JP4481823B2 - 静翼または動翼構成部材の製造方法 - Google Patents

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または動翼構成部材の製造方法に関する。この静翼または動翼構成部材は、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。

構成部材は、主として、静止的な用途のために使用されるが、回転的な用途が考慮されても良い。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、簡略的であり、結果として、先行技術に比べて時間効率的かつ費用効果的である製造の前提条件を形作る静翼または動翼構成部材の製造方法を提供することにある。更に、この方法によれば、長い運転寿命を備えた高強度の構成部材が製造されることになる。

この目的は、第１壁部材が、その１つの縁部を構成部材の意図される径方向に延在する第２壁部材の平坦側面に当接させて配置され、第１壁部材が、構成部材の意図される周方向に延在し、第１壁部材の縁部が、その後、前記第２壁部材に対して、第２壁部材の第１壁部材の縁部が当接された面と反対側の面からレーザ溶接され、各壁部材の接合部分が、Ｔ字形接合部を形成することによって達成される。

壁部材の縁部では、壁部材の側面表面すなわち平坦側面を区切る伸張した表面が形成される。材料パラメータおよび溶接パラメータの適切な選択を条件として、丸くなったコーナー或いは少なくとも１つの比較的滑らかな移行部を備えたＴ字形接合部が、各壁部材の間で獲得され得る。これは、形態的に頑丈な構造を生み出し、それ故、運転寿命を延ばすものでもある。代替的には、薄手の壁厚さを備えた構造と、結果としての重量の削減とが、獲得されることも可能である。

本発明の好適な実施例によれば、第１壁部材は、第２縁部を備えて配置され、該縁部は、第１指定縁部に対向して更なる第２壁部材の平坦側面に当接し、後者の壁部材は、周方向において第１指定第２壁部材から所定の間隔に配置され、それに対して接続される。更に、周方向に離間配置される２つの壁部材は、２つの異なったブレードまたはステーによって構成され、ガス流の案内および／または負荷の伝達を行う。結果として、第１壁部材は、ここでは、２つのブレードまたはステーの間でガスダクトを径方向において限定するように機能する。

前述の実施例の改良によれば、前記２つの第２壁部材は、実質的にＵ字形である単一の部材によって形成される。２つの壁部材は、この場合には、該Ｕ字の特定脚部の一部によって構成される。

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には、静翼構成部材の部分を形成する第１および第２の壁部材１、２の接続部に関する基本的な線図が示される。この構成部材の軸方向、径方向（径方向）および周方向（円周方向）は、その図面では、矢印Ａ、Ｂ、Ｃで記される。

第２壁部材２は、先ず第１に、本質的に構成部材の意図される径方向および軸方向Ａ、Ｂに延在するように配置される。第１壁部材１は、その１つの縁部３を第２壁部材の平坦側面４に当接させて配置され、第１壁部材は、本質的に構成部材の周方向Ｃおよびその軸方向Ａに延在する。従って、第１壁部材１の縁部３では、その側面表面すなわち平坦側面に接続する表面が形成される。

その後、第１壁部材１の縁部３は、前記第２壁部材２に対して、第２壁部材の第１壁部材の縁部が当接された面と反対側の面からレーザ溶接され、各壁部材の接合部分が、Ｔ字形接合部５を形成する。図２を参照すること。レーザ溶接は、図１では、矢印Ｄで示される。

Ｔ字形接合部５では、より正確には、第２壁部材２の一部がＴ字の頂部を形成し、第１壁部材１の一部がＴ字の頂部に接続するＴ字の垂直方向部材を形成することが意味される。

図３および図４では、構成部材の好適な第１実施例が示される。本質的にＵ字形である複数の部材６、１７、２３の各々は、内側リング部材７に接続され、構成部材の周方向において互いに隣接して配置される。Ｕ字形部材６の一方の側面部材が第２壁部材９を形成し、その他方の側面部材が更なる第２壁部材１０を形成する。Ｕ字形部材６のベースは、リブ１１によって内側リング部材７に接続され、このリブは、構成部材の意図される軸方向に延在する。２つの側面部材の端部１２、１３は、その後、外側リング部材８に接続される。図４を参照すること。従って、２つの第２壁部材９、１０の各々は、本質的に該構成部材の径方向および軸方向に延在する。Ｕ字形部材は、例えば、プレートまたはシートを所望の形状に湾曲させ或いは撓曲させることによって、形成され得る。

更に、２つの第１壁部材１４、１５は、該構成部材の周方向において、かつ２つの第２壁部材９、１０の間で径方向に離間される様々な間隔を置いて延在するように配置される。より正確に言えば、２つの第１壁部材１４、１５は、それらの端縁部を第２壁部材９、１０の平坦側面に当接させて配置される。第１壁部材１４、１５の端縁部は、その後、第２壁部材９、１０に対して、第２壁部材９、１０の第１壁部材１４、１５の縁部が当接された面と反対側の面からレーザ溶接される。レーザ溶接は、壁部材９、１０、１４、１５の接合部分がＴ字形接合部を形成するように実現される。図２を参照すること。

