JP6549103B2 - タービンエンジンブレードプリフォーム - Google Patents

Description

本発明は、特にタービンエンジンのタービンブレードプリフォームのなどのタービンエンジンプリフォーム、および型、ならびにブレードプリフォームを得るための方法に関する。

現在の技術においては、タービンブレードは、キャビティを含む型を用いて、成形によって得られる一体部品であり、その３次元形状により、形状嵌合式に所望の形状を得ることができる。実際には、成形ステップ後に得られる部品は、所望の最終形状および寸法に達するように機械加工されなければならないブレードプリフォームから成る。

したがって、タービンブレードプリフォームは、ブレード根元をプラットフォームに接続する支柱を備える。また、ブレードプリフォームは、支柱の上流端および下流端に形成され、それぞれ、プラットフォームの上流端縁および下流端縁をブレード根元の上流端および下流端に接続する２つの横方向上流ウェブおよび下流ウェブを有する。用語「上流の」および「下流の」は、ブレードがタービンエンジンに取り付けられる場合にブレードの周りに一般的な上流から下流への流体流れ方向に対して考慮されることになることに留意されたい。

上流／下流方向に見た場合に、ブレードの各ウェブは、互いに向かって延在し、かつ横方向に測定されるその幅がブレード根元の幅よりも小さいスロート領域を形成する、凹曲壁を通してブレード根元側面に接続される側縁を備える。

各ウェブとブレード根元との間の接合点におけるスロートの存在により、ブレード根元の最終機械加工に要求される時間を制限することができる。また、この種の上述のスロートを得るために、型は、整合スロート領域を備えなければならない。

しかし、液体金属が型の中に流れる場合には、型スロート領域は、これらの場所において材料の流れを遅くし、これは、材料の不十分な凝固を引き起こす場合がある凝固の中断およびコールドラップ、ならびにブレード根元のプリフォームへのサイドウェブの結合領域の亀裂などの機械的欠陥の形成をもたらす場合がある。

本発明は、この種の問題に関して簡単かつ有効で経済的な解決策を提供する。

この目的ために、本発明は、タービンエンジンブレードプリフォームであり、プリフォームが、プラットフォームを上流−下流方向に長手方向に延在するブレード根元部に接続する支柱を備え、上流ウェブおよび下流ウェブがそれぞれ、ブレード根元の長手方向に実質的に垂直な方向に延在し、支柱の上流端および下流端に形成され、この種の上流ウェブおよび下流ウェブが、プラットフォームの上流端および下流端をブレード根元の上流端および下流端に接続するタービンエンジンブレードプリフォームであって、その上を上流ウェブおよび下流ウェブが延在する距離よりも小さい距離にわたって、ブレード根元がブレード根元の長手方向に垂直な方向に延在し、側縁が、ブレード根元の側面で収束する壁によって延長されることを特徴とする、タービンエンジンブレードプリフォームを提供する。

ブレード根元において各ウェブの結合領域で互に向かって収束する側縁を形成することにより、材料が先行技術の場合のようにいかなるスロート区域もなしに型の中に流れるので、この種の結合領域において最適な冶金学的品質を得ることができる。

したがって、成形によって得られるブレードプリフォームの廃棄の割合が、大きく低減され、それにより、ブレードの製造コストが低減される。

前記収束壁は、上流／下流方向に長手方向に延在するブレード根元の正中面に対して傾斜される平面によって形成されることが好ましい。

本発明の特定の実施形態によれば、上述の面は、正中面に対してほぼ４５°の角度で傾斜される。

また、本発明は、内部キャビティを備え、その３次元形状が、ブレードプリフォームの３次元形状を形状嵌合式に決定し、型が、垂直軸に沿って互いに対向して対になって配置される少なくとも２つの第１のブロックおよび第２のブロックを備え、第１の２つのキャビティリテーナブロックがそれぞれ、プリフォームのプラットフォームの内側表面を画定するように意図されているボスを有する凹部を備え、ブレードが、第２のキャビティリテーナブロックの凹部によって、ブレードプリフォームのプラットフォームの上流端縁および下流端縁をブレード根元の上流端および下流端に接続するために上流側ウェブおよび下流側ウェブを形成するように意図されている空間を画定し、第１のキャビティリテーナブロックが、ブレードプリフォームのブレード根元部の側面を形成するように意図されている実質的に平行な向かい合った面をさらに備える、上記のような鋳造ブレードプリフォームを製造するための型であって、各第１のブロックの凹部が、ブレード根元の側面を形成する面に接続されるボスの両側に第１の表面および第２の表面を備え、第１のキャビティリテーナブロックの第１の表面および第２の表面が、ブレード根元の側面の面に向かって収束することを特徴とする、型に関する。

