JPS59113205A - ガスタ−ビンエンジン用翼形部材 - Google Patents

ガスタ−ビンエンジン用翼形部材

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JPS59113205A
JPS59113205A JP58206824A JP20682483A JPS59113205A JP S59113205 A JPS59113205 A JP S59113205A JP 58206824 A JP58206824 A JP 58206824A JP 20682483 A JP20682483 A JP 20682483A JP S59113205 A JPS59113205 A JP S59113205A
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airfoil
tube
cavity
blade
ceramic
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JP58206824A
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ウイルフレツド・ヘンリ−・ウイルキンソン
エドウイン・ペイトマン
アンソニ−・ジヨ−ジ・ゲ−ル
ジヨン・スリンガ−
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Rolls Royce PLC
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    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/12—Blades
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービンエンジンの為の翼形部材に関する
ものである。
ガスタービンエンジン用のブレード又ハベーンのような
翼形部材は冷却を必要とする場合が屡々あり、その冷却
は通常、中空内部に冷却空気その他のガスを供給して行
われる。広く用いられる１つの冷却方法は、翼形の中空
内部の中に嵌めた別個のインピンジメント管を用いるも
のである。この管の中に冷却空気を送り、冷却空気は肢
管の多数の小孔から噴出して多数の噴流となって翼形の
内壁面に衝突する。
これは効果的な冷却法であるが、翼形の内部に冷却空気
導入管を設けるため構造が複雑となる。
従来比の管は別個に製作した後、ブレード又はベーンの
先端又は根元から中空翼形の中に挿入した。
これは、翼形の先端又は根元の開口を通過し得る管しか
用いられないこと、管のために何らかの保持手段を設け
なければならないこと、およびブレード又はベーンの製
作コストが高くなることを意味している。
本発明は、一体内に鋳造されたガスタービンエンジン用
翼形部材を提供することを目的とする。
本発明のガスタービンエンジン用翼形部材は、中空翼形
部と該中空翼形部の中で該中空翼形部の内面との間に全
長にわたり間隔を有するよう一端において片持支持され
た冷却空気導入管とから成り、上記中空翼形部と上記冷
却空気導入管とが一体の鋳造体として形成されているも
のである。
以下図面を参照しつつ説明する。
第１図および第２図は従来の翼形部材（この場合はブレ
ード）を示す縦断面図であり、そのブレードはいづれも
根元部１０、シャンク１１、プラットホーム１２および
中空翼形部１３を有している。第１図のものは、中空翼
形部の中にインビンジメント冷却空気導入管１４が配置
されろう付け１５により保持されている。このろう付け
を所要強度のものとするため、シャンク１１は空気導入
管をろう付け１５により固着する肩部１６を比較的長い
ものとするだけの充分な長さが必要である。
ブレードは管１４の内側から噴流の形態で流出する冷却
空気により冷却されろ、即ち該噴流が翼形１３の内面に
衝突する。この形態の冷却を可能とするために、空気は
根元部の下方の空気導入孔から供給され、管１４のブレ
ード根元部付近の端から管１．４に入る。
中空翼形１３は、最初その先端に大きな開口を有し、該
開口から管１４を中空翼形に挿入し得るようにする。こ
の開口はその後、ろう付けされた先端キャップ１７で閉
鎖する。
