JPH0723681B2 - ガスタ−ビンエンジン用ロ−タ組立体およびその製造方法 - Google Patents

ガスタ−ビンエンジン用ロ−タ組立体およびその製造方法

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JPH0723681B2
JPH0723681B2 JP62192527A JP19252787A JPH0723681B2 JP H0723681 B2 JPH0723681 B2 JP H0723681B2 JP 62192527 A JP62192527 A JP 62192527A JP 19252787 A JP19252787 A JP 19252787A JP H0723681 B2 JPH0723681 B2 JP H0723681B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービンエンジンのロータ組立体およびガ
スタービンエンジンのロータ組立体の製造方法に関す
る。
〔従来技術及びその問題点〕
ガスタービンエンジン用ロータ組立体は、通常、デイス
クを有し、このデイスクは環状の翼型ブレードを有し、
この翼型ブレードは上記デイスクの半径方向の外周縁の
周囲を取り囲み、かつ、離間し、上記翼型ブレードは、
通常、機械的結合によってデイスクに取り付けられる。
このような広く採用されてきた方法では、例えば、各翼
型ブレードにモミの木の形の基部を設け、上記デイスク
の周縁に上記基部の形に対応する形の切取部を設け、こ
の切取部に上記翼型ブレードの基部を取り付ける。しか
しながら、このような取付方法は、中型ないし大型のガ
スタービンエンジンに採用する場合には満足し得ても、
小型のガスタービンエンジンに採用する場合には満足す
ることができない。
製造すべき構成部材の小型化は寸法的に限界があるか
ら、断面形状が翼型のブレードとこれを固定するデイス
クの大きさとを比例させることができない。これは、表
現を変えれば、ロータブレードを高速回転するデイスク
に適当に支持させるためには、上記ブレードを固定する
ための基部、すなわち、モミの木形の基部を比較的大き
くする必要がある。
性能向上の要求に対応する為に速度と温度を上げる必要
がある場合には、ロータブレードを固定するために、上
記モミの木形の基部をさらに大きくしなければならな
い。このようにしなければ、ロータデイスクの周縁に上
記ブレードの基部を固定するための部分を確保すること
ができない。その場合には、ロータのブレードをロータ
のデイスクに取り付けるための他の方法が必要になる。
その方法ではロータ基部の機械的固定を行わず、これに
より、デイスクの周縁がロータ基部で過密状態になると
いう問題を回避することができる。
英国特許第1,586,331号にはロータ組立体の製造方法に
ついて説明している。この方法では、デイスクが単純な
形状の周縁を有し、上記デイスクに環状部材を整合さ
せ、この環状部材を部分的に翼型ブレードで構成する。
上記環状部材とデイスクとの拡散接着のために、上記環
状部材とデイスクとの組立体に加熱下で平衡圧力を加え
た後、上記環状部材とデイスクとの結合線を真空中でろ
う付けする。この方法では、上記ロータブレードとデイ
スクとを機械的に結合させないので、上記ロータの基部
がデイスクで過密状態になるという問題、及び、ロータ
を小さい直径のデイスクに固定するためにロータの基部
に課せられる制約を解消することができる。
このロータ組立体の製造方法の長所は、環状部材をデイ
スクに充分満足できるように固定できる点にある。この
場合、上記環状部材とデイスクとを正確に一致させるた
めの係合を、上記環状部材とデイスクとの突合せによっ
て行わせることが困難であるから、或る部分を突合せ係
合させても、その部分から或る程度離れた部分が離れる
という状態になることがあり得る。そのために、上記環
状部材とデイスクとの間の結合線を充分満足できる程度
にシールしなければならないという問題が新たに発生
し、さらに、上記環状部材とデイスクとの結合部分の拡
散接着にバラツキが生じるという問題が発生する。
英国特許出願第2,106,425号、及び、同第2,106,016号
