JP2004507366A - 高速で回転するターボ機械部分のハブ孔を塑性変形させるための方法 - Google Patents

Abstract

高速で回転するターボ機械部分のハブ孔を塑性変形させるための方法が記載されている。本発明によれば、ハブ孔（２）の塑性変形は、高い圧力の下でターボ機械部分（１）のハブ孔（２）内へと装入される作動液（８）を手段とした液圧による拡開によって行なわれるようにする。

Description

【０００１】
本発明は、高速で回転するターボ機械部分のハブ孔を塑性変形させるための方法に関する。
【０００２】
欧州特許出願公開第０　０８６　５０５号明細書からは、ハブ孔が回転試験の前に塑性変形されることによって、ターボ機械部分の回転試験の際にハブの領域内にあるターボ機械部分の材料の塑性流れに基づいて引き起こされるこの部分のハブ孔の拡開を回避するために使用される方法が公知である。この場合、この塑性変形は、引きマンドレル、押しマンドレル、又は圧延ローラを手段とした機械的な方法で行なわれ、ハブ孔を拡開させ、この拡開から、回転試験の際の負荷をいわば先取りしたハブ孔の領域内での材料の応力状態が結果として生じる。
【０００３】
独国特許出願公開第４３　３７　５１７号明細書からは、冷間変形可能な材料から成る段差を付けられた中空シャフトを内部高圧変形させるための方法が公知であり、この方法においては、チューブ状の１次材料が、シャフトの最終的な所望の外形に相当する内部輪郭を有する工具内で、ガス又は液体とすることができる流体によって拡開され、拡開された材料は、次に、工具の内部輪郭へと更に高いサイジング圧力を加えることによってサイジングされ、最後に、サイジング圧力を維持して長手方向にその最終的な形状へと据え込まれる。従って、この公知の方法の場合は、中間のチューブ領域内では薄い肉厚の大きい外径を備え、かつ両側に形成された端部領域では小さい外径と厚い肉厚とを備える例えば自動車の駆動シャフトを製造するために、チューブ状の１次材料の元の輪郭とは本質的に異なっている最終的な外部輪郭への比較的薄肉の材料の塑性変形が行なわれる。特に、このようなシャフトにおける肉厚の相違は、このような内部高圧変形において公知の以前の方法における限界をはるかに超えるということをもたらすことになる。
【０００４】
更に、欧州特許出願公開第０　５０９　２３８号明細書からは、液圧による拡開によって複数の部分が固定されている中空シャフトが公知である。これらの部分は中心孔を有し、この孔の直径は、１次状態で中空シャフトの外径よりもほんの少し大きく、従って、これらの部分は、液圧による拡開工程が行なわれる前に、中空シャフト上での所望の位置にもたらすことができる。液圧による中空シャフトの拡開によって歪力が発生させられ、この歪力は、力一体的な結合を、取り付けられた部分と中空シャフトとの間に生じさせる。
【０００５】
最後に、独国特許第２１３　４２１号明細書からは、軸又はシャフト上にある機械部分を取り外すための、即ち、ベルト又はケーブルプーリ、フライホイール、タービンホイール等をこれらの軸からほぼ引き抜くための方法が公知であり、この方法においては、軸上にあるハブの内面に、適当な液体が非常に高い圧力の下に圧入される。ハブ内に設けられた孔を介して供給されるプレス液体は、ハブを、拡大させようと、またシャフトから押し出そうとし、その際、同時に高い圧力の下にある液体は、ハブとシャフトとの間のパス面内へと侵入し、これにより、解放すべき機械部分の取外しを容易にすることになる。
【０００６】
本発明の課題は、高速で回転するターボ機械部分の限界回転数を増大させることである。
【０００７】
この課題は、請求項１に記載された方法によって解決される。
【０００８】
本発明の有利な発展構成は、従属請求項に特徴付けられている。
【０００９】
本発明によって、高速で回転するターボ機械部分の限界回転数を増大させるための方法が提供され、この方法においては、ターボ機械部分のハブ孔が塑性変形を受けさせられる。本発明によれば、ハブ孔の塑性変形が、高い圧力の下でターボ機械部分のハブ孔内へと装入される作動液を手段とした液圧による拡開によって行なわれるようにする。
【００１０】
好ましくは、液圧によるハブ孔の拡開が、このハブ孔内へと組み込まれた液圧装置によって行なわれ、この液圧装置が、シール手段によって外に向かってシールされたハブ孔と液圧装置との間に設けられた切欠き部を、作動液によって加圧作用可能になるようにする。
【００１１】
実施形の１つによれば、シール手段が、半径方向で、液圧装置とハブ孔との間に作用するようにすることができる。
【００１２】
他の実施形によれば、シール手段が、軸方向で、液圧装置とハブ孔との間に作用するようにすることができる。
【００１３】
液圧によるハブ孔の拡開が、ターボ機械部分を製造する際のバランス取り段階の間に行なわれ、またこのバランス取り段階の間に、ターボ機械部分が、液圧装置として形成されたバランスピン上に取り付けられているようにする本発明による方法の形態は、特に有利である。
