JPH0125651B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的にはカスタービン機関に関
し、特に、ガスタービン機関のタービン翼に膜冷
却孔を形成するための改良された装置に関する。

タービンの案内用ノズル羽根および回転羽根
を、効率を高めるために所望される極めて高いガ
ス流温度において動作しうるようにするために
は、圧縮機からの高圧の冷却用空気を用いて中空
翼（airfoil）を冷却する必要がある。最も効果的
で最も少量の冷却用空気しか要しない１方法は膜
冷却法であり、膜冷却法においては、冷却用空気
の層が高温ガスとタービン羽根の外表面との間に
維持される。この冷却用空気の層は、翼の内側か
ら、翼に所望の配列で形成された一連の小孔を通
して、空気流を流出せしめることによつて形成さ
れる。このようにして実現される、翼表面上の空
気膜流は、金属の最高温度および温度勾配を減少
せしめることによつてタービン入口温度の範囲を
高くすることを可能にし、従つて機関効率が高め
られる。

少量の冷却用空気を用いて効果的な膜冷却を行
なうには、テーパ穴（鰓孔）を使用すればよいこ
とが判明した。その場合、鰓孔の放出側が、テー
パになつていて、孔軸と最大7゜までの角度をなし
て孔の大きさを増している。しかし、そのような
孔が機能上利点を有することは現象としては認め
られたものの、そのようなテーパのついた鰓孔は
形成するのに比較的経費がかかり、また質の劣つ
たものしかできなかつた。そのような孔を形成す
るために案出された各種方法の中には、電流穴あ
け作業に滞留時間を導入する方法、電気化学加工
（ECM）または放電加工（EDM）を用いた多パ
ス工程、およびエネルギの多重放出を用いるレー
ザ穴あけ法が包含されている。工作物に対し軸方
向に移動している電極を一時的に停止することに
よつて、鰓孔の流出端に、拡大された区域を浸食
することができる。この工法は効果的ではあるが
極めて不経済である。ノズル羽根および帯板に膜
冷却孔を形成する主要工法である放電加工の場合
は、テーパ膜孔を形成するための経済的で効果的
な方法はこれまでの所存在していない。多パス工
程においては、孔の直線的部分を１工程段階にお
いて形成し、デフユーザ部分を別個の工程段階に
おいて形成する。これはコストを増大させ、さら
に、２つの膜孔部分の心合せが狂つて、冷却流体
が所望通り円滑に拡散して行かなくなりがちであ
るという質の問題を伴う。

それぞれの個々の孔に対して３次元的形状を有
する電極を用いるもう１つの方法は、極めて不経
済であると考えられる。

従つて本発明は放電加工装置により工作物にテ
ーパ穴を形成するに最適の電極を提供することを
目的とする。

これらの諸目的および他の諸特徴および諸利点
は、添付図面を参照しつつ行なわれる以下の説明
によつてさらに明らかにされる。

本発明の１特徴を略述すると、放電加工装置の
電極の１個または２個以上の「櫛状」の歯が、自
由端部と装置に保持される基部端との中間に、基
部端に向かつて幅を増大して行くテーパ部を有し
ていることにより、工作物に形成される孔の横側
部が、斜め（bevel）の面をなすようになつてい
る。このような「拡散」膜孔を用いると、空気流
および熱伝達特性が増強される。

本発明のもう１つの特徴は、「櫛状の」歯のテ
ーパ部を、歯の自由端部の平面に対しある角度だ
け傾斜せしめることにより、電極を工作物内に進
入させた時の鰓孔の出口端部における浸食を増大
せしめ、それによつて縦方向平面内における斜面
（ベベル）すなわちテーパのついた形状を与える
ことである。孔をあける点における翼の曲率に適
合するように斜面部の傾斜を選択すれば、所望の
拡散角を得ることができる。

第１図には、本発明が典型的な放電加工装置に
適用されている状況が全体的に１０に示されてお
り、そこにはラツク１２を貫通して延長し、アダ
プタ１３によつて冷却剤供給管１４に連結された
中空の電極工具保持器１１が包含されている。ラ
ツク１２の歯は歯車１６とかみ合い、歯車１６
は、減速歯車箱１８を経てモータ１７により、い
ずれの回転方向にも駆動されるようになつてい
る。チヤツク１９は、使い捨て電極２１を工具保
持器１１に取外し自在に固定するため用いられ
る。電極２１の下方に間隔をおいて工作物２２が
配置されているが、これが、電極２１から工作物
２２への放電電流により材料の浸食を受けるべき
工作物である。タンク２４内には冷却剤２３が包
含され、工作物を包囲している。工作物２２は、
導線２６によつて正端子に、また導線２７および
２８によつてタンク２４に、電気的に接続されて
いる。中空な電極工具保持器１１は、導線２９に
よつて直流電源の負端子に電気接続されている。
モータを回転させるとラツクが前進して、電極２
１を工作物２２に向かつて移動させる。電極が、
それと工作物との間の隙間の誘電体がそこを通る
浸食性の間欠放電によつて破壊される位置に達す
ると、工作物から材料粒子が除去されるようにな
る。パルス状放電による材料の浸食はさらに、工
作物を完全に貫通する孔が形成されるまで、また
は、電極２１が工作物の近くから後退せしめられ
るまで継続される。放電加工法および放電加工装
置のさらに詳細な説明は、1959年８月25日付米国
特許第2901588号に与えられているので、参考文
献として引用する。

