JP2005535825A - 静翼構成部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、作動中にガス流を導くことを目的とする静翼構成部材の製造方法であって、構成部材は、周方向に対して少なくともの２つの区画（１１３）で構成され、各々の区画は、少なくとも１つの壁部材（１０１、１０２）を有し、その区画は、互いに隣接して配置されるとともに、その２つの壁部材、各々の２つの隣接した区画の壁部材は、前記ガス流の案内および／または構成部材の作動中の負荷を伝達するために、構成部材の径方向に延びるように形成された手段に、一体となって適切に接合される。

Description

本発明は、作動中にガス流を導くことを目的とする静翼構成部材の製造方法に関する。この静翼構成部材は、例えば、ガスタービンにおいて、そして特にはジェットエンジンにおいて使用され得る。

ジェットエンジンは、比較的低い速度で空気を取り入れ、燃焼によってそれを加熱し、遥かに高い速度でそれを噴射する様々な形式のエンジンを包含する。例えば、ジェットエンジンという用語には、ターボジェットエンジンおよびターボファンエンジンが含まれる。

この種類の構成部材は、主に径方向および軸方向に力を伝える目的で配列されるリング間に配置される壁部材を有する外側および内側のリングから成る。壁部材は、例えば、中空ブレードを形成し得るものであり、それらは、通常、可能な限り小さな空気抵抗を示すように形成される。構成部材は、例えば、ジェットエンジンにおける後方または前方の位置、またはハウジングの中間に配置される。ブレードは、そのような場合には、しばしば、ステーまたは「ストラット」と呼ばれる。しかしながら、ストラットは、中空ブレード以外のその他の形式の部材によって形成することもできる。

先行技術によれば、中空ブレードの形態を採る壁部材は、内側と外側のリングの間で構成部材の周方向に離間される所定の間隔を置いて配置される。中空ブレードは、溶接によって各リングと共に接合される。各々のリングは、この場合には、先ず第１に、径方向に突出するブレードと同じ断面形状および寸法の部分を備えて形成される。このような突き出ている部分は、しばしば「突出部（スタブ）」と呼ばれる。各々のブレードは、この種の突き出ている部分に対して突合せ接合によって溶接される。径方向に突き出ている部分は、通常リングからフライス削りされる。これは、時間を消費して費用のかかる作業である。

本発明の目的は、先行技術に関してより高強度の構成部材と長い運用寿命を備える前提条件を考慮した静翼構成部材の製造方法を提供することにある。更に、時間効率的かつ費用効果的である製造を追求する。

この目的は、構成部材が、周方向に対して少なくともの２つの区画で構成され、各々の区画は、少なくとも１つの壁部材を有し、その区画は、互いに隣接して配置されるとともに、その２つの壁部材、各々の２つの隣接した区画の壁部材は、前記ガス流の案内および／または構成部材の作動中の負荷を伝達するために、構成部材の径方向に延びるように形成された手段に、一体となって適切に接合されることによって達成される。前記ガス流案内または負荷伝達手段は、このように各々の区画の２つの別々の壁部材から成り立つ。この手段はガスダクトに隣接して周方向に区切る。ガスダクトは構成部材の軸方向に延びている。

本発明の好適な実施例によれば、第１の前記隣接した区画は、第1の壁部材および第２の壁部材によって構成され、前記周方向におけるそれらの間にガスダクトを形成するために離間される。

前述の実施例の改良によれば、第３の壁部材が、第１および第２の壁部材の間に延びて、構成部材の径方向における第１の方向にガスダクトを形成するために、それに対して接合されるように配置される。固定手段およびスペーサとして用いられている第３の壁部材は、構造的に強い構造を有している。

前述の実施例の改良によれば、第３の壁部材の縁部が、前記第１および第２の壁部材に対して、第３の壁部材に関して同じである周方向の反対側からレーザ溶接されるというような方法で一体となって接合される壁部材の部分が、Ｔ字状接合部を形成する。

壁部材の側面または平坦面を区切る細長い層は、壁部材の縁部によって生じる。材料パラメータおよび溶接パラメータの適切な選択を与えられることで、ラウンドされた領域または少なくとも比較的滑らかな変化を有するＴ字状の接合部を壁部材の間で得ることができる。これは、構造的に強い構造およびそれゆえに、延長された運用寿命をもたらす。或いは、より薄い壁厚およびそれゆえに、軽減された重量を有する構造を得ることができる。

