(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンのための構成(1)であって、
金属支持構造を備え、該金属支持構造は、
径方向に延びる少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)と、
前記支持構造において順に重なって配置され、板状の構造であり、セラミック繊維複合材料から製作される複数の分割体(6)であって、該分割体は、前記構成の周囲輪郭の少なくとも一部を一緒に定め、前記分割体(6)には貫通開口(12)が設けられ、該貫通開口を通じて、前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)が延びる、複数の分割体(6)と、
を有し、
前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)は、径方向に対して横に延びる少なくとも1つの外向きに突出する凸部(9)を有し、該凸部は、前記分割体(6)のうちの少なくとも1つに設けられた、少なくとも1つの対応した構造の凹部(13)に係合し、
前記少なくとも1つの凹部(13)はそれぞれの前記分割体(6)の上側から延びることを特徴とする構成(1)。
【請求項２】
前記支持構造は、複数の支持支柱(3、4、5)を有することを特徴とする、請求項1に記載の構成(1)。
【請求項３】
前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)は、前記構成の前記周囲輪郭に従う断面を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の構成(1)。
【請求項４】
前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)は中空の構造であ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構成(1)。
【請求項５】
前記支持構造は、前記分割体(6)と並行に延びるプラットフォーム(2)を有し、前記プラットフォーム(2)から、前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)は径方向外向きに突出し、前記分割体(6)は前記プラットフォーム(2)に積み重ねられることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の構成(1)。
【請求項６】
定められた環状の隙間が、前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)と、前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)が貫いて延びる前記分割体(6)の前記貫通開口(12)との間に形成されることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の構成(1)。
【請求項７】
前記少なくとも1つの凹部(13)は面取りの形態で設計されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の構成(1)。
【請求項８】
前記少なくとも1つの凸部(9)は、対応する前記凹部(13)内に嵌まり合う手法で収容されるか、または収容されることが可能であることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の構成(1)。
【請求項９】
各々の分割体には少なくとも1つの凹部(13)が設けられ、該凹部には関連した凸部(9)が係合することを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の構成(1)。
【請求項１０】
少なくとも1つの前記分割体(6)の外面には被覆が設けられることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の構成(1)。
【請求項１１】
前記構成(1)はタービン翼のための構成であるか、または高温ガスによる衝撃に曝されるタービンのガス経路および/または蒸気経路のための構成であることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の構成(1)。
【請求項１２】
少なくとも前記支持構造の前記支持支柱(3、4、5)は創成法を用いて製作されることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の構成(1)を製作するための方法。
【請求項１３】
凹部(13)が設けられた分割体(6)の配置の後に、前記凹部(13)内に係合する凸部(9)を含む前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)の一部分が生成されるような方法で、前記分割体(6)の積み重ねと、前記少なくとも1つの支持支柱(3、4、5)の段階的な製作と、が互いに交互に実行されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記分割体(6)の前記積み重ねはロボットを使用して実行されることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にガスタービンなどのタービンといったターボ機械のための構成であって、金属支持構造を備え、その金属支持構造は、径方向に延びる少なくとも1つの支持支柱と、支持構造において順に重なって配置され、板状の構造のものであり、セラミック繊維複合材料から製作される複数の分割体であって、構成の周囲輪郭を一緒に定め、少なくとも1つの支持支柱が貫いて延びる貫通開口が設けられる複数の分割体と、を有する、構成に関する。本発明は、このような構成を製作するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
