(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの水流経路のタービン翼形部構成要素入口（３０、３８、４４）をその基部（３２）内に有し、外部ダブテール領域（２４）を前記基部（３２）の外部表面上に有するタービン翼形部構成要素（２０）を試験するための水流試験装置（５０）であって、
水入口（５４）を有する装置本体（５２）と、
該装置本体（５２）に一体化された取付けヘッド（５６）と、を含み、該取付けヘッド（５６）は、
前記少なくとも２つの水流経路のタービン翼形部構成要素入口（３０、３８、４４）の少なくとも１つに整合する、それを貫通する少なくとも２つのシール入口を有するゴム部材を含む物品シール（５８）と、
該物品シール（５８）にシール接触させてその中に前記タービン翼形部構成要素を受けるホルダ（７２）と、
を含み、該ホルダ（７２）は、
開いたとき前記ダブテール領域（２４）上で前記タービン翼形部構成要素（２０）と噛み合い、それが閉位置の方向に移動すると、前記タービン翼形部構成要素（２０）の前記基部（３２）を前記物品シール（５８）の方向に引き寄せるカム面を有するジョー機構（７４）と、
該ジョー機構（７４）を閉位置の方向へ付勢するスプリング（８６）と、
前記装置本体（５２）内の水流コントローラ（８８）と、
を含み、該水流コントローラ（８８）は、
前記水入口（５４）と水流連通するコントローラ入口（９０）と、
前記取付けヘッド（５６）の前記シール入口の１つと水流連通する少なくとも２つのコントローラ出口（６８、７０）と、
前記コントローラ入口（９０）と前記コントローラ出口（６８、７０）の間の水流通路内に配置され、一度に前記コントローラ出口（６８、７０）のうちの1つのみを前記コントローラ入口（９０）に制御可能に接続するように制御できる流れ制御バルブ（９４）と、
を含み、該流れ制御バルブ（９４）は、
前記コントローラ出口（６８、７０）の各々と水流連通するバルブボア（９６）と、
該バルブボア内に摺動可能に受けられ、各コントローラ出口（６８，７０）と摺動可能に位置合わせできる、そこを通り抜ける流路（１０２）を有するバルブコア（９８）と、
前記バルブボア（９６）の各端部に配置されて、前記バルブボア（９６）に対して前記バルブコア（９８）を摺動自在にシールする摺動コアシール（１００）と、
を含む、ことを特徴とする装置（５０）。
【請求項２】
前記水流コントローラ（８８）は、水流分配板（６６）を含み、
前記コントローラ出口（６８、７０）は、前記水流分配板に形成された分配板出口（６８、７０）である
ことを特徴とする請求項１に記載の装置（５０）。
【請求項３】
前記少なくとも２つのコントローラ出口（６８、７０）は、第１の分配板出口（６８）及び第２の分配板出口（７０）からなり、
前記少なくとも２つのシール入口は、第１のシール入口（６０）、第２のシール入口（６２）及び第３のシール入口（６４）からなり、
前記第１の分配板出口（６８）が前記第１のシール入口（６０）に位置合わせされ該第１のシール入口（６０）と連通し、
前記第２の分配板出口（７０）が前記第２及び第３のシール入口（６２、６４）に共に位置合わせされ該第２及び第３のシール入口（６２、６４）と連通する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置（５０）。
【請求項４】
前記少なくとも２つの水流経路は３つの水流経路からなり、前記タービン翼形部構成要素入口（３０、３８、４４）が３つであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置（５０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物品に水の流れを通過させることによる物品の水試験に関し、より具体的には、それを貫通する複数の流路を有する中空のタービン翼形部構成要素の水試験に関する。
【０００２】
【発明の背景】
一部の型式のタービン翼形部構成要素は中空とされ、翼形部構成要素の基部から翼形部構成要素の表面の種々の部位における開口部まで延びる、それを貫通する空気流路を有する。使用中には、冷却空気の流れは、基部で空気流路内に導入される。冷却空気は、タービン翼形部構成要素の内部を通って流れ、開口部から出る。この空気流により熱がタービン翼形部構成要素から除去される。更に、開口部からの空気流は、タービン翼形部構成要素の表面を覆う冷却空気のフィルムを形成して、高温の燃焼ガスから翼形部構成要素を保護する。
