KR20060046517A

KR20060046517A - 터빈 엔진 부품 제조 방법

Info

Publication number: KR20060046517A
Application number: KR1020050054709A
Authority: KR
Inventors: 에릭 에이. 허드손; 벤자민 알. 하딩
Original assignee: 유나이티드 테크놀로지스 코포레이션
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-05-17
Also published as: US7441331B2; ATE424963T1; EP1629938A2; EP1629938A3; DE602005013160D1; US20060042084A1; EP1629938B1; JP2006063974A

Abstract

냉각식 터빈 엔진 부품이 각각 제1 및 제2 표면을 갖는 제1 및 제2 조각을 제공함으로써 제조된다. 적어도 하나의 회로가 제1 및 제2 표면 중 적어도 하나에 형성된다. 복수 개의 제1 개구가 복수 개의 적어도 하나의 회로에 입구를 형성하기 위해 제1 조각에 마련된다. 복수 개의 제2 개구가 복수 개의 적어도 하나의 회로에 출구를 형성하기 위해 제2 조각에 마련된다. 제1 및 제2 조각의 조합체가 조립되어 합체된다.

내부 급송 통로, 터빈 엔진 부품, 아조각, 외벽, 와이어 방전 가공, 전이 액상 접합, 확산 접합

Description

터빈 엔진 부품 제조 방법{TURBINE ENGINE COMPONENT MANUFATURE}

도1은 터빈 요소 블레이드 예비체를 도시한 도면.

도2는 도1의 예비체의 전개 단면도.

도3은 도1의 예비체의 코어 아조각을 도시한 도면.

도4는 재조립 상태에 있는 도1의 예비체의 단면도.

도5는 재조립된 예비체로부터 가공된 에어 포일의 단면도.

도6은 배인을 도시한 도면.

도7은 블레이드를 도시한 도면.

도8은 블레이드 외부 공기 시일(BOAS:blade outer air seal) 예비체를 도시한 도면.

도9는 도8의 예비체의 제1 아조각을 도시한 도면.

도10은 재조립 상태에 있는 도8의 예비체의 단면도.

도11은 도8의 예비체로부터 가공된 BOAS의 단면도.

도12는 도11의 BOAS를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20: 블록

22: 중심부

24, 26, 28, 30: 구멍

40: 제1 절단부

42: 선단 아조각

44: 흡입측 아조각

46: 코어 아조각

48: 흡입측 아조각

54: 제2 절단부

56: 제3 절단부

60: 편평 절단면

62, 66, 74: 제1 절단면

64, 68, 76: 제2 절단면

78: 제3 절단면

70: 제3 절단면

72: 코어 아조각 후미 모서리

본 발명은 미국 공군에 의해 부여된 계약 제F33615-97-C-2779호에 따라 미국 정부의 지원 하에 제조되었다. 미국 정부는 본 발명에 대한 일정한 권리를 갖는다.

본 발명은 블레이드와 배인과 같은 에어 포일과 같은 터빈 요소의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 복수 개의 부품을 합체하는 과정을 거친 터빈 제조 방법에 관한 것이다.

블레이드와 배인과 같은 가스 터빈 엔진의 금속성 부품을 제조하기 위해 다양한 제조 기술이 이용된다. 일단의 기술로는 정밀 주조가 있다. 그러나, 일부 부품 재료는 정밀 주조를 쉽게 허용하지 않는다. 이런 재료를 사용하는 경우, 주괴나 그 밖의 원료에 대한 가공이 필요하다. 직접 가공은 내부 지형물에 대한 가공 적응성을 크게 억제한다. 따라서, 조각으로 된 부품들을 가공해서 확산 접합을 거쳐 이들 조각들을 합체하는 것이 공지되어 있다. (예컨대, Ti-6Al-4V를 이용하는) 터빈 블레이드 형성시 확산 접합의 예들이 미국 특허 제5,063,662호와 제5,711,068호에 개시되어 있다. 제5,063,662호의 특허는 내부 구조물을 갖는 트위스트형 중공 블레이드를 형성하기 위한 상세한 공정을 개시한다. 본 공정은 두 개의 블레이드 반부를 확산 접합한 후, 추가로 변형 및 가공하는 단계들을 포함한다. 제5,711,068호의 특허는 두 개의 블레이드 반부들이 하나의 조각으로부터 절단되어 서로 대향하는 비절단면과 확산 접합되는 특수한 상황을 개시한다. 그럼에도 불구하고, 본 기술 분야에는 개선의 여지가 남아 있다.

