JPS6237203B2 - - Google Patents

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JPS6237203B2
JPS6237203B2 JP55178120A JP17812080A JPS6237203B2 JP S6237203 B2 JPS6237203 B2 JP S6237203B2 JP 55178120 A JP55178120 A JP 55178120A JP 17812080 A JP17812080 A JP 17812080A JP S6237203 B2 JPS6237203 B2 JP S6237203B2
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JP
Japan
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end wall
assembly
core
layer
copper
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JP55178120A
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English (en)
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JPS56107903A (en
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Kuraido Matsusu Mairon
Furederitsuku Shiringu Uiriamu
Rabaan Teinei Edoin
Chaarusu Uirumotsuto Reo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Publication of JPS6237203B2 publication Critical patent/JPS6237203B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/49336—Blade making
    • Y10T29/49339—Hollow blade
    • Y10T29/49341—Hollow blade with cooling passage
    • Y10T29/49343—Passage contains tubular insert

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水冷ガスタービン用複合ノズルを製造
する方法に関する。
本発明の水冷タービンノズルの製造方法は、 鍜錬または鋳造銅または銅合金のエアーホイル
コアを複数個の長さ方向穴が所定位置でコアに貫
通するように成形し、前記穴に複数本の第１冷却
管を挿通し、 ステンレス鋼の第１上層と金属粉末を団結した
高熱伝導性銅の第１下層とよりなる複合構造を有
する頂部端壁を成形し、この頂部端壁には複数本
の第２冷却管を第１下層に埋設するとともに第１
上層に貫通させて設け、 ステンレス鋼の第２下層と金属粉末を団結した
高熱伝導性銅の第２上層とよりなる複合構造を有
する底部端壁を成形し、この底部端壁には複数本
の第３冷却管を第２上層に埋設するとともに第２
下層に貫通させて設け、 中空本体の形状でほゞノズルの外形寸法を有し
両端で開口した耐食性外側クラツデイングを予め
成形し、 底部端壁、エアーホイルコアおよび頂部端壁を
中空被覆本体内に配置し、両端壁およびエアーホ
イルコアを複数本の桁と共に密接させ、 桁、冷却管および被覆本体を頂部および底部端
壁に溶接して組立体を形成し、 組立体から空気を排気し、組立体を真空下に密
封し、 組立体を高温等方圧力下で拡散結合させ、次い
で 結合した組立体を切削して完成製品とする工程
よりなる。
本発明の第１の特徴は、作動条件下でガスター
ビンノズルの適正冷却を達成するために、冷却管
を熱伝導性金属、例えば銅内に埋設しなければな
らないことである。従来の粉末冶金技術を用いる
と通常強度の低い銅合金となるのに較べて、鋳造
または鍜造技術により銅部材を成形すると著しく
強度の高い生成物が得られる。このことは、使用
中の高い熱歪に耐えるために高い引張強さが要求
されるノズルのエアーホイル部分にとつて特に重
要である。
次に図面を参照しながら本発明の方法を具体的
に説明する。
第１図に本発明の方法に従つて製造した水冷高
温ガスタービン用複合ノズル１０を示す。このノ
ズル１０は鍜錬または鋳造銅エアーホイルコア１
２よりなり、コアにあけられた複数の長さ方向穴
内に複数本の第１冷却管１４が埋設されている。
コア１２の上部に位置する頂部端壁２４は、底部
端壁１６と同様に、第４図に示すように高熱伝導
性金属の第１層２６とステンレス鋼の第２耐食性
支持層２８との複合構造を有する。複数本の第２
冷却管３０は頂部端壁２４の熱伝導層２６に埋設
