(57)【要約】  本発明は、先端セクションがオフセットされたターボ機械（１）のブレード（１）を製造するための鋳物用中子（３０）であって、種々の内部空洞（１９ａ〜１９ｅ）を形成するための中子要素（３１）を備え、前記中子要素は前縁空洞用内部中子（３１ａ）と中央空洞用内部中子（３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）と後縁空洞用内部中子（３１ｅ）とを備えた鋳物用中子であって、後縁空洞用内部中子（３１ｅ）に隣接する中央空洞用内部中子（３１ｄ）は、前縁空洞用中子（３１ａ）に向かって突出した膨出部（３４）を有することを特徴とする鋳物用中子（３０）に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空洞（１９ａ〜１９ｅ）内の流体の循環により冷却される先端セクションオフセットタイプのターボ機械（１）のブレード（１）を製造するための鋳物用中子組立体（３０）にして、種々の内部空洞（１９ａ〜１９ｅ）を形成するための細長形状の第１の中子要素（３１）と、槽状空洞（１８）を形成するための第２の中子要素（３２）とを備え、第２の中子要素（３２）は、第１の中子要素の延長上に配置されるように構成され、
第１の中子要素（３１）は、タービン内のガスの流れ方向に上流側から下流側に向かって、ブレード（１）の前縁空洞（１９ａ）、少なくとも１つの中央空洞（１９ｂ〜１９ｄ）、および後縁空洞（１９ｅ）それぞれを形成することを意図する前縁空洞用内部中子（３１ａ）、少なくとも１つの中央空洞用内部中子（３１ｂ〜３１ｄ）、および後縁空洞用内部中子（３１ｅ）を備えた、鋳物用中子組立体（３０）であって、
後縁空洞用内部中子（３１ｅ）に隣接する少なくとも１つの中央空洞用内部中子（３１ｄ）は、第２の中子要素（３２）のすぐ近くに、前縁空洞用中子（３１ａ）の方向に突出した膨出部（３４）を有することを特徴とする、鋳物用中子組立体（３０）。
【請求項２】
膨出部（３４）を有する中央空洞用内部中子（３１ｄ）と対向する内部中子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）が、膨出部（３４）と相補的な逆形状部（３３）を有する、請求項１に記載の鋳物用中子組立体（３０）。
【請求項３】
互いに固定されることで第２の中子要素（３２）と膨出部（３４）との間に伸びる少なくとも１つの連結棒（４０）をさらに備える、請求項１および請求項２のうちのいずれかに記載の鋳物用中子組立体（３０）。
【請求項４】
膨出部（３４）に固定された連結棒（単数または複数）（４０）が、第２の中子要素（３２）に対して斜めに伸びる、請求項３に記載の中子組立体。
【請求項５】
連結棒（単数または複数）（４０）が、酸化アルミニウムもしくは石英製である、請求項３または請求項４のうちのいずれかに記載の中子組立体。
【請求項６】
第１の中子要素（３１）が、４つの内部中子（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ）を備える、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の中子組立体。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の鋳物用中子組立体（３０）を使用してロストワックス法によりブレードの抜き型が形成される、ターボ機械用ブレード（１）の製造方法にして、
抜き型は、それぞれ空洞間壁（２０）によって隣接空洞と分離された前縁空洞（１９ａ）、少なくとも１つの中央空洞（１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）、および後縁空洞（１９ｅ）と、槽状空洞（１８）とを備える、製造方法であって、
前縁空洞（１９ａ）に隣接する少なくとも１つの中央空洞（１９ｂ、１９ｃ）の空洞間壁（２０）は、槽状空洞（１８）のすぐ近くで、前縁空洞（１９ａ）の方向のオフセットに適合することを特徴とする、製造方法。
【請求項８】
前縁（１３）と、後縁（１４）と、それぞれ空洞間壁（２０）によって隣接空洞と分離された前縁空洞（１９ａ）、少なくとも１つの中央空洞（１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ）、および後縁空洞（１９ｅ）と、槽状空洞（１８）とを備えるターボ機械用ブレード（１）であって、
