成果報告書詳細
管理番号20130000000140
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 省エネルギー革新技術開発事業 実用化開発 タービン動翼に適用可能な軽量耐熱複合材料技術の研究開発
公開日2013/5/31
報告書年度2010 - 2012
委託先名株式会社IHI
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー部
和文要約 平成22年度-平成24年度において,上記助成事業の各研究項目について,以下に記す成果を達成した。
a-(1).SiC系複合材繊維配向最適化
 動翼各要素(翼外径部部・翼部・翼根部)の検討・試作・製造性評価,要素試験による実体強度等の評価を行い,最適な繊維織物構造を選定した。さらに各要素の組合せによって動翼全体の製造が可能であるか確認するために,SiC系複合材タービン動翼を試作した。試作結果は良好であり,複雑な各要素を組み合わせた一体複合材動翼の製造に目途を得た。
 さらに,試作した動翼に対して室温回転試験を実施し,実機で要求される遠心力以上(120%)に耐え得ることを確認した。
a-(2).SiC系複合材動翼成立性評価
 SiC系複合材タービン動翼の詳細設計のためのSiC系複合材の各種材料データ(物性・強度)を取得した。さらに,a-(1)で選定した各要素の織物構造、および一体複合材動翼の試作結果を反映し、SiC系複合材動翼を製造した。製造したSiC系複合材動翼に対し、室温回転試験を実施し、実機で要求される遠心力以上(約190%)の強度を有することを確認した。また,SiC系複合材動翼の成立性を評価するため、発生応力が高く構造成立性が最も厳しいと思われる翼根部に対して,高温低サイクル疲労試験及び高温クリープ試験を実施し、耐久性を確認した。その結果、高温低サイクル疲労試験では1000サイクル以上,高温クリープ試験では500時間以上の強度を有することを確認し、目標を達成した。
 また,SiC系複合材タービン動翼の適用範囲を広げるために,小型タービン動翼及び翼根部の要素試作を行い,形状及び繊維量が目標を満足することを確認した。試作した小型翼の翼根部要素に対しても高温引張・高温クリープ試験を実施し,エンジン実機想定温度での引張強度,およびクリープ破断強度500時間以上の耐久性を確認した。
b.クリープ評価技術開発
 大気雰囲気中及び高温水蒸気中(1200℃まで)におけるクリープ試験技術を確立するために,試験機を整備し,試験条件を設定した。また,精度30%以内の誤差でクリープ変形量を予測可能な数値解析手法を選定した。さらに,クリープ破壊寿命の予測式を提案した。
c.非破壊検査技術開発
 SiC系複合材の最適な欠陥検出手法として,赤外線サーモグラフィー及びX線CTを選定した。赤外線サーモグラフィーではクラックの検出,X線CTではボイド/繊維蛇行の検出を行った。さらに,欠陥検出の自動判定に向けたアルゴリズムを構築した。
 以上の評価結果をもとに,各検査に必要な装置やスペックをまとめた。
英文要約Title: Energy-saving innovation technology development business / Practical use development / Research and development of the lightweight heat resistant composite materials technology which is applicable to the turbine blade (FY2010-FY2012) Final Report
The abstract of the furtherance business result for exhibitions (English)
a-1.fiber orientation optimization for SiC/SiC composites
 Each elements of turbine blade (tip, airfoil and dovetail portion) were evaluated by considering the fiber orientation, trial manufacturing result, manufacturability and strength evaluation of these elements. Through these efforts, the most suitable fiber orientation and textile structure was chosen. Furthermore, a SiC/SiC composites blade was produced experimentally to confirm the production possibility of a whole turbine blade by the combination of each element. The trial manufacture result was good and got an aim to make a SiC/SiC composites blade.
 Furthermore, spin test using this blade was conducted at room temperature and confirmed that the blade could endure the predicted centrifugal load for the blade (120% of the predicted load).
a-2.SiC/SiC composite turbine blade establishment evaluation
Various material data (physical properties and strength) of the SiC/SiC composite was acquired for detailed designs of the blade. Furthermore, SiC/SiC composite was manufactured on the base of the results in a-1. After the manufacturing of a SiC/SiC composite blade, a spin test at room temperature was conducted and confirmed that the blade had enough strength (approximately 190% of the required strength). In addition, high temperature low cycle fatigue examination and high temperature creep test were carried out for dovetail region considered that the stress is high and structural capability is the severest among the blade portion. Test results show that the SiC/SiC composite blade can ensure more than 500 hours creep and more than 1,000 times low cycle fatigue. Though these tests the development goal were achieved.
Small size blade and the elements were also produced to enlarge the coverage of the application of SiC/SiC composite blade. Shape and fiber orientation satisfied a target. In addition, high temperature tensile test and 500 hours creep test were conducted for the dovetail elements. It was confirmed that the small size SiC/SiC composite blade has an enough tensile strength and the durability.
b.Creep evaluation technology development
Testing equipment was studied to perform the creep test at the high temperature to 1,200 degrees Celsius in air and in water vapor and set an examination condition. Furthermore, the numerical analysis technique that could predict creep deformation rate with the error within 30% was studied. In addition, predictive expression of the creep rapture life was suggested.
c.Non Destructive Inspection Technology Development
 As the most suitable non-destructive inspection technique, Infrared thermography and X-rays CT were chosen. The crack was detected by the infrared thermography, and the void and the fiber distortion were detected by the X-rays CT. The algorithm for the automatic judgment of the defect detection for X-rays CT was made.
 Based on the above-mentioned evaluation results, devices and specifications necessary for each inspection were suggested.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る