(57)【要約】  タービンエンジン内において使用されるための部品（１２）に複数の冷却通路（ＣＰ）を同時に形成するための、再使用可能なテンプレート（１８）は、電極入口面を形成した第１面と、第１面とは反対側を向き且つ部品あわせ面を形成した第２面と、テンプレートに事前に形成され且つ第１面から第２面へと延びた複数の電極通路と、を具備している。テンプレートの第２面（２２）は部品の外側面（２６）に一致した形状を有し、テンプレートは部品の外側面に対してぴったりと位置決めされることが可能とされている。放電加工作業の際に、複数の電極はテンプレートに事前に形成された電極通路を通じて部品に同時に挿入され、一方で電流を電極に供給し、部品から材料を除去して、部品に冷却通路を形成する。
2015527529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンエンジンにおいて使用されるための部品に複数の冷却通路を形成するためのシステムであって、該システムは、
電極ホルダと、
該電極ホルダから延び且つ該電極ホルダによって支持された複数の電極と、
電極入口面を形成した第１面と、該第１面とは反対側を向き且つ部品あわせ面を形成した第２面と、を備えたテンプレートであって、該テンプレートに事前に形成され且つ前記第１面から第２面へと延びた複数の電極通路を備え、前記テンプレートの第２面は前記部品の外側面に一致した形状を備え、前記テンプレートが前記部品の外側面に対してぴったりと位置決めされることが可能なテンプレートと、を具備し、
放電加工作業の際に、前記電極は、テンプレートに事前に形成された前記電極通路を通じて、同時に前記部品に挿入され、一方で前記電極に電流を供給して前記部品から材料を除去し、前記部品に前記冷却通路を形成することを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記テンプレートは、非導電性材料から形成されている、および
非導電性材料によって被覆されている、の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記テンプレートは、形状保持材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記電極通路は、摩耗によって変形した前記部品の原冷却穴の初期位置と整列され、前記放電加工作業を介して前記部品に形成された前記冷却通路は、前記初期位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記テンプレートの厚さは、約３．５ｍｍ〜約６ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記テンプレートは、前記部品の外側面の形状に依存して、複数のテンプレートのグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記テンプレートの第２面は、冷却通路が形成される前記部品の面全体をカバーしていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記部品の面全体は、
翼の吸引側面もしくは圧縮側面、および
シュラウド、プラットフォーム、リングセグメント、ライナ、もしくは移行ダクトの流路形成面、のいずれか一方を具備していることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記テンプレートは、前記部品の面全体に形成される冷却通路の各々に関して対応した電極通路を含んでいることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記テンプレートは、前記電極が前記部品内に挿入された場合に、前記電極ホルダから離れた前記電極の部分を支持していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記電極の直径に対する前記電極の長さの割合は、少なくとも約１０〜１であることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記テンプレートは再使用可能なテンプレートを含んでいることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
タービンエンジン内において使用される部品に複数の冷却通路を同時に形成するための方法であって、該方法は、
非導電性テンプレートを前記部品の外側面に対して位置決めするステップであって、前記テンプレートの部品あわせ面が前記外側面に対してぴったりと適合するように位置決めするステップと、
前記テンプレートに事前に形成された、対応した電極通路を通じて複数の電極を挿入するステップと、
