JP2018506671A - 複雑なウエルが設けられた先端を含むタービンエンジンブレードの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、冷却空気の循環のための内側空間によって互いに分離された圧力側および吸込側を含むタービンエンジンブレード（２５）を製造する方法であって、前記ブレード（２５）は、閉鎖壁（２９）を備えた先端部（Ｓ）を含み、閉鎖壁は、この先端部（Ｓ）の領域内で圧力側壁と吸込側壁を接合してウエル形状を画定し、前記閉鎖壁は、貫通孔を含む。成形によって得られた閉鎖壁（２９）は、かなりの公称厚さを有し、くぼみ（３６、３７）が、前記孔を画成するロッドの化学エッチングによる除去を容易にするために、各々の貫通孔においてこの厚さを局所的に低減している。したがって、閉鎖壁（２９）は公称厚さが大きいので、ウエル内部に隆起パターンまたは複雑な形状を形成するように機械加工され得る。

Description

本発明は、例えばターボジェットエンジンまたはターボプロップなどのタービンエンジンタイプの航空機エンジンのブレードの製造に関する。

図１において１で示されるこのようなエンジンでは、空気は、入口スリーブ２に導入され、一連の回転ブレード３を含む送風機を通過してから、中央の一次流れと一次流れを取り囲む二次流れに分離される。

一次流れは、燃焼室７に達する前にタービン４および６によって圧縮され、その後、タービン８を通過することによって膨張され、その後推力を発生させることによって排出される。追加の推力を発生させるために、二次流れは送風機によって直接推進される。

各タービン８は、ユニットを取り囲む外部ケーシング９によって担持された回転シャフトＡＸの周りに半径方向にかつ規則的に離間されて配向された一連のブレードを含む。

ブレードの冷却は、燃焼の上流で取り込まれ、ブレード根元部において流入された空気を各ブレード内で循環させることによって提供され、この空気は、これらのブレードの壁を通過する孔によって排出される。

図２に１１で示されるこのようなブレードは、回転体がそれを通して固定される根元Ｐと、この根元Ｐによって担持されたベーン１２とを備え、根元部およびベーンはプラットホーム１３によって分離されている。

ベーン１２は、軸線ＡＸに垂直な翌長方向軸線と呼ばれる軸線ＥＶの周りに左ねじれ形状を有する。これは、ベースを含み、このベースによってプラットホーム１３に接続され、このベースは、このベーンの自由端である先端Ｓまで半径方向に延ばされる。ベーンの２つの主壁は、互いに分離された圧力側壁１４およびその吸込側壁である。

ブレード１１の先端Ｓは、方向ＥＶに垂直であり、かつ圧力側壁および吸引側壁を連結する閉鎖壁を含む。図２では見ることができないこの閉鎖壁は、圧力側壁および吸引側壁の自由端に対して軸線ＡＸに向かって後退している。これは、これらの縁部と一緒に、ブレードの頭部に位置するウエルと呼ばれる、軸線ＡＸと反対方向に開く中空部分を画定する。

このようなブレードは、図３に概略的に示されるように、その内側空間およびゾーンをウエルとして画定するために、特に第１および第２のコア１７および１８を用いて、金属材料を成形することによって製造される。これらの２つのコア１７および１８は、ｄと記されている短い距離だけ翌長方向ＥＶに沿って互いに離間しており、図３の１９で示される閉鎖壁に対応する。

第２のコア１８は、軸線ＥＶに平行なアルミナロッド２１が通過し、アルミナロッド２１は、閉鎖壁１９の領域を通過し、その端部は、第１のコア１７内に取り込まれる。これらのロッドは、一方では、鋳造作業中にこれらのコアを互いに対して所定の位置に維持することを可能にし、他方では、ブレードが作動しているときに塵を除去する孔を形成することを可能にする。

ブレードを含む合金の鋳造および冷却の後、コア１７および１８は、化学エッチングによって除去され、これは、図４の状況を招き、つまり、閉鎖壁１９を通過するアルミナロッドの部分は、依然として存続する。シェイクアウトと呼ばれる残りのアルミナロッドの部分の除去は、第２の化学エッチングによって行われる。

