JPS59165803A - タ−ボマシンの固定翼組立体製造方法およびその組立体 - Google Patents

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】 本発明はタービン装置用固定翼組立体を溶接で作る方法
に関するものである。

このような組立体を製造する公知の方法として鍛造法が
あシ、この方法は翼形に成形された固定翼の半径方向の
内側端部と外側端部に台地状部分を一体構造に鍛造成形
するものである。この固定翼は治具の中で組み立てられ
、相互に隣接支持する台地状部分によって環状体を形成
する。この台地状部分は集束された電子ビームで溶接さ
れ、各溶接個所が収縮し、この収縮が前記組立体全体の
に０．／！ｒｍ　（０，００７，インチ））、今まで溶
接個所を極力減らすよ５に奨められて来た。

前記固定翼組立体の収縮に対処するために、前記治具は
個々の固定翼を半径方向内側に動かし得るような形状に
設計された。この形状にするためには多数の摺動するク
ランプを設け、このクランプをばねで半径方向内側に押
しっけなければならない。溶接中に溶接の飛散物や破片
が前記治具の摺動部にかみ込むことがあり得る。そのた
めに治具の中で固定翼を緩く組み上げる作業を、この固
定翼の治具へのクランプ前及びクランプ中に行なうこと
が困難であった。

固定翼を治具に緩るく組み付けるのは非常に時間のかか
る作業である。この作業では熟練工が長時間かけて個々
の固定翼を組み付け、固定具の溶接前組立体を高い精度
で組み上げ、この組立体溶接後に収縮した時に所定の寸
法に正確に合うようにする。この組立体の内側及び外側
の周縁は前記台地状部分全体の周縁中の合計として指示
されるので、個々の台地状部分を研磨又は機械加工で厳
密に許容誤差範囲内に収めなければならない。そのよう
にして゛も、前記許容誤差を合計すると固定翼組立体を
正確に所定の寸法に組み上げるのが困難なことになるの
で、特殊な寸法の台地状部分を用いて前記組立体の仕上
がシ寸法を調整する。それ故、製造経費が著しく嵩む。

機械加工を精密に行ない、特殊な寸法の部品を作るため
に費用がかかるし、７群の固定翼を、マツチングをとっ
たシ調整しながら適当な組立体に仕上げるのに時間がか
かるからである。

製造経費が嵩むもうひとつの原因は、各固定具の内側及
び外側に台地状部分を作るからである。

前記固定翼の間隔を正確にする目的で従来の溶接法で前
記台地状部分を溶接するには、通常、固定翼の端部を太
くして巾の広い台地状部分を作る。

この太くするための鍛造の経費が更に加算される。

本発明の目的は固定翼組立体を溶接で作る方法に係り、
この組立体を前記従来の方法よりも安価で簡単に作る方
法を提供することにある。

特許請求の範囲に記載した発明は、各固定翼の初期段階
の鍛造経費を安くできる方法であり、安くできる理由は
固定翼の端部固定部分を周縁方向に非常に小さく出来、
鍛造で太くする必要がないからである。そのために前記
初期段階の鍛造経費を３０％以上節減することができる
。前記固定翼組立体全体の大きさは前記未溶接の固定翼
組立体の直径でよシ容易に定まるし、緩ろく組み付ける
固定翼の長さを合わせたり再組付を行なう必要もない。

全ての固定翼は予め定められた許容誤差範囲内にあシ、
個々の許容誤差範囲は組立作業中に調整されて、前記組
立体全体の寸法に殆んど影響しない。

本発明に基づく方法で作られる最終製品は溶接個所が前
記従来の方法の２倍になる。上述の説明で指摘したよう
に、収縮に関する従来の方法の欠点は是が非でも溶接個
所を減らそうとした点にある。本発明は逆に前記スペー
サを連結する共通構造体が溶接中に重要な作用をすると
い５事実を活用するものであり、この重要な機能とは第
７に前記共通構造体が前記スペーサを正確に位置づけて
前記全体の収縮を決定するとい５ことであシ、第、２に
前記共通構造体が前記溶接の溶加材として作用して前記
収縮の影響を小さくするということである。