放電加工作業を実行し、前記部品に複数の冷却通路を同時に形成するステップであって、複数の前記電極を前記部品に挿入し、一方で前記電極に電流を供給し、前記部品から材料を除去して、前記冷却通路を同時に形成するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記テンプレートを前記部品の外側面に対して位置決めするステップは、前記事前に形成された電極通路を、摩耗によって変形した前記部品の原冷却穴の初期位置と整列させるステップを含み、前記放電加工作業を介して前記部品に形成される前記冷却通路は、前記初期位置に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記テンプレートを前記部品の外側面に対して位置決めするステップは、冷却通路が形成される前記部品の面全体を前記テンプレートによって覆うステップを含み、
前記テンプレートは、前記部品の面全体に形成される冷却通路の各々に関して対応した電極通路を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
その後の放電加工作業において前記テンプレートを再使用して、第２部品に複数の冷却通路を形成するステップをさらに含み、前記テンプレートに形成された、同様の事前に形成された電極通路が前記第２部品に複数の電極を挿入するために使用されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記テンプレートを前記部品の外側面に対して位置決めする前に、前記部品の形状に基づいてテンプレートのグループから適切なテンプレートを選択するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
タービンエンジン内において使用される部品に複数の冷却通路を同時に形成するための、再使用可能なテンプレートであって、該テンプレートは、
電極入口面を形成した第１面と、
該第１面とは反対側を向き且つ部品あわせ面を形成した第２面と、
前記テンプレートに事前に形成され且つ前記第１面から第２面へと延びた複数の電極通路であって、前記テンプレートの第２面は前記部品の外側面に一致した形状を有し、前記テンプレートが前記部品の外側面に対してぴったりと位置決めされることが可能とされたテンプレートと、を具備し、
放電加工作業の際に、複数の電極は前記テンプレートに事前に形成された電極通路を通じて前記部品に同時に挿入され、一方で電流を前記電極に供給し、前記部品から材料を除去して、前記部品に前記冷却通路を形成することを特徴とするテンプレート。
【請求項１９】
前記テンプレートは、形状保持材料から形成されている、
非導電性材料から形成されている、および
非導電性材料によって被覆されている、のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１８に記載のテンプレート。
【請求項２０】
前記電極通路は、摩耗によって変形した前記部品の原冷却穴の初期位置と整列され、前記放電加工作業を介して前記部品に形成された前記冷却通路は、前記初期位置に形成されることを特徴とする請求項１８に記載のテンプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テンプレートを使用した放電加工機によるタービンエンジン部品への冷却通路の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンのようなターボ機械においては、空気はコンプレッサセクションにおいて加圧され、次に燃焼セクションにおいて燃料と混合されて燃焼され、高温の燃焼ガスを生じる。高温の燃焼ガスはエンジンのタービンセクション内で膨張され、エネルギが抽出されて、電気の生成に使用される出力を提供する。
【０００３】
燃焼セクション内およびタービンセクション内の部品は、高温の燃焼ガスに直接暴露され、そのような部品は、例えば回転翼および静止翼、すなわちブレードおよびベーン、ならびに例えばシュラウド、プラットフォーム、リングセグメント、ライナ、移行ダクト等の流路形成部品であり、これらの部品には、コンプレッサの放出空気のような冷却流体が部品を通って流れる内部冷却回路が設けられ得る。これらのタイプの部品は、フィルム冷却通路も含んでいてもよく、その通路は部品の外側に冷却空気を放出するためにその外壁を通じて延びており、冷却空気のフィルムの薄い層を形成し、高温の燃焼ガスから部品を保護している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高温の燃焼ガスに暴露された部品の外壁は、時間をかけて劣化し、その内部に形成されたフィルム冷却通路を変形させ、これによってフィルム冷却通の機能を低減または破壊し得る。さらに、フィルム冷却通路は、高温の燃焼ガスによって取り上げられ且つ運搬された破片によって閉塞されるか、または詰まり得る。そのような場合、部品の壁の冷却通路を再形成することが必要となり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１態様によれば、システムはタービンエンジン内において使用される部品に複数の冷却通路を形成するために提供されている。システムは、電極ホルダと、電極ホルダから延び且つ電極ホルダによって支持された複数の電極と、テンプレートと、を具備している。テンプレートは、電極入口面を形成した第１面と、第１面とは反対側を向き且つ部品あわせ面を形成した第２面と、テンプレートに事前に形成され且つ第１面から第２面へと延びた複数の電極通路と、を備えている。テンプレートの第２面は部品の外側面に一致した形状を備え、テンプレートが部品の外側面に対してぴったりと位置決めされることが可能である。放電加工作業の際に、電極は、テンプレートに事前に形成された電極通路を通じて、同時に部品に挿入され、一方で電極に電流を供給して部品から材料を除去し、部品に冷却通路を形成する。
