CN101578440A - 筒体壁面的通孔制造方法及筒体结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种筒体壁面的通孔制造方法，其能够不依赖熟练者而容易且可靠地实施在圆筒部件的壁面上不残留加工飞边而穿设通孔的作业。这种筒体壁面的通孔制造方法在使工具(11)贯穿筒体(2)的壁面而穿设的通孔(2a、2b)的内壁面侧不产生加工飞边，包括：按照与筒体(2)的轴线(5)正交或者大致正交的方式使工具(11)从筒体(2)的外侧贯穿而在筒体壁面上穿设一对或者多对通孔(2a、2b)的钻孔工序；以及使用比筒体(2)热传导性好的材料的焊接夹具(12)，通过焊接堵住工具(11)从筒体(2)的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔(2a)的焊接工序，将工具(11)从筒体(2)的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔(2b)作为喷嘴孔(3)而保留。

Description

筒体壁面的通孔制造方法及筒体结构

技术领域

本发明涉及例如燃气轮机燃烧器的燃料喷射喷嘴这样的在通孔的内壁面侧不残留加工飞边的筒体壁面的通孔制造方法及筒体结构。

背景技术

目前，在燃气轮机燃烧器上使用的燃料喷射喷嘴上设有贯穿圆筒部件的筒体壁面到中空部而设置的燃料喷射用的孔。

图6所示的燃料喷射喷嘴1设有贯穿圆筒形状的筒体2的壁面而喷射燃料流体的喷嘴孔3。该喷嘴孔3是从筒体2的外周侧使用钻头等工具而穿设的通孔，工具在穿透壁面时，产生向筒体2的内壁面(中空部)侧突出的加工飞边。这样的加工飞边的存在给流量系数(Cd值)带来不良影响，因此成为正确控制燃料喷射量的障碍。即，为了能够降低流量系数的偏差而正确控制燃料喷射量，消除在喷嘴孔3的内壁面侧形成的加工飞边(下面，也称为“内飞边”)而形成锐边就变得重要了。

因此，在现有的燃料喷射喷嘴1上，通过机械加工贯穿壁面而穿设喷嘴孔3后，使用例如在前端部形成有锉刀的挖耳勺形状的专用特殊工具，实施通过手工作业除去内飞边的工序而进行流量调整。此外，对于这样的流量调整，规定的流量系数必须满足规定的公差(例如±10％以内)。

另外，有关在金属制的工件上进行钻孔加工而在孔的表面边缘部产生的飞边的现有技术，公开了能够在钻孔加工的同时去除飞边的除飞边兼用的钻孔方法及钻孔钻头。该方案是在利用钻头前端的减径部进行钻孔后，利用相对于钻头的轴方向具有约45度倾斜角的肩部削除表面飞边，除去飞边。(例如参照专利文献1)

专利文献1：日本特开平9-239610号公报(参照图1)

在上述的燃料喷射喷嘴1的喷嘴孔3上，需要使用专用特殊工具通过手工作业除去内飞边，因此，为了维持稳定的品质，提高作业的熟练程度是不可缺少的。即，除去内飞边的手工作业对熟练作业者的依赖程度变高，同时也是依靠直觉的作业，因此，作业时间较长而因个人差异等产生的偏差也较多之类的问题被指出。

根据这样的背景，例如在燃料喷射喷嘴上穿设的喷嘴孔那样，对于在圆筒部件的壁面上不残留加工飞边(内飞边)而穿设通孔的作业，理想的是能够不依赖熟练者而容易且可靠地实施的筒体壁面的通孔制造方法及筒体结构。

发明内容

本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种筒体壁面的通孔制造方法及筒体结构，其能够不依赖熟练者而容易且可靠地实施在圆筒部件的壁面上不残留加工飞边而穿设通孔的作业。

本发明为了解决上述的课题，采用了下述的手段。

本发明的筒体壁面的通孔制造方法，在使工具贯穿筒体壁面而穿设的通孔的内壁面侧不产生加工飞边，其中，

包括：按照与筒体轴线正交或者大致正交的方式使工具从筒体外侧贯穿，在所述筒体壁面穿设一对或者多对通孔的钻孔工序；以及使用比所述筒体热传导性好的材料的焊接夹具，通过焊接堵住所述工具从所述筒体的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔的焊接工序，保留所述工具从所述筒体的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔。

