JP2003120203A - ロータのモノブロックタービンディスクの製造方法及び当該ディスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 あらゆる高さの羽根に適用され、適度の不規
則性を受け入れながら、対応する効率損失をきわめて少
なくできる、フライス削りによるモノブロックタービン
ディスクの高速製造方法を提供する。 【解決手段】 径方向に対して垂直な回転軸を備えた工
具が、羽根６に沿って径方向のパスをたどる接線フライ
ス削りにより、羽根６を加工する。羽根の表面への切子
面の形成を容認する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータのモノブロ
ックタービンディスクの製造方法と、この方法によって
得られる特徴的な形状のディスクとに関する。

【０００２】

【従来の技術】ここでは、未加工ディスクから構成され
る中実の（ｐｌｅｉｎ）形状から、ディスクの羽根を加
工することが問題となる。大半径のフライスでディスク
を予備加工することにより、羽根のブランク（ｅｂａｕ
ｃｈｅ）を残しながら、ディスクを切り込むことができ
る。ディスクは、最終的な形状にするまでさらに細かい
加工が必要である。フライス削りはよく用いられてお
り、特に特別な形状のフライス、円錐形のフライス、ま
た丸みを帯びた先端に向かって細くなって、非常に正確
な加工を実施可能にするフライスが、よく用いられてい
る。

【０００３】知られている方法は、フライスの回転軸
が、ディスクに対して径方向に配向され、ディスクのリ
ムに向かって徐々に押し込まれながら各羽根の周りを回
転し、螺旋状の軌道によって羽根を加工する先端フライ
ス削りである。フライスの回転軸は、実際には、加工す
る羽根から離れて、フライスの丸みを帯びた先端によっ
て主に加工を行うように、わずかに傾斜している。パス
の高さ（ｈａｕｔｅｕｒ）、すなわち螺旋のピッチは約
１／２ｍｍであるので、羽根は、数百回のパス後、よう
やく加工が終了する。従って、この方法は、かなり時間
がかかり、適用できる羽根の高さが制限される。

【０００４】同じく円錐形で、先端が丸みを帯びている
が、円錐部分がもっと長いフライスにより、側面からフ
ライス削るする方法、すなわち接線フライス削り（ｆｒ
ａｉｓａｇｅ ｔａｎｇｅｎｔｉｅｌ）方法も考案され
た。フライスは、前述の方法と同様に径方向に配置され
ているが、この方法では、羽根の端が、ただ１回の広幅
パスで円錐部分により削られ、羽根の基部は、前述の方
法と同様に、小さいパスで主にフライス先端により削ら
れる。工具の進行速度を遅くしなければならない場合で
も、広幅パスにより、前述の方法に比べて時間を節約で
きる。しかし、フライス削りをもっと速くすると、羽根
の振動および撓みを伴い、かなり高さのある羽根には適
用できなくなる。しかも、この方法は、羽根に穴を開け
てしまうおそれがあるため、実施が難しく、穴を開けて
しまえば、既に加工した部分に対し、円錐部分による意
図しない望ましくない加工が追加されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明を考案
することにより、フライス削りによるモノブロックター
ビンディスクの適切な製造方法を追求した。ここで提案
されている方法は、高速で、あらゆる高さの羽根に適用
される。この方法は、羽根の面をファセット、刻面、あ
るいは切子面（ｆａｃｅｔｔｅ）にし、見かけが粗く
（ｇｒｏｓｓｉｅｒ）、流動性が多少よくないという欠
点があるが、適度の不規則性を受け入れるだけで、対応
する効率（ｒｅｎｄｅｍｅｎｔ）損失をきわめて少なく
できることが判明している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かくして、最も一般的な
実施形態では、本発明は、ロータのモノブロックタービ
ンディスクの製造方法に関し、未加工ディスクを切り込
んで羽根のブランクを形成した後、前記ディスクに対し
てほぼ径方向の連続パスをたどるとともに、各パスの後
に前記ディスクに対する接面上で切子面の角度が変えら
れる工具によって、接線フライス削りで羽根のブランク
を削ることからなることを特徴とする。