【０００６】
本発明の第２態様によれば、方法は、タービンエンジン内において使用される部品に複数の冷却通路を同時に形成するために提供されている。テンプレートの部品あわせ面が外側面に対してぴったりと適合するように、非導電性テンプレートが部品の外側面に対して位置決めされる。テンプレートに事前に形成された、対応した電極通路を通じて、複数の電極が挿入される。放電加工は、部品に複数の冷却通路を同時に形成するために実行され、複数の電極を部品に挿入し、一方で電極に電流を供給し、部品から材料を除去して、冷却通路を同時に形成するステップを含んでいる。
【０００７】
本発明の第３態様によれば、再使用可能なテンプレートは、タービンエンジン内において使用される部品に複数の冷却通路を同時に形成するために提供されている。テンプレートは、電極入口面を形成した第１面と、第１面とは反対側を向き且つ部品あわせ面を形成した第２面と、テンプレートに事前に形成され且つ前記第１面から第２面へと延びた複数の電極通路と、を具備している。テンプレートの第２面は部品の外側面に一致した形状を備え、テンプレートが部品の外側面に対してぴったりと位置決めされることが可能とされている。放電加工作業の際に、複数の電極はテンプレートに事前に形成された電極通路を通じて部品に同時に挿入され、一方で電流を電極に供給して、部品から材料を除去し、部品に冷却通路を形成する。
【０００８】
明細書は、特別に指定したクレームとともに結論付け、且つ本発明を明確にクレームする一方で、本発明は添付図と関連した以下の記載からより良好に理解されると考えられる。添付図においては、類似の参照符号は類似の要素を特定している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による、部品に複数の冷却通路を形成するために使用されるシステムを概略的に示した図である。
【図２】図１のシステムにおいて使用されることが可能なテンプレートの例の上面、テンプレートの形状、およびテンプレートを通じて形成された、事前に形成された複数の電極通路を示した図である。
【図３】本発明による、部品に形成される冷却通路を有する部品の表面に位置決めされる、図２のテンプレートを示した斜視図である。
【図４】複数の冷却通路を部品に形成するための、図１のシステムにおいて使用されることが可能なテンプレートの別の例を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下の好適な実施形態の詳細な記載において、参照符号が実施形態に関して描写された添付図に付されており、添付図では、これに限定されないが、特定の好適な実施形態が図を利用して示され、本発明が実施され得る。他の実施形態が利用され得、変形が本発明の思想および範囲から逸脱することなくなされ得る。
【００１１】
使用期間の後、タービンエンジン部品の冷却通路は再形成されることが必要となる。タービンエンジン部品は、例えば翼、すなわち回転ブレードもしくは固定ベーンであるか、または流路形成部品、例えばシュラウド、プラットフォーム、リングセグメント、ライナ、移行ダクト等である。これらの部品の冷却通路は、閉塞または詰まりを含んだ摩耗によって時間とともに変形し得る。
【００１２】
図１を参照すると、システム１０が概略的に記載されており、これはタービンエンジン内で使用されるための部品１２の複数の冷却通路ＣＰの形成のためのものである。システム１０は、電極ホルダ１４、電極ホルダ１４から延びて且つ電極ホルダ１４によって構造的に支持された複数の電極１６、およびテンプレート１８を具備している。図示された実施形態においては、電極１６の長さＬＥの電極１６の径ＤＥに対する割合は、図１に示されたように、少なくとも約１０〜１である。
【００１３】
テンプレート１８は、電極入口面を形成した第１面２０と、第１面２０と反対側を向き且つ部品あわせ面を形成した第２面２２と、複数の電極通路２４と、を含んでいる。テンプレート１８は好適に非導電性材料、ポリマまたは任意の適切な被覆手順を使用して非導電性材料によって被覆された材料から好適に形成されている。したがって、放電加工（ＥＤＭ）作業の際に電極１６に供給される電流は、テンプレート１８には伝わらず、ＥＤＭ作業は部品１２に冷却通路ＣＰを形成するために使用され、そのことは以下に記載されている。さらに、テンプレート１８は好適に形状保持材料から形成されており、テンプレート１８はＥＤＭ作業の際に変形することなく、テンプレート１８はその後のＥＤＭ作業において使用されて、部品１２に類似した他の部品に冷却通路を形成することが可能である。
