中空ブレードの製造方法

专利摘要:
本発明は、ブレードのブランクに穴を開けてチャネル（２４）を形成するステップと、挿入物をチャネル（２４）に挿入するステップと、ブランクを鍛造するステップと、化学溶解によって挿入物を除去するステップとを含む、ターボ機械用中空ブレード（１０）の製造方法であって、ブレード（１０）がアルミニウム合金製で、挿入物が銅合金製であることを特徴とする方法に関する。
公开号:JP2011515621A
申请号:JP2011501261
申请日:2009-03-17
公开日:2011-05-19
发明作者:ドユクロ，ギヨーム；フランシエ，ジヤン−ミシエル・パトリツク・モーリス；ベルトラン，フランソワーズ；モリナーリ，オリビエ・ミカエル
申请人:スネクマ；
IPC主号:F04D29-38

专利说明:

[0001] 本発明は、ターボ機械の中空ブレードの製造方法に関する。]
背景技術

[0002] ターボ機械では、固定ブレードまたは可動ブレードは、空気流の循環ダクト内に配置されるものである。ターボ機械の質量を低減するために、複合材料製のブレードを使用することがすでに提案されている。しかしながら、これらの複合材料は非常に高価で、ブレードの製造は技術的に難しい。別の解決策は、ブレード内に内側凹部を形成することによってブレードを軽量化することである。このためには、チャネルがブレードブランク内に形成され、その後、ブレードとは異なる材料製の挿入物で充填される。挿入物が挿入されたブランクに機械的な力を加える鍛造ステップは、ブランクをターボ機械のブレードの最終の形状にするために変形させることができる。最後には、挿入物は化学溶解によって除去され、このようにして得られたブレードは軽量で、かつ機械的応力に耐えるものである。]
発明が解決しようとする課題

[0003] 挿入物は機械的特性と化学的特性とに関する２つの要件を満たすことが必須であるので、挿入物の選択は特に重要である。実際に、鍛造工程時に、ブランクは機械的変形できるように加熱されるので、挿入物の溶融温度は鍛造温度よりも高くなければならない。さらに、ブレード内部の望ましい内側凹部の形状および分布を得るために、また挿入物の過剰な破砕またはブレードの内部亀裂の発生を避けるために、挿入物のレオロジー挙動は、ブランクのレオロジー挙動、つまり目的とする変形の温度および速度に十分に近いものでなければならない。実際に、鍛造工程の際に、挿入物が軟らかすぎる場合、挿入物を充填した凹部は破砕され、反対に、挿入物が硬すぎる場合、ブレード内部で挿入物／ブレードの接触面に亀裂が生じる可能性があり、このことがブレードを壊れやすくして、ブレードの寿命を制限してしまう。]
[0004] この技術は、鋼製の挿入物と共にチタン合金製の中空ブレードを製造するのに使用可能である。しかしながら、これらのチタン合金は高価であるので、ブレードがかなりの機械的応力および／または高温を受ける場合にのみチタン合金を使用するのが妥当である。]
[0005] 本発明の目的は、軽量で安価な中空ブレードの製造を可能にする方法を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0006] この目的を達成するために、本発明は、ブレードのブランクにチャネルを形成するステップと、挿入物をチャネルに挿入するステップと、ブランクを鍛造するステップと、化学溶解によって挿入物を除去するステップとからなる、ターボ機械用中空ブレードの製造方法であって、ブレードがアルミニウム合金製で、挿入物が銅合金製であることを特徴とする方法を提案する。]
[0007] アルミニウムを銅と組み合わせて使用することで、銅はアルミニウムを鍛造するのに必要な温度でアルミニウムと同じレオロジー挙動を有するので、ブレードブランクの鍛造および挿入物の鍛造の際に望ましい変形を得ることができる。]
[0008] 鍛造工程によって変形された銅製挿入物は、その後、硝酸溶液に浸すことにより溶解される。]
[0009] 本発明の別の特徴によれば、ブレードは、化学溶解後、ブレードの厚さ内に形成され、ブレードの外側輪郭に沿ってブレードのほぼ全長に伸びる少なくとも１つのチャネルを備える。]
[0010] 本発明の別の特徴によれば、ブレードは、挿入物の除去の前に化学溶解に耐える保護フィルムで覆われるが、挿入物は保護フィルムのない状態のまま残る。]
[0011] 化学溶解に使用される溶液が銅製挿入物を除去するためだけに用意される場合、アルミニウム合金製ブレードはこの溶液から保護されるのが好ましい。このためには、挿入物を溶解するための化学物質に耐えられるワックス、ワニス、または接着性物質が使用可能である。]
[0012] 本発明の別の特徴によれば、ブレードブランクは、アルミニウムを平坦に鍛造することによって作られ、その後、ブランクに穴を開けることによってブランク内にチャネルが形成される。]
[0013] 本発明はさらに、上述の方法を実施することで実現された中空ブレードを備えることを特徴とするターボプロップエンジンまたはターボジェットなどのターボ機械に関する。]
[0014] 非限定的な例を挙げ、付属の図面を参照して説明された以下の記述を読めば、本発明はより十分に理解され、本発明の他の詳細、利点、特徴が明らかになる。]
図面の簡単な説明

[0015] 本発明の鍛造によって実現された、複数のチャネルを有する中空ブレードの斜視図である。
１つのチャネルを有する中空ブレードの代替形態の横断面図である。]
実施例