更なる好ましい実施例は、第１および第２の壁部材を構成する部分が、本質的にＵ字状の１つの部材である。

本発明の更なる好適な実施例および効果は、更なる副次的な請求項および以下の説明から確認することができる。

添付図面に示される実施例を参照して、以下に本発明を更に詳細に説明する。

図１および図２は、第１の壁部材１および第２の壁部材２を示しており、第１実施例における静翼構成部材の第1の区画１３を形成する部材であるかを図３に示す。壁部材１、２は、本質的に同一の湾曲形状を有し、そして、凹側が互いに向き合うように、少し離れて配置されている。言い換えると、壁部材１、２は、図１に示すように互いに鏡像となっている。壁部材は、しかしまた、互いに様々な構成を有することができる。壁部材１、２は構成部材の周方向（円周方向）に、それらの間にガスダクト３を形成するために配置される。図２を参照。

第１および第２の壁部材１、２間の間隔と一致する形状を有する、第１の板状部材４は、これらの間に配置される。図２を参照。板状部材４はＵ字状の断面を有し、例えば、曲げられたか折られた板によって構成される。板状部材４の中間部５は、第３の壁部材を形成し、それは径方向（半径方向）に内部でガスダクト３を形成する。板状部材４の面またはプレート部分６、７は、第１および第２の壁部材１、２との間に一致する形状およびサイズを有する。面またはプレート部分６、７の平坦面は、したがって、軸方向に対向している。

第３の壁部材５は、第３の壁部材５の縁部で第１および第２の壁部材１、２に接合されており、前記第１および第２の壁部材１、２の平坦面に対して、第３の壁部材に関して同じ位置の反対側からレーザ溶接されるというような方法で一体となって接合される壁部材の部分が、Ｔ字状接合部８を形成する。図１２を参照。また、板状部材４の面部分６、７は、第１および第２の壁部材１、２に、便宜上レーザ溶接によって接合される。便宜上、面部分６、７および第３の壁部材５は、連続的な溶接によって第１および第２の壁部材に接合されている。

更に、第１および第２の壁部材１、２との間と一致する形状を有している第２の板状部材９が、これらの間に配置される。図２を参照。板状部材９は、四角い断面を有し、例えば、一体に溶接されたプレートが湾曲されることによって構成される。板状部材９の部分１０は、径方向において表面上ガスダクト３を制限する第４の壁部材を形成する。第２の板状部材９の面またはプレート部分１１、１２は、第１および第２の壁部材１、２の間と一致する形状およびサイズを有する。面またはプレート部１１、１２の平坦面は、したがって軸方向に対向している。

第４の壁部材１０は、第４の壁部材１０の縁部で第１および第２の壁部材１、２に接合されており、前記第１および第２の壁部材１、２の平坦面に対して、第４の壁部材に関して同じ位置の反対側からレーザ溶接されるというような方法で一体となって接合される壁部材の部分が、Ｔ字状接合部８を形成する。図１２を参照。また、板状部材９の面部分１１、１２は、第１および第２の壁部材１、２に、便宜上レーザ溶接によって接合される。

前述した説明のように形成された複数の同様に構成された区画１３、１４、１５が、並んで配列されている。図３を参照。第１の区画１３の第１および第２の壁部材１、２は、周方向に隣接している区画１４、１５の、対応する壁部材１６、１７に接合されている。互いに接合した壁部材１、１６、２、１７は、構成部材の作動中に、共にガス流の案内および／または径方向の負荷の伝達のための手段１８、１９を形成している。隣接している壁部材１、１６、２、１７は、図３に示すように、壁部材の間を囲う２枚のカバー壁２０、２１、２２、２３によって接合されている。

したがって、壁部材１、２は実質的に構成部材の径方向に延びている。加えて、それらは、実質的に構成部材の軸方向に延びている。

リング部材２４は、第１および第２の壁部材１、２の径方向に内側に配置されており、そして、それらに対して接続されている。図４を参照。同様に、リング部材２５は、第１および第２の壁部材１、２の径方向に外側に配置されており、そして、それらに対して接続されている。このリング部材２４、２５は板状バンドによって構成されており、そして、それは構成部材の周方向に連続的になっている。それぞれのリング部材２４、２５は、壁部材１、２のおけるリング部材に向き合う縁部を介して壁部材１、２に接合されており、壁部材に関してこれらの反対側からリング部材の平坦面までレーザ溶接されるような方法で、その一体となって接合された部分がＴ字状接合部８を形成する。図１２を参照。言い換えると、レーザ溶接は、内側リングでは径方向の内側から外側へ、外側リングでは径方向の外側から内側へ実施される。