第２図には、上述の放電加工法を適用すべき典
型的な工作物であるタービン羽根３１が示されて
いる。タービン羽根３１は、外部帯板３２および
内部帯板３３と、これらの間に堅固に連結され支
持されたノズル翼３４とを有している。このター
ビン羽根３１は、通常の様式で、円周上に相互に
隣接して配置される複数のタービン羽根の１つで
ある。該羽根の外部帯板３２には、冷却用空気源
と中空翼３４の内部空所の間の空気流通用の穴
（図示されていない）が形成されている。この冷
却用加圧空気は、翼の内表面を対流および／また
は衝突冷却過程によつて冷却し、翼の外表面を膜
冷却過程によつて冷却する。膜冷却は、翼３４の
内部空洞から冷却用空気を受けるため翼３４の吸
込側３７に形成された複数の鰓孔３６によつて、
容易になる。すなわち、これらの鰓孔は、冷却空
気を翼の表面に沿つて流すことにより、本技術分
野においてよく知られているように、翼をそれに
隣接する高温ガスから絶縁する。図示されている
ような羽根の吸込側の冷却孔のほかに、ノズル翼
３４の鼻部にも孔を形成してよく、また該翼３４
の圧力側にも鰓孔を形成してよい。これらのいず
れの孔においても、孔の排出側を斜面形又はテー
パ付形状に形成して、冷却用空気の流れを容易に
することが望ましい。特に、運転中に圧力比の大
きい状態が発生する翼吸込側３７ではテーパ孔が
望ましい。すなわち、そこでは、流れの拡散現象
の助けによつて冷却用空気の翼表面への密着が助
長され、金属表面の冷却が最も効果的に行なわれ
るからである。

第２図からわかるように、鰓孔３６は、羽根の
前縁部付近で、相隔たる半径方向関係で２列に配
置されている。所望の冷却効果を得るためには、
さまざまの配列様式を用いることが可能だが、こ
のような均一な列分布は効果の上で一般にすぐれ
ており、また、第２図に示されているように、１
つの列が、放電加工電極２１の１回の適用によつ
て形成されうるので、製造上の目的から特に魅力
的である。

第３図には、従来技術における電極２１の構造
が示されている。この電極は、母体３８と、該母
体から縦方向に延長し且つ横方向に隔たる複数の
細長い歯３９とを有する平板状構造から成る。こ
れらの歯は、全長にわたつて一様な幅を有し、協
働して、歯と交互に横方向に隙間４１を形成して
いる。このような従来の電極が、放電加工に用い
られた場合に形成される孔列のそれぞれの孔は、
歯３９の幅に等しい一様な幅を有し、隙間４１の
幅に等しい一定距離の間隔を有する。通常行なわ
れるように、電極が歯３９の軸に沿つて工作物の
方へ進められた場合、形成される孔の径は、工作
物の厚さ全体を通じて一様になる。すなわち、本
発明において意図されているような拡散孔は形成
されない。

第４図には、本発明の実施例である電極２１が
示されており、この電極は母体３８と、横方向に
隔たる複数の歯４２とを包含している。それぞれ
の歯４２は自由端部４３を有し、自由端部４３
は、その縦方向の長さ全体にわたつて実質的に一
様な幅を有しており、それぞれの歯４２は、ま
た、基部４４を有し、基部４４は、自由端部４３
から上方に、連結する母体に向かつて、横方向の
幅をテーパ付けている。これに伴い、隣接する歯
の間に形成される間隔は、自由端部４３間におい
ては一様な幅の間隔４６となり、基部間において
は実質的に三角形状の間隔４７となる。

