JPH11324607A5 - - Google Patents

Description

【書類名】 明細書
【発明の名称】 ガスタービン、特に航空エンジン用の組み立て式ノズルリングとその製作方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】 少なくとも１個の被覆帯状体と少なくとも１個のブレードが設けられている、ガスタービン、特に航空エンジンの組み立て式ノズルリングのための製作方法において、
ビーム切断によって被覆帯状体（５，９）に少なくとも１つの形造られた切欠き（１１）を形成し、二次元的に形造られた少なくとも１つの端面側の連結範囲（３，１０）を有するブレード（２）を形成し、形造られた切欠き（１１）に連結範囲（３，１０）を差込み、そしてブレード（２）と被覆帯状体（５，９）を連結することを特徴とする製作方法。
【請求項２】 ブレード（２）がその全長にわたって二次元的に形造られて形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】 ブレード（２）の表面（１４）が三次元的に形造られて形成されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】 ブレード（２）がフライス加工またはプランジ研削によって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】 ブレード（２）が押出し成形によって製作されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項６】 形造られた切欠き（１１）がレーザビーム切断によって形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】 形造られた切欠き（１１）がウォータジェット切断によって形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】 被覆帯状体（５，９）が、形造られた切欠き（１１）及びブレード（２）の連結範囲（３，１０）、又はこれらのうちどちらか一方を形成した後でニッケルメッキされることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】 ブレード（２）と被覆帯状体（５，９）の連結が高温ろう付けによって行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】 ブレード（２）及び被覆帯状体（５，９）、又はこれらのうちどちらか一方がニッケルをベースとした合金またはチタン合金からなっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】 ブレード（２）及び被覆帯状体（５，９）、又はこれらのうちどちらか一方が合成樹脂からなっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】 ブレード（２）と被覆帯状板（５，９）の連結が接着によって行われることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】 被覆帯状体（５，９）が外側被覆帯状体であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】 ブレード（２）と反対側の被覆帯状体（５，９）の側面に支持板（８）を設け、被覆帯状体（５，９）の形造られた切欠き（１１）と一直線上に並ぶ形造られた切欠き（１３）を支持板（８）に形成し、側面（１６）から突出するブレード（２）の連結範囲（３）を支持板（８）の形造られた切欠き（１３）に嵌込み、そして連結範囲（３，１０）を支持板（８）に連結し、かつ支持板（８）を被覆帯状体（５，９）に連結することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１５】 反対側の端部の端面側に設けられた２つの二次元の連結範囲（３，１０）を有するブレード（２）が形成され、この連結範囲が外側被覆帯状体（５）におよび内側被覆帯状体（９）に付加的に連結されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】 最後のステップで、といし切断、ワイヤ放電加工等によって、組み立て式ノズルリング（１）がセグメントに分割されることを特徴とする、多数のブレード（２）が設けられ、かつそれぞれ被覆帯状体（５，９）に連結される、請求項１〜１５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１７】 少なくとも１個の被覆帯状体と、それに配置された少なくとも１個のブレードとを備えた、ガスタービン特に航空エンジンのための組み立て式ノズルリングにおいて、
ブレード（２）が端面側に、二次元的に形造られた少なくとも１個の連結範囲（３，１０）を備え、この連結範囲がビーム切断によって被覆帯状体（５，９）に形成された切欠き（１１）に挿入され、被覆帯状体に連結されていることを特徴とする組み立て式ノズルリング。