【００１４】
図１に示されたように、テンプレート１８の厚さＴＴは、好適に約３．５ｍｍ〜約６ｍｍであり、最も好適な実施形態は、約４．０ｍｍである。テンプレート１８のそのような厚さＴＴは、十分な構造的剛性を備えたテンプレート１８を提供することによって電極１６の整列の補助を提供しており、この剛性はサイズ、形状、およびＥＤＭ作業の際の冷却通路ＣＰの配向角度を概略維持する。
【００１５】
図１に示されたように、テンプレート１８の第２面２２は、部品１２の外側面２６に対応した形状を備え、テンプレート１８は部品１２の外側面２６に対してぴったりと位置決めされることが可能である。図１に記載されたテンプレート１８の第２面２２および部品１２の外側面２６は、全体的に平坦な面であり、一方でこれらの面２２、２６は、冷却通路ＣＰが形成される部品１２のタイプに依存して任意の形状を取り得ることが理解される。例えば、部品１２が翼の吸引側である場合、部品１２の外側面２６は、翼の径方向内側端と径方向外側端との間に延びたリーディングエッジおよびトレーリングエッジを備えた全体的に凸形状の壁によって形成されてもよく、それは当業者には理解され得ることである。別の例としては、部品１２が翼の圧縮側である場合、部品１２の外側面２６は、翼の径方向内側端と径方向外側端との間に延びたリーディングエッジおよびトレーリングエッジを備えた全体的に凹形状の壁によって形成されてもよく、それは当業者には理解され得ることである。さらに別の例においては、部品１２が、例えばシュラウド、プラットフォーム、リングセグメント、ライナ、移行ダクト等の流路形成部品である場合、部品１２の外側面２６は、部品１２の対応した外壁部によって形成され、このことは当業者には理解され得ることである。その例は図３に示されており、部品１２は、エンジンのタービンセクション内で使用されるための非回転翼３０に関連した内部シュラウド２８を具備している。
【００１６】
本発明の態様によれば、電極通路２４はテンプレート１８に事前に形成されており、すなわち、電極通路２４は、以下に記載されたように、テンプレート１８がＥＤＭ作業において使用される前にテンプレート１８に形成されており、電極通路２４は、テンプレート１８の第１面２０からテンプレート１８の第２面２２まで延びている。図１に示された例示的な電極通路２４は、テンプレート１８の第１面２０および第２面２２に対して約９０°の角度で延びており、一方で電極通路２４は、冷却通路ＣＰが部品１２に形成される角度に依存して、テンプレート１８を通じて任意の適切な角度で延び得る。
【００１７】
ここで図１〜３を参照すると、冷却通路ＣＰの置換としてもここでは参照される、ＥＤＭ作業を使用してタービンエンジン内で使用される部品に複数の冷却通路ＣＰを同時に形成するための方法がここに記載される。
【００１８】
前述のテンプレート１８のようなテンプレート１８は部品１２の外側面２６に面して位置決めされ、第２面２２、すなわちテンプレート１８の部品あわせ面は、図１に見られたように、部品１２の外側面２６に対してぴったりと適合している。本発明の態様によれば、テンプレート１８は部品１２の外側面に面して位置決めされ、テンプレート１８を通じて延びた電極通路２４は、部品１２の原冷却穴ＯＣＨの初期位置ＩＬと整列されており（図３参照）、少なくともいくつかの原冷却穴ＯＣＨは摩耗によって変形しており、再形成される必要がある。テンプレート１８をこの様式において部品１２の外側面２６にぴったりと面して位置決めすることは、冷却通路ＣＰの置換が、原冷却穴ＯＣＨの初期位置ＩＬにおいて部品１２に実施され、テンプレート１８がＥＤＭ作業の際に何かの事情で移動されることを概略防止している。
【００１９】
図３に示されたように、テンプレート１８の第２面２２は、加工される部品１２の外側面全体をカバーするように好適に構成されており、図３に示された部品１２は、前述のように、内部シュラウド２８を具備している。さらに、テンプレート１８は、部品１２の面全体に形成される冷却通路ＣＰの各々に関して対応した電極通路２４を含み、テンプレート１８は、ＥＤＭ作業の際に再位置決めされる必要がない。
【００２０】
前述の通り、本発明に従って実施された冷却通路ＣＰの置換は、翼または流路形成部品のような複数の部品１２のいずれか１つにおいて形成されてもよい。これらの異なったタイプの部品１２の外側面２６がすべて互いに異なっているので、適切なテンプレート１８は、加工される部品１２のタイプに依存して、例えば部品１２の外側面２６の形状に依存してテンプレート１８のグループから所与のＥＤＭ作業において使用されるために選択される。さらに、同様のタイプの異なったエンジン内の類似の部品に提供された形状および冷却通路構造は、しばしばエンジン間において一致しているので、テンプレート１８は異なったエンジンから類似の部品を加工するために複数回使用され、複数の部品の同様の位置において且つ同様の形状で、冷却通路ＣＰを形成することが可能である。例えば、翼の吸引側において冷却通路ＣＰを形成するために使用されるテンプレート１８は、全体的の同一の複数の他の翼の吸引側において  冷却通路ＣＰをその後に形成するために繰り返し使用されてもよい。
