特許 6809904 ブレード、羽根車、及び、ターボマシンと、ブレードを製造する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6809904

(24)【登録日】2020年12月14日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】ブレード、羽根車、及び、ターボマシンと、ブレードを製造する方法

(51)【国際特許分類】

   F01D 5/14 20060101AFI20201221BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   F01D5/14

   F01D9/02 101

【請求項の数】13

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-541097(P2016-541097)

(86)(22)【出願日】2014年12月12日

(65)【公表番号】特表2017-500488(P2017-500488A)

(43)【公表日】2017年1月5日

(86)【国際出願番号】FR2014053317

(87)【国際公開番号】WO2015092234

(87)【国際公開日】20150625

【審査請求日】2017年11月16日

(31)【優先権主張番号】1362910

(32)【優先日】2013年12月18日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】315008740

【氏名又は名称】サフラン エアークラフト エンジンズ

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100153084

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 康史

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(72)【発明者】

【氏名】サミ ベニッシュー

(72)【発明者】

【氏名】クリスチャン バリオー

(72)【発明者】

【氏名】ステファニー ドゥフランドル

(72)【発明者】

【氏名】セバスチャン ディガール ブルー ドゥ キュイサール

(72)【発明者】

【氏名】パトリック エミリアン ポール エミリー ユシャン

【審査官】 高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１４０９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２９９９８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−０１６７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５５９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３４８９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 仏国特許出願公開第２７１５９６８（ＦＲ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−１８４３１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ ５／１２− ５／１６

Ｆ０１Ｄ ９／００− ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

羽根車の軸線（Ｘ）を中心として配置されているＮ個のブレードを有するターボマシン羽根車（１００）のためのブレード（１０）であって、
前記ブレードの第１の端部が、前記ブレードのエアフォイル（１６）に向かう側において、プラットフォーム壁と呼称される表面（１５）を有する第１のプラットフォーム（１３）を有するブレード（１０）において、
前記ブレードは、前記第１のプラットフォームが前記エアフォイルと共に一体的に形成されており、前記ブレードの軸方向範囲の第１の部分の全体において、前記第１のプラットフォームの前記プラットフォーム壁を通過する前記羽根車の前記軸線（Ｘ）に対して垂直である平面内の区域が、前記エアフォイルの第１の側における第１の直線セグメント（４８ｐｓ）と、前記エアフォイルの第２の側における第２の直線セグメント（４８ｓｓ）とによって実質的に構成されており、及び、前記第１の直線セグメント及び前記第２の直線セグメントの各々は、前記エアフォイルの両側において半径方向（Ｒ）に対して（９０°−１８０°／Ｎ）の角度（α）を形成し、
前記第１のプラットフォーム（１３）は、前記ブレードの前縁（３６）の付近に位置する上流側の限界点（Ｕ）から延びている端縁（４５ｕ）、及び、前記ブレードの後縁（３８）の付近に位置する下流側の限界点（Ｄ）から延びている端縁（４５ｄ）を有し、
交差カーブは、前記エアフォイルの理論表面（３０）と前記第１のプラットフォーム（１３）の前記表面の理論表面（４０）の間で形成される交差のカーブであり、半径方向図において、前記上流側の限界点（Ｕ）と前記下流側の限界点（Ｄ）における交差カーブに対する接線が平行であることを特徴とするブレード。

【請求項2】

前記ブレードの前記軸方向範囲の全体において、前記第１のプラットフォーム（１３）の前記プラットフォーム壁（１５）を通過する前記羽根車の前記軸線に対して垂直である平面上の区域が、前記エアフォイルの第１の側における第１の直線セグメント（４８ｐｓ）と、前記エアフォイルの第２の側における第２の直線セグメント（４８ｓｓ）とによって実質的に構成されており、及び、前記第１の直線セグメント及び前記第２の直線セグメントの各々は、前記エアフォイルの両側において半径方向に対して（９０°−１８０°／Ｎ）の角度を形成する請求項１に記載のブレード。

【請求項3】

前記ブレードの第２の端部が第２のプラットフォーム（２２）を有し、
前記ブレードの前記軸方向範囲の第２の部分の全体において前記第２のプラットフォームの壁（２４）を通過する前記羽根車の前記軸線に対して垂直な平面上の区域が、前記エアフォイルの前記第１の側における第３の直線セグメントと、前記エアフォイルの前記第２の側における第４の直線セグメントとによって実質的に構成されており、及び、
前記第３の直線セグメント及び前記第４の直線セグメントの各々が、前記エアフォイルの両側において半径方向に対して（９０°−１８０°／Ｎ）の角度を形成する、請求項１又は２に記載のブレード。

【請求項4】

前記ブレードの前記軸方向範囲の前記第１の部分は、前記エアフォイルから上流に、及び／又は、前記エアフォイルから下流に延びる請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレード。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載のＮ個のブレード（１０）を含む羽根車（１００）。