され、第２層２８の出口まで延在する。コア１２
の下部に位置する底部端壁１６は、高熱伝導性金
属、例えば銅の第１層１８とステンレス鋼の第２
耐食性支持層２０との複合構造を有する。複数本
の第３冷却管２２は第１層１８に埋設され、第２
層２０の出口まで延在する。複数本の桁３２は頂
部端壁２４からエアーホイルコア１２および底部
端壁１６を通つて延在する。複数本の第１冷却管
１４は頂部では頂部端壁２４の第２層２８にまた
底部では底部端壁１６の第２層２０にそれぞれ溶
接されている。耐食性被覆３４でエアーホイルコ
ア１２、頂部端壁２４および底部端壁１６を被覆
する。被覆する理由は、被覆される部材がすべて
銅含有部分を含み、これがガスタービンの作動中
に存在する高熱ガスの腐食性雰囲気に耐えられな
いからである。
第２〜５図に拡散結合処理後に第１図のノズル
を形成する各構成部品または部材を個別に示す。
エアーホイルコア１２は第２図に示すように頂面
３６と底面３８を有する。コア１２には、第１冷
却管用の小さな穴４０と桁用の大きな穴４２と
が、それぞれ所定位置にコアを長さ方向に貫通し
てあけられている。本発明の方法により製造する
ノズル１０の重要な特徴は、ノズル１０の表面と
冷却水（図示せず）との間で迅速に熱が伝達され
ることであり、従つてノズル１０の冷却が生じる
部分付近に用いる金属は、純銅や銅合金により得
られるような優れた熱伝導性をもたなければなら
ない。ここで用いるようなエアーホイルコアは普
通の鋳造または鍜造技術によつて形成する。次に
エアーホイルコア１２に小さな穴４０および大き
な穴４２をドリル穿孔する。
第３図に示す底部端壁１６は、銅または銅合金
の第１層１８と第２層２０とから形成される複合
構造を有し、第１層１８には複数本の第３冷却管
が第１図に示すように普通蛇行配置にて埋設され
る。第１銅層１８を粉末冶金技術によつて形成す
る。次に第１図に示す桁３２を大きな穴４４に挿
通する。同様に複数本の第１冷却管１４を小さな
端壁穴２１に挿通する。また第１溶接すみ肉４６
をエアーホイルコア１２の底面３８と合致し連結
する形状に設ける。複合底部端壁１６のもう１つ
の部分である耐食性層２０は代表的にはステンレ
ス鋼よりなる。頂部端壁２４の下層２６は銅また
は銅合金よりなり、底部端壁１６の上層１８と
ほゞ同じ形状を有する。複数本の第２冷却管３０
を第２下層２６に埋設し、代表的にはステンレス
鋼よりなる耐食性層２８に貫通させる。底部端壁
１６と同様の１組の大きな穴４４を設け、ここに
桁３２を装着する。
エアーホイルコア１２、底部端壁１６および頂
部端壁２４を耐食性外側被覆３４内で正しく位置
決めし組立てる。外側被覆３４は、第５図に示す
ように、両端で開口した中空本体の形状を有し、
第１図に示すノズル１０の外形寸法にほゞ合致す
る。被覆の成形は、例えばシリング（Schilling）
らの米国特許第3928901号に概略が示された方法
により行うことができる。エアーホイル被覆部分
４８、頂部端壁被覆部分５０および底部端壁被覆
部分５２を一緒に溶接して被覆３４を形成する。
好適な被覆材料はニツケル―クロム合金、例え
ばInternational Nickel Companyから商標名
「IN―671」および「IN―617」として市販されて
いる合金である。簡単なニツケル―クロム合金は
本質的に50〜80重量％のニツケルと20〜50重量％
のクロムとのみよりなり、好適組成はNi―50Cr
である。多数の元素を含有するもつと複雑な合金
の代表的な例はIN―617で、これは次の組成を有
する。
元 素 重量％ クロム 22 アルミニウム １ コバルト 12.5 モリブデン ９ 硼素 0.003 炭素 0.07 ニツケル 残量 ここで本発明の方法においては、個別部品を組
立てるために、まず最初底部端壁１６を予め成形
した被覆３４内に配置する。次に冷却管１４を含
むエアーホイルコア１２を被覆３４内に配置し、
しかる後頂部端壁２４をエアーホイルコア１２の
上にのせる。桁３２を端壁およびエアーホイルコ
アそれぞれの桁用穴４４および４２に挿通する。
桁３２、冷却管１４および被覆３４を端壁１６お
よび２４に溶接して組立体を形成する。組立体か
ら空気を排気し、組立体を真空中に密封する。
次に組立体を直接高温等圧プレスに配置し、温
度、圧力および時間の臨界的条件を含む適当なパ
ラメータの下に団結させる。温度を1500〜1900〓
（816〜1038℃）とする必要がある。温度が1500〓
（816℃）より低いと、時間が余りに長くなり、他
方温度が1900〓（1038℃）より高くなると、銅を
溶融する恐れがでてくる。温度が低ければ低い程
圧力は高いという一般法則に従つた上で、有用な
圧力は１〜25ksi（70.3〜1760Kg／cm2）の範囲で
ある。時間は1/2〜約４時間の範囲で、組立体を
拡散結合するのに十分でなければならない。冷却
管は上記からわかるように内部がオートクレーブ
圧力に通じており、そのまゝで圧潰を防止されて
いる。
好適例においては、組立体を直接高温等圧プレ
スに配置し、組立体を温度1800〓（982℃）およ
