FR2514072A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A BLADE FOR A GAS TURBINE ENGINE - Google Patents
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Abstract
PROCEDE DE FABRICATION D'UNE AUBE, COMPRENANT UN CORPS 20 A PROFIL AERODYNAMIQUE QUI PRESENTE UNE CAVITE INTERNE 21. ON FORME A L'EXTREMITE DU BORD DE FUITE 23 UNE RAINURE DONT LES PAROIS 24A, 24B S'ETENDENT SELON LA LONGUEUR DE CETTE EXTREMITE, ET QUI EST SEPAREE DE LA CAVITE 21 PAR UNE CLOISON 25, ET ON PERCE ENSUITE DANS CETTE CLOISON 25 DES TROUS 26 RELIANT LA CAVITE 21 A LA RAINURE. ON PEUT ENSUITE REPOUSSER LES PAROIS 24A, 24B POUR FORMER UNE FENTE ETROITE 22. APPLICATION NOTAMMENT AUX AUBES POUR MOTEUR A TURBINE A GAZ.PROCESS FOR MANUFACTURING A VANE, INCLUDING A BODY 20 WITH AN AERODYNAMIC PROFILE WHICH PRESENTS AN INTERNAL CAVITY 21. A GROOVE IS FORMED AT THE END OF THE TRAILING EDGE 23 OF WHICH THE WALLS 24A, 24B EXTEND DEPENDING ON THE LENGTH OF THIS END , AND WHICH IS SEPARATED FROM CAVITY 21 BY A PARTITION 25, AND THEN HOLES 26 CONNECTING CAVITY 21 TO THE GROOVE IN THIS PARTITION 25, HOLES 26 CONNECTING CAVITY 21 TO THE GROOVE. THE WALLS 24A, 24B CAN THEN BE PUSHED IN TO FORM A NARROW SLOT 22. APPLICATION IN PARTICULAR TO BLADES FOR A GAS TURBINE ENGINE.
Description
1 25140721 2514072
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une aube The present invention relates to a method of manufacturing a dawn
pour moteur de turbine à gaz.for gas turbine engine.
On connait de telles aubes qui comprennent un corps à profil aérodynamique comportant une portion, connue sous le nom de "bord de fuite", dans laquelle l'épaisseur du corps est progressivement réduite jusqu'à une extrémité aval libre Il est également connu de refroidir le bord de fuite par de l'air passant d'une cavité ménagée dans le corps à travers des trous Such vanes are known which comprise an aerodynamic body having a portion, known as the "trailing edge", in which the thickness of the body is gradually reduced to a free downstream end. It is also known to cool the trailing edge by air passing from a cavity in the body through holes
qui traversent le bord de fuite et débouchent à ladite extrémité. which cross the trailing edge and open at the said end.
Une telle disposition limite la possibilité de réduire la largeur de l'extrémité du bord de fuite autant que peuvent l'exiger des raisons aérodynamiques D'un autre côté, cette disposition renforce la nécessité pour lesdits trous de présenter un grand rapport longueur sur diamètre La raison en est que, pour une dimension donnée de la cavité, si l'épaisseur moyenne du bord de fuite doit être réduite, la cavité doit être située plus loin de l'extrémité libre Ceci exige à son tour que les trous soient plus profonds et entraîne les difficultés de fabrication liées au perçage de trous Such an arrangement limits the possibility of reducing the width of the end of the trailing edge as much as aerodynamic reasons may require. On the other hand, this arrangement reinforces the need for said holes to have a great length-to-diameter ratio. This is because, for a given dimension of the cavity, if the average thickness of the trailing edge is to be reduced, the cavity must be located further from the free end. This in turn requires the holes to be deeper and causes manufacturing difficulties related to drilling holes
profonds de faible diamètre.deep, small diameter.
