JP4771782B2 - 航空機エンジンのボス付ケースを製作する方法 - Google Patents

Description

本発明は、総括的にはガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービンエンジンのケース上にボスを製作する方法に関する。

ガスタービンエンジンは一般的に、圧縮機の周りで円周方向に延びるエンジンケーシングと、ロータ組立体及びステータ組立体を含むタービンとを含む。ロータ組立体は、ブレード根元からブレード先端まで半径方向外向きに延びる少なくとも１つの回転ブレードの列を含む。

エンジンケーシングの製作は、厚さが大きく増加した区域をケーシング壁内に組み込むことを含む。ボスとして知られているこれらの区域は、２つの異なるタイプ、すなわち、追加厚さの全てがケーシングの外面上にある外径偏倚型とケーシングの外面上とほぼ等しい量の材料が内面上にある中立偏倚型とを含むことができる。鍛造品、鋳造品又はこれら部品の加工構造体の製作時に、これらの特徴形状部のために余裕厚さが加えられる。これらの余裕厚さにより、製作工程の間に除去される大きな量の過剰材料が生じる。

この問題は、慣性／摩擦溶接法を使用してケーシングの外面に円筒形部片を溶接して、ケーシングにＯＤ偏倚型ボスを取付けることによって対処されてきた。しかしながら、ケーシングの内部へのアクセスが制限されるため、この方法は、ケーシングの内面に材料を追加するのに使用することができない。
特開２００３−２３２５２０号公報

１つの態様では、少なくとも１つのボスを有するガスタービンエンジンケーシングを製作する方法を提供する。本方法は、外壁を有するエンジンケーシングを形成する段階と、ケーシング外壁を貫通してテーパ開口部を機械加工する段階と、ケーシング外壁内のテーパ開口部と嵌まり合うような寸法になったテーパ部分を金属プラグ内に機械加工する段階とを含む。本方法はさらに、金属プラグをケーシング外壁内のテーパ開口部の中に挿入する段階と、金属プラグをケーシングに溶接する段階とを含む。

別の態様では、少なくとも１つのボスを有するガスタービンエンジンケーシングを製作する方法を提供し、本方法は、外壁を有するエンジンケーシングを鍛造する段階と、ケーシング外壁を貫通してテーパ開口部を機械加工する段階と、ケーシング外壁内のテーパ開口部と嵌まり合うような寸法になったテーパ部分を金属プラグ内に機械加工する段階とを含む。本方法はさらに、金属プラグをケーシング外壁内のテーパ開口部の中に挿入する段階と、金属プラグをケーシングに溶接する段階と、金属プラグとエンジンケーシング鍛造品の少なくともの１部分とを機械加工してケーシング外壁上にボスを形成する段階とを含む。

別の態様では、ガスタービンエンジンケーシングを提供する。本ガスタービンエンジンケーシングは、それを貫通して延びるテーパ開口部を有する外壁と、テーパ開口部内に少なくともその一部が設置されるテーパ部分を有する金属プラグとを含む。金属プラグのテーパ部分は、外壁内のテーパ開口部の側壁と嵌まり合っている。

別の態様では、ガスタービンエンジンを提供し、本ガスタービンエンジンは、圧縮機と、高圧タービンと、圧縮機及び高圧タービンの周りで円周方向に延びるエンジンケーシングとを含む。ケーシングは、それを貫通して延びるテーパ開口部を有する外壁と、テーパ開口部内に少なくともその一部が設置されるテーパ部分を有する金属プラグとを含む。金属プラグのテーパ部分は、外壁内のテーパ開口部の側壁と嵌まり合っている。

ボスを有するタービンエンジンケーシング及びこのボスを形成する方法について、以下に詳細に説明する。ボスは、ケーシング壁を貫通してテーパ開口部を機械加工し、嵌め合いテーパ部分を有する金属プラグを挿入し、金属プラグをケーシングに溶接することによって形成される。プラグとケーシングとは次に、所望の立体形状に機械加工される。ボスを形成する方法は、生産するのがより安価であり、製作するのに機械加工が殆ど必要なく、かつ例えばフライス加工及び旋盤加工などの従来の機械加工をより広範囲に使用するのを可能にするより軽量の鍛造品及び鋳造品を使用できるようにする。

図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１０の概略図であり、ガスタービンエンジン１０は、ファン組立体１２と、高圧圧縮機１４及び燃焼器１６を含むコアエンジン１３とを含む。エンジン１０はまた、高圧タービン１８と、低圧タービン２０と、ブースタ２２とを含む。ファン組立体１２は、ロータディスク２６から半径方向外向きに延びるファンブレードの列を含む。エンジン１０は、吸入側２８と排出側３０とを有する。１つの実施形態では、ガスタービンエンジンは、オハイオ州シンシナチ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから購入可能なＧＥ９０型である。ファン組立体１２と低圧タービン２０とは、第１のロータシャフト３１によって結合され、また圧縮機１４と高圧タービン１８とは、第２のロータシャフト３２によって結合される。ケーシング３４は、コアエンジン１３を囲む。

