JP2005186268A - 案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 穴あけ装置から穴位置までの視線を必要とすることなく、穴を表面にあける装置とＥＤＭ方法を提供する。
【解決手段】 可撓性穴あけ器具（７２）を送る穴あけ案内手段（７０）は、本体（７４）と、少なくとも１つの入口開口（７６）と、少なくとも１つの出口開口（７８）と、入口開口（７６）と出口開口（７８）とを接続する中空の非直線状案内路（８０）とを含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、穴あけ装置から穴位置までの視線を有することなく、穴を表面に、特に鋳造ベーンクラスタの表面にあける装置とＥＤＭ方法とに関する。

本出願は、同時係属の特許文献１に関連する内容を開示する。その開示は、ここに参照として組込まれる。

ガスタービンエンジンは、燃焼器を通してタービン中に一次流体流を軸方向後方に送る圧縮器を備える。タービンは、一次流体流から動力を抽出し、その動力をシャフトを通して伝えて前方に取付けられる圧縮器を回転させる。一次流体流の一部分は、１つまたは複数の二次流体流へ送られて、ガスタービンエンジンの構成部材の冷却に使用される。タービンセクション内に、回転ブレードと固定ベーンの交互の環状段が配設される。それらのブレードとベーンは、ガスタービンエンジンの中心縦方向軸の周りに円周方向に配設される。

個別のタービンベーンは、内側プラットフォーム、外側プラットフォーム、および内側プラットフォームから外側プラットフォームへ放射状に外方へ延びる翼形から構成される。翼形は前方に面する前縁と後方に面する後縁を含む。翼形は、一次流体流方向に対してずれた状態でプラットフォーム上に配置され、隣接するベーンの翼形後縁が、部分的に重なる配列を形成する。隣接するベーンのプラットフォームと翼形とは、一次流体流を後方へ送るダクトを構成する。そのダクト領域は、後方へ向かって一般に収束する。

ベーンは、一般的に高張力ニッケルまたはコバルト合金からインベストメント鋳造され、また単一の鋳造品において複数の翼形を含むことができる。複数の翼形を有するベーン鋳造品は、鋳造ベーンクラスタと呼ばれ、タービン段におけるプラットフォーム間接合面の数を減少する利点を有する。プラットフォーム間接合面は、製造費用が高くつき、かつ一次流体流の漏れの原因となり、それは、ガスタービンエンジンの作動効率にとり好ましくない。

冷却を必要とする鋳造ベーンクラスタにおいて、１つまたは複数の中空通路が、二次流体流を送るために翼形の内部を通して延びる。複数の冷却穴が、翼形壁を通過して中空通路中に延びるので、二次流体流を、一次流体流中に吐出しできる。好ましくは複数の冷却穴は、翼形後縁の方向から、かつ鋳造ベーンクラスタ表面に対して鋭角で穴あけされる。この穴あけの方向と角度は、二次流体流が、実質的に後方に確実に吐き出されるために必要である。これは、二次流体流の冷却効果を最適化し、かつ一次流体流における空気力学的損失を減少する。

一般的に、冷却穴は、ベーンクラスタ鋳造品が製造された後に穴あけされる。鋳造品における冷却穴の穴あけに使用される標準方法は、レーザと放電加工（ＥＤＭ）である。レーザ穴あけ方法は、高エネルギビームの短いパルスを利用するものであり、その一例が、特許文献２に示される。放電加工（ＥＤＭ）穴あけ方法は、電極と表面との間の間隙を通して電荷を通すものであり、その一例が、特許文献３に示される。レーザと放電加工（ＥＤＭ）の穴あけ方法の両方は、穴あけ装置から穴位置までの視線を必要とするので、穴あけできる表面が限定される。

鋳造ベーンクラスタのプラットフォーム上の翼形のずれにより、ダクト表面の一部は、翼形後縁により視界が妨げられて、従来のレーザまたはＥＤＭ穴あけ方法を使用して穴あけできない。必要なものは、穴あけ装置から穴位置までの視線を必要とすることなく、穴を表面にあける装置と方法である。
米国特許出願第１０／７４３５１６号明細書 米国特許第５０３７１８３号明細書 米国特許第６４０３９１０号明細書