本発明には更に長所があシ、その長所は前記スペーサな
共通構造体で連結することであシ、これは言い換えれば
スペーサと固定翼とを緩く組み立てる段階でこのスペー
サと固定翼を空間的に正確に位置付けることはできない
し、それをやるとすれば複雑な治具が必要であυ、この
複雑な治具には摺動部があり、この摺動部に前記かみ込
みが起きるおそれがある。本発明に基づく方法に要求さ
れることは前記内側環状体と外側環状体を、前記緩く組
み付ける間、平らな面の上に債いて、これを最後に溶接
位置にクランプすることだけである。

以下、図に拠って本発明の詳細な説明する。

従来公知の方法による溶接が如何に複雑であるかを第１
図及び第２図に示す。第７図に於いて、公知の治具はベ
ースプレートｌｏを有し、このベースプレートＩＯに半
径方向に動く複数のクランプ／２が装着される。このク
ランプ／ｊは１個ずつ各固定翼／４Ａに溶接される。こ
の各クランプノコはニードルベアリング／Ａに装着され
ると共に円筒形の部材／１より成る装置によつて半径方
向内側に動かされ、この円筒形の部材／ｌは前記各クラ
ンプｌコのカム、２゜を押し続ける。このようにして前
記円筒形の部材ｉｔｒは全てのクランプｌユを同時に半
径方向内側に押す。

各固定翼組立体は翼形に成形された翼部−を有し、この
翼部ｎの、先端と根本に台地状の部分瀝、工が一体化構
造になるように設けられ、この台地状部分２４，２４は
円周方向に延びる。前記固定翼／ダは鍛造によりて作ら
れ、前記治具への取付前に最終形状に機械加工される。

隣接する固定翼の台地状部分−タ、易は電子ビーム（矢
印Ａ、Ｂで略示）によ−て溶接される。板状の保護部材
Ｕが前記興の両側に取〕付けられ、この保護部材Ｕで前
記電子ビームが前記固定翼に損傷を与えないようにする
。

前記溶接を行なう時は直径方向に対向する位置の固定翼
を順次溶接し、それ罠よって前記固定翼組立体の収縮を
制御する。上述の公知の治具は、第７図及び第一図に示
すように、多くの可動部分とローラーベアリング／Ａを
有し、この可動部分やローラーベアリング／Ａの間に溶
接材料が挾まれたり（このような事は珍しくない）、溶
接材料以外の破片等が前記クランプ１２の間に落とされ
たりする。そのうえ前記固定翼組立体の最終寸法は、緩
んだ状態にある多くの部材が前記円筒形の部材７ｇとカ
ム二〇によって半径方向内側に押し付けられて詰められ
た時の寸法の合計として決まる。また、前記治具は非常
に複雑で作るのに経費がかかシ、加えて、前記溶接を手
作業で行なわなければならない。この溶接によって形成
されるビードが前記ガスタービンエンジンの中を環状に
流れる流体に曝されるからである。

本発明に基づく溶接法を第３図乃至第６図に示す。第３
図に示すように治具はベースプレート３０を有し、この
ベースプレート３０は同心円状の２個の円筒形のフラン
ジ３．２．３１１を有し、この７ランジ３２．３ｔＩは
同一面上に固定翼を支持する２つの面３６．３７を特定
する。前記溶接される固定翼の組立体は中空の円筒形の
部材３１，１７０を有し、この円筒形部材３Ｓ％りは前
記支持面３６．３７上に同心円状に配設され、この配設
はクランプ及び位置決め部材り、鉢よシ成る装置によっ
て為され、このクランプ及び位置決め部材１１２．’ｉ
ｌｌは前記ペースプレートに装着される。

前記円筒形の外側部材＜１０は円錐形の孔侘を有し、こ
の孔部は溝ｔざを有し、この溝弘ざは前記孔部の長さの
方向に、その軸に対して約／ｊ０をなすように延びる。

同様に、前記円筒形の内側部材３ｇは円錐型の外面３ｏ
を有し、この外面ＳＯは前記円筒形の外側部材りの円錐
形の孔ｕＡに面すると共にこの孔部に収まる。前記円筒
形の内側部材３ｇの外面５０も溝Ｓコを有し、この溝幻
は前記内側部材の外面！；ｏ　Ｋ沿って軸方向に延びる
。

