(57)【要約】  本発明は、軸方向に離間して同軸で配置された第１および第２の支持リング（１５、２２）と、中心軸線（Ｘ−Ｘ）から等距離に配置され第１および第２の支持リングの間に介在する複数のブレード（２７）とを備えるブレード付きリング（９、１４）を作製するように、支持リングとブレードと第１および第２の連結リング（４０、４１）とを組み立てるステップを含む、半径流ターボ機械用のブレード付きリングの製造方法に関する。方法は、ブレードの第１の端部（３０）を第１の連結リングに安定的に接合し、ブレードの第２の端部（３１）を第２の連結リングに安定的に接合し、第１の連結リングを第１の支持リングに固定し、第２の連結リングを第２の支持リングに固定する、各ステップを含む。支持リング、ブレード、および連結リングは全て、組立前の完成した要素であり、最終的な幾何学的形状を示し、組立中／組立後の更なる加工／塑性変形を必要としない。【選択図】  図２
2019512063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径流ターボ機械用のブレード付きリングの製造方法であって、
第１の支持リング（１５）を準備するステップと、
第２の支持リング（２２）を準備するステップと、
複数のブレード（２７）を準備するステップと、
第１の連結リング（４０）または複数の第１の連結円弧状セクタを準備するステップと、
第２の連結リング（４１）または複数の第２の連結円弧状セクタを準備するステップと、
一方が他方から軸方向に離間して同軸で配置された前記第１の支持リング（１５）および前記第２の支持リング（２２）と、中心軸線（Ｘ−Ｘ）から等距離に配置されかつ前記第１の支持リング（１５）と前記第２の支持リング（２２）との間に介在する前記複数のブレード（２７）とを備えるブレード付きリング（９、１４）であって、前記複数のブレード（２７）が前記中心軸線（Ｘ−Ｘ）に略平行な前縁部を有する、ブレード付きリング（９、１４）を作製するために、前記第１の支持リング（１５）と前記第２の支持リング（２２）と前記複数のブレード（２７）と前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタと前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタとを組み立てるステップとを含み、
前記組み立てるステップが、
各ブレード（２７）の第１の端部（３０）を前記第１の連結リング（４０）にまたは前記第１の連結円弧状セクタの１つに安定的に接合すると共に、各ブレード（２７）の第２の端部（３１）を前記第２の連結リング（４１）にまたは前記第２の連結円弧状セクタの１つに安定的に接合するステップと、
前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタを前記第１の支持リング（１５）に固定すると共に、前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタを前記第２の支持リング（２２）に固定するステップとを含み、
前記安定的に接合するステップが、
前記第１の端部（３０）と前記第１の連結リング（４０）もしくは前記第１の連結円弧状セクタとの間に配置される局所的溶接（６５）および前記第２の端部（３１）と前記第２の連結リング（４１）もしくは前記第２の連結円弧状セクタとの間に配置される局所的溶接（６５）を実施するステップ、または、
前記第１の端部（３０）と前記第１の連結リング（４０）もしくは前記第１の連結円弧状セクタとの間に少なくとも第１の止め要素（５２）を介在させ、前記第２の端部（３１）と前記第２の連結リング（４１）もしくは前記第２の連結円弧状セクタとの間に少なくとも第２の止め要素（５３）を介在させるステップを含み、
前記第１の支持リング（１５）、前記第２の支持リング（２２）、前記複数のブレード（２７）、前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタ、前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタは全て、組立前の完成した要素であり、最終的な幾何学的形状を示し、前記組立中および／または前記組立後の更なる加工および／または永久塑性変形を必要としない、
製造方法。
【請求項２】
安定的に接合するステップが、
前記第１の連結リング（４０）にまたは前記第１の連結円弧状セクタに形成された第１のスロット（４２）に前記第１の端部（３０）を軸方向に挿入して、前記第１の連結リング（４０）にまたは前記第１の連結円弧状セクタに形成されかつ前記第１のスロット（４２）に開口する第１の径方向貫通空洞（５０）を、前記第１の端部（３０）に形成された第１の座部（３８）と径方向に位置合わせするステップと、
軸方向変位を防止するように前記第１の径方向貫通空洞（５０）と前記第１の座部（３８）とに前記少なくとも第１の止め要素（５２）を径方向に挿入するステップと、
前記第２の連結リング（４１）にまたは前記第２の連結円弧状セクタに形成された第２のスロット（４３）に前記第２の端部（３１）を軸方向に挿入して、前記第２の連結リング（４１）にまたは前記第２の連結円弧状セクタに形成されかつ前記第２のスロット（４３）に開口する第２の径方向貫通空洞（５１）を、前記第２の端部（３１）に形成された第２の座部（３９）と径方向に位置合わせするステップと、
軸方向変位を防止するように前記第２の径方向貫通空洞（５１）と前記第２の座部（３９）とに前記少なくとも第２の止め要素（５３）を径方向に挿入するステップと
を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第１の径方向貫通空洞（５０）および前記第２の径方向貫通空洞（５１）が、前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタの径方向内側面（４９）および前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタの径方向内側面（４９）にそれぞれ開口する、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記少なくとも第１の止め要素（５２）が第１の係止リングであり、前記少なくとも第２の止め要素（５３）が第２の係止リングであり、前記第１の径方向貫通空洞（５０）が、前記第１の係止リング（５２）を収容する第１の周方向空洞の境界を画定し、前記第２の径方向貫通空洞（５１）が、前記第２の係止リング（５３）を収容する第２の周方向空洞の境界を画定する、請求項２または３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記固定するステップが、
前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタを前記第１の支持リング（１５）に形成された第１の溝（２１）に軸方向に少なくとも部分的に挿入して、前記第１の径方向貫通空洞（５０）に前記少なくとも第１の止め要素（５２）を閉じ込めるステップと、
前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタを前記第２の支持リング（２２）に形成された第２の溝（２６）に軸方向に少なくとも部分的に挿入して、前記第２の径方向貫通空洞（５１）に前記少なくとも第２の止め要素（５３）を閉じ込めるステップと
を含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記安定的に接合するステップが
前記第１の連結リング（４０）にまたは前記第１の連結円弧状セクタに形成された第１のスロット（４２）に前記第１の端部（３０）を軸方向に挿入し、前記第１の端部（３０）を前記第１のスロット（４２）内に溶接するステップと、
前記第２の連結リング（４１）にまたは前記第２の連結円弧状セクタに形成された第２のスロット（４３）に前記第２の端部（３１）を軸方向に挿入し、前記第２の端部（３１）を前記第２のスロット（４３）内に溶接するステップと
を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
前記第１の支持リング（１５）の第１の径方向内側／外側周方向当接面（５４、７０）を、前記第１の連結リング（４０）もしくは前記第１の連結円弧状セクタの径方向外側センタリング面（４７）または前記ブレード（２７）の前記第１の端部（３０）の一部である径方向内側センタリング面（７２）と結合するステップと、
前記第２の支持リング（２２）の第２の径方向内側／外側周方向当接面（５６、７１）を、前記第２の連結リング（４１）もしくは前記第２の連結円弧状セクタの径方向外側センタリング面（４７）または前記ブレード（２７）の前記第２の端部（３１）の一部である径方向内側センタリング面（７２）と結合するステップと
を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタの前記径方向外側センタリング面（４７）が、前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタの前記径方向内側面（４９）とは反対側にあり、前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタの前記径方向外側センタリング面（４７）が、前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタの前記径方向内側面（４９）とは反対側にある、請求項３を引用するときの請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第１の端部（３０）が第１の径方向外側結合面（３２）を有し、前記第２の端部（３１）が第２の径方向外側結合面（３４）を有し、前記少なくとも第１の止め要素（５２）を径方向に挿入するステップが、前記第１の結合面（３２）を前記第１のスロット（４２）の結合面に押し付けるステップを含み、前記少なくとも第２の止め要素（５３）を径方向に挿入するステップが、前記第２の結合面（３４）を前記第２のスロット（４３）の結合面に押し付けるステップを含む、請求項２に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記ブレードが、押出成形により作製される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