後縁空洞（１９ｄ）に隣接する少なくとも１つの中央空洞（１９ｄ）の空洞間壁（２０）は、槽状空洞（１８）のすぐ近くで、前縁空洞（１９ａ）の方向のオフセット（１６）に適合することを特徴とする、ターボ機械用ブレード（１）。
【請求項９】
請求項８に記載のブレード（１）を備えたターボ機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には、ターボ機械、特に、ターボ機械用タービンブレードの分野およびその製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンブレードは、燃焼室の出口でブレードに突入するガスの熱により強い熱応力を受けるので、これらの温度に耐えられるようにブレードを冷却する必要がある。したがって、ブレードは中空であり、圧縮機の１つの段の出口で取り込まれた冷却ガスが循環する内部空洞が横断する。
【０００３】
より詳細には、ターボ機械のタービンブレードは、ブレード根元部とブレード先端との間に伸びる空気力学的表面（またはブレード）を備える。ブレードは、ターボ機械の燃焼室からの高温ガス流に対向して配置される前縁と、前縁の反対側の後縁と、前縁を後縁に接続する側方の内弧壁および外弧壁を有する。
【０００４】
内部空洞は、ブレードの高さまで伸び、燃焼室からのガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって、ブレードの前縁および後縁にそれぞれ隣接した前縁空洞および後縁空洞、さらに前縁空洞と後縁空洞との間に伸びる少なくとも１つの中央空洞を備える。これらの空洞には、空洞をブレード根元部に接続する導管を介して冷却ガスが供給される。
【０００５】
ブレードはさらに、先端の位置に、内弧壁および外弧壁の延長部と、内部空洞を閉鎖する底壁とによって画定される中空形状部もしくは槽状部を備える。
【０００６】
形状が複雑であり、極めて正確に配置されなければならないこれらの種々の空洞を形成するために、ブレードは、通常、ロストワックス法として周知の技術で製造される。この技術は、概して、作成する空洞を複製するセラミック製中子が埋め込まれたロウでできたブレード抜き型を作製することからなる。ワックスブレードは、その後、例えば、耐火材料製の外殻に埋め込まれ、中子が化学的に除去されて、中子の位置に好ましい内部空洞および槽状部が残る。この方法の実施形態は、本出願人名義の、仏国特許出願公開第２８７５４２５号明細書、仏国特許出願公開第２８７４１８６号明細書、または仏国特許出願公開第２９５７８２８号明細書に記載されている。
【０００７】
これらの最新式タービンブレード用中子は、通常カラムの形状を有し、並んで位置決めされ、従来型の手段によって互いに保持される内部空洞中子によって構成される。
【０００８】
ブレードの冷却に必要な仕様が増加し、ブレードが多様化するにつれて、これらの中子の形状はますます複雑になっている。ブレードを極めて正確に外殻内に位置決めする必要がある。
【０００９】
中子は、通常、空洞を形成するように設計された第１の中子要素と、槽状部を形成するように設計された第２の中子要素とを備え、第２の中子要素はアルミナ製または石英製の連結棒によって第１の中子要素に接続される。
【００１０】
これらの連結棒は、連結棒間で中子の部分を保持して、形成された組立体を補強するためのものであり、ブレードの上部に除塵穴を形成するのに関与する。これらの棒は槽状部の底部内に開けられた穴内に収納される。除塵穴により、空洞内の冷却ガスが循環し、ターボ機械に流入する種々の粒子を排出することができる。
【００１１】
ブレードの空気力学的性能を向上させ、エネルギー損失を最小限に抑えるために、本出願人名義で２０１１年１１月１７日に出願された（ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ）仏国特許出願第１１６０４６５号明細書に記載されている「先端セクションオフセット」タイプの最新式ブレード先端を有するターボ機械用タービンブレードを使用することが提案されている。
【００１２】
このタービンブレードは、エネルギー損失を最小限に抑えるような構造である。このタービンブレードは、ブレードに沿ったスタッキング方向にスタッキングされるブレードセクションに分解することができるブレードを備える。先端セクションがオフセットされたブレード先端の場合、ブレードの先端の位置のセクションのスタッキングは、内弧壁の方向に向かって、好ましくは徐々にオフセットされる。