【００２１】
テンプレート１８が部品１２の所定の位置にある場合、前述のような複数の電極１６を支持した電極ホルダ１４は、電極１６がテンプレート１８の電極通路２４内に挿入され且つ通じるように操作される。前述の通り、電極通路２４はテンプレート１８に事前に形成されており、電極１６はテンプレート１８に電極通路２４を形成する必要がない。好適に、電極通路２４の直径ＤＥＰ（図１参照）は、電極１６の直径ＤＥよりもわずかに大きく、電極１６は容易に電極通路２４内に挿入され且つ通じることが可能である。しかしながら、電極通路２４の直径ＤＥＰは、好適に電極１６の直径ＤＥよりも著しく大きいものではなく、図１に見られたように、テンプレート１８は、冷却通路ＣＰ形成方法の際に、電極ホルダ１４から離れた電極１６の部分３２の構造的支持を提供することが可能である。例えば、電極通路２４の直径ＤＥＰは、電極１６の直径ＤＥよりも約０．１２５ｍｍ大きくてもよい。電極ホルダ１４から離れた電極１６の部分３２のためのテンプレート１８によって提供された支持は、電極１６への損傷を減少または回避すると考えられており、部分３２がテンプレート１８によって支持されていない場合、ＥＤＭ作業の際に、電極１６の曲げおよび／またはねじりの原因となり得る。
【００２２】
電極１６は、テンプレート１８に事前に形成された電極通路２４を通じて部品１２内に挿入され、電極１６に電流を供給して部品１２から材料を除去し、それと同時にその内部に複数の冷却通路ＣＰを形成し、すなわち電極ホルダ１４によって支持された電極１６の数に対応した数の冷却通路ＣＰが、部品１２に形成される。
【００２３】
テンプレート１８は、ＥＤＭ工程を介して部品１２に同時に形成される複数の冷却通路ＣＰのガイドとして有利に寄与する。さらに、テンプレート１８が電極１６への損傷を減少または回避しているので、冷却通路の再形成の時間、コスト、および精度を含んだ効率への寄与は、改善されていると考えられる。その上に、テンプレート１８は好適に形状保持材料から形成されているので、テンプレート１８は使用の際に一般的には変形せず、類似の部品において冷却通路ＣＰを形成するために繰り返し使用されることが可能である。
【００２４】
テンプレート１８がポリマのような非導電性材料から形成されている場合、テンプレートはラピッドプロトタイピング手順（rapid prototyping procedure）を使用して形成されてもよい。テンプレート１８が金属から形成され且つ非導電性材料によって被覆されている場合、テンプレート１８は既存部品の切り出しを使用して、例えば翼の吸引側もしくは圧縮側を使用して、または流路形成部品の流路形成面を使用して形成されてもよい。その上、テンプレート１８が金属から形成され且つ非導電性材料によって被覆されている場合、電極通路２４は所望の直径ＤＥＰよりも約０．９１５ｍｍ大きい直径を有して形成され、非導電性材料被覆手段を補正してもよい。
【００２５】
ここで図４を参照すると、本発明の別の実施形態に従って構成されたテンプレート１００が記載されている。図４に示された例示的なテンプレート１００は、翼１０６の圧縮側１０４の外側面１０２の形状を備え、図１〜３を参照してこれまでに記載されたように、翼の圧縮側において冷却通路を形成するために繰り返し使用されることが可能である。図４に示されたテンプレート１００は、多数のタイプのテンプレートのうちの１つの形状を備え、そのテンプレートは本発明によるタービンエンジン部品に冷却通路を形成するために使用され得る。
【００２６】
本発明の特別な実施形態が図示され且つ記載された一方で、多様な他の変形、改造が本発明の思想および範囲から逸脱することなくなし得ることは、当業者には自明である。したがって、本発明の範囲内であるすべてのそのような変形および改造が、添付の特許請求の範囲内にカバーされることを目的としている。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ・・・システム
１２  ・・・部品
１４  ・・・電極ホルダ
１６  ・・・電極
１８，１００  ・・・テンプレート
２０  ・・・第１面
２２  ・・・第２面
２４  ・・・電極通路
２６，１０２  ・・・外側面
２８  ・・・内部シュラウド
３０  ・・・非回転翼
１０６  ・・・翼
ＣＰ  ・・・冷却通路
【図１】
2015527529.tif 000003
【図２】
2015527529.tif 000004
【図３】
2015527529.tif 000005
【図４】
2015527529.tif 000006
【国際調査報告】
2015527529.tif 000007
2015527529.tif 000008