JP4489762B2 - 静翼構成要素の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、運転時においてガス流を案内することと負荷を伝達することとを目的とする静翼構成要素の製造方法に関する。この静翼構成要素は、たとえばガスタービンに、特にジェットエンジンに用いられうる。

ジェットエンジンとは、相対的に低い速度で空気を取り込み、かつ該空気を燃焼により加熱するとともに、これをはるかに高い速度で放出するさまざまな種類のエンジンを意味する。ジェットエンジンという用語には、たとえばターボエンジンとターボファンエンジンとが含まれる。

外側および内側リングとこれらのリング間に配置される壁要素とからなるような静翼構成要素は、主として、半径方向および軸方向と、さらにまた接線方向とに負荷を伝達することを目的として配置されうる。前記壁要素は、たとえば、一般に可能な限りわずかな空気抵抗しかもたらさないような形状の中空羽根を形成しうる。前記静翼構成要素は、たとえばジェットエンジンの後側または前側支持部または中間ハウジングに配置されうる。このような場合には、前記羽根は、しばしばストラットと呼ばれる。しかしながら、ストラットは、中空羽根以外の種類の部品によっても創出されうる。

周知の技術によれば、中空羽根の形態をとる壁要素は、内側および外側リング間において静翼構成要素の周方向に離間して配置される。中空羽根とリングとの接合は、溶接によって達成される。各々のリングは、最初に前記羽根と同じ断面および寸法を有する部品を半径方向に突出させて製造される。このような突出部品は、しばしばスタブと呼ばれる。各々の羽根は、その後、このような突出部品に突合せ継手を用いて溶接される。半径方向に突出する部品は、一般にリングから機械加工される。これは、時間と高費用とを要する作業である。

また他の周知の技術によれば、静翼構成要素全体が、単一段階において鋳造される。しかしながら、これには、大型かつ非常に複雑な鋳造施設が必要とされる。

本発明の目的は、周知の技術に対して、同じまたはより長い耐久性および寿命を有して、より重量最適化された構成要素となる静翼構成要素の製造方法を達成することにある。しかしながら、特に、時間節約的かつより費用効果的な製造方法が探求される。

この目的は、構成要素が自身の周方向に少なくとも２個の部分品により構成されることと、これらの扇形部分品が、互いに隣接して配置されるとともに溶接により互いに接合される別々の部品として鋳造されることとによって達成される。

前記部分品は、個別に鋳造されるため、静翼構成要素全体を単一段階において鋳造することに対してある特定の利点がある。１つの利点は、障害または欠陥がある場合に、静翼構成要素全体ではなしに、１個の部分品のみを排除すればよいことである。さらに他の利点は、それほど複雑ではない設計のより小さい部品の場合は、鋳造がそれほど複雑ではなくなることである。

本発明の好適な実施例によれば、溶接されることを目的とする各々の部分品の表面は、連続している。換言すれば、溶接面は、断続部または急激な方向転換部を有さない。この手段により、高耐久性の溶接継手が得られる効率的な溶接工程を達成することが可能になる。加えて、溶接されることを目的とする各々の部分品の表面は、表面の全長にわたって本質的に同じ断面厚さを有する。この手段により、溶接工程において溶接パラメータを変更する必要性が大幅に少なくなる。

本発明のまた他の好適な実施例によれば、溶接されることを目的とする表面に隣接する前記部分品のその他の部分は、溶接面に対して周方向に若干後退せしめられて、溶接のパスを妨げることはない。これは、特に、前記部分品が、該部分品の各々が周方向に延在するとともに軸方向に突出する少なくとも１個のリブ部を有するような形状に鋳造される場合に適用される。この場合、前記部分品は、前記リブ部が、該リブ部の端部と前記部分品の縁部との間において周方向に間隙を有するような態様に延在するような形状に鋳造される。これにより、前記部分品が互いに隣接して配置された後に簡単な方法で前記部分品を互いに接合することが可能になる。これにより、前記部分品が周方向に互いに隣接して配置された後に、前記部分品は、リブ部の半径方向の端部間において該部分品の隣接縁部を互いに溶接することにより接合される。

前記実施例のさらに他の開発形態によれば、前記相互溶接後に、２個の隣接するリブ部の縁部間の空間は、材料の溶着によって満たされて、リブ部は、周方向に連続する構造を形成するようになる。

本発明のさらに他の好適な実施例および本発明に付随する利点は、以下の説明と特許請求の範囲とから明らかになろう。

以下に、添付図面に示される実施例を参照して、本発明をより詳細に説明する。

図１に、鋳造部分品１の斜視図が示されている。この部分品１は、主として軸方向に貫通するガスダクト２を有する。圧縮機の気流（図示せず）用に、さらにまたある特定の場合には送風機の気流用に、半径方向に１個以上のガスダクトを設けることも可能である。

