(57)【要約】【課題】対象物内に孔を形成する方法を提供する。【解決手段】本方法は、対象物内にスタート孔を形成する段階と、それを実質的に囲む少なくとも１つの絶縁セクションと少なくとも１つの非絶縁セクションとを有する電解加工電極を準備する段階と、第１の断面積を有する少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積を有する少なくとも１つの第２のセクションとによって形成された孔を形成するのを可能にするようにスタート孔内に電極を挿入する段階とを含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物内に孔を形成する方法であって、
前記対象物内にスタート孔を形成する段階と、
それを実質的に囲む少なくとも１つの絶縁セクションと少なくとも１つの非絶縁セクションとを有する電解加工電極を準備する段階と、
第１の断面積を有する少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積を有する少なくとも１つの第２のセクションとによって形成された孔を形成するのを可能にするように前記スタート孔内に前記電極を挿入する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記スタート孔内に前記電極を挿入する段階が、各第１のセクションが一対の隣接する第２のセクション間に形成されるように複数の第１のセクション及び複数の第２のセクションを形成するように前記スタート孔内に前記電極を挿入する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電解加工電極を準備する段階が、前記電極を実質的に囲みかつ該電極の非絶縁セクションによって分離された複数の絶縁セクションを有する電解加工電極を準備する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記スタート孔内に前記電極を挿入する段階が、前記電極の非絶縁セクションから放電された電流を用いて前記孔の各第２のセクションを形成する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記スタート孔内に前記電極を挿入する段階が、前記孔の第１のセクションの断面積よりも大きい断面積を有する前記孔の第２のセクションを形成する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記電極を通して電解質流体を循環させて前記スタート孔から材料を取り除くのを可能にする段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記スタート孔内に前記電極を挿入する段階が、タービンエンジン構成部品内に冷却孔を形成する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの非絶縁セクションを備えた電極と、
前記電極の少なくとも１つのセクションを実質的に囲む絶縁材と、を含み、
前記電極がスタート孔内に挿入されて、第１の断面積を有する少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積を有する少なくとも１つの第２のセクションとによって形成された孔を形成する、
電解加工（ＥＣＭ）装置。
【請求項９】
前記電極が、該電極を実質的に囲んだ複数の絶縁セクションをさらに含み、
前記電極の非絶縁セクションが、該電極の各一対の隣接する絶縁セクション間で延びる、
請求項８記載のＥＣＭ電極。
【請求項１０】
前記電極が、複数の第１のセクションと複数の第２のセクションとを有する孔を形成し、
各第１のセクションが、一対の隣接する第２のセクション間に形成される、
請求項８記載のＥＣＭ電極。
【請求項１１】
前記電極が、該電極の非絶縁セクションから放電された電流を用いて前記孔の各第２のセクションを形成する、請求項８記載のＥＣＭ電極。
【請求項１２】
前記電極が、前記孔の第１セクションの断面積よりも大きい断面積を有する該孔の第２のセクションを形成する、請求項８記載のＥＣＭ電極。
【請求項１３】
前記電極が、その中を通して電解質流体を循環させて前記スタート孔から材料を取り除くのを可能にする、請求項８記載のＥＣＭ電極。
【請求項１４】
前記電極が、タービンエンジン構成部品内に冷却孔を形成するように構成される、請求項８記載のＥＣＭ電極。