穴２７は、各々の区画間の前記外側リング部材２５を貫通しており、また言い換えると、隣り合う壁部材の２つ間の位置で貫通している。これらの穴２７は、構成部材における供給のための様々な手段を収容することに使用することができる。例えば、油および／または空気を吸入および排出のための手段や、例えば、収容計測器が測定した圧力および／または温度に関する情報の転送のための電気および金属ケーブルなど。また、穴２７は冷却剤を導くために使用することができる。更に、軸方向の構成部材の各々の面上に、円形状のフランジ、または、強固なリブ２８が配置され、それは壁部材１、２を支持している。図５を参照。

図５中に示したのは、本発明の第1の好ましい実施例に一致するように形成された静翼構成部材２９である。ガスダクト３は構成部材の軸方向に延びている。例えば、静翼構成部材２９は、内側で径方向／軸方向に配列されるベアリングと、外側に接合される構造との間の負荷を支持する構造を形成することができる。

本発明の他の第２の実施例を図６〜１１に示す。前記第１実施例と比較して基本的な違いのみを以下に記載する。第１の壁部材１０１および第２の壁部材１０２を構成する部分が、本質的にＵ字状の１つの部材３０である。図６を参照。２つの壁部材１０１、１０２は、このように全く同一の部材で一体化されている。各々の２つの壁部材１０１、１０２は、このようにＵ字状の部材３０の一部の側方部材を形成している。更に、Ｕ字状部材３０は基部３３を有し、それは２つの側方部材と接合されている。

U字状部材３０の基部３３は、リング部材を構成するリング部材３１に接合されている。図７を参照。このためにリング部材３１には、突出されたリブ３２を有し、そして、それは構成部材の軸方向に向かって延びている。基部３３は尖った形状を有し、例えば溶接されることによって、その尖った部分はリブ３２に接合される。言い換えると、各々の区画は、別々の内側リング部材３１を有している。

第１および第２の板状部材１０４、１０９は、第１および第２の壁部材１０１、１０２の間と一致する形状を有し、前述した第１実施例と同様にこれらの間に配置される。図８を参照。各々の板状部材１０４、１０９は、径方向に内部でガスダクト１０３を制限する壁部材を備える。したがって区画１１３は、図８に示される。

図９に示すように、複数の前記区画は周方向に一体となって接合されている。より正確には、それは、隣接した区画のリング部材が一体となって接合された各々の区画の前記リング部材３１となる。例えば、一体となって接合されることは、溶接によって実現される。

カバー壁１２０、１２２は、２つの隣接した区画の壁部材の間に配置されるとともに、壁部材に接合されている。図１０を参照。互いに連結された壁部材と一緒に、ガス流の案内および／または構成部材の作動中の径方向の負荷を伝達するための手段１１８、１１９を形成する。図１０に示すように、外側リング３４は、径方向、さらに壁部材の外側に配置されている。

穴１２７は、各々の区画間の前記外側リング３４を貫通しており、また言い換えると、２つの隣り合う壁部材の間の位置で貫通している。図１１参照。

図１１中に示したのは、本発明の第２の好ましい実施例に一致するように形成された静翼構成部材１２９である。ガスダクト１０３は構成部材の軸方向に延びている。例えば、静翼構成部材１２９は、径方向の内側に配置されるベアリング、および径方向の外側に配置されるハウジング間の負荷を支持する構造を形成している。

前述したＴ字状の溶接された接合部８を図１２に図示した。より正確に言うと、Ｔ接合部８は形成される。それは、壁部材およびリング部材の一部分、それぞれがＴ字の最上部を形成するとともに、第２の壁部材の一部分は、Ｔ字の垂直部材を形成し、それは最上部に接合されている。

少なくとも一部分が板形状を有するために、前記板状部材４、９、１０４、１０９は形成される。板状部材は、このように管の断面や、その他の形状を形成することができる。言い換えると、板状部材は、ディスクまたはプレートを、所定の形状に切るか折り曲げて形成することができる。若しくは、管のクロスカッティング、または断面が所望の断面形状を有するように、その他の方法で製造することも考えられる。

壁部材のために使用される材料は、例えば、３４７型またはＡ２８６型であるステンレス鋼のような溶接可能材料によって構成される。或いは、例えば、ＩＮＣＯ６００、ＩＮＣＯ６２５、ＩＮＣＯ７１８およびハスタロイ（Ｈａｓｔａｌｏｙ）ｘのようなニッケルベースの合金が使用されることも可能である。更なる変形例によれば、例えば、ヘイネス（ＨＡＹＮＥＳ）１８８およびヘイネス２３０のコバルトベースの合金が使用されても良い。更にＴｉ６−４、Ｔｉ６−２−４−２のようなチタニウム合金および様々な形式のアルミニウム合金が使用されても良い。異なった材料の組合せもまた実行可能である。