は、ガスタービン用ロータを開示した。この発明に基く
ロータは、加熱状態で平衡圧力を加える技術により、翼
型ブレードがデイスクの周囲に拡散接着される。そのた
めに、まず、上記翼型ブレードとデイスクの周囲がろう
付けの段階で部分的にシールされる。この時に、ろう付
け材料により上記翼型ブレードとデイスクの周囲との間
の部分が汚損されるのを防止するために、ろう付けトラ
ップが設けられる、このトラップは小さいチャンバであ
る。経験によれば、このトラップは、上記ろう付け段階
で、ろう付けの材料によって満される。
〔発明の目的〕
本発明はブレードをデイスクに拡散接着することにより
ガスタービン用ロータ組立体およびその製造方法を提供
することを目的とする。この方法は、、デイスクに対す
るブレードの位置付けの精度が従来の拡散接着よりも優
れている。
〔発明の概要〕
本発明に基くガスタービンエンジン用ロータ組立体の製
造方法は、半径方向の外周縁で軸線方向に延びる１個以
上の環状ブランジを有する金属製デイスクを製造する段
階と、翼型部分及び基部を有し、上記翼型部分は上記環
状フランジの周縁と少なくとも部分的に相補う形であっ
て軸線方向に延びる、円周方向に離間する金属製の翼型
のアレー型ブレードを製造する段階と、上記アレー型ブ
レードのフランジを上記デイスクの環状フランジに対面
させることにより、上記アレー型ブレードを上記デイス
クの半径方向外側の周縁に取り付ける段階とを備え、上
記アレー型ブレードのフランジと上記デイスクは離間し
た円形の２本の溝を有し、上記２本の溝は共働して上記
フランジの間の境界にチャンバを形成し、上記チャンバ
は円形に延びて閉じた形であって、かつ、離間し、上記
フランジは第１のチャンバと上記フランジの非支持側端
部との間で上記結合面をシールし、上記手順による組立
体を、平衡圧力の下で加熱することにより、アレー型ブ
レードと上記デイスクとの拡散接着、上記アレー型ブレ
ードのフランジと上記アレー型ブレード（１との拡散接
着、及び、上記第２のチャンバの押し潰しを行い、上記
押し潰した部分を目視することにより上記拡散接着が確
実に行われたことを確認し得ることを特徴とするもので
ある。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図によって詳細に説明する。
第１図において、ブレードを有する環状部材全体を符号
10で表す。この環状部材10は環状部材11を有し、この環
状部材11の外周縁に翼型ブレード11a,11a,…が等間隔に
離間するように設けられ、このブレード11aは上記環状
部材11の半径方向に延びる。上記ブレードを有する環状
部材10は任意の適当な方法で作られる。従って、例え
ば、プラットフォームを有する翼型ブレードを環状アレ
ー形に組み立て、隣接する翼形ブレードのプラットフォ
ームを突き当て、この突き当てた翼形ブレードを電子ビ
ーム溶接等の方法で結合させて、上記ブレードを有する
環状部材10を作ることができる。環状部材を上記以外の
製造方法で製造することもできる。この場合、上記環状
部材の周縁に断面形状が翼形の複数の長孔を設け、この
長孔にこの長孔の断面形状に対応する形状の翼形ブレー
ドを挿入し、電子ビーム溶接により、このブレードを上
記長孔に固定する。上記ブレードを有する環状部材を作
るために、必要に応じて、上記以外の方法を採用し得る
ことはいうまでもない。
第４図に示すように、上記環状部材11は２個のフランジ
12,13を有し、このフランジ12,13はそれぞれ、軸線方向
への離間のために、その軸線方向に延びるように配設さ
れる。上記ブレードを有する環状部材10の製造後に、上
記フランジ12,13の内縁を、同一の直径になるように機
械加工する。この場合、上記環状部材11の半径方向内側
の縁の直径を、上記フランジ12,13の直径より若干大き
くする。上記ブレードを有する環状部材10は、任意の適
当な合金を用いて作っても良いが、ニッケルを基材とす
る合金、特にMARM002として公知のニッケルを基材とす
る合金を用いて作るのが好ましい。
第２図にデイスク14を示す。このデイスク14は粒状合金