【請求項１５】
タービンエンジン構成部品内に孔を機械加工するためのシステムであって、
電解加工（ＥＣＭ）装置を含み、該電解加工（ＥＣＭ）装置が、
少なくとも１つの非絶縁セクションを備えた電極と、
前記電極の少なくとも１つのセクションを実質的に囲む絶縁材と、を含み、
前記電極がスタート孔内に挿入されて、第１の断面積を有する少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積を有する少なくとも１つの第２のセクションとによって形成された孔を形成する、
システム。
【請求項１６】
前記電極が、該電極を実質的に囲んだ複数の絶縁セクションをさらに含み、
前記電極の非絶縁セクションが、該電極の各一対の隣接する絶縁セクション間で延びる、
請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記電極が、複数の第１のセクションと複数の第２のセクションとを有する孔を形成し、
各第１のセクションが、一対の隣接する第２のセクション間に形成される、
請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
前記電極が、該電極の非絶縁セクションから放電された電流を用いて前記孔の各第２のセクションを形成する、請求項１５記載のシステム。
【請求項１９】
前記電極が、前記孔の第１セクションの断面積よりも大きい断面積を有する該孔の第２のセクションを形成する、請求項１５記載のシステム。
【請求項２０】
前記電極が、その中を通して電解質流体を循環させて前記スタート孔から材料を取り除くのを可能にする、請求項１５記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には電解加工（ＥＣＭ）に関し、より具体的には、タービンエンジン翼形部内に冷却孔を形成するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知のタービンエンジン構成部品は、その中に形成された冷却孔を含む。一般的に、そのような冷却孔は、エンジン内の冷却空気がエンジン構成部品を通って流れて対流冷却を行うことを可能にする。従って、そのような冷却孔は、タービンエンジンの寿命スパンを増大させ、かつ／又はタービンエンジンの保守整備と関連する費用を低減することができる。
【０００３】
電解加工及び／又は成形管電解加工（ＳＴＥＭ）は通常、タービンエンジン構成部品内に冷却孔を形成するために使用される。ＥＣＭ工程の間に、機械加工される被加工物は、ＤＣ電源のプラス端子に結合され、また電極はＤＣ電源のマイナス端子に結合される。電解質流体が、電極と被加工物との間に流される。例えば、電解質流体は、酸性溶液又は塩水溶液とすることができる。機械加工工程の間に、被加工物は、制御電解反応によって溶解されて冷却孔を形成する。一般的に、このような機械加工工程では、ほぼ円形の断面積と５よりも大きい長さ対直径比を有する冷却孔が形成される。さらに、この種の孔は、ほぼ同じ形状でありかつほぼ均一な表面粗さを有する。しかしながら、そのような冷却孔は、該冷却孔がその構成部品との間での対流冷却を増大させることができるほど充分な量の粗さ又は不連続部を有しないので、不充分な対流冷却量しかもたらさない場合が多い。
【特許文献１】米国特許第６，８２４，３６０号公報
【特許文献２】米国特許第６，５３９，６２７号公報
【特許文献３】米国特許第６，４１６，２８３号公報
【特許文献４】米国特許第６，３８７，２４２号公報
【特許文献５】米国特許第６，３３９，８７９号公報
【特許文献６】米国特許第６，２９０，４６１号公報
【特許文献７】米国特許第６，２６４，８２２号公報
【特許文献８】米国特許第６，２３４，７５２号公報
【特許文献９】米国特許第５，４１３，４６３号公報
【特許文献１０】米国特許第４，９９５，９４９号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態では、対象物内に孔を形成する方法を提供する。本方法は、対象物内にスタート孔を形成する段階と、それを実質的に囲む少なくとも１つの絶縁セクションと少なくとも１つの非絶縁セクションとを有する電解加工電極を準備する段階と、第１の断面積を有する少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積を有する少なくとも１つの第２のセクションとによって形成された孔を形成するのを可能にするようにスタート孔内に電極を挿入する段階とを含む。
