(57)【要約】  少なくとも２枚のロータディスク（４６、４８）を有するタービンエンジンドラム（５２）を製造する方法であって、２枚のディスク（４６、４８）を、共通の軸上に、互いに離して、互いに対する所定の角度位置に配置するステップと、回転体を形成している壁（５０）を、２枚のディスク（４６、４８）の間に、２枚のディスクの共通の軸と同軸に配置するステップと、壁（５０）を自身の軸を中心にして回転駆動するステップと、ディスク（４６、４８）を壁（５０）に向かって軸方向に移動させることで、ディスク（４６、４８）を壁（５０）の端部に接触させて、慣性摩擦溶接によってディスク（４６、４８）を壁（５０）へと溶接するステップとからなる方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の軸上に位置する少なくとも２枚のロータディスク（４６、４８）を備えており、各々のロータディスクが羽根の根元を受け入れるためのスロット（２２）を外周に有しているタービンエンジンドラム（５２）を製造する方法であって、
２枚のディスク（４６、４８）を、共通の軸上に、互いに離して、互いに対する所定の角度位置に配置するステップと、
回転体を形成している壁（５０）を、２枚のディスク（４６、４８）の間に、２枚のディスク（４６、４８）の共通の軸と同軸に配置するステップと、
壁（５０）を自身の軸を中心にして回転駆動するステップと、
ディスク（４６、４８）を、互いに対する所定の角度位置を維持しながら、壁（５０）に向かって軸方向に移動させることで、ディスク（４６、４８）を壁（５０）の端部に接触させて、慣性摩擦溶接によってディスク（４６、４８）を壁（５０）へと溶接するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
溶接するステップが、溶接ゾーンが鍛造温度に達するために要する時間の間、ディスク（４６、４８）を回転している壁（５０）の端部に対して摩擦させる第１の段階と、溶接を実行すべく各々のディスク（４６、４８）へと軸方向スラストを加える第２の段階とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶接ゾーンを、溶接ゾーンの厚さを所定の値へと戻すため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１または２に記載の方法。
【請求項４】
羽根が取り付けられていないディスク（４６、４８）について実行されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
共通の軸上に位置する２つのロータディスク（４６、４８）を回転体を形成している壁（５０）によって互いに接続して備えている低圧タービンドラムなどのタービンエンジンドラム（５２）であって、
壁（５０）の端部が、ディスクが互いに対して所定の角度位置に位置するような方法で、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法を実行することによる慣性摩擦溶接によってロータディスク（４６、４８）へと固定されていることを特徴とする、ドラム。
【請求項６】
壁（５０）が、ロータディスク（４６、４８）の材料とは異なる材料で作られていることを特徴とする、請求項５に記載のドラム。
【請求項７】
ディスク（４６、４８）がニッケル主体の金属合金で作られていることを特徴とする、請求項５または６に記載のドラム。
【請求項８】
壁（５０）がニッケル主体の合金で作られていることを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載のドラム。
【請求項９】
航空機のターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンであって、請求項５から８のいずれか一項に記載のドラムを少なくとも１つ備えることを特徴とするタービンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンエンジンドラムを製造する方法、および低圧タービンなどの一部を形成するドラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術において、低圧タービンドラムは、共通の軸上に位置する少なくとも２枚のロータディスクを、この共通の軸に同軸な回転体を形成する実質的に円筒形または円すい台形の壁によって互いに接続して備えている。各々のドラムが、ドラムを上流側および下流側のそれぞれのドラムへと固定するための上流側フランジおよび下流側フランジを有している。各々のディスクの半径方向の外周が、ロータ羽根の根元を軸方向に受け入れて半径方向について保持するためのスロットを有している。