【０００７】この方法の特徴は、フライスの丸みを帯び
た先端よりも、むしろ（特に円錐形の）主部の作用によ
り主に羽根の形が得られることにある。パスは、平行で
重なりが少ない。パスの高さは、フライスの主部の高さ
にほぼ等しく、すなわち数ミリである。フライス削りを
行う面積は、全ての方法で同じであるので、どの地点で
パスの数が減るかを予測し、従って加工時間を予測する
ことができる。

【０００８】工具は、円錐形の中央部と、丸みを帯びた
端部と、回転軸を備え、回転軸に向かって細くなる丸み
を帯びた接合部とを有し、前記中央部が端部に向かって
細くなり、エッジを形成せずに滑らかに端部と接合部と
に結合される。

【０００９】本発明の重要な長所は、羽根の先端をつな
ぐ外リングを残せることにあり、この外リングが、羽根
の先端の剛性を高め、フライス削り中、この先端を保持
するので、振動および撓みが著しく少なくなる。外リン
グは、未加工ディスクの残存部分であり、そのため羽根
とモノブロックになっている。外リングは、羽根が最終
的な形状をとった後で行われる最終加工により、羽根か
ら分離される。

【００１０】本発明の特徴であるモノブロックのタービ
ンディスクは、ほぼ径方向の細長い切子面から形成され
る面を有する。このディスクは、上記の方法によって得
られるが、別の方法で得ることも可能である。切子面
は、特に羽根の上面（ｅｘｔｒａｄｏｓ）では直接継ぎ
合わされるが、主にフライスの丸みを帯びた先端による
加工によって形成される下面（ｉｎｔｒａｄｏｓ）で
は、少なくとも、接合凹部によって分離可能である。

【００１１】切子面は、最大幅５ｍｍであり、向きは、
隣接切子面に対して５゜未満の角度をなすので、羽根の
空気力学的な性能を殆ど低下させない。さらに、３°未
満とした場合、完全に滑らかな羽根と比べた性能損失
は、取るに足りないものである。

【００１２】次に、図を参照しながら本発明について説
明する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に参照符号１で示した、羽根
の加工用に用いられる従来のフライスは、丸みを帯び
た、より詳しくは半球形の先端３に続く円錐形の主部２
を含む。部分２、３は、切刃を備え、フライス１は、詳
しくは図示していないデジタル制御装置５が駆動する回
転軸４を中心として回転する。最初に述べた、このよう
な工具を用いる、突き合わせ溶接法（ｓｏｕｄａｇｅ
ｅｎ ｂｏａｔ）または点溶接法では、加工中、同様の
他の羽根およびリム７と共に、モノブロックタービンデ
ィスク８を構成する羽根６に、先端３を押し当てる。軸
４およびフライス１は、（ディスク８の主方向からみ
て）わずかに接線方向に傾斜しながらほぼ径方向に配向
される。フライス１は、シートに対して垂直移動し、高
さｈによって分離される羽根６の各高さのところで連続
パスを実施する。参照符号９は、次のパスで除去される
削り屑の断面を示す。

【００１４】図２のフライス１０は、半球形の先端３と
前述のフライス１で既に示した回転軸４との間に、主部
２よりも長さのある円錐形の主部２’を含む。その場
合、羽根６は、主部２’によって１回で加工される部分
１１を含む。リム７に近い羽根６の補足的な部分１２
は、フライス１０の先端３による連続パスで加工され
る。ここでもまた、軸４は、わずかな傾斜を伴ってほぼ
径方向の位置に保持されている。

【００１５】次に、図３、４、５を参照しながら、本発
明による方法について説明する。ブランク状態にある羽
根、リム、およびディスクには、同様に参照符号６、
７、８を付す。未加工状態のディスクは中実であり、最
終状態の羽根６の外径よりもわずかに大きい円周１３で
囲まれている。

【００１６】第一のステップは、未加工状態にあるディ
スクを切り込み、羽根６のブランクを分離することから
なる。中間材料は、様々な割合で除去可能である。

【００１７】好適な実施形態では、円筒または円錐形の
大型フライスで処理して、適度な深さの切り込み１４を
つけ、その後、羽根６の最終形状から遠くないところを
通る偏心穴１５を形成し、ディスクのブランクの外側に
リング１６を残す。このリングは、羽根６の先端をつな
いでアセンブリの剛性を高めるように構成される。