【請求項6】

請求項５に記載の羽根車（１００）を含むターボマシン（１１０）。

【請求項7】

ブレードのためのプラットフォーム壁（１５）をモデリングするモデリング方法において、
前記ブレードの軸方向範囲の第１の部分全体において、羽根車の軸線（Ｘ）に対して垂直である平面上の前記プラットフォーム壁の区域が、エアフォイルの第１の側における第１の直線セグメント（４８ｐｓ）と、前記エアフォイルの第２の側における第２の直線セグメント（４８ｓｓ）とを有し、及び、前記第１の直線セグメント及び前記第２の直線セグメントの各々が前記エアフォイルの両側において半径方向に対して（９０°−１８０°／Ｎ）の角度を形成するように、及び、前記ブレードのプラットフォームが、前記エアフォイルと共に一体的に形成されているように見えるように、コンピュータを使用して、前記プラットフォーム壁（１５）のデジタルモデルを作成する段階であって、前記プラットフォームは、前記ブレードの前縁（３６）の付近に位置する上流側の限界点（Ｕ）から延びている端縁（４５ｕ）、及び／又は、前記ブレードの後縁（３８）の付近に位置する下流側の限界点（Ｄ）から延びておりかつ前記ブレードの前記後縁（３８）と整列されている端縁（４５ｄ）を有し、
交差カーブは、前記エアフォイルの理論表面（３０）と前記プラットフォームの表面の理論表面（４０）の間で形成される交差のカーブであり、半径方向図において、前記上流側の限界点（Ｕ）と前記下流側の限界点（Ｄ）における交差カーブに対する接線が平行である、段階を含むことを特徴とするモデリング方法。

【請求項8】

前記エアフォイルの前記軸方向範囲の前記第１の部分は、前記エアフォイルから上流に、及び／又は、前記エアフォイルから下流に延びる請求項７に記載のモデリング方法。

【請求項9】

前記羽根車の軸線を基準として、前記エアフォイル（３０）に関する理論表面を決定する段階と、
前記ブレードに関する第１の構造カーブ（４５）を決定する段階と、
前記第１の構造カーブに対して、前記羽根車の前記軸線を中心として３６０°／Ｎの角度を経由した回転を加えることによって、第２の構造カーブ（４５ｐｓ）を画定する段階とをさらに含み、
前記プラットフォーム壁を作成するために、前記第１の構造カーブ（４５）及び前記第２の構造カーブ（４５ｐｓ）に突き当たりながら移動する直線セグメントを掃引することによって、プラットフォーム壁支持表面（４６）が作成され、及び、前記プラットフォーム壁は、２つの互いに隣接するブレードの間の境界を実質的に画定する限界カーブによって画定される前記プラットフォーム壁支持表面の一部分を含むように前記プラットフォーム壁が作成される、請求項７又は８に記載のモデリング方法。

【請求項10】

前記プラットフォーム壁（４６）に関する理論表面を決定する段階をさらに含み、
その次に、前記第１の構造カーブ（４５）が上流から下流に理論エアフォイル表面（３０）を延長し、及び、前記理論エアフォイル表面を通過し、且つ、前記理論エアフォイル表面と理論プラットフォーム壁表面との間の交点（４４）と概ね同じ距離だけ半径方向に前記軸線（Ｘ）から離れているように、前記第１の構造カーブ（４５）が決定される、請求項９に記載のモデリング方法。

【請求項11】

前記第１の構造カーブ（４５）は、前記理論エアフォイル表面（３０）の外側において前記第１の構造カーブが前記理論プラットフォーム壁表面（４０）内に含まれるように決定される、請求項１０に記載のモデリング方法。

【請求項12】

ターボマシン羽根車のためのブレードを製造する方法であって、前記ブレードの第１の端部は、前記ブレードのエアフォイル（１６）に向かう側に、プラットフォーム壁と呼称される表面（１５）を有する第１のプラットフォーム（１３）を有する方法において、
前記プラットフォーム壁を画定するために、請求項７〜１１のいずれか１項に記載のプラットフォーム壁モデリング方法が使用され、前記第１のプラットフォームが前記エアフォイルと共に一体的に形成されることを特徴とする方法。

【請求項13】

前記ターボマシンは低圧タービンを有する２スプール型ターボマシンである、請求項６に記載のターボマシン（１１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、羽根車の軸線の周りに配置されているＮ個のブレードを有するターボマシン羽根車のためのブレードに関する。ブレードの第１の端部は、ブレードのエアフォイルに向かう側に、「プラットフォーム壁」と呼称される表面を有する第１のプラットフォームを有する。この個数Ｎは、羽根車内に収容されるブレードの個数に等しい整数である。

【背景技術】

【0002】

こうしたブレードはローターホイールであってもよく、及び、その羽根車の中を通過する流れから到来するエネルギーを受け取るか、又は、この流れに対してエネルギーを伝達してもよい。こうしたブレードは、さらにステーターホイール（ｓｔａｔｏｒ ｗｈｅｅｌ）の一部分であってもよく、この場合にはブレードは流れを案内する役割を果たす。