を用いて予め成形される。この成形の時に、上記粒状合
金を、強固に結合させるのに適当な温度及び圧力で圧縮
される。このデイスクも、ニッケルを基材とする合金で
作るのが好ましい。上記デイスク14は軸線方向に延びる
２個のフランジ15,16を設け得る形状である。このフラ
ンジ15,16を上記デイスクの各軸線の延長上の位置に設
ける。これは、上記フランジ12,13を上記環状部材11で
分離させるのと同様に、このフランジ15,16を軸線方向
に分離するさせるためである。上記デイスク14を用いて
各フランジ15,16の半径方向の外側縁を形成する。この
時に上記各フランジ12,13の内径より若干大きくし、圧
縮固化の後、この外側縁の外径を上記各フランジ12,13
の内径に等しくなるまで機械加工する。また、上記デイ
スク14の半径方向外側の縁も、圧縮固化の後、その外径
が上記各フランジ15,16の内径より若干小さくなるまで
機械加工する。
上記全てのフランジ12,13、及び、フランジ15,16を、そ
れぞれ、円周上に離間した４個の溝17,27を形成するよ
うに補足的に機械加工する。より具体的には、上記フラ
ンジ12,13の溝17,27を半径方向内側の縁に設け、上記フ
ランジ15,16の溝17,27を半径方向外側の縁に設ける。上
記フランジ12,13の溝17,27を軸線方向に等間隔に離間さ
せ、これにより、上記フランジ15,16の溝17,27が軸線方
向に離間する。
次に、上記ブレードを有する環状部材10を第３図及び第
４図に示す要領で加熱する。すなわち、上記環状部材10
が上記デイスク14の半径方向の外縁に取り付け得る大き
さになるまで熱膨張し、上記フランジ12,15の溝17,27と
上記フランジ13,16の溝17,27とがそれぞれ共働して閉鎖
形のチャンバ18,19を形成するように行う。このように
加熱すれば、上記デイスク14の直径が上記フランジ12,1
3及びフランジ15,16の直径と異なっているので、上記フ
ランジ12,13の溝17とフランジ15,16の溝27とが共働し
て、さらに他の閉鎖形のチャンバ20を形成することがで
きる。このように加熱した後、上記ブレードを有する環
状部材10と上記デイスク14とを組み立て、この組立体全
体を冷却すれば、上記環状部材11と上記デイスク14を接
触させ、従って上記フランジ12,13と上記フランジ15,16
を密着整合させることができる。このようにすれば、上
記デイスク14と上記環状部材11が上記閉鎖形環状のチャ
ンバ20を介して離間し、この構造により、上記フランジ
12,13とフランジ15,16が上記ブレードを有する環状部材
10を上記デイスク14に位置付けるための装置となる。
上記フランジ12,15は共働して露出形の環状の結合線21
を形成し、これと同様に、上記フランジ13,16は共働し
て露出形の環状の結合線22を形成する。この環状の結合
線21,22を真空蝋付けによりシールする。このシールを
行う目的は、上記フランジ12,13の上記チャンバ19の外
側にある非支持側端部と、上記フランジ15,16の上記チ
ャンバ19の外側にある非支持側端部とが係合する面をシ
ールするためである。上記閉鎖形の環状のチャンバ19の
直径を例えば2.5ミリメートルにすれば、この閉鎖形の
環状のチャンバ19にろう付けトラップの作用をさせるこ
とができる。このろう付けトラップの作用は、溶融した
ろう付け材料が上記フランジ12,13,15,16の間の係合面
の中に浸入するのを防止することであり、さらに、上記
溶融したろう付け材料が上記環状のチャンバ18と上記チ
ャンバ20との間に浸入するのを防止することである。
上記以外の溶融点の高いシール材を用いて、上記結合線
21,22をシール用しても差し支えないことは言うまでも
ない。また、上記以外のシール方法、例えば、電子ビー
ム溶接、その他の溶接方法を用いてシールすることも可
能である。
上記結合線21,22を真空中でシールした後、上記組立体
全体を平衡加圧下で加熱する。このようにして上記組立
体を1228℃、1968.6キログラム毎平方センチメートル
（28,000psi）の下で４時間加熱する。この加熱により
上記フランジ12,13,15,16を拡散接着させる。さらに、