作動中、空気は、エンジン１０を通って延びる中心軸線３６にほぼ平行な方向にファン組立体１２を通って軸方向に流れ、加圧された空気は、高圧圧縮機１４に供給される。高度に加圧された空気は、燃焼器１６に送られる。燃焼器１６からの空気流（図１には図示せず）は、タービン１８及び２０を駆動し、タービン２０は、シャフト３１によってファン組立体１２を駆動する。

図２は、本発明の例示的な実施形態における、エンジンケーシング鍛造品４０内のボス３８の概略図である。ボス３８は、鍛造品４０の外壁４８内のテーパ開口部４６に嵌まり合うような寸法になったテーパ部分４４を有する円筒形金属プラグから形成される。プラグ４２のテーパ部分４４の外面５０は、外壁４８内のテーパ開口部４６の外面５２に溶接されて単体構造を形成する。鍛造品４０とボスプラグ４２とは、所望の形状及び寸法に機械加工されて、点線５４で表したケーシング３４及びボス３８を形成する。

公知のあらゆる機械加工方法を使用して、金属プラグ４２のテーパ部分４４を形成することができる。また、金属プラグ４２を鍛造品４０の外壁４８に溶接する好適なあらゆる方法、例えば慣性／摩擦溶接法を使用することができる。金属プラグ４２を外壁４８に慣性溶接するために、金属プラグ４２を所定速度まで回転させ、次にプラグ４２のテーパ部分４４の外面５０を外壁４８内のテーパ開口部４６の外面５２と摩擦接触するように強制的に押し付けて、面５０及び５２間に溶接部を形成する。

図２に示すように、ボスプラグ４２は、テーパ部分に隣接しかつケーシング鍛造品４０の外面５８から延びた部分５６を含む。ケーシング３４の最終機械加工後には、ボス３８の何らの部分も、ケーシング３４の内面６０を越えてケーシング３４の内部区域の中には延びていない。このボス配置は、ボス３８による追加厚さの全てが鍛造品４０の外面５８に付加されているＯＤ偏倚型ボスと呼ばれることもある。

この例示的な実施形態では、ボス３８付きケーシング３４は、ケーシング３４の所望の厚さよりも大きい厚さの外壁厚さを有するケーシング鍛造品４０を形成することによって製作される。テーパ開口部４６は、その外面５２が鍛造品４０の内面６０から外面５８まで外向きにテーパした状態で、外壁４８内に機械加工される。金属プラグ４２のテーパ部分４４は、テーパ部分４４の外面５０がテーパ開口部４６の外面５２と同一のテーパを有するように機械加工されて、プラグ４２がテーパ開口部４６の中に挿入されたときに、外面５０及び５２が嵌まり合うようになる。プラグ４２は、プラグ４２を所定速度で回転させかつプラグ４２のテーパ部分４４の外面５０を外壁４８内のテーパ開口部４６の外面５２と摩擦接触するように移動させることによって、ケーシング鍛造品４０に慣性／摩擦溶接されて面５０及び５２間に溶接部を形成する。鍛造品４０とボスプラグ４２とは次に、所望の形状及び寸法に機械加工されてケーシング３４及びボス３８を形成する。１つの実施形態では、鍛造品４０に溶接する前にプラグ４２を所望の形状に輪郭付けして、鍛造品４０の最終機械加工を最小にする。

図３は、ボス７０を有するエンジンケーシング３４を示す別の実施形態の概略図である。上述したボス３８と同様なボス７０は、鍛造品４０の外壁４８内のテーパ開口部４６と嵌まり合うような寸法になったテーパ部分７４を有する円筒形金属プラグ７２から形成される。プラグ７２のテーパ部分７４の外面７６は、外壁４８内のテーパ開口部４６の外面５２に溶接されて単体構造を形成する。鍛造品４０とボスプラグ７２とは、所望の形状及び寸法に機械加工されて、点線７８で表したケーシング３４及びボス７０を形成する。

ボスプラグ７２は、テーパ部分７４に隣接しかつケーシング鍛造品４０の外面５８から延びた第１の部分８０を含む。ボスプラグ７２はまた、テーパ部分７４に隣接しかつケーシング鍛造品４０の内面６０から延びた第２の部分８２を含む。ケーシング３４の最終機械加工の後には、ボス７０の第１の部分は、外面５８を超えて延び、また第２の部分は、ケーシング３４の内面６０を越えてケーシング３４の内部区域の中に延びる。このボス配置は、ボス７０による追加厚さのほぼ等しい量が、鍛造品４０の外面５８及び内面６０に付加されている中立偏倚型ボスと呼ばれることもある。