半径流ターボ機械用のブレード付きリングであって、
第１の支持リング（１５）と、
前記第１の支持リング（１５）と同軸で前記第１の支持リング（１５）から軸方向に離間して配置された第２の支持リング（２２）と、
中心軸線（Ｘ−Ｘ）から等距離に配置されかつ前記第１の支持リング（１５）と前記第２の支持リング（２２）との間に介在する複数のブレード（２７）であって、前記ブレード（２７）が前記中心軸線（Ｘ−Ｘ）に略平行な前縁部を有する、複数のブレード（２７）と、
前記第１の支持リング（１５）と前記ブレード（２７）との間に軸方向に介在する第１の連結リング（４０）もしくは複数の第１の連結円弧状セクタと、
前記第２の支持リング（２２）と前記ブレード（２７）との間に軸方向に介在する第２の連結リング（４１）もしくは複数の第２の連結円弧状セクタとを備え、
前記ブレード（２７）の第１の端部（３０）が、レーザもしくは摩擦撹拌溶接タイプの局所的溶接によって前記第１の連結リング（４０）にもしくは前記第１の連結円弧状セクタの１つに接合されており、前記ブレード（２７）の第２の端部（３１）が、レーザもしくは摩擦撹拌溶接タイプの局所的溶接によって前記第２の連結リング（４１）にもしくは前記第２の連結円弧状セクタの１つに接合されており、または、前記ブレード（２７）の前記第１の端部（３０）が、前記第１の端部（３０）と前記第１の連結リング（４０）もしくは前記第１の連結円弧状セクタとの間に配置された少なくとも第１の止め要素（５２）によって前記第１の連結リング（４０）にもしくは前記第１の連結円弧状セクタの１つに接合されており、前記ブレード（２７）の前記第２の端部（３１）が、前記第２の端部（３１）と前記第２の連結リング（４１）もしくは前記第２の連結円弧状セクタとの間に配置された少なくとも第２の止め要素（５３）によって前記第２の連結リング（４１）にもしくは前記第２の連結円弧状セクタの１つに接合されており、
前記第１の連結リング（４０）もしくは前記第１の連結円弧状セクタが、前記レーザもしくは摩擦撹拌溶接タイプの局所的溶接によって前記第１の支持リング（１５）に固定されており、前記第２の連結リング（４１）もしくは前記第２の連結円弧状セクタが、前記レーザもしくは摩擦撹拌溶接タイプの局所的溶接によって前記第２の支持リングに固定されている、
ブレード付きリング。
【請求項１２】
前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタが、軸方向に延びる複数の第１のスロット（４２）を有し、前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタが、軸方向に延びる複数の第２のスロット（４３）を有し、前記ブレード（２７）の前記第１の端部（３０）が前記第１のスロット（４２）に軸方向に挿入されており、前記ブレード（２７）の前記第２の端部が前記第２のスロット（４３）に軸方向に挿入されている、請求項１１に記載のブレード付きリング。
【請求項１３】
前記第１の連結リング（４０）または前記第１の連結円弧状セクタが、前記第１のスロット（４２）の１つに各々開口する複数の第１の径方向貫通空洞（５０）を有し、前記第２の連結リング（４１）または前記第２の連結円弧状セクタが、前記第２のスロット（４３）の１つに各々開口する複数の第２の径方向貫通空洞（５１）を有し、少なくとも第１の止め要素（５２）が、軸方向変位を防止するように前記第１の径方向貫通空洞（５０）と、前記第１の端部（３０）に形成された第１の座部（３８）とに径方向に挿入されており、少なくとも第２の止め要素（５３）が、軸方向変位を防止するように前記第２の径方向貫通空洞（５１）と、前記第２の端部（３１）に形成された第２の座部（３９）とに径方向に挿入されている、請求項１１に記載のブレード付きリング。
【請求項１４】
前記少なくとも第１の止め要素（５２）が第１の係止リングであり、前記複数の第１の径方向貫通空洞（５０）が、前記第１の係止リングを収容する第１の周方向空洞を共に形成しており、前記少なくとも第２の止め要素（５３）が第２の係止リングであり、前記複数の第２の径方向貫通空洞（５１）が、前記第２の係止リングを収容する第２の周方向空洞を共に形成している、請求項１３に記載のブレード付きリング。
【請求項１５】
前記第１の連結リングおよび前記第２の連結リングが開放型シーガーリングであり、または、前記第１の連結リングおよび前記第２の連結リングが、前記第１の径方向貫通空洞（５０）および前記第２の径方向貫通空洞（５１）内ならびに前記第１の座部（３８）および前記第２の座部（３９）内に押し込まれるコーキング材料から得られる、請求項１４に記載のブレード付きリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半径流ターボ機械用のブレード付きリングの製造方法および前記方法を用いて得られたブレード付きリングに関する。
【０００２】
半径流ターボ機械とは、エネルギーを交換する流体の流れがターボ機械自体の内部に完成された経路の少なくとも一部に向けて径方向に導かれるターボ機械を意味する。経路のこの径方向部分は、ターボ機械のロータの回転軸線に対する径方向に沿って流体が広く行き渡るように移動する少なくとも１つのブレード付きリングにより境界が画定される。
【０００３】
「ブレード付きリング」は、中心軸線から等距離に配置された複数のブレードであって、互いに軸方向に離間して配置された２つ以上の同心リングにより互いに接合された複数のブレードを備える。ブレードは、２つのリングの前縁部および後縁部が中心軸線に平行または略平行であるこれらリングの間に延びる。ブレード付きリングは、ステータ（ステータはターボ機械のケーシングに対して固定され、ステータのブレードはステータブレードである）またはロータ（すなわち、ロータは回転し、ロータのブレードはロータブレードであり、したがって、中心軸線は回転軸線である）の機能を有することができる。
【０００４】
本発明は、遠心半径流（アウトフロー）ターボ機械と求心半径流（インフロー）ターボ機械の両方に適用することができる。本発明は、ターボ機械（タービン）を駆動することと、ターボ機械（圧縮機）を動作させることの両方に適用することができる。好ましくは、排他的ではないが、本発明は、膨張タービンに関する。好ましくは、排他的ではないが、本発明は、電気的および／または機械的エネルギーの生成のための膨張タービンに関する。好ましくは、排他的ではないが、本発明は、好ましくは蒸気ランキンサイクルまたは有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）により、地熱源を利用するエネルギー生産装置に使用される膨張タービンに関する。
【背景技術】
【０００５】
公開文献である米国特許第９１１，６６３号明細書は、まずベーンまたはブレードの端部を薄い金属ストリップと接合し、次いで、薄い金属ストリップを堅牢な補剛リングに強固に接合することを含む、特に半径流型のガスタービン用の一連のベーンの生産方法を例示している。金属ストリップはまず、ブレードの端部が内部に挿入され固定される穿孔が設けられた直線状のストリップとして作製される。次いで、ストリップは円弧状または円周状に成形される。ブレードの端部は、吹管またはボルタアークによってストリップに溶接される。金属ストリップは、例えば溶接または曲げ加工により、補剛リングに強固に固定される。その後、ブレードの突出端部および他の余計な部分が加工により除去される。
【０００６】
公開文献である米国特許第９３３，３７９号明細書は、リングが、ストリップを連結するために固定された一連のブレードで構成され、かつ補剛リングが前記連結ストリップ用に設けられる、タービン用のベーンリングの生産方法を例示している。ベーンの端部は、ストリップに形成されたスロットに挿入され、吹管またはボルタアークを用いた溶接によりストリップに固定される。ストリップはまず、スロットが設けられた直線状のストリップとして作製され、次いで、円弧状または円周状に成形される。方法は、ストリップおよびリングに凸部／凹部を形成することを含む。凸部および凹部は、前記凸部の縁部を加締めることによりまたは介在する追加の連結要素を変形させることにより互いに連結されるように構成される。追加の連結要素は、伸線材、軟鋼、真鍮、銅またはニッケルとすることができる。
【０００７】
公開文献である米国特許第９６８，８６２号明細書は、タービン用のベーンリングの生産方法を例示している。ブレードの端部は、リングに形成されたチャネルに挿入され、次いで、チャネルに溶接される。ベーンリングは、例えば蟻継ぎによって支持リングに接合することができる。
【０００８】
公開文献である米国特許第１，８３１，１０４号明細書は、軸方向に離間して配置された２つ以上の連結リングと、連結リング間の複数のブレードとからなるブレード付きリングの構築方法を例示している。連結リングの各々は、例えば蟻継ぎ型の、複数の溝を有し、これらの溝は、軸方向内方に開口して径方向内側面から径方向に延びる。溝は、ブレード保持ポケットを形成するようにそれぞれの連結リングの材料を部分的に貫通して延びる。ブレードの各々は、例えば蟻継ぎ型の、頭部をブレードの端部に有し、頭部は、連結リングの径方向内側における前記ポケットに嵌合される。頭部は、フランジを頭部自体に対して折り曲げることにより溝内に固定される。