第５図及び第６図に示すように、前記溝弘ざ、５コは側
部が平行、即ち前記溝参Ｓの円周方向に対向する面ｓｏ
、ｓｔと、前記溝Ｓ２の円周方向に対向する面ｓｔｒ、
ｔｏとが互いに平行である。更に、前記外側部材％の各
溝弘ｔ゛の円周方向に対向する面５１の中の１つの面と
前記内側部材３８の各溝５コの面ＳＺの中の７つの面と
は、半径方向に延びる同一の面上にある。

前記溝５．２の巾は前記溝付の巾よシ若干狭い。従って
、前記各溝は前記内側部材３ｇ又は外側部材Ｉ１０をフ
ライス盤か中ぐシ盤で切削して作シ出すことができ、こ
の切削作業は、可能ならば、前記部材３ｇ又はａＯを適
当な平行側面を有するフライス盤又は中ぐシ盤で割り出
すことにより行なう。前記溝９ｇ１幻は前記固定翼組立
体の軸に対して約／ｊｔ０をなすよ５に機械加工される
。

前記溶接しようとする固定翼は夫々翼部−を有し、この
各翼部ｎの各端部には端部固定部分が設けられ、この各
端部固定部分は溝ｔｔｇ又は５．２の中に整合し得る寸
法である。図から読みとれるように、前記各溝μｆｆ、
ｉの間の金属部分はスペーサＡｌｌ、７０を形成し、こ
のスペーサ６ｇ、７０は夫々共通の構造体、即ち前記円
筒形部材３ｇ、ａｏの前記溝弘ざ、５．２の底部を特定
する部分によってつなぎ合わされる。

前記溝弘ざ、Ｓコ及び端部固定部分６１Ｉ、ＡＡの寸法
及びその切削許容誤差は、前記円筒形部材３ｇ、４ｔＯ
の一方の端部の１つの面を基準にして、前記各固定翼が
前記内側部材３ｇ及び外側部材グＯに正規でない位置に
軸方向にはめ込まれるのを防ぐように定められ、前記溝
付、Ｓ−の底は前記端部固定部分６１１１６６の面に対
して僅かに傾斜するように機械加工され、この端部固定
部分は前記溝の底に面する。前記端部固定部分の傾斜の
詳細を第６図に示す。

再び第３図及び第参図に戻れば、前記溶接しようとする
固定翼は、前記クランプｔＡ：ｌで緩く保持された前記
内側部材３ｇ及び外側部材ａＯの各溝ａｔｒ、ｓ、２の
中に落し込まれる。この固定翼装着が終って固定翼組立
体が出来上ると、前記クランプ弘２が前記固定翼の組立
体を前記治具の中に緩く保持する。

はねクリップ７４Ａが前記各固定具ｌμを前記固定翼支
持面ＪＡ１．７７に向けて押し下げる。前記固定翼組立
体が前記治具の中に軽くクランプされると、電子ビーム
溶接が開始される。

前記電子ビームは前記各端部固定部公葬な前記　−外側
部材％に溶接するが、その際前記電子ビームのビーム束
Ｅを前記孔侘に当てて前記端部固定部分の平行な面と前
記溝の側部との間を溶接する。

同様に、前記端部固定部分６６を前記内側部材３ｇに溶
接するには集束された電子ビームを前記内側部材の外面
ＳＯに当てて前記端部固定部・分６６と前記溝ｊコの側
部との間を溶接する。この溶接を行なっている時に生ず
る前記固定翼組立体の収縮は溝付の環状部材の寸法によ
って制御され、この溝付の環状部材は前記内側部材３ｇ
と外側部材ｙｏを作るために用いられるものである。前
記共通の構造体は前記「スペーサ」をつなぎ、この「ス
ペーサ」は前記内側部材３ｇと外側部％の一部であって
前記溝弘ざ、幻の底部を形成している部分であるが、こ
の共通の構造は溶加材としても作用し、これによって前
記各溶接部が充填される。前記溶接を行なう部分は第７
図及び第２図に示した固定翼組立体に比べると２倍にな
るが、前記内側部材３ｇと外側部材ｙ。

