JP2016511354A - ターボ機械のロータブレード - Google Patents

Abstract

ターボ機械のロータブレードにして、その遠位端において、下側に第１の端縁（２０１）および上側に第２の端縁（２０２）を有するプラットフォーム（２）と、下側に第１の端部分（３０１）および上側に第２の端部分（３０２）を有する少なくとも１つの封止部材であり、前記第１の端部分（３０１）と前記第２の端部分（３０２）との間で前記プラットフォーム（２）から半径方向外側に延在する封止先端を有する封止部材とを備えるヒールを有するロータブレードであって、少なくとも１つの封止部材について、ヒール（１０５）が、少なくとも端縁（２０１、２０２）のうちの１つにおいて、端縁（２０１、２０２）に対応する封止部材の端部分（３０１、３０２）に沿って延在するボウル（５）を形成する部分を備え、ボウル（５）を形成する部分が、耐摩耗材料の被着物を受け入れるのに適していることを特徴とする、ロータブレード。

Description

本発明は、ターボ機械のロータブレードに関する。また、本発明は、ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料を被着させる方法に関する。

ブレードスタッキング軸の両側に配置される、下側および上側を備えるターボ機械のロータブレードが存在する。この種のブレードは、たとえば、タービン段のブレードである。図１を参照して、この種のブレードは、それらの遠位端１０３において、ヒール１０５を有する。

各ヒール１０５は、下側に第１の端縁２０１および上側に第２の端縁２０２を有するプラットフォーム２を含む。各ヒール１０５は、下側に第１の端部分３０１および上側に第２の端部分３０２を有する少なくとも１つのシールリップ３を含む。シールリップ３は、たとえば、ブレードとロータと同心のシュラウドとの間の摩擦を制限するように、ステータライニング、たとえばアブレーダブルライニングと協働することができる。

シールリップ３は、前記第１の端部分３０１と前記第２の端部分３０２との間に前記プラットフォーム２から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する。半径方向によって、ターボ機械の軸線に対して直交する方向が意味される。

その近位端１０２において、ブレードは、たとえば、これがターボ機械のロータのディスクに取り付けられる根元１０４を含む。いくつかの可動ブレードが、ロータディスクに取り付けられることができ、それらのヒール１０５は、この場合、円周方向リングを形成するように端縁から端縁に配置される。１つのこの種の円周方向リングにより、ターボ機械を通過するガス流路を外側で画定し、それによって、起こり得るガス漏れを制限することができる。

ブレードが動作時に受ける振動を減衰させるために、ブレードは、それらのスタッキング軸を中心に捩り応力でそれらのロータディスクに取り付けられる。スタッキング軸によって、ブレードの最下方部分の重心を通過する軸、すなわち近位端に最も近く、ターボ機械の軸線に直交する軸が意味される。

したがって、ヒール１０５のプラットフォーム２は、各ブレードが主として横方向端縁２０１および２０２の前記第２の部分に沿ってその隣接するものに押し当たることによって捩り応力を与えられるように、設計される。ブレードの相互支持を改善するために、および特に、ヒール１０５の跨りを回避するために、および１つのブレードからその隣接するものまでできるだけ効果的に応力を伝達するために、第１の端縁２０１および／または第２の端縁２０２に沿って、２つのシールリップ３および４の２つの端部分３０１および３０２の間に、「Ｚ」を形成する３つの部分を有する輪郭を設けることが知られており、「Ｚ」の中央部分は、突出した端縁を有する。この端縁は、隣接するブレードとの摩擦からヒール１０５を保護するように耐摩耗材料の層を受け入れるように設計される。

耐摩耗材料の被着は、従来、粗い鋳物上に行われている。しかし、被着されるべき量は、比較的小さく、被着されるべき表面は、ブレードの質量を増加しないように、かつ使用される材料の量を制限するように可能な最小限度のものである。したがって、オーバーフローが耐摩耗材料の被着中に生じること、およびオーバーフローがブレードの機械加工後になくならないことがよく起こる。この場合、ブレードを手で修正することによってオーバーフローを除去することが必要である。しかし、この種の手による修正ステップは、端縁のおよび被着物の小さな寸法を考慮すれば、相変わらず困難である。加えて、この種のステップは、一方では、ブレードの製造方法をより複雑にし、追加の検査ステップが必要であることから、このステップを長びかせるので、また他方では、これがかなりの数の不合格品を発生させるので、不経済である。

