(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体を供給される少なくとも１つの室（１８、１９、２０、２１）と、後縁（２６）において冷却媒体を流出させるためにそれぞれ内部表面を有する２つの側壁（２８、２９）によって画成された隙間（２５）とを備えたタービン翼において、前記内部表面が互いに角度を成して配置された２つの側壁（２８、２９）の内の少なくとも１つの側壁が、隙間（２５）の横断面積（Ａ）を変更するために加工されることを特徴とするタービン翼。
【請求項２】
隙間（２５）の横断面積（Ａ）が、２つの側壁（２８、２９）の内の少なくとも１つの側壁の長さ（Ｌ）の変化によって変更できることを特徴とする請求項１記載のタービン翼。
【請求項３】
翼の腹側壁（２９）が加工されることを特徴とする請求項１又は２記載のタービン翼。
【請求項４】
隙間（２５）が加工によって変更できる一定の幅（ｄ）を有していることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のタービン翼。
【請求項５】
２つの側壁（２８、２９）の内の少なくとも１つの側壁が浸食加工法で再加工されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のタービン翼。
【請求項６】
冷却媒体を供給される少なくとも１つの室（１８、１９、２０、２１）と、後縁（２６）において冷却媒体を流出させるためにそれぞれ内部表面を有する２つの側壁（２８、２９）によって画成された隙間（２５）とを備えた請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタービン翼（１３、１４）の製造方法において、隙間（２５）の横断面積（Ａ）を変更するために、タービン翼（１３、１４）の後縁（２６）が、前記内部表面が互いに角度を成して配置された２つの側壁（２８、２９）の内の少なくとも１つの側壁の長さ（Ｌ）を変更するために加工されることを特徴とするタービン翼の製造方法。
【請求項７】
タービン翼（１３、１４）の製造後、隙間（２５）の横断面積（Ａ）が求められ、続いて、予め定められた周辺条件に関係して加工が行われることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
横断面積（Ａ）が直接測定され、隙間（２５）を通る冷却媒体の流量あるいはタービン翼（１３、１４）への冷却媒体の供給量が測定されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却媒体を供給される少なくとも１つの室と、後縁において冷却媒体を流出させるために２つの側壁によって画成された隙間とを備えた、特にガスタービン用のタービン翼に関する。
また、本発明はそのタービン翼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
そのようなタービン翼並びにその製造方法は例えば米国特許第５４１９０３９号明細書および国際公開第９９／５９７４８号パンフレットで知られている。そのタービン翼は一般に鋳造法で製造される。このために多くの場合、１つあるいは複数の中子がセラミック材料で製造され、ろう模型内に埋設される。タービン翼用の所望の材料を鋳込んだ後、中子が除去され、特に浸出除去される。中子と、ろうと、外側中子板と、タービン翼材料との縮み係数のために、タービン翼後縁における隙間は、特に高い精度で得られない。
【０００３】
その隙間はタービン翼に冷却媒体を供給するために当然重要である。その隙間の横断面積が小さ過ぎると、冷却媒体の流量が少なくなり過ぎ、タービン翼が十分に冷却されなくなる。この場合、高温下で利用されると、タービン翼が損傷する恐れがある。
【０００４】
従って、すべての影響要因を考慮に入れて隙間が必要な最小横断面積を有しているようにするために、公差を比較的大きくしなければならない。これによって、製造された多くのタービン翼は、隙間の許容最小横断面積より大きな隙間横断面積を有するようになる。それに応じて、それらのタービン翼は大きな冷却媒体流量を有し、従って不必要に強く冷却される。たいていの場合、冷却媒体はタービンによって駆動される圧縮機から比較的大きな圧力で取り出されるので、その大きな冷却媒体流量は効率を低下させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冷却媒体の消費量を必要最小限にできるように簡単に製造できるタービン翼を提供することにある。
また、本発明の課題はそのタービン翼の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
タービン翼に関する課題は、本発明に基づいて、冒頭に述べた形式のタービン翼において、２つの側壁の内部表面が互いに角度を成して配置された２つの側壁の内の少なくとも１つの側壁が、隙間の横断面積を変更するために加工されることによって解決される。
タービン翼の製造方法に関する課題は、本発明に基づいて、隙間の横断面積を変更するために、タービン翼の後縁が、２つの側壁の内部表面が互いに角度を成して配置された２つの側壁の内の少なくとも１つの側壁の長さを変更するために加工されることによって解決される。
【０００７】