Selon l'invention, le procédé de fabrication d'une aube pour moteur à turbine à gaz, qui comprend un corps de section aérodynamique avec une cavité internes comprend les étapes suivantes: a) produire à l'extrémité de fuite du corps une rainure Vant des parois latérales qui s'étendent suivant la longueur de ladite extrémité, et une paroi de fond qui définit une cloison entre la rainure et la cavité, et b) produire des trous dans cette paroi de fond pour relier la According to the invention, the method of manufacturing a gas turbine engine blade, which comprises an aerodynamic section body with an internal cavity comprises the following steps: a) producing at the leakage end of the body a groove Vant sidewalls extending along the length of said end, and a bottom wall defining a partition between the groove and the cavity, and b) producing holes in this bottom wall to connect the
cavité et la rainure.cavity and groove.
Le procédé peut comprendre l'étape consistant à repousser les parois l'une vers l'autre, de façon à produire à l'extrémité libre des parois une The method may include the step of pushing the walls towards each other, so as to produce at the free end of the walls a
fente ayant une largeur moindre que la largeur originelle de la rainure. slot having a width less than the original width of the groove.
L'invention permet de positionner la cavité relativement loin de l'extrémité du bord de fuite, sans que ceci entraîne des trous de profondeur indue L'invention permet également d'avoir une extrémité de bord de fuite The invention makes it possible to position the cavity relatively far from the end of the trailing edge, without this resulting in holes of undue depth. The invention also makes it possible to have a trailing edge end.
plus étroite que dans le cas o les trous débouchent à cette extrémité. narrower than in the case where the holes open at this end.
L'invention va être maintenant décrite en détail à titre d'exemple, The invention will now be described in detail by way of example,
en référence aux dessins annexés. with reference to the accompanying drawings.
La figure 1 est une vue perspective d'une aube de rotor de turbine pour moteur à turbine à gaz, Les figures 2 à 4 sont des coupes transversales à travers l'aube de la figure 1 à différents stades de fabrication, les figures 3 et 4 étant des fragments représentés à plus grande échelle, FIG. 1 is a perspective view of a turbine rotor blade for a gas turbine engine. FIGS. 2 to 4 are cross sections through the blade of FIG. 1 at different stages of manufacture, FIGS. 4 being fragments represented on a larger scale,
-2 22514072-2 22514072
La figure 5 est une vue en élévation correspondant à la figure 3. Figure 5 is an elevational view corresponding to Figure 3.
En se reportant à la figure 1, on voit que l'aube comprend une racine 18 en sapin, une plateforme 19 et un corps 20 à profil aérodynamique et qui comprend un bord de fuite 23 dont la forme désirée ou finale est représentée en traits pleins On a pratiqué un arrachement dans le corps pour montrer une cavité 21 et une fente 22 pratiquée dans l'extrémité libre 23 a du bord de fuite pour l'échappement de l'air de refroidissement provenant de la cavité 21 pour refroidir le bord de fuite L'air de refroidissement est Referring to FIG. 1, it can be seen that the blade comprises a stem 18 made of fir, a platform 19 and a body 20 with an aerodynamic profile and which comprises a trailing edge 23 whose desired or final shape is represented in solid lines. A tear in the body was made to show a cavity 21 and a slot 22 formed in the free end 23a of the trailing edge for the exhaust of the cooling air from the cavity 21 to cool the trailing edge The cooling air is
amené à la cavité par des moyens non représentés, mais qui sont en eux- brought to the cavity by means not shown, but which are in themselves
mêmes bien connus et qui comprennent normalement des canaux traversant la same well known and normally include channels crossing the
racine de l'aube et communiquant avec une source d'air à haute pression. root of dawn and communicating with a source of high pressure air.
Pour assurer le profil aérodynamique de l'aube, le bord de fuite doit être effilé et mince, l'extrémité 23 a ayant une largeur W (fig 4) qui doit être aussi faible que le permettent des considérations pratiques, telles que To ensure the aerodynamic profile of the blade, the trailing edge must be tapered and thin, the end 23a having a width W (FIG. 4) which must be as small as practical considerations, such as
la résistance mécanique.mechanical resistance.