導入部において言及された種類の構成は、先行技術における幅広い様々な実施形態において知られている。そのため、例えば、特許文献１は、径方向において順に重なって配置され、板状の設計のものであり、セラミック繊維複合材料から成る複数の分割体から成る翼形部を伴う翼構成を開示している。個々の翼形部分割体は、各々の場合で、互いと一直線になる貫通開口を備え、その貫通開口を貫いて、例えば互いに対して翼形部分割体を押し付ける金属タイロッドの形態で、支持支柱が延び、その結果、翼形部分割体同士の間に力の流れが作り出され、翼形部分割体同士を一体に保持する。しかしながら、このような翼構造の1つの問題は、翼形部分割体が、これらに作用する径方向の圧力の力にも拘らず、径方向に対して横の方向において互いに対して変位させられる可能性があることにある。したがって、このような相対的な移動を防止するために、追加的な手段を提供することが必要な可能性がある。そのために、例えば相互に係合する凸部と凹部とが、個々の翼形部分割体の上側と下側とに設けられてもよく、しかしながら、これは、生産技術上の理由のため、非常に大きな出費と関連してくる。この連結では、例として特許文献２が参照できる。タイロッドの使用に伴うさらなる欠点は、タイロッドが貫いて延びる貫通開口が、原理上は望ましいだろうが、通常は冷却通路として使用できないという事実にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第2006/0120871号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第2006/0120874(A1)号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この先行技術に端を発して、導入部で言及された種類の構成を、代替の構造を伴って作り出すことが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的を達成するために、本発明は、例えばいくつかのといった、少なくとも1つの支持支柱が、径方向に対して横に延びる少なくとも1つの外向きに突出する凸部を有し、その凸部は、分割体のうちの少なくとも1つにおける対応するように設計された少なくとも1つの凹部において係合するか、または係合できることを特徴とする、導入部において言及された種類の構成を作り出す。
【０００６】
好ましくは、例えばいくつかの凸部といった複数の凸部は、支持支柱に対応するように設けられ、凸部が係合することになる例えばいくつかの凹部といった複数の凹部が、形成される。
【０００７】
この目的を達成するために、本発明は、少なくとも1つの支持支柱が、径方向に対して横に延びる外向きに突出する凸部を有し、その凸部は、翼形部分割体における対応するように設計された凹部において係合することを特徴とする、導入部において言及された翼構成を作り出せる。
【０００８】
このような凸部および凹部のおかげで、分割体は、別体の留め付け手段を使用することなく、少なくとも1つの支持支柱に直接的に連結され、その結果として、径方向に対して横の方向における対応する分割体同士の相対移動が効果的に防止される。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、支持構造は複数の支持支柱を、特に3つの支持支柱を有し、当然ながら、これとは異なるいくつかの支持支柱の提供が行われてもよい。全体として、複数の支持支柱を提供することで、非常に安定した構成が達成される。
【００１０】
少なくとも1つの支持支柱は、好ましくは丸くない断面を、特に構成の周囲輪郭に従う断面を有する。断面のこのような選択は、構成の安定性にとって非常に有益でもある。
【００１１】
少なくとも1つの支持支柱は有利には中空の設計のものである。この場合、冷却流体は、少なくとも1つの支持支柱が冷却通路を定めるように、構成の特定の使用の間に支持支柱を通じて方向付けられ得る。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、支持支柱は、分割体と基本的に並行に延びるプラットフォームを有し、そのプラットフォームから、少なくとも1つの支持支柱は径方向外向きに突出し、分割体はプラットフォームに積み重ねられる。このようなプラットフォームは、一方で、複数の支持支柱が提供される場合、支持支柱同士を相互に連結する。他方で、プラットフォームは、分割体が積み重ねられ得る定められた基礎を定める。さらに、このようなプラットフォームは、翼付根が設けられてもよい、または、翼付根との一体品で設計されてもよく、この翼付根は、タービン構成部品における構成の留め付けに供する。
【００１３】
定められた環状の隙間が、好ましくは、少なくとも1つの支持支柱と、少なくとも1つの支持支柱が貫いて延びる分割体の貫通開口と、の間に形成される。このような環状の隙間は、有害な熱応力の促進を回避するために、構成の特定の使用の間に分割体が熱膨張する場合に、十分な空間を提供する。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、凹部は、各々の場合で、それぞれの分割体の上側から延びる。これは、後でより詳細に説明されるように、凸部が単純な手法で製作され得る結果となる。