図４は、エンジンケーシング９２にボス９０を追加するのに使用する公知の方法を示す概略図である。金属の円筒形部片９４が、ケーシング鍛造品９８の外面９６に慣性／摩擦溶接される。鍛造品９８と金属部片９４とは、所望の形状及び寸法に機械加工されて、点線１００で表したケーシング９２及びボス９０を形成する。慣性／摩擦溶接法は溶接時に接触状態になる溶接面積によって制限されるので、エンジンケーシング９２にボス９０を追加するのに使用しまた図４に示す公知の方法では、鍛造品９８に溶接することができる金属片９４の直径が制限される。

ボス３８付きケーシング３４を製作する上述の例示的な本方法は、生産するのがより安価であり、製作するのに機械加工が殆ど必要なく、かつ例えばフライス加工及び旋盤加工などの従来の機械加工をより広範囲に使用するのを可能にするより軽量の鍛造品及び鋳造品を使用できるようにする。また、ボスプラグ４２とテーパ開口部４６との間の接触面積は環状区域であるので、図４に示した公知の方法におけるボスの直径よりも大きい直径を有するボスを慣性／摩擦溶接することが可能になる。

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

ガスタービンエンジンの概略図。 本発明の実施形態によるボス付きエンジンケーシングを示す概略図。 本発明の実施形態によるボス付きエンジンケーシングを示す概略図。 エンジンケーシングにボスを追加するのに使用する公知の方法を示す概略図。

符号の説明

３４ エンジンケーシング
３８ ボス
４０ エンジンケーシング鍛造品
４２ 金属プラグ
４４ テーパ部分
４６ テーパ開口部
４８ 外壁
５０ テーパ部分の外面
５２ テーパ開口部の外面

Claims (6)

1. 少なくとも１つのボス（３８）を有するタービンエンジンケーシング（３４）を製作する方法であって、
   外壁（４８）を有するエンジンケーシング（４０）を形成する段階と、
   前記ケーシング外壁を貫通してテーパ開口部（４６）を機械加工する段階と、
   前記ケーシング外壁内のテーパ開口部と嵌まり合うような寸法になったテーパ部分（４４）を金属プラグ（４２）内に機械加工する段階と、
   前記金属プラグを前記ケーシング外壁内のテーパ開口部の中に挿入する段階と、
   前記金属プラグを前記ケーシングに溶接する段階と、
   を含み、
   前記金属プラグ（７２）が、前記テーパ部分（７４）に隣接する第１の部分（８０）及び第２の部分（８２）を含み、
   前記金属プラグを挿入する段階が、前記第１の部分（８０）が前記ケーシング外壁の外面（５８）を越えて延びるように且つ前記第２の部分（８２）が前記ケーシング外壁の内面（６０）を越えて延びるように、前記金属プラグを前記ケーシング外壁（４８）内のテーパ開口部（４６）の中に挿入する段階を含む
   ことを特徴とする方法。
2. 前記金属プラグ（４２）を機械加工して前記ケーシング外壁（４８）上にボス（３８）を形成する段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 前記金属プラグ（４２）が、前記ボス（３８）の所定形状を映した輪郭形状を含み、前記金属プラグを機械加工する段階が、前記輪郭形状の金属プラグを前記ボスの所定形状に機械加工する段階を含む、請求項２記載の方法。
4. 前記金属プラグ（４２）を前記ケーシングに溶接する段階が、前記金属プラグのテーパ部分（４４）を前記ケーシング外壁（４８）に慣性溶接する段階を含む、請求項１記載の方法。
5. テーパ開口部（４６）を有する外壁（４８）と、
   前記テーパ開口部内に少なくともその一部が設置されるテーパ部分（４４）を有する金属プラグ（４２）と、を含み、
   前記金属プラグのテーパ部分が、前記外壁内のテーパ開口部の側壁（５２）と嵌まり合っており、
   前記金属プラグ（７２）が、前記テーパ部分（７４）に隣接する第１の部分（８０）及び第２の部分（８２）を含み、前記第１の部分（８０）が前記外壁（４８）の外面（５８）を越えて延びた状態で且つ前記第２の部分（８２）が前記外壁（４８）の内面（６０）を越えて延びた状態で、前記金属プラグが前記テーパ開口部（４６）内に設置されている
   ことを特徴とする、タービンエンジンケーシング（３４）。
6. 前記金属プラグ（４２）が、前記外壁（４８）に溶接されて単体構造を形成している、請求項５記載のタービンエンジンケーシング（３４）。