根据这样的筒体壁面的通孔制造方法，包括：按照与筒体轴线正交或者大致正交的方式使工具从筒体外侧贯穿，在筒体壁面穿设一对或者多对通孔的钻孔工序；以及使用比筒体热传导性好的材料的焊接夹具，通过焊接堵住工具从筒体的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔的焊接工序，保留工具从筒体的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔，因此，筒体为穿设有在内壁面侧形成的没有加工飞边(内飞边)的通孔的结构。

本发明的筒体结构，在使工具贯穿筒体壁面而穿设的通孔的内壁面侧没有加工飞边，其中，

设有：按照与筒体轴线正交或者大致正交的方式使工具从筒体外侧贯穿筒体壁面而在所述筒体壁面上穿设的一对或者多对通孔；以及通过焊接堵住所述工具从所述筒体的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔的密封部件，将所述工具从所述筒体的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔作为在内壁面侧没有加工飞边的通孔而保留。

根据这样的筒体结构，设有：按照与筒体轴线正交或者大致正交的方式使工具从筒体外侧贯穿筒体壁面而在筒体壁面上穿设的一对或者多对通孔；以及通过焊接堵住工具从所述筒体的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔的密封部件，将工具从所述筒体的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔作为在内壁面侧没有加工飞边的通孔而保留，因此，能够容易地制造穿设有在内壁面侧形成的没有加工飞边(内飞边)的通孔的筒体。

在上述筒体结构中，优选的是，将在所述内壁面侧没有加工飞边的通孔用作使流体从所述内壁面侧向所述外壁面侧流出的喷嘴孔，由此，对于筒体能够容易地穿设流量系数稳定的喷嘴孔。在该情况下的适宜的筒体上，具有燃气轮机燃烧器的燃料喷射喷嘴。

根据上述的本发明的筒体壁面的通孔制造方法及筒体结构，例如在燃料喷射喷嘴上穿设的喷嘴孔那样，能够不依赖熟练者或直觉而容易且可靠地实施在圆筒部件的壁面上不残留加工飞边(内飞边)而穿设通孔的作业。因此，在如燃料喷射喷嘴等那样设有通孔的圆筒部件的制造中所需要的作业时间被缩短，而且，能够取得消除因个人差异等产生的产品的偏差而使之稳定化的显著效果。

附图说明

图1是表示本发明的筒体壁面的通孔制造方法的一种实施方式的工序图，a表示钻孔工序，b表示焊接工序，c表示完成状态；

图2是图1中完成状态的A-A剖面图；

图3是表示作为利用图1所示的制造方法制造的筒体结构的一种实施方式，在燃气轮机燃烧器中使用的燃料喷射喷嘴的结构例的剖面图；

图4是表示作为本发明的其他实施方式，在双层筒体中适用的结构例的剖面图；

图5A是表示作为焊接方法的一例的TIG焊接(钨极惰性气体保护焊接)的图；

图5B是表示图5A的温度梯度的图；

图6是表示作为现有例在燃气轮机燃烧器中使用的燃料喷射喷嘴的结构例的剖面图。

标号说明

1 燃料喷射喷嘴  2 筒体        2a，2b 通孔

3 喷嘴孔        4 密封部件    6a，6b 加工飞边

11工具          12焊接夹具    20     双层筒体

21外筒          22内筒        23，24 通孔

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明的筒体壁面的通孔制造方法及筒体结构的一种实施方式。

图1是表示在使工具贯穿筒体壁面而穿设的通孔的内壁面侧未产生加工飞边的筒体壁面的通孔制造方法的工序图。在下面的说明中，在燃气轮机燃烧器的燃料喷射喷嘴(筒体壁面)1上穿设喷嘴孔(通孔)3。

适用该制造方法的燃料喷射喷嘴1如图2及图3所示，设有放射状的贯穿筒体2的壁面的三个喷嘴孔3。这三个喷嘴孔3在与燃料喷射喷嘴1的轴线正交的剖面内，配设成呈120度间距的放射状。另外，在图2及图3中，图中的标号4为后述的密封部件。