そのうえ、この種のヒール１０５は、特定の輪郭および突出した端縁を有さなければならず、また、これは、粗い部分に対してより複雑な製作を必要とする。

本発明の１つの目的は、これらの欠点を補償することである。

この目的を達成するために、ターボ機械のロータブレードにして、その遠位端において、
下側に第１の端縁および上側に第２の端縁を有するプラットフォームと、
下側に第１の端部分および上側に第２の端部分を有する少なくとも１つのシールリップであり、前記第１の端部分と前記第２の端部分との間で前記プラットフォームから半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する、シールリップと
を含むヒールを有する、ロータブレードであって、
少なくとも１つのシールリップについて、ヒールが、その端縁のうちの少なくとも１つにおいて、端縁に対応するシールリップの端部分に沿って延在するカップを形成する部分を含み、カップを形成する部分が、耐摩耗材料の被着物を受け入れるように設計される、ロータブレードが提供される。

本発明は、有利なことに、単独で、またはそれらの技術的に可能な組み合わせのいずれかをもって、次の特徴、すなわち、
このように形成された各カップに被着される耐摩耗材料の層、
ヒールが、少なくとも１つのシールリップについて、それぞれ第１の端縁、第２の端縁において、シールリップのそれぞれ第１の端部分、第２の端部分に沿って延在するカップを形成するそれぞれ第１の部分、第２の部分を含み、カップを形成するそれぞれ第１の部分、第２の部分が、耐摩耗材料の被着物を受け入れるように設計されること、
カップを形成する各部分が、シールリップの対応する端部分の両側に延在する２つの壁を含み、壁が、カップの横方向端縁を形成し、シールリップの端部分が、カップの底部を形成すること、
上流シールリップおよび下流シールリップ、
耐摩耗材料が、ステライト系のものであること、
ブレードが、機械加工前に粗いブレード部分であること、
ブレードが、機械加工されたブレードであること
によって補完される。

本発明はさらに、ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料を被着させる方法であって、
ターボ機械のロータブレードのこの種の粗い部分を供給するステップと、
形成された各カップに耐摩耗材料の層を被着させるステップと、
被着された耐摩耗材料の層を越えて延在するカップの壁を機械加工するステップと
を含む、方法に関する。

そのうえ、本方法は、耐摩耗層の、および機械加工されたカップを形成する部分の表面を、これらを滑らかにするようにサンディングするステップを含むことができる。

本発明の他の特徴および利点は、１つの実施形態の説明で後に明らかにされるであろう。

先行技術によるターボ機械のロータブレードの詳細図である。 本発明の一実施形態の実施例によるターボ機械のロータブレードを示す図である。 耐摩耗材料の被着物のない図２のブレードのシールリップを示す図である。 耐摩耗材料の被着物のある図３ａのシールリップを示す図である。 本発明の一実施形態の実施例による粗いロータブレード部分のヒールの半径方向軸線に沿った図である。 本発明の一実施形態の実施例による方法の図５ａの粗い部分への適用後のターボ機械のロータブレードのヒールの半径方向軸線に沿った図である。 図４ａのヒールの斜視図である。 耐摩耗材料の被着後の図５ａのヒールの斜視図である。 機械加工およびサンディング後の図５ｂのヒールの斜視図である。 本発明の一実施形態の１つの実施例による方法についてブロック図の形で示す図である。

ブレードの実施例
ブレードの一般的な構造
ターボ機械のロータブレードの実施例、図２〜図５ｃの参照。この種のブレードは、たとえば低圧段における、たとえば航空機ターボジェットのブレードであってもよい。

ブレードは、スタッキング軸の両側に配置される下側および上側を含む。したがって、ブレードは、ブレードのスタッキング軸に沿って延在するエーロフォイル１０１を含むことができる。エーロフォイル１０１は、ブレードの近位端１０２と遠位端１０３との間に延在する。

