(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の輪郭を有した孔を製造する方法を提供する。【解決手段】第１の面３と、第２の面４と、前記第１の面と第２の面との間の壁厚さとを有した壁２に製造される、所定の輪郭を有した孔８を製造する方法。前記方法は、前記第１の面から前記壁内へと延在する第１の非貫通孔２０であって、該第１の孔が前記壁の第２の面を貫通しないように、前記第１の孔の遠位側端部が前記壁内に配置されている第１の非貫通孔２０を製造するステップと、前記第１の孔に流体接続されていて、前記壁の第２の面を貫通するスルーホール４０を製造するステップとを有している。【選択図】図３
2016128207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面（３）と第２の面（４）とを有した壁（２）に製造される、所定の輪郭を有した孔（８）を製造する方法であって、
前記第１の面から前記壁内へと延在する第１の非貫通孔（２０）であって、該第１の孔が前記壁の第２の面を貫通しないように、前記第１の孔の遠位側端部（２２）が前記壁内に配置されている第１の非貫通孔（２０）を製造するステップと、
前記第１の孔に流体接続されていて、前記壁の第２の面を貫通するスルーホール（４０）を製造するステップと、を有することを特徴とする、所定の輪郭を有した孔（８）を製造する方法。
【請求項２】
第１の横断面積を有する前記第１の孔（２０）を製造するステップと、スルーホール横断面積を有する前記スルーホール（４０）を製造するステップと、前記スルーホール横断面積を前記第１の横断面積よりも小さく選択するステップとを有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の孔に流体接続されている第２の非貫通孔（３０）であって、該第２の孔が前記壁の第２の面を貫通しないように、前記第２の孔の遠位側端部（３２）が前記壁内に配置されていて、前記第２の孔は特に前記スルーホール（４０）に流体接続されている、第２の非貫通孔（３０）を製造するステップを有している、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
第１の横断面積を有する前記第１の孔（２０）を製造するステップと、
第２の孔の横断面積を有する前記第２の孔（３０）を製造するステップと、スルーホール横断面積を有する前記スルーホール（４０）を製造するステップと、を有していて、
前記スルーホール横断面積は、前記第１の横断面積と前記第２の横断面積のうち少なくとも一方よりも小さく、
特に、前記スルーホール横断面積は、前記第１の横断面積と前記第２の横断面積の両方よりも小さく、
さらに、特に前記スルーホール横断面積は前記第２の横断面積よりも小さく、前記第２の横断面積は前記第１の横断面積よりも小さい、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記第１の孔（２０）を製造するステップは、第１の入口位置で前記第１の面（３）を貫通し、第１の入口開口を形成するステップと、第１の孔の軸線（２１）に沿って前記壁内に工具を前進させるステップと、前記工具の前進を前記壁の第２の面（４）に達する前に停止させて、第１の孔の遠位側端部（２２）を形成するステップとを有していて、
前記第２の孔（３０）を製造するステップは、第２の入口位置で前記第１の面（３）を貫通し、第２の入口開口を形成するステップと、第２の孔の軸線（３１）に沿って前記壁内に工具を前進させるステップと、前記工具の前進を前記壁の第２の面（４）に達する前に停止させて、第２の孔の遠位側端部（３２）を形成するステップを有していて、
前記スルーホール（４０）を製造するステップは、前記第１の入口位置と前記第２の入口位置とは異なるスルーホール入口位置で前記第１の面（３）を貫通し、スルーホール入口開口を形成するステップと、スルーホール軸線（４１）に沿って前記壁内に工具を前進させるステップと、前記工具の前進を前記壁の第２の面（４）が貫通されるまで続けて、前記スルーホールを形成するステップとを有しており、
当該方法はさらに、前記第１の孔の軸線と前記第２の孔の軸線と前記スルーホールの軸線とを、これらの孔がそれぞれ、少なくとも１つの別の孔と交差するように、特に３つ全ての孔が１つの共通の交差位置で交差するように、さらに特に前記スルーホールが、前記第１の孔及び前記第２の孔と、１つの共通の第１及び第２の孔の遠位側端部位置で交差するように、選択するステップを有していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記スルーホール軸線（４１）を、前記スルーホール入口位置における前記壁の第１の面の法線（９）との主傾斜角（α）を含むように選択し、前記スルーホール軸線（４１）と前記スルーホール入口位置における前記壁の第１の面の法線（９）とによって形成される主平面（１１）を規定するステップと、
前記第１の孔の軸線（２１）と前記第２の孔の軸線（３１）とを、各孔の入口位置における前記壁の第１の面の法線との第１の傾斜角と第２の傾斜角とを含むように選択するステップと、を有し、
前記第１の孔の軸線（２１）と前記第２の孔の軸線（３１）とは、前記主平面に投影した場合に、前記スルーホール入口位置における前記面の法線との投影された第１の傾斜角と第２の傾斜角とを含み、