在图1a所示的钻孔工序中，按照与筒体2的轴线5正交或者大致正交的方式使工具11从筒体2的外侧贯穿，由此在筒体2的壁面上穿设一对通孔2a、2b。在图示的例子中，使用例如钻头等工具11，从筒体2的外侧上部穿过轴线5向下贯穿，由此穿设上下方向的一对通孔2a、2b。此外，为了以120度间距形成三个喷嘴孔3，以120度间距形成三对上述的通孔2a、2b。

在这样穿设的通孔2a、2b中，在向筒体2的内壁面侧贯穿工具11的通孔2a上，形成向内壁面侧突出的加工飞边(内飞边)6a，再有，在向筒体2的外壁面侧贯穿工具11的通孔2b上，形成向外壁面侧突出的加工飞边(外飞边)6b。

接着，在图1b所示的焊接工序中，使用比筒体2热传导性好的材料的焊接夹具12，通过焊接形成密封部件4，堵住工具11从筒体2的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔2a。该工序是在形成一对通孔2a、2b而用作喷嘴孔3时，用于堵住形成有对流量系数带来不良影响的加工飞边6a的通孔2a的工序。

即，该焊接工序是代替除去即使是孔径相同的通孔2a也会成为增大流量系数的偏差的原因的加工飞边6a，而利用密封部件4堵住具有内飞边的通孔2a，使其不能用作喷嘴孔3的密封焊接工序。

另一方面，向筒体2的外壁面侧突出的加工飞边6b位于对通孔2b的流量系数没有较大影响的位置，而且，通孔2b的内壁面侧成为锐边2c，因此，该通孔2b被直接用作喷嘴孔3。

即，对于工具11从筒体2的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔2b，通过与加工飞边6b一同直接保留而作为喷嘴孔3。此外，该情况下的加工飞边6b位于筒体2的外壁面侧，因此，即使在必须除去的情况下，其作业也很容易。

作为上述的燃料喷射喷嘴1的筒体2使用例如SUS304等耐热合金。另一方面，焊接夹具优选使用热传导性好的材料，例如优选铜及黄铜等铜合金或铝合金等材料。

对于焊接方法，除TIG焊接之外，有效的是激光焊接等能够使热输入比较小的焊接方法。即，将焊接产生的输入热抑制为较小，并利用通孔2a的内壁2e和从内方插入通孔2a的焊接夹具12的前端部12a，形成用于储存熔融的密封部件4的金属积存部2f，并且重要的是创造密封部件4和焊接夹具12的前端部的边界面不熔融这样的条件(图5A)。通过实现这样的条件，能够利用密封部件4堵住通孔2a，并且能够在焊接后直接从筒体2上拆下焊接夹具12，因此，能够容易地穿设流量系数稳定的喷嘴孔3。

上述的焊接夹具12的目的在于，由筒体2的通孔2a的内壁和焊接夹具12的前端部12a形成金属积存部12f，在通孔2a内易于滞留密封部件4，并且使焊接时的输入热迅速地向系统外散热。

此处，以TIG焊接的情况为一例，使用图5A进行具体说明。

在焊接工序中，用焊接焊枪30对准通孔2a的外表面2c的周缘2d而产生电弧，沿着周缘2d进行周焊接。在该过程中，筒体2的一部分母材2g与焊条31熔融，形成密封部件4。焊条31使用和筒体2相同的材料。该情况下，为了尽量抑制热输入，优选缩小电流值，以高速度进行焊接。若采用这样的焊接方法，则在利用通孔2a的内壁2e和焊接夹具12的前端部12a形成的金属积存部2f中充填熔融的密封部件4，通过该密封部件4的固化而完全地堵塞通孔2a。

另一方面，如图5A所示，焊接时的大部分输入热从金属积存部2f经由焊接夹具12的前端部12a，通过热传导移动到焊接夹具12的末端部12b，从末端部12b向空气中散热。这样，大部分的焊接热不向通孔2a、2b的周围的筒体2扩散，而是从焊接夹具12的末端部12b向空气中散热，这是因为与筒体2的热传导系数相比较，焊接夹具12的热传导系数非常大。在采用铜制的焊接夹具12的情况下，由于是焊接夹具12为铜制、筒体2为不锈钢制的组合，因此，焊接夹具/筒体的热传导系数比为20倍以上。