【0003】

以下では、術語「プラットフォーム壁」は、エアフォイルに面するブレードのプラットフォームの表面を示すように、本明細書で使用されている。

【0004】

ターボマシン羽根車のためのブレードは、特に、先端プラットフォーム壁を有する先端と根元プラットフォーム壁を有する根元を有する時に、形状が複雑である部品を構成する。したがって、このブレードを製造することは比較的に難しく、及び、複数の部品を含み、及び／又は、場合によっては５軸マシニングセンタを必要とする、金型又は機械設備一式（ｔｏｏｌｉｎｇ）が使用されることを通常は必要とする。

【0005】

これらが基本的に鋳造（他の方法も想定可能である）によって製造されるブレードであり、及び、１つ又は複数のプラットフォームがエアフォイルと共に一体的に形成されるということを理解されたい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

したがって、本発明の目的は、これらの欠点を克服することと、従来のブレードよりも製造が単純又は容易であるブレードを提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１のプラットフォームがエアフォイルと共に一体的に形成される本序文で示されているタイプのブレードでは、この目的は、ブレードの軸方向の範囲（ｅｘｔｅｎｔ）の第１の部分において、第１のプラットフォームの壁を通過する羽根車の軸線に対して垂直な平面内の区域（ｓｅｃｔｉｏｎ）が、基本的に、エアフォイルの第１の側における第１の直線セグメントと、エアフォイルの第２の側における第２の直線セグメントとによって構成されており、及び、第１及び第２のセグメントの各々がエアフォイルの両側において半径方向に対して（９０°−１８０°／Ｎ）の角度を形成することによって実現される。

【0008】

ブレードの軸方向の範囲の第１の部分は、特に、エアフォイルから上流に、又は、エアフォイルから下流に延びてもよい（場合によっては、さらに、ブレードに対して軸方向に位置合わせされている形で延びてもよい）。ブレードのこの第１の軸方向に延びる部分は、特に、ブレードの前縁の連結フィレット（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｆｉｌｌｅｔ）を越えて上流に延びるか、及び／又は、ブレードの後縁の下流連結フィレットを越えて下流に延びてもよい。

【0009】

したがって、上記定義の通りの２つのブレードが互いに隣接して配置される時に（第１のブレードと第２のブレード）、２つのブレードが羽根車の形に組み合わされる時と同一の位置において、その２つのブレードのエアフォイルの間に位置した「エアフォイル間」空間内において、羽根車の軸線に対して垂直であり且つブレードの第１の部分内に軸方向に位置している平面内において、第１のブレードの区域が、第２のブレードの区域を実質的に構成するセグメントと整合しているセグメント（第１のセグメントと見なされてもよい）によって実質的に構成されている。したがって、２つのブレードの第１のプラットフォーム壁の羽根車の軸線に対して垂直である平面内の区域が、互いに整合している２つの直線セグメント、即ち、第１のブレードに関する第１のセグメントと、第２のブレードに関する第２のセグメントとを有する。好ましくは、第１のセグメントと第２のセグメントは、互いに隣接している端部を有する。

【0010】

第１及び第２のセグメントは２つのベクトルを画定し、この２つのベクトルは、羽根車の軸線に対して垂直な平面の上に射影される時に、ブレードを通過する羽根車の子午線面に関して対称である。

【0011】

これら２つのベクトルはブレードの２つの側に関するそれぞれの「製造方向」を画定する。ブレードの軸方向範囲の第１の部分内のエアフォイルの両側におけるこれらの方向におけるプラットフォーム壁区域の直線状の形状によって、プラットフォーム壁は、様々な製造方法（鋳造、火花侵食機械加工、機械加工等）を使用して、製造が比較的に容易である。

【0012】

さらに、有利なことに、ブレードの軸方向範囲の第１の部分内では、第１のプラットフォームの壁が、２つの隣り合うブレードの間の境界において完全な連続性を有する。

【0013】

上述したブレード形状は、さらに、第１及び第２のセグメントがブレードの外向きの半径方向に対して鋭角を形成するということを意味する。

【0014】

一実施態様では、ブレードの軸方向範囲の全体において、第１のプラットフォームの壁を通過する羽根車の軸線に対して垂直な平面上の区域が、実質的に、エアフォイルの第１の側における第１の直線セグメントと、エアフォイルの第２の側における第２の直線セグメントとによって構成されており、及び、第１及び第２のセグメントの各々がエアフォイルの両側において（９０°−１８０°／Ｎ）の角度を形成する。

【0015】

一実施態様では、ブレードの第２の端部は第２のプラットフォームを有する。ブレードの軸方向範囲の第２の部分において、第２のプラットフォームの壁を通過する羽根車の軸線に対して垂直な平面上の区域が、実質的に、エアフォイルの第１の側における第３の直線セグメントと、エアフォイルの第２の側における第４の直線セグメントとによって構成されており、及び、前記第３の直線セグメント及び前記第４の直線セグメントの各々がエアフォイルの両側において半径方向に対して（９０°−１８０°／Ｎ）の角度を形成する。