前記投影された第１の傾斜角と第２の傾斜角とをそれぞれ、前記主傾斜角よりも大きいように選択する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記スルーホール軸線（４１）を、前記スルーホール入口位置における前記壁の第１の面の法線（９）との主傾斜角（α）を含むように選択し、前記スルーホール軸線（４１）と前記スルーホール入口位置における前記壁の第１の面の法線（９）とによって形成される主平面（１１）を規定するステップと、前記第１の孔の入口位置と前記第２の孔の入口位置とを、前記主平面（１１）から横方向にずらすように選択するステップと、特に、前記第１の孔の入口位置と前記第２の孔の入口位置とを前記主平面の異なる側に選択するステップとを有する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の入口開口と前記第２の入口開口とを重ならないように配置するステップ、特に前記第１の入口開口と前記第２の入口開口とスルーホール入口開口とを、各入口開口がそれぞれ別の入口開口と重ならないように配置するステップを有している、請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記第１の孔（２０）と前記第２の孔（３０）と前記スルーホール（４０）との間の材料を除去するステップを有し、該材料を除去するステップは特に、切りくず除去機械加工プロセスを、特にフライス加工プロセスを適用するステップを有している、請求項５から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記スルーホール軸線（４１）と前記第２の孔の軸線（３１）のうちの少なくとも一方を、前記第１の孔の軸線（２１）に対して少なくともほぼ平行かつ横方向にずらすように選択するステップを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の孔の軸線（３１）を、前記第１の孔の軸線（２１）に対して少なくともほぼ平行かつ横方向にずらすように選択するステップと、前記スルーホール軸線（４１）を、前記第２の孔の軸線（３１）に対して少なくともほぼ平行かつ横方向にずらすように選択するステップとを有している、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の孔の軸線（３１）を前記第１の孔の軸線（２１）に対して、第１のずれによって横方向にずらすように選択するステップと、前記スルーホール軸線（４１）を前記第２の孔の軸線（３１）に対して、第２のずれによって横方向にずらすように選択するステップと、前記第１のずれと前記第２のずれとが、互いに少なくともほぼ一直線上にあるように選択するステップとを有している、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記軸線のずれを、前記孔の各周縁（２３，３３，４３）が互いに接するように選択するステップを有している、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の孔の間の移行部を均し、これにより連続的な内面を有する扇形孔（８２）を形成するステップを有する、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
孔を製造するステップが、穿孔するステップ、特にペックドリル加工ステップを有する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、請求項１の上位概念部に記載の形式の所定の輪郭を有した孔を形成する分野に関する。このような孔は、例えばガスタービンにおいて、例えば膨張タービンブレード又はベーン上のフィルム冷却孔として適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンの高度に熱負荷される構成部分を冷却する場合、しばしばフィルム冷却が適用される。フィルム冷却のためには、例えばブレード、ベーン、プラットフォームといったガスタービンの構成部分の熱負荷される表面に沿って冷却流体がガイドされ、この表面に沿って流れるよう意図されている。従って、フィルム冷却孔は、構成部分表面に沿うように向けられたクーラント層を提供し、構成部分表面からクーラント流が分離することを回避するために、傾けられ、ディフューザ状に形成される必要がある。
【０００３】
例えば電気化学的方法又はレーザー穿孔といった手段によりこのような冷却孔を形成することが公知である。前者の製造法は時間がかかり高価である。レーザー穿孔は、結果として著しい熱摂取を伴うかもしれず、これは冶金品質に影響を与える場合があり、例えば中空のブレード又はベーンの反対側の壁への背面打撃となる場合もある。
【０００４】
断熱皮膜を貫通する穿孔や、必要とされる寸法精度並びに気流力も同様に、冷却孔を製造するうえで課題となろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の目的は、所定の輪郭を有した孔を製造する方法を提供することである。本開示の一態様においては、公知技術の欠点の回避する方法が提供されるべきである。さらなる態様では、所定の輪郭を有した孔を形成する迅速かつ安価な方法を可能にする方法が提供されるべきである。本開示のさらなる目的は、冷却孔を、特にガスタービン構成部分用の冷却孔を、特にフィルム冷却孔を製造する方法を提供することである。より特定の態様では、このような孔は、例えばブレード、ベーン、プラットフォームに製造されるべきである。孔をフィルム冷却孔として意図して使用するためには、例えば、意図した高温ガス流方向内へ孔を傾斜させる、又は、高温ガス側で流出する冷却空気が冷却すべき面に沿ってできるだけ接線方向に流れ、冷却空気流が高温ガス流を干渉しないようにディフューザとして形づくる、といった特定の境界条件を満たす必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に開示された方法により達成される。
