JP2005201079A

JP2005201079A - タービン翼及びその製造方法

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Publication number: JP2005201079A
Application number: JP2004005893A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ochiai; 宏行落合; Mitsutoshi Watanabe; 光敏渡辺; Akihiro Goto; 昭弘後藤; Masao Akiyoshi; 雅夫秋吉
Original assignee: IHI Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: IHI Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】タービン翼の先端部を効率よく冷却する。
【解決手段】タービン翼１のボディ３は気体を取り込む空洞部５を有している。そして、この取り込んだ気体で先端部１１を冷却する冷却構造１７を備えている。前記冷却構造１７は、前記タービン翼１の先端部１１に形成された適数の貫通孔１３，１５を有すると共に、前記先端部１１の周辺に環状に形成され外側の肉盛部７と内側の肉盛部９とを有する。そして、前記適数の貫通孔１３，１５を気体が前記空洞部５側から肉盛部側へ通り抜け所定の冷却を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、タービン翼及びその製造方法に関し、さらに詳細には、タービン等に備えられるタービン翼の先端部分を効率良く冷却するための構造にしたタービン翼及びその製造方法に関する。

図６及び図７に従来のタービン翼３１の先端部３５の冷却構造を示す。図６はタービン翼３１を側面方向から見た断面図である。

図７はタービン翼３１を先端方向から見た図である。タービン翼３１の先端部３５はシールの機能を持ちシュラウド等に接触し摩耗する。このため、接触時の衝撃を和らげるため、壁３３に周囲を囲まれ内側が凹形状に製作される。

一方、タービン翼３１のボディは、例えば抽気した気体（例えば空気）をボディ内に取り込むための空洞部３７を有している。そして、内外を連通した貫通孔３９，４１を配置し、気体を前記貫通孔３９を通過させ壁３３に当て、また壁３３内の前記貫通孔４１を通過させて冷却を行っている。この壁３３は鋳物で翼本体の製造時に作られている。
特開平８−３００２２７号公報

タービン翼の先端部分はこの翼面のフィルムクーリングが届き難い。このため、上述のように、先端部に貫通孔（冷却孔）を明けて、内側から冷却を行っているが、この貫通孔は、先端から明けるので冷却のための気体（空気等）は翼の壁３３に十分当たらず逃げてしまう。このため、冷却効果が小さいという問題があった。

本発明は、上述のごとき問題に鑑みてなされたものであり、請求項１に係る発明は、ボディに気体を取り込む空洞部を設け、この気体で先端部を冷却する冷却構造を備えたタービン翼において、前記冷却構造は、先端部に適数の貫通孔と、環状に形成された外側の肉盛部と、前記外側の肉盛部の内側に環状に形成された内側の肉盛部とを有し、前記外側の肉盛部と前記内側の肉盛部との間に配置された前記適数の貫通孔を気体が前記空洞部側から肉盛部側へ通り抜け所定の冷却を行うタービン翼である。

請求項２に係る発明は、前記外側の肉盛部は放電表面処理方法により形成される請求項１記載のタービン翼である。

請求項３に係る発明は、前記外側の肉盛部はポーラスな組織である請求項１又は２記載のタービン翼である。

請求項４に係る発明は、前記適数の貫通孔は、それぞれ前記外側の肉盛部側に傾斜して形成される請求項１、２又は３記載のタービン翼である。

請求項５に係る発明は、前記適数の貫通孔は、前記外側の肉盛部と前記内側の肉盛部の間を気体が流れるように傾斜して形成される請求項４記載のタービン翼である。

請求項６に係る発明は、ボディに気体を取り込む空洞部を設け、この気体で先端部を冷却する冷却構造を備えたタービン翼の製造方法において、先端部に適数の貫通孔を形成する工程と、前記適数の貫通孔を挟み、外側の肉盛部及び内側の肉盛部を環状に形成する工程とを含み、前記適数の貫通孔を気体が前記空洞部側から肉盛部側へ通り抜け所定の冷却を行うタービン翼の製造方法である。