【００１８】ここで、本発明による工具１７を近づける
ことができる。これは、同様にフライスであり、エッジ
が軸と約１０゜の角度をなす円錐形の中央部１８と、丸
みを帯びた先端部１９と、同じく丸みを帯びていて軸２
１に向かって細くなる回転軸２１を備えた接合部２０と
の、３つの部分が識別される。中央部１８および先端部
１９は、知られている工具の部分２、３に似ているが、
多少差異がある。かくして、主部１８は短く、フライス
１７が半仕上げ工具である場合は１０ｍｍであり、仕上
げ工具である場合は５ｍｍしかない。端部１９は、必ず
しも半球形ではなく、平らである。端部１９および接合
部２０の曲率半径は、主部１８との接合部では１０ｍｍ
であり、他ではもっと小さい。フライス１７の母線はな
めらかでなければならず、すなわち、各部分の間の接合
部にエッジが形成されてはならない。フライス１７の直
径は、最大２０ｍｍである。

【００１９】回転軸２１は、ここでは、ほぼディスク８
の軸に沿って配向され、図４が示すように接線方向か、
図５が示すように径方向に、わずかに傾斜している。こ
れらの傾斜は、主に、主部１８のテーパを補正し、所望
の方向に加工面を得るようにするために設けられてい
る。テーパによって、フライス削りを行う面から離れた
回転軸２１でフライス削りを行えるという長所がある。
接線方向の傾斜は、厳密な意味において羽根６を削る場
合につけられ、フライス１７は、パスの端２２で、リム
７またはリング１６に対して、ほぼ径方向の面上で傾斜
している。パスは、羽根６に沿って平行であり、または
垂直である。図３では、パスが、穴１５の前から開始さ
れ、羽根の中間部周囲の閉じた外周上をすすみ、羽根６
の一つに沿って下降し、リム７に沿って進んだ後で、隣
接する羽根６の反対面に沿って上昇し、リング１６で終
了することが分かる。図３、５では、各パスで加工され
る帯に、参照符号２２を付している。帯の幅は、加工作
業の大部分を実施する主部１８の高さにほぼ対応し、主
部１８は、それだけで、羽根６の最終形状を殆ど形成す
る。従って、先に述べた構成とは逆に、ほぼもっぱら接
線方向のフライス削りが実施される。フライス削りは、
まず、半仕上げ工具により、次いで仕上げ工具により行
われる。二つの工具は、双方ともフライス１７の説明に
記載されたとおりであるが、仕上げ工具の主部１８は、
ずっと高さが低い。

【００２０】フライス１７は、毎回切り込み１４に深く
押し込まれ、連続パス２２を実施する。フライス１７
は、２回のパス２２の間に、ディスク８の接面で最大５
゜の切子面の角度だけ傾けられる。ディスク８の全ての
羽根６を加工したとき、リング１６を除去できる。すな
わち、羽根６のブランクが、そのために端で切り込ま
れ、放電加工装置のワイヤ２３が設置される。本発明が
改良をもたらすわけではないので詳しく説明しないが、
羽根６の前縁および後縁の加工が済むと、羽根６の最終
形状が得られる。

【００２１】図６は、羽根６の表面の外観を示してい
る。図７が示すように、各パスにより細長い切子面２３
が現れ、羽根６の上面の連続切子面２３が、鋭角２４に
よって分離される一方で、下面の切子面２３が、端部１
９によるフライス削りで形成された凹部２５によって接
合されている。いずれの場合にも、隣接する切子面２３
の方向の変化が、３゜未満であることが望ましい。これ
によって、流体力学的な効率損失は、約０．０１％を越
えることがなく、しかも、ディスク８を介した空気の加
熱が０．１゜Ｃを越えない。実際には、およそ５゜に及
ぶ角度変化が許容される。羽根６のために構成された滑
らかな輪郭２６と、実際の輪郭との差異は、このとき、
幅５ｍｍの切子面２３に対してわずか０．０２ｍｍ未満
である。フライスを短くし、パスの数を多くして切子面
２３を狭くすれば、損失がさらに少なくなる。