【０００７】
従って、第１の面と第２の面とを有した壁に製造される、所定の輪郭を有した孔を製造する方法であって、前記第１の面から前記壁内へと延在する第１の非貫通孔であって、該第１の孔が前記壁の第２の面を貫通しないように、前記第１の孔の遠位側端部が前記壁内に配置されている第１の非貫通孔を製造するステップと、前記第１の孔に流体接続されていて、前記壁の第２の面を貫通するスルーホールを製造するステップと、を有した方法が開示されている。互いに流体接続されているこれらの孔は、これらの孔のうちの一方へと方向付けられた流体が、他方の孔内へと流れることができるものとして理解される。実施態様では、このことは、これらの孔が互いに対する接続部を有していることを意味している。以下に概説するように、複数の孔が間接的に接続されていても良い。
【０００８】
孔は円形の横断面を有していて良く、本開示の教示をより特殊な態様で適用する場合には、円筒状の孔であって良く、さらにより特別には円筒状の穴であって良い。
【０００９】
非貫通孔は、本開示の所定の態様では袋孔として特徴付けられていて良いが、以下でより明らかになるように、所定の実施態様では、非貫通孔は、別の孔に位置する遠位側端部を有するものであって、従ってより厳密に言うならば袋孔ではないと考えて良い。しかしながら、孔は、第１の面から第２の面へと壁を貫通することはない。
【００１０】
注意すべきことは、スルーホール製造前に第１の非貫通孔を製造することは必須ではないということである。孔を製造する順序は、任意の適切な方法で選択することができる。しかしながら、以下により詳しく説明するように、スルーホールを製造する前に非貫通孔を製造する方が、所定の実施態様では有利であると思われるかもしれない。
【００１１】
この開示内では「遠位側」という用語が使用されていることも注意すべきことである。孔の遠位側端部とは、前記孔を製造するために使用される工具の先端で形成される孔の端部を意味している。
【００１２】
孔の製造は、少なくとも１つの穿孔ステップを有していて良く、特にペックドリル加工を有していて良い。
【００１３】
本開示による方法の所定の態様では、この方法は第１の横断面積を有する前記第１の孔を製造するステップと、スルーホール横断面積を有するスルーホールを製造するステップと、前記スルーホール横断面積を前記第１の横断面積よりも小さく選択するステップとを有している。冷却孔の関連では、スルーホールは調量孔を提供して良く、この場合、スルーホール横断面積は、冷却孔を通るクーラント質量流又は体積流を制限する。
【００１４】
本開示による方法のさらなる態様では、この方法は、前記第１の孔に流体接続されている第２の非貫通孔であって、該第２の孔が前記壁の第２の面を貫通しないように、前記第２の孔の遠位側端部が前記壁内に配置されている、第２の非貫通孔を製造するステップを有している。所定の態様では、前記第２の非貫通孔は、第１の非貫通孔とスルーホールそれぞれに直接流体接続されていて、即ち接続部を有していて、従って、スルーホールと第１の非貫通孔との間の間接的な流体接続を提供するように製造されて良い。同様に、例えば、第１の非貫通孔が、スルーホールと第２の非貫通孔との間の間接的な流体接続を提供するように製造されても良い。
【００１５】
再度、注意すべきことは、第２の非貫通孔製造前に第１の非貫通孔を製造することは必須ではないということである。例えば、以下の順序のうちのいずれか１つで実行される方法の態様が考えられる；
最初に、第１の非貫通孔を製造し、次いで第２の非貫通孔を製造し、その後スルーホールを製造する；又は、
最初に、スルーホールを製造し、次いで第１の非貫通孔を製造し、その後第２の非貫通孔を製造する、
その他の製造順序を考えることもできる。
【００１６】
本開示の教示を適用する所定の態様では、この方法は、第１の横断面積を有する前記第１の孔を製造するステップと、第２の孔横断面積を有する第２の孔を製造するステップと、前記第１及び第２の横断面積の少なくとも一方よりも小さいスルーホール横断面積を有するスルーホールを製造するステップとを有していて良い。特に、スルーホール横断面積は、前記第１及び第２の横断面積の両方よりも小さくて良い。本開示の教示を適用するさらに特別な態様では、前記スルーホール横断面積が前記第２の横断面積よりも小さく製造されて良く、前記第２の横断面積が前記第１の横断面積よりも小さく製造されて良い。結果として、孔が円形の横断面を有している、又はより詳しくは孔が円筒状の穴である態様では、スルーホールの直径は、第１及び第２の直径の少なくとも一方より小さいことが理解される。特に、スルーホール直径は、前記第１及び第２の孔の直径の両方よりも小さくて良い。より特別な態様では、スルーホール直径は、第２の孔の直径よりも小さくて良く、第２の孔の直径は第１の孔の直径よりも小さくて良い。
【００１７】