次いで、図５に見られ得るように、ブレードは、成形に使用された細工を完全に除去し、その閉鎖壁１９には、除去されたアルミナロッドに対応する２つの貫通孔２２を有する。これらの孔２２は、埃を除去するための孔であり、それによって、いかなる埃も確実に排出して、ブレードが作動しているとき、埃がブレードの内側に堆積することを防止する。

性能に関するニーズの増大は、例えば、ウエル底部、すなわち閉鎖壁１９によって担持されるリブまたは内側仕切りを設けることによって、ウエルの冷却を最適化することにつながる。図６の象徴的な例における２３および２４で示されるこれらの仕切りまたはリブは、その冷却を均質化するように空気の流れを受けるために、ウエル内の空気力学を最適化することを目的とする。

このようなリブまたは仕切りを追加することは、セラミック製の第２のコア１８の精巧さを実質的に複雑にする。実際には、後者は、コアボックス、すなわち二部分モールドによって製造され、二部分モールドは、一方を他方から、ただし型外しの方向にしたがって分離することによって開き、ベーンの翌長方向軸線に垂直な平面内に延在する。この型外し方向は、図６の矢印Ｄで示されている。

製造指示の結果である、この型外し方向の制約は、ウエルの底部のリブを画定するスロットを第２のコアの端部に設けることができないようにする。このようなスロットはアンダーカットを形成し、それによってその製造中に第２のコアの型外しはできない。その理由は、それらの向きが型外し方向と異なるからである。

セラミックアセンブリのいくつかの部分内に第２のコアを、両者を接着によって製造する可能性も存在する。これは、製造を実質的に複雑にし、その結果廃棄率を増加させる傾向がある。

本発明の目的は、コストおよび廃棄率を犠牲にすることなく、ウエル上に多種多様な内部形状を実施することを可能にする製造方法を提供することである。

この目的のために、本発明は、目的として、冷却空気の循環のための内側空間によって互いに分離された圧力側壁および吸込側壁を含むタービンエンジンブレードを製造する方法にして、このブレードは、閉鎖壁を備えた先端部を含み、閉鎖壁は、この先端部の領域内で圧力側壁および吸引側壁を接合してウエル形状を画定し、この閉鎖壁は貫通孔を含み、この方法は、ウエルのような形状を画定するコアと、各々の貫通孔を画定するアルミナロッドとを与えて成形するステップと、成形後にこのコアおよびこれらのロッドを除去するためのコアの化学エッチング工程およびアルミナロッドの化学エッチング工程と、を含む、方法であって、コアには各々の貫通孔において突起が設けられ、それによって成形によってそのように得られた閉鎖壁上にブレードのこれらの他の壁の厚さよりも大きい公称厚さと、各々の貫通孔において低減された厚さとを付与し、方法は、ウエルの底部において隆起パターンまたは複数のパターンを形成するためのその閉鎖壁の機械加工工程を含むことを特徴とする、方法を有する。

そのように製造するこの方法は、ブレードが形成される未処理部分の成形に関する工程やツールの基本的な変更を伴うことなく、複雑な内部形状を有するウエルを含むブレードを製造することを可能にする。

本発明はまた、そのように規定される方法であって、閉鎖壁上に公称厚さおよび貫通孔上に低減された厚さを付与するように適合され、これらの厚さは、低減された厚さに対する公称厚さの比が、２．５以上であるようなものである、方法にも関する。

本発明はまた、そのように規定される方法であって、コアが、閉鎖壁上に、低減された厚さに対する公称厚さの比が５以上であるような厚さを付与するように適合される、方法に関する。