穴あけ装置から穴位置までの視線を必要とすることなく、穴を表面にあける装置とＥＤＭ方法が提供される。

好ましい実施例の装置によれば、可撓性穴あけ器具を送る穴あけ案内手段は、本体と、少なくとも１つの入口開口と、少なくとも１つの出口開口と、入口開口と出口開口とを接続する中空の非直線状案内路とを含む。

好ましい実施例の穴あけ方法によれば、穴は、上述の穴あけ案内手段を使用して穴あけ装置から穴位置までの視線を必要とすることなく、表面にあけられる。穴あけ案内手段は、表面の視界遮断領域に近接して位置決めされる。可撓性穴あけ器具が、入口開口に挿入されて、非直線状案内路に沿って案内される。最後に、その器具は、表面に穴をあける。

他の特徴と利点が、添付図面と連係してなされる下記の詳細な説明から明らかになり、それらの図面は、例として、好ましい実施例の装置と方法の原理を具体的に示す。

中心の縦方向軸１２を有するガスタービンエンジン１０が、図１に示される。ガスタービンエンジンは、圧縮器セクション１４、燃焼器セクション１６、およびタービンセクション１８を内蔵する。一次流体流２０が、圧縮器セクション１４から軸方向後方に燃焼器セクション１６を通してタービンセクション１８中に送られる。圧縮器セクション１４内で、一次流体流２０の一部分が、１つまたは複数の二次流体流２２へ送られ、それらの二次流体流２２は、燃焼器セクション１６を迂回して、ガスタービンエンジン１０内の構成部材を冷却するのに使用される。タービンセクション１８は、一般的に、回転ブレード２４と固定ベーン２６の複数の交互段を含む。複数のベーンを、一体として鋳造でき、その一体品は、一般的に鋳造ベーンクラスタ３２（図２に示される）と呼ばれる。

鋳造ベーンクラスタ３２は、内側プラットフォーム３４、外側プラットフォーム３６、および内側プラットフォーム３４から外側プラットフォーム３６へ放射状に外方へ延びる少なくとも２つの翼形３８から構成される。内側プラットフォーム３４は、翼形に面する内側端壁面４０、および翼形の反対側にある１つまたは複数の内側空洞４２（図７と図８に示される）を有する。外側プラットフォーム３６は、翼形に面する外側端壁面４４、および翼形の反対側にある１つまたは複数の外側空洞４６を有する。図３に示されるように、翼形３８のそれぞれは、凹状の流体案内面４８、凸状の流体案内面５０、前方に面する前縁５２、および後方に面する後縁５４から構成される。プラットフォーム端壁面４０、４４と翼形流体案内面４８、５０とは、図２に示されるように、一次流体流２０を後方へ送るダクト５６を構成する。１つまたは複数の中空通路５８が、翼形３８の内部を通して延びて、内側空洞４２と外側空洞４６を接続する（図８に示される）。穴あけ装置方向６０からの視線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）を有する表面においては、複数の冷却穴６２を、従来のレーザまたは放電加工ＥＤＭ穴あけ方法を使用して穴あけできる。

図３には、ダクト５６の視界遮断領域（ｏｂｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｒｅａ）６４が示され、この領域には、穴あけ装置方向６０からの視線が存在しない。視界遮断領域６４は、図２に示されるプラットフォーム端壁面４０、４４の部分を横断して軸方向に延び、かつ翼形流体案内面４８、５０（図３に示される）の部分を横断して放射状に延びる。視界遮断領域６４において、適正な方向と角度の穴を、従来のレーザまたは放電加工ＥＤＭ穴あけ方法を使用して穴あけできない。