본 발명의 일 태양은 하나 이상의 내부 급송 통로와, 하나 이상의 외벽과, 하나 이상의 출구 통로를 갖는 터빈 엔진 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 각각 하나 이상의 절단면을 갖는 분리된 복수 개의 아조각(subpiece)들을 형 성하기 위해 한 번 이상의 절단 작업이 작업물에 수행된다. 하나 이상의 절단면에는 복수 개의 개구가 가공된다. 아조각 또는 유사한 아조각의 조합체가 재조립되고 합체된다. 내부 급송 통로와 하나 이상의 외벽의 외면은 출구 통로의 적어도 일부는 분리된 개개의 아조각들로부터의 개구들의 조합에 의해 형성되도록 가공된다.

다양한 실행예에서, 통로들 중 일부는 단일한 개개의 개구들에 의해 형성된다. 개구들 중 일부는 관련된 급송 통로 쌍들 사이에 내부 연결 통로를 형성할 수 있다. 절단 단계는 와이어 전자 방전 가공을 포함할 수 있다. 절단부들 중 적어도 제1 절단부는 호형일 수 있다. 내부 급송 통로에 대한 가공은 전기 화학적 가공을 포함할 수 있다. 합체는 전이 액상(TLP) 접합, 확산 접합 또는 용접 및 경납땜 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 부품은 가압 측면 및 흡입 측면을 갖는 에어 포일을 포함할 수 있다. 아조각들 중 제1 아조각과 제2 아조각 사이의 연결부는 국지적으로 가압 측면 및 흡입 측면 중 하나와 일반적으로 평행할 수 있다. 조합체는 에어 포일 단부 조각에 조립되어서 에어 포일 단부 조각과 합체될 수 있다. 에어 포일 단부 조각은 배인 내판 플랫폼과, 배인 외판 플랫폼과, 배인 기부 구조물과, 배인 선단 측판 중 적어도 하나를 형성하도록 가공될 수 있다. 정합 지형물이 형성될 수 있으며 재조립 단계는 정합 지형물을 정합하는 단계를 포함할 수 있다. 작업물은 내화 금속 합금일 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 복수 개의 금속 작업물을 제1 및 제2 아조각으로 유사하게 절단해서 제1 및 제2 아조각 상에 각각 제1 및 제2 절단면을 형성하는 단계 를 포함한다. 복수 개의 개구가 각각의 제1 아조각의 적어도 제1 절단면을 통해 가공된다. 제1 및 제2 아조각 쌍은 조립되어서 합체된다. 적어도 하나의 내부 통로는 최종적으로 이들 개구와 교차하도록 각 쌍의 복수 개의 개구를 가로질러 가공된다. 각 쌍의 외면을 가공하는 단계가 있다.

다양한 실행예에서, 적어도 하나의 내부 통로에 대한 가공은 합체 후에 수행될 수 있다. 합체는 주로 TLP 접합 또는 확산 접합으로 구성될 수 있다. 본 방법은 터빈 엔진 부품을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 유사하게 절단하는 단계는 추가로 복수 개의 작업물을 제3 아조각으로 절단할 수 있다. 조립 및 합체는 제1, 제2 및 제3 아조각의 3개조 한 벌에 대해 수행될 수 있다. 유사하게 절단하는 단계는 추가로 복수 개의 작업물을 제4 아조각으로 절단할 수 있다. 조립 및 합체는 제1, 제2, 제3 및 제4 아조각의 4개조 한 벌에 대해 수행될 수 있다. 절단 단계는 사실상 평행하지 않은 복수 개의 절단부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 금속성 벽을 갖는 물품을 포함한다. 적어도 하나의 비가시선(non-line-of-sight) 통로가 벽을 통해 연장된다. 호형의 합체 연결부가 벽 내에 있다.

다양한 실행예에서, 금속성 벽은 내화 금속 합금으로 구성될 수 있다. 물품은 연결부가 시일의 내판 표면에 평행한 블레이드 외부 공기 시일일 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 대한 상세한 설명은 첨부 도면과 후술하는 상세한 설명에 기재되어 있다. 본 발명의 다른 특징들과 목적들과 장점들은 상세한 설명과 도면과 청구범위에 의해 자명하게 될 것이다.

여러 도면에서 유사한 도면 부호와 표시는 유사한 요소를 지시한다.