【０００３】
半径方向に延びるワイパが、壁の外面に形成されており、摩耗性材料のブロックとこすれ合うことによって協働し、ラビリンス式のシールを形成する。これらの材料ブロックは、ロータ羽根の間に配置されたステータ羽根の半径方向の内周によって保持されている。
【０００４】
低圧タービンドラムを、上流側ディスクを壁を保持している下流側ディスクへと慣性摩擦溶接を使用して溶接することによって製作することができる。第１のステップが、上流側ディスクの外周にスロットを形成することからなり、次いで第２のステップが、壁を保持している上流側ディスクを回転させ、第２のディスクへと軸方向の力を加えることで、壁の自由端を慣性摩擦溶接によって第１のディスクに溶接することからなる。最後のステップにおいて、スロットが、第２のディスクの外周にブローチ作業によって形成される。
【０００５】
タービンの性能の改善および音の放射の軽減のために、ステータ羽根の組によって互いに隔てられた隣り合う２組のロータ羽根の間に、多段の空気力学的結合を確立させることが知られている（「クロッキング」として知られる技術）。この結合は、下流側のロータに位置する羽根の組について、上流側のロータに位置する羽根の組に対する角度位置を、上流の羽根の後縁にて形成される後流が或る特定の公差にて下流の羽根の前縁に衝突するような方法で設定することからなる。したがって、ドラムに関しては、下流側ディスクのスロットが、上流側ディスクのスロットに対して特定の角度だけ周方向にずらされるような方法で、ブローチ加工されることになる。そのような空気力学的結合は、本出願の出願人の名義による先行の仏国特許出願第０７／０８７１０号に詳しく記載されている。
【０００６】
しかしながら、そのように決定されるドラムの２枚のディスクの角度位置は、溶接後に下流側ディスクのブローチ加工を実行できるよう、下流側ディスクの外周が上流側ディスクの外周よりも有意に大きい直径を呈する場合に限って可能である。両方のディスクが実質的に同じ直径を有する構成においては、ブローチ工具の長さゆえに、第２のディスクのブローチ加工を溶接後に実行することが不可能である。そのような状況のもとでは、ブローチ作業を摩擦溶接の実行よりも前に実行しなければならず、第１のディスクのスロットに対する第２のディスクのスロットの正確な角度位置を、もはや達成することができない。
【０００７】
さらに、先行技術においては、回転体を形成している壁が、例えばＮＣ１９ＦｅＮｂなど、ディスクと同じ材料で作られており、したがって溶接ゾーンにおける材料のつぶれ（すなわち、温度の影響下で変形する材料の量）に関して正確な制御を達成することができない。これは、２枚のディスクの軸方向における相対位置が不正確になることにつながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の特段の目的は、これらの問題のうちの少なくとも一部に対する技術的解決策であって、単純、効果的、かつ安価な技術的解決策を提供することにある。
【０００９】
本方法は、ディスクの半径方向のサイズにかかわらず、ドラムの２枚のディスクの所定の角度位置を達成可能にするドラムの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的のために、本発明は、共通の軸上に位置する少なくとも２枚のロータディスクを備えており、各々のロータディスクが羽根の根元を受け入れるためのスロットを外周に有しているタービンエンジンドラムを製造する方法であって、
２枚のディスクを、共通の軸上に、互いに離して、互いに対する所定の角度位置に配置するステップと、
回転体を形成している壁を、２枚のディスクの間に、２枚のディスクの共通の軸と同軸に配置するステップと、
壁を自身の軸を中心にして回転駆動するステップと、
ディスクを、互いに対する所定の角度位置を維持しながら、壁に向かって軸方向に移動させることで、ディスクを壁の端部に接触させて、慣性摩擦溶接によってディスクを壁へと溶接するステップと
を含むことを特徴とする方法を提供する。
【００１１】
先行技術と異なり、回転体を構成している壁だけが回転駆動されるため、２枚のディスクを互いに対してきわめて正確な角度に配置し、この角度位置を維持することが可能になる。したがって、ドラムのディスク間の空気力学的結合を、ディスクの径寸法にかかわらず、特に２枚のディスクが似たような径寸法である場合にも、達成することが可能である。
【００１２】