【０００３】
タービン翼形部構成要素の中空内部は、通常複数の領域に分割されて、内部構造を強化し、また分離された空気流路を形成する。この分離された空気流路は、例えば、高温燃焼ガスの流れに直接接触しているタービン翼形部構成要素の前縁に沿った、またタービン翼形部構成要素の後縁に沿った、またタービン翼形部構成要素の凹面すなわち圧力側に沿ったそれぞれの組の外部表面開口部に通じることができる。
【０００４】
タービン翼形部構成要素は、通常、適所に内部空気流路を有するようにこれを鋳造し、次いで外部表面から空気流路まで開口部を穴あけ加工することにより製造される。その後、タービン翼形部構成要素は、その外部表面部分及び必要に応じその空気流路の内部表面上にコーティングを施される。このコーティングは、表面上に保護層及び可能なら断熱層を形成して、タービン翼形部構成要素の寿命を延長させる。
【０００５】
製造工程の種々の段階で、タービン翼形部構成要素は、ガス流路から外部表面への開口部が開いていて障害物がないことを保証するために、水試験される。塞がれたあるいは殆ど塞がれた開口部は、例えば、開口部が形成されたときの欠陥あるいはコーティング工程の間での開口部の部分的又は完全な閉塞に起因する可能性がある。水試験においては、タービン翼形部構成要素の基部が水供給源に対して取付具で支持され、水が、使用中に空気が流れるのとほぼ同じ流路に沿って流れ、基部から空気流路を通り開口部から出る。開口部から出る水流は観察され、各々及び全ての開口部からの流れが十分であって、開口が妨害されていないかどうか判断される。
【０００６】
本発明に至る研究において、発明者等は、ある場合には、種々の空気流路によりもたらされる開口部の各々からの流れを目に見えるようにするのが非常に困難であることを認めた。その結果として、開口部が適切な寸法であり障害物がないことを確認することは困難である。従って、このような中空の物品を通る水流を試験するためのより良好な技法及び装置についての必要性がある。本発明は、この必要性を満たすものであり且つ関連した利点を更に提供する。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、複数の内部水流路を有するタービン翼形部構成要素のような中空物品の水流試験のための装置及び方法を提供する。本発明の方法では、種々の組の開口部を通る水流を、より容易に目に見えるようにすることができる。さらに、この装置は利用できる従来の装置に比べ、使用することが機械的な面でより容易である。
【０００８】
少なくとも２つの水流経路の物品入口を有する物品を試験するための水流試験装置は、水入口を有する装置本体と、装置本体に一体化された取付けヘッドを含む。取付けヘッドは、物品シールにシール接触させてその中に物品を受けるホルダと、その各々が水流経路の物品入口に整合する少なくとも２つの接続口を含む。装置本体内の水流コントローラは、水入口と水流連通するコントローラ入口と、その各々が取付けヘッドの接続口の１つと水流連通する少なくとも２つのコントローラ出口と、コントローラ入口とコントローラ出口の間の水流通路内に配置された流れ制御バルブを含む。流れ制御バルブは、一度にコントローラ出口のうちの1つのみをコントローラ入口に制御可能に接続するように制御できる。
【０００９】
１つの好ましい実施形態においては、ホルダはジョー機構含み、このジョー機構は、開いたとき物品の２つの対向する側部上で物品と噛み合い、ジョーが閉位置の方向に移動すると、物品を物品シールの方向に引き寄せる。ホルダは、ジョーを閉位置の方向に付勢するスプリングを更に含むことができる。物品シールは、それを貫通する少なくとも２つのシール入口を有するゴム部材を含む。流れ制御バルブは、コントローラ出口の各々と水流連通するバルブボアと、バルブボア内に摺動可能に受けられ、各コントローラ出口と摺動可能に位置合わせできる、そこを通り抜ける流路を有するバルブコアと、バルブボアの各端部に配置されて、バルブボアに対してバルブコアを摺動自在にシールする摺動コアシールを含む。
【００１０】
