(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械ディスク（５２）に複数の空洞（５０）を形成する方法であって、前記空洞（５０）はターボ機械ディスク（５２）の第１外側面（５３）と第２外側面（５４）との間に延在し、前記第１面（５３）および第２面（５４）はディスク（５２）の軸（Ｘ）に対して直角に延在し、方法は、
ディスク（５２）の軸（Ｘ）上にリング（５５）の中心を置くように第１面（５３）に対向してリング（５５）を位置決めするステップであって、前記リング（５５）は、形成される空洞（５０）を補完する形状の複数の突起（５８）を含む内周（５７）を備える、ステップと、
リング（５５）上の突起（５８）の近くで電解質を循環させるステップと、
ディスク（５２）の軸（Ｘ）に沿って第２面に向かうリング（５５）の第１並進運動を始動するステップと、
ディスク（５２）の軸（Ｘ）の周りのディスク（５２）の回転を始動するステップと、
リング（５５）が実質的に第１面にあるときに電解質中で電流パルスを発生するステップであって、前記パルスはリング（５５）上の突起（５８）におけるディスク（５２）のイオン溶解を生じる、ステップと、
リング（５５）が実質的に第１面（５３）にあるときに、第１期間にわたって回転速度を第１低速まで減速するステップであって、第１期間および第１低速が、所望のフィレットに応じて選択される、ステップと、
リング（５５）が第２面（５４）を超えて並進的に移動したときに、リング（５５）の第１並進を停止するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
第１面に向かってディスク（５２）の軸（Ｘ）に沿ったリング（５５）の第２並進運動を始動するステップ
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１低速はゼロであることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
リング（５５）が実質的に第２面（５４）にあるときに、第２期間にわたって回転速度を第２低速まで減速するステップ
を備え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】
第２低速はゼロであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は航空学の分野に関する。本発明はターボ機械タービンディスクに関し、より具体的にはディスクによって担持されるブレードを軸方向に保持するための空洞を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械タービンブレードは、ディスク、およびタービンを通る上流から下流への流体の流れの影響によりディスクによって回転駆動される動翼で構成される。用語「上流」および「下流」は、上流から下流に向かう、ターボ機械を通る流体の流れの全体的な方向に対して見なされるべきであることは、特筆される。
【０００３】
ブレードの実装について、ディスクはその周面上に、ディスクから半径方向外向きに突起してディスクの２つの平行な外側面の間に延在する、複数の均一に分布した歯を備え、前記面はディスクの回転軸に対して直角である。歯は、ディスクの全周にわたって互いに規則的に離間している。２つの隣り合う歯の間の空間は、そのそれぞれの根元によってホイールのブレードが嵌合する空洞を画定し、嵌め合いによってブレードの径方向保持を可能にする。
【０００４】
２つの歯１１によって画定された空洞１０は、図１に概略的に示されている。空洞は、ディスクの２つの外側面１２の間に延在する。空洞１０のいくつかの領域は区別される：
外に向かって半径方向に開放した領域である開口１３、
ブレード根元の径方向支持の役割を果たす、開口１３の反対側の領域である底部１４、
底部１４と開口１３との間、およびディスクの２つの外側面１２の間に延在する、空洞１０の両側の２つの傾斜領域である、２つの側面１５、
ディスクの外側面１２にある開放領域である、入口１６および出口１７。
【０００５】
空洞は、図２に示されるように、ディスクの軸Ｘに対して全体的に傾斜している。図２は、その開口１３から見た複数の空洞１０を示す。空洞１０は、ディスクの軸Ｘに対して角度αにしたがって傾斜する方向に沿って、２つの外側面１２の間に延在する。図示される例において、角度αは１５度に等しい。
【０００６】
