CN104937220A - 涡轮机喷嘴及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮机喷嘴的制造方法，其包括：(A)成型出一体地具备内径环部和外径环部中的一方和叶片的第1部件的步骤；(B)将内径环部和外径环部中的另一方作为第2部件进行成型的步骤；(C)以使内径环部的外侧面和外径环部的内侧面对置的方式组合第1部件和第2部件的步骤，这里，在第1部件的叶片和第2部件之间形成有间隙；(D)使焊料熔化并流入间隙，对第1部件的叶片和第2部件进行钎焊的步骤。

Description

涡轮机喷嘴及其制造方法
技术领域
本发明涉及涡轮机喷嘴及其制造方法。本发明特别涉及作为火箭发动机用涡轮泵的部件的涡轮机喷嘴及其制造方法。
背景技术
在火箭发动机中，在燃料和氧化剂的供给中使用涡轮泵(参照专利文献1)。作为该涡轮泵的部件中的1个，具有涡轮机喷嘴(turbine nozzle)。涡轮机喷嘴是发挥如下作用的部件，在使气体膨胀并减压的同时，改变气体的流向以使气体以最佳的角度冲击涡轮机叶片。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2009-222010号公报
发明内容
以往，涡轮机喷嘴作为一个部件被一体地成型加工出。这里，当要求更小型的涡轮机喷嘴时，难以通过机械加工作成狭小的流路，因此加工方法受到限制。然而，例如在放电加工的情况下，存在制造成本和制造时间增大的问题。在铸造的情况下，制造时间也长，并且在少量生产中存在成本高的问题。
本发明的1个目的在于提供能够降低涡轮机喷嘴的制造所花费的成本和时间的技术。
在本发明的1个观点中，提供涡轮机喷嘴的制造方法。涡轮机喷嘴具备：内径环部；直径比内径环部大的外径环部；以及夹在内径环部和外径环部之间的叶片。制造方法包括：(A)成型出一体地具备内径环部和外径环部中的一方和叶片的第1部件的步骤；(B)将内径环部和外径环部中的另一方作为第2部件进行成型的步骤；(C)以使内径环部的外侧面和外径环部的内侧面对置的方式组合第1部件和第2部件的步骤，这里，在第1部件的叶片和第2部件之间形成有间隙；(D)使焊料熔化并流入间隙，对第1部件的叶片和第2部件进行钎焊的步骤。
制造方法也可以在上述(C)步骤和(D)步骤之间还包括向间隙插入间隔件的步骤。
焊料也可以设置在与间隙相邻的位置的叶片的上表面上。
焊料也可以包括线状焊料和粉末焊料双方。
优选的是，第1部件一体地具备内径环部和叶片。另一方面，第2部件是外径环部。
在本发明的其他观点中，提供涡轮机喷嘴。该涡轮机喷嘴具备：内径环部；直径比内径环部大的外径环部；以及夹在内径环部和外径环部之间的叶片。内径环部和外径环部中的一方与叶片作为第1部件形成为一体。内径环部和外径环部中的另一方是第2部件。第1部件的叶片和第2部件被钎焊连接。
根据本发明，能够降低涡轮机喷嘴的制造所花费的成本和时间。
附图说明
图1是概略地表示涡轮机喷嘴的结构的俯视图。
图2是概略地表示涡轮机喷嘴的叶片的截面结构的侧视图。
图3是概念性地表示本发明的第1实施方式的涡轮机喷嘴的制造方法的俯视图。
图4是用于说明本发明的第1实施方式的涡轮机喷嘴的制造方法的俯视图。
图5是用于说明本发明的第1实施方式的涡轮机喷嘴的制造方法的侧视图。
图6是用于说明本发明的第2实施方式的涡轮机喷嘴的制造方法的俯视图。
图7是用于说明本发明的第2实施方式的涡轮机喷嘴的制造方法的侧视图。
图8是用于说明本发明的第3实施方式的涡轮机喷嘴的制造方法的侧视图。
图9是概念性地表示本发明的第4实施方式的涡轮机喷嘴的制造方法的俯视图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式的涡轮机喷嘴进行说明。
[第1实施方式]
图1是概略地表示本实施方式的涡轮机喷嘴1的结构的俯视图。涡轮机喷嘴1具备内径环部10、外径环部20和叶片30。