図４は、可撓性穴あけ装置７２から所要の穴位置までの視線を有することなく、その穴あけ装置を表面に案内する穴あけ案内手段７０の実施例を示す。穴あけ案内手段７０は、本体７４と、１つまたは複数の入口開口７６と、１つまたは複数の出口開口７８と、それぞれの対応する入口開口７６と出口開口７８を接続する中空の非直線状案内路８０とを含む。この例においては３つの案内路が示されるが、任意の数の案内路を使用できる。入口開口７６は、円錐状、ベル状、または同様な形状の入口８２を含み、可撓性穴あけ装置７２の挿入を容易にできる。案内路８０は、可撓性穴あけ装置７２と同様な断面形状を有し、その装置よりも断面積が僅かに大きい。可撓性穴あけ装置７２と非直線状の案内路８０との間に必要な隙間は、穴あけ案内手段７０の材質と、非直線状の案内路８０の湾曲度とに左右される。この例において、約０．００４インチの半径方向隙間が使用される。出口開口７８のそれぞれは、穴あけ案内手段７０の実質的に一致するように設けられた外面８４を貫通する。物品の視界遮断表面に対する出口開口７８の位置は、実質的に一致する外面８４により、かつロール、ピン、タブ、球体、隆起部８６のような他の位置決め特徴部により調整される。クランプ止めラグ８８により、穴あけ案内手段７０は、一旦位置決めされると、物品へ確実に固定できる。

図５は、穴あけ案内手段７０の別の実施例を示す。その実施例において穴あけ案内手段７０は、本体７４と外面８４から成り、それらは、物品の内部空洞または通路に実質的に一致する。クランプ止めラグ８８により、穴あけ案内手段７０は、一旦位置決めされると、物品へ確実に固定でき、またラグ８８は、１つまたは複数の入口開口７６を含む。１つまたは複数の出口開口７８は、実質的に対応する外面８４を貫通し、かつ１つまたは複数の非直線状案内路８０により入口開口７６へ接続される。この例においては３つの非直線状案内路が示されるが、任意の数の案内路を使用できる。

上述の実施例のそれぞれにおいて可撓性穴あけ器具７２は、ＥＤＭ電極である。ＥＤＭ電極は、約０．００９インチ〜０．０１６インチの直径を有する可撓性導電性ワイヤから形成される。非円形穴の場合、同等の寸法を有する可撓性導電性金属片を使用できる。穴あけ案内手段７０の本体７４は好ましくは、ソリッドフリーフォーム加工、鋳造、成形、機械加工、または他の適切な技法を使用して、電気的に絶縁性の材料から製造される。また、本体７４を導電性材料から形成して、非直線状案内路８０を電気的に絶縁性の材料で被覆できる。

図６に示される穴あけ方法の１つの態様において、穴あけ案内手段７０が使用されて、ＥＤＭ電極７２をベーンクラスタ３２の視界遮断領域６４（図３に示される）の一部分へ案内する。この例において視界遮断領域は、凸状の翼形流体案内面５０上に位置する。ベーンクラスタ３２は、従来の工具取付け具９０を使用して単軸または多軸のＥＤＭステーションに装入される。この例において、ＡＭＣＨＥＭモデルＨＳＤ６−１１高速ＥＤＭステーションが使用された。穴あけ案内手段７０が、ベーンクラスタ３２のダクト５６（図２に示される）中に載置され、かつ一致する外面８４と位置決め特徴部８６により、ベーンクラスタ３２に対して正確に位置決めされる。穴あけ案内手段７０は、クランプ止めラグ８８に接触するクランプ９２により確実に固定される。ＥＤＭ電極７２は、入口開口７６に挿入されるとともに、電極が凸状の翼形流体案内面５０に接触するまで非直線状案内路８０に沿って前進させられる。ＥＤＭ電極７２は、案内路８０中に一旦装入されると、ＥＤＭステーションへ固定され、翼形壁９４を通して中空通路５８中に押込まれて、穴６２を形成する。穴６２が完成すると、ＥＤＭ電極７２は引込まれ、プロセスは必要に応じて繰返される。

図７に示される穴あけ方法の別の態様において、穴あけ案内手段７０が使用されて、ＥＤＭ電極７２をベーンクラスタ３２の視界遮断領域６４（図３に示される）の一部分へ案内する。この例において視界遮断領域は、内側端壁面４０上に位置する。ベーンクラスタ３２は、従来の工具取付け具９０を使用して単軸または多軸のＥＤＭステーションに装入される。この例において、ＡＭＣＨＥＭモデルＨＳＤ６−１１高速ＥＤＭステーションまたは同等なステーションを使用できる。穴あけ案内手段７０が、ベーンクラスタ３２のダクト５６（図２に示される）中に載置され、かつ一致する外面８４により、ベーンクラスタ３２に対して正確に位置決めされる。穴あけ案内手段７０は、クランプ止めラグ８８に接触するクランプ９２により確実に固定される。ＥＤＭ電極７２は、入口開口７６に挿入されるとともに、電極が内側端壁面４０に接触するまで非直線状案内路８０に沿って前進させられる。ＥＤＭ電極７２は、案内路８０中に一旦装入されると、ＥＤＭステーションへ固定され、内側プラットフォーム３４を通してベーンクラスタ３２の内側空洞４２中に押込まれて、穴６２を形成する。穴６２が完成すると、ＥＤＭ電極７２は引込まれ、プロセスは必要に応じて繰返される。