本発明によれば、第１の収束面および第２の収束面の統合により、ブレード根元へのサイドウェブの結合領域にスロートの形成が防止され、それによって、この領域での欠陥の形成が制限される。

また、本発明は、上記のような型を用いてタービンブレードを製造する方法であって、ａ．第１のキャビティリテーナブロックおよび第２のキャビティリテーナブロックが、下型部に対して上方位置に配置されるように型を配置するステップ、ｂ．液体レベルが型の内部で徐々に増加し形状嵌合式にブレードプリフォームを形成するように、型の下部に液体材料を徐々に導くステップ、次いで、ｃ．ブレードの所望の最終寸法にブレードプリフォームの仕上げ加工を行うステップを含む、方法に関する。

本発明は、よりよく理解されるであろうし、本発明の他の詳細、特徴、および利点は、添付の図面を参照しながら非限定的な例示として与えられる次の説明を読むと明らかになるであろう。

先行技術によるタービンエンジンブレードプリフォームの概略図である。 図１の点線で囲まれた領域の上流からの図である。 本発明によるタービンエンジンブレードプリフォームの斜視による概略図である。 本発明によるプリフォームを作製するためのツールのいくつかのキャビティリテーナブロックの斜視による図式表現の図である。 本発明によるプリフォームを作製するためのツールのいくつかのキャビティリテーナブロックの斜視による図式表現の図である。 本発明によるプリフォームを作製するためのツールのいくつかのキャビティリテーナブロックの斜視による図式表現の図である。 本発明のタービンブレードプリフォームおよびプリフォームの機械加工後に得られるタービンエンジンブレードを重ね合わせて同時に示す上流からの図である。 本発明によるタービンブレードプリフォームおよびプリフォームの機械加工後に得られるタービンエンジンブレードを重ね合わせて同時に示す、斜視による概略図である。

型の成形によって得られ、軸線１２に沿って上流／下流方向に長手方向に延在するブレード根元１４の一部を備え、横断面が実質的に長方形の形状、プラットフォーム１６、ブレード１８、ブレード根元２０を有する、先行技術による一体型タービンエンジンブレードプリフォーム１０を示す図１の参照が最初に行われる。上流または下流から、根元の外形は、Ｕ字形状であり、Ｕ字の分岐は、実質的に平行であり、ブレード根元の側面４２によって形成される。より詳細には、図１に示されるブレードは、タービンエンジンのタービンに取り付けられるブレードを示している。

型２２は、内部キャビティ２４を備え、その３次元形状が画定されるので、ブレードプリフォーム１０の所望の３次元形状が、型を液体材料で充填することによって得られる。実際には、液体材料が、ブレード根元２０を得ることができるものに対応する型１２の下側部分２３から型２２の中に注入される。液体材料は、ブレード根元部分１４を得ることができるものに対応する型の上側部分２５まで（矢印Ａ）型を徐々に充填する。図１においては、およびブレードの通常の表現のために、型２２は、このようにその使用位置に対して反転位置に示されている。

図２は、図１に示される点線の部分を示しており、すなわち、ブレードプリフォームの内部部分は、ブレード根元１４の長手方向に実質的に垂直な方向に延在する２つの上流ウェブ２６および下流ウェブ２８を備え、２つの上流ウェブ２６および下流ウェブ２８は、ブレード根元１４の根元部をプラットフォーム１６に接続する（上流ウェブ２６のみが図２に示されており、下流ウェブ２８は、本発明を示す図３に見える）。また、図２は、対向する関係で配置される、型２２の２つのキャビティリテーナブロック３０、３２を概略的に示しており、各々は、互いに向かって突出部３４を備え、このような部分３４は、形状嵌合式に形成することができ凸曲面３６を備え、凹曲壁３８は、ウェブ２６、２８の側縁４０をブレード根元１４の部分に接続する。

上で説明したように、この型のブレードプリフォームは、材料の流れ（矢印Ａ）を遅くする２つの部分３４の間の型におけるスロート区域の存在により、ブレードプリフォーム１０の根元部分１４の側面４２へのウェブ２６、２８の結合領域３８において、亀裂などの機械的欠陥を有する場合がある。