【０００５】
別の実施形態では、電解加工（ＥＣＭ）装置を提供する。本装置は、少なくとも１つの非絶縁セクションを備えた電極と、電極の少なくとも１つのセクションを実質的に囲む絶縁材とを含む。電極は、スタート孔内に挿入されて、第１の断面積を有する少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積を有する少なくとも１つの第２のセクションとによって形成された孔を形成する。
【０００６】
さらに別の実施形態では、タービンエンジン構成部品内に孔を機械加工するためのシステムを提供する。本システムは、電解加工（ＥＣＭ）装置を含み、ＥＣＭ装置は、少なくとも１つの非絶縁セクションを備えた電極と、電極の少なくとも１つのセクションを実質的に囲む絶縁材とを含む。電極は、スタート孔内に挿入されて、第１の断面積を有する少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積を有する少なくとも１つの第２のセクションとによって形成された孔を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、タービンエンジン翼形部内に薄い後縁冷却孔を機械加工するために使用することができるシステムを提供する。本システムは、それを通って流れる電解質流体を有する中空の電解加工（ＥＣＭ）電極を使用する。例えば、電解質流体は、酸性溶液又は塩水溶液とすることができる。機械加工に先立って、翼形部は、ＤＣ電源のプラス端子に結合され、また電極は、ＤＣ電源のマイナス端子に結合される。電極と翼形部と間に電解液（電解質流体）を流しながら、翼形部は、制御電解反応によって溶解されて冷却孔を形成する。
【０００８】
機械加工の間、電解質流体は、中空の電極を通って流れて翼形部から材料を取り除く電流を放電するのを可能にする。この例示的な実施形態では、電極は、第１の断面積で形成された少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積で形成された少なくとも１つの第２のセクションとを備えた冷却孔を形成する。さらに、この例示的な実施形態では、冷却孔の各第１のセクションは、該冷却孔の隣接する第２のセクション間に配向される。
【０００９】
本発明はタービン翼形部内に冷却孔を形成することに関して説明しているが、当業者には分かるように、本発明はまた、例えばそれに限定されないが、タービンケーシング、排気管及びダクトのような、エンジンの他の構成部品及び／又は冷却孔を必要とする可能性があるあらゆる他のシステムの構成部品内に冷却孔を形成することにも適用可能とすることができる。さらに、本発明を電解加工に関して説明しているが、当業者には分かるように、本発明は、冷却孔を形成する他の方法にも適用可能とすることができる。
【００１０】
図１は、タービンエンジン翼形部１０４内に形成したスタート孔１０２を通して挿入される例示的な電解加工（ＥＣＭ）電極１００の断面図を示す。図２は、スタート孔１０２内に挿入した後の電極１００を示す。図３は、機械加工工程が完了し、その中に冷却孔１０６が形成された後の翼形部１０４の断面図を示す。この例示的な実施形態では、電極１００は、ほぼ円筒形かつ中空であり、またそれを通して電解質流体を搬送するように構成される。当技術分野では公知であるように、電解質流体は、電気化学的溶解用の媒体としての働きをして機械加工される部品から材料を取り除く。電解質流体はまた、機械加工ゾーンから溶解した材料を除去する。当業者には分かるように、電極１００は、その意図する機能及び／又は意図する作動電極１００の結果に基づいてあらゆる好適な形状を有することができる。
【００１１】
さらに、この例示的な実施形態では、電極１００は、該電極１００を実質的に囲む絶縁材によって形成された複数の絶縁セクション１０８を含む。下記に詳細に説明するように、絶縁セクション１０８は、所望の冷却孔寸法及び形状を得ることができるように、材料溶解を所望の領域に制限するのを可能にする。当業者には分かるように、電極１００は、該電極１００が本明細書で説明するように機能するのを可能にするあらゆる好適な数の絶縁セクション１０８を含むことができる。この例示的な実施形態では、電極１００はまた、複数の非絶縁セクション１１０を含む。当業者には分かるように、電極１００は、該電極１００が本明細書で説明するように機能するのを可能にするあらゆる数の非絶縁セクション１１０を含むことができる。この例示的な実施形態では、非絶縁セクション１１０は、各隣接する絶縁セクション１０８間に配向される。別の実施形態では、非絶縁セクション１１０及び絶縁セクション１０８の構成は、意図する電極１００の機能及び／又は意図する作動電極１００の結果に基づいて可変に選択される。