ブレードは、その近位端１０２において根元１０４を含み、それによって、これは、たとえばターボ機械のロータのディスクに取り付けられる。ディスクは、ターボ機械の軸線を中心にブレードを回転駆動することができる。

ヒール
ブレードは、その遠位端１０３においてヒール１０５を有する。ヒール１０５は、いくつかの可動ブレードがロータディスクに取り付けられる場合に、それらのヒール１０５がブレードの回転軸を中心に回転面を画定する回転リングを形成するように端縁から端縁に設定されるように作られ得る。このリングは、特に、エーロフォイル１０１の間を循環するガス流のための通路の外側表面を画定し、それによって、ブレードの遠位端１０３において起こり得るガス漏れを制限する機能を有する。

ヒール１０５は、下側に第１の端縁２０１および上側に第２の端縁２０２を有するプラットフォーム２を含む。第１および第２の端縁２０１および２０２は、たとえば、両側の横方向端縁である。プラットフォーム２は、ブレード１０１の間を循環するガス流路を外側で画定することができる。

シールリップ
ヒール１０５は、少なくとも１つのシールリップ３を含む。シールリップ３は、下側に第１の端部分３０１および上側に第２の端部分３０２を有する。シールリップ３は、前記第１の端部分３０１と前記第２の端部分３０２との間で前記プラットフォーム２から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する。ヒール１０５は、上流シールリップ３および下流シールリップ４を含むことができ、上流および下流は、ガス流の方向によって規定される。上流シールリップ３および下流シールリップ４は、いくつかの可動ブレードがロータディスクに取り付けられる場合に、ブレードのシールリップ３および４がブレードの回転軸に沿って回転リングを形成するように端縁から端縁に設定されるように作られることができ、このリングは、実質的に半径方向の面内に含まれる。この種のリングにより、ブレードとステータ、またはステータシュラウドとの間の既存の隙間を制限することができ、これは、この場所における起こり得るガス漏れを制限するようにそれらを取り囲む。

上流シールリップ３の上流に延在するプラットフォーム２の部分は、上流部分２０３または上流スポイラーを構成する。下流シールリップ４の下流に延在するプラットフォーム２の部分は、下流部分２０５または下流スポイラーを構成する。上流部分２０３と下流部分２０５との間に、プラットフォーム２は、上流シールリップ３と下流シールリップ４との間に延在する中央部分２０４を有する。

ブレードが動作時に受ける振動を減衰させるために、ブレードは、それらのスタッキング軸を中心に捩り応力でそれらのロータディスクに取り付けられ得る。したがって、プラットフォーム２は、各ブレードが主としてシールリップ３および４の端部分に沿ってヒール１０５においてその隣接するものに押し当たることによって捩り応力を与えられるように、寸法決めされ得る。

カップを形成する部分
少なくとも１つのシールリップ３について、たとえば各シールリップ３について、ヒール１０５は、少なくともその端縁２０１および２０２のうちの１つにおいて、端縁２０１または２０２に対応するシールリップ３の端部分３０１または３０２に沿って延在するカップ５を形成する部分を含み、カップ５を形成する部分は、耐摩耗材料７の被着物を受け入れるように設計される。したがって、ヒール１０５は、少なくとも１つのシールリップ３について、たとえばすべてのシールリップ３について、それぞれ第１の端縁２０１、第２の端縁２０２において、シールリップ３のそれぞれ第１の端部分３０１、第２の端部分３０２に沿って延在するカップ５を形成するそれぞれ第１の部分、第２の部分を含むことができ、カップ５を形成するそれぞれ第１の部分、第２の部分は、耐摩耗材料７の被着物を受け入れるように設計される。先行技術と比べて、シールリップ３の端部分３０１または３０２に沿って、カップ５を形成する部分は、このシールリップ３の補強を可能にし、したがって、隣接するヒール１０５との接触に起因する負荷によりよく耐えるようする。参照した図は、上流シールリップ３においてカップ５を形成する部分を示しているが、カップ５を形成するこの種の部分は、下流シールリップ４において択一的にまたは相補的に存在し得る。

