JP4186328B2 - ディスクの部分加熱方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジェットエンジンのタービンディスクのような円盤状のディスクの部分加熱方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6はジェットエンジンのタービンディスクの概略例を示している。円盤状を有しているディスク1の中心部には、軸2が貫通する軸孔3が形成されており、また周縁部にはタービンブレード4を固定するための固定溝5が形成されており、上記ディスク1は鍛造によって成形するようにしている。
【0003】
上記ディスク1におけるタービンブレード4が固定される周縁部Aには、クリープ強度が要求され、また、周縁部Aより内側の内周部Bには、繰返し作用する遠心力及び剪断荷重に対する疲労強度が要求される。このため、図6のように鍛造されたディスク1を、加熱工程において、上記性能を維持するための加熱処理を実施している。
【0004】
図7は従来のディスク1の誘導加熱装置の一例を示したもので、ディスク1を軸2を中心に回転しつつディスク1を軸2を介して中心側から冷却し、一方、ディスク1の周縁部Aの幅をカバーして加熱できる大きさの主の誘導加熱器6,6を周縁部Aに対向するように両側に配置し、且つディスク1の外周端面1aに対向するように外周誘導加熱器7を配置し、更に主の誘導加熱器6の内側位置に補助の誘導加熱器8を配置している。
【0005】
図中、○に×は紙面の表面から裏面に向かって流れる電流の向きを示し、○に黒丸●は紙面の裏面から表面に向かって流れる電流の向きを示している。
【0006】
上記主の誘導加熱器6、外周誘導加熱器7、及び補助の誘導加熱器8を作動して、ディスク1の周縁部Aのみを高温で均一に加熱し、周縁部Aの金属の粒径が一定になるように制御することによって、周縁部Aに耐クリープ強度を保持させるようにする。
【0007】
このとき、ディスク1の内周部Bには、鍛造時のままの金属の粒径を保持させて疲労強度を保持させるようにしており、このために、内周側からの冷却操作と合わせて、周縁部Aの熱が内周部Bに伝熱されないように温度を調節することによって、周縁部Aと内周部Bとの間に急激な温度勾配を形成させ保持させて、耐疲労強度を保持させる内周部Bの幅を大きくとる必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図7に示したような従来のディスクの加熱装置においては、周縁部Aをカバーするようにした主の誘導加熱器6と補助の誘導加熱器8によって加熱するようにしており、しかもディスク1を挟んで配置されている主の誘導加熱器6と補助の誘導加熱器8の一方と他方とで、電流の向きを変えているために、図8のようにディスク1に対して広範な磁束密度ベクトルの分布が作用している。図8に示す数値の単位はT(テスラ)である。
【0009】
従って、図9に示すように、発熱密度は主の誘導加熱器6と補助の誘導加熱器8に対応するように広範囲にわたって高く保持されている。図9に示す数値の単位はワット/m3である。
【0010】
このために、図10に示すような熱流束ベクトルの分布となる。図10に示す数値の単位はワット/m2 である。
【0011】
即ち、図10に示すように、周縁部Aの熱流束ベクトルは比較的大きな値を示しており、よって周縁部Aには熱の移動があって温度が均一でないことを示している。
【0012】
更に、周縁部Aから内周部Bにかけて熱流束ベクトルがなだらかに大きくなっており、よって周縁部Aから内周部Bに向かって全体的に熱が移動していて、この部分での温度の勾配は小さいことがわかる。
【0013】
図5は、ディスク1の半径方向の温度の分布を示している。図7に示した従来装置では、図5中破線で示すように、周縁部Aから内周部Bに向かう温度勾配が緩やかな状態となっており、よって内周部Bの耐疲労強度を保持するために、ある温度以上には加熱しない部分の幅L1が小さくなってしまい、よって充分な内周部Bを確保できないという問題がある。
【0014】
更に、周縁部Aが一定温度に加熱され難く、外周端面1aに向かって温度が降下する(ダレる)現象が生じ、このために周縁部Aの金属の粒径を一定に維持できないという問題がある。
【0015】
また、内周部Bの加熱されない幅L1を広く確保しようとして、内周側からの冷却の能力を高めるように調節した場合には、温度勾配は変化せずに、図5の破線の状態から二点鎖線で示すように単に平行移動した状態になるのみであり、よって二点鎖線のように調節した場合には、周縁部Aにおける一定の高温に加熱できる幅S1が狭くなってしまうという問題がある。
【0016】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、ディスクの周縁部を任意の幅で均一温度に加熱でき、しかも周縁部と内周部との間に急峻な温度勾配を形成できるようにしたディスクの部分加熱方法を提供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円盤状のディスクを回転しつつディスクを中心側から冷却した状態において、ディスクの外周端面に接近した第1の誘導加熱器によりディスクを外周端面側から加熱すると共に、ディスクの外周端面から所要の間隔を隔てた内側位置にてディスクの両面に接近した第2の誘導加熱器によりディスクの内側位置を加熱するように、第1の誘導加熱器及び第2の誘導加熱器に対して同一方向に電流を流して、第2の誘導加熱器による加熱位置とディスクの外周端面との間の周縁部に均一加熱部を形成することを特徴とするディスクの部分加熱方法、に係るものである。
【0019】
本発明によれば、ディスクの外周端面に接近した第1の誘導加熱器によりディスクを外周端面側から加熱すると共に、ディスクの外周端面から所要の間隔を隔てた内側位置にてディスクの両面に接近した第2の誘導加熱器によりディスクの内側位置を加熱するようにしているので、周縁部と内周部との間の温度勾配が急峻になるようにディスクを内周側から冷却しても、周縁部を広い幅で安定した高い均一温度に保持することができ、同時に耐疲労強度を保持する必要がある加熱しない内周部の幅も大きく確保できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0021】