【００１２】
機械加工工程の間、また具体的には電極１００の作動に先立って、翼形部１０４内にスタート孔１０２が形成される。この例示的な実施形態では、スタート孔１０２は、電解加工電極、放電加工電極及び／又はレーザのうちの少なくとも１つを使用して穿孔される。さらに、この例示的な実施形態では、スタート孔１０２は、翼形部後縁内に形成される。さらに、この例示的な実施形態では、スタート孔１０２は、該スタート孔１０２全体を通してほぼ一定である第１の断面積１２０を有する状態で形成される。例えば、この例示的な実施形態では、断面積１２０はほぼ円形である。当業者には分かるように、別の実施形態では、第１の断面積１２０は、タービュレータ付き（乱流型）冷却孔１０６を形成するのを可能にするあらゆる形状を有する状態で形成することができる。さらに、この例示的な実施形態では、スタート孔１０２は、それに限定されないが、翼形部１０４の第１の表面１２２に対して計測して、約０°、約９０°、又は０°〜９０°のあらゆる斜角度を含む様々な角度で形成することができる。
【００１３】
機械加工工程の間、また具体的には電極１００の作動中に、電極１００は、図１において矢印１２６で示すように、翼形部１０４の第１の表面を通してスタート孔１０２内に挿入され、該翼形部１０４の対向する第２の表面１２４に向かって導かれる。作動中、電解質流体が電極１００を通って流れて、該電極１００に誘起された電流１２８を導く。この例示的な実施形態では、電流１２８は、複数の非絶縁セクション１１０から放電されてスタート孔１０２の一部分から材料を取り除いて冷却孔１０６を形成するのを可能にする。この例示的な実施形態では、材料は、電気化学溶解によってスタート孔１０２から取り除かれる。この例示的な実施形態では、電極の非絶縁セクションから放電された電流１２８により、スタート孔１０２から材料が取り除かれて、第１の断面積１２０よりも大きい複数の第２の断面積１３０を形成する。例えば、この例示的な実施形態では、第２の断面積１３０はほぼ円形である。当業者には分かるように、別の実施形態では、断面積１３０は、タービュレータ付き冷却孔１０６を形成するのに好適なあらゆる形状を有することができる。
【００１４】
機械加工工程の間に、電流１２８は、電極１００の絶縁セクション１０８からは放電されない。従って、スタート孔１０２の一部分は、機械加工工程の間に電流１２８に曝されない。このようにして、電極１００の非絶縁セクション１１０から放電された電流１２８に曝されなかった複数の第１のセクション１４０と該電流１２８に曝された複数の第２のセクション１４２とを有するタービュレータ付き冷却孔１０６が形成される。この例示的な実施形態では、各第１のセクション１４０は、第１の断面積１２０を有する状態で形成され、また各第２のセクション１４２は、第２の断面積１３０を有する状態で形成される。さらに、この例示的な実施形態では、各冷却孔の第１のセクション１４０は、一対の隣接する冷却孔の第２のセクション１４２間で延びる。
【００１５】
従って、電極１００は、それを通して異なる断面積１２０及び１３０を有するタービュレータ付き冷却孔１０６を形成するのを可能にする。具体的には、完全に形成されると、冷却孔１０６は、それぞれの冷却孔セクション１４０及び１４２内に形成された異なる断面積１２０及び１３０を有する。この例示的な実施形態では、断面積１２０及び１３０は、滑らかな表面仕上げ、粗面の表面仕上げ及び／又は波形の表面仕上げの少なくとも１つを有する状態で形成することができる。
【００１６】
このようにして、電極１００は、冷却孔１０６内に不連続な及び／又は粗面の表面を形成するのを可能にする。従って、冷却孔１０６を通る冷却空気の流れは乱される。その結果、冷却空気は、増大した乱流及び冷却孔１０６の内表面１４４とのより多くの接触量を有することが可能になる。従って、冷却孔１０６内での対流冷却量を増大させることが可能になる。さらに、乱流型（タービュレータ付き）冷却孔１０６は、該冷却孔１０６の下流でのフィルム冷却を高めるのを可能にする。
