JP5080720B2 - 周辺冷却式第１段バケットコアの位置決め装置及び関連する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、総括的にはガスタービン用の周囲冷却式バケットの鋳造に関し、より具体的にはバケット鋳造プロセスで用いる内部コアの位置決め装置に関する。
第１段ガスタービンバケットの冷却方式を改良する努力の結果、複数の半径方向冷却孔を形成するために用いられてきたこれまでの設計に代えて、「ズボン脚部」形状のコアをシェル鋳型のバケットシャンク部分で用いて一対の冷却通路を形成するようになった。しかしながら、鋳造プロセスにおいて、コアが大きく浮動する傾向があり、結果としてバケットのシャンク部分の壁厚が公差外れになっていた。
バケット鋳造プロセスの歩留まりを向上させるためのコア位置決め装置、すなわち「プリントアウト部（ｐｒｉｎｔｏｕｔ）」が、第２段バケットでこれまで使用されてきたが、異なるコア設計では使用されなかったし、またバケットのシャンク部分の外面上のいわゆるエンジェル・ウイングとは異なる位置では使用されなかった。第１段及び第２段バケットの異なる設計のために、第１段バケットの鋳造プロセスで用いるために第２段バケットコアを単に一定の率で拡大することはできなかった。
米国特許第 4017210号明細書 米国特許第 4023249号明細書 米国特許第 4023251号明細書 米国特許第 4040159号明細書 米国特許第 4183456号明細書 米国特許第 4185369号明細書 米国特許第 4497613号明細書 米国特許第 5947181号明細書 米国特許第 5950705号明細書 米国特許第 6390774号明細書 米国特許第 6464462号明細書 米国特許第 6467534号明細書 米国特許第 4283835号明細書 米国特許第 6234753号明細書 米国特許第 6340047号明細書 米国特許第 6712120号明細書 欧州特許出願公開第1022434A2号明細書 英国特許第 2346340号明細書 米国特許第 4302153号明細書 米国特許第 3981344号明細書 米国特許出願公開第2004/094287号明細書
本発明は、第１段ガスタービンバケットを鋳造するのに用いるコア上の位置決め装置を提供する。バケットのシャンク部分の内部構成のために、また位置決め装置を横方向に整列させたいという願望を考慮すると、位置決め装置すなわちプリントアウト部を鋳造バケットの外部エンジェル・ウイングの下方に位置するようにシェル鋳型内で半径方向下方に移動させる必要があった。
位置決め装置すなわちプリントアウト部の断面形状が、第２段バケットを鋳造するためのプリントアウト部で用いられている長楕円形すなわち丸みのある長方形の形状ではなく楕円形であることも本発明の特徴である。プリントアウト部を断面形状が楕円形になるようにすることによって、従来の設計の平坦な面を排除し、特にプリントアウト部とコアとの交点における応力を低減させた。
従って、１つの態様では、本発明は、ガスタービンバケットを鋳造する際に用いるコアに関し、本コアは、中実の上部本体部分と、中実の上部本体部分から下向きに延びかつ細長いスロットにより分離された一対の脚部と、細長いスロットの上方であるが上部本体部分の上端縁から間隔を置いた位置で該上部本体部分の両側から軸方向に突出した一対のペグとを含む。
別の態様では、本発明は、ガスタービンバケットを鋳造する際に用いるコアに関し、本コアは、中実の上部本体部分と、中実の上部本体部分から下向きに延びかつ細長いスロットにより分離された一対の脚部と、細長いスロットの上方であるが上部本体部分の上端縁から間隔を置いた位置で該上部本体部分の両側から軸方向に突出した一対のペグとを含み、ペグは断面が楕円形である。
さらに別の態様では、本発明は、鋳造の時にタービンバケットのシャンク部分の壁厚を制御する方法に関し、本方法は、ａ）中実の上部本体部分と該中実の上部本体部分から下向きに延びかつ細長いスロットにより分離された一対の脚部とを含むコアを準備する段階と、ｂ）スロットの上方でかつ上部本体部分の上端縁の下方に位置し、該中実の上部本体部分の両端から延びる横方向に整列した一対のペグによって、シェル鋳型の内部にコアを支持する段階とを含む。
次ぎに、以下に特定した図面に関連させて本発明を説明する。