本開示による方法を実施するさらなる態様では、第１の孔を製造するステップは、第１の入口位置で前記第１の面を貫通し、第１の入口開口を形成するステップと、第１の孔の軸線に沿って前記壁内に工具を前進させるステップと、前記工具の前進を前記壁の第２の面に達する前に停止させて、第１の孔の遠位側端部を形成するステップとを有している。第２の孔を製造するステップは、第２の入口位置で前記第１の面を貫通し、第２の入口開口を形成するステップと、第２の孔の軸線に沿って前記壁内に工具を前進させるステップと、前記工具の前進を前記壁の第２の面に達する前に停止させて、第２の孔の遠位側端部を形成するステップとを有している。スルーホールを製造するステップは、前記第１の入口位置と前記第２の入口位置とは異なるスルーホール入口位置で前記第１の面を貫通し、スルーホール入口開口を形成するステップと、スルーホール軸線に沿って前記壁内に工具を前進させるステップと、前記工具の前進を前記壁の第２の面が貫通されるまで続けて、前記スルーホールを形成するステップとを有している。当該方法はさらに、前記第１の孔の軸線と前記第２の孔の軸線と前記スルーホールの軸線とを、これらの孔がそれぞれ、少なくとも１つの別の孔と交差して、この場合、これらの孔が互いに流体接続されるように、特に３つ全ての孔が１つの共通の交差位置で交差するように、さらに特に前記スルーホールが、前記第１の孔及び前記第２の孔と、１つの共通の第１及び第２の孔の遠位側端部位置で交差するように、選択するステップを有している。換言すると、本開示の教示を適用するこの態様では、この方法は、壁の第１の面の異なる位置に各孔を形成するステップと、これらの孔がそれぞれ、壁の内側で少なくとも１つの別の孔に交わるようにこれらの孔を製造するステップとを有している。結果として各孔は互いに流体接続されている。より特別な態様では、これらの孔は、全ての孔が１つの共通の交点で交わるように、従って互いに直接に流体接続されるように製造される。この方法を実施するさらに特別な態様では、前記共通の交点は、各非貫通孔、即ち第１及び第２の孔の終端点又は遠位側端部と同一であるように、選択される。
【００１８】
さらに特別な態様では、スルーホール軸線は、前記スルーホール入口位置における壁の第１の面の法線との主傾斜角を含むように選択され、前記スルーホール軸線と前記スルーホール入口位置における前記壁の第１の面の法線とによって形成される主平面が規定される。前記第１の孔の軸線と前記第２の孔の軸線とは、各孔の入口位置における前記壁の第１の面の法線との第１の傾斜角と第２の傾斜角とを含むように選択される。前記第１の孔の軸線と前記第２の孔の軸線とは、前記主平面に投影した場合に、前記スルーホール入口位置における前記面の法線との投影された第１の傾斜角と第２の傾斜角とを含む。前記第１の軸線及び第２の軸線はそれぞれ、投影された傾斜角がそれぞれ、前記主傾斜角よりも大きいように選択されている。換言すると、スルーホールが主傾斜方向を規定し、第１の孔及び第２の孔は、スルーホールよりも大きく、前記傾斜方向に向かって傾斜している。
【００１９】
スルーホール軸線は、前記スルーホール入口位置における壁の第１の面の法線との主傾斜角を含むように選択されて良く、前記スルーホール軸線と前記スルーホール入口位置における前記壁の第１の面の法線とによって形成される主平面が規定される。第１の孔の入口位置と第２の孔の入口位置とは、前記主平面から横方向にずらされるように選択されて良く、特に、第１の孔の入口位置と第２の孔の入口位置とが前記主平面の異なる側に配置されるように選択されて良い。特に、対称的な配置を選択することができ、この場合、第１の孔の入口位置と第２の孔の入口位置とは、スルーホール入口位置から同じ距離を置いて、又は主平面から同じ距離を置いて、又はスルーホール傾斜方向に沿って、かつスルーホール傾斜方向を横切って配置される。
【００２０】
さらに、この方法は、前記第１の入口開口と前記第２の入口開口とを重ならないように配置するステップを有していて良く、特に前記第１の入口開口と前記第２の入口開口とスルーホール入口開口とを、各入口開口がそれぞれ別の入口開口と重ならないように配置するステップを有していて良い。
【００２１】
本開示による方法を実施するさらに別の態様では、この方法はさらに、前記第１の孔と前記第２の孔と前記スルーホールとの間の材料を除去するステップを有していて良く、該材料を除去するステップは特に、切りくず除去機械加工プロセスを、特にフライス加工プロセスを適用するステップを有している。この方法は、高速切断プロセスを適用するステップを有していて良い。これはさらに、壁の第１の面における所定の輪郭を有した孔の入口開口の少なくとも１つの所定の輪郭を有した形状及び所定の輪郭を有した孔の縦断面を形づくるステップを有していて良い。この形づくるステップは特に、切りくず除去機械加工プロセス、特にフライス加工プロセス又は高速切断プロセスを適用するステップを有していて良い。
【００２２】
本開示の教示を適用する別の態様では、前記スルーホール軸線と前記第２の孔の軸線のうちの少なくとも一方が、前記第１の孔の軸線に対して少なくともほぼ平行かつ横方向にずらされているように選択される。これは、孔の横断面及び軸線のずれを、軸方向で見て、全ての孔周縁が、孔の周縁のうちの１つによって規定された周縁に含まれるように選択するステップを含んでいて良い。より特別な態様では、この方法は、前記第２の孔の軸線を、前記第１の孔の軸線に対して少なくともほぼ平行かつ横方向にずらされているように選択するステップと、前記スルーホール軸線を、前記第２の孔の軸線に対して少なくともほぼ平行かつ横方向にずらされているように選択するステップとを有していて良い。この方法はさらに、前記第２の孔の軸線を前記第１の孔の軸線に対して、第１のずれによって横方向にずらされているように選択するステップと、前記スルーホール軸線を前記第２の孔の軸線に対して、第２のずれによって横方向にずらされているように選択するステップと、前記第１のずれと前記第２のずれとが、互いに少なくともほぼ一直線上にあるように選択するステップとを有していて良い。