本発明はまた、そのように規定される方法であって、閉鎖壁を機械加工する工程が、その中に１つまたは複数のリブまたは内側仕切りを形成するように構成される方法に関する。

本発明はまた、そのように規定されるコアを製造するように構成されたコアボックスを含む、そのように規定されるブレードの製造のための成形手段に関する。

本発明はまた、そのように規定される方法にしたがって製造されたブレードを含むタービンエンジンタービンに関する。

本発明はまた、そのように規定されるタービンを備えるタービンエンジンに関する。

すでに説明された、ターボファンエンジンの概略横方向断面図である。 すでに説明された、リアクタブレードの概略図である。 すでに説明された、技術水準のブレードの成形中のブレードの断面図である。 すでに説明された、成形に使用されるコアを除去した後の技術水準のブレードの断面図である。 アルミナロッドを除去した後の技術水準のブレードの断面図である。 追加の内側リブが設けられたブレードウエルの上面図である。 本発明によるブレードの成形中の断面図である。 成形に使用されるコアを除去した後の、本発明によるブレードの断面図である。 アルミナロッドを除去した後の本発明によるブレードの断面図である。

図７に２５で示される本発明によるブレードもまた、根元部によって担持され、図２〜図６のブレードのものに全体的に対応する形状を有するベーン２６を含む。以下に使用される用語「下側」および「上側」は、図の配向にしたがって理解されるものとし、この場合ベーンは、上方向であり、下方に位置する根元部によって担持されるが、これは図示されない。

このベーンはまた、互いに離間され、図７から図９に２９で示される閉鎖壁によってベーンＳの先端で合流する圧力側壁および吸引側壁を備える。この閉鎖壁は、ベーンの翌長方向ＥＶに垂直であり、ベーンの回転軸線ＡＸに向かって、圧力側および吸引側の壁の自由縁に対して、後方に置かれている。

この閉鎖壁は、圧力側および吸引側の自由縁と共に、ウエルと呼ばれる軸線ＡＸと反対の方向に開く中空部分を画定する。

ブレードは、ここでも、図７に示すように、内側空間およびウエルを画定する第１および第２のコア２７および２８を用いて、金属材料を成形することによって製造される。これら２つのコア２７，２８は、２９で示す閉鎖壁を画定するために、翌長方向ＥＶに沿って互いに離間されている。

この閉鎖壁２９は、ここではＤとして示されている公称厚さを有しており、これは、図６に示すものなどの仕切りまたは追加のリブをその中に形成するように機械加工することができるような従来技術のブレードの場合よりもかなり大きい。

この閉鎖壁を、２つのコア２７および２８内に取り込まれた２つのアルミナロッド３１，３２が通過し、それによってブレード自体を構成する合金の鋳造の間、これらのコアを互いに対して適所に維持する。

合金の鋳造および冷却の後、コア２７および２８は、化学エッチングによって除去され、これは、閉鎖壁２９を通過するアルミナロッドの部分が依然として存続する図８の状況に至る。シェイクアウトと呼ばれる残りのアルミナロッドの部分の除去は、第２の化学エッチングによって行われ、それによって、その成形に使用された要素のブレードを完全に取り去ることが可能になる。

ロッドのシェイクアウト工程を可能にするために、閉鎖壁２９の厚さは、アルミナロッドの各通路においてｄとして示される値で低減され、この値は、この閉鎖壁２９の公称厚さＤよりもかなり小さい。

シェイクアウト厚さに対応する厚さｄは、好ましくは１０分の６ミリメートルより大きくかつ１０分の８ミリメートルより小さく、一方で壁２９の公称厚さは、約２ミリメートル、好ましくは３ミリメートル以上であることができる。

したがって、アルミナロッド３１，３２の各通路上のこの壁の低減された厚さに対する閉鎖壁２９の公称厚さＤの比は、２．５以上であり、好ましくは５以上である。

より詳細には、閉鎖壁２９の下面３３、すなわち、軸線ＡＸに最も近く、ブレードの内側空間に与える表面は、この表面を画定するコア２７の端部と同様に実質的に平面である。この壁の上面３４、すなわち軸線ＡＸから最も遠くかつウエルの底を画定するものは、一方、アルミナロッドの各通路上に中空またはくぼみを含み、これらのくぼみは３６および３７で示されている。

図に示すように、くぼみを有する上面のこの特定の形状は、アルミナロッドの各通路上でコア２８の端部で実施される２つの隆起パターンまたは対応する突起の結果である。これらの突起は、第２のコアの製造に使用される、コアボックス、すなわちモールドの対応するゾーン上に凹部を実施するだけで得られ得る。