内径环部10和外径环部20都是具有环形状的部件。内径环部10具有内侧面11和外侧面12。外径环部20具有内侧面21和外侧面22。外径环部20的直径比内径环部10的直径大。更详细地，外径环部20的内侧面21的直径比内径环部10的外侧面12的直径大。从而，能够将内径环部10配置在外径环部20的环内，此时，内径环部10的外侧面12与外径环部20的内侧面21对置。
叶片30被夹在内径环部10和外径环部20之间。图2是概略地表示从图1中的方向A观察时的叶片30的截面结构。如图2所示，各个叶片30具有截断叶片形状。而且，如图1所示，多个叶片30呈环状配置在内径环部10和外径环部20之间的空间内。相邻的叶片30间的间隙是气体流路。
当要求更小型的涡轮机喷嘴时，该气体流路也变得狭小。在将涡轮机喷嘴作为一个部件而一体地成型加工出的情况下，难以通过机械加工精密地作成这样狭小的气体流路。因此，在本实施方式中，提出了图3所示的新的制造方法。
首先，分别成型出第1部件PA和第2部件PB。第1部件PA是一体地具备内径环部10和叶片30的部件。另一方面，第2部件PB是外径环部20。在成型出第1部件PA时，不需要为了形成气体流路而开设复杂的形状的贯通孔，只要对向外部露出的面进行加工就能够形成叶片30。即，能够将机械加工应用到第1部件PA的成型中。
接下来，将第1部件PA配置到第2部件PB(外径环部20)的环内。即，以内径环部10的外侧面12和外径环部20的内侧面21对置的方式，组合第1部件PA和第2部件PB。然后，通过“钎焊”将第1部件PA的叶片30和第2部件PB接合。由此，完成涡轮机喷嘴1。这样作成的涡轮机喷嘴1在叶片30和第2部件PB之间具有钎焊部40(焊料的接合部)。
图4和图5分别是用于更详细地说明上述“钎焊”的俯视图和侧视图。当在第2部件PB(外径环部20)的环内配置有第1部件PA时，如图4所示，在叶片30和第2部件PB(外径环部20)的内侧面21之间形成有微小的间隙50。换言之，以能够形成微小的间隙50的方式，设计第1部件PA和第2部件PB的尺寸和形状。优选的是该间隙为恒定，但并不限定于此。通过将焊料60熔化并流入该间隙50，而对第1部件PA的叶片30和第2部件PB进行钎焊。
焊料60是熔点比作为母材的第1部件PA和第2部件PB低的合金。例如，使用镍类的焊料60。这样的焊料60设置于间隙50或其附近。典型地，由于间隙50非常狭窄，所以如图4和图5所示，焊料60被设置在与间隙50相邻的位置的叶片30的上表面上。在设置焊料60后，进行加热。通过该加热，焊料60熔融，并流入间隙50。这样，对第1部件PA的叶片30和第2部件PB进行钎焊。
如以上所说明地，根据本实施方式，涡轮机喷嘴1通过对第1部件PA和第2部件PB进行钎焊来作成。当涡轮机喷嘴1小型化时，气体流路也变得狭小，但在将涡轮机喷嘴作为一个部件而一体地成型加工的情况下，难以通过机械加工精密地作成这样狭小的气体流路。另一方面，根据本实施方式，能够通过机械加工简单地作成第1部件PA和第2部件PB。从而，与放电加工和铸造的情况相比较，能够降低涡轮机喷嘴1的制造所花费的成本和时间。
[第2实施方式]
图6和图7分别是用于说明第2实施方式的钎焊的俯视图和侧视图。如上所述，当在第2部件PB的环内配置有第1部件PA时，形成微小的间隙50。因此，在钎焊后，在第1部件PA和第2部件PB之间有可能发生“偏心”。为了防止发生这样的偏心，根据第2实施方式，向间隙50插入间隔件70。在将间隔件70向间隙50插入后，与第1实施方式的情况相同地，将焊料60熔化，并流入间隙50。
作为间隔件70，举例示出镍箔。这样的间隔件70被夹在叶片30的外侧面和外径环部20的内侧面21之间。间隔件70的设置位置只要能够防止发生偏心则可以是任意的位置，优选的是在间隙50的整周均匀地配置。
根据第2实施方式，取得了与第1实施方式的情况相同的效果。除此之外，防止在第1部件PA和第2部件PB之间发生“偏心”。