【０００９】
本出願人名義の、公開文献である国際公開第２０１４／０６４５６７号パンフレットは、各ブレードの第１の端部および第２の端部がそれぞれの２つの支持リングに連結され、径方向に沿った弾性降伏連結部分を形成するために、ブレードのそれぞれの端部に属する少なくとも第１の半部をそれぞれの支持リングに属するそれぞれの第２の半部に、レーザ溶接によって、接合し、ブレードの端部に属する少なくとも止め部分を、前記径方向に沿って、それぞれの支持リングの少なくとも止め要素に対向するように配置する、遠心半径流段の構築方法を例示している。弾性降伏連結部分は、段がタービンの運転負荷を受けたときに止め部分が止め要素に接触することを可能にする。
【００１０】
公開文献である米国特許第５，５８６，８６４号明細書は、軸流タービン用のステータベーンの組立体を例示している。この組立体は、外側リングの内側面に沿って形成されかつ第１のロケータリングを受け入れるようになされた溝が設けられた外側リングを備える。組立体は、内側要素の外側面に沿って形成されかつ第２のロケータリングを受け入れるように構成された第２の溝が設けられた内側要素を備える。ロケータリングは、ステータブレードを嵌合するためのスロットを有する。
【００１１】
文献である仏国特許出願公開第１３３０７３５号明細書は、ブレードが支持リング上に溶接される、タービン用のブレード付き組立体の構築方法を例示している。
【００１２】
米国特許第１，７１７，２０３号明細書は、ブレードが、外側リングおよび内側リングにそれぞれ挿入された連結ストリップに形成された切り欠きに係合された凸部を有する、ブレード付きタービン構造の製造方法を例示している。
【００１３】
文献である独国特許出願公開第７３２，９１９号明細書は、流体通路の境界を画定する、内壁と、内壁の径方向外側に配置された外壁とを備える、圧縮機およびタービンなどの、ターボ機械用のブレード付き組立体を例示している。スロットは内壁および外壁に形成され、かつ前記スロットは、ブレードの径方向外端部を受け入れる。係止部としての機能を果たすワイヤが、ブレード先端に形成された開口を貫通して延びる。
【００１４】
文献である米国特許出願公開第２０１４／１４７２６２号明細書は、軸流ターボ機械のステータ組立体を例示している。ステータ組立体は、ステータブレード先端が挿入される複数の開口が設けられた複数の環状セグメントで形成された内側シェルを備える。環状金属ストリップは、前記ブレードを径方向に拘束するために、ブレード先端上に形成されたフックにより画定された開口を貫通する。
【発明の概要】
【００１５】
本文脈において、出願人は、既知のタイプのブレード付きリングの品質および構築精度、ひいてはブレード付きリングが設置されるターボ機械の信頼性および効率を改善する必要性を認識している。
【００１６】
出願人は、実際に、個々の部品の組立中に、かかる部品が、部品の形状を変化させるような、加工工程および／または高温により機械的応力を受け、必然的に最終的な再加工を経なければならないので、後に組み立てられる多数の部品から構成される、文献である米国特許第９１１，６６３号明細書および米国特許第９３３，３７９号明細書に開示されているものなどのブレード付きリングが、幾何学的にあまり精密ではない可能性があることに留意している。
【００１７】
例えば、米国特許第９１１，６６３号明細書では、ブレードを補剛リングに連結するように意図された金属ストリップは、吹管またはボルタアークによってブレードに溶接される。一実施形態において、金属ストリップおよび補剛リングはまた、吹管またはボルタアークによる溶接により接合される。このような熱入力は、ブレードの機械的特性および形状ならびに／またはブレードが連結されるストリップに対するブレードの位置／向きを変化させることができる。ブレードに連結された後に、ストリップは更に、余分な材料を除去するために加工される。米国特許第９１１，６６３号に開示されている、異なる実施形態では、金属ストリップが、その部分の曲げ加工／変形により補剛リングに強固に固定される。これらの工程もまた、幾何学的設計特性を変化させることができる。
【００１８】
米国特許第９３３，３７９号明細書では、吹管またはボルタアークを用いた溶接によるストリップへのブレードの接合に加えて、凸部の縁部の加締めおよび追加の連結要素の変形も、これにより得られたブレード付きリングの最終的な幾何学的特性の精密な制御を可能にしない。
【００１９】
出願人は、今言及した連結システムまたは文献である米国特許第１，８３１，１０４号明細書に開示されている連結システムなどの連結システムが、例えば始動過渡期に発生する熱勾配に十分に耐えることができないことにも留意している。これらの過渡期に、高温蒸気は、ブレードとターボ機械ケーシングのいくつかの部分とにのみ衝突する。次いで、蒸気が衝突する部分からターボ機械の他の部分に向かって熱が広がる。ブレードとリングとは異なるように膨張して、組立体がその強度を失う傾向がある。この現象は、遠心力を受けるロータブレード付きリングにおいてより深刻である。
【００２０】
出願人は、国際公開第２０１４／０６４５６７号パンフレットおよび米国特許第９６８，８６２号明細書と同様の（すなわち、中間金属ストリップまたは連結リングなしの）、ブレードと支持リングとの直接接合によるロータブレード付きリングを構築することを想定する解決策では、ブレードの重量に起因する応力から遠心力に起因する応力を分離することがより困難であることが判明していることにも留意している。特に、出願人は、遠心力に起因する周方向内部応力が、ブレードとの連結領域に、特にブレードの後縁部に最大集中箇所を有することに留意している。最大応力集中のこれらの領域は、構造的に危険である。
【００２１】
したがって、出願人は、以下の目的、すなわち、
ブレード付きリングの品質および精度、ひいてはブレード付きリングが設置されるターボ機械の信頼性および効率を向上させる役割を果たすブレード付きリングの製造方法を提案することと、
高速かつ比較的簡単であるブレード付きリングの製造方法を提案することと、反復可能でかつ制御可能であるブレード付きリングの製造方法を提案することと、
完全に自動化できるブレード付きリングの製造方法を提案することと、
組立後または組立中に、ブレード付きリング自体を構成する部品の中間加工を必要としない、ブレード付きリングの製造方法を提案することと、
応力の集中が制限されるブレード付きリングを提案することと
を設定した。
【００２２】
出願人は、上に明記した目的および更に他の目的が、ブレード付きリングを構成する最終形態の３つのタイプの要素（すなわち、以下に更に説明する、ブレード、支持リングおよび連結リング）を個別に生産し、次いで、前記要素の幾何学的形状も構造的特性も変化させない、結果として中間加工または組立後の加工が不要になる接合システムによってそれら要素を組み立てることにより達成可能であることを見出した。
【００２３】
特に、明記した目的および更に他の目的は、添付の請求項の１つまたは複数によるおよび／または以下の態様の１つまたは複数に従うターボ機械により実質的に達成される。
【００２４】
本説明および添付の特許請求の範囲において、「軸方向」という形容詞は、ターボ機械の中心軸線または回転軸線「Ｘ−Ｘ」に平行に向いた方向を定義するように意図されている。「径方向」という形容詞は、ターボ機械の中心軸線または回転軸線「Ｘ−Ｘ」から直角に延びる径方向に向いた方向を定義するように意図されている。「周方向」という形容詞は、ターボ機械の中心軸線または回転軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸の円周の接線方向を意味する。
【００２５】
より具体的には、独立した態様によれば、本発明は、半径流ターボ機械用のブレード付きリングの製造方法に関する。
【００２６】
方法は、第１の支持リングを準備するステップと、第２の支持リングを準備するステップと、複数のブレードを準備するステップと、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタを準備するステップと、第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタを準備するステップとを含む。
【００２７】
方法は、同軸でかつ互いに軸方向に離間して配置された第１の支持リングおよび第２の支持リングと、中心軸線から等距離に配置されかつ第１の支持リングと第２の支持リングとの間に介在する複数のブレードとを備えるブレード付きリングを作製するために、第１の支持リングと第２の支持リングと複数のブレードと第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタと第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタとを組み立てるステップを含む。ブレードは、中心軸線に略平行な前縁部を有する。
【００２８】
組み立てるステップは、各ブレードの第１の端部を第１の連結リングにまたは第１の連結円弧状セクタの１つに安定的に接合すると共に、各ブレードの第２の端部を第２の連結リングにまたは第２の連結円弧状セクタの１つに安定的に接合することと、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタを第１の支持リングに固定すると共に、第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタを第２の支持リングに固定することとを含む。