【0016】

好ましくは、ブレードの軸方向範囲の第１及び第２の部分は互いに同一である。

【0017】

この実施態様では、したがって、ブレードの製造が特に簡素化される。明確に述べると、ブレードプラットフォーム壁の上記形状の故に、先端及び根元プラットフォーム壁はブレードの端部において互いに平行である。即ち、羽根車の軸線に対して垂直である平面内の先端及び根元プラットフォーム壁の区域は、ブレードの圧力側と吸引側との両方において、先端及び根元プラットフォーム壁のためのそれぞれのセグメントによって実質的に構成されており、及び、これら２つのセグメントは互いに対して平行である。

【0018】

したがって、ブレードの両側では、先端及び根元製造方向が互いに平行である。製造方法、及び、したがって、概して、製造機械設備一式が、比較的に簡素であることが可能である。

【0019】

一実施様態では、第１のプラットフォームは、ブレードの前縁を実質的に延長する端縁、及び／又は、ブレードの後縁を実質的に延長する端縁を有する。

【0020】

この場所又はこれらの場所における端縁の存在が、ブレードの周囲の流体の流れを過剰に乱すことがないが、ブレードを製造するために簡素な形状の機械設備一式を使用することを可能にするということが発見されている。

【0021】

本発明は、さらに、上記定義の通りのＮ個のブレードを有する羽根車と、特にこうした羽根車を有する低圧タービンを有する２スプール型ターボマシン（ｔｗｏ−ｓｐｏｏｌ ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅ）である、ターボマシンとを提供する。

【0022】

本発明の第２の目的は、特に従来技術のブレードに比較して、製造が特に容易であるブレードを画定することを可能にする、ブレードのためのプラットフォーム壁のモデリング方法を提案することである。

【0023】

この目的は、ブレードプラットフォーム壁が、次の段階、即ち、
− コンピュータを使用して、ブレードの軸方向範囲の第１の部分において、及び、場合によっては、ブレードの軸方向範囲の全体において、羽根車の軸線に対して垂直である平面上のプラットフォーム壁の区域が、エアフォイルの第１の側における第１の直線セグメントと、エアフォイルの第２の側における第２の直線セグメントとを形成し、及び、第１及び第２のセグメントの各々がエアフォイルの両側において半径方向に対して（９０°−１８０°／Ｎ）の角度を形成するように、及び、ブレードのプラットフォームが、エアフォイルと共に一体的に形成されている形に見えるように、プラットフォームのデジタルモデルを作成する段階、を使用してモデリングされる時に実現される。

【0024】

術語「半径方向」は、本明細書では、ブレードのエアフォイルにおいて半径方向である方向を意味するために使用されている。

【0025】

この方法は、上記定義の通りのブレードのデジタルモデルを得ることを可能にする。

【0026】

ブレードの第１のプラットフォームの壁のデジタルモデルが作成されることを可能にするために、この方法は、
− 羽根車の軸線を基準として、エアフォイルに関する理論表面を決定する段階と、
− ブレードに関する第１の構造カーブ（ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ）を決定する段階とを含んでもよい。

【0027】

その次に、この第１の構造カーブは、プラットフォーム壁支持表面を構成することを可能にする。

【0028】

例えば、第１の構造カーブが次のように作成されてもよい。この方法は、理論エアフォイル表面が決定される段階を含んでもよい。及び、その次に、第１の構造カーブが、この第１の構造カーブが上流から下流に理論エアフォイル表面を延長し、及び、理論エアフォイル表面を通過し、且つ、理論エアフォイル表面と理論プラットフォーム壁表面との間の交点と概ね同じ距離だけ半径方向に軸線から離れているように、第１の構造カーブが決定される。

【0029】

さらに、好ましくは、理論エアフォイル表面の外側において第１の構造カーブが理論プラットフォーム壁表面内に含まれているように、第１の構造カーブを決定することが可能である。

【0030】

これらの措置が、作成されるプラットフォームがプラットフォーム壁に関する理論表面に近いように、第１の構造カーブを画定することを簡単にする。この表面は、空気力学的に理想的であるプラットフォームを原則的に有するという目的のために計算されるプラットフォーム壁表面である。したがって、この計算されたプラットフォーム壁は高レベルの空気力学的性能を有する。

【0031】

さらに、好ましくは、プラットフォーム壁に関する理論表面との第１の構造カーブの交点が厳密に２つの箇所によって構成されるように、第１の構造カーブを画定することが可能である。

【0032】

さらに、好ましくは、少なくとも１つの方向、即ち、上述した製造方向に関して、プラットフォーム壁に関する理論表面の付近に、圧力側と吸引側の両方において、鋭角又は直角である、エアフォイルの理論表面に対する法線と上記方向との間の角度が存在するように、第１の構造カーブを画定することが可能である。