[第3实施方式]
图8是用于说明第3实施方式的焊料60的概略图。在第3实施方式中，焊料60除了线状焊料61之外还包括粉末焊料62。粉末焊料62具有比线状焊料61容易熔化的性质。而且，当粉末焊料62熔化时，其变成诱导液，从而线状焊料61也开始熔化。即，在使用粉末焊料62的情况下，与没有粉末焊料62的情况相比较，线状焊料61变得容易熔化。
粉末焊料62例如设于焊料60的端部。在图8所示的例子中，在线状焊料61的两端涂布有粉末焊料62。由此，焊料60整体变得容易熔化。
也可以组合上述第2实施方式和第3实施方式。
[第4实施方式]
在上述实施方式中，一体地形成内径环部10和叶片30。在第4实施方式中，代替该方式，而一体地形成外径环部20和叶片30。参照图9，对第4实施方式的涡轮机喷嘴的制造方法进行说明。
首先，分别成型出第1部件PA和第2部件PB。在本实施方式中，第1部件PA是一体地具备外径环部20和叶片30的部件。另一方面，第2部件PB是内径环部10。
接下来，将第2部件PB(内径环部10)配置到第1部件PA的环内。即，以内径环部10的外侧面12和外径环部20的内侧面21对置的方式，组合第1部件PA和第2部件PB。然后，通过“钎焊”将第1部件PA的叶片30和第2部件PB接合。钎焊的方法与已说明的实施方式相同。这样作成的涡轮机喷嘴1在叶片30和第2部件PB之间具有钎焊部40(焊料的接合部)。
但是，在内径环部10的外侧面12形成叶片30比在外径环部20的内侧面21形成叶片30容易。其意思是指，已说明的实施方式比第4实施方式更合适。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离主旨的范围内能够由本领域技术人员进行适当变更。
本申请基于日本国专利申请号(JP2013－029430)主张条约上的优先权。在此通过引用而加入了其公开内容。

Claims (6)

1.一种涡轮机喷嘴的制造方法，所述涡轮机喷嘴具备：内径环部；直径比所述内径环部大的外径环部；以及夹在所述内径环部和所述外径环部之间的叶片，其特征在于，
所述涡轮机喷嘴的制造方法包括：
(A)成型出一体地具备所述内径环部和所述外径环部中的一方和所述叶片的第1部件的步骤；
(B)将所述内径环部和所述外径环部中的另一方作为第2部件进行成型的步骤；
(C)以使所述内径环部的外侧面和所述外径环部的内侧面对置的方式组合所述第1部件和所述第2部件的步骤，这里，在所述第1部件的所述叶片和所述第2部件之间形成有间隙；
(D)使焊料熔化并流入所述间隙，对所述第1部件的所述叶片和所述第2部件进行钎焊的步骤。
2.根据权利要求1所述的涡轮机喷嘴的制造方法，其中，
在所述(C)步骤和所述(D)步骤之间还包括向所述间隙插入间隔件的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机喷嘴的制造方法，其中，
所述焊料设置在与所述间隙相邻的位置的所述叶片的上表面上。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的涡轮机喷嘴的制造方法，其中，
所述焊料包括线状焊料和粉末焊料双方。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的涡轮机喷嘴的制造方法，其中，
所述第1部件一体地具备所述内径环部和所述叶片，
所述第2部件是所述外径环部。
6.一种涡轮机喷嘴，其具备：
内径环部；
直径比所述内径环部大的外径环部；以及
夹在所述内径环部和所述外径环部之间的叶片，
所述内径环部和所述外径环部中的一方与所述叶片作为第1部件形成为一体，
所述内径环部和所述外径环部中的另一方是第2部件，
所述第1部件的所述叶片和所述第2部件被钎焊连接。
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