【請求項１８】 形造られた切欠き（１１）がレーザビーム切断によって形成されていることを特徴とする請求項１７記載の組み立て式ノズルリング。
【請求項１９】 ブレード（２）が高温ろう付けによって被覆帯状体（５，９）に連結されていることを特徴とする請求項１７または１８記載の組み立て式ノズルリング。
【請求項２０】 被覆帯状板（５，９）及びブレード（２）、又はこれらのうちどちらか一方の連結範囲（３，１０）がニッケルメッキされていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一つに記載の組み立て式ノズルリング。
【請求項２１】 被覆帯状体（５，９）が外側被覆帯状体であることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一つに記載の組み立て式ノズルリング。
【請求項２２】 ブレード（２）が両端の端面側に二次元的に形造られた２個の連結範囲（３，１０）を備え、この連結範囲が外側被覆帯状体（５）と内側被覆帯状体（９）に付加的に連結されていることを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか一つに記載の組み立て式ノズルリング。
【請求項２３】 ブレード（２）の表面が三次元的に形造られて形成されていることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一つに記載の組み立て式ノズルリング。
【請求項２４】 ブレード（２）と反対側の被覆帯状体（５，９）の側面に支持板（８）が設けられ、支持板（８）が被覆帯状体（５，９）の形造られた切欠き（１１）と一直線上に並ぶ形造られた切欠き（１３）を備え、ブレード（２）の連結範囲（３）が支持板（８）の形造られた切欠き（１３）に挿入され、連結範囲（３，１０）が支持板（８）に連結し、支持板（８）が高温ろう付けによって被覆帯状体（５，９）に連結されていることを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか一つに記載の組み立て式ノズルリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン用の組み立て式ノズルリングと、少なくとも１個の被覆帯状体と少なくとも１個のブレードが設けられている、ガスタービン、特に航空エンジンの組み立て式ノズルリングのための製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
組み立て式ノズルリングは、一般的に、リング状の外側被覆帯状体と、多数のブレードと、場合によってリング状の内側被覆帯状体とを備えた一体の部品である。組み立て式ノズルリングは例えば航空エンジンの高圧圧縮または低圧圧縮に使用される。
【０００３】
従来の製作方法の場合には、先ず最初にブレードと外側のプラットフォームからなる一体の静翼が、鍛造、鋳造または電気化学的加工（ＥＣＭ）によって製作される。続いて、一般的に、このような４〜６個の静翼がろう付けされてセグメントとなる。このような方法の場合、製作コストが比較的に高いという欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、できるだけ簡単にかつ低コストで実施可能である、冒頭に述べた種類のガスタービンの組み立て式ノズルリングのための製作方法を提供することである。更に、低コストで製作可能な組み立て式ノズルリングを提供すべきである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
製作方法に関する課題は本発明に従い、ビーム切断によって被覆帯状体に少なくとも１つの形造られた切欠きを形成し、二次元的に形造られた少なくとも１つの端面側の連結範囲を有するブレードを形成し、形造られた切欠きに連結範囲を差込み、そしてブレードと被覆帯状体を連結することによって解決される。
【０００６】
ブレードは好ましくはその全長にわたって二次元的に形造られて形成されるかまたは角柱状に形成される。この場合、ブレードは好ましくは押出し成形によって製作される。
【０００７】
その代わりに、ブレードの表面が三次元的に形造られて形成されていると有利である。
【０００８】
形造られた切欠きが（高圧）レーザビーム切断によって形成されると有利である。なぜなら、この方法によって、例えば打ち抜きと異なり、再現可能な形状を有する切欠きが、隣接する縁部領域を変形することなく製作可能であるからである。レーザビーム切断後、ビーム出口側の角を削る必要がある。レーザビーム切断によって、形造られた切欠きの入口エッジと出口エッジに約0.1 〜0.2 ｍｍの比較的に小さな半径を形成することができる。切欠きの入口エッジおよび出口エッジの半径に対する、被覆帯状体の約２〜３ｍｍの壁厚の大きな比に基づいて、切欠きの打ち抜きは適していないかあるいは不可能である。
【０００９】
その代わりに、形造られた切欠きがウォータジェット切断によって形成されると有利である。なぜなら、この方法またはウォータジェット案内式レーザビーム切断により、形造られた切欠きの入口エッジと出口エッジに約0.1 〜0.2 ｍｍ比較的に小さな半径が形成可能であるからである。
