JPS6360201B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6360201B2 JPS6360201B2 JP58078908A JP7890883A JPS6360201B2 JP S6360201 B2 JPS6360201 B2 JP S6360201B2 JP 58078908 A JP58078908 A JP 58078908A JP 7890883 A JP7890883 A JP 7890883A JP S6360201 B2 JPS6360201 B2 JP S6360201B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- blade
- tip
- gas
- ceramic
- Prior art date
- 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.)
- Expired
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 15
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
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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
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
- F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
- F01D5/048—Form or construction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はセラミツクラジアルタービンロータに
関し、特にガスタービンエンジンやターボチヤー
ジヤに用いられるセラミツク製のラジアルタービ
ンロータに関する。
関し、特にガスタービンエンジンやターボチヤー
ジヤに用いられるセラミツク製のラジアルタービ
ンロータに関する。
近年は、ガスタービンやターボチヤージヤなど
の高温部品に、耐熱材料として優れた特性を有
し、その他の機械的特性においても金属材料に比
し劣らぬ適性のあるセラミツクスの適用が研究さ
れてきており、なかでもそのラジアル型のタービ
ンロータには窒化硅素や炭化硅素などのセラミツ
ク製品の実用化が進められている。
の高温部品に、耐熱材料として優れた特性を有
し、その他の機械的特性においても金属材料に比
し劣らぬ適性のあるセラミツクスの適用が研究さ
れてきており、なかでもそのラジアル型のタービ
ンロータには窒化硅素や炭化硅素などのセラミツ
ク製品の実用化が進められている。
第１図は従来のこのようなセラミツクタービン
ロータの一例を示し、ここで、ロータ１は軸２と
共にセラミツクスで一体に形成されており、その
ロータデイスク部３の外周部には複数枚からなる
動翼４が軸対称に配置されている。その詳細は省
略するが、ガスはロータ１の周りに構成されてい
るハウジング５のガス流路６から動翼４の入口部
翼端４Ａに導かれ、ここから動翼４に沿つてター
ビン出口７側へ流出するまでの間にタービンロー
タ１を回転させる仕事をする。
ロータの一例を示し、ここで、ロータ１は軸２と
共にセラミツクスで一体に形成されており、その
ロータデイスク部３の外周部には複数枚からなる
動翼４が軸対称に配置されている。その詳細は省
略するが、ガスはロータ１の周りに構成されてい
るハウジング５のガス流路６から動翼４の入口部
翼端４Ａに導かれ、ここから動翼４に沿つてター
ビン出口７側へ流出するまでの間にタービンロー
タ１を回転させる仕事をする。
しかしながら、このような従来のセラミツクタ
ービンロータ１にあつては、動翼４の入口部翼端
４Ａにおける先端形状が、断面でみると第２図に
示すように鋭い角型に形成されていた。そこで、
通例の場合400ｍ／ｓ以上の流速を有する高速の
ガスが入口部翼端４Ａからロータ１の翼間に流入
する際に、ガスタービンの場合であれば内張用の
断熱材の微細な破片や、その燃焼器においてとき
に生成されるカーボン粒子、更にまたターボチヤ
ージヤの場合であれば排出ガス中の微粒子がガス
中に混入しているので、これらの微粒子が入口部