図１を参照すると、第１段タービンバケット１０は、翼形部分１２とシャンク部分すなわちシャンク１４とを含む。シャンクは、ガスタービンのロータホイール上に取付けられたとき、隣接するバケットと向かい合ってシールとして働く複数のいわゆるエンジェル・ウイング１６、１８及び２０を含む。シャンク部分の内部には、中央仕切り壁２４を備えた中空の空間２２があり、中央仕切り壁２４によって並列の冷却通路２６及び２８が形成される。鋳造時にコアをシェル鋳型内に支持する副産物として、楕円形の穴３０及び３２がそれぞれ前部及び後部シャンク壁３４及び３６内に鋳形される。
図２〜図５に移ると、コア３８は、本発明の例示的な実施形態によると、中実の上部本体部分４０と一対の半径方向内向きに延びる脚部４２及び４４とを備えたほぼ「ズボン脚部」形状を有する。一対の位置決めペグすなわちプリントアウト部４６、４８が、コアの両側から軸方向に延び、一方、細長い半径方向に延びるスロット５４が、ズボン脚部部分４２及び４４を分離する。コアは、その中実の上部部分で湾曲して、それぞれ凸状及び凹状の表面（５２、５０）を形成していることに注目されたい。
鋳造プロセスにおいて、補強ペグすなわちプリントアウト部４６、４８が、シェル鋳型内の整列した穴内に支持されるので、鋳造されたバケットのシャンク部分の前部及び後部壁に穴３０、３２を形成することが分かるであろう。同時に、スロット５０が、中央仕切り壁２４を形成することになる。
エンジェル・ウイング１６、１８の半径方向下方に位置決めペグすなわちプリントアウト部４６、４８を位置させることによって、プリントアウト部４６、４８が互いに真向かいにある、すなわち軸方向及び半径方向の両方向に整列するようにできるほどの充分なスペースが得られる。鋳造プロセスが完了しコアが除去された後に、穴３０、３２はバケット内に残るので、塞がれなければならない。穴３０、３２を横方向に整列させることによって、バケットに非対称な応力を発生させずに両方向から穴３０、３２内に同時にプラグを挿入し、プレス嵌めすることができる。
図５で最も良く分かるように、位置決めペグすなわちプリントアウト部４６、４８が楕円形の断面形状を有するということもまた本発明の特徴である。楕円形の断面形状は、平坦な面を排除することによってプリントアウト部とコアのそれぞれの端部との交点における応力を低減する。鋳造プロセスが完了した時、楕円形の穴は、丸い形状に再穿孔して円筒形プラグで塞ぐことができる。
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して、本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等の構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
本発明により鋳造された第１段バケットのシャンク部分の部分断面図。 図１に示すバケットを鋳造する際に用いるコアの斜視図。 図２に示すコアの正面図。 図１に示すコアの背面図。 図２〜図４に示すコアの側面図。
符号の説明
３８ コア
４２、４４ 脚部
４６、４８ 位置決めペグ
５０ 凹状表面
５２ 凸状表面
５４ スロット

Claims (3)

  1. ガスタービンバケットを鋳造する際に用いるコアであって、
    中実で湾曲した上部本体部分と、
    前記中実で湾曲した上部本体部分から下向きに延びかつ細長いスロットにより分離された平坦な一対の脚部と、
    前記細長いスロットの上方であるが前記中実で湾曲した上部本体部分の上端縁から間隔を置いた位置で該中実で湾曲した上部本体部分の両側から軸方向の両方向に突出し軸方向に整列する一対のペグと、
    を含み、
    前記ペグが、半径方向に前記上端縁よりも前記細長いスロットに近接していることを特徴とするコア。
  2. 前記中実の上部本体部分が対向する凹状及び凸状表面を形成し、前記ペグが、前記中実の上部本体部分の凸状表面から延びている、請求項１記載のコア。
  3. ガスタービンバケットを鋳造する際に用いるコアであって、
    中実で湾曲した上部本体部分と、
    前記中実で湾曲した上部本体部分から下向きに延びかつ細長いスロットにより分離された平坦な一対の脚部と、
    前記細長いスロットの上方であるが前記中実で湾曲した上部本体部分の上端縁から間隔を置いた位置で該中実で湾曲した上部本体部分の両側から軸方向の両方向に突出した一対のペグと、を含み、
    前記ペグは断面が楕円形であり、
    前記中実で湾曲した上部本体部分は、対向する凸状及び凹状の表面を有していることを特徴とする、コア。
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