請求項７に係る発明は、少なくとも前記外側の肉盛部を放電表面処理で形成する請求項６記載のタービン翼の製造方法である。

請求項８に係る発明は、前記肉盛部の肉盛りは肉盛基部から放電表面処理により形成する請求項７記載のタービン翼の製造方法である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。すなわち、貫通孔（冷却孔）を２重構造の壁の隙間を明け、その上に、放電表面処理（ＥＤＣ）にて肉盛りを作るので冷却空気は先端の翼面を十分冷却をしてから、先端のクリアランスから逃げるので少ない冷却空気で効果的に冷却できる。

また、この２重構造の肉盛部は放電表面処理にて肉盛りするため加工が容易にでき、さらに精度、強度等も適正である。そして、この肉盛部をポーラスな組織とすることで空気がしみ込み冷却効果を上げることができる。さらに、貫通孔を傾斜させることにより、貫通孔の加工が容易になり、かつ、肉盛部に気体を直接当て冷却をより効果的に行うことができる。

本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１及び図２を参照する。図１はタービン翼１の断面図である。図２はタービン翼１を先端方向から見た図である。

タービン翼１はボディ３を有している。このボディ３は気体を取り込む空洞部５を有している。そして、タービン翼１は、取り込んだ気体で先端部１１を冷却する冷却構造１７を有している。

前記冷却構造１７は、先端部１１に適数の貫通孔１３，１５と、環状に形成された外側の肉盛部７と、前記外側の肉盛部７の内側に環状に形成された内側の肉盛部９とを有している。

そして、前記外側の肉盛部７と前記内側の肉盛部９との間に配置された前記適数の貫通孔１３，１５を気体が前記空洞部５側から肉盛部７，９側へ通り抜け所定の冷却を行う。

なお、本例では、貫通孔１３，１５を所定の位置に２箇所形成したが（なお、２箇所間の距離を大きくすると少ない孔で平均した冷却を行うことができる）、１又は３以上の貫通孔を適正な位置に形成しても良い。

また、前記外側の肉盛部７は放電表面処理（ＥＤＣ）により形成されることが望ましい。材料としては、コバルト耐熱合金，ニッケル耐熱合金等が好ましい。

ここで、放電表面処理方法を説明する。金属粉末あるいは金属の化合物あるいはその混合粉末を圧縮成形した圧粉体、もしくは、該圧粉体を加熱処理した圧粉体の電極を用いて、油中あるいは気中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、ワーク表面に電極材料あるいは電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる被膜を形成する放電表面処理において、金属を主成分とする電極を用いて、金属を主成分とした厚肉盛りおこなう方法である。

ここで、肉盛りを行う場合、外側の肉盛部７の肉盛を正確に行うための肉盛基部７ａと、内側の肉盛部９の肉盛を正確に行うための肉盛基部９ａとを予め形成して置く。これにより、精度の高い形状の肉盛部を形成することができる。

前記外側の肉盛部７はポーラスな組織で形成されることが望ましい。これにより、材料の組織が大きいので気体がしみ込み外側に浸みだし冷却効果が向上する。

適数の前記貫通孔１３，１５は前記外側の肉盛部７側に傾斜して、また前記外側の肉盛部と前記内側の肉盛部の間を気体が流れるように傾斜して、形成されることが望ましい。前記貫通孔１３，１５を孔明け後、前記肉盛部７をＥＤＣにて形成することで、貫通孔１３，１５の加工が容易になり、かつ、前記外側の肉盛部７に気体が十分に当たるように最適な傾斜角の孔を形成することができ、冷却効果が向上するからである。

図３，図４，図５を参照する。前記タービン翼１の冷却構造１７の製造方法を示している。

図３に示すように、初めに肉盛基部７ａと肉盛基部９ａとを備えたワークを用意する。そして、先端部１１に適数の貫通孔１３，１５を形成する。ここで、図に示すように貫通孔１３，１５はそれぞれ角度ＡＮＧ分傾斜させ形成する。

続いて、電極１９をワークに近接させ放電表面処理方法により肉盛りを行う。ここで、電極１９は空洞部２１を備えている。これにより、加工が進んだ場合でも電極１９がタービン翼１の先端部１１に接触することなく適正な加工を行うことができる。

