JPH0247309B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、環状金属支持体を有する一体型セラ
ミツクス部材より成るタービン環に特に適用可能
な製造法に関する。

タービンの段の回転子に対応して位置するター
ビンの固定子のシユラウド環を構成するために、
セラミツクス材を使用する利点は周知である。実
際セラミツクス材の熱伝導率は低いので、熱的制
限が発生しない範囲内で著しく効果的であり、従
つて固定子の部材、特にハウジングの画定が可能
であり、厳しい機能条件にも容易に合致し、価格
も安く、実施も簡単である。セラミツクス材は高
温に対する抵抗が優れているので、特に冷却作業
を減じたり又はある種の場合には冷却作業を完全
に回避出来るので、排風の通気量が減少し、極め
て効果的なものになる。同様にセラミツクス材
は、熱腐食に対する抵抗が優れているのでタービ
ン環に使用すれば効果的である。

これに反して、この種の方法を前述の如く実施
することによる難点が原因となつて各種の拘束が
生じているので、セラミツクス材のタービン環へ
の利用は伸び悩んでいる。特に質量が大きくて混
み入つたセラミツクス材の場合は、引張り力が加
わると堅牢度は低くなる。更に熱膨張係数が小さ
いので、作動中に金属支持体上の連結部に大きな
欠陥が生じる。この問題を解決するために種々の
方法が試みられた。

FA−Ａ−2371575号には、セグメントを並置す
ることによつてセラミツクス環を構成するタービ
ン環が記載されている。この種の解決法は、製造
ならびに組立てを比較複雑にするので製造費が高
価になる。更に該セグメントの連結縁部に不可避
的な不連続があつて、ガス流が円滑に流れないと
いう障害が生じる。

これの改良案はFR−Ａ−2540938号に記載され
ており、これは環にセラミツクスセグメントを押
し付ける反軸方向の力をセラミツクスセグメント
に伝達するヘツドを有するねじによつて、該セグ
メントを環に弾性的で固定するものである。

FR−Ａ−2559634号によれば、単一部材のセラ
ミツクス環を使用することによつて前記欠点を回
避するものである。ここに提案されている組立て
方法は、ボビン状セラミツクス材製の環状支持体
によりセラミツクス環に圧縮予応力を加えること
を可能にするものであるが、あらゆる方面におい
て完全な満足な解決法が得られる訳ではない。

本発明によるセラミツクス材のタービン環製造
方法は、前記欠点を克服するものであると同時
に、ボビン状セラミツクス材製の補助環を使用し
なくてもよいので、セラミツクス環とそれの環状
支持体との間、すなわち例えばねじと挿入体との
間に連結部材を使用しなくてもよいので方法が簡
単なものになる。

本発明による製造方法は、次に示す段階によつ
て構成されるものである。すなわち (a) セラミツクス部材の形に型込めする段階、 (b) 鋳型を構成する装置の環状空所に(a)で得られ
たセラミツクス部材を配置する段階、 (c) 凝固し終るまで回転駆動する該鋳型の空所に
遠心力によつて金属材料を流し込む段階と、 (d) 該鋳型を取外すことによつて(c)で得られた部
品を型抜きする段階と、 (e) (d)で得られた、部品を機械加工する段階とで
構成され、このようにして得られる該部品が環
状金属支持持体にはめ込んだ環状セラミツクス
部材より成るタービン環として使用可能であ
る。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の実施例
を示す添附の図面を参照して以下に詳述する。

本発明による方法は、環状金属支持体と一体化
したセラミツクス製タービン環の製造を目的とす
るものである。本発明方法の第１段階は、本発明
の方法の次の段階を示す第１図及び第２図に示す
１の如きセラミツクス部材の形に型込めする作業
より成る。該型込め作業は型込めセラミツクス部
材を得るために使用される従来の既知の方法によ
つて実施される。該セラミツクス部材１は、第１
図及び第２図に示す如く連続した単一体の環を構
成可能であり、外径部と内径部とに型込め作業時
にピコツト（picot）２及び３を設ける。従来の
タービン環の定義によれば、型込めによつて得ら
れるセラミツクス部材を、１個の環を形成するよ
うに組立て可能な分割したセグメント又はブロツ
ク型式のものにもすることが出来る。かかるセグ
メント１ａを第４図に示す。セラミツクス部材１
の外面部にピコツト２及び３を設けるものとは別
に、第５図及び第６図の１ｂのように外径部に４
の如き係止部を設けたり、場合によつてはセラミ
ツクス２部材の側面部に５の如き係止部を設けて
もよい。該係止部４又は５は環状でも環状でなく
てもよく、型込めによつて得られるものと両立し
得るものであればいかなる形状のものでもよい。
この係止部の詳細に関しては第１図及び第２図に
示す型式の連続環にも同様に適用可能である。

前述の如き定義づけで得られたセラミツクス部
材１、すなわち環又はセグメント状のセラミツク
ス部材１は、次に装置８の内側部材６と外側部材
７との間に配置されるが、この場合該内側部材及
び外側部材相互間には環状空所９を設け、該装置
８は鋳型を構成する。前記ピコツト２及び３は、
環状空所９内にセラミツクス部材１を位置決め保
持するために使用される。

次に該既知の鋳造法に固有の注意点を考慮しな
がら遠心法によつて鋳造作業を実施する。溶融金
属は装置８に導入され、この間に装置８はそれ自
体の軸線を中心に回転駆動する。環状空所９は溶
融金属によつて充填され、装置８は金属が完全に
凝固するまで回転し続ける。