第１図のような設計には幾つかの欠点がある。
管１４を翼形の先端から中空翼形の内部へ挿入すること
が必要であるから、翼形のねじり、テーパーおよび厚さ
が著しく制限され、翼形の空気力学的設計を妥協させな
ければならない。又、機械的設計としては、肩部１６が
長くなければならないから、シャンク１１が翼形を支持
するのに必要な長さよりも長くなり従って重量が増す。
更に、肩部な設けることにより管１４に流入する空気の
流れが影響を受ける。最後に、ろう付け１５の検査は著
しく困難である。
別の従来の構造を第２図に示す。この構造ではインピン
ジメ／ト冷却空気導入管１．８には厚い支持部１９を有
し、該支持部１９の孔を取付はピン２０が貫通している
。ピン２０はシャンク１１の孔２１と係合する。
この構造では、第１図のもので検査が困難であった欠点
は解消されているが、別の問題がある。
厚い支持部１９とピン２０は管１８に流入する空気の流
れを著しく阻害し、又重量が非常に大きくなる。空気力
学的な形状の問題は第１図の場合と同様である。
本発明の実施例である第３図の構造では、ブレードにイ
ンビンジメント冷却空気導入管２２が一体内ＫＭ造され
ている。シャンクは厚い部分を必要とせず、シャンク１
１は比較的短く、根元部からも先端からも翼形１３に管
２２を挿入する必要はない。従って、第１図、第２図の
構造に比較し、空気力学的設計が著しく自由でありブレ
ードの重量が著しく軽減される。
又、第３図に示す本発明の実施例の中空翼形１３の先端
の孔２３は従来技術で必要としたものより著しく小さい
。孔２３は鋳造中に用いたコアーを両端で支持すること
ができるだけの大きさがあればよい。したがって、実際
にはブレード内部を検査し易くするため大きめの孔が残
されるかもしれないが、重量軽減と信頼性の向上が得ら
れる。
残りの図は第３図のようなブレードを作る方法の最初の
段階を示す。第４図乃至第８図は、それぞれ、その方法
で用いる部材を作るために用いられるダイ組立体を示し
、ダイ組立体の各ダイとその中の部材とを示すため、ダ
イ組立体を切断し、各切断片を互に分離している。
第４図および第５図は、本発明の方法でセラミックのコ
アを作るのに用いられる使い棄てのダイ組立体を示す。
第４図では、互に分離できる３つのダイ３０．３１．３
２から成るダイ組立体が示され、各ダイは互に嵌合わさ
れて、中央に空所３３を作る。この空所の形状は、変形
断面を有する殻の略半分であるが、円柱状の突起３４が
厚さ方向に貫通している。同様に第５図はダイ３５．３
６で作られたダイ組立体を示し、中央空所３７は厚さ方
向に円柱状突起３８が貫通している。これらのダイ組立
体は、破壊処理可能な材料を注入路（図示せず）から注
入して空所３３．３７に充填する。破壊処理可能な材料
は液状で注入した後硬化させる。次にダイ組立体を分解
し各々の空所と同じ形状の固形部材を取出す。これらの
破壊処理可能な部材を作るのに用いられる材料は、例え
ば硬質ワックス、熱可塑性プラスチック、その他の加熱
、溶解、又は化学的な手段によって破壊することのでき
るものである。しかし、この材料は液体状態で注入でき
、しかも製造工程中の歪みに耐える物体を作るだけの硬
度を有するように硬化しなければならない。
第６図に示すよ５［、空所３３．３７で形成された破壊
処理可能な部材３９．４０は小孔付きの翼形複合管の２
つの側面をなしている。突起３４は部材３９に小孔４１
を作り、突起３８は部材４０に小孔４２を作っている。
次の製造工程で、２つの部材３９．４０はその化学的組
成により決る方法により互に接合する。接着剤で接合で
きる材料もあるし、加熱により接合できる材料もある。
次に破壊処理可能な複合管４３は、第７図に示すダイ４
５．４６．４７で作られたダイ組立体の中央空所４４の
所定位置に配置する。空所４４の上部の形状は管４３の
外面の形状と略同−であるが、小孔４１．４２と一致す
る位置に浅い円形の凹み４８が設けられている。管４３
の下部では、空所４４は管４３を載せる棚４９を有し、
この棚の下では空所４４は少し拡大し延長部５ｏを形成
し、該延長部では３つの突起５１が貫通し、該延長部を
３つの通路に分割している。
このダイ組立体は第４図のものと同様に用いられるが、
この場合は、耐久性が比較的大きい液状のセラミック材
料を通路（図示せず）がら空所４４に注入する。セラミ
ックの組成は種々のものがあるが、普通は、水にセラミ