好ましくは、少なくとも２つの水流経路のタービン翼形部構成要素入口をその基部内に有し、外部ダブテール領域を基部の外部表面上に有するタービン翼形部構成要素を試験するための水流試験装置が提供される。水流試験装置は、水入口を有する装置本体と、装置本体に一体化された取付けヘッドを含む。取付けヘッドは、その各々が少なくとも２つの水流経路のタービン翼形部構成要素入口の少なくとも１つに整合する、それを貫通する少なくとも２つのシール入口を有するゴム部材を含む物品シールと、物品シールにシール接触させてその中にタービン翼形部構成要素を受けるホルダを含む。ホルダは、開いたときダブテール領域上でタービン翼形部構成要素と噛み合い、それが閉位置の方向に移動すると、タービン翼形部構成要素の基部を物品シールの方向に引き寄せるカム面を有するジョー機構を含む。スプリングがジョー機構を閉位置の方向へ付勢する。装置本体内の水流コントローラは、水入口と水流連通するコントローラ入口と、その各々が取付けヘッドのシール入口の１つと水流連通する少なくとも２つのコントローラ出口と、コントローラ入口とコントローラ出口の間の水流通路内に配置された流れ制御バルブを含む。流れ制御バルブは、一度にコントローラ出口のうちの1つのみをコントローラ入口に制御可能に接続するように制御できる。流れ制御バルブは、コントローラ出口の各々と水流連通するバルブボアと、バルブボア内に摺動可能に受けられ、各コントローラ出口と摺動可能に位置合わせできる、そこを通り抜ける流路を有するバルブコアと、バルブボアの各端部に配置されて、バルブボアに対してバルブコアを摺動自在にシールする摺動コアシールを含む。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例によって示す添付図面に関連してなされる、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、本発明の技術的範囲はこの好ましい実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、この場合は航空用ガスタービンエンジンのタービンブレードである、タービン翼形部構成要素２０を示す。タービン翼形部構成要素は、何れかの使用可能な材料で形成されるが、ニッケル基超合金であるのが好ましい。タービン翼形部構成要素２０は翼形部２２を含み、これに向かって高温排出ガスの流れが導かれる。タービン翼形部構成要素２０は、翼形部２２から下方に延び、タービンディスク（図示せず）のスロットと噛み合うダブテール２４により、タービンディスクに取付けられる。プラットフォーム２６は、翼形部２２がダブテール２４と結合する領域から外側に延びる。
【００１３】
内部経路は、タービン翼形部構成要素２０の内部を通って延び、翼形部２２の表面にある開口部で終わる。使用中は、冷却空気の流れが内部経路を通して導かれ、翼形部２２から熱を除去し、また空気の流れが開口部から出るときフィルム冷却効果を生じる。一部の設計においては、少なくとも２つ、通常それより多い内部経路が存在し、その各々はそれぞれの組の開口部で終わっている。図２は、タービン翼形部構成要素２０が３つの内部経路、及び各内部経路と組み合わされた別々の組の開口部を有する場合を示す。第１の内部経路２８は、ダブテール２４の基部３２内の第１のタービン翼形部構成要素入口３０から、タービン翼形部構成要素２０の前縁上の第１の組の開口部３４まで延びる。第２の内部経路３６は、ダブテール２４の基部３２内の第２のタービン翼形部構成要素入口３８から、タービン翼形部構成要素２０の圧力（凹状）面上の第２の組の開口部４０まで延びる。第３の内部経路４２は、ダブテール２４の基部３２内の第３のタービン翼形部構成要素入口４４から、タービン翼形部構成要素２０の後縁上の第３の組の開口部４６まで延びる。
【００１４】
タービン翼形部構成要素が製造されるとき、それぞれの経路及び各組の開口部は、タービン翼形部構成要素入口に入り、経路を沿って流れ、開口部から出る水の流れで試験される。従来の方法では、タービン翼形部構成要素入口の全ての中に同時に水流が導入されるため、開口部の全てから同時に水が流れ出る。この方法は種々の開口部からの流れの観察を困難にする。他方、本発明の方法では、個々の経路及びその組の開口部あるいはそれらの組合わせを通して、水流は制御可能に導かれる。
【００１５】