【００２９】
安定的に接合することは、好ましくはレーザ溶接もしくは摩擦撹拌溶接によって、第１の端部と第１の連結リング（もしくは第１の連結円弧状セクタ）との間に配置される局所的溶接および第２の端部と第２の連結リング（もしくは第２の連結円弧状セクタ）との間に配置される局所的溶接を実施すること、または第１の端部と第１の連結リングもしくは第１の連結円弧状セクタとの間に少なくとも第１の止め要素を、および第２の端部と第２の連結リングもしくは第２の連結円弧状セクタとの間に少なくとも第２の止め要素を介在させることを含む。
【００３０】
必須ではないが好ましくは、固定することは、好ましくはレーザ溶接または摩擦撹拌溶接によって、第１の支持リングと第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタとの間に配置される局所的溶接および第２の支持リングと第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタとの間に配置される局所的溶接を実施することを含む。
【００３１】
前記第１の支持リング、第２の支持リング、複数のブレード、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタ、および第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタは全て、組立前の完成した要素であり、これらは最終的な幾何学的形状を示しかつ前記組立中および／または前記組立後の更なる加工および／または永久塑性変形を必要としないことを意味する。
【００３２】
「局所的溶接」とは、ビード幅が狭く、典型的には幅がビード深さよりも小さく、好ましくは４ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満であり、かつ非常に限られた熱影響域を有する、典型的には幅が前記ビード深さよりも小さい、溶接を意味する。
【００３３】
出願人は、ブレードを連結リングに拘束することと連結リングを支持リングに拘束することの両方のために採用された特定の接合部が、個々の出発要素（ブレード、支持リングおよび連結リング）の構造を変化させず、かつブレード付きリングの中間加工またはその後の再加工を実施せずに組立体の非常に明確に画定された幾何学的形状を得ることを可能にすることを検証した。レーザ溶接および摩擦撹拌溶接は、更なる材料の使用を実際に伴わず、かつ特に溶接部自体および／または溶接部付近の部品の再加工を必要とするような変形をもたらさない極めて局所的熱を導入する。レーザ溶接は、高い出力密度（約１ＭＷ／ｃｍ２）を有し、加熱および冷却率の高い加熱域をもたらす。より詳細には、レーザ溶接は、以下の特性、すなわち、クロム炭化物の析出を防止するためにステンレス鋼にとって非常に重要な特性である、非常に限られた熱影響域を有する幅の狭いビード；従来の技術で得られる速度よりも通常は速い実行速度；自動化の可能性の増大；優れた再現性（Ｐ＜５ｋＷ当たり２％）；部品と電極との接触がない；金属組織の、特にフェライト系ステンレス鋼の、熱影響域における粒の拡大を防止するので、同様にステンレス鋼にとって非常に重要である、迅速な接合部冷却；低入熱；少ない変形、溶接収縮および接合歪み；あまり重要でない把持システム；異種材料、典型的にはステンレス鋼と炭素鋼とを溶接するより大きな可能性；容易にアクセスできない領域に達する可能性；既に処理され完成した構成要素を溶接する可能性；関連するオンライン制御を伴う、溶接作業の高い再現性および自動化の容易さ；適切な実行を確保するための、溶接作業中の接合部の視覚的および音響的検査の可能性；冶金学的および機械的特性の点での非常に高い溶接品質により特徴付けられる。後者の特性は、より高い吸収係数の結果としての不純物の気化を伴う優先的な加熱に起因する化学組成の改良を溶融域においてもたらすことにより得られる。
【００３４】
摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ）は、溶接される材料が溶融温度に達しない固相状態での摩擦溶接の一種である。溶接ビードは、円筒状工具により形成される。工具は、ねじ山を有し得るピンを終端部に有する。ピンは、回転により、摩擦を、ひいては熱を発生させる。摩擦により材料が可塑性になり、材料が再結晶化するときに材料が２つの被加工物を接合する。ＦＳＷは、材料が融点に達しない溶接工程である。このため、固化中に発生する現象に関係する冶金学的性質の多くの問題が回避される。更に、煙の放出、電気アークおよび溶射の存在、ならびに騒音公害などの、従来の溶接工程に特有の欠点の多くが発生しない。ＦＳＷは、低い内部張力および変形により特徴付けられる、優れた品質および効率の接合部を得ることを可能にし、その一方で、それでもなお、厚みの大きな被加工物が１回のパスで溶接されることを可能にするので、非常に高い生産性を維持する。これらの利点に、従来では溶接可能ではない軽合金と、材料が供給される状態および化学組成が類似するまたは異なる材料とを溶接する可能性が追加され得る。これにより得られる利点は、最小の材料歪み、クリーニング工程（煙、放射線、アーク、液体金属および高電圧がない）および材料汚染のないこと、高い接合強度、工程の多用途性ならびに幅広い範囲の材料の溶接の可能性である。
【００３５】
機械式の係止要素を有する代替的な解決策は、出発要素のいかなるタイプの著しい変形も伴わない。対照的に、上で引用した先行特許に例示されているものなどの、吹管またはボルタアークを用いた従来の溶接工程は、はんだ材料を用いて実行され、互いに溶接される必要のある要素の大部分を高温にする。
【００３６】
出願人はまた、本発明による方法を完全に自動化でき、これにより、リングの、ひいてはロータおよびステータ（特に多くのブレード付きリングが設けられたもの）の、ならびにロータとステータとを備えるターボ機械の生産コストが大幅に低減されることを検証した。それゆえ、本方法は、数十のステータおよび／またはロータブレード付きリングを有することができる、単一方向回転および逆回転の半径流蒸気タービン用のブレード付きリングを製造するのに特に有効である。
【００３７】
出願人は更に、支持リングにより与えられる剛性よりも明らかに低い周方向剛性を有する、連結リングの存在（すなわち、ブレードと支持リングとの直接接合部が存在しない）ことにより、遠心力に起因する応力をブレードの重力に起因する応力およびその瞬間にブレードの根元で発生する応力から分離することが可能になることを検証した。このように、ブレードと連結リングとの接合部は、連結リングが降伏してそれぞれの支持リングに対して静止するので、周方向応力を受けない。したがって、連結リングとブレードとの接合部（溶接部または機械的係止部）における応力の過度の集中／増大が回避される。したがって、ブレード付きリングは、より高い周速を受けることができる。
【００３８】
異なる独立した態様によれば、本発明は、
第１の支持リングと、
第１の支持リングと同軸でかつ前記第１の支持リングから軸方向に離間して配置された第２の支持リングと、
中心軸線から等距離に配置されかつ前記第１の支持リングと前記第２の支持リングとの間に介在する複数のブレードであって、ブレードが前記中心軸線に略平行な前縁部を有する、複数のブレードと、
前記第１の支持リングと前記ブレードとの間に軸方向に介在する第１の連結リングもしくは第１の連結円弧状セクタと、
前記第２の支持リングと前記ブレードとの間に軸方向に介在する第２の連結リングもしくは第２の連結円弧状セクタとを備え、
前記ブレードの第１の端部が、第１の連結リングにもしくは第１の連結円弧状セクタの１つに接合され、かつ前記ブレードの第２の端部が、レーザもしくは摩擦撹拌溶接タイプの局所的溶接によって第２の連結リングにもしくは第２の連結円弧状セクタの１つに接合され、
または前記ブレードの第１の端部が、第１の端部と第１の連結リングもしくは第１の連結円弧状セクタとの間に配置された少なくとも第１の止め要素によって第１の連結リングにもしくは第１の連結円弧状セクタの１つに接合され、かつ前記ブレードの第２の端部が、第２の端部と第２の連結リングもしくは第２の連結円弧状セクタとの間に配置された少なくとも第２の止め要素とによって第２の連結リングにもしくは第２の連結円弧状セクタの１つに接合され、
第１の連結リングもしくは第１の連結円弧状セクタが第１の支持リングに固定され、かつ第２の連結リングもしくは第２の連結円弧状セクタが、レーザもしくは摩擦撹拌溶接タイプの局所的溶接によって第２の支持リングに固定される、ターボ機械用のブレード付きリングに関する。
【００３９】
異なる態様によれば、本発明は、本発明に従うおよび／または本発明の方法に従って製造された少なくとも１つのブレード付きリングを備える半径流ターボ機械用のステータまたはロータに関する。
【００４０】
異なる態様によれば、本発明はまた、本発明に従うおよび／または本発明の方法に従って製造された少なくとも１つのブレード付きリングを備える半径流ターボ機械に関する。好ましくは、前記半径流ターボ機械は、単一方向回転または逆回転の遠心半径流タービンである、つまり、それぞれ反対の方向に回転する２つの相互に対面するロータが設けられる。
【００４１】
ここでは本発明の更なる態様を以下に説明する。
【００４２】
好ましくは、ブレードは、押出成形により作製され、コストを大幅に低減する。ブレードは、好ましくは、後に切断される押出棒から得られる。したがって、各ブレードは、準線としての翼形輪郭と母線としての直線とを有する真っ直ぐな円筒である。この手順により、コスト（固体から加工されたブレードの約１／１０のコスト）および加工時間の点でかなりの節約が可能となり、その手順は、簡単に自動化することができる。