ックの細かな粉末を浮遊させ水溶性の樹脂ベースを加え
たものである。この液状材料を空所に注入した後、加熱
するか又は、場合によっては単に放置してキュアさせる
ことにより、硬化させる。
セラミックで充填された空間は、管４３の内部、延長部
５０および凹み４８に通じる小孔４１．４２から成るも
のである。従って、管４３はセラミック部材５２に小孔
４１．４２を貫通して凹所４８を埋めてセラミックのボ
タン５３を形成するセラミックにより接合される。
セラミックは比較的高い圧力で注入しなければならない
が、注入中は比較的脆い管４３をダイ組立体で良く支持
し、管の外面の大部分にダイの内面が係合するようにな
されている。
セラミック材料が硬化すると、ダイ４５．４６．４７を
分解して部材５２を取り出す。部材５２は依然管４３を
つけたまＸ１第、８図に示す第２段階のセラミック注入
を行う第３のダイ組立体の中に配置される。この第３の
ダイ組立体は３つのダイ５４．５５．５６で作られ、空
所５７を形成している。該空所５７は下部が延長部５ｏ
の形状を有し、延長部５０で形成された部材５２の一部
にぴったりと係合する。このようにして、部材５ｏはダ
イの中に配置するが、ダイ組立体の上端でも同様な係合
を行うのが望ましい。
空所５７の主な部分は作られるブレードに必要な内部空
所の形状に形成され、略翼形断面の空所であり、前端と
中央の部分ボタン５３の外側部分と空所壁との間に僅か
な隙間を残し、後端部にはダイ５４，５６から互に突出
して両ダイの分離線で交合する円柱ピン５８を有してい
る。
上述のセラミック注入工程と全く同じ方法で空所５７に
でラミックを注入する。この場合、セラミックは空所を
埋め、セラミックの突出したボタン５３により部材５２
に効果的に接合される。このよ５に形成されたセラミッ
ク部材の全体の形状は、略翼形をなし、管４３が埋込ま
れており、後部にはピン５８により横断する通路が形成
されている。
セラミック部材５９が硬化すると、ダイ５４．５５．５
６を分解してダイ組立体から取出す。ダイ組立体から取
出された部材５９には管４３が埋込まれており、部材５
９を鋳造工程に用いる前に、管４３を除去することが必
要である。この管は破壊処理可能な材料で作られている
から、その材料に適した方法を用いて管を除去すること
が可能である。熱可塑性プラスチックや可燃性材料の場
合は、熱を加える。可溶性材料の場合は、溶剤の技術を
用いる。
次に、セラミックのコア部材５９を従来のロストワック
スインベストメント鋳造に用いてブレードを作る。この
鋳造工程の第１段階のみを第９図に示す。コア部材５９
は３個のダイ６１．６２．６３で作られたグイ組立体で
画成された空所６０の中に支持する。この空所の形状は
、作られるブレードの外面の形状と同一である。空所６
０は、コア部材５９の上側部分を包囲する翼形部のほか
に、ブレードのプラットホームを画成する部分６４、ブ
レードシャンクを画成する部分６５、機械加工で仕上げ
て根元部を作るための素材を画成する部分６６、および
コア部材５９をダイ組立体の中に位置決めするためコア
部材５９の延長部の下側部分を把握する部分６７を有し
ている。この空所に溶融したワックスを注入し最終的に
作られる鋳造物と同一のものをワックスで作る。このワ
ックス部材の中にはコア部材５９が埋込まれブレードの
内部空所を画成する。普通のロストワックス技術により
、このワックス部材をセラミック材料で包囲して鋳造を
作り、次にワックスを溶かして除去し溶融金属をワック
スの代りに８１人してブレードの形状をｍ１造する。鋳
造されたブレードは中空の翼形部を有し、その形状は最
初コア部材５９と空所６０の表面との間の空間で画成さ
れ、該ブレードは、更に、その内部に支持された翼形管
を有するものである。この卯形管の形状はコア部材５９
の中に破壊処理可能な部材４３で形成された空所で画成
されている。このようにしてインピンジメント管を一体
的に内蔵し第３図に関連して述べた効果を有するブレー
ドが鋳造される。
第１０図乃至第１２図は、別の製造方法を示ず構部面図
である。第１０図には空所７２を画成する２個のダイア
０．７１から成るタ゛イ組立体が示されている。空所７
２はインピンジメント管の内側および５０と同様な部分
の形状を有し、空所７２の凹み７３は冷却管壁を貫通す
る小孔に対応するものである。