【００２３】
軸線のずれは、孔の周縁が互いに接するように孔の横断面に応じて選択されて良い。
【００２４】
前記孔が異なる横断面を有していて、孔の周縁が互いの内に含まれるならば、結果として、段状の縦断面を有した所定の輪郭を有した孔が生じることがわかるだろう。この方法はさらに、次いで前記複数の孔周縁の間の移行部を均し、これにより連続的な内面を有する扇形孔を形成するステップを有していて良い。均すステップは、切りくず除去プロセスを含んでいて良く、フライス加工プロセスを有していて良い。この方法は、高速切断プロセスを適用するステップを有していて良い。
【００２５】
本開示の教示を適用する所定の態様では、孔の製造は、穿孔ステップを有していて良く、特にペックドリル加工ステップを有していて良い。
【００２６】
ここに開示されたように方法を実施する特別な態様では、この方法は、第１の袋孔を穿孔し、該第１の袋孔の遠位側端部を平らにするステップと、第１の袋孔の底面又は遠位側端部からスルーホールを穿孔するステップとを有する。これは、スルーホール直径を、第１の孔の直径よりも小さく選択するステップを有している。この方法は、スルーホール軸線を、第１の孔軸線に対して平行かつずらして配置するステップを有していて良く、さらに、このずれを、スルーホール周縁が第１の孔の周縁に接するように配置するステップを有していて良い。この方法はさらに、次いで、第１の孔とスルーホールとの間の段状の移行部を滑らかにするステップを有していて良い。この滑らかにするステップは、切りくず除去プロセス、例えばフライス加工プロセス及び／又は高速切断プロセスを適用するステップを有していて良い。
【００２７】
第１の孔とスルーホールの形成する順番を変更することが考えられる。
【００２８】
ここに開示したような方法を実施するさらに特別な態様では、この方法は、第１の深さを有した第１の袋孔を穿孔するステップと、第２の深さを有した第２の袋孔を穿孔するステップと、スルーホールを穿孔するステップとを有していて良く、この場合、各深さを壁の第１の面から測定して、前記第２の深さは前記第１の深さよりも大きい。特に、スルーホール直径は、第２の孔の直径よりも小さく選択されて良く、第２の孔の直径は第１の孔の直径よりも小さく選択されて良い。特に孔軸線は、互いにずらされていて良い。さらに特に、スルーホール周縁が第２の孔の周縁の内側に位置し、第２の孔の周縁が第１の孔の周縁の内側に位置するように、ずれを選択することができる。さらに、スルーホール周縁が第２の孔の周縁に接していて、かつ／又は第２の孔の周縁が第１の孔の周縁に接しているように、ずれを選択することができる。さらに、軸方向から見た図において、スルーホール周縁と第２の孔の周縁と第１の孔の周縁とが、共通の接点で互いに接しているように、ずれを選択することができる。
【００２９】
本開示の教示を適用する前記態様はさらに、第１の袋孔を穿孔し、該第１の袋孔の遠位側端部又は底面を平らにするステップと、前記第１の袋孔の遠位側端部から第２の袋孔を穿孔し、該第２の袋孔の遠位側端部又は底面を平らにするステップと、前記第２の袋孔の遠位側端部又は底面からスルーホールを穿孔するステップとを有していて良い。前記態様は、ずれた軸を有する複数の孔を穿孔するステップを有していて良く、この場合、ずれは互いに少なくともほぼ一直線上にあって良く、かつ／又は孔の周縁が互いに接しているように選択されていて良い。この態様はさらに、次いで、第１の孔と第２の孔とスルーホールとの間の段状の移行部を滑らかにするステップを有していて良い。この滑らかにするステップは、切りくず除去プロセス、例えばフライス加工プロセスを適用するステップを有していて良い。第１の孔と第２の孔とスルーホールの形成する順番を変更することが考えられる。
【００３０】
本開示の教示内にあるさらに別の態様では、第１の袋孔は、壁の第１の面上にある第１の入口位置を始点として穿孔される。第２の袋孔は、第１の壁面の第１の面上にある第２の入口位置を始点として穿孔され、第２の孔軸線は、第２の孔が第１の袋孔の底面又は遠位側端部に交わるように配置されている。特に、第２の袋孔の深さは、第２の袋孔の底面又は遠位側端部が、第１の袋孔の底面又は遠位側端部と一致するように選択されていて、従って壁内にＶ字形孔の形状が形成される。壁の第１の面から壁の第２の面まで壁を貫通するスルーホールは、スルーホール入口位置を始点として穿孔され、スルーホール軸線は、スルーホールがＶ字形孔の先端に交わるように選択される。次いで、第１の孔と、第２の孔と、スルーホールとの間に残っている材料が、特に、例えばフライス加工プロセスのような切りくず除去プロセスにより除去される。さらに材料は、扇形孔の形となるように、前記除去プロセスにより除去されて良い。
【００３１】
上述した方法で穿孔される全ての孔は、傾けられたフィルム冷却孔が壁内に形成されるように、壁で傾けられていて良いことがわかる。
【００３２】
さらに、多数の冷却孔、特にフィルム冷却孔を形成するように、壁の様々な位置でこの方法が適用されて良いことがわかる。
【００３３】
以下の記載は、ここに開示されたような方法に概して適用することができ、即ち、請求項１に記載した全ての方法に、及び上述した又は別の形でここに開示した本開示の教示を適用する全ての態様に適用することができる。
【００３４】
断熱皮膜は、壁の第１の面上に存在していて良い。従って本方法は、孔を製造する前に、壁の第１の面上の少なくとも孔の入口点における断熱皮膜を局所的に除去するステップを有していて良い。
【００３５】