Comme le montrent les figures 2 à 5, l'aube est d'abord moulée sous forme d'ébauche 17 a (fig 2) un noyau étant prévu dans le moule pour former la cavité 21 Le moule pour l'ébauche est conformé de façon à produire une section aérodynamique pour le corps 20 ayant sensiblement la forme désirée, mais à produire un bord de fuite 23 X dont la largeur WX est sensiblement supérieure à la largeur W. L'ébauche 17 a est alors prise dans un mohtage et on produit dans le bord de fuite une rainure 24 (fig 3 et 5) Un certain nombre de procédés sont disponibles pour produire la rainure 24, mais il est préféré de la produire par usinage par décharge électrique On voit sur les figures 3 et 5 que la rainure est relativement large et par conséquentrelativement facile à produire, et qu'il reste deux minces parois latérales 24 a, 24 b divergeant l'une de l'autre à la façon d'une queue d'aronde La rainure est disposée de façon que sa paroi de fond, désignée par 25, forme une cloison entre la As shown in FIGS. 2 to 5, the blade is first molded in the form of a blank 17a (FIG. 2), a core being provided in the mold to form the cavity 21. The mold for the blank is shaped in such a way to produce an aerodynamic section for the body 20 having substantially the desired shape, but to produce a trailing edge 23 X whose width WX is substantially greater than the width W. The blank 17a is then taken in a mohtage and produced in the trailing edge a groove 24 (FIGS. 3 and 5) A number of methods are available to produce the groove 24, but it is preferred to produce it by machining by electric discharge. It is seen in FIGS. 3 and 5 that the groove is relatively wide and consequentelelatively easy to produce, and that there remain two thin sidewalls 24a, 24b diverging from each other in the manner of a dovetail The groove is arranged so that its bottom wall, designated 25, forms a partition between the
rainure et la cavité 21.groove and cavity 21.
Dans une troisième étape de la fabrication, des trous 26 sont percés à travers la paroi 25 pour relier la rainure 24 et la cavité 21 Ces trous s'étendent suivant la ligne de cambrure C de la section de l'aube, et l'accès à la paroi 25 pour l'opération de perçage est facilité par la rainure 24 o Les trous sont de préférence percés par usinage par décharge électrique, In a third stage of manufacture, holes 26 are drilled through the wall 25 to connect the groove 24 and the cavity 21. These holes extend along the line of camber C of the section of the blade, and the access to the wall 25 for the drilling operation is facilitated by the groove 24 o The holes are preferably drilled by machining by electric discharge,
bien qu'il y ait manifestement une série d'autres procédés disponibles. although there is obviously a series of other processes available.
A un quatrième stade de la fabricationles parois divergentes 24 a, 24 b sont déformées et repoussées l'une vers l'autre, par exemple à la presses pour refermer la rainure 24 de façon que les extrémités des parois forment At a fourth stage of manufacture the diverging walls 24a, 24b are deformed and pushed towards each other, for example at the presses to close the groove 24 so that the ends of the walls form
3 25 14072 -3 25 14072 -
entre elles la fente 22 Les dimensions de l'ébauche 17 a et de la rainure 24 sont choisies de sorte qu'après cette déformation le bord de fuite 23 ait between them the slot 22 The dimensions of the blank 17a and the groove 24 are chosen so that after this deformation the trailing edge 23 has
sensiblement la forme voulue.substantially the desired shape.
L'opération de pressage est exécutée au moyen d'une paire d'outils de presse 29, 30 Dans un exemple de réalisation, une aube en alliage à base de nickel connu sous la désignation IN 100 a pû subir la déformation voulue à la température ambiante Toutefois, si nécessaire, l'ébauche peut The pressing operation is carried out by means of a pair of press tools 29, In an exemplary embodiment, a nickel-based alloy blade known under the designation IN 100 has been able to undergo the desired deformation at the temperature However, if necessary, the sketch can be
être chauffée à la température appropriée pour faciliter la déformation. be heated to the appropriate temperature to facilitate deformation.