【００１７】
１つの実施形態では、対象物内にタービュレータ付き冷却孔を形成する方法を提供する。本方法は、対象物内にスタート孔を形成する段階を含む。本方法はまた、それを実質的に囲む少なくとも１つの絶縁セクションと少なくとも１つの非絶縁セクションとを有する電解加工電極を準備する段階を含む。冷却孔の形成時に、電極は、スタート孔内に挿入されて、第１の断面積で形成された少なくとも１つの第１のセクションと第２の断面積で形成された少なくとも１つの第２のセクションとを備えたタービュレータ付き冷却孔を形成するのを可能にする。１つの実施形態では、本方法は、第１の断面積を有する複数の冷却孔第１のセクションと第２の断面積を有する複数の冷却孔第２のセクションとを形成して、各冷却孔第１のセクションが一対の隣接する冷却孔第２のセクション間で延びるようにする段階を含む。
【００１８】
別の実施形態では、本方法は、それを実質的に囲む複数の絶縁セクションを有する電解加工電極を準備し、該電極の非絶縁セクションが該電極の各一対の隣接する絶縁セクション間に配向されるようにする段階を含む。さらに別の実施形態では、本方法は、電極の非絶縁セクションから放電された電流を用いて冷却孔の各第２のセクションを形成する段階を含む。１つの実施形態では、本方法は、冷却孔の第１のセクションの直径よりも大きい直径を有する冷却孔の第２のセクションを形成する段階を含む。別の実施形態では、本方法はまた、電極を通して電解質流体を循環させてスタート孔から材料を取り除くのを可能にする段階を含む。この例示的な実施形態では、本方法は、タービンエンジン翼形部内に冷却孔を形成する段階を含む。
【００１９】
上述したシステム及び方法により、電極がタービンエンジン構成部品内にタービュレータ付き冷却孔を形成するのを可能にする。形成された冷却孔は、該冷却孔を通る冷却空気の流れを乱して該冷却空気の乱流を増大させると共に該冷却空気が冷却孔の内表面との間で有する接触量を増大させるのを可能にする。従って、冷却孔内での対流冷却量が増大させることが可能になる。さらに、タービュレータ付き冷却孔は、該冷却孔の下流でのフィルム冷却を高めるのを可能にする。従って、上記のシステム及び方法は、タービンエンジンの寿命スパンを増大させかつ／又はタービンエンジンの保守整備と関連する費用を低減するのを可能にする。
【００２０】
本明細書で使用する場合に、単数で表わしたまたその前に数詞がない要素又は段階は、そのような除外を明確に記載していない限り、複数のそのような要素又は段階を除外するものではないと理解されたい。さらに、本発明の「１つの実施形態」を参照するというのは、記載した特徴を同様に組み入れた付加的な実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図するものではない。
【００２１】
以上、翼形部内にタービュレータ付き冷却孔を形成するためのシステム及び方法の例示的な実施形態を詳細に説明している。例示したシステム及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものでなく、むしろ、本システムの構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。さらに、本方法において説明した段階は、本明細書に記載した他の段階から独立してかつ別個に利用することができる。
【００２２】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】タービンエンジン翼形部におけるスタート孔内に挿入される例示的な電解加工（ＥＣＭ）電極の断面図。
【図２】図１に示しかつ図１に示す翼形部内に挿入される電極の断面図。
【図３】図１に示しかつそれを貫通して形成された冷却孔を含む翼形部の拡大断面図。
【符号の説明】
【００２４】
１００  電解加工（ＥＣＭ）電極
１０２  スタート孔
１０４  翼形部
１０６  冷却孔
１０８  絶縁セクション
１１０  非絶縁セクション
１２０  第１の断面積
１２２  第１の表面
１２４  第２の表面
１２６  矢印
１２８  電流
１３０  第２の断面積
１４０  第１のセクション
１４２  第２のセクション
１４４  内表面
【図１】
2008229841.tif 000003
【図２】
2008229841.tif 000004
【図３】
2008229841.tif 000005