도1은 초기 가공 단계 후의 에어 포일 예비체 블록(20)을 도시한다. 블록(20)은 예컨대 초기에 금속재로 된 단일 조각 직각 평행육면체로서 형성될 수 있다. 예시적인 금속재로는 내화 금속과, 내화 금속계 합금과, 이런 금속 및 합금과 내화 금속 금속간 화합물과의 혼합물이 있다. 예시적인 합금으로는 바람직하게는 각각 몰리브덴과 니오븀의 금속간 화합물을 구비한 몰리브덴 합금과 니오븀 합금이 있다. 예시적인 금속간 화합물의 조성은 체적 단위로 5 %보다 크다(보다 구체적으로, 10 내지 80 % 또는 20 내지 50 %). 예시적인 금속간 화합물로는 규화물이 있다. 규화 몰리브덴을 구비한 사실상 순수 몰리브덴은 예컨대 10 내지 45 %의 규화 몰리브덴 함량을 갖는다. 규화 니오븀을 구비한 사실상 순수 니오븀은 예컨대 20 내지 80 %의 규화 니오븀 함량을 갖는다.

평행육면체는 참고로 X, Y 및 Z 방향으로 지정될 수 있는 축(500, 502, 504)들을 갖는다. 블록의 중심부(22)는 일정한 Z-면(508, 510)들 사이에 일반적으로 위치되며, 최종적으로 블레이드 또는 배인과 같은 터빈 요소의 에어 포일을 사실상 형성한다. 초기 가공 단계들 중 예시적인 제1 단계는 차후 블록(20)으로부터 절단된 아조각들의 정렬을 용이하게 하도록 정합 지형물을 형성하는 작업을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 이런 가공 작업은 블록 내로 구멍들을 천공하는 형태를 취한다. 예시적인 실시예에서, 구멍들은 블록의 대향하는 양면 사이의 관통 구멍 또는 관통 보어들이다. 예시적인 구멍(24, 26)들은 블록의 일정한 X-면들 사이에서 연 장되고 축(500)에 평행한 축(512, 514)들을 갖는다. 구멍(28, 30)들은 블록의 일정한 Y-면들 사이에서 연장되고 축(502)에 평행한 축(516, 518)들을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 구멍(24, 26, 28, 30)들은 중심부(22)의 외판 부분(32, 34)에 있다. 이런 천공 동안, 블록은 블록의 하나 이상의 면들에 의해 고정부(비도시)에 정합될 수 있다.

초기 가공 단계 중 제2 단계는 블록을 아조각으로 절단하는 작업을 포함한다. 이런 예시적인 절단 작업은 와이어 방전 가공(EDM: electro-discharge machining) 공정을 거쳐 수행될 수 있다. 절단 작업을 용이하게 하기 위해, 블록은 천공된 구멍을 거쳐 절단 고정물에 정합될 수 있다. 절단 고정물은 아조각이 될 블록의 각 부분들을 단단히 유지할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 절단부(40)는 두 개의 일정한 Y-면들과 두 개의 일정한 Z-면들 사이에서 연장되고 Z-방향(504)에 평행한 평면(520)에서의 편평 절단부이다. 이런 예시적인 제1 절단부(40)는 블록의 나머지 부분으로부터[즉, 제2 및 제3 절단 작업 후 흡입측 아조각, 코어 아조각 및 가압측 아조각으로 지정된 부분(44, 46, 48)들로부터] 선단 아조각(42)을 분리한다. 제2 절단부(54)는 호형이지만, 예시적인 실시예에서 Z-방향(504)에 평행하다. 본 제2 절단부(54)는 블록(20)의 나머지 부분으로부터 흡입측 아조각(44)을 분리한다. 제3 절단부(56)는 코어 아조각(46)으로부터 흡입측 아조각(48)을 분리한다. 예시적인 제3 절단부(56)도 호형이고 Z-방향(504)에 평행하다. 이들 절단부는 Z-방향에 평행하지 않을 수 있다. 비평행 절단부는 트위스트형, 테이퍼형 또는 그 단면의 형상, 크기 또는 배향에 있어 전장 방향으로 달리 변형된 블 레이드를 예비 성형하기에 특히 유용하다.

도2는 제1 절단부(40)로부터 얻어진 편평 절단면(60)을 갖는 선단 아조각(42)을 도시한다. 흡입측 아조각(44)은 제1 절단부(40)로부터 얻어진 편평한 제1 절단면(62)과 제2 절단부(54)로부터 얻어진 연속적으로 만곡된 오목한 제2 절단면(64)을 갖는다. 코어 아조각(46)은 제1 절단부(40)로부터 얻어진 편평한 제1 절단면(66)과 제2 절단부(54)로부터 얻어진 연속적으로 만곡된 볼록한 제2 절단면(68)과 제3 절단부(56)로부터 얻어진 연속적으로 만곡된 오목한 제3 절단면(70)을 갖는다. 절단면(68, 70)들은 코어 아조각 후미 모서리(72)를 한정하는 연결부에서 만난다. 흡입측 아조각(48)은 제1 절단부(40)로부터 얻어진 편평한 제1 절단면(74)과 제2 절단부(54)로부터 얻어진 연속적으로 만곡된 볼록한 제2 절단면(76)과 제3 절단부(56)로부터 얻어진 연속적으로 만곡된 볼록한 제3 절단면(78)을 갖는다.