好都合には、溶接するステップが、溶接ゾーンが鍛造温度に達するために要する時間の間、ディスクを回転している壁の端部に対して摩擦させる第１の段階と、溶接を実行すべく各々のディスクへと軸方向スラストを加える第２の段階とを含む。
【００１３】
この２段階の溶接するステップは、最初にディスクとこすれ合う壁の端部によって溶接のためのゾーンを加熱し、次いで軸方向スラストを加えることによって壁をディスクへと固定することを可能にする。この方法で、軸方向におけるディスクの相対位置について、先行技術よりも良好な制御を得ることができる。
【００１４】
本発明の別の特徴によれば、ディスクが溶接された後で、本方法が、溶接ゾーンの厚さを所定の値へと戻すための溶接ゾーンの機械加工からなる。
【００１５】
本発明のさらに別の特徴によれば、本方法が、羽根が取り付けられていないディスクについて実行される。
【００１６】
さらに本発明は、共通の軸上に位置する２枚のロータディスクを回転体を形成している壁によって互いに接続して備えている低圧タービンドラムなどのタービンエンジンドラムであって、壁の端部が、ディスクが互いに対して所定の位置に位置するような方法で、上述のとおりの方法を実行することによる慣性摩擦溶接によってロータディスクへと固定されていることを特徴とするドラムを提供する。
【００１７】
好都合には、壁が、ロータディスクの材料とは異なる材料で作られる。これは、回転体を構成している壁が最初は２枚のディスクのどちらにも固定されないということによって可能にされる。これにより、壁を、例えばディスクの製作に使用される合金と比べて厳しくない機械的基準を満足するニッケル主体の合金など、ディスクの製作に使用される材料よりも安価な材料で製作することが可能になる。
【００１８】
本発明のさらに別の特徴によれば、ディスクおよび壁が、ニッケル主体の金属合金で作られる。
【００１９】
さらに本発明は、上述のとおりの少なくとも１つのドラムを備える航空機のターボプロップまたはターボジェットなどのタービンエンジンを提供する。
【００２０】
あくまでも本発明を限定するものではない例として、添付の図面を参照しつつ行なわれる以下の説明を検討することによって、本発明をよりよく理解することができ、本発明の他の詳細、利点、および特徴が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】先行技術の低圧タービンドラムの一部分の断面図である。
【図２】先行技術の低圧タービンドラムの一部分の断面図である。
【図３】本発明の低圧タービンドラムの組み立てを示す一部分の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
従来の方式では、タービンエンジンが、上流から下流へと、低圧および高圧圧縮機、ならびに燃焼ガスを高圧タービンへと排出し、次いで低圧タービンへと排出する燃焼室を備えている。
【００２３】
低圧タービンは、可動のロータ羽根１２と交互に配置された静止のステータ羽根１０の列を複数備えている。
【００２４】
タービンロータは、互いに固定された複数のドラム１６で構成されている。各々のドラムが、共通の軸上に位置する２枚のディスク、すなわち上流側ディスク１８および下流側ディスク２０を備えており、各々のディスクが、ロータ羽根１２、１４の根元を軸方向に受け入れて半径方向について保持するためのスロット２２を外周に有している。各々のディスク１８、２０は、半径方向内側の部分にバランスハブ２４を備えている。
【００２５】
２枚のディスク１８および２０は、回転体を形成する壁２６によって互いに接続されており、回転体を形成する壁２６が、ディスク１８および２０によって保持された２列の可動羽根１２および１４の間に介装された１列の静止のステータ羽根１０の半径方向内側の端部によって保持された摩耗性材料のブロック３０と協働するワイパ２８を外面に備えている。静止の羽根１０の半径方向外側の端部は、タービンの環状の外側ケーシング（図示せず）によって保持されている。
【００２６】
ドラム１６は、上流側ディスク１８に形成されて上流側へと延びているフランジ３２と、下流側ディスク２０に形成されて下流側へと延びている下流側フランジ３４とを備えており、これらのフランジが、ドラム１６を上流側および下流側のそれぞれのドラムに固定するように機能する。
【００２７】
先行技術においては、ドラム１６を製作するために、上流側ディスク１８に外周にスロット２２を形成するためのブローチ作業が施され、次いで上流側ディスク１８が静止保持される一方で、壁２６を保持する下流側ディスク２０が回転駆動され、壁２６の上流側の自由端が上流側ディスクに接触して慣性摩擦によって溶接ビード３６がもたらされるよう、軸方向に動かされる。次いで、下流側ディスク２０に、外周にスロット２２を形成するためのブローチ作業が施される。