【００４３】
好ましくは、連結リングまたは連結円弧状セクタは、薄板から、またはリングのカレンダ加工により、または鍛造により形成される。好ましくは、連結リングは、ブレードの端部用の第１および第２のスロットを得るために連結リングの輪郭に穿孔がなされる。好ましくは、穿孔は、レーザ切断、ウォータジェット切断または放電加工により実施される。
【００４４】
好ましくは、支持リングは、鍛造により形成される。
【００４５】
好ましくは、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタは、複数の第１のスロット（ブレードと同じ数）、好ましくは軸方向に延びる貫通スロットを有する。好ましくは、第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタは、複数の第２のスロット（ブレードと同じ数）、好ましくは軸方向に延びる貫通スロットを有する。
【００４６】
好ましくは、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタは、第１のスロットの１つに各々開口する、複数の第１の径方向貫通空洞を有する。好ましくは、第１の径方向貫通空洞は、第１のリングまたは第１の連結円弧状セクタの径方向内側部分に形成される。好ましくは、第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタは、第２のスロットの１つに各々開口する、複数の第２の径方向貫通空洞を有する。好ましくは、第２の径方向貫通空洞は、第２のリングまたは第２の連結円弧状セクタの径方向内側部分に形成される。
【００４７】
好ましくは、第１の径方向貫通空洞および第２の径方向貫通空洞は、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタの径方向内側面および第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタの径方向内側面にそれぞれ開口する。
【００４８】
好ましくは、第１の連結リングにまたは第１の連結円弧状セクタに形成された第１のスロットに第１の端部を軸方向に挿入して、安定的に接合することは、第１の連結リングにまたは第１の連結円弧状セクタに形成されかつ第１のスロットに開口する第１の径方向貫通空洞を第１の端部に形成された第１の座部と径方向に位置合わせすることと、軸方向変位を防止するように第１の径方向貫通空洞と第１の座部とに前記少なくとも第１の止め要素を径方向に挿入することとを含む。
【００４９】
好ましくは、安定的に接合することは、第２の連結リングにまたは第２の連結円弧状セクタに形成された第２のスロットに第２の端部を軸方向に挿入して、第２の連結リングにまたは第２の連結円弧状セクタに形成されかつ第２のスロットに開口する第２の径方向貫通空洞を第２の端部に形成された第２の座部と径方向に位置合わせすることと、軸方向変位を防止するように第２の径方向貫通空洞と第２の座部とに前記少なくとも第２の止め要素を径方向に挿入することとを含む。
【００５０】
第１の止め要素および第２の止め要素は、連結リングとブレードとの相対的な軸方向変位を防止するピンの機能を果たす。
【００５１】
好ましくは、前記少なくとも第１の止め要素は、第１の係止リングである。好ましくは、第１の径方向貫通空洞は、第１の係止リングを収容する第１の周方向空洞を一緒になって形成する。
【００５２】
好ましくは、前記少なくとも第２の止め要素は、第２の係止リングである。好ましくは、第２の径方向貫通空洞は、第２の係止リングを収容する第２の周方向空洞を一緒になって形成する。
【００５３】
好ましくは、第１の連結リングおよび第２の連結リングはシーガータイプの端開放リングである。好ましくは、第１の連結リングおよび第２の連結リングは、前記第１の径方向貫通空洞および前記第２の径方向貫通空洞内および前記第１の座部および前記第２の座部内に押し込まれるコーキング材料から得られる。
【００５４】
好ましくは、第１の径方向貫通空洞は、第１の連結円弧状セクタに各々位置する、円弧状に成形された多くの第１の空洞を形成する。好ましくは、第２の径方向貫通空洞は、第２の連結円弧状セクタに各々位置する、円弧状に成形された多くの第２の空洞を形成する。
【００５５】
好ましくは、安定的に接合することは、第１の連結リングにまたは第１の連結円弧状セクタに形成された第１のスロットに第１の端部を軸方向に挿入し、第１の端部を前記第１のスロット内に溶接することを含む。
【００５６】
好ましくは、安定的に接合することは、第２の連結リングにまたは第２の連結円弧状セクタに形成された第２のスロットに第２の端部を軸方向に挿入し、第２の端部を前記第２のスロット内に溶接することを含む。
【００５７】
好ましくは、第１のスロットにおける第１の端部の溶接は、第１の支持リングに面する前記第１のスロットの終端部分において実施される。好ましくは、第２のスロットにおける第２の端部の溶接は、第２の支持リングに面する前記第２のスロットの終端部分において実施される。
【００５８】
好ましくは、各ブレードの第１の端部および第２の端部は、同じブレードの輪郭に対して異なる形状を有する。好ましくは、前記形状は、非円形断面を備えた一種のペグを形成する。好ましくは、前記形状は、互いに反対側にある少なくとも２つの平坦な平行面を有する。好ましくは、第１のスロットおよび第２のスロットは、それぞれの第１および第２の端部に嵌合形状を有する。
【００５９】
好ましくは、第１の端部は、好ましくは平坦である、第１の径方向外側結合面を有する。好ましくは、第２の端部は、好ましくは平坦である、第２の径方向外側結合面を有する。好ましくは、前記少なくとも第１の止め要素を径方向に挿入することは、第１の結合面を第１のスロットの結合面に押し付けることを含む。好ましくは、前記少なくとも第２の止め要素を径方向に挿入することは、第２の結合面を第２のスロットの結合面に押し付けることを含む。
【００６０】
好ましくは、第１の支持リングは、周方向に連続的または断続的に延びる第１の凹部または第１の凸部を有する。好ましくは、第２の支持リングは、周方向に連続的または断続的に延びる第２の凹部または第２の凸部を有する。第１および第２の凹部または凸部は、ブレード付きリングが組み付けられたときに互いに対向する、第１および第２の支持リングのそれぞれの面に形成される。
【００６１】
好ましくは、固定することは、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタを第１の支持リングに形成された第１の凹部に少なくとも部分的に軸方向に挿入することを含む。好ましくは、前記挿入することは、前記第１の貫通空洞に前記少なくとも第１の止め要素を閉じ込める役割を果たす。好ましくは、固定することは、第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタを第２の支持リングに形成された第２の凹部に少なくとも部分的に軸方向に挿入することを含む。好ましくは、前記挿入することは、第２の貫通空洞に前記少なくとも第２の止め要素を閉じ込める役割を果たす。
【００６２】
したがって、第１の径方向貫通空洞および第２の径方向貫通空洞は、それぞれ第１または第２の支持リングにより、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタの径方向内側面、および第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタの径方向内側面においてそれぞれ閉鎖される。径方向貫通空洞内および座部内に収容された係止要素の径方向の移動が、こうして防止される。
【００６３】
好ましくは、第１の端部の溶接部（複数可）および第２の端部の溶接部（複数可）は、前記第１の凹部および前記第２の凹部の内側に残る、すなわち、第１または第２の支持リングの内側に保護される。
【００６４】
好ましくは、第１の支持リングの第１の径方向内側／外側周方向当接面を第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタの径方向外側／内側センタリング面と結合することが想定される。
【００６５】
好ましくは、第２の支持リングの第２の径方向内側／外側周方向当接面を第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタの径方向外側／内側センタリング面と結合することが想定される。
【００６６】
このように、ブレード付きリングがロータである場合、第１／第２の連結リングまたは第１／第２の連結円弧状セクタは、遠心力によって、外方に押圧されて、それぞれの支持リングに対して静止する。
【００６７】
代替的に、第１の支持リングの第１の径方向内側／外側周方向当接面をブレードの第１の端部に属する径方向外側／内側センタリング面と結合することが想定される。同様に、第１の支持リングの第１の径方向内側／外側周方向当接面をブレードの第２の端部に属する径方向外側／内側センタリング面と結合することが想定される。
【００６８】
好ましくは、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタの径方向外側センタリング面、および第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタの径方向内側／外側センタリング面は、径方向貫通開口が開口する、第１の連結リングまたは第１の連結円弧状セクタの径方向内側面、および第２の連結リングまたは第２の連結円弧状セクタの径方向内側面のそれぞれとは反対側にある。
【００６９】