以上に説明した電極２１は、銅合金または他の
適宜の導電材からなる実質的に長方形状の板を形
成する工程と、歯４２の間の間隔部４６および４
７を打抜きする工程とを引続き行なうことによつ
て製造される。このような電極を放電加工に用い
れば、横方向においてのみ拡大する孔が得られ
る。縦方向平面内においても所望される拡大を、
好ましくは孔の下流側において実現するために
は、該製造工程にもう１つの工程を追加する必要
がある。必要なもう１つの工程とは、個々の歯を
第６図に示されているような形状になるまで曲げ
る工程であり、ここでは基部４４は自由端部４３
の縦方向軸と角度αをなしている。その場合、電
極母体３８は、基部４４と同じ平面をなしたまま
にしておいてもよく、また、第６図に示されてい
るように電極の自由端部４３と平行になるように
曲げてもよく、いずれにするかは適用上の便利さ
を考慮して選択される。角度αは、仕上げされた
翼において冷却用空気の拡散が生ずるように、特
定の適用状況に所望されるように変化せしめられ
る。一般に、拡散角は、良好な気流拡散効果を与
える実際上の限度として経験的に知られている7゜
を超えてはならない。経験上、7゜より大きな角の
拡散孔では空気流にキヤビテーシヨンを生じ易く
なるのである。同様にして、横方向においても、
歯の基部４４は自由端部４３の縦方向軸と角度β
をなすように斜め（bevel）にされるのであるが、
この角度も7゜までであることが望ましい（第４図
参照）。

第５図、第５ａ図、第６図、および第６ａ図に
は、従来の電極を用いて形成された孔と、本発明
の電極２１を用いて形成された孔とが比較されて
いる。第５図および第５ａ図からわかるように、
従来の電極による孔４０は、その放出端部をも含
めて、長さ全体にわたつて一様な径を有する。し
かし、本発明の電極を点線で示された所まで工作
物内に進入せしめると、孔の下流側に斜め
（bevel）の面４８が形成され、縦方向平面内の一
方向への拡大が得られる。同様にして、歯の基部
４４の斜め（bevel）の側部４９および５１は、
孔の両側における横方向への拡大を与える。形成
された孔は、第６ａ図に示されているようにな
り、翼３４の壁の大部分を貫通延長している細長
い小さい孔５２と、縦方向側部の斜めの面４８
と、横方向側部の斜めの面５３および５４とを包
含している。

第７図には、改変された実施例の電極２１が示
されており、この電極においては、電極の自由端
部４３と母体３８とが湾曲した基部５６によつて
連結されている。これによつて形成される、孔の
下流側放出端部における表面５７は、従つて、所
望される一層漸進的テーパを与えるように湾曲し
ているだろう。もちろん、基部表面４９および５
１を、第４図に示されているような平面とせず
に、次第に湾曲した面にしてもよく、これによ
り、孔の横方向側部５３および５４も同様な湾曲
面になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明において用いられる放電加工
装置の概略図である。第２図は、タービン羽根と
本発明の放電加工電極との斜視図である。第３図
は、従来技術の放電加工電極の櫛状部の部分図で
ある。第４図は、本発明の好適実施例である放電
加工電極の櫛状部を示す。第５図および第５ａ図
は、従来の電極が工作物に作用せしめられた状況
を示す部分側面断面図およびその場合形成される
冷却孔を示す。第６図および第６ａ図は、本発明
の好適実施例の電極が工作物に作用せしめられた
状況を示す部分側面断面図およびその場合形成さ
れる冷却孔を示す。第７図および第７ａ図は、本
発明の改変実施例の電極の側面図およびそれによ
つて形成される冷却孔を示す。 １０……放電加工装置、２１……電極、２２…
…工作物、３４……ノズル翼、３６……テーパ膜
孔、３８……電極母体、４２……歯、４３……歯
の自由端部、４４……歯の基部、４９，５１……
基部の斜めの側部、５２……孔、５６……歯の基
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 母体３８と、工作物に近接して〓間を作るよ
   うに配置される少なくとも１つの歯４２とを有
   し、該〓間を通して電荷が伝達されることによつ
   て該工作物の一部分を浸食するようになつている
   形式の、ガスタービン翼に孔を形成するための放
   電加工装置の電極２１に於て、 歯が縦方向真すぐに延長する端部４３と該端部
   を前記母体に連結する基部４４とを有し、該基部
   が前記縦方向に延長する端部の軸に対して最大7゜
   までのある角度βをなす斜めの側部４９，５１を
   有して該基部の縦断面が切頭三角形をなしてい
   て、 更に該歯が縦方向に平らな形状でなく、前記基
   部と前記端部の縦方向軸とが縦方向平面内におい
   て約7゜までのある角度αをなして、該歯が該工作
   物に向け縦方向にその中に進入せしめられた場合
   に、該両角度α，βによる浸食の結果孔がその一
   端においてテーパのついた形状で形成される電
   極。 ２ 特許請求の範囲第１項の電極であつて、該基
   部の縦断面の輪郭が、該端部の縦方向軸から徐徐
   に移行するように湾曲している、電極。