び圧力15ksiに２時間置くことによつて拡散結合
を行う。オートクレーブから取出した後組立体を
空気中で室温まで放冷する。この後、結合済み組
立体を切削して余分な溶接材料をすべて除去し、
普通の表面加工技術を用いて他の部分と組合わせ
る表面部分を成形することにより完成製品とす
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法に従つて拡散結合処理し
た後の水冷ガスタービン用複合ノズルを一部破断
して示す斜視図、第２図は第１図のノズルに使用
するため、穴が予めあけられた鋳造銅エアーホイ
ルコアの斜視図、第３図は第１図のノズル用の底
部端壁の斜視図、第４図は第１図のノズル用の頂
部端壁の斜視図、および第５図は第１図のノズル
用の予め成形したクラツデイングの斜視図であ
る。 １０…ノズル、１２…エアーホイルコア、１４
…第１冷却管、１６…底部端壁、１８…第１層、
２０…第２層、２１…第１冷却管用穴、２２…第
３冷却管、２４…頂部端壁、２６…第１層、２８
…第２層、３０…第２冷却管、３２…桁、３４…
被覆、４０…第１冷却管用穴、４２，４４…桁用
穴。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 次の工程よりなる水冷タービンノズルの製造
    方法、 (a) 銅または銅合金エアーホイルコアを複数個の
    長さ方向穴が所定位置でコアに貫通するように
    成形し、前記穴に複数本の第１冷却管を挿通す
    る工程、 (b) ステンレス鋼の第１上層と金属粉末を団結し
    た高熱伝導性銅の第１下層とよりなる複合構造
    を有する頂部端壁を成形し、この端壁には複数
    本の第２冷却管を前記第１下層に埋設するとと
    もに前記第１上層に貫通させて設ける工程、 (c) ステンレス鋼の第２下層と金属粉末を団結し
    た高熱伝導性銅の第２上層とよりなる複合構造
    を有する底部端壁を成形し、この端壁には複数
    本の第３冷却管を前記第２上層に埋設するとと
    もに前記第２下層に貫通させて設ける工程、 (d) 両端が開口した中空本体の形状で、ほゞノズ
    ルの外形寸法を有する耐食性外側被覆を予め成
    形する工程、 (e) 前記底部端壁、エアーホイルコアおよび頂部
    端壁を前記中空被覆本体内に配置し、両端壁お
    よびエアーホイルコアを複数本の桁と共に密接
    させる工程、 (f) 前記桁、冷却管および被覆本体を前記端壁に
    溶接して組立体を形成する工程、 (g) 前記組立体から空気を排気し、組立体を真空
    下に密封する工程、 (h) 前記組立体を高温等方圧力下で拡散結合させ
    る工程、そして (i) この結合した組立体を切削して完成製品とす
    る工程。 ２ 拡散結合を温度約1500〜1900〓（816〜1038
    ℃）および圧力１〜25ksi（70.3〜1760Kg／cm2）
    で0.5〜４時間行う特許請求の範囲第１項記載の
    方法。 ３ 前記耐食性被覆を本質的に50〜80重量％のニ
    ツケルおよび50〜20重量％のクロムよりなる合金
    とする特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 前記被覆を本質的に50重量％のニツケルおよ
    び50重量％のクロムよりなる合金とする特許請求
    の範囲第３項記載の方法。 ５ 拡散結合を温度1800〓（982℃）および圧力
    10ksi（703Kg／cm2）で２時間行う特許請求の範囲
    第２項記載の方法。
JP17812080A 1979-12-26 1980-12-18 Manufacture of composite nozzle for waterrcooled gas turbine Granted JPS56107903A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/106,681 US4283822A (en) 1979-12-26 1979-12-26 Method of fabricating composite nozzles for water cooled gas turbines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56107903A JPS56107903A (en) 1981-08-27
JPS6237203B2 true JPS6237203B2 (ja) 1987-08-11

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US (1) US4283822A (ja)
JP (1) JPS56107903A (ja)
CH (1) CH647444A5 (ja)
DE (1) DE3048260A1 (ja)
GB (1) GB2066113B (ja)

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