아조각들이 서로 분리된 상태에서, 다양한 지형물이 그 절단면들 내로 가공될 수 있다. 가공 작업에 앞서, 각각의 개별적인 아조각은 이런 아조각에 위치된 정합 구멍/보어(24, 26, 28 및/또는 30)의 부분들을 거쳐 고정물(비도시)에 정합될 수 있다. 천공 또는 밀링 비트 또는 유사한 가공 공구 요소가 절단면 내로 가공되는 지형물의 정밀한 위치 설정을 위해 이런 구멍/보어에서 벗어나 표시될 수 있다. 도3은 코어 아조각(46)의 흡입측 절단면(68)을 도시한다. 예시적인 실시예에서, 교차하지 않는 개별적인 얕은 회로(100)들의 유동 방향 및 전장 방향 열이 일반적으로 일정한 깊이(D₁)로 표면(68)에 얕게 가공된다(도2). 각각의 예시적인 회로 (100)는 (에어 포일 구역에 대해 하류측, 상류측 및 중간부에 회로를 통한 냉각 유동을 끝내지 않도록) 세 개의 상호 연결된 긴 모양의 장방형 채널(102)의 열로서 형성된다. 각각의 채널(102)은 중앙의 섬 형상부(104)를 둘러싼다. 인접한 채널(102)들은 채널(102)들 사이에 구획벽(108)을 한정하는 코어 아조각의 비접촉부에서 중심 간극(106)에 의해 상호 연결된다. 따라서, 회로(100)들은 하류 채널의 하류 레그(110)로부터 상류 채널의 상류 레그(112)까지 연장된다. 구멍 또는 블라인드 보어(114)(도2)가 각 레그(110)의 중간을 가로지르며 더 깊이 천공된다. 유사한 회로(120)들과 블라인드 보어(122)들이 흡입측 절단면(70) 상에 형성될 수 있다. 회로 구성과 상호 교차 정도를 달리하는 것이 가능하고 보어(144, 122)의 수와 구성을 달리하는 것도 가능하다. 이하, 더 상세히 설명하는 바와 같이, 회로(100, 120)들은 최종적으로 흡입 및 가압 측벽 냉각 회로들을 형성할 것이다.

도3은 또한 흡입측 절단면(68)에 밀링된 유동 방향의 긴 모양의 슬롯(130)의 전장 방향 열을 도시한다. 예시적인 실시예에서, 이들 슬롯은 관련된 유동 방향 회로 그룹의 하류에 배열된다. 이들 슬롯은 각각 예시적으로 얕은 깊이(D₂)를 갖는 편평한 바닥/기부를 가지며 비교적 깊이가 깊은 블라인드 보어(132)에 있는 선단부로부터 교차부(72)에 있는 후미 단부까지 연장되고 따라서 흡입측 절단면(70)의 후미부를 관통하여 절단한다. 이하, 더 상세히 설명하는 바와 같이, 최종적으로 이들 슬롯(130)은 후미 모서리 출구 슬롯의 형성을 돕게 된다.

추가적인 지형물들이 그 밖의 아조각(42, 44, 48)의 절단면 내로 가공될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 흡입측 아조각(44)의 제2 절단면(64)은 천공 또는 블라인드 보어(140)를 통해 가공된다. 예시적인 보어(140)들은 코어 아조각 회로(100)들의 관련된 상류 레그(112)와 정렬되도록 위치된다. 마찬가지로, 흡입측 아조각(48)의 제3 절단면(78)은 관련된 회로(120)의 상류 레그와 정렬되도록 위치된 천공 또는 블라인드 보어(150)를 통해 가공된다. 슬롯(152)들은 슬롯(130)들과 정렬되어 재조립 시에 이들과 연속적인 슬롯을 형성하도록 제3 절단면(78)과의 연결부를 통해 연장되는 제2 절단면(76)에서 가공된다. 블라인드 보어(160)의 전장 방향 열들은 선단 아조각(42)의 절단면(60)에 천공된다. 재조립시, 이들 보어(160)들은 코어 아조각(46)의 제1 절단면(66)과 정렬된다.