この加熱によって、第２のチャンバ18,18,…とチャンバ
20を押し潰すことができる。これは、上記環状部材11と
デイスク14とフランジ12,13,15,16との間を、連続的に
拡散接着させるためである。上記チャンバ18,18,…の寸
法は上記加圧下で加熱する段階で押し潰すことができる
大きさ（代表的には直径が2.5ミリメートル）である。
上記チャンバ18,18,…は、押し潰されると、上記フラン
ジの表面に浅い谷を形成する。この浅い谷を利用して拡
散接着が確実に行われたことを目視で確認することがで
きる。但し、この目視確認を連続的に行うことはできな
い。その理由は、上記チャンバ18,18,…が上記シール剤
で満されることはないものの、上記チャンバ19,19,…が
上記シール剤、又は、ろう付け材料で満されるからであ
る。
上記フランジの境界面に、汚損された部分、又は、閉鎖
された部分が存在する場合には上記拡散接着を適切に行
うことができず、従って、上記チャンバ18,18,…を充分
に押し潰し得ないので、当然のことではあるが、上記フ
ランジの表面を観察することができない。そこで、上記
加圧下での加熱を行う前に、上記フランジ12,13,15,16
に「靴」を履かせる。これは、上記ブレードを有する環
状部材10を上記デイスク14に対して取り付けるためであ
る。この方法により、上記ブレードを有する環状部材10
を上記デイスク14に正確に位置決めすることができる。
加圧下での加熱する段階の終了後に、この段階で加圧し
加熱したロータ組立体を超音波検査する。この時点で
は、上記環状部材11と上記デイスク14とを拡散接着させ
た部分は、超音波で充分検査できない位置にある。その
ために、超音波により有効な検査を行うためには、超音
波プローブを検査すべき部分にほぼ直角に当てる必要が
ある。この場合、デイスク14の上記超音波プローブを当
て得ない形状の部分と、上記翼形ブレード11aの上記超
音波プローブを当て得ない位置にある部分とを除く。し
かしながら、上記フランジ12,13,15,16は、容易に超音
波検査できる形で拡散接着されるから、上記フランジ1
2,13とフランジ15,16とが充分に拡散接着されている場
合には、上記環状部材11と上記デイスク14についても同
一の方法を採用できることが判った。これは、特に、上
記取り囲まれた形のチャンバ18についていえることであ
る。その理由は、上記加圧下での加熱によって上記閉鎖
形のチャンバ18が充分に押し潰され、このチャンバ18の
中にシール剤又はろう付け材料を浸入させない状態にで
きる場合には、上記閉鎖形のチャンバ20も押し潰すこと
ができるので、上記環状部材11と上記デイスク14も拡散
接着させることができるからである。上記拡散接着が満
足し得る程度に行われていることを検出できた時に、上
記フランジ12,13,15,16に履かせた「靴」を、機械加工
により、上記フランジ12,13,15,16から取り外す。上記
フランジ12,13及び上記フランジ15,16の境界面をさらに
目視検査をしたい場合には、上記境界面の断面を観察で
きるように上記機械加工を行っても差し支えない。いず
れにせよ、上記チャンバ18の圧潰の程度は目視検査の良
い目安になる。その理由は、上記フランジの上記結合線
から遠い方の表面が環状に凹んでいるからである。
第５図に示す部材は第４図に示す部材と同様であり、符
号も共通である。第５図に示す部材が第４図に示す部材
と著しく相違する点は、第５図に示す部材の環状部材11
とデイスクとの間に、（チャンバ20に対応する）チャン
バがないことである。
以上説明した２つの実施形態においては、まず、上記ブ
レードを環状部材11の形に組み立て、この環状部材11を
上記デイスク14にほぼ拡散接着させる。これは、ロータ
の製造に好ましい方法であるだけでなく、翼形部分と基
部とを有し、断面形状が第４図及び第５図に示す環状部
材11の断面形状と同様であり、上記デイスク14の周囲の
縁に拡散接着されるアレー形の構成部材を組み立てる場
合に応用することもできる。この場合、各基部（フラン
ジ12,13に相当する）は環状セグメントの形の１個以上
のフランジを有する。このフランジは、上記デイスクに