【0033】

この条件を満たすために、第１の構造カーブは、特に、意図された製造方向に対して法線が垂直である箇所において理論エアフォイル表面に交差してもよい。

【0034】

第１の構造カーブを計算する上述の方法は、第１のプラットフォームの壁を計算するために適切な補助を与える第１の構造カーブを得ることを可能にする。

【0035】

その次に、この第１の構造カーブは、プラットフォーム壁を計算する時に使用される。

【0036】

様々な方法が、プラットフォーム壁が作成されることを可能にすることができる。

【0037】

例えば、第１の構造カーブの軸方向範囲の全体にわたって、軸線に対して垂直な平面内のプラットフォーム壁支持表面の区域が直線セグメントによって構成されるように画定されている、プラットフォーム壁支持表面を作成することによって開始することが可能である。

【0038】

プラットフォーム壁支持表面は、適切なプラットフォーム壁を構成するために使用される表面である。エアフォイルの両側において、特に、（ブレード間の隙間を無視する場合に）２つの互いに隣接するブレードの間の境界（ｌｉｍｉｔ）を実質的に画定するカーブである限定カーブ（ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ）においてプラットフォーム壁支持表面を限定する（制限する）ための限定（制限）操作によって、プラットフォーム壁がプラットフォーム壁支持表面から作成される。

【0039】

上述した第１の構造カーブは、したがって、様々な形でプラットフォーム壁支持表面を作成するために使用されることが可能である。

【0040】

一実施様態では、プラットフォーム壁支持表面は、次の操作、即ち、
− 第１の構造カーブに対して羽根車の軸線を中心として３６０°／Ｎの角度を経由した回転を加えることによって、ブレードのための第２の構造カーブを画定する操作と、
− 第１及び第２の構造カーブに突き当たり（ｂｅａｒ ａｇａｉｎｓｔ）ながら移動する直線セグメントを掃引（ｓｗｅｅｐ）することによって、プラットフォーム壁支持表面（第１のプラットフォーム壁支持表面）を画定する操作
とを行うことによって作成される。

【0041】

術語「突き当たること（ｂｅａｒｉｎｇ ａｇａｉｎｓｔ）」は、本明細書では、直線セグメントが両方の構造カーブと常に接触した状態を保つということを意味する。

【0042】

直線セグメントは、羽根車の軸線に対して垂直である平面内に常に留まりながら移動する。

【0043】

したがって、プラットフォーム壁は、このプラットフォーム壁支持表面の一部分を含むように作成される。このプラットフォーム壁は、特に、互いに隣接するブレードの間の境界を画定する限界カーブにおいてプラットフォーム壁支持表面を限定することによって、プラットフォーム壁支持表面から得られる。

【0044】

構造カーブの（羽根車の軸線に対する）軸方向の範囲全体において、第１及び第２の構造カーブに対して突き当たりながら第１及び第２の構造カーブ上を移動する直線セグメントを掃引することによって、プラットフォーム壁支持表面が作成されるので、プラットフォーム壁支持表面の区域は、この軸線に対して垂直であり且つ直線セグメントによって構成されている平面に従う。

【0045】

構造によって、上記定義の通りのプラットフォーム壁支持表面は、理論エアフォイル表面の一方の側だけを延び、即ち、圧力側に向かって、又は、吸引側に向かって延びる。理論エアフォイルの第２の側にプラットフォーム壁支持表面を作成するために、例えば、次の操作、即ち、
− （第２の構造カーブを作成するために使用された第１の回転と第２の回転とが互いに反対方向に行われる場合に）−３６０°／Ｎの角度を経由した軸線に対する第２の回転を第１のプラットフォーム壁支持表面に対して加えることによって、第２のプラットフォーム壁支持表面を作成する操作を行うことが可能である。

【0046】

その次に、プラットフォーム壁は、軸方向に第１の構造カーブの少なくとも一部分において、理論エアフォイル表面の両側に位置している第１及び第２のプラットフォーム壁支持表面のそれぞれに２つの部分を含むように画定される。

【0047】

プラットフォーム壁を作成することは、特に、プラットフォーム壁の部分を形成しない表面部分を第１及び第２のプラットフォーム壁支持表面から排除することを必要とする。このことは、特に、
− 理論エアフォイル表面の内側に位置しており、及び／又は、
− 理論エアフォイル表面と、理論プラットフォーム壁支持表面の１つに理論エアフォイル表面を連結する連結フィレットとの間に位置している、プラットフォーム壁支持表面部分に関係する。

【0048】

プラットフォーム壁は、エアフォイルの両側において限定カーブによってプラットフォーム壁表面を限定することによって完成させられる。

【0049】

本発明は、さらに、ターボマシン羽根車のためのブレードの第１の端部が、そのブレードのエアフォイルに面するプラットフォーム壁表面を有する第１のプラットフォームを有し、及び、プラットフォーム壁を画定するために上記定義の通りのプラットフォーム壁モデリング方法が使用され、及び、第１のプラットフォームがエアフォイルと一体的に形成される、ターボマシン羽根車のためのブレードを製造する方法も提供する。