本開示による方法は、熱負荷される構成部分の壁、特に熱負荷されるガスタービン構成部分の壁に冷却孔、特にフィルム冷却孔を製造するために適用することができる。これら構成部分は、これに限定されるわけではないが、例えば、ベーン、プラットフォーム、遮熱板、又は燃焼器エレメントであって良い。これらの構成部分は例えば、運転時に壁の第１の面上を高温ガス流が流れるガスタービンエンジンの高温ガス流路での使用が意図されている。意図した高温ガス流方向は、壁の第１の面上で規定される。ここに開示された方法をフィルム冷却孔製造のために適用する際には、フィルム冷却孔が壁の第２の面で導入されて、冷却孔を通って流れ、壁の第１の面で放出される冷却空気の層が、構成部分面に沿って、意図した高温ガス流方向内へと方向付けられた流れ成分を有するならば好適である。本開示の教示を適用する好適な態様では、少なくとも１つの孔の軸線が、壁の第１の面上の法線に対して傾けられていて、意図した高温ガス流方向内へと向かっている。従って、少なくとも１つの孔軸線が、特にスルーホール軸線が、スルーホール入口位置における壁の第１の面の法線との主傾斜角を含むように選択され、前記スルーホール軸線と前記スルーホール入口位置における前記壁の第１の面の法線とによって形成される主平面が規定されるならば有利であることがわかるだろう。前記傾斜角は、３０°又はそれ以上に、特に４５°以上に、特に６０°以上に選択されて良く、この傾斜角は、前記軸線が、意図した高温ガス流方向へと傾けられるように向けられる。さらに、この軸線は、主平面と、意図した高温ガス流方向との間の角度が３０°又はそれ以下であるように、特に前記主平面が、意図した高温ガス流方向に対して少なくともほぼ平行であるように選択されて良い。
【００３６】
冷却孔横断面は、壁の第２の面から壁の第１の面まで広くなっていて、従って、壁の第２の面から壁の第１の面への冷却流用のディフューザを形成するならばさらに好適であろう。このような構成は、冷却孔から出るクーラントの速度を減じ、高温ガス流への干渉を減じるのに貢献するだろう。従って、スルーホールは最小横断面を形成し、調量孔として機能し、壁の第１の面と第２の面との間の所定の圧力比のためのクーラント質量流及び体積流を決定する。
【００３７】
上記開示した教示を適用する態様の特徴は、互いに組み合わせることができる。開示された教示の様々な対象及び有利な効果は、明確に記載しているかいないかに関わらず、当業者には明らかとなろう。
【００３８】
図示した様々な実施態様につき、以下に本開示による主題をさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】フィルム冷却孔を有した翼を示した図である。
【図２】フィルム冷却孔を備えた構成部分壁を概略的に示した図である。
【図３】段状の横断面移行部を有する第１の態様のフィルム冷却孔を有した壁を示す図である。
【図４】図３の孔を製造する方法を示した図である。
【図５】図３の孔を製造する方法を示した図である。
【図６】図３の孔を製造する方法を示した図である。
【図７】図３の孔を製造する方法を示した図である。
【図８】段状の横断面移行部を有する第２の態様のフィルム冷却孔を有した壁を示す図である。
【図９】図８の孔を製造する方法を示した図である。
【図１０】図８の孔を製造する方法を示した図である。
【図１１】図８の孔を製造する方法を示した図である。
【図１２】図８の孔を製造する方法を示した図である。
【図１３】図８の孔を製造する方法を示した図である。
【図１４】円錐部分を有したフィルム冷却孔を有した壁を示す図である。
【図１５】図１４の孔を製造する方法を示した図である。
【図１６】図１４の孔を製造する方法を示した図である。
【図１７】図１４の孔を製造する方法を示した図である。
【図１８】図１４の孔を製造する方法を示した図である。
【図１９】図１４の孔を製造する方法を示した図である。
【図２０】図１４の孔を製造する方法を示した図である。
【図２１】扇形部分を有した冷却孔の実施態様を示す図である。
【図２２】扇形部分を有した冷却孔の実施態様を示す図である。
【図２３】図２１及び図２２のいずれかの冷却孔を製造する方法を示した図である。
【図２４】図２１及び図２２のいずれかの冷却孔を製造する方法を示した図である。
【図２５】図２１及び図２２のいずれかの冷却孔を製造する方法を示した図である。
【図２６】図２１及び図２２のいずれかの冷却孔を製造する方法を示した図である。
【図２７】図２１及び図２２のいずれかの冷却孔を製造する方法を示した図である。
【図２８】図２１及び図２２のいずれかの冷却孔を製造する方法を示した図である。
【００４０】
図面は概略的であり、この開示の理解に不要な詳細は省略されている。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
上述した方法を、いくつかの実施例に基づき以下により詳しく説明する。
【００４２】
図１には、熱負荷される構成部分の例としての冷却される翼を断面した図が概略的に示されている。冷却される翼１は壁２を有している。壁２は第１の面３と第２の面４とを有している。さらに、第１の面３上に断熱皮膜５が設けられている。高温ガス流は、矢印６で示した方向で翼１に沿って流れるように意図されている。翼を冷却するために、壁２には複数の冷却孔が設けられていて、そのうちの１つの孔が例示されている。冷却孔８は壁の第１の面と第２の面との間に延在している。この冷却孔８は、第２の面４から第１の面３へと増大する横断面を有する扇形である。従って、クーラント流７は、冷却空気孔８を流過する間に減速される。さらに冷却孔軸線１０は、第１の面上の冷却孔入口位置において面法線９に対して傾いている。冷却孔軸線は角度αを成して傾いていて、意図した高温ガス流方向へと傾いている。