De préférence la rainure est dimensionnée de telle sorte que les parois 24 a, 24 b sont effilées et que, lorsque les outils 29, 30 sont appliqués, les parois fléchissent de telle façon que la forme extérieure correcte de l'aube est obtenue Toutefois une plaque de calibrage 28 (fig 4) Preferably the groove is dimensioned so that the walls 24a, 24b are tapered and when the tools 29, 30 are applied, the walls flex so that the correct outer shape of the blade is obtained. calibration plate 28 (fig 4)
est introduite pour contrôler la dimension de la fente 22. is introduced to control the size of the slot 22.
On notera que des dispositions spéciales doivent être prises aux extrémités de la fente 22 A cet effet, comme le montre la figure 5, la portion terminale 31 de la rainure 24, adjacente à la plateforme 19, présente une largeur progressivement réduite et se termine à une distance D de la plateforme quelque peu inférieure à une distance E à laquelle une nervure de Note that special arrangements must be made at the ends of the slot 22 For this purpose, as shown in Figure 5, the end portion 31 of the groove 24, adjacent to the platform 19, has a gradually reduced width and ends at a distance D of the platform somewhat less than a distance E at which a rib of
raccord 32, prévue entre le corps 20 et la plateforme 19, rejoint le corps. fitting 32, provided between the body 20 and the platform 19, joins the body.
La forme finale du bord de fuite 23 est représentée en tirets. The final shape of the trailing edge 23 is shown in dashed lines.
Comme le montre aussi la figure 5, à la pointe de l'aube, l'ébauche et la rainure-ont des portions 33 et 34 respectivement qui ont une largeur progressivement réduite pour faciliter l'obtention de la forme finale As also shown in FIG. 5, at the tip of the blade, the blank and the groove have portions 33 and 34, respectively, which have a progressively reduced width in order to facilitate obtaining the final shape.
représentée en tirets.represented in dashes.
Il peut être nécessaire de terminer la fabrication de l'aube de différentes façons Ainsi il serait probablement nécessaire de fermer la pointe de l'aube par un chapeau 36 (fig 1) brasé ou soudé, et la surface aérodynamique elle-même peut exiger encore une finition De même la racine 12 devra sans doute être usinée à ses dimensions finales et des canaux pour It may be necessary to finish the dawn manufacturing in different ways Thus it would probably be necessary to close the dawn tip with a brazed or welded bonnet 36 (Fig 1), and the aerodynamic surface itself may still require a finish Also the root 12 will probably have to be machined to its final dimensions and channels for
l'air de refroidissement devront être percés dans cette racine. cooling air will have to be drilled into this root.
Ainsi l'aube finale est produite avec une fente étroite dans un mince bord de fuite sans qu'on ait à exécuter le difficile usinage dela fente très étroite 22 En outre les trous 26 de faible diamètre sont percés à travers une pièce assez courte de matériau solide, et à partir d'une position commode de départ proche de la paroi 25, de sorte qu'ils peuvent être positionnés-avec précision pour rendre minimales toutes les concentrations Thus the final dawn is produced with a narrow slot in a thin trailing edge without having to perform the difficult machining of the very narrow slot 22 In addition the small diameter holes 26 are drilled through a rather short piece of material solid, and from a convenient starting position close to the wall 25, so that they can be positioned accurately to make minimum all concentrations
de contraintes causées par une position imprécise des trous. constraints caused by imprecise position of the holes.
Il faut également noter que le procédé selon l'invention peut aussi- It should also be noted that the method according to the invention can also
bien s'appliquer à une aube forgée Dans ce cas l'ébauche serait forgée de façon classique à la section de la figure 2, la cavité 21 étant obtenue par in this case the blank would be forged in the conventional manner to the section of FIG. 2, the cavity 21 being obtained by
4 25 140724 25 14072
usinage électrochimique par exemple 7 et les étapes décrites plus haut electrochemical machining for example 7 and the steps described above
seraient appliquées à l'ébauche forgée. would be applied to the forged blank.