절단면을 통한 지형물 가공 후 블록은 재조립될 수 있다. 재조립 동안, 핀(200)들은 구멍(24, 26)에 위치될 수 있고 핀(202)들은 구멍(28, 30)에 위치될 수 있다. 예시적인 핀들은 그 단부들이 관련된 블록 면에서 함몰 형태(subflush)가 될 수 있도록 충분히 짧다. 핀들은 비접촉 상태를 유지하고 아조각 사이의 상대적 이동을 (예컨대, 제거하고나 최소화하는 것과 같이) 억제하기 위해 접합 환경에 적절한 합금 또는 그 밖의 재료로 형성되는 것이 유리하다. 유리한 재료는 1) 접합 재료의 융점 및/또는 접합 온도에서의 강도만큼 크거나 높은 융점 및/또는 접합 온도에서의 강도와, 2) 재료의 열팽창율에 가까운 열팽창율을 갖는다. 높은 접합 온도에서는, 아조각이 접합면 평면에서 활주하는 것을 방지하기 위해 융점이 높고 열적 크리프가 없다는 이유로 인해 텅스텐이 유리할 수 있다. 아조각 재료, 접합에 요구되는 온도 및 그 밖의 접합 환경 조건(산화 등)에 따라서 다른 적절한 핀 합금 이 선택될 수 있다.

재조립된 블록은 블록을 압착하기 위해 블록의 X-면 및 Y-면과 결합하는 한 쌍의 대향하는 죠우(206, 208)를 갖는 프레스 내에 배치된다. 압착은 가열하면서 수행되는 것이 유리하다. 압착과 가열은 인접한 절단면들을 완전히 재결합시키기 위해 처음에는 조각들을 약간 변형시킬 것이다. 절단부가 일정한 두께인 경우, 두 개의 인접한 절단면의 국부적 곡률 반경은 이 두께로 인해 일치되지 않는다. 따라서, 변형이 이런 불일치를 수용하기 위해 필요할 수 있다. 곡률 반경이 큰 경우, 불일치는 이에 비례하여 중요하지 않다. 반경이 감소함에 따라, 불일치는 더 중요할 수 있다. 따라서, 에어 포일의 선단 모서리 영역에서와 같이 곡률 반경이 작은 영역에서 제2 및 제3 절단부(54, 56)가 최종 에어 포일 흡입 및 가압 측면들을 평행하게 하는 것은 비현실적일 수 있다. 따라서, 제1 절단부(40)는 에어 포일 윤곽의 단지 큰 곡률 반경부만을 포함하는 코어 아조각만을 남김으로써 코어 아조각은 에어 포일 선단 모서리 윤곽을 포함하지 않는다. 가열과 압착은 조립체를 재합체하기 위해 아조각들을 서로에 대해 확산 접합하기에 충분한 온도에서 수행되는 것이 유리하다. (예컨대, 전이 액상(TLP) 접합, 용접 또는 경납땜과 같은) 다른 합체 방식도 가능하다.

예시적인 고온 접합의 경우[예컨대, > 1,468.9 ℃(3,000 ℉), > 5 시간, > 10 psi], 강성을 유지하고 접합을 보장하도록 아조각 조립체에 대해 힘을 가할 수 있는 고정물 금속은 거의 없다. 고정물 요소(206, 208)는 중력에 의해 편의될 수 있다. 예컨대, 이들 중 하나는 아조각 물체의 상부에 적용되는 자중체이고 다른 것 은 지지면일 수 있다. 이와 같은 시스템은 수평에 가까운 아조각 접합면과 관련될 수 있다. 예시적인 에어 포일에서, 이런 방법을 사용하는 것은 선단 모서리 아조각의 동시 접합을 방지할 수 있다. 이는 초기의 가압측, 흡입측 및 중심 아조각에 대한 제1 접합 단계 후 제2 접합 단계에서 수행될 수 있다.

재합체 후, 외부 에어 포일 윤곽이 가공될 수 있고 추가적인 내부 지형물이 위치를 유지하기 위해 동일한 정합 지형물을 사용해서 가공될 수 있다. 예시적인 공정은 선단 모서리(254) 및 후미 모서리(256) 사이에서 연장되는 흡입 측면(250)과 가압 측면(252)을 황삭 가공하는 작업을 포함한다. 흡입 측면(250)의 대부분이 비교적 작은 두께만큼 현재-통합된 절단면(64)에 평행하게 연장된다. 흡입 측면(250)의 선단부가 선단 아조각(42)을 따라 형성된다. 흡입 측면(250)에 대한 가공은 흡입 측면 상에 출구를 한정하도록 보어(140)를 노출시킨다. 마찬가지로, 가압 측면(252)은 절단면(78)으로부터 이격되고 보어(150)와 슬롯(152)을 노출시킨다. 급송 통로(260, 262)와 선단 모서리 공동부(264)와 같은 내부 지형물이 가공될 수 있다. 이들은 블록의 Z-면 중 하나 또는 양 면을 통해 가공될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 급송 통로(260, 262)는 웹(266)에 의해 분리되고, 선단 모서리 공동부(264)는 웹(268)을 거쳐 급송 통로(260)로부터 분리된다. 공동부(264)와 급송 통로(260)는 서로 연통될 수 있도록 보어(160)와 교차한다. 또한, 급송 통로(260, 262)는 냉각 회로와 후미 모서리 슬롯으로의 입구를 한정하도록 여러 개의 보어(114, 122) 및 보어(132)와 교차한다. 또한, 선단 모서리 구멍(270)들의 전장 방향 및 유동 방향 열이 공동부(264) 내로 천공된다.