したがって、本発明は、図３に示されるようにブレード根元１４の側面４２まで互いに向かって収束する壁によってウェブ４４の側縁４０を延長することによってブレード根元の側面４２へのウェブ２６、２８の側縁の結合領域の変更を提供する。したがって、ブレード根元１４は、上流ウェブ２６および下流ウェブ２８の距離よりも小さい距離にわたってブレード根元の長手方向上流／下流方向に実質的に垂直な方向に延在する。先行技術とは違って、プリフォームブレード４６は、もはやスロート領域を備えず、それにより、ブレード根元１４の部分とのウェブ２６、２８の接合点における欠陥の形成の危険性が大きく低減される。

図３に示される実施形態においては、壁４４は、上流から下流に延在するブレード根元の正中面、すなわちブレード根元１４の中心を通して長手方向に延在する平面に対してほぼ４５°の角度で傾斜される平面によって形成される。

他の図示していない実施形態においては、壁は、ブレード根元の側面に向かって収束しながら、湾曲され、凹面または凸面であり得る。

次に、図３を参照して説明されるように、収束面で結合領域を形成するために、本発明による型４８の一部を示す図４〜図６の参照が行われる。

この型は、垂直軸５８、６０に沿って互いに対向して対になって配置される２つの第１のキャビティリテーナブロック５０Ａ、５２Ａおよび第２のキャビティリテーナブロック５４Ａ、５６Ａを備える（図４）。各キャビティリテーナブロック５０Ａ、５２Ａ、５４Ａ、５６Ａは、キャビティリテーナブロック５０Ａ、５２Ａ、５４Ａ、５６Ａを組み立てた後に、形状嵌合式にタービンブレードプリフォーム４６の一部を形状嵌合式に形成するように意図されているキャビティを画定する凹部５０Ｂ、５２Ｂ、５４Ｂ、５６Ｂを備える。

特に、ブロック５０Ａの凹部５０Ｂは、その外側表面５０Ｄがブレードプリフォーム４６の支柱を形成するようにブロック５２Ａの凹部５２Ｂの整合ボス５２Ｃの外側表面５２Ｄと対向して多少の隙間で配置される、ボス５０Ｃを備える。ボス５０Ｃ、５２Ｃの各外側表面５０Ｄ、５２Ｄは、その上面５０Ｅがプラットフォーム１６の内面を画定するように意図されている周縁によって凹部５０Ｂ、５２Ｂの残部に接続され、２つの側面５０Ｆは、第２のキャビティリテーナブロック５４Ａ、５６Ａの凹部５４Ｂ、５６Ｂによってブレードプリフォーム４６の上流サイドウェブ２６および下流サイドウェブ２８を形成するように意図されている。

第１のブロックの各凹部５０Ｂ、５２Ｂのボス５０Ｃ、５２Ｃは、プラットフォーム１６の側縁、およびプラットフォーム１６の上流ウェブ２６および下流ウェブ２８の側縁４０を形成するように意図されている表面５０Ｇから突出する。この領域５０Ｇは、ボス５０Ｄの両側に延在し、かつ本発明によるブレード根元１４に結合領域を形成するように意図される第１の表面５０Ｈおよび第２の表面５０Ｉに接続される。このために、キャビティリテーナブロック５０Ｂ、５２Ｂの第１の表面５０Ｈ、５２Ｈは、インペラ１８からブレード根元１４に向けられる方向に互に向かって収束する。同様に、第２の表面５０Ｉ、５２Ｉは、ブレード根元方向にインペラにおいて互に向かって収束する。各キャビティリテーナブロック５０Ａ、５２Ａの第１の表面５０Ｈ、５２Ｈおよび第２の表面５０Ｉ、５２Ｈは、ブレード根元１４の一部の側面４２を形成するように意図されている同じ表面５０Ｊ、５２Ｊに接続される。上述の側面を形成する第１のキャビティリテーナブロック５０Ａ、５２Ａのこれらの表面は、実質的に平行である。

第１および第２のキャビティリテーナブロックに平行面５０Ｊ、５２Ｊ上に開く収束面を形成することにより、型の中への液体材料の流れを容易にする（矢印Ａ）。

第２のキャビティリテーナブロック５４Ａ、５６Ａはそれぞれ、ブレードプリフォーム４６のサイドウェブ２６、２８から、およびウェブに対してプラットフォーム１６に対抗して延在するスポイラー６２を形成するためのスロット５４Ｃを備えることに留意されたい。