【００１４】
本発明による方法は、ターボ機械部分が、ターボ機械のインペラである場合が、特に適する。
【００１５】
液圧によるハブ孔の拡開が、鍛造された素材部分から製造されたターボ機械部分の場合は、羽根通路のフライス加工の前又は後に行なうことができる。
【００１６】
以下に、本発明の実施例を、図面を基にして説明する。
【００１７】
図１は、若干概略的な側面図に、本発明による方法が本発明の実施例に従って適用されている、そのハブの領域内にあるターボ機械部分を経る断面図を示す。
【００１８】
図２は、若干概略的な側面図に、本発明による方法が本発明の第２の実施例に従って適用されている、そのハブの領域内にあるターボ機械部分を経る断面図を示す。
【００１９】
図１及び２には、符号１が、ターボ機械部分、例えばタービンのインペラを表し、このインペラのハブ孔２は、ターボ機械部分の限界回転数を増大させるべきであるハブに初期応力を発生させるために、塑性変形を受けさせられるべきである。一般に、このハブ孔２の塑性変形は、高い圧力の下でターボ機械部分のハブ孔２内へと装入される作動液８を手段とした液圧によるハブ孔の拡開によって行なわれる。このため、ハブ孔２内へと、ピンの形をした液圧装置３が組み込まれ、このピンは、ハブ孔２と液圧装置３との間に存在する切欠き部６を構成し、この切欠き部は、シールによって前記の切欠き部６の両側でシールされている。
【００２０】
図１に示された実施例においては、液圧装置３にシール４及び５が設けられており、これらのシールは、半径方向に内側からハブ孔２を押圧する。これにより、本質的にいかなる力もハブ孔２の軸方向に生じない。
【００２１】
図２に示された実施例においては、液圧装置３にシール４ａ及び５ａが設けられており、これらのシールは、軸方向のシールを、即ち、シール４ａが軸方向にハブ孔２の末端部における肩部４ｂに対するシールを、またシール５ａがターボ機械部分１の本体の外面に対するシールを行なう。これによって生じるハブ孔２の軸方向の力は、液圧装置３の末端部に設けられている支持部１０によって吸収される。これにより、確実なシールをするために必要な軸方向の力が、シール５ａにおいて発生させられる。
【００２２】
図１の場合も、図２の場合も、作動液８が液圧装置３の中心に形成された供給通路７を介して切欠き部６内へと装入され、非常に高い圧力の下に置かれ、従って、ハブ孔２は、先ず伸ばされ、次に塑性変形を受けさせられる。これにより、図１に概略的に図示されているように、圧縮応力場９が発生させられる。この圧縮応力場は、ターボ機械部分１の回転数が高い場合に生じる応力をいわば先取りし、従って、ターボ機械部分の限界回転数が増大させられる。
【００２３】
本発明の見地によれば、液圧によるハブ孔２の拡開は、ターボ機械部分１を製造する際のバランス取り段階の間に行なわれ、またこのバランス取り段階の間に、ターボ機械部分１は、バランスピン上に取り付けられており、このバランスピンは、同時に液圧装置３を構成する。
【００２４】
ターボ機械部分１は、特にターボ機械のインペラとすることができる。前段で述べた実施例の場合では、ハブ孔の拡開が、完成した、即ち、羽根通路でもって構成されたターボ機械部分において行なわれる。その際、ターボ機械部分は、鋳物部分であってもよく、又は鍛造されていてもよい。
【００２５】
鍛造された素材部分から製造されるターボ機械部分の場合は、羽根通路がフライス加工される。液圧によるハブ孔の拡開は、この場合、羽根通路のフライス加工の前に行なうことができるか、又はしかしながらフライス加工の後に行なうこともできる。各図に図示されているように、液圧による拡開がフライス加工の後に行なわれる場合は、いかなる仕上がり部分のゆがみも期待できず、従って、僅かな追加工しかハブ領域内には必要でないという利点を有する。しかしながら、羽根通路のフライス加工の前の自緊におけるよりも僅かな圧縮固有応力が達成可能である。これは、鍛造されたハブ孔を有する円形材料から成る素材部分の場合に、高い自緊圧力が可能であり、これにより高い圧縮固有応力も可能であることにとって重要である。むろん、固有応力の転位に基づいて、しかしながら狭い限界内で保たれるゆがみが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
概略的な側面図に、本発明による方法が本発明の実施例に従って適用されている、そのハブの領域内にあるターボ機械部分を経る断面図を示す。
【図２】
概略的な側面図に、本発明による方法が本発明の第２の実施例に従って適用されている、そのハブの領域内にあるターボ機械部分を経る断面図を示す。
【符号の説明】
１　　　　　　ターボ機械部分
２　　　　　　ハブ孔
３　　　　　　液圧ピン
４；４ａ　　　シール
４ｂ　　　　　肩部
５；５ａ　　　シール
６　　　　　　切欠き部
７　　　　　　供給通路
８　　　　　　作動液
９　　　　　　圧縮応力場
１０　　　　　支持部