図３ないし図９は、基部３２内に、少なくとも２つ、この場合は３つの水流経路のタービン翼形部構成要素入口３０、３８、及び４４を有するタービン翼形部構成要素２０の水流試験のための好ましい水流試験装置５０を示す。図３及び図４に見られるように、装置５０は水入口５４を有する装置本体５２を有する。
【００１６】
図４を参照すれば、取付けヘッド５６は装置本体５２に一体化されている。
取付けヘッド５６は、水流試験の間、この場合はタービン翼形部構成要素２０である水流試験される物品を、装置本体５２に一時的に取付ける。取付けヘッド５６は、タービン翼形部構成要素２０のダブテール２４の基部３２を装置本体５２に対してシールする物品シール５８を含む。図９に詳細に示す物品シール５８は、好ましくはゴム部材であって、少なくとも２つの貫通するシール入口を有し、各シール入口は水流経路入口の少なくとも１つに整合する。この場合、物品シール５８は３つのシール入口６０、６２、及び６４を有する。シール入口６０、６２、及び６４の各入口は、タービン翼形部構成要素入口３０、３８、及び４４のそれぞれの入口に整合する。
【００１７】
図８に示す水流分配板６６は、物品シール５８が水流分配板６６とタービン翼形部構成要素２０のダブテール２４の基部３２との間に位置するように配置される。水流分配板６６は、シール入口６０、６２、及び６４の個々の入口、あるいはシール入口６０、６２、及び６４の選択された組み合わせの中に、従ってそれぞれのタービン翼形部構成要素入口３０、３８、及び４４の中に、水が導入されるようにする。図示した場合では、水はシール入口６０単独に導入されるか、あるいはそれに代えて入口６２及び６４に共に導入されるようになっている。この目的のため、水流分配板６６は、シール入口６０と位置合わせされまたこれと連通する第１の分配板出口６８と、シール入口６２及び６４と共に位置合わせされまたこれらと連通する第２の分配板出口７０を有する。
【００１８】
ホルダ７２はタービン翼形部構成要素２０を受け、ダブテール２４の基部３２を物品シール５８にシール接触させるように保持する。ホルダ７２は、装置本体５２上に位置した固定ジョー７６と可動ジョー７８とを含むジョー機構７４を備えるのが好ましい。可動ジョー７８は、枢軸点８２で装置本体５２に枢動可能に固定された枢動アーム８０の端部に位置する。可動ジョー７８から枢軸点８２の反対側に位置する枢動アームのハンドル８４は、ジョー機構７４を開くように押し下げることができ、ジョー７６と７８を相互に離れる方向に移動させ、ジョー７６と７８との間に基部３２が挿入できるようにする。次いで、ハンドル８４が緩められ、基部３２がジョー７６と７８との間に捕捉される。圧縮スプリング８６が、ハンドル８４と装置本体との間で伸長してジョー機構７４を閉位置の方向に付勢し、基部３２がジョー７６と７８との間に捕捉された状態にする。ジョー７６及び７８はそれぞれカム面７７及び７９を有し、これらカム面は、開いたときダブテール領域２４上でタービン翼形部構成要素２０と噛み合い、ジョー機構が閉位置の方向に移動すると、タービン翼形部構成要素２０の基部３２を、物品シール５８の方向にこれとシール接触するように引き寄せる。
【００１９】
ジョー機構７４は、ここではタービン翼形部構成要素２０である水試験される物品と噛み合い、水試験の間、物品シール５８とシール接触させてこれを保持する。ジョー機構の使用は、回転操作や他の複雑な操作でなく、ジョー機構を開いて閉じる簡単で容易に実行される把握操作で、水試験を行なう人が噛み合わせとシールを行なえるようにする。ジョーによる手法は、これら他の可能な手法に比べ、より人間工学的に優れている。
【００２０】
図５ないし図７に示す水流コントローラ８８は、装置本体５２内部に位置し、水入口５４からシール入口６０、６２、及び６４への、従ってそれぞれのタービン翼形部構成要素入口３０、３８、及び４４への水の流れを制御する。水流コントローラ８８は、装置本体５２の水入口５４と水流連通するコントローラ入口９０を備える。コントローラ入口９０は、水流コントローラ８８の入口プレナム９２に連通する。水流コントローラ８８は、少なくとも２つのコントローラ出口を有する。この場合では、コントローラ出口は、分配板６６の分配板出口６８及び７０である。各コントローラ出口は、シール入口６０、６２、及び６４の少なくとも１つに水流連通している。
【００２１】