其结果是，从通孔2a的周缘2d向焊接夹具12的末端部12b产生例如图5B所示的温度梯度。即，金属积存部2f中滞留的熔融的密封材料4大部分由和筒体2的母材相同的材料构成，因此，热传导系数和焊接夹具12相比非常小。因此，对于焊接夹具/筒体，如果选择适当的材料的组合，则通过得到较大的焊接夹具/筒体的热传导系数比，在电弧接触的周缘2d附近的熔融的密封部件4上，在从滞留的金属积存部2f到熔接夹具的前端部12a之间，产生急剧的温度下降(图5B的区域A)。

另外，从焊接夹具12的前端部12a到末端部12b之间，使用热传导系数大的材料，因此，和熔融的密封部件4滞留的金属积存部2f相比较，是平缓的温度梯度(图5B的区域B)。

通过找出这样的组合，在焊接夹具12的前端部12a，温度被维持在熔点以下，因此，焊接结束后能够直接从筒体2上拆下焊接夹具12的条件成立。

对于上述的焊接夹具/筒体的热传导系数比，优选尽可能大的设定，至少在5倍以上，优选在10倍以上。

另外，在上述的焊接过程中，焊接焊枪30不对准通孔2a的内壁2e而是对准周缘2d，是为了使筒体2的一部分母材2g熔融且同时对准尽可能远离焊接夹具12的前端部12a的位置。即，是为了防止下述情况：如果对准距焊接夹具12的前端部12a近的位置，则前端部12a变为高温，因此，前端部12a和密封部件4熔接后难以拆下焊接结束后的焊接夹具12。

另外，在焊接工序中，向筒体2的内侧流路26每次供给少量氩气等惰性气体SG，用惰性气体密封焊接位置，防止焊接部的氧化。通过实现这样的防止氧化，能够确保熔融的密封部件4的流动性而稳定地焊接。

进一步，通过上述的热传导系数的差异，抑制了下述现象：因从密封部件4经由通孔2a的壁面向筒体2的热传导而产生的热移动现象；以及热量从密封部件4经由焊接夹具12向焊接夹具12的末端12b侧移动，进而因热传导经由通孔2b的壁面2h向周围的筒体2扩散的现象。因此，在筒体2的全体上，特别是周方向上的热量的不均匀分布被控制得较小，伴随焊接时的热输入的热变形变小。

通过采用上述那样的焊接夹具12和筒体2的组合，得到图5B所示的温度梯度，焊接夹具12的前端部12a被维持在熔点以下的温度，能够避开前端部12a的熔融现象。另外，筒体2的焊接部的热输入迅速地向空气中扩散。因此，能够防止作为喷嘴孔3的通孔2b因焊接变形而变形，维持所期望的喷嘴性能。

根据这样的筒体壁面的通孔制造方法，在筒体2的通孔2b上，没有因钻孔加工而形成的向内壁面侧突出的加工飞边(内飞边)，而在内壁面侧形成锐边2c，因此，如果正确地穿设好通孔2b的孔径，则即使不进行除飞边的作业，也能够直接用作喷嘴孔3。

即，在燃料喷射喷嘴1上形成流量系数的偏差较小的喷嘴孔3时，不需要使用专用特殊工具或依赖熟练者的除飞边作业，因此，作业的通用性提高。因此，在筒体壁面的通孔制造中，能够缩短作业时间，并且消除因个人差异等而产生的产品的偏差。

根据上述的筒体壁面的通孔制造方法制造的燃料喷射喷嘴1为在使工具11贯穿筒体2的壁面而穿设的通孔2b的内壁面侧没有加工飞边的筒体结构。这样的筒体结构的燃料喷射喷嘴1设有：通过使工具11从筒体2的外侧按照与筒体轴线5正交或者大致正交的方式贯穿筒体2的壁面而在筒体2的壁面穿设的一对或者多对通孔2a、2b；以及通过焊接而堵住工具11从筒体2的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔2a的密封部件4，将工具11从筒体2的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔2b，作为在内壁面侧没有加工飞边的喷嘴孔3用的通孔而保留。

关于燃气轮机燃烧器的燃料喷射喷嘴1，在此处表示筒体2及喷嘴孔3的具体的尺寸例。例如切削不锈钢棒料而制成的中空圆筒形状的筒体2，其外径约20mm，内径约15mm，喷嘴孔3的直径约5mm，其壁面厚度为2.5mm左右。在这样的筒体2上利用钻头等工具11进行钻孔加工时，形成突出量为0.1mm左右的加工飞边6a、6b。