【００４３】
翼としての例が示されたが、当業者は冷却孔８を別の構成部分、例えば、これらに限定するわけではないがプラットフォームや遮熱板、燃焼器部分に問題なく配置することができる。
【００４４】
図２には、冷却孔８を備えた壁２の概略図が示されている。壁２には、壁の第１の面３上に断熱皮膜５が設けられている。高温ガス流６は壁の第１の面３上を流れるように意図されている。冷却孔８は入口位置で壁の第１の面３に穴を開けている。入口位置での面法線は符号９で示されている。冷却孔は冷却孔軸線１０を有しており、この冷却孔軸線１０は角度αを成して面法線９に対して傾いている。冷却孔軸線１０と面法線９とは１つの平面１１を形成している。即ち、面法線９と冷却孔軸線１０とは平面１１に配置されている。平面１１は、意図した高温ガス流の方向６に平行に配置されている。壁の面上の平面の向きは、冷却孔軸線１０の向きによって規定される。さらに、冷却孔軸線の傾斜角度は、冷却孔軸線が、意図した高温ガス流方向を向くように方向付けられている。従って、冷却孔８から出た冷却空気流は、意図した高温ガス流方向への速度成分を有しており、従って壁の第１の面３に沿って滑らかに流れる。例えば３０°までの角度を含めるような、平面方向及び意図した高温ガス流方向の所定のずれは許容可能であることがわかるだろう。しかしながら、より小さい角度が好適であることは理解され、平面１１が意図した高温ガス流方向に対してほぼ平行であるように冷却孔軸線を配置するよう努力すべきである。
【００４５】
図３には冷却孔の第１の態様が示されている。図３の下方部分には、複数の冷却孔８を有した壁２が示されていて、これら冷却孔８は、壁の第１の面３と第２の面４との間に延在する段付き円筒形状を有している。冷却孔は意図した高温ガス流方向６に傾いている。冷却孔８は、第１の非貫通孔２０とスルーホール４０とを有している。スルーホール４０は第１の非貫通孔２０よりも小さい直径を有している。従ってスルーホール４０は、冷却孔８の最も小さい横断面で規定された冷却空気の質量流又は体積流を決定する調量孔である。図３の上方部分には冷却孔を軸方向で見た図が示されている。スルーホール４０の軸線４１は、第１の非貫通孔２０の軸線２１に対して平行かつずらされている。ずれは、両孔の周縁２３，４３が接するように選択されている。図示されているのは、スルーホール軸線が、意図した高温ガス流方向の上流に又は下流にずらされている２つの構成である。
【００４６】
図４〜図７には、図３の冷却孔８を製造する方法が示されている。第１ステップでは、壁の第１の面３を始点として第１の非貫通孔２０が穿孔される。穿孔開始前に、断熱皮膜を、孔入口位置で局所的に除去することができる。非貫通孔２０は壁の内側に位置する遠位側端部２２を有している。非貫通孔２０は壁の第１の面３は貫通するが、壁の第２の面４は貫通せず、従って壁を貫通していない。穿孔後、遠位側端部２２は、穿孔工具形状に起因して尖っている。図５に示したように、次のステップで、非貫通孔２０の遠位側端部又は底面２２が平らにされる。次いで、図６及び図７に示したように、第１の孔２０の平らにされた遠位側端部２２を始点としてスルーホール４０が穿孔される。スルーホールの軸線４１は、第１の孔軸線２１に対して平行かつずらされている。図６の態様では、スルーホール軸線４１は、意図した高温ガス流方向６で見て第１の孔軸線２１の上流側にずらされていて、図７の態様では、スルーホール軸線４１は、意図した高温ガス流方向６で見て第１の孔軸線２１の下流側にずらされている。
【００４７】
図８には段付き円筒状の冷却孔の別の態様が示されている。図８の下方部分には、複数の冷却孔８を有した壁２が示されていて、これら冷却孔８は、壁の第１の面３と第２の面４との間に延在する段付き円筒形状を有している。冷却孔は意図した高温ガス流方向６に、即ち下流方向に傾いている。冷却孔は、第１の非貫通孔２０と、第２の非貫通孔３０と、スルーホール４０とを有している。第２の非貫通孔３０は、第１の非貫通孔２０よりも小さい直径を有していて、スルーホール４０は第２の非貫通孔３０よりも小さい直径を有している。従ってスルーホール４０は、冷却孔８の最も小さい横断面で規定された冷却空気の質量流又は体積流を決定する調量孔として機能する。より大きな直径の第１の孔と第２の孔とは、壁の第２の面４から壁の第１の面３へと向けられたクーラント流を減速させるように機能する。図８の上方部分には冷却孔を軸方向で見た図が示されている。第１の非貫通孔２０の軸線２１と、第２の非貫通孔３０の軸線３１と、スルーホール４０の軸線４１とは互いに平行かつずらされている。ずれは、これらの孔の周縁２３，３３，４３が接するように選択されている。第２の非貫通孔の軸線は、意図した高温ガス流方向６で見て、第１の非貫通孔の軸線の上流側にずらされている。スルーホールの軸線は、意図した高温ガス流方向６で見て、第２の非貫通孔の軸線の上流側にずらされている。ずれは互いに一直線上で生じている。
【００４８】