第７図および第８図の工程で用いたと同様なセラミック
材料を空所７２に注入し、固化させ、グイ組立体から取
出す。このようにして第７図のコア部材５２と同様な第
１のセラミックコア部材７４が作られる。このコア部材
を第１１図に示す別のグイ組立体に嵌め込む。このグイ
組立体は、ダイア５，７６から成り、インビンジメント
管の外面形と同じ形状の空所７７を画成している。コア
部材７４と空所７７とはその間に冷却空気管の形状と同
一形状の空間を画成する。
この空間に第５図に関連して説明したものと同様な破壊
処理可能材料を注入し硬化させる。複合コア部材はコア
部材７４と、処理可能なインサート７８とから成り、ダ
イア５．７６から取り出され、第１２図のダイア９，８
０で作られた別のダイ組立体の中に支持される。内部空
所８１はブレードの中空内部と同様な形状を有し、コア
部材とグイとの間の空間に同じセラミック材料を注入す
ることによって、５９と同様なコア部材８２が作られ、
前述の場合と同様に破壊処理可能な材料７８を除去する
。
この方法は、前述の実施例に比しダイ組立体の数が少く
てもよいという利点があるが、凹み７３に形成された突
起が空所８１に注入されたセラミックに確実に接合する
よ５％別な手当てが必要である。
上述の実施例の方法は何れも、第３図に関し説明した利
点を有する岸−の構造体であるブレードを作ることがで
きろ。しかし、前述の実施例の方法は変更と工程の付加
が可能であり、ブレードの細部の形状と内部の形状は種
々の異ったものとすることができる。例えば、ブレード
に翼端シュラウドを有した場合、インピンジメント管は
、前述の実施例のよ５に内面の大部分を冷却されるので
はなく、ブレードの比較的狭い部分のみを冷却すること
ができる。
又、ガスタービンエンジンの中で回転するブレードにつ
いて本発明を説明したが、静翼のような他の翼形部材に
も応用できる。従って、本発明は例えばノズル案内翼に
も応用できる。
【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は従来技術のブレードの縦断面図。 第３図は本発明のブレードの縦断面図。 第４図乃至第９図は本発明のブレードを製作する方法の
一連の工程を示す図。 第１０図乃至第１２図は本発明のもう一つのブレード製
作方法の一連の工程を示す図。 １（）・・・根元部　　　　　　１１・・・シャンク部
１２・・・プラットホーム部　１３・・・中空翼形部２
２・・・冷却空気導入管（インピンジメント管）特許出
願人　ロールス・ロイス・リミテッド秦／図　　　　　
　　纂２図 奉４　図 Ｕ 基５図 菓７Ｉ２１Ｉ ＃８　図 ５２ 第９　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　　中空翼形部と該中空翼形部の中で該中空翼形
    部の内面との間に全長にわたり間隔を有するよう一端に
    おいて片持支持された冷却空気導入管とから成り、上記
    中空翼形部と上記冷却空気導入管とが一体の鋳造体とし
    て形成されたガスタービンエンジン用翼形部材。 （２、特許請求の範囲第１項の翼形部材において、根元
    部およびシャンク部も上記一体の鋳造体に含まれる翼形
    部材。 （３）特許請求の範囲第１項の翼形部材において、内側
    および外側のプラットホーム部も上記一体の鋳造体に含
    まれる翼形部材。
JP58206824A 1978-08-17 1983-11-02 ガスタ−ビンエンジン用翼形部材 Pending JPS59113205A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB33660/78 1978-08-17
GB7833660 1978-08-17

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JP54104876A Expired JPS6050963B2 (ja) 1978-08-17 1979-08-17 ガスタ−ビン用翼形部材の製造方法
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JP (2) JPS6050963B2 (ja)
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