예시적인 에어 포일에 대한 최종적인 작업에서, [잠재적으로, 어느 하나가 벽(266)을 통한 충돌을 거쳐 또는 에어 포일의 일 단부에서의 전환부를 거쳐 다른 것으로 급송하는 상태로] 공기가 급송 통로(260, 262) 중 하나 또는 이들 모두에 도입될 수 있다. 예시적인 급송 통로(260)로부터, 공기는 에어 포일의 선단 모서리 벽부(272)를 냉각시키기 위해 보어(160)를 통과해서 공동부(264) 내로 들어가 구멍(270) 밖으로 나온다. 또한, 공기는 급송 통로(260, 262)로부터 보어(144, 122)의 입구(274, 275)를 거쳐 냉각 회로 내로 진입해서 냉각 회로(100, 120)의 순환 경로를 따라 통과해서 보어(140, 150)의 출구(276, 277) 밖으로 나옴으로써 흡입 및 가압측 에어 포일 벽(280, 282)을 냉각시킨다. 이들 회로는 각각의 입구 및 출구 사이에 비가시선 경로가 없도록 충분히 순환적인 것이 유리하다. 또한, 보어(132)의 입구(285)를 거쳐 후미 모서리 슬롯으로 진입하는 공기는 출구(287)에서 나오기 전에 에어 포일의 후미부(286)를 냉각시킨다.

무한 수의 추가적인 변형이 에어 포일 냉각을 위한 가능하다. 냉각 회로는 토어 아조각(46) 대신 흡입측 및 가압측 아조각(44, 48)에 형성될 수 있다. 회로는 코어 아조각과 흡입 및 가압측 아조각 사이의 연결부에 걸쳐 (예컨대, 각 인접한 절단면 상에 서로 대응하는 패턴의 반부들을 가짐으로써 또는 냉각 공기가 하나의 아조각 상에 한정된 회로를 완전히 통과하고 이어서 서로 대응하는 아조각의 회로로 진입하는 비경면상 패턴을 가짐으로써) 형성될 수 있다.

예시적인 실행예에서, 가압 및 흡입 측면과 내부 지형물에 대한 황삭 가공 후, 중심부(22)가 외판부(32, 34)로부터 절단될 수 있다. 이와 같은 절단 작업 후 , 중심부는 관련된 터빈 요소의 단부 지형물들을 형성하기 위해 하나 이상의 단부 조각과 합체될 수 있다. 예컨대, 도6은 배인을 형성하기 위해 상술한 바와 같이 제조된 에어 포일(294)의 양 단부에 마련되는 내판 플랫폼(290) 및 외판 플랫폼(292)으로서 단부 조각들을 도시한다. 이들 조립체는 확산 접합, 용접, 경납땜 등에 의해 합체될 수 있다. 단부 조각(290, 292)들은 최종 또는 거의 최종 형상으로 대부분 사전 성형되거나 장착 지형물과 같은 지형물 또는 에어 포일 통로(260, 262)와 연통하기 위한 통로를 황삭 가공하는 것도 필요로 하는 블록에 가까울 수 있다. 도7은 블레이드를 형성하기 위해 내판 기부 단부 조각(302)과 합체된 상술한 바와 같이 제조되는 에어 포일(300)을 도시한다.

도8은 볼록한 외판 표면(352)과 오목한 내판 표면(354)을 갖는 블레이드 외부 공기 시일(BOAS) 예비체(350)를 도시한다. 예시적인 제1 절단부(356)는 블록을 외판 및 내판 아조각(358, 360)으로 분할한다. 피닝 구멍(362)들은 상술한 것과 유사한 방식으로 절단부(356)에 걸쳐 있다. 절단부(356)는 외판 아조각에 오목한 절단면(364)과 내판 조각에 볼록한 절단면(366)을 형성한다. 도9는 회로 채널(370)의 긴 모양의 복수 개의 열(368)을 가공한 후의 오목면(364)을 도시한다. 경면상, 이상(out-of-phase) 또는 그 밖의 상보적 지형물(비도시)이 볼록한 절단면(366)에 선택적으로 가공될 수 있다.