図８に示される穴あけ方法のさらに別の態様において、穴あけ案内手段７０は、ＥＤＭ電極７２をベーンクラスタ３２の視界遮断領域６４（図３に示される）の一部分へ案内する。この例において視界遮断領域は、凹状の翼形流体案内面４８上に位置し、かつ中空通路５８を経てアクセスされる。ベーンクラスタ３２は、従来の工具取付け具９０を使用して単軸または多軸のＥＤＭステーションに装入される。この例において、ＡＭＣＨＥＭモデルＨＳＤ６−１１高速ＥＤＭステーションまたは同等なステーションを使用できる。穴あけ案内手段７０が、ベーンクラスタ３２の中空通路５８中に挿入され、かつ一致する外面８４と位置決め特徴部８６により、中空通路５８に対して正確に位置決めされる。穴あけ案内手段７０は、クランプ止めラグ８８に接触するクランプ９２により確実に固定される。ＥＤＭ電極７２は、入口開口７６に挿入されるとともに、電極が中空通路５８の表面に接触するまで非直線状案内路８０に沿って前進させられる。ＥＤＭ電極７２は、案内路８０中に一旦装入されると、ＥＤＭステーションへ固定され、翼形壁９４を通して押込まれて、穴６２（図示されない）を形成する。穴６２が完成すると、ＥＤＭ電極７２は引込まれ、プロセスは必要に応じて繰返される。

上述の例は、穴あけ装置から穴位置までの視線を有することなく、穴を表面にあける装置と方法を説明してきた。本発明は、ガスタービンエンジンベーンクラスタの視界遮断表面に穴をあけることに関して説明かつ図示してきたが、視界遮断表面に穴を必要とする物品に使用できることが分かる。請求項に記載される本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、種々の変更態様を実施できることは、当業者には明らかである。

縦方向軸に沿うガスタービンエンジンの単純化された概略図である。 図１のガスタービンエンジンに使用される型の鋳造ベーンクラスタの等角図である。 視界遮断領域を示す、図２の鋳造ベーンクラスタの断面を含む平面図である。 穴あけ案内手段の実施例の等角図である。 穴あけ案内手段の別の実施例の等角図である。 所定位置にある図４の穴あけ案内手段を示す、図２の鋳造ベーンクラスタの断面を含む平面図である。 所定位置にある図４の穴あけ案内手段を示す、図２の鋳造ベーンクラスタの断面を含む側面図である。 所定位置にある図５の穴あけ案内手段を示す、図２のベーンクラスタの断面を含む側面図である。

符号の説明

６０…穴あけ装置方向
７０…穴あけ案内手段
７２…穴あけ装置
７４…本体
７６…入口開口
７８…出口開口
８０…非直線状案内路
８２…入口
８４…外面
８６…隆起部
８８…クランプ止めラグ

Claims (6)

1. 可撓性穴あけ器具を表面の視界遮断領域に案内する案内装置であって、
   本体と、
   前記可撓性穴あけ器具を挿入する入口開口部と、
   出口開口部と、
   前記入口開口部と前記出口開口部との間に延びるとともに、断面を有し、かつ非直線状である案内路と、を有する案内装置。
2. 前記表面の視界遮断領域に実質的に一致する外面をさらに有する請求項１の案内装置。
3. 前記出口開口部は、前記の実質的に一致する外面上に設けられている請求項２の案内装置。
4. 前記表面の視界遮断領域に対して前記出口開口部を正確に位置決めする位置決め特徴部をさらに有する請求項３の案内装置。
5. 前記案内路の断面は円形である請求項４の案内装置。
6. 前記案内路は、電気的絶縁物質で被覆されている請求項５の案内装置。

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