組み立てられる時に共働して、上記デイスクのフランジ
と相補う形の環状のフランジを形成する。このフランジ
は上記デイスクのフランジに対面する。上記ロータを製
造するためには、上記後者の方法は、最初に環状部材を
作る方法に比べれば、優れているとはいい難い。その理
由は、隣接する基部を充分に拡散接着することが困難で
あり、各基部を環状セグメントの形に成形する必要があ
るからである。この各基部を環状のセグメントとして形
成するのは、上記加圧段階で、一体の形でブレードを有
するデイスクを形成するための圧縮固化を行い得るよう
にするためである。
超音波面に悪影響を与えないようにするために、通常、
上記フランジの厚さを、使用する超音波装置のタイプに
応じて選択する必要がある。その場合、上記フランジ1
2,13,15,16の厚さを7.62ミリメートル（0.3インチ）よ
り厚くするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
第１図は半径方向に延びるアレー形の翼型ブレードを備
えた環状部材の側面図、第２図はデイスクの側面図、第
３図は第１図のブレードを有する環状部材を第２図のデ
イスクの取り付けた環状部材の側面図、第４図は第３図
に示すブレードを有する環状部材とデイスクとの組立体
の部分断面図、第５図は軸線方向に延びるフランジの構
造を示す本発明に基く第２の実施形態の横断面図であ
る。 10……ブレードを有する環状部材の全体形状、11……ア
レー型ブレード、11a……翼型ブレード、12,13……フラ
ンジ、14……デイスク、15,16……フランジ、18,19……
チャンバ、20……チャンバ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半径方向の外周縁で軸線方向に延びる１個
    以上の環状フランジを有する金属製デイスクを製造する
    段階と、翼型部分及び基部を有し、上記翼型部分は上記
    環状フランジの周縁と少なくとも部分的に相補う形であ
    って軸線方向に延びる、円周方向に離間する金属製の翼
    型のアレー型ブレードを製造する段階と、上記アレー型
    ブレードのフランジを上記デイスクの環状フランジに対
    面させることにより、上記アレー型ブレードを上記デイ
    スクの半径方向外側の周縁に取り付ける段階とを備えた
    ガスタービン用ロータ組成体の製造方法において、上記
    アレー型ブレード（11）のフランジ（12,13,15,16）と
    上記デイスク（14）は離間した円形の２本の溝を有し、
    上記２本の溝は共働して上記フランジ（12,13,15,16）
    の間の境界にチャンバ（18,19）を形成し、上記チャン
    バ（18,19）は円形に延びて閉じた形であって、かつ、
    離間し、上記フランジ（12,13,15,16）は第１のチャン
    バ（18）と上記フランジ（12,13,15,16）の非支持側端
    部との間で上記結合面をシールし、上記手順による組立
    体を、平衡圧力の下で加熱することにより、アレー型ブ
    レード（11,11,…）と上記デイスク（14）との拡散接
    着、上記アレー型ブレード（11,11,…）のフランジ（1
    2,13）と上記アレー型ブレード（15,16）との拡散接
    着、及び、上記第２のチャンバ（19）の押し潰しを行
    い、上記押し潰した部分を目視することにより上記拡散
    接着が確実に行われたことを確認し得ることを特徴とす
    るガスタービンエンジン用ロータ組立体の製造方法。
  2. 【請求項２】上記アレー型ブレード（11）は複数のブレ
    ード（11a,11a,…）を有し、上記ブレード（11a）は共
    通の基部を有し、上記アレー型ブレード（11）の軸線方
    向のフランジ（12,13）は環状フランジであることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項に記載されたガスタービ
    ンエンジン用ロータ組立体の製造方法。
  3. 【請求項３】上記アレー型ブレード（11）は複数のブレ