現在、空洞の傾斜制約が与えられて、空洞は従来、ブローチ切削作業によって１つ１つ加工されている。その断面が空洞のプロファイルに対応する直線ブローチは、空洞を形成するような材料の除去を可能にする。ブローチ切削作業がフライス切削作業に置き換えられてもよいことは、特筆される。その後空洞は、空洞入口および出口においてフィレット加工作業を受ける。フィレット加工は、これらの領域における機械的応力の集中を回避するために、空洞の入口および出口の鋭角を除去できるようにする。仕上げとして、ディスクの周面の加工が行われる。ディスクの周面の加工は、歯１１の外側部分１８の加工に対応する。
【０００７】
しかしながら、空洞の機械加工（ブローチ切削またはフライス切削による）、ディスクの周面のフィレット加工および機械加工の作業は、多額の投資（しばしば数百万ユーロ）を必要とし、消耗品も高額である。
【０００８】
さらに、空洞の形成は、３つの連続作業が行われなければならないため、長時間かかる。
【０００９】
また、その一例が図３に示される２段ディスクの場合、より小径のディスク上でブローチ切削またはフライス切削作業を行うことは不可能である。図３は実際、第１段３１および第２段３２を含む２段ディスク３０を示しており、第１段３１は第２段３２よりも小さい直径を有する。ブローチが、第２段３２を損傷することなく第１段３１の空洞３３を形成するために使用されることは不可能であることは、理解されるだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、２段ディスクに適用可能であって、ブローチ切削またはフライス切削作業なしで済ませられるようにする、ターボ機械ディスクの傾斜空洞を形成する方法を提案することによって、上述の問題に対する解決策を提供する。好適な実施形態において、本発明は、先に記載された３つの作業を一度で実行することを、さらに可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の態様によれば、本発明はこのように本質的に、ターボ機械ディスク内に複数の空洞を形成する方法に関し、前記空洞はターボ機械ディスクの第１外側面と第２外側面との間に延在し、前記第１面および第２面はディスクの軸に対して直角に延在する。
【００１２】
方法は、以下のステップを備える：
ディスクの軸上にリングの中心を置くように第１面に対向してリングを位置決めするステップであって、前記リングは、形成される空洞を補完する形状の複数の突起を含む内周を備える、ステップ。
【００１３】
リング上の突起の近くで電解質を循環させるステップ。
【００１４】
ディスクの軸に沿って第２面に向かうリングの第１並進運動を始動するステップ。
【００１５】
ディスクの軸の周りのディスクの回転を始動するステップ。
【００１６】
リングが実質的に第１面にあるときに電解質中で電流パルスを発生するステップであって、前記パルスはリング上の突起におけるディスクのイオン溶解を生じる、ステップ。
【００１７】
リングが実質的に第１面にあるときに、第１期間にわたって回転速度を第１低速まで減速するステップ。
【００１８】
リングが第２面を超えて並進的に移動したときに、リングの第１並進を停止するステップ。
【００１９】
「物体Ａの形状は物体Ｂの形状を補完する」とは、適切な寸法にしたがって、物体Ａがパズルのピースのように物体Ｂ内に適合することを意味すると見なされる。表現「反転形状」もまた、使用されてもよい。形状の概念が寸法の概念とは無関係であることは、特筆される。たとえば、マトリョーシカ人形は同じ形状を有するが、寸法は異なっている。
【００２０】
リングが実質的に第１面にあるとき、回転速度を第１低速まで減速することで、鋭角を加工するステップを回避することができるようにする。これは実際、空洞の入口に曲率半径を生じることができるようにする。第１期間および第１速度は、所望のフィレットに応じて選択される。
【００２１】
リングが第２面を超えて並進的に移動したときにリングの第１並進を停止することで、２段ディスクの場合に、加工されたばかりのものに続く段に到達する前にリングの変位を停止することを特に可能にすることは、特筆される。
【００２２】
上記パラグラフで述べられたばかりの特徴とは別に、本発明の第１の態様による方法は、個別に、または技術的に可能ないずれかの組み合わせにしたがって検討される、以下のうちの付加的な特徴の１つ以上を有してもよい。
【００２３】
非限定的実施形態によれば、方法は以下のステップを備える。
【００２４】
ディスクの回転方向を変更し、第１面に向かって、ディスクの軸に沿ったリングの第２並進運動を始動するステップ。こうしてリングは、特に２段ディスクの場合に、取り外し可能となる。
【００２５】
非限定的実施形態によれば、第１低速はゼロである。この実施形態は実現しやすい。
