JP4435208B2 - タービンエンジン構造体に孔ならびにデータム系を設ける方法、およびタービンエンジン構造体 - Google Patents

Description

本発明は、冷却通路およびフィルム孔を有するタービンエンジン構造体に関する。

ガスタービンエンジンは、その構造体に隣接して境界層を生成し、構造体の温度を低下させるために、フィルム孔を利用する多数の中空構造体を有する。例示的なタービンエンジン構造体として、ロータブレード、ガイドベーン、ステータベーン、およびブレード外気シールを含む。

中空構造体は、通常、鋳型内に支持されるコアを用いて、鋳造される。コアは、通常、ピン状の道具によって支持される。これらのピン状道具は、コアおよびピン状の道具が取り外されると、構造体の外面から、壁を通って、コアによって形成された通路に延びる位置決め孔を残す。

中空構造体には、通常、鋳造の後に、機械加工が施される。中空構造体内の通路および他の熱伝達形状部の位置を正確に決定することが、望まれる。典型的には、タービンブレードの場合、ブレード先端および／または前縁および後縁のような外部形状部が用いられる。所望のフィルム孔を中空構造体の内部形状部に対応させるのに、時間の掛かる試行錯誤プロセスが用いられる。さらに、フィルム孔の位置決めに正確さが欠けると、多くの場合、それらのフィルム孔を所望の位置に用いることができなくなる。

フィルム孔は、通常、中空構造体の外面に、列をなして配置される。位置決め孔は、これらのフィルム孔の列の外側に配置され、フィルム境界層をもたらすのに役に立つようには構成されていない。位置決め孔は、一般的に、鋳造プロセスの望ましくない副産物と見なされている。

位置決め孔の存在を利用して、内部通路および他の熱伝達形状部の位置を正確に決定する方法が、必要とされている。

外面を有すると共に内部通路を画定する壁を備えるタービンエンジン構造体が、設けられる。位置決め孔が、外面から壁を通って通路まで延びている。フィルム孔が、外面から凹んで形成され、位置決め孔と隣接している。フィルム孔および位置決め孔は、通路と連通している。

位置決め孔は、コアが位置決めピンによって支持される鋳造プロセス中に、形成される。位置決めピンが取り外されると、位置決め孔が形成される。構造体の後続の処理工程を行うために、構造体の形状部の位置を決定するのに、フィルム孔を用いることができる。フィルム孔は、放電加工プロセスのような機械加工によって、位置決め孔と交差して外面に形成される。

従って、内部通路および他の熱伝達形状部の位置が、正確に決定される。さらに、位置決め孔は、フィルム孔として利用される。

本発明のこれらおよび他の特徴は、以下の最良の形態、および簡単に説明する図面から、よく理解されるだろう。

図１に、ガスタービンエンジン１０の概略が示されている。このタービンエンジン１０は、圧縮機セクション１２と、燃焼器セクション１４と、タービンセクション１６とを備える。例示的なタービンエンジン構造体が、図４，５Ａ，５Ｂに示される例では、ロータブレード１８として示されている。しかし、タービンエンジン構造体は、タービンセクション１６またはタービンエンジンの他の部分のどのような回転部品または固定部品でもよい、ということを理解されたい。図２に、タービンエンジンセクション１６の概略が示されている。タービンセクション１６は、ロータブレード１８のような回転構造体を備える。タービンセクション１６は、ガイドベーン２０、ステータベーン２２、およびケース２６上に配置されたブレード外気シール２４のような固定構造体も備える。これらの構造体は、当技術分野においてよく知られ、通常、冷却流体を構造体の外部のフィルム孔に供給する通路を備える。

中空タービンエンジン構造体は、通常、図３に概略的に示されるように、２つ以上の部分を有する鋳型２８を用いて、形成される。鋳型２８は、キャビティ３６をもたらす第１の部分３０および第２の部分３２を備える。１つまたは複数のコア３８が、ピン４０によって支持されているので、これらのコア３８の周囲に、壁部分を鋳造することができる。コア３８は、例えば、耐熱金属コアまたはセラミックコアとすることができる。ピン４０は、石英ロッドまたはワックス型のようなコアとは別の材料によって、または、例えば、コア材料そのものによって得られる突起によって、設けられる。ピンの位置と数は、用いられるピンの数を最小にするように、決定される。当技術分野において周知のように、コア３８およびピン４０が取り外されると、コアによって占められた空間に、冷却通路が得られる。先行技術の構造体においてピン４０の取り外しの後に残される開口は、望ましいものではなく、通常、寄生冷却空気出口をもたらしていた。

タービンロータブレード１８が、例示的なタービンエンジン構造体として、図４に示されている。ロータブレード１８は、図４に破線で示されるロータブレード外面６６によって得られる前縁４２および後縁４４、および先端４６を備える。多数の通路４８が、図３に示されるコア３８によって、得られる。これらの通路４８は、種々のリブ５０および種々の壁５２によって、画定される。

ロータブレード１８は、圧縮機抽気のような空気源５５から冷却空気を受ける入口５４を備える。種々の出口５８が、外面に設けられ、通路４８を経て、入口５４と連通している。