本発明によれば、公知のタービン翼およびその製造方法とは異なり、まず隙間の横断面積を的確に変更することができる。その変更は、隙間を画成する２つの側壁の内の少なくとも１つの側壁の長さが変更されることによって行われる。それに応じて、隙間の横断面積が変化し、これによって隙間を通る冷却媒体の流量が変えられる。
【０００８】
本発明に基づいて、いまや、製造上有利な横断面積の隙間を備えたタービン翼が提供される。その都度の周辺条件への横断面積の整合は、冷却媒体の流量を最良にするために、隙間を画成する側壁の再加工によって行われる。２つの側壁が向き合って配置されていることに関連して、再加工によって、その２つの側壁によって画成された隙間の横断面積は拡大あるいは縮小される。製造の際、従来のように、隙間を必要な最小横断面積に設計する必要はなくなる。
【０００９】
本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明に基づくタービン翼の場合、隙間の横断面積は好適には２つの側壁の内の少なくとも１つの側壁の長さの変化によって変更される。特に、翼の腹側壁が再加工される。その加工は本発明の有利な実施態様において浸食加工法によって行われる。側壁の長さは良好に測定できる。隙間の横断面積を高い精度で変更することができ、従って最良に設定することができる。
【００１１】
本発明の有利な実施態様において、２つの側壁の内の少なくとも１つの側壁が、隙間の中に突入し再加工によって変更できる突起を備えている。その突起の再加工によって、隙間の横断面積が変更される。あるいはまた、隙間は再加工によって変更できる一定の幅を有している。
【００１２】
２つの側壁は、少なくとも隙間の範囲において、互いに角度を成して、あるいは互いにほぼ平行に延びて配置されている。２つの側壁が平行に配置されている場合、隙間の横断面積の変更は突起によって行われる。その突起は側壁の長さ方向において異なった横断面積を有している。従って、側壁の長さが変更されると、自動的に突起の横断面積も変化し、従って隙間の横断面積が変化する。
【００１３】
２つの側壁が互いに角度を成して配置されている場合、そのような突起なしでも、隙間の横断面積を変更することができる。しかし勿論、２つの側壁が角度を成して配置されている場合でも、突起を設けることができる。
【００１４】
本発明に基づく方法において、好適には、タービン翼の製造後、隙間の横断面積が求められ、続いて、予め定められた周辺条件に関係して再加工が行われる。従って、個々のタービン翼は的確に最適化される。これによって、冷却媒体の必要量が大きく減少する。
【００１５】
横断面積は例えば光学的方法で直接測定される。あるいはまた、隙間を通る冷却媒体の流量が測定されることによって、間接的な測定が行われる。タービン翼への冷却媒体の供給量も同様に測定できる。この供給量は隙間を通る流量に左右される。測定された流量ないしは測定された供給量および所望の流量を基に、必要な場合に、再加工が行われる。精度を高めるために、横断面積を新たに求めることは、場合によっては再度の再加工に引き続いて行われる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下において図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。各図において同一部分および相当部分には同一符号が付されている。
【００１７】
図１には、車室１１とロータ１２とを備えたガスタービン１０が概略縦断面図で示されている。車室１１に静翼１３が、ロータ１２に動翼１４がそれぞれ翼列の形で設けられている。ガスタービン１０は矢印１５の方向に高温ガスで貫流され、その高温ガスはロータ１２をその回転中心軸線１６を中心として矢印１７の方向に回転させる。
【００１８】
図２には、静翼１３が横断面図で示されている。本発明は、静翼１３に限定されず、動翼１４にも採用できる。
【００１９】
静翼１３の外側面は翼の背側壁２８と翼の腹側壁２９によって形成されている。２つの側壁２８、２９で規定された内部室は、隔壁２２、２３、２４を介して、全部で４つの室１８、１９、２０、２１に仕切られている。静翼１３を冷却するために、各室１８、１９、２０、２１に冷却媒体が供給される。冷却媒体は、静翼１３の後縁２６の部位に配置されている室２１から、隙間２５を介して矢印２７の方向に流出する。
【００２０】
図３には、隙間２５を有する後縁２６が拡大して示されている。その隙間２５は２つの側壁２８、２９によって画成され、幅ｄを有している。冷却媒体は矢印２７の方向に隙間２５を通って流れる。その流量は特に隙間２５の横断面積に左右される。
【００２１】
図４および図５には、製造方法の第１実施例および種々の再加工方法が概略的に示されている。図４において、ほぼくさび状中子３０が用意されている。その中子３０と共に２つの側壁２８、２９を形成する型枠は、破線３１で概略的に示されている。
【００２２】
静翼１３用の材料を鋳込み、冷却し、型枠から取り出した後、互いに角度を成して延びる２つの側壁２８、２９が存在する。図示した実施例において、続いて側壁２９が、その長さＬが変化するように再加工される。ここでは、３種類の加工が概略的に符号▲１▼、▲２▼、▲３▼を付して示されている。側壁２９の長さＬに関係して、隙間２５の種々の隙間幅ｄ１、ｄ２、ｄ３が生ずる。それゆえ、矢印２７の方向に隙間２５を通る冷却媒体の流量は、再加工によって最適化され、その都度の周辺条件に合わされる。