【００２６】
好適な実施形態によれば、方法は以下のステップを備える：
リングが実質的に第２面にあるときに、第２期間にわたって回転速度を第２低速まで減速するステップ。
【００２７】
リングが実質的に第２面にあるとき、回転速度を第２低速まで減速することで、鋭角を加工するステップを回避することができるようにする。これは実際、空洞の出口に曲率半径を生じることができるようにする。第２期間および第２速度は、所望のフィレットに応じて選択される。
【００２８】
非限定的実施形態によれば、第２低速はゼロである。この実施形態は実現しやすい。
【００２９】
第２の態様によれば、本発明は、ターボ機械ディスク内に複数の空洞を形成するためのリングであって、
形成される空洞を補完する形状の複数の突起を含む内周と、
前記突起の近くで電解質を循環させる手段と、
を備える、リングに関する。
【００３０】
突起で電解質を循環させる手段は、突起における電解質の分配を改善することができるようにする。
【００３１】
上記パラグラフで述べられたばかりの特徴とは別に、本発明の第２の態様によるリングは、個別に、または技術的に可能ないずれかの組み合わせにしたがって検討される、以下のうちの付加的な特徴の１つ以上を有してもよい。
【００３２】
好適な実施形態によれば、リングは重畳された２つの層を備える：
複数の突起を含む内周を備える環状中間層、
電解質を循環させる手段の一部を備える環状下層、
各突起に位置する複数のラグであって、複数のマイクロチャネルを備えるラグ、
マイクロチャネルに供給する複数の横断チャネル、
横断チャネルに供給する円形チャネル。
【００３３】
好適な実施形態によれば、リングは、円形チャネルに電解質を供給する手段を備える、中間層上に重畳された環状上層を備える。
【００３４】
有利なことに、本発明の第２の態様によるリングは、本発明の第１の態様による方法の実現の間に使用される。
【００３５】
第３の態様によれば、本発明は、ターボ機械ディスク内に複数の空洞を形成するための装置であって、前記空洞はターボ機械ディスクの第１円形外側面と第２円形外側面との間に延在し、前記第１面および第２面はディスクの軸に対して直角に延在し、前記装置は、
ディスクの軸上にリングの中心を置くように第１面に対向してリングを位置決めする手段と、
リング上の突起の近くで電解質を循環させる手段と、
電解質中で電気パルスを発生する手段と、
ディスクの軸に沿ってリングを並進的に移動させる手段と、
ディスクの軸の周りでディスクを回転させる手段と、
を備える、装置に関する。
【００３６】
上記パラグラフで述べられたばかりの特徴とは別に、本発明の第３の態様による装置は、ディスクの回転速度を調整する手段を備えてもよい。
【００３７】
有利なことに、本発明の第３の態様による装置は、本発明の第１の態様による方法を実現するために使用される。
【００３８】
図面は、説明目的のみのために提示され、本発明をいかようにも限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】すでに記載された、ターボ機械ディスクの空洞の概略図である。
【図２】すでに記載された、ターボ機械ディスクの複数の傾斜空洞の概略図である。
【図３】すでに記載された、ターボ機械２段ディスクの概略図である。
【図４】電解加工機の方法の説明図である。
【図５】本発明による方法の実現の前のリングおよびディスクの概略図である。
【図６】方法のステップの間の、図４のリングおよびディスクの概略図である。
【図７】螺旋軌道の概略図である。
【図８】本発明の非限定的実施形態による装置の概略図である。
【図９】本発明の非限定的実施形態によるリングの概略図であって、前記リングは３つの層を備える。
【図１０】図９のリングの２つの層の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
別途明記されない限り、異なる図中に現れる同じ要素は、単一の参照番号を有する。
【００４１】
方法は、当業者にとって周知のＰＥＣＭ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：精密電解加工）として知られる電解加工を用い、その基本原理が以下に述べられる。ＰＥＣＭはＥＣＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ：電解加工）の派生したものであり、これは部品の材料のアノードまたは酸化還元溶解による電解加工である。加工形状は、工具を部品の中に押し込むことによって部品内にその反転形状を再現する工具を使用して得られる。言い換えると、工具および部品の形状は補完的である。