カップ５を形成する各部分は、対応するシールリップ３の端部分の両側に延在する２つの壁５０１および５０２を含むことができる。したがって、これらの壁は、カップ５の側壁を形成する２つの面５０１および５０２を形成し、シールリップ３の端部分は、カップ５の底部を形成する。これらの壁５０１および５０２は、その後の機械加工時に再加工され得る。

耐摩耗材料の被着物
したがって、ブレードは、このように形成された各カップ５に被着される耐摩耗材料７の層を含むことができる。ブレードを構成する材料は、通常、耐摩耗性が低く、耐摩耗材料により、摩耗を受ける部分を保護することによってその寿命を延長することができる。

耐摩耗材料７の層は、高硬度を有する特定の合金のプレートをカップ５に蝋付けすることによって得られ得る。

耐摩耗材料７の層は、この側面に溶融合金を装填することによって得られ得る。必要な熱は、たとえば、中性ガスで覆われた電気アークから、またはレーザービームからさえ生じ得る。耐摩耗材料７は、コバルト基合金、たとえば良好な耐摩耗特性を有する、商標名「Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（ステライト）」のもとに市場で売られているもののタイプの合金のような、たとえばコバルト、クロムタングステン、および炭素の合金であってもよい。また、耐摩耗材料７は、ステライティング（Ｓｔｅｌｌｉｔｉｎｇ）によって、機械加工以前に鋳造で粗いブレード上に作られ得る。シールリップ３にカップ５が存在すると、少量を、オーバーフローのいかなる危険もなしに被着させることができる。実際、カップ５を形成する部分は、溶融材料の被着中に「側溝」のように作用し、オーバーフローは、カップ５の端縁によって制限される。この場合、被着された耐摩耗材料を越えて延在するカップ５の壁の端縁は、その後の機械加工時に除去されることができて、機械加工されたブレードを得ることができる。

したがって、カップ部分５の壁５０１および５０２は、溶融耐摩耗材料の被着中に完全に溶解しないように十分な厚さを有さなければならない。しかし、被着後のそれらの状態は、機械加工中に修正され得る。したがって、たとえば、壁５０１および５０２について１．５ｍｍの厚さで十分である。同様に、耐摩耗材料７の被着物は、層の形状がその後の機械加工および可能なその後のサンディング中に修正され得るので、不完全性を有する必要はない。

また、この種のブレードは、シールリップ３に沿ってステライトの被着を可能にし、それにより、耐摩耗材料７によって保護される領域がシールリップ３で支持されるので、より大きな寿命がブレードに与えられる。そのうえ、この種のブレードは、耐摩耗材料の自動化した被着を可能にし、もはやいかなる手動操作も必要としない。したがって、材料がカップ５に沿ってそれ自体分布するので、少量の材料の被着物を実現することがより容易である。したがって、機械加工後に、耐摩耗材料７の層を得ることができる。耐摩耗材料７の層は、たとえば、１ｍｍの厚さ、またはより大きな厚さを有する。

そのうえ、この種のブレードは、その後の検査段階を必要とせず、カップ５を形成する部分は、いかなるオーバーフローも回避し、部分の最終形状は機械加工後に得られる。その結果は、耐摩耗材料を被着させる方法、およびより一般的にはターボ機械用のロータブレードの製造方法の簡素化である。

実施例の方法
図６を参照して、ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料を被着させる方法が、そこに説明されている。本方法は、上に記述したように、また図５ａに示されるようにターボ機械用の粗いロータブレード供給することから成る第１のステップ６０１を含む。本方法は、図５ｂに示されるようにヒール１０５を得るように、形成された各カップ５において上に記述したように耐摩耗材料７の層を被着させることがら成る第２のステップを含む。本方法は、図５ｃに示されるように機械加工されたブレードを得るように、被着された耐摩耗材料７の層を越えて延在するカップ５の壁５０１および５０２の端縁を機械加工することから成る第３のステップ６０３を含む。