の収縮の制御をよシ容易にすることが判った。

本発明に基づく方法の前記溶接段階で溶接された固定翼
組立体は複数の固定翼を有し、この複数の固定翼は一個
の溝付環状部材即ち内側部材と外側部材に溶接されてい
る。次の段階で前記共通の構造体の少くとも前記スペー
サをつなぎ合わせている部分を機械加工するので、出来
上る固定翼組立体は２個の同心円状の環状部分を有し、
この２個の環状部分は夫々、端部固定部分６’ｌ、６６
とスペーサ６ｇ、７０とを交互に有することになる。前
記共通構造体を機械加工することによつて、前記溶接部
が露出するので、前記溶接の溶は込みが充分性なわれて
いるか否かを確認することができる。この溶接部確認が
可能であるために検査が極めて簡単になる。従って、付
は足し的な装置、例えば補助的なフランジ等を、前記共
通の構造体の切出しの済んだ完成された固定翼組立体に
設けることもできる。

第６図に示すように、小さい凹部ざ６が前記内側部材３
ｇと外側部材りに設けられる。ここで注意すべきことは
、前記各端部固定部分ＡＩＩ、ＡＡがこのような凹部な
含まないという点である。その理由は前記各固定翼ｌ弘
が前記溝弘ざ、Ｓａに取シ付けられた時に、前記端部固
定部分ｔ’ｌ、６６が前記周縁の凹部μの近傍に不連続
部を特定するので自動溶接装置を使用することができ、
この自動溶接装置が前記不連続部を感知して溶接すべき
部位を決め、この部位に前記電子ビームをロックして自
動的に溶接を行なうからである。この溶接部位決定方法
は周知であり、本発明には含めない。

前記実施例において、前記内側部材３ｇ及び外側部材ｔ
ｉｏは夫々１個の単一体から切シ出され、前記「スペー
サ」７０は前記内側部材３ｇと外側部材ａＯを構成する
材料で構成される。然し乍ら、この構造の態様は好まし
いものではあるが、これ以外に実施可能なものとして、
固定翼組立体の形によってはスペーサを分離型にして共
通の背部構造体に例えば差込み又は接着等によって固定
装着する構造がある。然し乍ら前記分ｍ型スペーサを固
定装着する構造は第３図乃至第６図に示す本発明に基づ
く方法の利点を備えていない。

本発明の長所は第３図及び第Ｖ図に示す治具を第１図及
び第２図の複雑な治具よシも簡単にできる点にある。忘
れてならないことは６０個以上の固定翼が典型的な固定
翼組立体を構成しているという点であり、前記機械加工
の許容誤差が、そして前記固定翼組立体が、従来の溶接
法よりも極めて簡素になることは好ましいことなのであ
る。常識に反することであるが溶接個所を２倍にしても
前記収縮の問題が難しくなることはない。その理由は前
記単一体である円筒形部材３１１、ｌｌＯが前記収縮を
制御するからである。