【００４２】
より正確には、図４を参照すると、ＰＥＣＭは、工具４０の振動運動Ｓ（ｔ）と組み合わせたパルス電流Ｉ（ｔ）を使用する。加圧された電解質４１は、工具４０と加工する部品４２との間で循環する（ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ））。工具４０および部品４２の形状は、本発明とは関係なく、ＰＥＣＭの原理を説明するためにのみ役立つものである。最初に、工具４０は上部位置、つまり部品４２の上方にある（ステップ（ａ））。工具４０は、部品に向かって並進的に移動させられる。工具４０が部品４２に到達すると、電解質４１中で電流パルスＩ（ｔ）が開始する（ステップ（ｂ））。すると工具４０はカソードの役割を果たし、部品４２はアノードの役割を果たし、イオン溶解４３が起こる。そして溶解した材料およびカロリーは、電解質４１によって排出される（ステップ（ｃ））。
【００４３】
工具４０および部品４２がいつも「動作範囲」と称される最小範囲Ｇだけ離れていることは、特筆される。ＥＣＭに対するＰＥＣＭの利点は、この動作範囲が小さいこと、したがって加工の精度が高いことである。
【００４４】
図５および図６を参照すると、本発明は、ターボ機械ディスク５２の周面５１に複数の空洞５０を形成するための方法および装置を提案する。先に説明されたように、２つの空洞５０の間の空間は、歯５９と称される。言い換えると、ターボ機械ディスク５２の周面５１は、交互に並べられた歯５９および空洞５０を備える。
【００４５】
図１および図２が、本発明の理解を容易にするために極端に簡素化されたディスク５２を示すことは、特筆される。空洞５０は、ディスク５２の軸Ｘに対して角度αにしたがって、ディスク５２の第１外側面５３と第２外側面５４との間に延在する。第１面５３および第２面５４は、実質的に互いに平行であって、ディスク５２の軸Ｘに対して直角である。
【００４６】
装置および方法は、後に詳述されることになるリング５５を実現する。ＰＥＣＭによって空洞５０の電解加工を実行するために、リング５５はカソードの役割を果たし、ディスク５２はアノードの役割を果たす。リング５５は、第１面５３と第２面５４との間の空間Ｅと比較して薄い厚さを有し、外周５６および内周５７を備える。
【００４７】
リング５５の内周５７は、作成される空洞５０を補完する形状の、そして動作範囲Ｇによりわずかに小さい寸法の、複数の突起５８を備える。さらに、突起５８の間に、内周５７は、形成される歯５９の反転形状を有する。実際、外周５６の直径はディスク５２の直径よりも大きい。このため、ディスク５２に加工されるパターンは、リング５５の内周５７のパターンである。空洞５０の加工およびディスク５２の外周の加工は、このように同時に実行される。
【００４８】
傾斜空洞５０を形成するため、リング５５は、ディスク５２がその軸Ｘの周りで回転している間、並進運動にしたがってディスク５２内に押し込まれる。このため、ディスク５２に対するリング５５の相対運動は、図７に示されるように、螺旋運動である。
【００４９】
より正確には、本発明の非限定的実施形態は、以下のステップを備える：
・ディスク５２の軸Ｘ上にリング５５の中心を置くように、第１面５３に対向してリング５５を位置決めするステップ。この位置決めは、図５に示されるものに対応する。この実施形態において、ディスク５２は、プレート上で水平に置かれている。
【００５０】
・リング５５上の突起５８の近くで電解質を循環させるステップ。電解質を循環させる手段は、後に詳述される。電解質は、方法全体を通じて閉ループ内で循環する。電解質は、いくつかの役割を有する：電流の移動、溶解した材料の放出、ならびにリング５５およびディスク５２の冷却である。電解質の温度が摂氏２０度から３０度の間に保たれなければならないことは、特筆される。
【００５１】
・ディスク５２の軸Ｘに沿って第２面に向かうリング５５の第１並進運動を始動するステップ。
【００５２】
・たとえばその上にリング５５が位置するプレートを回転させることによって、ディスク５２の軸Ｘの周りのディスク５２の回転を始動するステップ。ディスク５２の回転速度は調整可能である。第１並進運動の始動は、ディスク５２の回転の始動の後、または同時に実行されてもよいことは、特筆される。記載された実施形態において、第１並進運動は一定速度で行われ、ディスク５２の回転速度のみが変更可能である。この組み合わせは実現しやすい。別の実施形態において、ディスク５２は一定速度で回転しており、第１並進運動の速度は変更可能である。別の実施形態において、第１並進運動の速度および回転速度はいずれも変更可能である。実際、回転速度と第１並進運動の速度との組み合わせが、空洞５０の角度αを決定する。