도10은 예비체에서 BOAS의 윤곽을 도시한다. 이는 천공되거나 다르게 가공된 채널까지의 입구(380) 또는 채널로부터의 출구(382)를 포함한다. 도11 및 도12는 열장벽 피막(390)(도11), 미끄럼 시일 슬롯(392)(도12) 및 장착 후크(394)(도 12)를 구비한 BOAS를 도시한다.

이제까지 하나 이상의 실시예를 설명하였다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 이루어질 수 있음은 자명하다. 예컨대, 기존 부품을 위한 교체물을 형성하여 실행될 때, 기존 부품의 세부적 내용은 특별한 실행예의 세부 사항에 영향을 줄 수 있다. 본 방법은 다른 부품(예컨대, 일체형 블레이드식 회전자 또는 그 밖의 회전자, 케이스 부품, 연소기 부품, 배기 부품 등)을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 대량 생산시, 소정의 블록으로부터 제조된 개별 아조각들은 당해 블록의 다른 아조각과 재합체될 필요가 없지만 하나 이상의 유사한 블록으로부터 제조된 아조각들과 합체될 수 있다. 합체는 공통적이거나 유사한 블록으로부터 절단되지 않은 조각들로 이루어질 수 있다. 따라서, 그 밖의 실시예들도 첨부한 특허청구범위에 속한다.

본 발명은 복수 개의 부품을 합체하는 과정을 거친 터빈 제조 방법에 관한 것으로서, 일부 부품 재료는 정밀 주조를 쉽게 허용하지 않는다. 이런 재료를 사용하는 경우, 주괴나 그 밖의 원료에 대한 가공이 필요하다. 이러한 관점에서, 본 발명의 일 태양은 하나 이상의 내부 급송 통로와, 하나 이상의 외벽과, 하나 이상의 출구 통로를 갖는 터빈 엔진 부품을 제조하기 위한 방법을 제공한다.

Claims

하나 이상의 내부 급송 통로와 하나 이상의 외벽과 하나 이상의 출구 통로를 갖는 터빈 엔진 부품을 제조하기 위한 방법이며,

각각 하나 이상의 절단면을 갖는 분리된 복수 개의 아조각을 형성하기 위해 작업물을 한 번 이상 절단하는 단계와,

하나 이상의 절단면에 복수 개의 개구를 제공하는 단계와,

상기 아조각들 또는 유사한 아조각들의 조합체를 재조립하는 단계와,

조합체를 합체하는 단계와,

상기 출구 통로의 적어도 일부는 분리된 개개의 상기 아조각들로부터 상기 개구들의 조합에 의해 형성되도록 내부 급송 통로의 적어도 일부를 가공하는 단계를 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 가공 단계는 하나 이상의 외벽의 외면을 가공하는 단계를 추가로 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 통로들 중 일부는 단일한 개개의 상기 개구들에 의해 형성되는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 개구들의 일부는 관련된 상기 급송 통로 쌍들 사이에 내부 연결 통로를 형성하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 절단 단계는 와이어 방전 가공을 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 절단부 중 적어도 제1 절단부는 호형인 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 절단 단계는 와이어 방전 가공을 포함하며, 내부 급송 통로를 가공하는 상기 단계는 전기 화학적 가공을 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 합체 단계는 전이 액상 접합 및 확산 접합 중 하나를 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 합체 단계는 용접 및 경납땜 중 적어도 하나를 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 부품은 가압 측면 및 흡입 측면을 갖는 에어 포일을 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 아조각들 중 제1 아조각과 제2 아조각 사이의 연결부는 국부적으로 상기 가압 측면 및 흡입 측면 중 하나에 일반적으로 평행한 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제10항에 있어서,

에어 포일 단부 조각에 조합체를 조립하는 단계와,

에어 포일 단부 조각과 조합체를 합체하는 단계를 추가로 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제12항에 있어서, 배인 내판 플랫폼, 배인 외판 플랫폼 및 블레이드 기부 구조물 중 적어도 하나를 형성하기 위해 상기 에어 포일 단부 조각물을 가공하는 단계를 추가로 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 정합 지형물을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 재조립 단계는 상기 정합 지형물은 정합시키는 단계를 포함하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 작업물은 내화 금속으로 구성되는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제1항에 있어서, 작업물은 내화 금속 또는 그 합금으로 구성되고 중량 단위로 10 내지 80의 하나 이상의 금속간 화합물을 함유하는 터빈 엔진 부품 제조 방법.
하나 이상의 내부 급송 통로와 하나 이상의 외벽과 하나 이상의 출구 통로를 갖는 냉각식 터빈 엔진 부품을 제조하기 위한 방법이며,