【００２８】
下流側ディスク２０が上流側ディスク１８へと固定された後に下流側ディスク２０にブローチ作業を施すことで、上流側および下流側のスロット２２の互いの角度位置が、上述のとおりの多段の空気力学的結合が達成されるように選択された所定の位置となるように保証することが可能になる。
【００２９】
しかしながら、溶接後のブローチ作業の実行は、上流側ディスク２８が下流側ディスク２０の直径と比べて顕著に小さい直径を有している図１に示した種類のドラム１６においてのみ可能である。
【００３０】
図２に示されるように、似たような直径の２枚のディスク４０および４２の場合には、溶接後に一方のディスクについてブローチ作業を実行することが不可能であり、すなわち多段の空気力学的結合によってタービンの性能の最適化および音の放射の軽減を達成することが不可能である。
【００３１】
本発明は、ディスクとは別個独立に回転体を形成する壁を使用し、この壁を回転させるとともに、２枚のディスクを軸方向に移動させることによって壁の両端に接触させ、慣性摩擦によってディスクを壁へと溶接することで、この欠点および上述した欠点の改善を可能にする。
【００３２】
図３に図式的に示されている本発明の方法は、羽根を持たない２枚のディスク４６および４８を共通の軸上に互いに離して配置することからなる。各々のディスク４６、４８が、外周にスロット２２を有しており、ディスク４６、４８が、上流側ディスク４６のスロット２２がエンジンの性能を最適にするように上流側ディスク４８のスロット２２に対して所定の角度だけ周方向にずらされるような互いに対して角度的に配置されている。
【００３３】
第２のステップにおいて、回転体を形成する壁５０が、２枚のディスク４６および４８の間で２枚のディスク４６および４８の共通の軸上に配置され、この軸を中心として回転駆動される。
【００３４】
次いで、２枚のディスク４６および４８が、壁５０の軸方向の両端へと溶接される。この溶接するステップは、２段階にて行なわれ、第１の段階は、ディスク４６および４８が壁５０の両端とこすれ合うまで、ディスク４６および４８を壁５０の両端に向かって移動させることからなる。この第１の段階は、溶接ゾーンの温度を溶接ゾーンの鍛造温度まで徐々に高めるように機能する。第２の段階において、ディスクを壁５０へと押し付けて、慣性摩擦による溶接を実行するために、軸方向スラスト（矢印Ａ）が、２枚のディスク４６および４８へと加えられる。
【００３５】
回転運動および平行移動を２つの異なる部品へと分解し、すなわち回転している部品をもはや軸方向には移動させないことで、溶接ゾーンにおいて消費される材料についてより良好な制御を保証でき、したがって２枚のディスク４６および４８の互いに対する軸方向の位置決めを、より良好にすることができる。これは、上述のように溶接するステップを２つの別個の段階にて実行することによってさらに改善される。
【００３６】
本発明の方法は、壁５０の溶接端における溶接ビードの形成およびこの壁の厚さの増加につながる。したがって、壁を、厚さを所定の値に戻すために機械加工することができる。
【００３７】
特定の実施形態においては、ディスク４６および４８が、タービンにおいて見られる種類の高い温度に耐えることができることで知られているニッケル主体の合金で製作される。しかしながら、そのような種類の材料は、きわめて高価である。本発明の方法は、タービンディスク４６および４８の材料とは異なる材料で製作された壁５０を使用することを可能にする。したがって、壁５０を、ディスク４６および４８に使用される材料よりも安価な材料で製作することができる。あるいは、上流側および下流側のディスクならびに回転体を形成する壁を、同じ材料（例えば、ＮＣ１９ＦｅＮｂ合金など）で製作することができる。しかしながら、壁の製作に使用される合金は、ディスクを製作するために使用される合金に加えられる処理作業よりも少ない処理作業（例えば、熱処理作業）を受けるため、より過酷でない機械的基準に従えばよい。
【００３８】
本発明の方法を、低圧タービンドラム５２に関して説明したが、本発明の方法は、ロータディスクが同様の方法でつなぎ合わせられる高圧圧縮機などのタービンエンジン圧縮機にも同様に適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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