【００５３】
・リング５５が実質的に第１面５３にあるときに、第１期間にわたって回転速度を第１低速まで減速するか、若しくはディスク５２の回転を停止するステップ。これにより、空洞入口５０に曲率半径を生じることができるようにする。第１期間および第１速度は所望のフィレットに応じて選択される。第１低速は、たとえばゼロである：このため、曲率半径は第１期間に依存するのみであり、実現が簡素化される。
【００５４】
・リング５５が実質的に第１面５３にあるときに電解質中で電流パルスを発生するステップであって、前記パルスはリング５５上の突起５８におけるディスク５２のイオン溶解を生じる、ステップ。電流密度は、ディスク５２の材料を正確に溶解するように決定される。実際、化合物に応じて、溶解は速かったり遅かったりする。ターボ機械ディスクが一般的にニッケル基合金で作られることは、特筆される；この場合、２５から１００アンペア毎平方センチメートルの電流密度が適切である。さらに、いくつかのパラメータ、特に電解質の性質、電解質の流量、電流密度、および使用される電流発生器は、穴の数および深さならびに粒界腐食の長さに影響を及ぼす。
【００５５】
・リング５５が実質的に第２面５４にあるときに、第２期間にわたって回転速度を第２低速まで減速するか、若しくはディスク５２の回転を停止するステップ。これにより、空洞出口５０に曲率半径を生じることができるようにする。第２期間および第２速度は所望のフィレット加工に応じて選択される。第２低速は、たとえばゼロである：曲率半径は第２期間に依存するのみであり、実現が簡素化される。
【００５６】
・リング５５が第２面５４を超えて並進的に移動したときに、リング５５の第１並進を停止するステップ。この位置決めは、図６に示されるものに対応する。２段ディスク５２の場合、次の段を損傷しないように、リング５５がこれに到達する前に第１並進運動が停止しなければならないことは、特筆される。
【００５７】
・リング５５を取り外して溶解した材料およびカロリーを排出するために、第１面５３に向かってディスク５２の軸Ｘに沿ったリング５５の第２並進運動を始動するステップ。リング５５がその取り外しの間にディスク５２および空洞５０を損傷しないように、ディスク５２の回転はこのために反転させられなければならない。
【００５８】
図８は、本発明の実施形態による、先に記載された方法を実現することができるようにする装置８０を示す。ディスク５２およびリング５５は、切断して示されている。装置８０は：
・ディスク５２の軸Ｘ上にリング５５の中心を置くように第１面５３に対向してリング５５を位置決めする手段８１と、
・リング５５上の突起５８の近くで電解質を伝播させる手段８２と、
・電解質中で電流パルスを発生する手段８３と、
・ディスク５２の軸Ｘに沿ってリング５５を並進的に移動させる手段８４と、
・ディスク５２の軸Ｘの周りでディスク５２を回転させる手段８５と、
・ディスク５２の回転速度を調整する手段８６と、
を備える。
【００５９】
方法に関するもの以外のディスク５２のすべての面を電解質の漏出および漏れ電流から保護するために、絶縁性の漏れ止めマスクが使用されてもよいことは、特筆される。
【００６０】
図９は、本発明の非限定的実施形態による、方法の間に使用され、装置によって使用される、リング５５を示す。リング５５は、重畳された３つの層を備える：
・絶縁上層９０
・突起５８を担持する中間層９１
・電解質を循環させる手段を備える導電下層９２。
【００６１】
中間層９１および下層９２の分解図を示す図１０を参照すると、前記循環手段は：
・各突起５８に位置する複数のラグ９３であって、ラグは複数のマイクロチャネル９７を備える、ラグと、
・マイクロチャネル９７に供給する複数の横断チャネル９４と、
・横断チャネル９４に供給する円形チャネル９５と、
を備える。
【００６２】
電解質は、円形チャネル９５を介してもたらされ、円形チャネル９５は横断チャネル９４に供給し、横断チャネル９４自体がマイクロチャネル９４に供給する。これにより、突起５８における十分な量の電解質の均一な分配を保証できるようにする。
【００６３】
円形チャネル９５はそれ自体、中間層９１および上層９０のいくつかの箇所に開けられた開口９６を介して、供給される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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