翼端４Ａに衝突して、欠損させるという問題点が
あつた。
ービンロータ１にあつては、動翼４の入口部翼端
４Ａにおける先端形状が、断面でみると第２図に
示すように鋭い角型に形成されていた。そこで、
通例の場合400ｍ／ｓ以上の流速を有する高速の
ガスが入口部翼端４Ａからロータ１の翼間に流入
する際に、ガスタービンの場合であれば内張用の
断熱材の微細な破片や、その燃焼器においてとき
に生成されるカーボン粒子、更にまたターボチヤ
ージヤの場合であれば排出ガス中の微粒子がガス
中に混入しているので、これらの微粒子が入口部
翼端４Ａに衝突して、欠損させるという問題点が
あつた。
すなわち、セラミツクスは硬質ではあるが、比
較的に靭性がなく脆い材料であるので、極めて軽
量ではあつても高速のために運動量を有するガス
中の微粒子によつて翼端４Ａの特に角部４Ｂに欠
損が生じやすく、このために空気力学的に見ても
損失が大きい。また、ときには動翼４全体の破損
事故を発生させる虞があつた。
較的に靭性がなく脆い材料であるので、極めて軽
量ではあつても高速のために運動量を有するガス
中の微粒子によつて翼端４Ａの特に角部４Ｂに欠
損が生じやすく、このために空気力学的に見ても
損失が大きい。また、ときには動翼４全体の破損
事故を発生させる虞があつた。
また、特開昭46−6854号公報あるいは特開昭56
−52502号公報に示された動翼の入口部翼端にお
ける先端部の形状は、排ガス中に混入している微
粒子の飛来方向を考慮に入れて形成されたもので
はなく、このような形状をセラミツクラジアルタ
ービンロータに適用したのでは、先端部において
欠損が生じやすく、また、空気力学的にガスの流
体摩擦損失の低減を十分に図ることができない。
−52502号公報に示された動翼の入口部翼端にお
ける先端部の形状は、排ガス中に混入している微
粒子の飛来方向を考慮に入れて形成されたもので
はなく、このような形状をセラミツクラジアルタ
ービンロータに適用したのでは、先端部において
欠損が生じやすく、また、空気力学的にガスの流
体摩擦損失の低減を十分に図ることができない。
本発明の目的は、このような問題点に着目し、
動翼特にそのガス入口部翼先端における破損を防
止することのできるセラミツクラジアルタービン
ロータを提供することにある。
動翼特にそのガス入口部翼先端における破損を防
止することのできるセラミツクラジアルタービン
ロータを提供することにある。
かかる目的を達成するために、翼のガス入口部
の先端の断面形状を先端では曲率半径の小さい曲
線となし、該先端に続く動翼の負圧面側では曲率
半径の大きい曲線で形成する。
の先端の断面形状を先端では曲率半径の小さい曲
線となし、該先端に続く動翼の負圧面側では曲率
半径の大きい曲線で形成する。
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
る。
第３Ａ図および第３Ｂ図は本発明の一実施例を
示すもので、これらの図においては動翼４の入口
部翼端４Ａにおけるその先端断面形状のみを示す
が、ここで動翼４は反時計回りの方向に回転する
ものとする。なお、その他の構成は省略するが、
その構成については第１図に示したと同様とす
る。
示すもので、これらの図においては動翼４の入口
部翼端４Ａにおけるその先端断面形状のみを示す
が、ここで動翼４は反時計回りの方向に回転する
ものとする。なお、その他の構成は省略するが、
その構成については第１図に示したと同様とす
る。
本例は翼先端の断面形状を曲率半径の小さい曲
線４Ｅで、更にまた翼先端に続く翼負圧面側の翼
端形状を曲率半径の大きい曲線４Ｆで形成するよ
うにして、翼４と両面の線とこれらの曲線４Ｅお
よび４Ｆとを何れも滑らかに連続させるようにし
たものである。
線４Ｅで、更にまた翼先端に続く翼負圧面側の翼
端形状を曲率半径の大きい曲線４Ｆで形成するよ
うにして、翼４と両面の線とこれらの曲線４Ｅお
よび４Ｆとを何れも滑らかに連続させるようにし
たものである。
このように構成したタービンロータ１にあつて
は、入口部翼端４Ａにおける断面形状がその先端
部において厚さが減じられているので空気力学的
にガスの流体摩擦損失を低減することができる。
以下にこのように構成した理由について述べる。
は、入口部翼端４Ａにおける断面形状がその先端
部において厚さが減じられているので空気力学的
にガスの流体摩擦損失を低減することができる。
以下にこのように構成した理由について述べる。
一般に、この種のラジアルタービンロータ１で