前記部分品１は、半径方向に連続する構造を形成して負荷を伝達する壁要素４、５、６、７、８を有して鋳造されている。図示された実施例において、前記部分品１は、静翼構成要素の意図した半径方向に延在するとともに互いからある距離に配置されて両者間において静翼構成要素の周方向にガスダクト２を限定する第１の壁要素３と第２の壁要素４とからなる。

２個の部分品が互いに接合されると、連続する壁構造４、５、６、７、８は、隣接する部分品の対応する壁構造２１と共に、静翼構成要素の半径方向に延在して前記ガス流を案内するとともに、図２に示されるように、静翼構成要素の運転時に半径／軸／接線方向に負荷を伝達する装置１１を形成する。この案内／負荷伝達装置１１は、一般にストラットと呼ばれる。図示された実施例において、２個の隣接する部分品間における分割は、このようなストラットを通る直線状とされる。ただし、ある特定の用途の場合は、ストラット間において分割を行なう方が適切であることもある。しかしながら、図示された実施例によれば、静翼構成要素は、唯一の合理的な分割がストラットを通ることであるような複雑な内側ハブ部分からなる。

前記部分品１は、さらに、第１の壁要素３と第２の壁要素４との間において延在するとともに、半径方向外方にガスダクト２を限定する第３の壁要素５を含む。加えて、部分品１は、第１の壁要素３と第２の壁要素４との間において延在するとともに、半径方向内方にガスダクトを限定する第４の壁要素６を含む。

部分品１の周方向の端部９、１０は、隣接する部分品の端部を補完して、互いに隣合わせに配置されたときに少なくとも本質的に互いに対して密着する設計を有する。周方向の端部９、１０は、特に、半径方向に直線状の境界部を有する。この設計の結果として、２個の隣接する部分品は、周方向に相対的に容易な方法で外側から互いに接合されうる。

部分品１の各々の端部９、１０は、該部分品１の周方向の境界部を形成するとともに、溶接されることを目的とした細長連続面２２、２３、２４、２５、２６からなる。この溶接面は、部分品の周縁部において少なくとも部分的に部分品本体のまわりに延在する。前記溶接面は、主として半径方向に延在する第１の部分２２と、主として軸方向に延在する第２の部分２３と、主として半径方向に延在する第３の部分２４とからなる。溶接は、１回の連続作業で、溶接面の半径方向外側端部のボス１２から半径方向内方に、然る後に軸方向に、そして最後に半径方向外方に前記ボス１２へと戻って行なわれる。このため、溶接面は、本質的にＵ字形を形成する。半径方向と軸方向との間における方向転換部を形成する各々の溶接面部分２５、２６は、均等に丸みをつけられる。加えて、前記溶接面は、本質的に前記面の全長にわたって同じ断面厚さを有する。このため、前記溶接面は、１本の連続曲線を構成すると言える。

溶接されることを目的とした前記面に隣接する部分品のその他の部分は、溶接面に対して周方向に若干後退せしめられて、溶接のパスを妨げることはない。このような部分の例は、第３および第４の壁要素５、６の周方向縁部である。

いくつかの異なる溶接方法が可能であるが、好ましくはレーザまたは電子ビーム溶接が用いられる。

第１および第２の壁要素３、４は、このように本質的に構成要素１の半径方向に延在する。加えて、前記壁要素は、本質的に前記構成要素の軸方向の領域を有する。

さらにまた、部分品１は、該部分品の半径方向内方の境界部をなす曲面板１４と、該部分品の半径方向外方の境界部をなす曲面板１５とを有する。

部分品１は、図１に示されるように、周方向に延在するとともに軸方向に突出する少なくとも１個のリブ部１６、１７を有するような形状に鋳造される。これらのリブ部１６、１７は、半径方向に異なる距離だけ延在する。加えて、図３に示されるように、リブ部１７の端部１８と前記部分品の縁部１９との間において周方向の間隙が設けられる。これは、溶接工程において溶接面に接近することができるようにするためである。

部分品が互いに周方向に隣り合わせに配置された後に、図２に示されるように、前記部分品は、以ってリブ部の半径方向の端部１８、１８’間において部分品の隣接縁部１９を溶接することにより接合される。前記の部分品の設計により、２個の隣接する部分品間における分割線を溶接することが可能になる。これは、前記のように、好ましくは溶接のパス毎に１回の連続作業で行なわれる。

前記相互溶接後に、２個の隣接するリブ部の縁部１８、１８’間の空間は、金属材料２１の溶着によって満たされて、前記リブ部は、周方向に連続する構造を形成するようになる。周方向に連続するリブ部の構造は、円形フランジの形態をとる補強構造を形成するとともに、ガスタービンにおいて隣接部分および／または軸受およびシールとの軸方向の接合を行なうのに用いられる。

前記説明にしたがって製造される複数個の同一の部分品１、２０または異なる形状であるが同一の断面を有する部分品が、図２に示されるように、以って互いに横並びに配置される。