【0050】

この方法では、ブレードは、主に鋳造によって作られることが好ましい。

【0051】

本発明は、さらに、ＣＡＴＩＡ（登録商標）ＣＡＤツールを使用することによって、上記定義の通りのプラットフォーム壁モデリング方法を行うことにも関する。

【0052】

最後に、本発明は、さらに、上記定義の通りのプラットフォーム壁モデリング方法の諸段階をコンピュータが実行することを可能にするための命令を含むコンピュータプログラムと、上記定義の通りのコンピュータプログラムを記憶するコンピュータ可読データ媒体と、上記定義の通りのデータ媒体とを含むコンピュータとを提供する。

【0053】

非限定的な具体例として示されている実施形態の以下の詳細な説明を了解することによって、本発明が適切に理解されることが可能であり、及び、本発明の利点がより明確になるだろう。この説明は添付図面を参照しながら行われる。

【図面の簡単な説明】

【0054】

【図1】本発明のブレードの略斜視図である。

【図2】図１に示されているブレードと同じブレードを含む羽根車を示す、ターボマシンの部分略斜視図である。

【図3】図１のブレードのデジタルモデルが本発明のモデリング方法によって作成されている時の、この図１のブレードのデジタルモデルの略斜視図である。

【図4】図１のブレードが本発明のモデリング方法によって作成されている時の図１のブレードのデジタルモデルを示す、羽根車の軸線に対して半径方向である略図である。

【図5】図１のブレードが本発明のモデリング方法によって作成されている時の図１のブレードのデジタルモデルにおける、羽根車の軸線に沿って見た場合の略図である。

【発明を実施するための形態】

【0055】

図１は、本発明の実施形態を示す３つの互いに同一のブレード１０を示す。ブレード１０の各々は、Ｎ個のブレード１０を備える羽根車１００を形成するように、Ｎ−１個の同一のブレードと共にアセンブリされるように設計されている（図２）。

【0056】

羽根車１００自体は、ターボマシン１１０の一部分を形成する。

【0057】

羽根車１００内では、ブレード１０はその羽根車の軸線Ｘの周りに軸対称的な形にローターディスク１２上に取り付けられている。羽根車が使用されている時には、流体流が羽根車の上流側から下流側に軸線Ｘに沿って流れる。

【0058】

次の説明では、上流側に関連した要素が「ｕ」と記述され、一方、下流側に関連した要素が「ｄ」と記述される。

【0059】

各ブレード１０は、羽根車から外方に向かう半径方向において、連続して、根元１４と、エアフォイル１６と、先端１８とを備える。

【0060】

したがって、根元１４と先端１８はブレードの２つの端部を構成する。根元１４と先端１８はそれぞれのプラットフォーム１３、２２を含む。これらのプラットフォーム１３、２２は、（ブレード１０に関しては半径方向Ｒである）エアフォイル１６の縦方向に対して概ね垂直である方向に延びる。

【0061】

根元プラットフォーム１３はプラットフォーム壁１５を有し、及び、先端のプラットフォーム２２はプラットフォーム壁２４を有する。

【0062】

半径方向図では、プラットフォーム壁１５は、上流端縁１７ｕと下流端縁１７ｄと圧力側端縁１７ｐｓと吸引側端縁１７ｓｓとによって画定されている概ね長方形である輪郭を有する。

【0063】

プラットフォーム壁１５は、２つの相補的な部分、即ち、エアフォイルの圧力側に位置した圧力側部分１５ｐｓと、エアフォイルの吸引側に位置した部分１５ｓｓとによって、形成されている。

【0064】

プラットフォーム壁１５は、（実質的に、変化する半径を有する連結フィレットである）連結表面２０を介して、エアフォイル１６の表面に連結されている。

【0065】

本発明によるブレード１０の形状を画定するために使用されるモデリング方法を次で説明する。

【0066】

この方法は次の操作を含む。
ａ）エアフォイルの理論表面を決定する。
ｂ）プラットフォーム壁の理論表面を決定する。
ｃ）ブレードに関する構造カーブを決定する。
ｄ）プラットフォーム壁を作成する。

【0067】

これらの操作は、例えばＤａｓｓａｕｌｔ Ｓｙｓｔｅｍｅｓ社製のＣＡＴＩＡ（登録商標）ソフトウェアのようなコンピュータ支援設計プログラムを使用して、コンピュータ上で行われる。

【0068】

したがって、後述する様々な作成操作は３次元実体を作成する操作であり、こうした３次元実体は、仮想３次元環境または空間内で定義される。

【0069】

ａ）理論エアフォイル表面の決定
理論エアフォイル表面３０が最初に作成される。この表面は、エアフォイル１６のために必要とされる外側表面を表す。この表面は、特に、エアフォイルに適用可能である空気力学的な制約条件の関数である。エアフォイルは、吸引側３０ｓｓと圧力側３０ｐｓとによって構成されており、及び、前縁３６と後縁３８とを有する（図３）。

【0070】

ｂ）理論プラットフォーム壁表面の決定
その次に、理論根元プラットフォーム壁表面４０と理論先端プラットフォーム壁表面６０とが作成又は決定される。これらの表面の各々は、羽根車を通る気体流の通過を画定する内側又は外側ケーシングのために必要とされる形状を概ね有する。