【００２２】保持リング１６は、本発明の適切な実施形
態で必ずしも必要というわけではないが、フライス削り
中、共鳴周波数で羽根６を励起しないようにし、また、
リム７の距離に応じて変わる羽根６の偏向による工具位
置を調整することによって、振動による撓みや静的な撓
みの危険から羽根６を守らなければならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による方法の全体図である。

【図２】従来技術による方法の全体図である。

【図３】本発明による方法による加工ディスク部分を３
本の主軸に沿って示す図である。

【図４】本発明による方法による加工ディスク部分を３
本の主軸に沿って示す図である。

【図５】本発明による方法による加工ディスク部分を３
本の主軸に沿って示す図である。

【図６】形成された羽根を示す図である。

【図７】羽根の輪郭の詳細図である。

【図８】羽根の輪郭の詳細図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤン−ピエール・アンドレ・ドウニ・ダ ビド フランス国、77810・トムリー、リユ・サ デイ−カルノ、93 (72)発明者 ステフアン・ジヤン−ダニエル・モーリ ス・ドウリアン フランス国、91380・シリ−マザラン、ド マン・ベル−アボール、25 (72)発明者 テイエリー・ジヤン・マルビル フランス国、91490・ミリ・ラ・フオレ、 リユ・ドウ・ラ・シヤペル・サン−ブレ ズ、27 Ｆターム(参考） 3G002 AA02 AA13 AB00 BA02 BA10 BB00

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータのモノブロックタービンディスク
   （８）の製造方法であって、未加工ディスクを切り込ん
   で羽根のブランク（６）を形成した後、前記ディスクに
   対してほぼ径方向の連続パス（２２）をたどるととも
   に、各パスの後に前記ディスクに対する接面上で切子面
   の角度が変えられる工具（１７）によって、接線フライ
   ス削りで羽根のブランクを削ることからなることを特徴
   とする方法。
2. 【請求項２】 前記工具が、円錐形の中央部（１８）
   と、丸みを帯びた端部（１９）と、回転軸を備え、回転
   軸（２１）に向かって細くなる丸みを帯びた接合部（２
   ０）とを有し、前記中央部が、端部（１９）に向かって
   細くなり、エッジを形成せずに端部と接合部とに結合さ
   れることを特徴とする、請求項１に記載のタービンディ
   スクの製造方法。
3. 【請求項３】 前記パスが、ディスクのリム（７）から
   羽根のブランクを結合する外部保持リング（１６）まで
   延びており、前記リングが、羽根のブランク（６）にフ
   ライス削りを行った後で、羽根から分離されることを特
   徴とする、請求項１または２に記載のタービンディスク
   の製造方法。
4. 【請求項４】 前記リングが、ワイヤ（２３）による放
   電加工で羽根から分離されることを特徴とする、請求項
   ３に記載のタービンディスクの製造方法。
5. 【請求項５】 前記工具（１７）が、ほぼ径方向の面上
   においてパスの少なくとも一端で傾斜することを特徴と
   する、請求項１から４のいずれか一項に記載のタービン
   ディスクの製造方法。
6. 【請求項６】 羽根のブランクが、完全に２回フライス
   削りされ、工具（１７）が、半仕上げ工具であり、次い
   で仕上げ工具であることを特徴とする、請求項１から５
   のいずれか一項に記載のタービンディスクの製造方法。
7. 【請求項７】 前記半仕上げ工具の中央部（１８）が、
   仕上げ工具より高さが高いことを特徴とする、請求項２
   および６に記載のタービンディスクの製造方法。
8. 【請求項８】 ほぼ径方向の細長い切子面（２３）から
   なる面を備えた羽根（６）を含むことを特徴とする、モ
   ノブロックタービンディスク（８）。
9. 【請求項９】 前記切子面が、少なくとも下面への接合
   凹部（２５）によって分離されることを特徴とする、請
   求項８に記載のモノブロックタービンディスク。
10. 【請求項１０】 前記切子面の方向が、５゜未満の角度
    をなし、好適には、３゜未満であって、最大幅が５ｍｍ
    であることを特徴とする、請求項８または９に記載のモ
    ノブロックタービンディスク。