[0016] まず、図１を参照する。図１は、本発明の方法によって得られるターボ機械の中空ブレード１０を示す。そのようなブレード１０は、ロータブレード１４に接続された脚部１２を備え、ロータブレード１４の上面１６および下面１８と呼ばれる外面は、前縁２０と後縁２２とによって接続される。脚部１２はターボ機械のロータディスク（図示せず）の対応する溝に係合されるが、ロータブレード１４はターボ機械の冷気流のフローダクト内に配置されるものである。] 図１
[0017] 本発明の方法により、図１に示されたような軽量で耐久性に優れたブレード１０を実現することができる。このためには、本発明の方法は、アルミニウム合金製のブレード１０を使用すること、および銅合金製挿入物を使用することで中空部分２４を実現することを提案する。] 図１
[0018] 方法は、アルミニウム製のブレードブランク内に穴を開けることによってチャネルを実現するステップからなる。]
[0019] コスト上の理由から、ブレードブランクは、アルミニウムブロックを平坦に鍛造することで優先的に実現される。しかしながら、ブランクを実現するのに機械加工などの他の技術も使用可能である。]
[0020] 次に、チャネルにほぼ等しい形状の銅製挿入物がチャネル内に導入される。次に、所望のブレード１０の形状にするために、挿入物が挿入されたアルミニウムブランクが約４００°まで加熱され、当業者に知られている鍛造技術により変形される。]
[0021] 熱間変形時に、銅のレオロジー挙動とアルミニウムのレオロジー挙動とがほぼ同じことで、アルミニウム／銅の接触面における異常なしに、ブレード１０内の所望の挿入物の形状および分布を得ることができる。鍛造後、挿入物はブレード１０の輪郭に対応する曲線２６に沿って伸びる。]
[0022] チャネルおよび挿入物は最初は円形断面の真っ直ぐな円筒形状であるが、鍛造後に楕円断面の湾曲した形状になる。]
[0023] 次に、銅製挿入物は、硝酸塩基溶液に浸すことにより溶解される。このような溶液には、アルミニウム合金に対して銅要素を優先的に溶解する、したがって、挿入物のみを溶解する利点がある。また、挿入物は、挿入物の各々の位置に向けて硝酸を流し込むことでも溶解可能である。]
[0024] ブレード１０の最適な保護を保証するために、挿入物を溶解できるように銅製挿入物に対応する場所を除いて、ブレードを覆うようにブレードに保護フィルムが付着される。]
[0025] 保護フィルムは、例えば、ワックス、ワニス、または接着性物質とすることができる。]
[0026] このようにして得られたブレードは、複数の凹部またはチャネルを含み、凹部またはチャネルは、上面１６および下面１８、または前縁２０および後縁２２に現れないように、ブレード１０の輪郭に合わせて各々が曲がった中心線２６にほぼ沿って伸びる。チャネルは、ロータブレードの半径方向外側端部およびブレード脚部から現れる場合もあれば、ブレード脚部からのみ、またはロータブレードの半径方向外側端部からのみ現れる場合もある。凹部を囲む物質の厚さはさまざまで、ブレードの軽量化とブレードの機械抵抗との間の折衷が得られる厚さであり、例えば、約２ｍｍである。]
[0027] チャネル２４または凹部は、ブレード１０の質量を最適に低減するために、ブレード１０の局所の厚さに直径が有利に適合するように、曲がった中央線に沿って不均一な横断面を有する。同様に、チャネル２４の断面は、厚さが最も厚いブレード１０の中心の断面が他よりも大きく、また後縁２２および前縁２０に向かって断面が次第に小さくなるように、横断方向に変化することが可能である。]
[0028] 単一のチャネル２８を実現することも可能であり、この単一チャネルにより、質量においてさらに高い利得を得ることができる（図２）。] 図２
[0029] 有利には、本発明の中空ブレード１０を使用することにより、ターボ機械の固定ブレードの段の質量を約２０％低減することができる。]
[0030] 本発明の特定の実施形態では、ブレード１０はアルミニウム亜鉛合金製で、挿入物は銅含有量が９９．９０％より多く、化学溶解溶液は２５から８０％の水の容量に対して６８％の硝酸溶液の容量の割合である。溶解溶液の温度は、２０から６０°である。]
[0031] 本発明の方法は、ターボ機械のさまざまな部分、特に、冷却ガスまたは低温通路における可動ブレードおよび固定ベーンにも使用可能である。]
[0032] このように、ターボファンエンジンの場合には、エンジン内を循環する二次空気流を案内するための固定ベーンは、本発明の方法を使用して中空アルミニウムから実現可能である。]

权利要求:

請求項1
ブレードのブランク内にチャネル（２４）を形成するステップと、チャネル（２４）内に挿入物を挿入するステップと、ブランクを鍛造するステップと、化学溶解によって挿入物を除去するステップとからなる、ターボ機械用中空ブレード（１０）の製造方法であって、ブレード（１０）がアルミニウム合金製で、挿入物が銅合金製であることを特徴とする、方法。
請求項2
化学溶解が、硝酸溶液に浸すことで実現されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
請求項3
ブレード（１０）が、化学溶解後、ブレードの厚さ内に形成され、ブレード（１０）の外側輪郭に沿ってブレードの全長にわたって伸びる１つまたは複数のチャネル（２４）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
請求項4
ブレード（１４）が、挿入物の除去の前に化学溶解に耐えるフィルムで覆われるが、挿入物が保護フィルムのない状態のまま残ることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
請求項5
ブレードブランクが、アルミニウムを平坦に鍛造することによって実現され、その後、ブランクに穴を開けることによってブランク内にチャネル（２４）が形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
請求項6
請求項１から５のいずれか一項に記載の方法を実施することで実現された中空ブレード（１０）を備えることを特徴とする、ターボプロップエンジンまたはターボジェットなどのターボ機械。