レーザ溶接では、好ましくはＮｄ：ＹＡＧレーザが使用されるが、本発明に拠れば、例えば炭酸ガスレーザのようなその他の形式の溶接装置が使用されても良い。溶接方法、材料選択および壁部材の寸法を正確に調整すれば、特定の接合部に関するＴ字形状と、壁部材の間における内角の比較的緩やかに丸くなった形状２２とが、レーザ溶接によって形成される。図１２を参照。その溶接は、連続的な溶着部によって都合良く実現される。溶接接合部の丸くなった形状は、高い強度の構造を生み出すものであり、結果として、構成部材の長い運用寿命をも生み出す。この種の接合は、溶接接合部の完全な融合と、各部材の間の微細な移行部とに関する前提条件を形作る。

溶接接合部を正確に正しい位置で終わらせるためには、既に周知である先行接合技術が使用されても良い。好ましい連続的な溶接接合部が適用される。

各々の壁部材はプレートの形状を有する。プレート形状では、それらの壁部材が比較的短い離間した間隔において２つの平行側面表面を有している。更に、プレート形状は、１つの面に延在し、ラウンドまたはカーブされている形状を有する壁部材をカバーできるように形成されている。

壁部材が径方向において負荷を伝達するかまたは負荷を支持する目的を有するならば、すなわち、それらがいわゆるストラットまたはステーを形成するときには、エアフォイル形状も、中空ブレードの形状も常に必要とされるものではなく、前記プレート形状でも十分に足り得る。しかしながら、複数の様々な形状でもまた実施可能である。

第２壁部材が、この構成部材の作動中にガス流を案内する目的を有するならば、相互に接続される第２壁部材は、ブレードの形状を形成するものであり、例えばエアフォイル形状の断面を有する。そのようなブレード形状は、この構成部材が特殊な静翼用途において使用されるときに利用される。

説明において以上で使用されたリング部材という用語では、連続的に環状の部材、周方向において中断される実質的に環状の部材、或いはその他の同様な部材と共に環状部材を形成するように意図される部材が意味される。そのような複数のリング部材が周方向において接合されるとき、リングが形成される。リングでは、好ましくは円形である周方向のバンド形状の部材が意味され、それは、軸方向においてプレート状に広がる。

壁部材が構成部材に対して所定の方向に延在するという表現では、壁部材の範囲の少なくとも１つの構成部材がこの方向に位置することが意味される。好ましくは、壁部材は、実質的にこの方向に延在する。言い換えれば、問題の壁部材は、前記方向に対して平行である平面内に延在する。

静翼構成部材は、例えば、入口部材、中間ハウジング、タービン排気ハウジング、すなわちハウジング部材を包含するもの、或いはガスタービンのためのこの部材を形成し得る。その主な機能は、この場合には、負荷の伝達のために軸受締付具としての役割を果たすことであり、またガス用のダクトを設けることである。

本発明は、前記した例証的な実施例に制限されると見なされてはならず、数多くの更に他の変形例および改変が、特許請求の範囲内において考えられ得る。

１つの変形例によれば、第２の板状部材９は、断面が矩形状の管のクロスカッティングによって作られる。

隣接した区画の径方向に延在する壁部材をもう1の径方向に延在する壁部材に接続することは、更に、それらの間にカバープレートを配置すること以外の様式で行われても良い。例えば、それらの壁部材が、互いに比較的接近して配置され、材料の接着、溶接などによって接続されることも可能である。更に、カバープレートは、リベット留めおよび接着のような数多くの様々な様式で固定されることも可能である。

ガスダクトを形成するために２つの壁部材を相互に接合すること、すなわち周方向に延びる壁部材に、径方向に延びる壁部材を接合することは、レーザ溶接以外の技術を使用しても達成することができ、例えば、ハンダ付けまたはその他のタイプの溶接によっても行える。

前記壁部材の製造は、数多くの種々の方法で達成することができ、例えば、ヒートフォーミングおよびレーザによる切断、ウォータジェットまたはその他の形態も対象となる。

前記説明において、各々の区画は２つの壁部材を備えている。しかし、各々の区画がいろいろな数の壁部材を有しても本発明の範囲内に含まれる。１つの実施例によれば、１つの区画は３つの壁部材を有し、それはしたがって２つのダクトを形成する。更に、必然的に構成部材の全ての区画は同様に構成され、むしろ同じ構成部材の種々の区画は、いろいろな数の壁部材を有することができる。