【００１３】
そのためには、仏国特許出願第１１６０４６５号明細書に記載されているように、ブレードは、先端の位置に、自由端の方向に開口し、底壁および前縁と後縁との間に伸びるリムによって画定される空洞を備えることができる。ブレードのこのリムの位置のブレードセクションのスタッキングは、内弧方向のオフセットを有し、このオフセットはブレードの先端の自由端に近づくにつれて次第に大きくなる。ブレードはさらに、内弧に対して傾斜し内部空洞を内弧壁に接続する冷却チャネルを備える。
【００１４】
ブレードの内弧壁は、突出部を有することができ、突出部の外側面はブレードの内弧の残りの部分に対して傾斜し、突出部の端部の終端面はリムに向けられる。底壁は、突出部の終端面の位置で内弧壁に接続され、冷却チャネルは、突出部の終端面で終端するように内弧壁の突出部内に配置され、冷却チャネルの軸と内弧側のリムの自由端の外側端との距離は０より大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２８７５４２５号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第２８７４１８６号明細書
【特許文献３】仏国特許出願公開第２９５７８２８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
この先端セクションのオフセット、およびブレードのサイズが小さいこと、ひいては、ブレードの製造に使用される中子のサイズが小さいことにより、第１の中子要素上に槽状部を形成するように設計される第２の中子要素の連結棒を保持するのが難しくなる。
【００１７】
したがって、連結棒それぞれをブレードの主方向に対して大きな角度をなして配向することが提案された。しかし、中子の主方向（ひいてはセラミック注入の主方向）に対する連結棒の傾斜が大きいために中子の製造は複雑になり、槽状部の底部の位置で中子が摩耗するという問題が生じる可能性がある。さらに、この製造方法を実行するには、当業者、特に、この場合、鋳造業者が理解できるノウハウや経験が必要である。
【００１８】
また、通常、中子要素に固定される連結棒であるが、ブレードの内部空間の寸法が最小であることによって従来の技術に比べて固定強度が低下した連結棒を使用することが提案された。しかし、連結棒周囲の固定深さおよび中子（通常はセラミック製）の厚さにより、中子要素内に亀裂（不均一な引き抜きによる力の作用を受けた部分的断裂）が生じる問題、ひいては過度の廃棄率の問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、内部空洞内の流体の循環によって冷却されるターボ機械用ブレードの製造用の中子を形成する組立体であって、種々の内部空洞を形成するための細長形状の第１の中子要素と、槽状空洞を形成するための第２の中子要素とを備え、第２の中子要素は第１の中子要素の延長上に配置されるように設計された組立体を提案する。第１の中子要素は、タービン内のガスの流れ方向の上流側から下流側に向かって、ブレードの前縁空洞、少なくとも１つの中央空洞、および後縁空洞それぞれを形成するように設計された、前縁空洞用内部中子、少なくとも１つの中央空洞用内部中子、および後縁空洞用内部中子を備える。後縁空洞用内部中子に隣接する中央内部空洞用中子は、第２の中子要素のすぐ近くに、前縁空洞用中子の方向に突出した膨出部を有する。
【００２０】
この解決策により、第１の中子要素の細長い領域の位置（膨出部の位置）で少なくとも１つの連結棒を固定することができ、その結果、中子の最小廃棄率で確実な方法で先端セクションのオフセットを有するターボ機械用タービンブレードを製造することができる。
【００２１】
本発明はさらに、このような鋳物中子組立体を使用して製造されたブレードおよび該組立体を使用した製造方法に関する。
【００２２】
本発明の他の特徴、目的、および利点は、非限定的な例として図示された添付図面を参照しながら詳述する以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の先端セクションがオフセットされたタービンブレードの一例の全体断面半斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態の鋳物用中子の斜視図である。