静翼構成要素は、たとえば、半径方向または軸方向内方に配置される軸受と外側に取り付けられる構造との間において負荷支持構造を形成しうる。

相互溶接時において、２個の隣接する部分品の２個の壁要素間に空間が創出される。そこで、これらの空間を用いて、たとえば油および／または空気を静翼構成要素に供給する吸込口および吐出口等のさまざまな手段や、測定された圧力および／または温度に関する情報を伝送するための電気および金属ケーブル等の機器を収容することができる。これらの空間は、冷却材の導入にも用いられうる。

静翼構成要素は、たとえば吸込部、中間ハウジング、タービン排気ハウジング（すなわち終端ハウジング部）またはガスタービン用ハウジングの一部分を形成しうる。該要素の主要な役割は、軸受取付け部として機能することと負荷を伝達することとガス用ダクトとなることとである。

本発明は、前記の実施例に制限されると見なされるべきではなく、数多くのさらに他の態様および改変形態が以下の特許請求の範囲の枠内において可能である。

鋳造部分品の斜視図である。 自身の周方向に図１にしたがった複数個の部分品により構成される静翼構成要素の図である。 図２にしたがった構成要素の一部分、特に、２個の隣接する部分品のリブ部が金属材料の溶着によって互いに接合された２個の部分品間における分割部分の拡大図である。

Claims (18)

1. 運転時においてガス流を案内することと負荷を伝達することとを目的とし、前記静翼構成要素は、自身の周方向に少なくとも２個の部分品（１、２０）によって構成され、前記部分品は、別個の部品として鋳造されるとともに、互いに隣接して配置され、かつ溶接により互いに接合される静翼構成要素の製造方法において、
   各々の前記部分品（１、２０）は、第１の壁要素（３）と第２の壁要素（４）とが互いからある距離に配置されて、両者間において周方向にガスダクト（２）を限定するような形状に鋳造され、２個の隣接する部分品が有するそれぞれの壁要素（４、２１）が接合されて、前記静翼構成要素の半径方向に延在して前記静翼構成要素の運転時において前記ガス流の案内および負荷の伝達を行なう装置（１１）を形成することを特徴とする方法。
2. 溶接されることを目的とする各々の前記部分品の表面（２２、２３、２４、２５、２６）は、少なくとも部分的に前記部分品の本体のまわりに延在するとともに、該本体の周縁部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 溶接されることを目的とする各々の前記部分品の表面（２２、２３、２４、２５、２６）は、半径方向および軸方向の両方に延在することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 半径方向と軸方向との間における方向転換部を形成する前記表面の部分（２５、２６）は、均等に丸みをつけられることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 溶接されることを目的とする各々の前記部分品の表面（２２、２３、２４、２５、２６）は、連続していることを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 溶接されることを目的とする各々の前記部分品の表面（２２、２３、２４、２５、２６）は、前記表面の全長にわたって本質的に同じ断面厚さを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 溶接されることを目的とする表面（２２、２３、２４、２５、２６）に隣接する前記部分品のその他の部分（５、６、１６、１７）は、前記表面に対して周方向に若干後退せしめられて、溶接のパスを妨げることはないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 各々の前記部分品（１、２０）は、周方向に延在するとともに軸方向に突出する少なくとも１個のリブ部（１６、１７）を有するような形状に鋳造されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記リブ部（１６、１７）は、該リブ部の端部（１８）と前記部分品の縁部（１９）との間において周方向に間隙を有するような態様に延在することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記部分品（１、２０）が周方向に互いに隣接して配置された後に、前記部分品は、前記リブ部の前記端部（１８、１８’）間において前記部分品の隣接する縁部（１９）を互いに溶接することにより接合されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記相互溶接後に、２個の隣接するリブ部の端部（１８、１８’）間における空間は、材料（２１）を溶着させることにより満たされて、前記リブ部は、周方向に連続する構造を形成するようになることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 互いに接合されることを目的とする２個の部分品（１、２０）は、該部分品の周方向の端部（９、１０）が、互いに補完し合って、互いに隣合わせに配置されたときに少なくとも本質的に互いに対して密着する設計を有するような形状に鋳造されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. 互いに接合されることを目的とする２個の部分品（１、２０）は、自身の端部（９、１０）の端面が半径方向及び軸方向からなる平面に対して平行に周方向に延在するような形状に鋳造されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
14. ２個の隣接する部分品（１、２０）は、前記部分品の外側からレーザ溶接することによって互いに接合されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記部分品は、半径方向に連続する構造を形成して負荷を伝達する壁要素を有して鋳造されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の方法。
16. 各々の前記部分品（１、２０）は、前記第１の壁要素（３）と前記第２の壁要素（４）とが、前記静翼構成要素内の意図した位置において、両者が本質的に前記静翼構成要素の半径方向に少なくとも部分的に延在するような態様に互いに対して配置されるような形状に鋳造されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記静翼構成要素は、ガスタービンのために用いられることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記静翼構成要素は、ジェットエンジンのために用いられることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の方法。

Images