好ましくは、第１の支持リングは、第１の環状中央本体と、前記第１の環状中央本体から軸方向に突出しかつ径方向に離間して配置されるとともに、第１の環状中央本体と一緒になって、第１の環状凹部の境界を画定する、径方向内側環状部分および径方向外側環状部分とを有する。好ましくは、第２の支持リングは、第２の環状中央本体と、前記第２の環状中央本体から軸方向に突出しかつ径方向に離間して配置されるとともに、第１の環状中央本体と一緒になって、第２の環状凹部の境界を画定する、径方向内側環状部分および径方向外側環状部分とを有する。
【００７０】
好ましくは、第１の支持リングは、第１の環状中央本体から突出しかつ径方向外側環状部分を外囲する径方向外側環状付属部と、第２の環状中央本体から突出しかつ径方向内側環状部分に対して内側に延びる径方向内側環状付属部とを有する。好ましくは、第２の支持リングは、第２の環状中央本体から突出しかつ径方向外側環状部分を外囲する径方向外側環状付属部と、第２の環状中央本体から突出しかつ径方向内側環状部分に対して内側に延びる径方向内側環状付属部とを有する。
【００７１】
好ましくは、第１の環状連結リングは、径方向外側管状本体と、径方向内側管状本体とを有する。好ましくは、第２の環状連結リングは、径方向外側管状本体と、径方向内側管状本体とを有する。
【００７２】
好ましくは、局所的突合せ溶接（レーザまたはＦＳＷ）、好ましくは突合せ溶接は、全ての径方向外側環状付属部とそれぞれの径方向外側管状本体との間、および全ての径方向内側環状付属部とそれぞれの径方向内側管状本体との間で実施される。
【００７３】
（ブレード付きリングがロータである場合）遠心力の作用下での、（環状付属部と管状本体との）この連結は、連結リングのセンタリング面が支持リングの周方向当接面に対して静止することを可能にするために、環状付属部および／または管状本体の径方向外方への曲げを可能にする。
【００７４】
追加の特徴および利点は、本発明による半径流ターボ機械用のブレード付きリングおよびその製造方法の好ましいが排他的ではない実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【００７５】
本説明は、例示的でそれゆえ非限定的な目的でのみ提供される、添付の図面を参照して以下でなされる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明によるブレード付きリングを備える半径流ターボ機械の子午線断面図である。
【図２】図２は、図１のブレード付きリングの１つの一部切欠斜視図である。
【図３】図３は、図２のブレード付きリングの一部分の径方向平面における断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図３に図示するブレードの側面図である。
【図４】図４は、図３のブレード付きリングの異なる実施形態の一部分の径方向平面における断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図４に図示するブレードの側面図である。
【図５】図５は、図４のブレード付きリングの変形例の一部分の径方向平面における断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図５に図示するブレードの側面図である。
【図６】図６は、図４および図５のブレード付きリングの更なる変形例の一部分の径方向平面における断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図６に図示するブレードの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
前述の図を参照すると、参照番号１は、全体として半径流ターボ機械を示している。
【００７８】
図１に図示する半径流ターボ機械１は、単一のロータ２を備えた遠心半径流型の膨張タービンである。例えば、タービン１は、地熱資源を電源として利用する有機ランキンサイクル（ＯＲＣ）または蒸気ランキンサイクルの発電プラントの分野において用いることができる。
【００７９】
タービン１は、回転可能であるようにロータ２が収容される固定ケーシング３を備える。この目的のために、ロータ２は、中心軸線「Ｘ−Ｘ」（シャフト４およびロータ２の回転軸線と一致する）に沿って延びかつ適切な軸受５により固定ケーシング３内に支持されるシャフト４に強固に連結される。ロータ２は、前記シャフト４に直接連結されかつ前面７と反対側の後面８とが設けられたロータディスク６を備える。前面７は、中心軸線「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸である突出した複数のロータブレード付きリング９を支持する。
【００８０】
固定ケーシング３は、ロータディスク６の前面７に対向して配置された、前壁１０と、ロータディスク６の後面８に対向して位置する、後壁１１とを備える。前壁１０は、作動流体用の軸方向入口１２を画定する開口を有する。軸方向入口１２は、中心軸線「Ｘ−Ｘ」に位置し、かつ円形であり、かつ同じ軸線「Ｘ−Ｘ」と同心である。固定ケーシング３は、ロータ２の径方向外側の周縁位置に位置しかつ固定ケーシング３の、図示しない、出口と流体連通する作動流体用の螺旋経路１３を更に有する。
【００８１】
前壁１０は、中心軸線「Ｘ−Ｘ」と同心かつ同軸である突出した複数のステータブレード付きリング１４を支持する。ステータブレード付きリング１４は、軸方向入口１２から流入する作動流体であって、螺旋経路１３に流入し、次いで、図示しない、前記出口を通って固定ケーシング３から流出するまでロータディスク２の周縁部に向かって径方向に遠ざかるにつれて膨張する作動流体のための径方向膨張経路を画定するために、ケーシング３の内側でロータディスク６に向かって延び、ロータブレード付きリング９と径方向に交互に配置される。
【００８２】
ロータブレード付きリング９とステータブレード付きリング１４とは互いに構造的に類似しており、そのため、ロータブレード付きリング９の実施形態および変形例のみを以下で詳細に説明する（図２〜図６）。
【００８３】
図２、図３および図３Ａを参照すると、ブレード付きリング９は、例えば、鍛造により作製されかつロータディスク６の前面７に固定されるように意図された第１の支持リング１５を備える。
【００８４】
図３は、第１の支持リング１５の、軸方向平面における、断面を示している。留意され得るように、第１の支持リング１５は、前記断面では矩形または正方形である、第１の環状中央本体１６を有し、ならびに一方側に、第１の環状中央本体１６から軸方向に延びる、ロータディスク６に拘束されるように意図され固定端部１８を有する環状固定付属部１７が存在し、かつ他方側に、径方向内側環状部分１９および径方向外側環状部分２０が存在する。径方向内側環状部分１９および径方向外側環状部分２０は、同軸でありかつ径方向に互いに離間して配置されるとともに、第１の環状中央本体１６と一緒になって、第１の環状凹部２１の境界を画定する。
【００８５】
ブレード付きリング９は、例えば鍛造により作製された第２の支持リング２２を備える。図３は、第２の支持リング２２の、軸方向平面における、断面を示している。留意され得るように、第２の支持リング２２は、前記断面では矩形または正方形である、第２の環状本体２３を有し、かつ同じ側に、第２の環状本体２３から軸方向に延びる、径方向内側環状部分２４および径方向外側環状部分２５が存在する。径方向内側環状部分２４および径方向外側環状部分２５は、同軸でありかつ径方向に互いに離間して配置されるとともに、第２の環状本体２３と一緒になって、第２の環状凹部２６の境界を画定する。
【００８６】
ブレード付きリング９は、第１の支持リング１５と第２の支持リング２２との間に延びる空気力学的輪郭を備えた複数のブレード２７を備える。第１の支持リング１５および第２の支持リング２２は、同軸でありかつ軸方向に互いに離間して配置される。ブレード２７は、押出成形により形成することができる。一実施形態において、ブレード２７は、空気力学的輪郭（翼形輪郭）を備えた断面を有する押出棒から得られ、この押出棒は、断片に切断される。
【００８７】
各ブレード２７は、ブレード付きリング９の中心軸線「Ｘ−Ｘ」に平行な前縁部２８および後縁部２９を有する。図示のターボ機械１は、作動流体が径方向外方に移動する、遠心半径流タービンであるので、全てのブレード２７の前縁部２８は、径方向内方に、すなわち前記中心軸線「Ｘ−Ｘ」に向けられ、後縁部２９は径方向外方に向けられる。
【００８８】
ブレード２７は、中心軸線「Ｘ−Ｘ」から等距離に配置され、かつ互いに一定距離だけ周方向に離間して配置される。
【００８９】
全てのブレード２７は、軸方向で互いに反対側にあるとともに、第１の支持リング１５および第２の支持リング２２との連結のための一種のペグ状に成形された、第１の端部３０および第２の端部３１を有する。
【００９０】
第１の端部３０および第２の端部３１は、同じブレードの輪郭に対して異なる形状を有し、特に第１の端部３０および第２の端部３１は、（中心軸線「Ｘ−Ｘ」に直交する平面に）非円形断面を有する。図２、図３および図３Ａの実施形態において、第１の端部３０および第２の端部３１は、互いに反対側にある平行で平坦な２つの面３２、３３、３４、３５を有し、かつ残りの２つの表面３６、３７は、それぞれブレード２７の内面３６および外面３７として成形される。特に、第１の端部３０は、第１の径方向外側結合面３２と第１の径方向内側結合面３３とを有する。第２の端部は、第２の径方向外側結合面３４と第２の径方向内側結合面３５とを有する。
【００９１】
第１の端部３０の各々は、第１の径方向内側結合面３３に形成された第１の座部３８を有し、かつ第２の端部３１の各々は、第２の径方向内側結合面３５に形成された第２の座部３９を有する。
【００９２】