各くぼみは、基本的な浴であるシェイクアウト液を受けるリザーバをシェイクアウト工程のために構成するために、先細の円錐形の円筒形状またはその他のものを有することができる。ｄと記された各くぼみの底部の壁の厚さは、ロッドのシェイクアウトを確実にするのに可能な最大限厚さに対応する。

図面の例では、各くぼみは、円筒形側面によって延長された半球形の底部を含むが、特に、ブレードを形成しようとする未処理部分の製造のために提供される成形プロセスによる制約に応じて、異なる形状が考えられ得る。

図８および図９に概略的に示されるように、くぼみ３６および３７により、閉鎖壁２９は、アルミナロッドの各通路上に局部的に小さい厚さを有し、これらのロッドを塩基による化学エッチングによって除去することを可能にして３８および３９で示される対応する埃除去孔を形成する。

図９に示されるような粗ブレードは、その先端にウエルを示すが、その底部はかなりの公称厚さを有する。ウエルの底部を整合させるだけで、例えば図６のような複雑な形状のリブまたは仕切りをこの底部２９内に形成することが可能である。

言い換えれば、本発明は、成形プロセスを複雑にすることなく、事実上任意のタイプのリブ、細工、流れ妨害物などが設けられ得る内部領域を有するウエルをその先端部に有するブレードを製造することを可能にする。実際、第２のコア２８の端部に設けられた突起３６，３７により、閉鎖壁２９は、成形後にこの閉鎖壁からアルミナロッドを除去するための特定のプロセスを必要とせずに大きい公称厚さを有することができる。したがって、本発明は、コアの成形および製造プロセスに犠牲を与えることなく、複雑なウエルを有するブレードを製造することを可能にする。

Claims (7)

1. 冷却空気の循環のための内側空間によって互いに分離された圧力側壁および吸込側壁を含むタービンエンジンブレード（２５）を製造する方法にして、このブレード（２５）は、閉鎖壁（２９）を備えた先端部（Ｓ）を含み、閉鎖壁は、この先端部（Ｓ）の領域内で圧力側壁および吸引側壁を接合してウエル形状を画定し、この閉鎖壁（２９）は貫通孔（３８、３９）を含み、この方法は、ウエルのような形状を画定するコア（２８）と、各々の貫通孔（３８、３９）を画定するアルミナロッド（３１、３２）とを与えて成形するステップと、成形後にこのコアおよびこれらのロッドを除去するためのコア（２８）の化学エッチング工程およびアルミナロッド（３１、３２）の化学エッチング工程と、を含む、方法であって、コア（１８）には各々の貫通孔（３８、３９）において突起が設けられ、それによって成形によってそのように得られた閉鎖壁上（２９）に、ブレードの他の壁の厚さよりも大きい公称厚さ（Ｄ）と、各々の貫通孔（３８、３９）において低減された厚さ（ｄ）とを付与し、方法は、ウエルの底部において隆起パターンまたは複数のパターンを形成するためのその閉鎖壁（２９）の機械加工工程を含むことを特徴とする、方法。
2. コア（１８）が、閉鎖壁上に公称厚さ（Ｄ）と、貫通孔（３８、３９）において低減された厚さ（ｄ）を付与するように適合され、これらの厚さは、低減された厚さ（ｄ）に対する公称厚さ（Ｄ）の比が、２．５以上であるようなものである、請求項１に記載の方法。
3. コア（１８）が、閉鎖壁上に、低減された厚さ（ｄ）に対する公称厚さ（Ｄ）の比が５以上であるような厚さ（ｄ、Ｄ）を付与するように適合される、請求項２に記載の方法。
4. 閉鎖壁の機械加工工程が、１つまたは複数のリブまたは内側仕切りをその中に形成するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 請求項１に記載のコアを製造するように構成されたコアボックスを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のブレードの製造のための成形手段。
6. 請求項１から４のいずれか一項に規定されるような方法にしたがって製造されたブレードを備えるタービンエンジンタービン。
7. 請求項６に記載のタービンを備えるタービンエンジン。

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