第３図及び第Ｖ図の治具は円筒形の保護部材♂１１ｋを
有し、この保護部材ｘｉＸｒｘは前記電子ビームが前記
固定翼組立体を貫ぬく時に漏れ出るのを防止する。

【図面の簡単な説明】

第７図は固定翼組立体を従来の溶接法で作るための治具
の平面図、第２図は第１図の線■−■に沿う断面図、第
３図は本発明に基づいてガスタービンエンジン用固定興
組立体を溶接で作るための治具の平面図、第Ｖ図は第３
図の線ＩＶ−ＩＶに治５断面図、第５図は第３図及び第
Ｖ図に示す固定翼組立体の中の１個の固定翼の端部な溝
に沿う方向から見た場合の説明図、第６図は第５図の固
定翼の側面図である。 ｌＯ・・・ペースプレート、ｌコ・・・クランプ、ｌ弘
・・・固定翼、ｎ・・・翼部、１．４！、：ｕ・・・台
状部分、Ｕ・・・保護部材、３０・・・ベースプレート
、３２．３ＩＩ・・・７ランシ、３ｇ・・・内側部材、
ｙｏ・・・外側部材、ｔＡ２，１ｌｌＩ・・・クランプ
及び位置決め部材、ｔざ、〃・・・溝、５ｏ・・・内側
部材の外面、３’ｔ、　！；ｔ、　！；ｇ、　Ａθ・・
・対向する面、Ａ９．６６・・・端部固定部分、Ｕ；　
ｔＯ・・・スペーサ、７４・・・ばねクリ、プ、ｔ／。 ｎ・・・保護部材 出願人代理人　　　猪　股　　　　清 手続補正書動式） 昭和５９年４月ｆｇ　日 特許庁長官　若杉和　夫　殿 １　事件の表示 昭和５８年　特許願　第２４３６２２号２　発明の名称 ターボマシンの固定翼組立体製造方法およびその組立体 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ロールスー〇イス、リミテッド ４代理人 昭和５９年　３月　７日 （発送日　昭和５９年３月２７日） ６　補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定翼組立体を溶接で製造するための溶接法におい
   て；この溶接法は半径方向に間隔をおいて内側部材と外
   側部材を設ける段階を含み、前記外側部材は中空体を有
   し、この中空体は複数のスペーサを有し、このスペーサ
   は共通の構造体の内側の面の周縁に間隔を置いて設けら
   れ、この共通の構造体は全てのスペーサを互いに固定す
   るように連結し、前記内側の部材は複数のスペーサを設
   けた本体を有し、このスペーサは共通の構造体の外側の
   面の周縁に間隔をおいて設ケられ、この共通の構造体は
   この全てのスペーサを互いに固定するように連結し； 前記溶接法は複数の固定翼な取り付ける段階な含み、こ
   の固定翼は夫々周縁方向に延びる端部固定部分を有し、
   この端部固定部分は前記固定翼の端部にあり、この各固
   定翼の一方の端部固定部分は前記外側の部材の２個のス
   ペーサの間で周縁方向にこの一個のスペーサに接触する
   ような形状・寸法に成形され、前記各固定翼の他方の端
   部固定部分は前記内側の部材の２個のスペーサの間でこ
   の２個のスペーサに接触する形状・寸法に成形され； 前記溶接法は前記固定翼を前記内側部材と外側部材との
   間に挿入する段階を含み、この各固定翼の一方の端部の
   端部固定部分は前記外側の部材の一個のスペーサの間で
   この２個のスペーサに接触するように配設固定され、前
   記各固定翼の他方の端部の端部固定部分は前記内側の部
   材の２個のスペーサの間でこの２個のスペーサに接触す
   るように配設固定され； 前記溶接法は前記端部固定部分とスペーサとの間を溶接
   するが前記内側部材と外側部材：ｂｔその周縁方向に収
   縮できるようにする段階を含み；前記溶接法は、前記内
   側部材のスペーサと外側部材のスペーサとを連結してい
   る前記共通構造体の少くとも一部分を取シ除き、スペー
   サ点固定翼端部固定部分を交互に前記固定翼で連結させ
   て成る内側環状部材と外側環状部材を形成する段階を含
   むことを特徴とする溶接によ；千ターボマシ＋ンの固定
   翼組立体製造方法。 コ、前記外側部材が単一体よシ成シ、この単一体は断面
   が円形の孔とこの孔の周縁に間隔を置いて延びる複数の
   凹部な布上、前記スペーサは前記凹部の間でこの凹部の
   周縁にある部材の材料によって特定されることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項に記載の溶接によしタ〜ポマ
   シ〜ンの固定翼組立体製造方法。 ３、前記内側の部材が単一体よシ成シ、この単一体は外
   側の輪郭が円形であシ、この輪郭の周縁に、この輪″郭