【図３】図２の鋳物用中子の上部および種々の中子要素間の連結棒を詳細に示した図である。
【図４ａ】先行技術の先端セクションがオフセットされたブレードの一例の側面図である。
【図４ｂ】図４ａのブレードの上面図であり、面Ｘ１および面Ｘ２に沿って空洞を示した図である。
【図５ａ】本発明の先端セクションがオフセットされたブレードの一例の側面図である。
【図５ｂ】図５ａのブレードの上面図であり、面Ｙ１および面Ｙ２に沿って空洞を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１〜図５ａを参照すると、これらの図は、ブレード根元部１１とブレード先端１２との間に伸びるブレード１０を備え、前縁１３、前縁の反対側の後縁１４、側方内弧面および外弧面１５、およびブレード１の高さに沿って伸びる空洞間壁２０によって分離された内部空洞１９ａ〜１９ｅを備えたターボ機械用タービンブレード１を示している。
【００２５】
ブレードは、例えば、本出願人名義で２０１１年１１月１７日に出願された（ｒｅｇｉｓｔｅｒｅｄ）仏国特許出願第１１６０４６５号明細書に記載されている「先端セクションオフセット」タイプの最新式ブレード先端を有することができる。
【００２６】
具体的には、ブレード１は、前縁１３から後縁１４に向かって、前縁空洞１９ａ、１つまたは複数の中央空洞１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ（この場合、図示されているブレード１に対して３つの空洞、具体的には、第１の上向き中央空洞１９ｂ、下向き中央空洞１９ｃ、および第２の上向き中央空洞１９ｄであり、これらはまとまって内部空洞「トロンボーン」組立体を形成する）、および後縁空洞１９ｅを備える。ブレード１はさらに、先端１１の位置に槽状部１８を備え、槽状部１８の底壁１７は内部冷却空洞１９ａ〜１９ｅを閉鎖する。
【００２７】
後縁空洞１９ｅに隣接する中央空洞１９ｄと前縁１３の方向の次の空洞（すなわち、図１のブレードの場合、中央空洞１９ｃ）とを分離する空洞間壁２０は、槽状部１８の底壁１７の近くで、前縁１３の方向のオフセット１６に適合する。
【００２８】
変形形態として、ブレード１は、１つの中央空洞１９ｄのみを備える場合、この１つの中央空洞１９ｄを前縁空洞１９ａと分離し、槽状部の底壁１７の近くで、前縁１３の方向のオフセット１６と適合することができるのは空洞間壁２０である。
【００２９】
空洞間壁２０の残りの部分に対するこのオフセット１６により、後縁空洞１９ｅに隣接する中央空洞１９ｄは、底壁１７の近くに膨出部３４を有する。前記空洞１９ｄは、ブレード先端１２の位置の幅がブレード根元部１１の位置の幅より広い。この中央空洞１９ｄの特別な形状がブレード１の製造を簡素化する。
【００３０】
さらに、図１および図５ａに示されているように、空洞間壁２０はオフセット１６の位置で底壁１７の所までオフセットされ、この中央空洞１９ｄの上部全体が広くなる。
【００３１】
このようなターボ機械用ブレードを製造するための鋳物用中子組立体３０（図２および図３）は、適合する相補的形状であり、空洞１９ａ〜１９ｅの形状を再現する第１の中子要素３１と、それ自体が槽状部１８の形状を再現する第２の中子要素３２とを備える。２つの中子要素３１、３２は、例えば、セラミック製である。
【００３２】
第２の中子要素３２は、例えば、アルミニウム製もしくは石英製とすることができる連結棒４０によって第１の中子要素３１に接続される。
【００３３】
第１の中子要素３１は、全体的にブレード１の高さに沿った細長形状を有し、前縁空洞１９ａ、中央空洞（単数または複数）１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、および後縁空洞１９ｅそれぞれを形成するように設計された一連の内部中子（もしくはカラム）３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅを備える。
【００３４】
第２の中子要素３２は、第１の中子要素３１の上に配置され、内部中子３１ａ〜３１ｅ内に除塵穴３５を形成するように位置決めされた連結棒４０によって第１の中子要素３１と分離される。
【００３５】