は、設計の時点でその入口部翼端４Ａに流入して
くるガスのロータ１に対する相対速度の方向が翼
４の軸方向と一致するようにして理論的に無衝突
な状態が得られるようにしている。すなわち、第
３Ａ図に示す速度三角形のように、動翼４の周速
をU1としたときにガスの流入速度とその方向を
C1とすることによつてガスのロータ１に対する
相対速度がC0で示されるようになり、上述した
無衝突状態を実現することができる。
は、設計の時点でその入口部翼端４Ａに流入して
くるガスのロータ１に対する相対速度の方向が翼
４の軸方向と一致するようにして理論的に無衝突
な状態が得られるようにしている。すなわち、第
３Ａ図に示す速度三角形のように、動翼４の周速
をU1としたときにガスの流入速度とその方向を
C1とすることによつてガスのロータ１に対する
相対速度がC0で示されるようになり、上述した
無衝突状態を実現することができる。
しかるに一方、タービンロータ１にその上流か
らガスの流れに乗つて飛来してくる微粒子はその
密度がガスの少なくとも1000倍以上であるため
に、完全にはガスの流れに乗り切らず、そこで入
口部翼端４Ａの位置では微粒子の飛来方向とその
速度が、第３Ｂ図で示すC2の状態となり、した
がつて微粒子のロータ１に対する相対速度とその
方向はC02で示されるようになる。
らガスの流れに乗つて飛来してくる微粒子はその
密度がガスの少なくとも1000倍以上であるため
に、完全にはガスの流れに乗り切らず、そこで入
口部翼端４Ａの位置では微粒子の飛来方向とその
速度が、第３Ｂ図で示すC2の状態となり、した
がつて微粒子のロータ１に対する相対速度とその
方向はC02で示されるようになる。
すなわち、第５Ｂ図からも明らかなように、微
粒子は動翼４の負圧面４Ｇ側から流速C02の大き
さと方向でもつて翼面に衝突するので、上述した
ように負圧面４Ｇ側に偏した入口部翼端４Ａの断
面形状を緩やかな曲線を用いて形成することによ
り、この部の対衝突性を高めることができる。
粒子は動翼４の負圧面４Ｇ側から流速C02の大き
さと方向でもつて翼面に衝突するので、上述した
ように負圧面４Ｇ側に偏した入口部翼端４Ａの断
面形状を緩やかな曲線を用いて形成することによ
り、この部の対衝突性を高めることができる。
なお、このような微粒子の飛来方向とその衝突
位置等について上述したような結果の得られるこ
とを本願人は実験によつて確認した。
位置等について上述したような結果の得られるこ
とを本願人は実験によつて確認した。
以上説明してきたように、本発明によれば、動
翼のガス入口部における先端の断面形状を先端で
は曲率半径の小さい曲線となし、これに続く動翼
負圧面側を曲率半径の大きい曲線で形成するよう
にしたので、上流からガス流に乗つて飛翔する微
粒物の衝突によつて翼端近傍が欠損したりするの
が防止でき、入口部翼端における耐異物衝突性の
向上が図られ、更に動翼全体の破損につながる事
故を防止することができる。また、空気力学的に
ガスの流体摩擦損失を低減することができ、空力
性能の向上を図ることができる。
翼のガス入口部における先端の断面形状を先端で
は曲率半径の小さい曲線となし、これに続く動翼
負圧面側を曲率半径の大きい曲線で形成するよう
にしたので、上流からガス流に乗つて飛翔する微
粒物の衝突によつて翼端近傍が欠損したりするの
が防止でき、入口部翼端における耐異物衝突性の
向上が図られ、更に動翼全体の破損につながる事
故を防止することができる。また、空気力学的に
ガスの流体摩擦損失を低減することができ、空力
性能の向上を図ることができる。
第１図は従来のセラミツクラジアルタービンロ
ータの形状とその概要を一例として示す断面図、
第２図はそのＡ−Ａ線断面図、第３Ａ図および第
３Ｂ図は本発明の実施例として翼先端の形状をガ
スの速度三角形と共に示す断面図および翼先端の
形状を飛翔微粒物の速度三角形と共に示す断面図
である。 １…セラミツクタービンロータ、２…軸、３…
ロータデイスク、４…動翼、４Ａ…入口部翼端、
４Ｂ…角部、４Ｅ…曲線、４Ｆ…曲線、４Ｇ…負
圧面、５…ハウジング、６…ガス流路、７…ター
ビン出口、U1，C0，C1，C01，C2，C02…速度
（ベクトル）。
ータの形状とその概要を一例として示す断面図、
第２図はそのＡ−Ａ線断面図、第３Ａ図および第
３Ｂ図は本発明の実施例として翼先端の形状をガ
スの速度三角形と共に示す断面図および翼先端の
形状を飛翔微粒物の速度三角形と共に示す断面図