【００１５】
少なくとも1つの凹部、いくつかの凹部、または複数の凹部は、好ましくは例えば貫通開口の周囲に沿って延びる面取りの形態で設計される。
【００１６】
少なくとも1つの凸部、または、複数の凸部は、有利には対応する1つまたは複数の凹部において、基本的に嵌まり合う手法で収容される。この方法では、少なくとも1つの支持支柱と分割体との間の特に良好な密着が達成される。
【００１７】
各々の分割体は、好ましくは関連する凸部が係合するか、または係合できる少なくとも1つの凹部が設けられる。別の言い方をすれば、各々の分割体は、この実施形態の場合に、少なくとも1つの支持支柱に連結される。
【００１８】
本発明の1つの変形によれば、少なくとも1つの分割体または複数の分割体の外面は、被覆が、特に遮熱被覆が設けられる。
【００１９】
一実施形態によれば、構成は、タービン翼、特に翼形部のための構成であるか、または高温ガスの衝撃に曝されるタービンのための部品のための構成である。
【００２０】
構成は、特にガスタービンといったタービンのための翼形部構成であり得る。
【００２１】
構成は、特にガスタービンといったタービンのための輪状分割体構成であってもよい。
【００２２】
構成は、例えば高温ガスの衝撃に曝されるガスタービンの部品といった、タービンのガス経路および/または蒸気経路における別の部品のための構成であってもよい。
【００２３】
導入部において言及された目的を達成するために、本発明は、本発明による構成を製作するための方法も作り出し、その方法は、少なくとも支持構造の支持支柱は創成法を用いて製作されることを特徴とする。この場合、創成法は、例えばいくつか例を挙げれば、SLM方法(Selective Laser Melting:選択的レーザー溶解)、火炎溶射方法、高速火炎溶射方法、または蒸着溶接方法であり得る。
【００２４】
分割体の積み重ねと、少なくとも1つの支持支柱の段階的な製作と、が有利には、凹部が設けられる分割体の配置の後、凹部において係合する凸部を含む少なくとも1つの支持支柱の一部分が生成されるような方法で、互いと交互に起こる。この方法では、凹部において係合する凸部は、何の問題もなく製作できる。また、凸部と凹部との間の嵌まり合いの実現は、少しも問題を引き起こさない。
【００２５】
分割体の積み重ねは、好ましくはロボットを使用して実行される。この方法では、構成の全体の製作工程が高度の自動化で実施できる。
【００２６】
分割体の外面は、有利には被覆が、特に遮熱被覆が設けられ、被覆は有利には後で設けられる。
【００２７】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態による構成の以下の記載に基づいて明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態による構成の概略的な斜視図である。
【図２】図1に示した構成の分割体の概略的な平面図である。
【図３】図1に示した構成の支持支柱のプラットフォームの概略的な平面図である。
【図４】本発明の実施形態による方法を用いる、図1に示した構成の製作が説明されるのに基づいた概略的な断面図である。
【図５】本発明の実施形態による方法を用いる、図1に示した構成の製作が説明されるのに基づいた概略的な断面図である。
【図６】本発明の実施形態による方法を用いる、図1に示した構成の製作が説明されるのに基づいた概略的な断面図である。
【図７】本発明の実施形態による方法を用いる、図1に示した構成の製作が説明されるのに基づいた概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図1〜図3は、本発明の実施形態による構成1または構成1の構成部品を示している。構成1は、特にガスタービンといったタービンの構成であり、構成1は、原理上は動翼として、静翼として、および/もしくは輪状分割体として、またはここでの場合ではより詳細には示していないが、タービンのガス経路もしくは蒸気経路における別の部品として、両方に設計できる。
【００３０】
主要な構成部品として、構成1は、プラットフォーム2を伴う金属支持構造と、プラットフォーム2から径方向Rにおいて延びる3つの支持支柱3、4、および5と、支持構造において順に重なって配置され、板状の設計のものであり、構成の周囲輪郭を一緒に定める複数の分割体6と、を備える。
【００３１】
構成1の特定の使用の間に構成1に作用する力を吸収して分散するように主に供する支持構造が、例えば1つだけの例を挙げれば、ニッケル基合金から成る金属材料から製作される。プラットフォーム2は、基本的に凸状に湾曲された吸引側7と、基本的に凹状に湾曲された加圧側8と、を有し、原理上は他の形状が可能である。プラットフォーム2の場合、プラットフォーム2は、例えば鋳造とその後の機械加工とを用いて製作されている、あらかじめ作り上げられた構成部品であり得る。代替で、プラットフォーム2は、SLM方法を用いてなどの創成製作法を用いて製作されてもよく、他の創成製作法も当然ながら可能である。支持支柱3、4、および5は、創成製作法を用いて製作され、後でより詳細に説明するように、プラットフォーム2に固定的に連結される。支柱は、互いと基本的に並行であるプラットフォーム2から延び、中空の設計のものであり、ここでの場合、この場合における構成の周囲輪郭に従う丸くない断面を各々の場合で有する。各々の分割体6の上方の縁の高さで、支持支柱3、4、および5は、径方向に対して横に延びる外向きに突出する凸部9が、各々の場合で周囲方向において設けられている。