特定の構造において外側のリング部材２５は必要ではない。

第１実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第１実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第１実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第１実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第１実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第２実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第２実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第２実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第２実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第２実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 第２実施例における構成部材の製造の様々なステップを示す斜視図。 構成部材におけるレーザ溶接された接合部を示す断面図。

Claims (17)

1. 作動中にガス流を導くことを目的とする静翼構成部材（２９、１２９）の製造方法であって、構成部材は、周方向に対して少なくともの２つの区画（１３、１４、１５；１１３）で構成され、各々の区画は、少なくとも１つの壁部材（１、２；１０１、１０２）を有し、その区画は、互いに隣接して配置されるとともに、その２つの壁部材、各々の２つの隣接した区画の壁部材は、前記ガス流の案内および／または構成部材の作動中の負荷を伝達するために、構成部材の径方向に延びるように形成された手段（１８、１９；１１８、１１９）に、一体となって適切に接合されることを特徴とする静翼構成部材の製造方法。
2. 第１の前記隣接した区画（１３；１１３）は、第1の壁部材（１；１０１）および第２の壁部材（２；１０２）によって構成され、前記周方向におけるそれらの間にガスダクト（３；１０３）を形成するために離間されることを特徴とする請求項１に記載の静翼構成部材の製造方法。
3. 第１および第２の壁部材（１、２；１０１、１０２）は、それらが構成部材の径方向における本質的に少なくとも部分的に延びる構成部材の所定位置に互いに配置されることを特徴とする請求項２に記載の静翼構成部材の製造方法。
4. 第３の壁部材（５）が、第１および第２の壁部材の間に延びて、構成部材の径方向における第１の方向にガスダクトを形成するために、それに対して接合されるように配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の静翼構成部材の製造方法。
5. 第３の壁部材（５）の縁部が、前記第１および第２の壁部材（１、２）に対して、第３の壁部材に関して同じである周方向の反対側からレーザ溶接されるというような方法で一体となって接合される壁部材の部分が、Ｔ字状接合部（８）を形成することを特徴とする請求項４に記載の静翼構成部材の製造方法。
6. 前記第３の壁部材（５）は、第1の板状部材（４）の中間部を構成し、第１および第２の壁部材との間と一致する形状を有し、この板状部材が第１および第２の壁部材の間に配置されることを特徴とする請求項４または５に記載の静翼構成部材の製造方法。
7. 第４の壁部材（１０）が、第１および第２の壁部材（１、２）の間に延びて、構成部材の径方向における第２の方向にガスダクトを形成するために、それに対して接合されるように配置されることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の静翼構成部材の製造方法。
8. 第４の壁部材（１０）の縁部が、前記第１および第２の壁部材に対して、第４の壁部材に関して同じである周方向の反対側からレーザ溶接されるというような方法で一体となって接合される壁部材の部分が、Ｔ字状接合部（８）を形成することを特徴とする請求項７に記載の静翼構成部材の製造方法。
9. 前記第４の壁部材（１０）は、第２の板状部材（９）の中間部を構成し、第１および第２の壁部材との間と一致する形状を有し、この板状部材が第１および第２の壁部材の間に配置されることを特徴とする請求項７または８に記載の静翼構成部材の製造方法。
10. 第１および第２の壁部材（１、２；１０１、１０２）が、内側および／または外側のリング部材（２４、２５；３１、３４）に径方向に接合されることを特徴とする請求項２ないし９のいずれかに記載の静翼構成部材の製造方法。
11. 第１および第２の壁部材（１０１、１０２）を構成する部分が、本質的にＵ字状の１つの部材（３０）であることを特徴とする請求項２ないし１０のいずれかに記載の静翼構成部材の製造方法。
12. Ｕ字状部材（３０）の基部（３３）が、内側のリング部材（３１）に接合されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の静翼構成部材の製造方法。
13. Ｕ字状部材（３０）の側部が、外側のリング部材（３４）に接合されることを特徴とする請求項１０、１１および１２に記載の静翼構成部材の製造方法。
14. 全ての区画が、第1の区画と同様に構成されることを特徴とする請求項２ないし１３のいずれかに記載の静翼構成部材の製造方法。
15. 静翼構成部材（２９、１２９）が、本質的に円形の断面形状を有し、ガス流を導くための複数ダクトが、内側および外側のリング間で軸方向に延びていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれかに記載の静翼構成部材の製造方法。
16. 静翼構成部材（２９、１２９）が、ガスタービンに用いられることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の静翼構成部材の製造方法。
17. 静翼構成部材（２９、１２９）が、ジェットエンジンに用いられることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の静翼構成部材の製造方法。
    
    

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