JP5575392B2 - ターボ機械要素の製造方法およびその方法で得られる装置 - Google Patents

ターボ機械要素の製造方法およびその方法で得られる装置 Download PDF

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Description

本発明は、ターボ機械要素の製造方法に関し、より詳細には、ステータブレードの段を担持する外側環状シェルと、ロータ段の可動ブレードの端部が面して移動するアブレイダブル材料製環状トラックとを備えるサブアセンブリの製造方法に関する。本発明は、より詳細には、全体的に見て、アブレイダブル材料製トラックの形成を簡略化し、要素の軸方向の体積および重量を低減することが可能な改良方法に関する。
例えば、圧縮機の圧縮段などのターボ機械の段は、同軸である外側環状シェルと内側環状シェルとの間に配置される。固定されたステータブレードは、この２つのシェルの間で延在する。可動ブレードは、ステータブレードの上流側で可動ブレードの端部が外側環状シェルの内壁面に溶着されたアブレイダブル材料製トラックに面して移動するように、外側環状シェルの内側で回転方向に駆動される。
以下、本明細書内において、用語「上流側」および「下流側」は、外側環状シェル内側の流体の流れ方向を基準にして、互いに対して構造要素を位置付けるのに使用される。
図１は、外側環状シェル１１、ステータブレード１３、アブレイダブル材料製トラック１５からなる知られているサブアセンブリを示す図である。この構成によれば、外側環状シェル１１は、ステータブレード１３が嵌合される下流側部２１と、アブレイダブル材料製トラック１５が位置する上流側部１９とを分ける内側リブ１７を有する。各ブレードは、外側環状シェルの環状溝２５内に沈んだプラットフォーム２３を有する。リブ１７は、この溝の上流側の境界を形成する。図示された例において、固定されたブレード１３は、ボルト２７により外側環状シェル１１に接合される。内側では、外側環状シェルの最終の形は、通常、機械加工により得られる。環状シェルは、通常、アルミニウム、チタン、合金鋼製などの金属製である。アブレイダブル材料は、アルミニウムと高温（プラズマ）または低温溶着された樹脂との混合物、または「ＲＴＶ」型シリコンである場合が多い。
本発明の目的の１つは、外側環状シェル１１を簡略化すること、特に、リブ１７をなくすことである。
本発明の根本概念によれば、ステータブレードのプラットフォームを使用してコンテインメント手段の一部を形成することはシェルの内面にアブレイダブル材料を配置することを可能にするということである。
より詳細には、本発明は、ターボ機械要素の製造方法に関する。この要素は、内側にアブレイダブル材料製トラックが配設された第１の部分と、プラットフォームが配設されたステータブレードが取り付けられる第２の部分とを備える外側環状シェルを備え、ステータブレードは、上記プラットフォームが上記外側環状シェル内のほぼ連続的な環状縁部を画定するようにシェルに取り付けられること、およびアブレイダブル材料はこの縁部を使って上記第１の部分の内側に溶着されて、上記アブレイダブル材料製トラックの境界を画定することを特徴とする。
この例において、上記第１の部分は上流側であり、上記第２の部分は下流側である。
リブ１７がなくされるので、外側環状シェルの長さを減じることができる。また、本発明により、炭素またはガラス繊維系の複合材料を使用して外側環状シェルを製造することができる。これは、シェルの長さの最も長い部分全体で実質的にシェルの一定の厚さが得られるためである。
有利な特徴によれば、アブレイダブル材料は定型寸法で注入される。このタイプの注入は、それ自体知られている方法であり、この注入によりその後のいずれの機械加工も避けることができる。
例えば、アブレイダブル材料は、シリコン系の化合物である。これらの条件で、アブレイダブル材料はステータブレードのプラットフォームの境界と接触する。アブレイダブル材料製トラックとプラットフォームとの間に遊びは必要ない。むしろ、シリコンにより振動が低減される。
もちろん、本発明は、その他のタイプのアブレイダブル材料の溶着（ホットプラズマによる溶着）または非定型寸法で注入されるシリコン系材料を除外するものではない。
さらに、本発明は、ターボ機械の要素に関する。この要素は、内側にアブレイダブル材料製トラックが配設された上流側部分と、プラットフォームが配設されたステータブレードが取り付けられる下流側部分とを備える外側環状シェルを備え、上記アブレイダブル材料製トラックの下流側境界は上記ステータブレードのプラットフォームの上流側境界の全てと並ぶことを特徴とする。
上述したように、外側環状シェルは、有利には、炭素またはガラス繊維系の複合材料製とすることができる。
さらに、本発明は、上述した定義に従う少なくとも１つの要素を備える任意のターボ機械に関する。特に、本発明は、ジェットエンジンの低圧圧縮機に適用できる。
本発明は、一例として、添付図面を参照した以下の説明に照らして、より理解され、本発明のその他の利点がより明らかになるであろう。
最先端のターボ機械要素の軸方向部分断面図である。 本発明に従う同様のターボ機械要素を示し、より詳細には本発明に従う方法の一段階を示す図である。 完成したターボ機械要素を示す図２と同様の図である。
図２に示されるターボ機械要素は、圧縮機の圧縮段の一部を形成する。この要素は、内側にアブレイダブル材料製トラック１５が配設された上流側部分１９と、ステータブレード１３が固定される下流側部分２１とを備える外側環状シェル１１からなる。
図１の知られている装置とは異なり、ステータブレードのプラットフォーム２３は、下流側位置決め片縁部３１に沿って、シェル１１内側の片側だけと接触することにより位置決めされる。特に、中央リブは除去される。したがって、位置決めはより簡単になる。ステータブレード１３は、ボルト２７を使用して並んで嵌合される。したがって、これらブレードは上流側にほぼ連続的な環状縁部３３を画定する。この縁部があることで、この縁部を使用してシェルの上流側部分１９の内面にアブレイダブル材料を溶着して、アブレイダブル材料製トラック１５の下流側境界を画定することができる。これは図２に示されているもので、プラットフォーム２３により形成された環状縁部３３がアブレイダブル材料の注入を可能にする金型３７の末端壁を構成するのがわかる。本実施例では、アブレイダブル材料はシリコン系の化合物である。シリコンは、その後に機械加工が必要でないように定型寸法で注入される。アブレイダブル材料の注入後に金型３７を取り外したのが、図３の形である。ターボ機械要素は完成され、圧縮機の構造内で使用することができ、ロータ（図示せず）に接合される可動ブレードはアブレイダブル材料製トラック１５に面して位置決めされる。
さらに、上述したように、その形状がより単純で、長さの最も長い部分全体で実質的に一定の厚さの壁を有する外側環状シェル１１は、非金属材料を使用して、例えば、炭素またはガラス繊維系複合材料を使用して、簡単につくることができる。シリコン系のアブレイダブル材料を使用することで、プラットフォームの振動減衰を促進することができる。
上述のように定義した方法は、アブレイダブル材料が仕上げ機械加工の必要な「非定型寸法で」溶着される場合であっても適用することができる。
また、プラズマによるアブレイダブル材料の塗布の方法を実施することも可能である。この場合、通常、非定型寸法のアブレイダブル材料の溶着となる。
１１ 外側環状シェル
１３ ステータブレード
１５ アブレイダブル材料製トラック
１７ 内側リブ
１９ 上流側部分
２１ 下流側部分
２３ プラットフォーム
２５ 環状溝
２７ ボルト
３１ 下流側位置決め片縁部
３３ 環状縁部
３７ 金型