水流コントローラ８８の流れ制御バルブ９４は、コントローラ入口９０と分配板出口６８及び７０との間の水流通路に配置される。流れ制御バルブ９４は、一度にコントローラ出口６８及び７０のうちの１つのみをコントローラ入口に制御可能に接続するように制御できる。流れ制御バルブは何れかの使用できる型式であってよい。好ましい実施形態においては、流量制御バルブは摺動作動バルブである。摺動式流れ制御バルブ９４は、装置本体５２の両側部の間を横断して（すなわち枢軸点８２での枢軸ピンと平行に）延びるバルブボア９６を含む。バルブボア９６は、入口プレナム９２と、従って、１側でコントローラ入口９０及び水入口５４と、そして他側で分配板出口６８及び７０の各々と水流連通する。ほぼ円筒対称のバルブコア９８が、バルブボア９６内部に摺動可能に受けられ、各端部でＯ−リングシール１００によってバルブボア９６に対してシールされる。摺動バルブコア９８は、各分配板出口６８及び７０と摺動可能に位置合わせできる、それを通り抜ける流路１０２を有する。図示した実施形態においては、流路１０２は円周流路であり、この円周流路はバルブコア９８がその縦軸の周りで回転しているか否かに拘らず水流をもたらす。
【００２２】
水流試験装置５０を操作するため、水入口５４が、何れかの使用できる水及び水圧供給源に接続される。発明者等は、約２０ないし約３０ｐｓｉの水圧が満足できるものであることを見出しているが、本発明はそのように限定されるものではない。ハンドル８４が押し下げられ、タービン翼形部構成要素２０がジョー７６と７８との間に挿入される。ハンドル８４が緩められると、タービン翼形部構成要素２０のダブテール２４がジョー７６及び７８のカム面７７と７９との間に捕捉され、これにより基部３２が物品シール５８に対してシールされる。水流コントローラ８８のバルブコア９８がバルブボア内を縦方向に動かされて、加圧された水入口５４と出口６８又は７０のどちらか一方との水流通路が一度に１つずつ確立される。これにより、水流が、内部経路２８、３６及び４２中へ、従ってタービン翼形部構成要素２０の開口部３４、４０、及び４６のそれぞれの組に導入されるようになる。各組の開口部からの流れが観察され、各開口部が自由に流れるかあるいは閉塞されているかが判断される。水流試験が完了したときは、ハンドル８４が押し下げられ、タービン翼形部構成要素２０がジョー機構７４から取り外される。
【００２３】
本発明の特定の実施形態を、例示の目的のために詳細に記載したが、本発明の技術思想及び技術的範囲から離れることなく、種々の修正及び強化を行なうことができる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲による以外には限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  タービン翼形部構成要素の斜視図。
【図２】  線２−２による、図１のタービン翼形部構成要素の断面図。
【図３】  タービン翼形部構成要素を試験するための水流試験装置の一部分解斜視図。
【図４】  一部断面で示したタービン翼形部構成要素が水流試験のための位置にある状態における、図３の水流試験装置の正面図。
【図５】  図３の線５−５による水流試験装置の水流コントローラの断面図。
【図６】  図５の線６−６による水流コントローラの断面図。
【図７】  図５の線7−７による図５の水流コントローラの断面図。
【図８】  水流コントローラの水流分配板の正面図。
【図９】  水流試験装置とタービン翼形部構成要素との間のシールの斜視図。
【符号の説明】
２０  タービン翼形部構成要素
２４  ダブテール
３２  基部
５０  水流試験装置
５２  装置本体
５４  水入口
５６  取付けヘッド
５８  物品シール
６６  水流分配板
７２  ホルダ
７４  ジョー機構
７６  固定ジョー
７７  固定ジョーのカム面
７８  可動ジョー
７９  可動ジョーのカム面
８０  枢動アーム
８２  枢軸点
８４  ハンドル
８６  圧縮スプリング
８８  水流コントローラ
９０  コントローラ入口
【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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