【００３２】
分割体6は、各々の場合で、セラミック繊維複合材料から製作されている。セラミック繊維複合材料として使用されるのは、例えばいくつか例を挙げれば、Al2O3、2O3/Al2O3、C/SiC、Sic/SiCなどであり得る。プラットフォーム2と同様に、分割体6は吸引側10と加圧側11とを備え、隣接して配置される分割体6の外側輪郭は、この場合にプラットフォーム2の外側輪郭が隣接して配置される分割体6の外側輪郭と一直線になることと同じように、好ましくは互いと一直線に設計される。分割体6は、各々の場合で、それぞれの支持支柱3、4、および5が貫いて延びる3つの貫通開口12が設けられている。分割体6と支持支柱3、4、および5との間には、凸部9のみによって遮断される定められた環状の隙間が残され得る。このような環状の隙間は、構成1の特定の使用の間、支持支柱3、4、および5ならびに/または分割体6の熱膨張の場合に、計算された膨張空間が作り出され、熱応力の発生を低減または防止するという効果にとって有利であり得る。各々の分割体6の上方側から始まって、それぞれの貫通開口12の縁領域に沿って延びる面取り状の構造の包囲凹部13が提供されている。支持支柱3、4、および5から突出する凸部9は、各々の分割体6が支持支柱3、4、および5に固定的に連結されるように、これらの凹部13において嵌まり合う手法で係合する。図1に示した構成1を製作するために、第1のステップでは、図4に概略的に示しているように、支持構造のプラットフォーム2が基礎に配置される。その後、分割体6の外側輪郭がプラットフォーム2の外側輪郭と一直線になるような方法で、分割体がプラットフォーム2において位置決めされる。分割体の位置決めは、この方法においては、ここでは示されていないが、ロボットを使用して実行できる。
【００３３】
さらなるステップでは、支持支柱3、4、および5の一部分が、層内で、プラットフォーム2のそれぞれの貫通開口12の周囲に沿って、分割体6の上方の縁まで、創成製作法を用いて生成され、その上方の縁では、凹部13は金属材料で充填もされ、図5に示しているように、凸部9を作り出す。この関連において、粉末金属材料がプラットフォーム2の方向で方向付けられ、レーザーを用いて溶解されることに用いるノズル構成14を、図4は概略的に示している。原理上は、任意の創成LMD法(レーザー金属蒸着)が使用できることが明らかである。
【００３４】
続くステップでは、図6に示しているように、さらなる分割体6が、プラットフォーム2にすでに留め付けられている分割体6の上に位置決めされると、支持支柱3、4、および5の一部分が、図7に示すように、層内に再び生成される。先に記載したステップは、図1に示した構成1が完成されるまで繰り返される。別の言い方をすれば、分割体6の積み重ねと、支持支柱3、4、および5の層とされた製作と、が交互に起こり、凹部13が設けられている分割体6の配置の後、凹部13において係合する凸部9を含む支持支柱3、4、および5の一部分が各々の場合で生成される。
【００３５】
図1に示した構成1の完成の後、冷却流体排出孔が設けられ、例えば蒸着溶接を用いて製作され得る最上位の金属のカバー層が、翼先端を形成するために配置され得る。代替で、あらかじめ作られたカバー層が、高温ロウ付けなどを用いて、金属支持構造に固定されてもよい。図1に示した構成1は、望まれる場合には、例えば遮熱被覆といった被覆が設けられてもよい。
【００３６】
本発明による方法の本質的な利点は、混成の構成1の製作の間、個々の分割体6が、別体の留め付け手段が必要とされることなく、すべての空間的な方向において、支持構造に固定の安全な手法で連結されるという事実にある。
【００３７】
図を見ると、各々の分割体には凹部が設けられ得るが、例えば2つ、3つ、または4つの分割体といった、分割体のうちの少なくとも1つ、またはいくつかについてのみこれが当てはまる場合、本発明の思想には十分である。結果として、本発明によれば、少なくとも1つの対応する支持支柱または前述した複数の支持支柱だけが、対応する凸部を有する必要がある。
【００３８】
例えば、構成の中間において、または構成の3つに1つもしくは4つに1つの積み重ねられた分割体においての凸部および凹部を用いての係合連結は、本発明による利点を利用するために、十分であり得る。
【００３９】
本発明は、好ましい例示の実施形態を用いて、詳細に十分に図示および記載されてきたが、本発明は、開示した例によって限定されることはなく、その例から他の変形が、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、当業者によって導出されてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
1  構成
2  プラットフォーム
3、4、5  支持支柱
6  分割体
7  吸引側
8  加圧側
9  凸部
10  吸引側
11  加圧側
12  貫通開口
13  凹部
14  ノズル構成
R  径方向
【図１】
0006695363.tif 000002
【図２】
0006695363.tif 000003
【図３】
0006695363.tif 000004
【図４】
0006695363.tif 000005
【図５】
0006695363.tif 000006
【図６】
0006695363.tif 000007
【図７】
0006695363.tif 000008