【0071】

表面４０、６０は、画定されるべきブレードの範囲とフットプリントとを軸方向に画定する限界カーブ（４０Ｕ、４０Ｄ、６０Ｕ，６０Ｄ）に軸方向に上流及び下流に延びる。

【0072】

説明している実施形態では、表面４０、６０は、軸線Ａを中心として画定されている回転曲面である。即ち、例えば、局所的な突起及び／又は凹みを含む所謂「３Ｄ」プラットフォームを画定することに至る表面のような、回転曲面ではないプラットフォーム壁のための理論表面も本発明の範囲内で使用されることが可能である。

【0073】

軸線を中心とした術語「回転曲面」は、本明細書では、軸線を中心としてカーブを回転させることによって形成される表面を意味する。

【0074】

ｃ）ブレード構造カーブの作成
理論エアフォイル及びプラットフォーム壁表面（３０、４０、６０）によって構成される支持実体を画定した後に、第１の構造カーブ４５、６５が、根元１４のプラットフォーム１３と、ブレード１０の先端１８のプラットフォーム２２とに関してそれぞれに作成される。

【0075】

このために、交差カーブ（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ）４４が、理論エアフォイル表面３０と理論根元プラットフォーム壁表面４０との間で決定される。

【0076】

交差カーブ６４も、理論エアフォイル表面３０と理論根元プラットフォーム壁表面６０との間で決定される。

【0077】

その次に、製造方向が決定される。これらの製造方向は１対の（正規化された）ベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓによって決定される。これらのベクトルは、それぞれに、エアフォイルのために使用される製造方法が決定されることを可能にする方向をエアフォイルの２つの側に関して決定する。

【0078】

羽根車の軸線Ｘに沿って見た場合に、ベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓの各々は、半径方向Ｒに対して（９０°−１８０°／Ｎ）に等しい角度αにあり、この場合に、Ｎは羽根車のブレードの個数であり（図５）、及び、したがって、２つの互いに隣接するブレードの間の（軸線Ｘ上の）頂点における角度は３６０°／Ｎに等しい。

【0079】

これとは対称的に、半径方向に対して垂直な平面上への射影では、ベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓは互いに反対方向に方向付けられている（図４）。

【0080】

したがって、ベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓは、半径方向（Ｒ）において理論エアフォイル表面３０を通過して延びており且つ羽根車の軸線Ｘを含む平面に関して互いに対称である。

【0081】

次に、製造方向（ベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓ）と、根元プラットフォーム１３に関する第１の構造カーブ４５とがどのように決定されるかを詳細に説明するが、これと同じ方法が、その後で、先端プラットフォーム２２に関する第１の構造カーブ６５を決定するために使用される。

【0082】

理論ブレード表面と理論プラットフォーム壁表面との間の特定の交差カーブ（本具体例では、交差カーブはカーブ４４である）の場合に、各々の製造方向（ベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓの対によって決定される）が、後述するように定義される「限界（ｌｉｍｉｔ）」点と呼称される１対の箇所（Ｕ、Ｄ）に対応する。

【0083】

１対の限界点（Ｕ、Ｄ）は、ブレードの前縁３６の付近と後縁３８の付近とにそれぞれに概ね位置している１対の箇所であり、これらは想定されている交差カーブ（カーブ４４）の一部分を形成し、及び、ベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓにそれぞれに関連付けられている２つの相補的な部分（４４ｐｓ、４４ｓｓ）の形に交差カーブを再分割し、及び、したがって、これらの部分（４４ｐｓ、４４ｓｓ）の各々上のあらゆる箇所において、当該箇所における理論エアフォイル表面に対する法線の間の角度が、関連したベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓに対して鋭角又は直角を形成する。

【0084】

言い換えると、これらの湾曲部分の１つの湾曲部分上の各箇所において、理論エアフォイル壁表面は、この湾曲部分に関連付けられているベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓに対して非ネガティブな抜け勾配（ｄｒａｕｇｈｔ）を有する。

【0085】

概して、このことは、半径方向図（図４）では、限界点（Ｕ、Ｄ）における交差カーブ（カーブ４４）に対する接線が、図４に示されているように、製造方向（Ｄｐｓ、Ｄｓｓ）に対して平行であるということを意味する。

【0086】

製造方向（１対のベクトルＤｐｓ、Ｄｓｓ）が選択され、これによって１対の限界点Ｕ、Ｄを決定する。

【0087】

その次に、根元プラットフォーム壁に関する第１の構造カーブ４５が、次の条件を満たすように画定される。
− カーブ４５は限界点Ｕ、Ｄを通過しなければならない。
− カーブ４５は、理論プラットフォーム壁表面４０の上流及び下流限界カーブ４０Ｕ、４０Ｄのそれぞれに向かって上流及び下流に延びなければならない。
− カーブ４５は、限界点Ｕ、Ｄの間の理論エアフォイル表面３０を横断することなしに、限界点Ｕ、Ｄを互いに連結しなければならない。