上記のような型を用いてプリフォーム４６を成形した後に、プリフォームの機械加工作業が、タービンブレード６４を所望の寸法に合わせて得るように行われる。ブレード根元の部分、およびブレード根元の部分へのサイドウェブの接続区域の機械加工は、知られている方法でタービンディスクのキャビティに軸線方向に係合され半径方向に保持されるのに適応しているダブテイルブレード根元６６を形成するように行われる。また、機械加工のステップは、プラットフォームの側縁部を機械加工することにある。

Claims (5)

1. プラットフォーム（１６）を上流−下流方向に長手方向に延在するブレード根元部（１４）に接続する支柱を備え、上流ウェブ（２６）および下流ウェブ（２８）がそれぞれ、ブレード根元の長手方向とタービンディスクの半径方向とのそれぞれに垂直な横方向（６０）に延在し、支柱の上流端および下流端に形成され、この種の上流ウェブ（２６）および下流ウェブ（２８）が、プラットフォーム（１６）の上流端および下流端をブレード根元（１４）の上流端および下流端に接続するタービンエンジンブレードプリフォーム（４６）であって、上流ウェブおよび下流ウェブ（２６、２８）が前記横方向（６０）に延在する距離よりも小さい距離にわたって、ブレード根元（１４）がブレード根元の長手方向とタービンディスクの半径方向とのそれぞれに垂直な横方向（６０）に延在し、上流ウェブおよび下流ウェブがそれぞれ、ブレード根元の側面で収束する壁（４４）によって延長される２つの側縁（４０）を備えることを特徴とする、タービンエンジンブレードプリフォーム。
2. 前記収束壁（４４）が、上流／下流方向に沿って長手方向に延在するブレード根元の正中面に対して傾斜される平面によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム。
3. 面（４４）が、正中面に対して４５°の角度で傾斜されることを特徴とする、請求項２に記載のプリフォーム。
4. 内部キャビティを備え、その３次元形状が、ブレードプリフォームの３次元形状を形状嵌合式に決定し、型（４８）が、垂直軸（５８、６０）の一方（６０）に沿って互いに対向して対になって配置される少なくとも２つの第１のブロック（５０Ａ、５２Ａ）および垂直軸（５８、６０）の他方（５８）に沿って互いに対向して対になって配置される少なくとも２つの第２のブロック（５４Ａ、５６Ａ）を備え、第１の２つのキャビティリテーナブロック（５０Ａ、５２Ａ）がそれぞれ、プリフォームのプラットフォーム（１６）の内側表面を画定するように意図されているボス（５０Ｃ、５２Ｃ）を有する凹部（５０Ｂ、５２Ｂ）を備え、ブレードが、第２のキャビティリテーナブロック（５４Ａ、５６Ａ）の凹部（５４Ｂ、５６Ｂ）によって、ブレードプリフォームのプラットフォーム（１６）の上流端縁および下流端縁をブレード根元の上流端および下流端に接続するために上流側ウェブおよび下流側ウェブ（２６、２８）を形成するように意図されている空間を画定し、第１のキャビティリテーナブロック（５０Ａ、５２Ａ）が、ブレードプリフォームの根元部（１４）の側面を形成するように意図されている実質的に平行な向かい合った面（５０Ｊ、５２Ｊ）をさらに備える、請求項１に記載の鋳造ブレードプリフォーム（１４）を製造するための型であって、各第１のブロック（５０Ａ、５２Ａ）の凹部（５０Ｂ、５２Ｂ）が、ブレード根元の側面を形成する面（５０Ｊ、５２Ｊ）に接続されるボスの両側に第１の表面（５０Ｈ、５２Ｈ）および第２の表面（５０Ｉ、５２Ｉ）を備え、第１のキャビティリテーナブロックの第１の表面（５０Ｈ、５２Ｈ）および第２の表面（５０Ｉ、５２Ｉ）が、ブレード根元の側面の面の方へ収束することを特徴とする、型。
5. 請求項４に記載の型を用いてタービンブレードを製造する方法であって、ａ．第１のキャビティリテーナブロック（５０Ａ、５２Ａ）および第２のキャビティリテーナブロック（５４Ａ、５６Ａ）が、下型部に対して上方位置に配置されるように型（４８）を配置するステップ、ｂ．液体レベルが型（４８）の内部で徐々に増加し形状嵌合式にブレードプリフォームを形成するように、型の下部に液体材料を徐々に導くステップ、次いで、ｃ．ブレードの所望の最終寸法にブレードプリフォームの仕上げ加工を行うステップを含むことを特徴とする、方法。

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