Claims (10)

  1. 外側環状シェル（１１）を備え、
    外側環状シェル（１１）が、内側にアブレイダブル材料製トラック（１５）が配設された第１の部分（１９）と、当該外側環状シェルとは別個のプラットフォームが配設されたステータブレードが取り付けられる第２の部分（２１）とを備えるターボ機械要素の製造方法であって、
    ステータブレードは、前記プラットフォームが前記外側環状シェル内でほぼ連続的である環状縁部（３３）を画定するようにシェルに取り付けられること、および
    アブレイダブル材料は、この縁部を使用して前記第１の部分の内側に溶着されて、前記アブレイダブル材料製トラックの境界を画定すること
    を特徴とする、方法。
  2. 前記アブレイダブル材料が、定型寸法に注入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記アブレイダブル材料が、その後の機械加工が必要な非定型寸法で溶着されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 前記アブレイダブル材料が、シリコン系の化合物であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  5. 前記アブレイダブル材料が、プラズマ溶射により塗布されることを特徴とする、請求項１または３に記載の方法。
  6. 外側環状シェル（１１）を備え、
    外側環状シェル（１１）が、内側にアブレイダブル材料製トラック（１５）が当該外側環状シェルの内面に直接接するように固着された上流側部分（１９）と、当該外側環状シェルとは別個のプラットフォームを備えるステータブレードが取り付けられる下流側部分（２１）とを備えるターボ機械要素であって、
    前記アブレイダブル材料製トラックは、その下流側境界が前記ステータブレードのプラットフォーム（２３）の上流側境界の全てと並置されたことを特徴とする、ターボ機械要素。
  7. 前記アブレイダブル材料が、シリコン系の化合物であることを特徴とする、請求項６に記載のターボ機械要素。
  8. 前記アブレイダブル材料が、前記プラットフォーム（２３）の上流側境界の全てと接触することを特徴とする、請求項７に記載のターボ機械要素。
  9. 前記外側環状シェル（１１）が、炭素またはガラス繊維系複合材料製であることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載のターボ機械要素。
  10. 請求項６から９のいずれか一項に記載の要素を備えることを特徴とする、ターボ機械。
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