図５Ａを参照すると、これらの出口５８は、１つまたは複数の列６４をなして配置されたフィルム孔６２によって得られる。これらの列６４のいくつかは、位置決め孔６０によって得られてもよい。従来技術とは違って、（ピン４０の取外しの後に残された）位置決め孔６０は、フィルム孔６２と交差するか、あるいは重なる。こうして位置決め孔６０はフィルム孔と交差して連結され、流体を通路からフィルム孔６２へ供給し、外面６６に境界層を生成するために利用される。

図５Ｂ、図６を参照すると、外面６６に対して概ね垂直に配向する位置決め孔６０が示されている。フィルム孔６２は、外面６６に対して鋭角で傾斜し、位置決め孔６０と交差している。フィルム孔６２は、典型的には、例えば、放電加工プロセスを用いて、機械加工によって形成される。フィルム孔６２は、概ね切頭円錐状の凹部を、外面６６に形成する（図５Ｂ）。

位置決め孔６０は、構造体の後続の処理工程を行なうために、構造体の他の形状部の位置を決定するのに、用いられ得る。ただし、位置決め孔６０は、必ずしも、全て、フィルム孔６２と交差して連結されるとは限らない。前述した例では、位置決め孔６０は、フィルム孔６２の位置を決定するために用いられ得る。例えば、座標測定機が、位置決め孔６０を識別し、これらの識別された位置決め孔を、ｘ，ｙ，ｚ座標を決めるためのデータムとして用いることができる。ロータブレード１８および他のタービンエンジン構造体は、当技術分野において周知のように、熱伝達を高めるために、通路４８内にぺデスタルまたはトリップストリップのような内部冷却形状部７０を備えることが多い。特に湾曲の大きいエアフォイルに有用であるこれらおよび他の内部冷却形状部７０に対して、フィルム孔６２を正確に配置するのに、位置決め孔６０を用いることができる。

本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく修正が可能であると認めるであろう。この理由から、本発明の特許請求の範囲および内容を決定するために、請求項を検討されたい。

タービンエンジンの概略図。 図１に示されるタービンエンジンのタービンセクションの概略的な拡大図。 タービンエンジン構造体を鋳造するのに用いられる鋳型およびコアの概略図。 例示的なロータブレード用のコアの断面図。 他のロータブレードの先端領域の拡大断面図。 図５Ａに示されるロータブレードの外部の透視図。 一例による位置決め孔およびフィルム孔の断面図。

符号の説明

３８…コア
４０…ピン
６０…位置決め孔
６２…フィルム孔

Claims (17)

1. ａ）タービンエンジン構造体の外面に延びる位置決め孔を、鋳造するステップと、
   ｂ）フィルム孔を、前記位置決め孔と交差するように前記外面に機械加工するステップと、
   を含む、タービンエンジン構造体に孔を設ける方法。
2. ピンを用いて、鋳型内にコアを配置するステップをさらに含み、前記ピンが、前記ステップａ）における前記位置決め孔をもたらすことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記コアが、前記構造体内に冷却通路をもたらし、前記位置決め孔が、前記冷却通路に隣接することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記フィルム孔が、前記冷却通路と隣接することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記ステップｂ）が、放電加工機を用いて、前記構造体から材料を除去するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. ａ）位置決めピンによってコアを支持するステップと、
   ｂ）前記位置決めピンによる位置決め孔が生じるように前記コアの周囲の構造体を鋳造するステップと、
   ｃ）前記構造体の後続の処理工程用の位置を決めるために前記位置決め孔を用いるステップと、
   を含む、タービンエンジン構造体のデータム系を設ける方法。
7. 前記ステップａ）が、前記コアを鋳型内に支持するステップを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記ステップｂ）が、前記位置決め孔を形成するために、前記ピンを前記構造体から取り外すステップを含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 前記ステップｂ）が、前記コアが前記構造体から取り外されるときに、前記構造体内に通路を形成するステップを含み、前記位置決め孔が、前記通路に隣接することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
10. 前記ステップｃ）が、トリップストリップ、ペデスタル、および前記通路のうちの１つの位置を決定するステップを含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記ステップｃ）が、フィルム孔を前記位置決め孔に隣接するように機械加工するステップを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 複数の位置決めピンが、列をなして配置された複数の位置決め孔を形成し、前記ステップｃ）が、複数のフィルム孔を前記複数の位置決め孔に隣接するように機械加工するステップであって、前記複数のフィルム孔が列をなして配置されるステップを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 外面を有すると共に通路を画定する壁と、
    前記外面から前記壁を通って前記通路まで延びる位置決め孔と、
    前記位置決め孔に隣接し、かつ前記通路と連通する、前記外面で凹んでいるフィルム孔と、
    を備える、タービンエンジン構造体。
14. 列をなして配置された複数のフィルム孔を備え、前記位置決め孔が、前記フィルム孔の列内に位置することを特徴とする、請求項１３に記載のタービンエンジン構造体。
15. 前記フィルム孔は、概ね切頭円錐状の凹みをもたらすことを特徴とする、請求項１３に記載のタービンエンジン構造体。
16. 前記通路と連通する入口と、前記フィルム孔および前記位置決め孔によってもたらされる出口と、を備えることを特徴とする、請求項１３に記載のタービンエンジン構造体。
17. 前記フィルム孔および前記位置決め孔は、互いに重なることを特徴とする、請求項１３に記載のタービンエンジン構造体。

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