図９〜図１３には、図８の冷却孔８を製造する方法が示されている。第１ステップでは、壁の第１の面３を始点として第１の非貫通孔２０が穿孔される。穿孔開始前に、断熱皮膜を、孔入口位置で局所的に除去することができる。非貫通孔２０は壁の内側に位置する遠位側端部２２を有している。非貫通孔２０は壁の第１の面３は貫通するが、壁の第２の面４は貫通していない。穿孔後、遠位側端部２２は、穿孔工具形状に起因して尖っている。図１０に示したように、次のステップで、第１の非貫通袋孔２０の遠位側端部又は底面が平らにされる。図１１に示したように、第２の非貫通孔３０は、第１の非貫通孔２０の遠位側端部２２を始点として実質的に穿孔されていて、その穿孔軸線は、第１の非貫通孔軸線に対して平行かつずらされている。穿孔後、第２の非貫通孔３０の遠位側端部３２は、穿孔工具形状に起因して尖っている。図１２に示したように、次のステップで、第２の非貫通孔３０の遠位側端部又は底面が平らにされる。次いで、図１３に示したように、第２の孔３０の平らにされた遠位側端部３２を始点としてスルーホール４０が穿孔される。スルーホールの軸線４１は、意図した高温ガス流方向で見て第２の孔軸線３１の上流側にずらされていて、かつ平行である。
【００４９】
図１４には、円錐状の冷却孔の態様が示されている。図１４の下方部分には、複数の冷却孔８を有した壁２が示されていて、これら冷却孔８は円錐形状を有している。冷却孔は意図した高温ガス流方向６に傾いている。冷却孔８は、円錐部分８２と調量部分８３とを有している。図１４の上方部分には、冷却孔８を軸方向で見た図が示されていて、円錐部分周縁８４と調量部分周縁８５とが見えている。周縁８４，８５の中心は互いにずらされている。ずれは、これら周縁が接するように選択されている。調量部分は、意図した高温ガス流方向６で見て円錐部分の上流側にずらされている。
【００５０】
図１５〜図２０には、図１４の冷却孔８を製造する方法が示されている。図１５〜図１９に示した製造ステップは、図９〜図１３に示した製造ステップと実質的に同じである。図２０に示した最後の製造ステップとして、第１の非貫通孔の直径と第２の非貫通孔の直径との間の段状の移行部、及び第２の非貫通孔の直径とスルーホールの直径との間の段状の移行部が、例えばフライス加工プロセスといった切りくず除去プロセスにより平坦にされる。特に高速切断加工が適用されて良い。図２０の下方の図には、孔８が部分的に示されている。破線は穿孔された第１の孔、第２の孔、及びスルーホールを示している。実線は円錐孔を示している。図示されている通り、異なる直径を有した穴の穿孔に基づき生じる段階的な横断面の変更部は、切りくず除去加工による最終形削り加工によりなくなる。さらに図示されているように、スルーホール軸線４１は、面法線９に対して角度αを成して意図した高温ガス流方向６に傾いている。さらに判るように、冷却孔の円錐部分８２の形状に基づき、クーラント流は冷却孔から、より接線方向に壁の第１の面３に向けられて流出する。
【００５１】
図２１と図２２には扇形孔の２つの態様が示されている。冷却孔８は、扇形部分８６と調量部分８３とを有している。図２１及び図２２の上方部分には冷却孔を軸方向で見た図が示されていて、扇形部分周縁８７、並びに第１の孔２０と第２の孔３０とスルーホール４０とが示されている。これらの孔は、図２３〜図２８につき概要を説明するように壁の第１の面３を始点として壁２に最初に製造されたものである。壁の第１の面における孔の入口位置は、壁の第１の面において複数の孔の入口が重ならないように選択される。図２３には、断熱皮膜を局所的に除去する初期ステップが示されている。このステップは、壁の第１の面３上に製作されるべき冷却空気開口とほぼ同じである皮膜されていない領域８８を製作するように実施することができる。図２４に示したように、遠位側端部２２を有する第１の非貫通孔２０は、第１の孔軸線２１に沿って穿孔されている。図２５に示したように、第２の非貫通孔３０は、第２の孔軸線３１に沿って穿孔されている。第２の孔軸線３１は、第２の孔３０を穿孔する際に、第１の孔の遠位側端部２２に交わるように選択されている。第２の孔は、第２の孔の遠位側端部３２が第１の孔の遠位側端部２２と一致するように配置される程度の深さに穿孔される。図２６に示されたように、結果として壁２のＶ字形の孔構造が生じる。図２７に示された次のステップでは、スルーホール４０がスルーホール軸線４１に沿って穿孔される。スルーホール軸線４１は、第１の孔２０と第２の孔３０とが、これらに共通の遠位側端部で、又は図２６に示された「Ｖ」字の先端で貫通されるように選択されている。スルーホール４０の穿孔は、壁の第２の面４が貫通するまで進められる。最終ステップでは、第１の孔と、第２の孔と、スルーホールとの間に残っている材料が、例えばフライス加工プロセスといった切りくず除去加工により除去される。結果として図２８に示された扇形孔は、扇形部分８６と調量部分８３とを有する。
【００５２】
本開示の方法を、例としての複数の態様につき大まかに説明したが、これらの態様は本開示の範囲を限定しようとするものではない。明確に言及したかしていないかに関わらず別の態様が、特許請求の範囲のもとで考えられ、カバーされる。
【符号の説明】
【００５３】
１  翼
２  壁
３  壁の第１の面
４  壁の第２の面
５  断熱皮膜
６  高温ガス流
７  クーラント流
８  冷却孔
９  面の法線
１０  冷却孔軸線
１１  平面
２０  第１の孔
２１  第１の孔軸線
２２  第１の孔の遠位側端部又は底面
２３  第１の孔の周縁
３０  第２の孔
３１  第２の孔軸線
３２  第２の孔の遠位側端部又は底面
３３  第２の孔の周縁
４０  スルーホール
４１  スルーホール軸線
４３  スルーホールの周縁
８２  円錐部分
８３  調量部分
８４  円錐部分の周縁
８５  調量部分の周縁
８６  扇形部分
８７  扇形部分の周縁
８８  皮膜されていない領域
α  傾斜角度
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【外国語明細書】
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