각각 하나 이상의 제1 표면을 갖는 분리된 복수 개의 조각을 제공하는 단계와,

하나 이상의 제1 표면에 복수 개의 개구를 제공하는 단계와,

상기 조각들의 조합체를 조립하는 단계와,

조합체를 합체하는 단계와,

상기 출구 통로의 적어도 일부는 분리된 개개의 상기 조각들로부터 상기 개구들의 조합에 의해 형성되도록 내부 급송 통로의 적어도 일부와 하나 이상의 외벽의 외면을 가공하는 단계를 포함하는 냉각식 터빈 엔진 부품 제조 방법.
냉각식 터빈 엔진 부품을 제조하기 위한 방법이며,

각각 제1 및 제2 표면을 갖는 제1 및 제2 조각을 제공하는 단계와,

제1 및 제2 표면들 중 적어도 하나에 적어도 하나의 회로를 형성하는 단계와,

적어도 하나의 회로에 입구를 형성하기 위해 제1 조각에 복수 개의 제1 개구를 제공하는 단계와,

적어도 하나의 회로에 출구를 형성하기 위해 제2 조각에 복수 개의 제2 개구를 제공하는 단계와,

상기 제1 및 제2 조각의 조합체를 조립하는 단계와,

조립체를 합체하는 단계를 포함하는 냉각식 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제18항에 있어서, 복수 개의 제1 및 제2 개구를 제공하는 단계는 조립 및 합체 단계 전에 수행되는 냉각식 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제18항에 있어서, 복수 개의 제1 및 제2 개구를 제공하는 단계는 조립 및 합체 단계 후에 수행되는 냉각식 터빈 엔진 부품 제조 방법.
제18항에 있어서, 복수 개의 제1 및 제2 개구는 제1 및 제2 조각들 각각의 제3 및 제4 표면까지 연장되는 냉각식 터빈 엔진 부품 제조 방법.
복수 개의 금속성 작업물을 제1 및 제2 아조각으로 유사하게 절단해서 제1 및 제2 아조각 상에 각각 제1 및 제2 절단면을 형성하는 단계와,

각각의 제1 아조각의 적어도 상기 제1 절단면을 관통하는 복수 개의 개구를 가공하는 단계와,

제1 및 제2 아조각 쌍을 조립하는 단계와,

상기 조립된 쌍들을 합체하는 단계와,

최종적으로 개구들과 서로 교차하도록 상기 각각의 쌍의 상기 복수 개의 개구를 일반적으로 가로지르는 적어도 하나의 내부 통로를 가공하는 단계와,

각각의 상기 쌍의 외면을 가공하는 단계를 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부 통로에 대한 가공 단계는 상기 합체 단계 후에 수행되는 방법.
제22항에 있어서, 상기 합체 단계는 사실상 전이 액상 접합 및 확산 접합 중 하나로 이루어지는 방법.
제22항에 있어서, 터빈 엔진 부품을 형성하기 위해 사용되는 방법.
제22항에 있어서, 상기 유사하게 절단하는 단계는 복수 개의 작업물들을 제3 아조각으로 절단하는 단계를 추가로 포함하며,

상기 조립 단계는 제1, 제2 및 제3 조각으로 구성된 3개조 한 벌에 대해 수행되며,

상기 합체 단계는 상기 3개조 한 벌에 대해 수행되는 방법.
제26항에 있어서, 상기 유사하게 절단하는 단계는 복수 개의 작업물들을 제4 아조각으로 절단하는 단계를 추가로 포함하며,

상기 조립 단계는 제1, 제2, 제3 및 제4 조각으로 구성된 4개조 한 벌에 대해 수행되며,

상기 합체 단계는 상기 4개조 한 벌에 대해 수행되는 방법.
제26항에 있어서, 상기 절단 단계는 사실상 평행하지 않은 복수 개의 절단부를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
금속성 벽과,

상기 벽을 관통하는 비가시 통로와,

상기 벽 내의 호형 합체 연결부를 포함하는 물품.
제29항에 있어서, 상기 금속성 벽은 내화 금속 합금으로 구성되는 물품.
제29항에 있어서, 물품은 블레이드 외부 공기 시일이고 연결부는 시일의 내판 표면에 평행한 물품.