ガスダクト２０を径方向において内側方向に限定する第１壁部材１５は、プレート形状部材の中間部分を形成する。このプレート形状部材は、これらの間において、径方向の第２壁部材９、１０の間における間隙に対応する形状を有する。図３を参照すること。該プレート形状部材は、Ｕ字形断面を有するものであり、例えば、ベント管または折畳みシートによって構成される。該プレート形状部材の側面部分すなわちプレート部分１８は、第２壁部材９、１０の間における間隙に対応する形状および寸法を有する。該プレート形状部材の側面部分は、適宜、レーザ溶接によって、第２壁部材９、１０に対しても接続される。

ガスダクト２０を径方向において外側方向に限定する第１壁部材１４は、更なるプレート形状部材の中間部分を形成する。このプレート形状部材は、これらの間において、径方向の第２壁部材９、１０の間における間隙に対応する形状を有する。図３を参照すること。該プレート形状部材もまた、Ｕ字形断面を有するものであり、例えば、ベント管または折畳みシートによって或いは管またはその他の輪郭によって構成される。該プレート形状部材の側面部分すなわちプレート部分１９は、第２壁部材９、１０の間における間隙に対応する形状および寸法を有する。該プレート形状部材の側面部分もまた、適宜、レーザ溶接によって、第２壁部材９、１０に対して接続される。

Ｕ字形部材６の各々の側面部材は、ガスがそれらの側面部材の間を流れ得ないように、周方向において隣接するＵ字形部材１７の側面部材１６に対して接続される。図４を参照すること。相互に接続される壁部材９、１６は、一緒に、該構成部材の運転の間に径方向におけるガス流の案内手段および／または負荷の伝達手段を形成する。

隣接する壁部材９、１６は、図４では、結果として壁部材の間の間隙を取り囲む前後のカバー壁２４によって接続される。これらのカバー壁２４は、空気力学的に形成されるものであり、この場合、可能な限り小さな流れ抵抗を提示するように尖った形状を有する。この接続部は、例えば、溶接によって、製造され得る。接続される２つの側面部材は、一緒に、ガス流の案内および／または負荷の伝達のためのブレード、ベーン、ステーまたはストラットを形成する。言い換えれば、周方向に離間配置されるＵ字形部材の２つの壁部材が、ガス流の案内および／または負荷の伝達のための２つの異なったブレードまたはステーを形成するのである。

図４では、図３で示されたように上述の技術に従って構築される静翼または動翼構成部材２１の概略的な投影図が示される。構成部材２１は、本質的に円形の断面形状を有するものであり、ガス流の案内のためのダクト２０は、リング部材７によって形成される内側リングと外側リング８との間で軸方向に延在する。

図５では、静翼構成部材２３の第２実施例が示される。第１実施例に対する基本的な相違は、離間配置される２つの第２壁部材１０９、１１０が、Ｕ字形部材の一部を形成することなく、独立したユニットを構成することである。該構成部材におけるすべての壁部材１０９、１１０は、先ず第１に、連続的な内側リング１０７に接続される。第１壁部材１１４、１１５は、第１実施例に関して上述されたものと同じ様式で第２壁部材１０９、１１０に接続される。外側リング１０８は、その後、壁部材１０９、１１０の周りに配置され、それに対して接続される。

第１および第２の壁部材１、２、９、１０、１４、１５、１０９、１１０、１１４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、第２壁部材および第１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２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。

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。

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。

第１壁部材は、単に丸くなった形状、或いは湾曲した断面形状に限定されるものではなく、むしろ、例えば正方形の断面形状、すなわち、異なった方向の本質的に真直な部分によって形成されるものも包含される。

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。その第１の目的は、この場合には、負荷の伝達のために、更にはガス用のダクトを設けるために、軸受締付け具として機能することである。

壁部材が該構成部材の意図される径方向に延在するように配置されるという表現では、壁部材が該構成部材の径方向における構造内に直接に配置されることと、壁部材が先ず第１に１つの部分の中に装着され、そのような複数の部分が、その後、周方向において相互に接続され、壁部材が前記径方向において終端することとの両方が意味される。

その同等物は、壁部材が該構成部材の意図される軸方向およびその周方向に延在するように配置されるときに適用される。

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。

径方向に延在する壁部材を径方向に延在するもう１つの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。

更に、形成されるべき複数の独立した部分に関しては、それぞれに、第１および第２の壁部材を含み、それらの部分がそれぞれに断面において１つの円の扇形を形成することも考えられ得る。それらの部分は、その後、該構成部材の意図される周方向において接続され、静翼または動翼構成部材を形成する。言い換えれば、該部分の構造において、第２壁部材は、該構成部材の意図される径方向に配置され、第１壁部材は、該構成部材の意図される周方向に配置されるのである。そのような複数の部分が組み立てられるとき、結果として、第２壁部材は、それが該構成部材の径方向に延在するように終端し、第１壁部材は、それが該構成部材の周方向に延在するように終端する。