この結果、図４に示すように、前記適数の貫通孔１３，１５を挟み、外側の肉盛部７及び内側の肉盛部９とが環状に形成される。

なお、この例では外側の肉盛部７及び内側の肉盛部９とは放電表面処理方法により同時的に形成されたが、鋳物で内側の肉盛部９を形成し、貫通孔１３，１５を明け、続いて、放電表面処理法により外側の肉盛部７を形成するほうがよい。

上述の加工により、図５に示すように、冷却構造１７が完成する。これにより、前記適数の貫通孔１３，１５を気体が前記空洞部５側から肉盛部側へ通り抜け所定の冷却を行うことができる。

すなわち、ボディ３に設けられた空洞部５に、例えば抽気した気体（例えば空気）が供給される。この気体は、矢印ＡＲ２方向から貫通孔１３を通過し、外側の肉盛部７と内側の肉盛部９との間の溝に流れ出す。そして、この溝内で十分に冷却を行った後、矢印ＡＲ３方向に放出される。

一方、気体は、矢印ＡＲ４方向から貫通孔１５を通過し、外側の肉盛部７と内側の肉盛部９との間の溝に流れ出す。そして、この溝内で十分に冷却を行った後、矢印ＡＲ５方向に放出される。

さらに詳細に説明する。通常、燃焼ガスは矢印ＡＲ１方向に流れている。このため、外側の肉盛部７及び内側の肉盛部９による溝が無かったら、気体は十分な冷却を行うことなく流されてしまうが、この二重の肉盛りにより出来た溝に気体が滞留するため、気体が、冷却を行った後に外に放出されるのである。

さらに、前記外側の肉盛部７と、前記内側の肉盛部９とは環状に形成されているため、これらの肉盛部７，９の間の溝も環状になっている。これにより、この溝に気体が流れ、先端部１１の所定部分をムラなく冷却することができる。

なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。

タービン翼の断面を示す断面図である。タービン翼を先端方向から見た図である。タービン翼の製造方法を説明する説明図である。図３の続きの説明図である。図４の続きの説明図である。従来のタービン翼を説明する説明図である。従来のタービン翼を説明する説明図である。

符号の説明

１タービン翼
３ボディ
５空洞部
７外側の肉盛部
７ａ肉盛基部
９内側の肉盛部
９ａ肉盛基部
１１先端部
１３貫通孔
１５貫通孔
１７冷却構造

Claims

ボディに気体を取り込む空洞部を設け、この気体で先端部を冷却する冷却構造を備えたタービン翼において、
前記冷却構造は、先端部に適数の貫通孔と、環状に形成された外側の肉盛部と、前記外側の肉盛部の内側に環状に形成された内側の肉盛部とを有し、
前記外側の肉盛部と前記内側の肉盛部との間に配置された前記適数の貫通孔を気体が前記空洞部側から肉盛部側へ通り抜け所定の冷却を行うことを特徴とするタービン翼。
前記外側の肉盛部は放電表面処理により形成されることを特徴とする請求項１記載のタービン翼。
前記外側の肉盛部はポーラスな組織であることを特徴とする請求項１又は２記載のタービン翼。
前記適数の貫通孔は、それぞれ前記外側の肉盛部側に傾斜して形成されることを特徴とする請求項１、２又は３記載のタービン翼。
前記適数の貫通孔は、前記外側の肉盛部と前記内側の肉盛部の間を気体が流れるように傾斜して形成されることを特徴とする請求項４記載のタービン翼。
ボディに気体を取り込む空洞部を設け、この気体で先端部を冷却する冷却構造を備えたタービン翼の製造方法において、
先端部に適数の貫通孔を形成する工程と、
前記適数の貫通孔を挟み、外側の肉盛部及び内側の肉盛部を環状に形成する工程とを含み、
前記適数の貫通孔を気体が前記空洞部側から肉盛部側へ通り抜け所定の冷却を行うことを特徴とするタービン翼の製造方法。
少なくとも前記外側の肉盛部を放電表面処理で形成することを特徴とする請求項６記載のタービン翼の製造方法。
前記肉盛部の肉盛りは肉盛基部から放電表面処理により形成することを特徴とする請求項７記載のタービン翼の製造方法。