【００１０】
ブレードと被覆帯状体の連結が高温ろう付けによって行われると有利である。この場合、ろう品質を改善するために、被覆帯状体が、形造られた切欠き及びブレードの連結範囲、又はこれらのうちどちらか一方を形成した後で化学的にまたは電気メッキ的にニッケルメッキされると有利である。
【００１１】
例えば航空エンジンの高圧圧縮機で使用するために、ブレード及び被覆帯状体、又はこれらのうちどちらか一方がニッケルをベースとした合金からなっていると有利である。この方法は鉄合金またはチタン合金あるいはTiAlのような材料の場合にも有利に適用可能である。
【００１２】
例えば試験台における設計のための他の用途では、ブレード及び被覆帯状体、又はこれらのうちどちらか一方が合成樹脂からなっている。この場合、ブレードと被覆帯状板の連結は好ましくは接着等によって行われる。
【００１３】
有利な実施形では、被覆帯状体がＵ字状に形成された外側被覆帯状体である。
【００１４】
方法は次の他のステップを有する。すなわち、ブレードと反対側の被覆帯状体の側面に支持板を設け、被覆帯状体の形造られた切欠きと一直線上に並ぶ形造られた切欠きを支持板に形成し、側面から突出するブレードの連結範囲を支持板の形造られた切欠きに嵌込み、そして連結範囲を支持板に連結し、かつ支持板を被覆帯状体に連結する。被覆帯状体の範囲でのブレードのこのような支持により、組み立てられた静翼の耐震性が高まり、慣用の方法で製作された静翼の耐震性が達成可能である。支持板の形造られた切欠きは例えば、打ち抜きまたはレーザビーム切断によって形成可能である。支持体と被覆帯状体との連結は好ましくは、高温ろう付けによって行われる。このような場合、支持板はろう品質を改善するために同様にニッケルメッキ可能である。
【００１５】
好ましい実施形では、反対側の端部の端面側に設けられた２つの二次元の連結範囲を有するブレードが形成され、この連結範囲が外側被覆帯状体におよび内側被覆帯状体に付加的に連結される。その際、ブレードはそれぞれ端面側で、外側被覆帯状体と内側被覆帯状体との連結のために二次元的に形造られ、ブレード表面の範囲において二次元的にまたは三次元的に形造ることが可能である。内側被覆帯状体の側面には好ましくは、蜂の巣シールまたは蜜房が取り付けられ、ＨＴろう付けによって接合される。
【００１６】
好ましくは多数のブレードが設けられる。この場合、方法の最後のステップでは、といし切断、ワイヤ放電加工等によって、組み立てられたノズルリングがセグメントに分割される。このような実施形では、被覆帯状体がリング状に形成され、ブレードの数に一致する数の切欠きを有する。この切欠きは最後に例えば４個または６個のブレードによって分離されてセグメントになる。
【００１７】
組み立てられたノズルリングに関する本発明による解決策は、ブレードが端面側に、二次元的に形造られた少なくとも１個の連結範囲を備え、この連結範囲がビーム切断によって被覆帯状体に形成された切欠きに挿入され、被覆帯状体に固定または連結されていることを特徴とする。
【００１８】
有利な実施形では、形造られた切欠きがレーザビーム切断によって形成されている。なぜなら、これによって、形造られた切欠きの入口エッジと出口エッジに約0.1 〜0.2 ｍｍの比較的に小さな半径を再現可能であり、その際隣接する縁部範囲を変形しないからである。
【００１９】
ブレードは好ましくは高温ろう付けによって被覆帯状体に連結されている。この場合、被覆帯状板及びブレード、又はこれらのうちどちらか一方の連結範囲がニッケルメッキされていると有利である。
【００２０】
ブレードが両端の端面側に二次元的に形造られた連結範囲を備え、この連結範囲が外側被覆帯状体と更に内側被覆帯状体に連結されていると有利である。
【００２１】
本発明の他の実施形は従属請求項に記載されている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図を参照して実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００２３】
図１は、見やすくするために、全体を１で示した組み立て式ノズルリング（静翼ディスクリム）の重要部品に制限した概略側面図である。このノズルリングは例えば航空エンジンの高圧圧縮機に使用される。組み立て式ノズルリング１はブレード２を有する。このブレードはその端面側の両端に設けられた１つの連結範囲３，１０と、１つのブレード表面４と、リング状の外側被覆帯状体５と、リング状の内側被覆帯状体９を備えている。これらの部品は例えば旋削によって作られている。組み立て式ノズルリング１はニッケルをベースとした合金からなっている。その代わりに、ノズルリング例えばチタン合金またはTiAlからなっていてもよい。
【００２４】
両連結範囲３，１０が二次元で形成されているのに対し、ブレード２の残りの部分は三次元プロフィルを有する。ブレード２は本実施の形態ではフライス加工によって作られている。その代わりに、ブレード２はその全長にわたって二次元のプロフィルを有していてもよく、例えば押出し成形によって低コストで製作してもよい。
【００２５】