後縁空洞用中子３１ｅに隣接する中央空洞３１ｄを画定する内部中子１９ｄは、少なくとも第２の中子要素３２のすぐ近くの領域に、前縁空洞用内部中子３１ａに方向に突出した膨出部３４を有する。したがって、図４ａ〜図５ｂに示されているように、この位置では、対応する中央空洞用内部中子３１ｃの幅は、例えば、３０％〜６０％広い。実際に、先端がオフセットされた従来のブレードでは、面Ｘ２の位置では、後縁空洞用中子３１ｅに隣接する内部空洞用中子３１ｄの最大幅ｄｘは、ほぼ３．４ｍｍである。それに比較して、先端がオフセットされた同様のブレードであるが本発明の膨出部３４を備えたブレードの場合、後縁空洞用内部中子３１ｅに隣接する内部空洞用中子３１ｄの最大幅ｄｙは、面Ｙ２の位置では、ほぼ５ｍｍであり得る（もしくは約５０％広い）。したがって、この空洞用中子３１ｄに連結棒４０を埋め込むのに利用できるスペースは、先行技術のブレードの場合に比べてかなり広くなるので、連結棒４０の周囲の固定の深さおよび中子の厚さが増加し、中子要素３１、３２に亀裂が生じるのを防ぐことができるので、ブレードの製造時のブレードの廃棄率を大幅に低減することができる。
【００３６】
また、前縁空洞３１ａの方向に直接隣接する中央空洞用内部中子３１ｃは、これら２つの内部中子３１ｃ、３１ｄ間に形成された空洞間壁２０が上述したようなブレード１の前縁１３の方向のオフセット１６を有するように相補的な逆形状部３３とそれ自体適合する。
【００３７】
変形形態として、ブレード１が１つの中央空洞１９ｄのみを備える場合、第１の中子３１は、１つの中央空洞用内部中子３１ｃのみを備え、この中央空洞用内部中子３１ｄに直接隣接するのは、前縁空洞用内部中子３１ａである。したがってこれら２つの内部中子３１ａ、３１ｄ間に形成された空洞間壁２０が上述したようなブレード１の前縁１３の方向のオフセット１６を有するように相補的な逆形状部と適合するのは前縁の内部中子３１ａである。
【００３８】
膨出部３４および逆形状部３３は局部的であり、内部中子３１ｂ〜３１ｄ（１つの中央空洞のみを備えたブレードの場合は、それぞれ３１ａ）の上部の位置のみで延在し、後縁空洞用中子３１ｅに隣接する中子３１ｄでは、この膨出部３４の位置の幅が下部の位置の幅より広くなる。
【００３９】
膨出部３４の高さは、膨出部３４の位置で連結棒４０を固定させて、内部中子３１ｂ〜３１ｄに亀裂を生じることなく、槽状部１８の底部を形成する壁１７内に除塵穴３５を形成するのに十分である。また、膨出部３４は、中央空洞用内部中子３１ｅの上壁まで伸びる。
【００４０】
これらの除塵穴３５は、後縁中子３１ｅに隣接する内部中子３１ｄの形状を変更することによって、特に、内部中子３１ｄの上部に膨出部３４を有することで、容易に形成される。特に、後縁１４と前縁１３との間で横断面が徐々に大きくなったブレード１０の空気力学的形状により、膨出部３４を有することで、従来の中子の形態に比べて幅が広い中子３１の領域で連結棒４０を固定することができるので、連結棒４０と中子の主軸とがなす角度を制限することができる。したがって、穴３５を形成することは、鋳造にとって好ましく、また連結棒４０を固定する可能性を向上させる。
【００４１】
ロストワックス法のステップの後にブレード１０を仕上げる（穴を塞ぐ）ための追加ステップを回避するために、最後の項目として、保持棒４０の直径は除塵穴３５の好ましい直径に等しくなるように選択され得る。
【００４２】
図２および図３に示されているように、除塵穴３５は、斜めの穴であり、例えば、ブレード１の前縁１３に向かって傾斜される。しかし、この向きは限定的ではなく、ブレード１内の塵を確実に排出するために保持棒４０の直径に関しても考慮すべきである。
【００４３】
したがって、連結棒４０は、第２の中子要素３２の除塵穴３５を形成するために、連結棒４０が貫通する第２の中子要素３２が伸びる一般的な方向に対して斜めに傾斜される。
【００４４】
第２の中子要素３２はさらに、連結棒４０の固定を改善するために上部にボス部３６（図２）を備えることができる。
【００４５】
図２および図３に示されている鋳物用中子組立体３０は、ロウの抜き型を形成するのに使用され、その後、抜き型は外殻に埋め込まれ、中子が除去されて種々の空洞１９ａ〜１９ｅおよび槽状部１８が形成される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
2015508025.tif 000010
2015508025.tif 000011
2015508025.tif 000012
2015508025.tif 000013