負圧面 ４ 負圧面付け根部 ５ ディスク ６ 正圧面 ７ 正圧面付け根部 1 Turbine rotor 2 Blade 3 Negative pressure surface 4 Negative pressure surface root 5 Disk 6 Positive pressure surface 7 Positive pressure root
Claims (1)
スクから径方向に突出する複数の翼がセラミックにより
一体形成されるセラミック製タービンロータにおいて、
翼の回転後方を向いた正圧面の付け根部の肉厚を、翼の
回転前方を向いた負圧面の付け根部の肉厚より大きく形
成したことを特徴とするセラミック製タービンロータ。1. A ceramic turbine rotor in which a disk positioned at the center of rotation and a plurality of blades projecting radially from the disk are integrally formed of ceramics,
A ceramic turbine rotor characterized in that a wall thickness of a root portion of a pressure surface facing the rotation rear of the blade is formed larger than a wall thickness of a root portion of a suction surface facing the rotation front of the blade.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30835393A JPH07158401A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Ceramic turbine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30835393A JPH07158401A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Ceramic turbine rotor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07158401A true JPH07158401A (en) | 1995-06-20 |
Family
ID=17980043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30835393A Pending JPH07158401A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Ceramic turbine rotor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07158401A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102449266A (en) * | 2009-05-28 | 2012-05-09 | 斯奈克玛 | Low-pressure turbine |
-
1993
- 1993-12-08 JP JP30835393A patent/JPH07158401A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102449266A (en) * | 2009-05-28 | 2012-05-09 | 斯奈克玛 | Low-pressure turbine |
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