静翼または動翼構成部材の部分を形成する２つの壁部材の間の接続部を示す基本的な図。 図１における構成部材の溶接接合部を示す拡大断面図。 好適な第１実施例における構成部材を示す断面斜視図。 図３における構成部材を示す概略的な斜視図。 好適な第２実施例における構成部材を示す概略的な斜視図。

Claims (21)

1. 作動中にガス流を導くことを目的とする静翼または動翼構成部材（２１）の製造方法であって、第１壁部材（１、１４、１５、１１４）が、その１つの縁部（３）を該構成部材の意図される径方向に延在する第２壁部材（４、９、１０９）の平坦側面（４）に当接させて配置され、その際、第１壁部材が、２つの前記第２壁部材の間で前記構成部材の意図される周方向および軸方向に延在し、第１壁部材の該縁部が、その後、前記第２壁部材に対して、前記第２壁部材の前記第１壁部材の縁部が当接された面と反対側の面からレーザ溶接され、各壁部材の接合部分が、Ｔ字形接合部（５）を形成し、前記第１壁部材と前記第２壁部材とによりガスダクトが形成されることを特徴とする静翼または動翼構成部材（２１）の製造方法。
2. 第１壁部材（１、１４、１５、１１４）が、第２壁部材（４、９、１０９）の平坦側面に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項１に記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
3. 第２壁部材（４、９、１０９）が、それもまた該構成部材の意図される軸方向に延在するように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
4. 径方向に延在する第２壁部材（４、９、１０９）が、該構成部材の周方向においてガスダクト（２０）を限定するように配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
5. 第２壁部材（４、９、１０９）は、それが前記径方向の拡張を有して、該構成部材の作動中に前記ガス流の案内および負荷の伝達を行うように配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
6. 第２壁部材（４、９、１０９）は、それが前記径方向の拡張を有して、該構成部材の作動中に前記ガス流の案内を行うように配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
7. 第２壁部材（４、９、１０９）は、それが前記径方向の拡張を有して、該構成部材の作動中に負荷の伝達を行うように配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
8. 周方向に延在する第１壁部材（１、１４、１５、１１４）が、その径方向においてガスダクト（２０）を限定するように配置されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
9. 第１壁部材（１、１４、１５、１１４）が、前記周方向において湾曲する形状を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
10. 第１壁部材（１４、１５）は、第２縁部を備えて配置され、該縁部は、第１指定縁部に対向してさらなる第２壁部材（１０、１１０）の平坦側面に当接し、さらなる第２壁部材は、周方向において第１指定第２壁部材（９）から間隔を置いて配置され、それに対して接続されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
11. 第１壁部材（１４、１５、１１４）の該縁部もまた、このさらなる第２壁部材（１０、１１０）に対して、前記第２壁部材の前記第１壁部材の縁部が当接された面と反対側の面からレーザ溶接され、各壁部材の接合部分が、Ｔ字形接合部（５）を形成することを特徴とする請求項１０に記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
12. 周方向において離間配置される２つの壁部材（９、１０、１０９、１１０）が、２つの異なったブレードまたはステーの少なくとも一部を構成し、ガス流の案内および負荷の伝達を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
13. 周方向において離間配置される２つの壁部材（９、１０、１０９、１１０）が、２つの異なったブレードまたはステーの少なくとも一部を構成し、ガス流の案内を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
14. 周方向において離間配置される２つの壁部材（９、１０、１０９、１１０）が、２つの異なったブレードまたはステーの少なくとも一部を構成し、負荷の伝達を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
15. 前記２つの第２壁部材（９、１０）が、Ｕ字形である単一の部材（６）によって形成されることを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
16. 前記第１および第２の壁部材（９、１０、１４、１５）が、径方向において内側と外側のリング部材（７、８）の間に配置さ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または動翼構成部材の製造方法。
17. 第２壁部材（９、１０）が、リング部材（７、８）の少なくとも一方に対して、前記リング部材の前記第２壁部材の配置された面と反対側の面からのレーザ溶接によって接続され、各接合部分が、Ｔ字形接合部（５）を形成することを特徴とする請求項１６に記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
18. Ｕ字形部材（６）が、壁部材の前記レーザ溶接に先行して、内側リング部材（７）と外側リング部材（８）の間に配置されることを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
19. 静翼または動翼構成部材（２１、２３）が、円形の断面形状を有し、ガス流の案内のための複数のダクト（２０）が、内側と外側のリングの間で軸方向に延在することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
20. 静翼または動翼構成部材（２１、２３）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１９のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。
21. 静翼または動翼構成部材（２１、２３）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２０のいずれかに記載の静翼または動翼構成部材の製造方法。

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