On comprend aussi que, bien que décrite en référence à une aube de rotor, l'invention est applicable à la fabrication de toute aube de rotor ou de stator exigeant un bord de fuite fendu pour n'importe quelle raison It is also understood that, although described with reference to a rotor blade, the invention is applicable to the manufacture of any rotor blade or stator requiring a split trailing edge for any reason
(par exemples refroidissement ou contrôle de la couche limite). (eg cooling or boundary layer control).
Il a été trouvé qu'avec une aube fabriquée -selon le procédé conforme à l'invention, la largeur W de l'extrémité terminée du bord de fuite peut être plus faible que la largeur correspondante d'une aube dans laquelle des trous de refroidissement sont prolongés jusqu'à cette extrémité De plus la paroi 24 a du côté concave ou plus chaud de l'aube peut être rendue plus courte que la paroi 24 b, comme représenté en 24 e (fig 4) Ceci améliore It has been found that with a blade manufactured - according to the method according to the invention, the width W of the finished end of the trailing edge may be smaller than the corresponding width of a blade in which cooling holes The wall 24a on the concave or warmer side of the blade may be made shorter than the wall 24b, as shown in 24e (FIG. 4).
encore la largeur effective W et la tenue thermique de la paroi 24 a. still the effective width W and the thermal resistance of the wall 24 a.
Le repoussage l'une vers l'autre des parois 24 a, 24 b de la rainure est souhaitable non seulement pour permettre de commencer la fabrication avec une rainure assez large pour donner accès au perçage des trous, mais aussi pour assurer que la section de débit de la fente 22 n'est pas supérieure à la section de débit combinée des trous La considération de section est nécessaire pour garantir que les débits destrous individuels forment un courant commun en sortant de la fente 22, et que l'air est à nouveau accéléré après la diffusion qui se produit inévitablement à la Pushing the walls 24a, 24b of the groove toward each other is desirable not only to allow the manufacture to begin with a groove large enough to provide access to the drilling of the holes, but also to ensure that the slit 22 flow rate is not greater than the combined flow section of the holes Section consideration is necessary to ensure that the individual detrimental flow rates form a common stream exiting the slit 22, and that the air is again accelerated after the diffusion that inevitably occurs at the
sortie des trous.exit from the holes.
La profondeur de la rainure 24 et la divergence des surfaces en regard des parois 24 a, 24 b, dépendent de la distance entre la cavité 21 et l'extrémité du bord de fuite Normalement la profondeur de la rainure ne dépasse pas ce qui est nécessaire pour réduire tout problème dans le percage de trous d'une longueur relativement grande La largeur de la rainure est choisie pour donner accès à l'outil de perçage Dans certains cas il peut suffire que les surfaces en regard des parois 24 a, 24 b, soient parallèles plutôt que divergentes, comme le montre une rainure 27 (fig 3) Il peut alors être possible de ne pas repousser les parois l'une vers l'autre, spécialement si l'une des parois est ius courte que l'autre, comme mentionné plus haut, et si le flux à travers les trous a une vitesse élevée, comparée au flux des gaz sur l'extérieur de l'aube Quand ces surfaces en regard sont parallèles la largeur WOX de l'ébauche 17 a (fig 2) est bien entendu convenablement réduite par rapport au cas o ces surfaces en regard sont divergentes. The depth of the groove 24 and the divergence of the surfaces facing the walls 24a, 24b, depend on the distance between the cavity 21 and the end of the trailing edge Normally the depth of the groove does not exceed what is necessary to reduce any problem in drilling holes of a relatively long length The width of the groove is chosen to give access to the drilling tool In some cases it may be sufficient that the facing surfaces of the walls 24 a, 24 b, are parallel rather than divergent, as shown by a groove 27 (FIG. 3). It may then be possible not to push the walls towards each other, especially if one of the walls is shorter than the other, as mentioned above, and if the flow through the holes has a high speed, compared to the flow of gases on the outside of the blade When these facing surfaces are parallel the width WOX of the blank 17 a (Fig 2 ) is of course suitably reduced p relative to the case where these surfaces opposite are divergent.
25 1407225 14072
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