    ード（11a,11a,…）を有し、上記各ブレード（11a）は
    それ自体の基部を有し、上記各基部は軸線方向に延びる
    フランジ（12,13）を有し、上記フランジ（12,13）は環
    状のセグメントであり、上記アレー型ブレード（11,11,
    …）を上記デイスク（14）に取り付ける段階は上記環状
    フランジのセグメント（12,13）を用いて複数のブレー
    ド（11a,11a,…）を上記デイスク（14）の周囲に取り付
    ける段階を含み、上記環状のフランジのセグメント（1
    2,13）は共働して環状フランジ（15,16）を形成し、上
    記環状フランジ（15,16）は上記デイスク（14）の環状
    フランジに対面することを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載されたガスタービンエンジン用ロータ組立体
    の製造方法。
  4. 【請求項４】上記アレー型ブレード（11,11,…）を上記
    デイスク（14）に取り付ける段階は、上記アレー型ブレ
    ード（11a,11a,…）を上記デイスク（14）の周囲に接触
    係合させる段階を有し、上記接触係合を行う範囲は上記
    アレー型ブレード（11a,11a,…）と上記デイスク（14）
    との接触面のほとんど全範囲であることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの項に記載
    されたガスタービンエンジン用ロータ組立体の製造方
    法。
  5. 【請求項５】上記アレー型ブレード（11）を上記デイス
    ク（14）に取り付ける段階は間隙（20）を形成する段階
    を有し、上記間隙は上記アレー型ブレード（11）とデイ
    スク（14）との間の部分のほとんど全範囲に亘って延
    び、上記範囲は上記第１のチャンバ（18）の上記フラン
    ジ（12,13,15,16）の非支持側端部との係合部分を含ま
    ず、上記フランジ（12,13,15,16）の非支持側端部は上
    記シール材でシールされることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項ないし第３項のいずれかの項に記載されたガ
    スタービンエンジン用ロータ組立体の製造方法。
  6. 【請求項６】上記アレー型のブレード（11）及び上記デ
    イスク（14）には、それぞれ、対を成して軸線方向に対
    向して延びるフランジ（12,13,15,16）が設けられるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のい
    ずれかの項に記載されたガスタービンエンジン用ロータ
    組立体の製造方法。
  7. 【請求項７】上記軸線方向に延びるフランジ（12,13,1
    5,16）は、平衡圧力下で加熱される段階の後に、機械加
    工されることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
    第６項のいずれかの項に記載されたガスタービンエンジ
    ン用ロータ組立体の製造方法。
  8. 【請求項８】上記第１のチャンバ（18）と上記フランジ
    （12,13,15,16）との間の部分はろう付け用合金を用い
    てシールされることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    ないし第７項のいずれかの項に記載されたガスタービン
    エンジン用ロータ組立体の製造方法。
  9. 【請求項９】複数の翼型ブレードを有し、上記複数の翼
    型ブレードは、特許請求の範囲第１項ないし第８項のい
    ずれかの項に記載されたガタービンエンジン用ロータ組
    立体の製造方法により、デイスクに拡散接着されること
    を特徴とするガスタービンエンジン用ロータ組立体。
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