図1は、本発明の部分加熱方法を実施する装置の形態例を示したものであり、図中、図7と同一の構成部分には同一の符号を付すことにより説明を省略し、本発明の特徴部分についてのみ以下に詳述する。
【0022】
図1に示すように、鍛造にて形成された円盤状のディスク1を、軸2を中心に回転し、且つディスク1は軸2を介して中心側から冷却するようにしている。
【0023】
上記ディスク1の外周端面1aに接近する位置に、ディスク1を外周端面1a側から加熱する第1の誘導加熱器9を設ける。
【0024】
一方、ディスク1の外周端面1aから所要の間隔、即ち均一加熱すべき周縁部Aの幅を隔てた内側位置には、ディスク1の両面に接近してディスク1を周縁部Aより内側位置で加熱する第2の誘導加熱器10,10を設ける。
【0025】
上記第1の誘導加熱器9及び第2の誘導加熱器10,10は、すべての電流の向きが紙面の表面から裏面に向かって流れるようにしている。
【0026】
以下に、上記形態例の作用を説明する。
【0027】
円盤状のディスク1を回転しつつディスク1を軸2を介して中心側から冷却した状態において、ディスク1の外周端面1aに接近した第1の誘導加熱器9によりディスク1を外周端面1a側から加熱する。
【0028】
同時に、ディスク1の外周端面1aから均一加熱を行う周縁部Aの幅を隔てた内側位置にて、第2の誘導加熱器10,10によりディスク1を加熱する。
【0029】
上記したように、第2の誘導加熱器10,10は、ディスク1の周縁部Aより内側の位置を加熱するようにしており、しかも、第1の誘導加熱器9及び第2の誘導加熱器10,10に対して電流の向きをすべて同じ方向、即ち紙面の表面から裏面に向かって流すようにしているので、図2に示すような磁束密度ベクトルの分布となる。
【0030】
このために、図3に示すように発熱密度の分布が周縁部Aのすぐ内側位置に集中するようになり、しかも周縁部Aの発熱密度が略均一な状態になり、よって、図4に示すような熱流束ベクトルの分布となる。
【0031】
即ち、図4に示すように、周縁部Aでの熱流束ベクトルは非常に小さく、よって周縁部Aでは熱の移動が殆どなく、温度が一定に保たれていることがわかる。
【0032】
また、周縁部Aから少し内側の位置では、従来装置の図10に比べて、熱流束ベクトルが狭い範囲で急激に変化しており、よってこの部分での温度勾配が大きいことがわかる。
【0033】
このため、図1の装置では、図5に実線で示すように、周縁部Aと内周部Bとの間の温度勾配が急峻になり、よって内周部Bの耐疲労強度を保持するために、ある温度以上には加熱しないようにする幅L2を大きく保持することができる。
【0034】
更に、周縁部Aの幅全体を一定の温度で加熱することができ、よって従来装置の破線や二点鎖線で示すように外周端面1aに向かって温度が降下する(ダレる)現象を生じるようなことがない。
【0035】
このように、周縁部Aの温度を一定に保持できることにより、周縁部Aの金属の粒径を一定に維持することができる。
【0036】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、タービンディスク以外のディスクの部分加熱にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、ディスクの外周端面に接近した第1の誘導加熱器によりディスクを外周端面側から加熱すると共に、ディスクの外周端面から所要の間隔を隔てた内側位置にてディスクの両面に接近した第2の誘導加熱器によりディスクの内側位置を加熱するようにしているので、周縁部と内周部との間の温度勾配が急峻になるようにディスクを内周側から冷却しても、周縁部を広い幅で安定した高い均一温度に保持することができ、同時に耐疲労強度を保持する必要がある加熱しない内周部の幅も大きく確保できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の部分加熱方法を実施する装置の形態例を示す切断側面図である。
【図2】図1の装置における磁束密度ベクトルの分布図である。
【図3】図1の装置における発熱密度の分布図である。
【図4】図1の装置における熱流束ベクトルの分布図である。
【図5】本発明と従来装置におけるディスクの半径方向距離での温度を比較して示した線図である。
【図6】ディスクの一例を示す斜視図である。
【図7】従来の誘導加熱装置の一例を示す切断側面図である。
【図8】図7の装置における磁束密度ベクトルの分布図である。
【図9】図7の装置における発熱密度の分布図である。
【図10】図7の装置における熱流束ベクトルの分布図である。
【符号の説明】
1 ディスク
1a 外周端面
9 第1の誘導加熱器
10 第2の誘導加熱器
A 周縁部
Claims (1)
- 円盤状のディスクを回転しつつディスクを中心側から冷却した状態において、ディスクの外周端面に接近した第1の誘導加熱器によりディスクを外周端面側から加熱すると共に、ディスクの外周端面から所要の間隔を隔てた内側位置にてディスクの両面に接近した第2の誘導加熱器によりディスクの内側位置を加熱するように、第1の誘導加熱器及び第2の誘導加熱器に対して同一方向に電流を流して、第2の誘導加熱器による加熱位置とディスクの外周端面との間の周縁部に均一加熱部を形成することを特徴とするディスクの部分加熱方法。
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JP23709799A JP4186328B2 (ja) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | ディスクの部分加熱方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP23709799A JP4186328B2 (ja) | 1999-08-24 | 1999-08-24 | ディスクの部分加熱方法 |
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Family Applications (1)
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1999
- 1999-08-24 JP JP23709799A patent/JP4186328B2/ja not_active Expired - Fee Related
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