Claims (8)

1. 高速で回転するターボ機械部分のハブ孔を塑性変形させるための方法において、
   ハブ孔（２）の塑性変形が、高い圧力の下でターボ機械部分（１）のハブ孔（２）内へと装入される作動液（８）を手段とした液圧による拡開によって行なわれるようにすることを特徴とする方法。
2. 液圧によるハブ孔（２）の拡開が、このハブ孔内へと組み込まれた液圧装置（３）によって行なわれ、この液圧装置が、シール手段（４；４ａ，５；５ａ）によって外に向かってシールされたハブ孔（２）と液圧装置（３）との間に設けられた切欠き部（６）を、作動液（８）によって加圧作用可能になるようにすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. シール手段（４，５）が、半径方向で、液圧装置（３）とハブ孔（２）との間に作用するようにすることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. シール手段（４ａ，５ａ）が、軸方向で、液圧装置（３）とハブ孔（２）との間に作用するようにすることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 液圧によるハブ孔（２）の拡開が、ターボ機械部分（１）を製造する際のバランス取り段階の間に行なわれ、またこのバランス取り段階の間に、ターボ機械部分（１）が、液圧装置（３）として形成されたバランスピン上に取り付けられているようにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. ターボ機械部分（１）が、ターボ機械のインペラであるようにすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 液圧によるハブ孔（２）の拡開が、鋳造又は鍛造されたターボ機械部分（１）については、羽根通路を製造した後に行なわれるようにすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 液圧によるハブ孔（２）の拡開が、ハブ孔（２）を備えている固体材料から製造すべきターボ機械部分（１）の場合は、羽根通路のフライス加工の前に行なわれるようにすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。