   に沿って複数の凹部が間隔をおいて設けられ、前記スペ
   ーサは前記内側部材の周縁の前記凹部の間にある部分に
   ょうて特定されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に起体製造方法。 １、前記スペーサと固定具の端部固定部分とが円錐面を
   なすように成形され、この円錐面は流体が流れる環状の
   通路を一箇所に集め、この環状の通路を前記固定翼の延
   長部分が横断することを特徴とする特許請求の範囲第７
   項に記載の溶接にξξ（ターボ〜シ・の固定翼組立体製
   造方法。 ！、前記凹部の周縁方向に互いに対向する面が互いに実
   質的に平行であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項又は第３項に記載の溶接にｔｇ４ターボマシ礪ンの固
   定翼組立体製造方法。 ６、前記外側部材の各凹部は前記内側部材の各凹部に面
   し、前記外側部材の各凹部の周縁方向に対向する面の中
   の１個の面が前記内側部材の各凹部の互いに周縁方向に
   対向する面の中の１個の面と同一面上にあることを特徴
   とする特許請Φ 求の範囲第１項に記載の溶接によくターボマシ〜ンの固
   定翼組立体製造方法。 ７、前記外側部材の凹部の中の１個の面と前記内側部材
   の凹部の中の１個の面とを含む面が前記固定具組立体の
   半径方向に延びる面であることを特徴とする特許請求の
   範囲第６項に記載の溶↓ 接によ＃４ターボマシ〜ンの固定翼組立体製造方法。 ｔ、テーパーをなす間隙が前記各凹部の底部と前記端部
   固定部分の表面との間に設けられ、この固定翼組立体製
   造方法。 り、前記共通構造体を機械加工して前記スペーサをつな
   ぐ部分を切シ出すことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の溶接によ蝙ターボマシ惑ンの固定翼組立体製
   造方法。 １０、前記固定翼組立体を製造する方法は更に前記周縁
   の凹部を前記スペーサの中で溶接前に同一平面にあるよ
   うにする段階を有し、それによって不連続部を形成し、
   この不連続部が前記溶接段階における溶接線の形成を助
   けることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の溶
   接に？−ｇ−４ターボマシνンの固定翼組立体製造方法
   。 ／／、溶接で製造される固定翼組立体がその製造段階で
   ；内側部材と外側部材がその半径方向に間隔をおいて設
   けられ、この外側部材に複数のスペーサを有する中空体
   が設けられ、このスペーサが共通の構造体の内面周縁に
   間隔を置いて設けられ、前記共通の構造体が前記全ての
   スペーサを相互に固定するよ５に連結され、前記内側部
   材の本体に複数のスペーサが設けられ、このスペーサが
   共通の構造体の外周面に間隔をおいて配設されてこの共
   通の構造体によって相互に動かないよ５に２連結され；
   また 前記製造段階で複数の固定翼が取り付けられ、この固定
   翼の端部に端部固定部分が周縁方向に延びるように設け
   られ、この端部固定部分の中の一方の端部固定部分がそ
   の周縁部分を前記外側の部材の２個のスペーサの間でこ
   の２個のスペーサに接触するような形状・寸法に成形さ
   れ、前記他方の端部固定部分が前記内側の部材のコ個の
   スペーサの間でこのスペーサに接触するように形状・寸
   法が成形され：まだ 前記製造段階で前記固定翼が前記内側の部材と外側の部
   材との間に挿入され、この固定翼の一方の端部の端部固
   定部分が前記外側部材の２個のスペーサの間にこのスペ
   ーサに接触するように配設されて固定され、前記固定具
   の他方の端部の端部固定部分が前記内側の部材の２個の
   間にこのスペーサに接触するように配設されて固定され
   ；また 前記製造段階で前記端部固定部分とスペーサとの間が溶
   接されるが前記内側の部材と外側の部材がその周縁方向
   に収縮できるようにされ；また 前記製造段階で前記内側の部材と外側の部材とのスペー
   サを連結している前記共通の構造体の少くとも一部分を
   取シ除き、スペーサと固定翼端部固定部分とを前記固定
   翼に連結するように内側の部材と外側の部材を環状に成
   形するように加工されて作られたことを特徴とするター
   ボマシ育ンの固定翼組立体。