各ブレード２７と第１の支持リング１５および第２の支持リング２２との連結は、第１の連結リング４０および第２の連結リング４１を介在させることにより行われる。ブレード２７の第１の端部３０は、第１の連結リング４０に直接接合され、第１の連結リング４０は、第１の支持リング１５に固定される。ブレード２７の第２の端部３１は、第２の連結リング４１に直接接合され、第２の連結リング４１は、第２の支持リング２２に固定される。
【００９３】
それゆえ、ブレード２７は、第１の支持リング１５および第２の支持リング２２に直接連結されない。第１の連結リング４０および第２の連結リング４１は、例えば、鍛造により作製される。
【００９４】
第１の連結リング４０は、軸方向に延びる複数の第１の貫通スロット４２（ブレード２７と同じ数）を備える。同様に、第２の連結リング４１は、軸方向に延びる複数の第２の貫通スロット４３（ブレード２７と同じ数）を備える。図２に見られ得るように、第１のスロット４２および第２のスロット４３は、第１のスロット４２と第２のスロット４３との間に一定距離を置いて中心軸線「Ｘ−Ｘ」の周囲に分散配置される。第１のスロット４２および第２のスロット４３の各々は、第１の端部３０または第２の端部３１の形状に嵌合する形状を有する。
【００９５】
第１の連結リング４０および第２の連結リング４１は、中心軸線「Ｘ−Ｘ」に直交するブレード２７の中央平面に対して対称である。
【００９６】
図２の実施形態において、前記第１の連結リング４０および前記第２の連結リング４１の各々は、第１のスロット４２および第２のスロット４３が形成される本体を有する。第１の周縁部４４は本体から径方向外方に延び、かつ第２の周縁部４５は本体から径方向内方に延びる。第１の環状溝４６は、本体の径方向外側センタリング面４７に形成され、かつ第１の周縁部４４と並んで延びる。第２の環状溝４８は、本体の径方向内側面４９に形成され、かつ第２の周縁部４５と並んで延びる。
【００９７】
前記第１の連結リング４０および第２の連結リング４１の各々は、第１のスロット４２／第２のスロット４３の一方に各々開口する、複数の第１の径方向貫通空洞５０／第２の径方向貫通空洞５１を有する。第１の径方向貫通空洞５０／第２の径方向貫通空洞５１は、第１の連結リング４０／第２の連結リング４１の径方向内側部分に形成される。したがって、第１の径方向貫通空洞５０／第２の径方向貫通空洞５１は、第１の連結リング４０のおよび第２の連結リング４１の径方向内側面４９にそれぞれ開口する。
【００９８】
図２および図３に図示する実施形態において、第１の径方向貫通空洞５０／第２の径方向貫通空洞５１は、径方向内側面４９に形成されたそれぞれの第１の円周空洞／第２の円周空洞の一部である。
【００９９】
図示されていない、変形実施形態では、連結リング４０、４１の各々を、セクションとして作製する、つまり、互いに周方向に隣接して配置された複数の円弧状セクタで構成することができる。
【０１００】
図２および図３のブレード付きリング９は、以下に更に詳細に説明するように、前記第１の周方向空洞／前記第２の周方向空洞におよび第１の座部３８／第２の座部３９に挿入される係止リングからなる、第１の止め要素５２および第２の止め要素５３を更に備える。前記係止リング５２、５３は、中心軸線「Ｘ−Ｘ」と同軸である。
【０１０１】
本発明のブレード付きリングの製造方法によれば、図２、図３および図３Ａの実施形態を参照すると、第１の支持リング１５、第２の支持リング２２、ブレード２７、第１の連結リング４０および第２の連結リング４１は、これらが形成するブレード付きリング９において既に最終形態をとるように準備される。
【０１０２】
全てのブレード２７の第１の端部３０は、前記第１の端部３０と並んで位置するブレード２７の表面を第１のスロット４２が開口する第１の連結リング４０の表面に当接させるまでそれぞれの第１のスロット４２に軸方向に挿入される。この位置において、第１の端部３０の第１の座部３８は、前記第１のスロット４２に開口する第１の径方向貫通空洞５０と径方向に位置合わせされる。
【０１０３】
次いで、ブレード２７は、第１の径方向貫通空洞５０を通して第１の座部３８の内部に第１の係止リング５２を径方向に挿入することにより第１の連結リング４０に固定される。前記挿入は、好ましくは、第１のリング５２を第１の径方向貫通空洞５０および第１の座部３８に押し込んで嵌めることにより実行される。第１の係止リング５２は、前記第１の径方向貫通空洞５０内および前記第１の座部３８内に押し込まれるコーキング材料からなるかまたはシーガータイプの開放型リングからなることができる。
【０１０４】
この径方向の挿入により、第１の端部３０の第１の径方向外側結合面３２は、第１のスロット４２の結合面に対して径方向外方に押し付けられて保持される。
【０１０５】
同様に、全てのブレード２７の第２の端部３１は、前記第２の端部３１と並んで位置するブレード２７の表面を第２のスロット４３が開口する第２の連結リング４１の表面に当接させるまでそれぞれの第２のスロット４３に軸方向に挿入される。この位置において、第２の端部３１の第２の座部３９は、前記第２のスロット４３に開口する第２の径方向貫通空洞５１と径方向に位置合わせされる。
【０１０６】
次いで、ブレード２７は、第１の係止リング５２に対してなされたことと類似の方式で第２の径方向貫通空洞５１を通して第２の座部３９の内部に第２の係止リング５３を径方向に挿入することにより第２の連結リング４１に固定される。この径方向の挿入により、第２の端部３１の第２の径方向外側結合面３４は、第２のスロット４３の結合面に対して径方向外方に押し付けられて保持される。
【０１０７】
第１の連結リング４０と、第２の連結リング４１と、第１の連結リング４０と第２の連結リング４１との間に介在するブレード２７とにより形成された組立体は、続いて、第１の支持リング１５と第２の支持リング２２とに接合される。
【０１０８】
この目的で、第１の連結リング４０は、第１の周縁部４４および第２の周縁部４５をそれぞれ径方向内側環状部分１９および径方向外側環状部分２０の軸方向端部に当接させるまで第１の支持リング１５の第１の環状凹部２１に軸方向に挿入される。第１の連結リング４０の径方向外側センタリング面４７および径方向内側面４９は、第１の環状凹部２１の内側面に接触する。特に、径方向外側面４７は、第１の支持リング１５の径方向外側環状部分２０の第１の径方向内側周方向当接面５４に接触する。
【０１０９】
第１の支持リング１５の径方向内側環状部分１９は、第１の連結リング４０の径方向内側面４９に重ねられ、このように、第１の径方向貫通空洞５０を閉鎖して、第１の径方向貫通空洞５０内に収容された第１の係止リング５２を径方向に係止する。
【０１１０】
第１の連結リング４０の前記第１の周縁部４４および前記第２の周縁部４５は、レーザ溶接または摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ）による局所的溶接５５（周方向範囲にわたって連続するかまたは断続溶接もしくはスポット溶接）を実施することにより、第１の支持リング１５の径方向内側環状部分１９および径方向外側環状部分２０の軸方向端部に固定される。
【０１１１】
第２の連結リング４１は、第１の周縁部４４および第２の周縁部４５をそれぞれ径方向内側環状部分２４および径方向外側環状部分２５の軸方向端部に当接させるまで第２の支持リング２２の第２の環状凹部２６に軸方向に挿入される。第２の連結リング４１の径方向外側センタリング面４７および径方向内側面４９は、第２の環状凹部２１の内側面に接触する。
【０１１２】
特に、径方向外側面４７は、第１の支持リング１５の径方向外側環状部分２０の第２の径方向内側周方向当接面５６に接触する。
【０１１３】
第２の支持リング２２の径方向内側環状部分１９は、第２の連結リング４１の径方向内側面４９に重ねられ、第２の径方向貫通空洞５１を閉鎖して、第２の径方向貫通空洞５１内に収容された第２の係止リング５３を径方向に係止する。
【０１１４】
第２の連結リング４１の前記第１の周縁部４４および前記第２の周縁部４５はまた、レーザ溶接または摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ）による局所的溶接５５（周方向範囲にわたって連続するかまたは断続溶接もしくはスポット溶接）を実施することにより、第２の支持リング２２の径方向内側環状部分２４および径方向外側環状部分２５の軸方向端部に固定される。
【０１１５】
第１の連結リング４０および第２の連結リング４１の径方向外側センタリング面４７は、第１の支持リング１５の第１の径方向内側周方向当接面５４および第２の支持リング２２の第２の径方向内側周方向当接面５６と一緒になって、連結リング４０、４１のおよびブレード２７のセンタリング面を前記支持リング１５、２２に対して画定する。図２、図３および図３Ａに図示するブレード付きリング９はロータであるので、ブレード付きリング９の回転中に、遠心力によって、連結リング４０、４１は、径方向に膨張して、前記第１の径方向内側周方向当接面５４および前記第２の径方向内側周方向当接面５６上のそれぞれの支持リング１５、２２に対して静止する。
【０１１６】
図４および図４Ａは、ブレード付きリング９の異なる実施形態を図示しており、連結リング４０、４１とブレード２７との連結はまた、局所的溶接によっても行われる。図４および図４Ａにおいて、図２、図３および図３Ａの実施形態と共通の部分の参照番号は同じである。
【０１１７】
第１の支持リング１５は、第１の環状凹部２１の境界を画定する径方向内側環状部分１９および径方向外側環状部分２０に加えて、中央本体１６から突出しかつ径方向外側環状部分２０を外囲する、径方向外側環状付属部５７と、中央本体１６から突出しかつ径方向内側環状部分１９に対して内側に延びる、径方向内側環状付属部５８とを有する。径方向外側環状付属部５７および径方向内側環状付属部５８は、それぞれの径方向内側環状部分１９／径方向外側環状部分２０から径方向に離間して配置され、かつそれぞれの径方向内側環状部分１９／径方向外側環状部分２０よりも小さな軸方向範囲を有する。