である。 １…セラミツクタービンロータ、２…軸、３…
ロータデイスク、４…動翼、４Ａ…入口部翼端、
４Ｂ…角部、４Ｅ…曲線、４Ｆ…曲線、４Ｇ…負
圧面、５…ハウジング、６…ガス流路、７…ター
ビン出口、U1，C0，C1，C01，C2，C02…速度
（ベクトル）。
Claims (1)
- １ 複数のセラミツク製の動翼を有し、該動翼の
翼先端部に沿つてガス入口部が形成されるセラミ
ツクラジアルタービンロータにおいて、前記動翼
の前記ガス入口部における先端部の断面形状を、
先端では曲率半径の小さい曲線となし、該先端に
続く前記動翼の負圧面側では曲率半径の大きい曲
線で形成したことを特徴とするセラミツクラジア
ルタービンロータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58078908A JPS59203808A (ja) | 1983-05-07 | 1983-05-07 | セラミツクラジアルタ−ビンロ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58078908A JPS59203808A (ja) | 1983-05-07 | 1983-05-07 | セラミツクラジアルタ−ビンロ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59203808A JPS59203808A (ja) | 1984-11-19 |
| JPS6360201B2 true JPS6360201B2 (ja) | 1988-11-22 |
Family
ID=13674931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58078908A Granted JPS59203808A (ja) | 1983-05-07 | 1983-05-07 | セラミツクラジアルタ−ビンロ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59203808A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6026204U (ja) * | 1983-07-28 | 1985-02-22 | 京セラ株式会社 | セラミツクタ−ボロ−タ |
| JPS6388204A (ja) * | 1986-10-01 | 1988-04-19 | Ngk Insulators Ltd | セラミックラジアルタービンローターおよびその設計方法 |
| JP2946609B2 (ja) * | 1989-03-08 | 1999-09-06 | 石川島播磨重工業株式会社 | セラミックタービン翼車 |
| JPH04100002U (ja) * | 1991-02-07 | 1992-08-28 | ||
| JP6019794B2 (ja) * | 2012-06-20 | 2016-11-02 | 株式会社豊田中央研究所 | ラジアルタービンロータ、及びこれを備えた可変容量ターボチャージャ |
| JP2017193985A (ja) * | 2016-04-19 | 2017-10-26 | 本田技研工業株式会社 | タービンインペラ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5652502A (en) * | 1979-09-18 | 1981-05-11 | Gen Motors Corp | Production of combined radial turbine impeller |
-
1983
- 1983-05-07 JP JP58078908A patent/JPS59203808A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5652502A (en) * | 1979-09-18 | 1981-05-11 | Gen Motors Corp | Production of combined radial turbine impeller |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59203808A (ja) | 1984-11-19 |
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