本方法は、耐摩耗材料７の層の、および機械加工後のカップ５を形成する部分の表面を、これらを滑らかにするようにサンディングすることから成る第４のステップ６０４を含むことができる。

Claims (9)

1. ターボ機械用のロータブレードにして、その遠位端（１０３）において、
   下側に第１の端縁（２０１）および上側に第２の端縁（２０２）を有するプラットフォーム（２）と、
   下側に第１の端部分（３０１）および上側に第２の端部分（３０２）を有する少なくとも１つのシールリップ（３、４）であり、前記第１の端部分（３０１）と前記第２の端部分（３０２）との間で前記プラットフォーム（２）から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有する、シールリップ（３、４）と
   を含むヒール（１０５）を有するロータブレードであって、
   少なくとも１つのシールリップ（３、４）について、ヒール（１０５）が、端縁（２０１、２０２）のうちの１つにおいて、端縁（２０１、２０２）に対応するシールリップ（３、４）の端部分（３０１、３０２）に沿って延在するカップ（５）を形成する少なくとも１つの部分を含み、カップ（５）を形成する部分が、耐摩耗材料（７）の被着物を受け入れるように設計されること、および、このように形成された各カップ（５）に溶融合金を装填することによって被着される耐摩耗材料（７）の層を含むことを特徴とする、ロータブレード。
2. ヒール（１０５）が、少なくとも１つのシールリップ（３、４）について、それぞれ第１の端縁（２０１）、第２の端縁（２０２）において、シールリップ（３、４）のそれぞれ第１の端部分（３０１）、第２の端部分（３０２）に沿って延在するカップ（５）を形成するそれぞれ第１の部分、第２の部分を含み、カップ（５）を形成するそれぞれ第１の部分、第２の部分が、耐摩耗材料（７）の被着物を受け入れるように設計されることを特徴とする、請求項１に記載のロータブレード。
3. カップ（５）を形成する各部分が、対応するシールリップ（３、４）の端部分（３０１、３０２）の両側に延在する２つの壁（５０１、５０２）を含み、壁（５０１、５０２）が、カップの側壁を形成し、シールリップ（３、４）の端部分（３０１、３０２）が、カップ（５）の底部を形成することを特徴とする、請求項１に記載のロータブレード。
4. 上流シールリップ（３）および下流シールリップ（４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のロータブレード。
5. 耐摩耗材料が、ステライト系のものであることを特徴とする、請求項１に記載のロータブレード。
6. ブレードが、機械加工以前に粗いブレード部分であることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械のロータブレード。
7. ブレードが、機械加工されたブレードであることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械のロータブレード。
8. ターボ機械のロータブレードに耐摩耗材料を被着させる方法であって、
   機械加工以前にターボ機械のロータブレードの粗い部分を供給するステップであり、前記部分が、その遠位端（１０３）において、
   下側に第１の端縁（２０１）および上側に第２の端縁（２０２）を有するプラットフォーム（２）、および
   下側に第１の端部分（３０１）および上側に第２の端部分（３０２）を有する少なくとも１つのシールリップ（３、４）であり、前記第１の端部分（３０１）と前記第２の端部分（３０２）との間で前記プラットフォーム（２）から半径方向外側に延在するシールリップ先端を有し、それによって、少なくとも１つのシールリップ（３、４）について、ヒール（１０５）が、端縁（２０１、２０２）のうちの１つにおいて、端縁（２０１、２０２）に対応するシールリップ（３、４）の端部分（３０１、３０２）に沿って延在するカップ（５）を形成する少なくとも１つの部分を含み、カップ（５）を形成する部分が、耐摩耗材料（７）の被着物を受け入れるように設計される、シールリップ（３、４）
   を含むヒール（１０５）を有する、ステップと、
   形成された各カップ（５）に耐摩耗材料（７）の層を被着させるステップと、
   被着された耐摩耗材料（７）の層を越えて延在するカップ（５）の側壁（５０１、５０２）を機械加工するステップと
   を含む、方法。
9. 耐摩耗材料（７）の層の、および機械加工されたカップ（５）を形成する部分の表面を、これらを滑らかにするようにサンディングするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。

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