【０１１８】
同様に、第２の支持リング２２は、第２の環状凹部２６の境界を画定する径方向内側環状部分２４および径方向外側環状部分２５に加えて、中央本体２３から突出しかつ径方向外側環状部分２５を外囲する、径方向外側環状付属部５９と、中央本体２３から突出しかつ径方向内側環状部分２４に対して内側に延びる、径方向内側環状付属部６０とを有する。径方向外側環状付属部５９および径方向内側環状付属部６０は、それぞれの径方向内側環状部分２４／径方向外側環状部分２５から径方向に離間して配置され、かつそれぞれの径方向内側環状部分２４／径方向外側環状部分２５よりも小さな軸方向範囲を有する。
【０１１９】
第１の係止リング４０および第２の係止リング４１は、金属板からまたはリングのカレンダ加工により形成される。第１のスロット４２および第２のスロット４３は、まず、レーザ切断、ウォータジェット切断または放電加工により横から薄板に穿孔することにより作製される。
【０１２０】
第１の係止リング４０と第２の係止リング４１とは互いに同一である。それゆえ、第１の係止リング４０のみを以下に説明する。
【０１２１】
図４から留意され得るように、第１の係止リング４０は、支持リング１５、２２の断面厚さよりもはるかに小さな断面厚さを有する。
【０１２２】
第１の係止リング４０は、第１のスロット４２に加えて、互いに同心である第１の環状座部６１および第２の環状座部６２の境界を画定する。第１の環状座部６１は、複数の第１のスロット４２の径方向外側にあり、かつ第２の環状座部６２は、前記複数の第１のスロット４２の径方向内側にある。第１の係止リング４０の断面は、図４に図示するように、第１のスロット４２のうちの１つの第１のスロット４２の境界を内部に画定する中央部分を有する。第１の環状座部６１および第２の環状座部６２は、それぞれ、径方向外側位置および径方向内側位置に視認できる。第１の環状座部６１は、前記中央部分と、前記中央部分に平行に延びる径方向外側管状本体６３とにより境界が画定される。第２の環状座部６２は、前記中央部分と、中央部分に平行に延びる径方向内側管状本体６４とにより境界が画定される。
【０１２３】
図４および図４Ａのブレード２７は、図２、図３および図３Ａに図示するブレード２７の構造と全体的に類似した構造を有する。
【０１２４】
全てのブレード２７の第１の端部３０は、第１のスロット４２の１つに挿入されて、レーザ溶接または摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ）による局所的溶接６５を実施することにより第１の連結リング４０に接合される。溶接は、第１のスロット４２および第１の端部３０の終端部分で実施される。完全に類似の方式で、全てのブレード２７の第２の端部３１は、第２の連結リング４１の第２のスロット４３の１つに挿入されて、局所的溶接６５を実施することにより前記第２の連結リング４１に接合される。
【０１２５】
この時点で、第１の連結リング４０の中央部分は、径方向外側環状付属部５７を第１の連結リング４０の径方向外側管状本体６３に近接または接触させかつ径方向内側環状付属部５８を第１の連結リング４０の径方向内側管状本体６４に近接または接触させるまで第１の支持リング１５の第１の環状凹部２１に軸方向に挿入される。
【０１２６】
類似の方式で、第２の連結リング４１の中央部分は、径方向外側環状付属部５９を第２の連結リング４１の径方向外側管状本体６３に近接または接触させかつ径方向内側環状付属部６０を第２の連結リング４１の径方向内側管状本体６４に近接または接触させるまで第２の支持リング２２の第２の環状凹部２６に軸方向に挿入される。
【０１２７】
局所的突合せ溶接５５（レーザまたはＦＳＷ）は、全ての径方向外側環状付属部５７、５９とそれぞれの径方向外側管状本体６３との間、および全ての径方向内側環状付属部５８、６０とそれぞれの径方向内側管状本体６４との間で実施される。
【０１２８】
ブレード２７と第１の連結リング４０および第２の連結リング４１との間の局所的溶接部６５は、内部に留まって支持本体１５、２２内に隠される。
【０１２９】
第１の支持リング１５の第１の径方向内側周方向当接面５４および第２の支持リング２２の第２の径方向内側周方向当接面５６は、中央部分に画定される。
【０１３０】
第１の連結リング４０および第２の連結リング４１の径方向外側センタリング面４７は、第１の支持リング１５の第１の径方向内側周方向当接面５４および第２の支持リング２２の第２の径方向内側周方向当接面５６と一緒になって、連結リング４０、４１およびブレード２７のセンタリング面を前記支持リング１５、２２に対して画定する。
【０１３１】
図５は、図４の実施形態の変形例を図示しており、連結リング４０、４１とブレード２７との連結は、同じ方式で、すなわち、局所的溶接６５によって行われる。図５および図５Ａにおいて、図２、図３、図３Ａ、図４および図４Ａの実施形態と共通の部分の参照番号は同じである。
【０１３２】
第１の支持リング１５および第２の支持リング２２は、環状付属部５７、５８、５９、６０が設けられておらず、図２、図３および図３Ａの実施形態に幾何学的により類似している。
【０１３３】
留意され得るように、第１の支持リング１５および第２の支持リング２２の径方向内側環状部分１９、２４は、径方向外側環状部分２０、２５よりも軸方向に長い。
【０１３４】
第１の端部３０および第２の端部３１は、第１の端部３０および第２の端部３１が属するブレード２７の輪郭と同じ形状を有する。それゆえ、第１のスロット４２および第２のスロット４３の各々は、ブレード２７の完全な輪郭に対応する形状を有する。この変形実施形態においても、全てのブレード２７の第１の端部３０は、第１のスロット４２の１つに挿入されて、レーザ溶接または摩擦撹拌溶接による局所的溶接６５を実施することにより第１の連結リング４０に接合される。溶接は、第１のスロット４２および第１の端部３０の終端部分で実施される。完全に類似の方式で、全てのブレード２７の第２の端部３１は、第２のスロット４３の１つに挿入されて、局所的溶接６５を実施することにより第２の連結リング４１に接合される。ブレード２７と第１の連結リング４０および第２の連結リング４１との間の局所的溶接部６５は、内部に留まって支持本体１５、２２内に隠される。
【０１３５】
第１の連結リング４０と第２の連結リング４１とは対称である。留意され得るように、他の連結リング４１、４０側に向けられる、各連結リング４０、４１の表面は、作動流体用の分岐径方向（フレア状）通路の境界を画定するために円錐台形状である。
【０１３６】
第１の支持リング１５／第２の支持リング２２とそれぞれの第１の連結リング４０／第２の連結リング４１との間に配置される局所的溶接部５５は、径方向内側環状部分１９、２４および径方向外側環状部分２０、２５の端部に位置する。
【０１３７】
図６および図６Ａは、図４および図４Ａの実施形態ならびに図５および５Ａの実施形態の特徴を有する更なる変形例を図示している。
【０１３８】
第１の連結リング４０および第２の連結リング４１は、図４および図４Ａの実施形態と同様に、全ての径方向外側付属部５７、５９とそれぞれの径方向外側管状本体６３との間および全ての径方向内側環状付属部５８、６０とそれぞれの径方向内側管状本体６４との間で実施される局所的溶接５５（レーザまたはＦＳＷ）によって第１の支持リング１５および第２の支持リング２２にそれぞれ連結される。
【０１３９】
第１の端部３０および第２の端部３１は、第１の端部３０および第２の端部３１が属するブレード２７の輪郭と同じ形状を有し、それゆえ、第１のスロット４２および第２のスロット４３の各々が、図５および図５Ａの実施形態と同様に、ブレード２７の完全な輪郭に対応する形状を有する。
【０１４０】
その上、先に説明した実施形態とは異なり、全てのブレード２７の第１の端部３０および第２の端部３１は、それぞれ、第１の凹部６６および第２の凹部６７を有する。
【０１４１】
第１の支持リング１５は、第１の環状凹部２１の代わりに、第１の環状凸部６８を有する。第２の支持リング２２は、第２の環状凹部２６の代わりに、第２の環状凸部６９を有する。第１の環状凸部６８は、第１の径方向外側周方向当接面７０を有する。第２の環状凸部６９は、径方向外側周方向当接面７１を有する。
【０１４２】
第１の環状凸部６８は、全てのブレード２７の第１の凹部６６に軸方向に挿入され、かつブレード付きリング９が回転すると、第１の径方向外側周方向当接面７０は、遠心力によって、第１の凹部６６の径方向内側センタリング面７２に対して静止する。第２の環状凸部６９は、全てのブレード２７の第２の凹部６７に軸方向に挿入され、かつブレード付きリング９が回転すると、第２の径方向外側周方向当接面７１は、第２の凹部６７の径方向内側センタリング面７２に対して静止する。
【図１】
2019512063.tif 000003
【図２】
2019512063.tif 000004
【図３】
2019512063.tif 000005
【図３Ａ】
2019512063.tif 000006
【図４】
2019512063.tif 000007
【図４Ａ】
2019512063.tif 000008
【図５】
2019512063.tif 000009
【図５Ａ】
2019512063.tif 000010
【図６】
2019512063.tif 000011
【図６Ａ】
2019512063.tif 000012
【国際調査報告】
2019512063.tif 000013
2019512063.tif 000014
2019512063.tif 000015