根据这样的筒体结构，利用钻头等工具11能够容易地穿设没有形成为向筒体2的内壁面侧突出的加工飞边(内飞边)的通孔2b，将该通孔2b用作在流量系数上没有偏差的喷嘴孔3。其结果是，从燃料喷射喷嘴1供给的燃料如图3中空心箭头所示，如果在规定的误差范围内加工喷嘴孔3的直径，则从喷嘴孔3喷射的燃料喷射量(流量系数)处于规定的公差内而偏差很小。

即，在本发明的筒体结构中，流量系数受到影响的内壁面侧成为没有加工飞边的锐边的通孔2b适宜作为使流体从内壁面侧向外壁面侧流出的喷嘴孔3，因此，能够容易地在筒体2上穿设流量系数稳定的喷嘴孔3。

在上述的说明中，是以设有喷嘴孔3的筒体2是燃气轮机燃烧器的燃料喷射喷嘴1的情况进行的说明，但是，本发明不限于此。

例如图4所示的其他实施方式那样，在工具从外侧贯穿双层筒体20的外筒21及内筒22而穿设的通孔23、24中，也可采用穿设孔24作为喷出如箭头25所示那样流动的流体的喷嘴孔。在该情况的穿设孔24中，在作为流体出口侧的角部24b上形成加工飞边，作为流体入口侧的角部24a成为锐边，因此，这样的流体流动方向的喷嘴孔在流量系数上没有偏差。

但是，在外筒21上穿设的通孔23的情况下，锐边在外筒21的外壁面侧形成，并且也形成向内壁面侧突出的加工飞边。因此，在使流体从外筒21及内筒22之间形成的流路26向外筒21的外侧流出的情况下，向内壁面侧突出的加工飞边给流量系数带来不良影响而产生偏差。因此，对于该通孔23，利用和上述的实施形式相同的密封部件4进行堵塞。

根据上述的本发明，例如燃气轮机燃烧器的燃料喷射喷嘴1上穿设的喷嘴孔3那样，不残留向筒体2的内壁面侧突出的加工飞边(内飞边)而穿设通孔2b的作业，能够不依赖熟练者或直觉而容易且可靠地实施。因此，如燃料喷射喷嘴1等，设有通孔2b的筒体2的制造所需要的作业时间被缩短，再有，能够消除因个人差异等产生的产品的偏差(流量系数等)，使其稳定化。

另外，上述的本发明对喷射流体的喷嘴孔3的形成是适用的，但是，也适用于形成在内壁面侧没有加工飞边的通孔的情况。

另外，上述的本发明中，例如如同以90度的间距形成四个喷嘴孔3的情况那样，除了利用密封部件4堵塞的通孔与用作喷嘴孔3的通孔一致或者互相干涉的配置的情况以外，通孔的对数(喷嘴孔3的数量)等不限定于实施方式的记载，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行适当变更。

Claims (4)

1.一种筒体壁面的通孔制造方法，在使工具贯穿筒体壁面而穿设的通孔的内壁面侧不产生加工飞边，其中，包括：

按照与筒体轴线正交或者大致正交的方式使工具从筒体外侧贯穿，在所述筒体壁面穿设一对或者多对通孔的钻孔工序；以及

使用比所述筒体热传导性好的材料的焊接夹具，通过焊接堵住所述工具从所述筒体的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔的焊接工序，

保留所述工具从所述筒体的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔。

2.一种筒体结构，在使工具贯穿筒体壁面而穿设的通孔的内壁面侧没有加工飞边，其中，设有：

按照与筒体轴线正交或者大致正交的方式使工具从筒体外侧贯穿筒体壁面而在所述筒体壁面上穿设的一对或者多对通孔；以及

通过焊接堵住所述工具从所述筒体的外壁面侧向内壁面侧贯穿而穿设的通孔的密封部件，

将所述工具从所述筒体的内壁面侧向外壁面侧贯穿而穿设的通孔作为在内壁面侧没有加工飞边的通孔而保留。

3.如权利要求2所述的筒体结构，其中，将在所述内壁面侧没有加工飞边的通孔用作使流体从所述内壁面侧向所述外壁面侧流出的喷嘴孔。

4.如权利要求3所述的筒体结构，其中，所述筒体为燃气轮机燃烧器的燃料喷射喷嘴。

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