【００２３】
図６から分かるように、生ずる隙間２５は、一貫してほぼ同じ幅ｄ２を有している。これはほぼ横断面矩形Ａをしている。
【００２４】
図７には、複数の部分３２ａ、３２ｂ、３２ｃを備えた中子３０を使用する他の例が示されている。２つの部分３２ａ、３２ｃは互いに平行に配置され、残りの部分３２ｂは角度を成している。その都度の周辺条件に関係して、浸食加工工具３５を矢印３６の方向に移動することによって、隙間２５の所望の幅ｄが与えられる。２つの部分３２ａ、３２ｃよりも急勾配で延びるもう１つの部分３２ｂの異なった角度位置に基づいて、隙間２５の幅ｄが比較的大きく変更される。
【００２５】
図８〜図１２には、本発明の異なった実施例が示されている。ここでは、後縁２６の範囲においてほぼ矩形に形成されている中子３０が使用されている。隙間２５の横断面積Ａを調整するために、中子３０は複数の凹所３３を備えている。それらの凹所は図９に示されているように楕円形をしているか、または図１０に基づいて半円形と三角形の合成形をしている。それらの凹所３３の大きさ、横断面積および凹所間の距離は、周辺条件に関係して決められる。
【００２６】
鋳造後、互いに平行に延びる２つの側壁２８、２９が出現する。凹所３３の存在のために、２つの側壁２８、２９の内側面にそれぞれ突起３４が設けられる。再加工の場所に関係して、種々の大きさの突起３４が残存する。更に隙間２５のほぼ矩形をした横断面Ａが出現するが、これは、局所的に突起３４によって、符号ｄ1ないしはｄ2を付した幅に狭められている。冷却媒体の貫流に使用されるすべての横断面Ａは、翼の腹側壁２９および場合によっては翼の背側壁２８の長さＬの変化によって、変更される。種々の長さＬは図１１において符号▲１▼、▲２▼を付して概略的に示されている。図１２には、横断面積Ａが所々狭まった隙間２５が概略的に示されている。
【００２７】
図１３には、本発明に基づく製造方法の流れ図が示されている。まず、工程Ｉにおいて、タービン翼１３、１４の基本形が決定され、製造される。型枠から外した後、工程ＩＩにおいて、隙間２５の横断面積Ａが検出される。工程ＩＩＩにおいて、この横断面積Ａがその都度の周辺条件に適しているか否かが検査される。その答えが「いいえ」であるとき、分岐路０に基づいて工程ＩＶにおいて、再加工が行われ、そしてもう一度、上述の検出および検査が行われる。横断面積Ａが適切になるや否や、分岐路１に基づいて、再加工が終了される。
【００２８】
隙間２５の横断面積Ａは例えば適当な光学的方法によって直接測定される。周辺条件が予め定められている場合の冷却媒体の流量は物理的基礎に基づいて計算される。その計算結果に関係して、工程ＩＶにおける再加工が必要であるか否かが決定される。
【００２９】
あるいはまた、タービン翼１３、１４に冷却媒体が供給される。そして、隙間２５を通る冷却媒体の流量ないしはタービン翼１３、１４への冷却媒体の供給量が測定される。その測定結果が、周辺条件から生ずる冷却必要条件と比較される。この比較結果に関係して必要な場合に工程ＩＶにおける再加工が行われる。
【００３０】
本発明によって、タービン翼１３、１４の後縁２６における隙間２５を最適化することができる。従って、冷却媒体の消費量は最少にされ、総合効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスタービンの概略縦断面図。
【図２】タービン静翼の横断面図。
【図３】図２におけるＸ部の拡大詳細図。
【図４】本発明に基づく製造方法の第１実施例の概略図。
【図５】タービン翼の種々の再加工法の概略図。
【図６】図５の矢印ＶＩの方向から見た図。
【図７】本発明に基づく製造方法の第２実施例の図４に相当した図。
【図８】本発明に基づく製造方法の第３実施例の図４に相当した図。
【図９】図８における中子の側面図。
【図１０】中子の異なった実施例の図９に相当した図。
【図１１】本発明に基づく第２実施例の図５に相当した図。
【図１２】図１１における矢印ＸＩＩの方向から見た図。
【図１３】本発明に基づく製造方法の流れ図。
【符号の説明】
１０    タービン
１１    車室
１２    ロータ
１３    静翼
１４    動翼
１５    高温ガスの流れ方向矢印
１６    回転中心軸線
１７    ロータ回転方向矢印
１８    室
１９    室
２０    室
２１    室
２２    隔壁
２３    隔壁
２４    隔壁
２５    隙間
２６    後縁
２７    冷却空気流出方向矢印
２８    翼の背側壁
２９    翼の腹側壁
３０    中子
３１    破線
３２    部分
３３    凹所
３４    突起
３５    工具
３６    工具の移動方向矢印
ｄ    隙間幅
Ａ    隙間の横断面積
Ｌ    タービン翼の側壁長さ
【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】
0004231234.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004231234.tif 000012
【図１２】
0004231234.tif 000013
【図１３】
0004231234.tif 000014