外側被覆帯状体５または内側被覆帯状体９はそれぞれ、内側に向いた側面６または１２を備えている。この側面にはそれぞれ、形造られた切欠き１１がビーム切断によって形成されている。形造られた切欠き１１はそれぞれの被覆帯状体５または９に沿って等間隔をおいて形成されている。この場合、用途に応じて、不規則に分布させて設けてもよい。切欠きはブレード２の連結範囲３，１０のプロフィルに対応する形を有する。空気力学的な理由から、形造られた切欠き１１は入口エッジ１４または出口エッジ１５の範囲に比較的に小さな0.1 〜0.2 ｍｍの半径を有する。この場合、外側被覆帯状体５と内側被覆帯状体１０の壁厚は一般的に約２〜３ｍｍである。入口エッジ１４と出口エッジ１５において小さな半径で再現可能に、かつ形造られた切欠き１１に接する外側被覆帯状体５と内側被覆帯状体９の範囲に変形を生じないで、形造られた切欠き１１を製作できるようにするために、この切欠きはレーザビーム切断によって形成される。
【００２６】
変形例では、例えば窒素のような不活性切断ガスを使用して、高圧レーザビーム切断によって形成される。これにより、金属的に輝く（むきだしの）切断面が生じる。この切断面は、例えば真空−高温−ろう付けによる後続の接合プロセスにとって有利である。レーザビーム切断の後で、ビーム出口側、すなわちそれぞれ内側に向いた、外側被覆帯状体５と内側被覆帯状体９の側面６，１２と反対側の側面１６は、場合によって角を削らなければならない。
【００２７】
レーザビーム切断による形造られた切欠き１１の形成に続いて、ブレード２と外側被覆帯状体５と内側被覆帯状体９の後続の連結の際にろう付け継ぎ目の品質を改善するために、両被覆帯状体５，９は完全に（化学的または電気メッキ的に）ニッケルメッキされる。この理由から、ブレード２の両連結範囲３，１０もニッケルメッキされる。
【００２８】
高温ろう付けの前に、ブレード２の連結範囲３，１０は外側被覆帯状体５と内側被覆帯状体９に形成された切欠き１１に嵌め込まれ、例えば点溶接（軌道溶接）によってあるいは他の適当な方法で固定される。続いて、ろうがそれぞれ連結領域に塗布され、ブレード２が高温ろう付けによって被覆帯状体５，９に連結される。
【００２９】
塗り込みろう付けの後で、内側被覆帯状態９は内側に向いた側面１２と反対側のその側面１８が研削または場合によっては旋削される。続いて、側面１８に蜂の巣シールが塗布され、ＨＯ−ろう付けによって側面に連結される。この場合、蜂の巣シールのためのろうの作動温度は、挿入ろう付けのためのろうの溶融温度よりも低い。
【００３０】
図２に示した、組み立て式ノズルリング１の場合には、ブレード２と反対側の外側被覆帯状体５の側面１６に、支持板８が設けられている。この支持板にはそれぞれ、外側被覆帯状体５の形造られた切欠き１１と一直線上に並んで、形造られた切欠き１３が形成されている。この形造られた切欠き１３は同様に、レーザビーム切断によって作ることができる。この場合、打ち抜きのような他の方法でも可能である。この実施の形態では、ブレード２の二次元連結範囲３′は延長し、それぞれ外側被覆帯状体５の形造られた切欠き１１に、そして支持板８の形造られた切欠き１３に嵌め込まれ、上記の方法で高温−ろう付けによって支持板に連結される。同様に、支持板８はＵ字状の外側被覆帯状体５の両脚部１４に連結される。支持板８は全体にわたって延びる帯状体としてあるいはそれぞれ外側被覆帯状体５の形造られた切欠き１１の範囲に設けられた個々の板として設けることができる。このような支持板８は、内側被覆帯状体９を備えているかまたは備えていない組み立て式ノズルリング１の場合に設けることができる。
【００３１】
図３は外側被覆帯状体５の一部とその内側の側面１２と両脚部１７の平面図である。この脚部は図面の背後に設けられている。形造られた切欠き１１は外側被覆帯状体５に沿って等間隔で設けられ、その入口エッジ１４と出口エッジ１５のところに、比較的に小さな0.1 〜0.2 ｍｍの半径を有する。外側被覆帯状体５の壁厚は約２〜３ｍｍである。形造られた切欠き１１はレーザビーム切断によって再現可能に、かつ隣接する外側被覆帯状体５の縁部範囲を変形しないで形成される。その際、その後のろう付けの品質に悪影響を与えることなく、入口エッジ１４と出口エッジ１５の半径を少しだけ大きくすることができる。
【００３２】
リング状の外側被覆帯状体５と場合によっては内側被覆帯状体９によって製作された組み立て式ノズルリング１は、ワイヤ放電加工（ワイヤＥＤＭ）、といし切断または他の適当な方法によって、半分に分割されるかまたは例えば４弧または６個のブレード２を有するセグメントに分割される。その代わりに、組み立て式ノズルリング１は個々の案内翼２に分割可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による組み立て式ノズルリングの実施の形態の概略側面図である。
【図２】
本発明による組み立て式ノズルリングの他の実施の形態の概略側面図である。
【図３】
図１と図２の実施の形態による被覆帯状体の概略平面図である。
【符号の説明】
１ ノズルリング
２ ブレード
３，１０ 連結範囲
４ ブレード表面
５，９ 被覆帯状体
８ 支持板
１１ 切欠き
１３ 切欠き
１６ 側面