次にこのようにして得られた部品の型抜きを、
鋳型８から型抜きすることによつて実施する。完
成部品をタービンに取付けるために是非必要な正
確な寸法の完成品を得るために補足的な機械加工
が必要である。かくて第３図及び第４図に示す該
完成品１０は、セラミツクス部材１を完全に接着
した金属支持体１１の内部に保持されるセラミツ
クス部材１で構成される。金属支持体１１は、タ
ービン内に該部品を組立てるために使用する例え
ば１２の如き単数又は複数個のフランジを包含す
る（第３図参照）。

前述の本発明による方法は、遠心法による鋳造
作業によつて得られた金属母体１４にセラミツク
ス材製のブロツク１３を「閉込めた」ような環の
セクタを有する第７図に示す型式の環を得ること
も可能であり、この場合、該ブロツクの形状はい
かなる種類のものでもよく、これに関しては第７
図に実例を示すものであり、「閉込め」可能であ
る。

本発明の方法によつて得られる利点の中で特に
留意すべきことは、前記鋳造に続く段階として、
金属の完全凝固中に金属材料によつてセラミツク
ス部材１が圧縮状態に置かれることである。この
結果、セラミツクスの圧縮予応力はタービンに取
付けた後の環使用時において、僅かになるか或い
は作業中にはゼロになるが、いかなる場合におい
ても、セラミツクスに金属支持体の引張り応力が
生じないので、セラミツクス部材の優れた性能を
著しく妨げるものがなくなる。

前述の使用条件に最適なセラミツクスの型式
は、セラミツクス部材１を製造するために選択可
能であることがわかる。特に均質又は複合セラミ
ツクスが使用可能である。

実施の詳細が当業者には全く明らかな各種別型
も本発明によつて包含される。同様に金属の鋳造
作業前及び作業中における装置８の前記２個の部
材６及び７相互間にセラミツクス部材１を保持す
るためのピコツト２又は３は、嵌め込み式スペー
サと代替可能である。同様に金属支持体１１内の
セラミツクス部材１の環状ハウジングの断面は、
長方形又は台形等いかなる形状のものでもよい。
更にタービンに取付ける以前に得られる環状部品
１０も、切断によつて分割可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳型を構成する装置内にセラミツク
ス部材を配置した本発明によるタービン環の製造
方法の１段階を示す部分概略断面図、第２図は、
第１図の装置の線−における断面図、第３図
は、本発明の方法によつて得られたタービン環を
示すもので、幾何学的軸線を含む平面を通る断面
図、第４図は、第３図のタービン環の線−に
おける断面図、第５図は、本発明による方法で得
られるタービン環の別型を示すもので、幾何学的
軸線を含む平面を通る断面図、第６図は第５図の
線−における部分断面図、さらに第７図は、
同様に本発明による方法で得られるタービン環の
セクタを示す斜視断面図である。 １，１ａ，１ｂ……セラミツクス部材、２，３
……ピコツト、４，５……係止部、８……鋳型、
９……環状空所、１０……環状部品、１１……環
状金属支持体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) セラミツクス部材の形に型込め作業する
   段階と、 (b) 鋳型を構成すを装置の環状空所に、(a)で得ら
   れたセラミツクス部材を配置する段階と、 (c) 凝固し終るまで回転駆動する該鋳型の空所
   に、遠心力によつて金属材料を流し込む段階
   と、 (d) 該鋳型を取外すことによつて(c)で得られた部
   品を型抜きする段階と、 (e) (d)で得られた部品を機械加工する段階とで構
   成され、このようにして得られた 該部品が、環状金属支持体にはめ込んだ環状セ
   ラミツクス部材より成るタービン環として使用可
   能であることを特徴とする環状金属支持体と一体
   化したセラミツクス製タービン環の製造方法。 ２ 段階(a)において得られるセラミツクス部材
   が、均質なセラミツクスで構成されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のタービン環
   製造方法。 ３ 段階(a)において得られるセラミツクス部材
   が、複合セラミツクスで構成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載のタービン環製
   造方法。 ４ 段階(b)及び(c)において、セラミツクス部材が
   セラミツクス製スペーサによつて装置の適所に保
   持されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   から第３項のいずれかに記載のタービン環製造方
   法。 ５ 段階(a)で得られたセラミツクス部材が、段階
   (b)及び(c)において装置の適所にセラミツクス部材
   を保持するために用意されたピコツトを包含する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３
   項のいずれかに記載のタービン環製造方法。 ６ 該セラミツクス部材が、単一体より成る環で
   構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第５項のいずれかに記載のタービン環製造
   方法。 ７ 該セラミツクス部材が、段階(b)において環状
   に配置されるセグメントで構成されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第５項のいずれ
   かに記載のタービン環製造方法。 ８ (a)において得られるセラミツクス部材が、該
   金属環状支持体内に該セラミツクス部材の「閉込
   め部」を構成するように段階(c)において金属材料
   が充填される雌型の係止部を包含することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第７項のいずれ
   かに記載のタービン環製造方法。 ９ 該係止部を、セラミツクス部材の外径部と側
   面部とに設けることを特徴とする特許請求の範囲
   第８項に記載のタービン環製造方法。 １０ 段階(c)が真空鋳造であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第９項のいずれかに記
   載のタービン環製造方法。 １１ 段階(c)が保護性雰囲気下における鋳造であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ９項のいずれかに記載のタービン環製造方法。 １２ 段階(e)における機械加工が、得られた環状
   部材の切断による分割工程を包含することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項から第１１項のいず
   れかに記載のタービン環製造方法。