【0088】

したがって、第１の構造カーブ４５は、
− 限界点Ｕ、Ｄに端部を有する、カーブ４４の内側の部分４５ｉ（半径方向図（図４）では、この湾曲部分４５ｉはカーブ４４の内側を延びる）と、
− それぞれに限界点Ｕからカーブ４０に及び限界点Ｄからカーブ４０ｄに、理論根元プラットフォーム壁表面４０上に形成されている２つの湾曲部分４５ｕ、４５ｄ
とを備える。

【0089】

その次に、第２の構造カーブ４５ｐｓが、軸線Ｘに対して角度３６０／Ｎを経由して第１の構造カーブ４５を回転させることによって作成される。

【0090】

その次に、先端プラットフォーム２２に関する第１及び第２の構造カーブ６５、６５ｐｓが類似の仕方で作成される。

【0091】

ｄ）根元及び先端プラットフォーム壁の作成
根元プラットフォーム壁１５が、最初に次の操作を行うことによって構成され、
− プラットフォーム壁支持表面４６が、第１の構造カーブ４５と第２の構造カーブ４５ｐｓとに突き当たり即ち接触し続けながら移動する直線セグメントを掃引することによって作成される。

【0092】

軸線Ｘに対して垂直な平面内のプラットフォーム壁支持表面４６の区域が図５に示されている。

【0093】

表面４６がカーブ４５の軸方向範囲全体にわたって２つのカーブ４５、４５ｐｓの間で直線セグメントを掃引することによって構成されるので、軸線に対して垂直な平面内のプラットフォーム壁支持表面４６の区域は直線セグメント４８である。
− その次に、プラットフォーム壁１５が作成される。

【0094】

これを行うために、表面２０が、圧力側において、理論エアフォイル表面３０とプラットフォーム壁支持表面４６との間の連結フィレットに関して、最初に計算される。

【0095】

その次に、プラットフォーム壁支持表面４６は、連結フィレット表面２０の端部において限定される。

【0096】

理論エアフォイル表面３０から上流及び下流において、プラットフォーム壁支持表面は第１の構造カーブ４５に延びる。

【0097】

その次に、互いに隣接するブレードのプラットフォームを画定する所望の限界カーブ５２が最初に与えられるか又は作成される。プラットフォーム壁支持表面４６が、その次に、限界カーブ５２によって分離される２つの部分４６ｐｓ、４６ｓｓに分割される。

【0098】

その次に、プラットフォーム壁支持表面４６の部分４６ｓｓが、軸線Ｘを中心として−３６０°／Ｎの角度を経由して回転させられる。この回転が加えられる部分４６ｓｓが、したがって、吸引側における理論エアフォイル表面に対して相対的に配置される。

【0099】

吸引側における理論エアフォイル表面３０とプラットフォーム壁支持表面４６ｓｓとの間の連結フィレットの表面２０が、最初に計算される。

【0100】

その次に、プラットフォーム壁支持表面４６ｓｓは、連結フィレット表面２０の端部において限定される。

【0101】

この部分４６ｓｓ（理論エアフォイル表面３０の吸引側に位置している）と部分４６ｐｓは、共に、ブレード１０の根元１４のプラットフォーム１３の壁１５を構成する。

【0102】

（別の実施形態では、上述した表面４６ｓｓ、４６ｐｓの一部分だけがプラットフォーム壁１５を作成するために使用される。表面４６ｓｓ、４６ｐｓのこれらの部分に加えて、その次に、プラットフォーム壁１５は、例えば回転曲面ではない表面部分のような、表面４６ｓｓ、４６ｐｓ以外の表面も有する。）

【0103】

エアフォイル１６から上流及び下流では、プラットフォーム壁支持表面の部分４６ｓｓ、４６ｐｓは互いに隣接しており、及び、第１の製造カーブ５２において、即ち、カーブ４５ｕ、４５ｄにおいて、突出端縁を形成する。

【0104】

これとは逆に、限界カーブ５２において、互いに隣接する表面４６ｐｓ、４６ｓｓは完全に連続している。

【0105】

構造によって、理論エアフォイル表面３０の両側では、プラットフォーム壁支持表面部分４６ｓｓ、４６ｐｓの区域４８ｓｓ、４８ｐｓが、半径方向Ｒに対して（９０°−１８０°／Ｎ）に等しい角度αを形成する（図５）。

【0106】

さらに、ブレードの軸方向範囲の全体にわたって、プラットフォーム壁１５を通る羽根車の軸線に対して垂直な平面上の区域が、エアフォイルの第１の側において第１の直線セグメント４８ｐｓを有し、及び、エアフォイルの第２の側において第２の直線セグメント４８ｓｓを有する。これらの第１及び第２のセグメント４８ｓｓ，４８ｐｓの各々は、半径方向Ｒに対して、エアフォイルの両側において（９０°−１８０°／Ｎ）の角度を形成する。

【0107】

先端プラットフォーム壁２４が根元プラットフォーム壁１５と同じ仕方で作成される。

【0108】

したがって、先端及び根元プラットフォーム壁に関する支持表面の区域は、軸線Ｘに対して垂直な平面内において、互いに平行な直線セグメント４８、６８を有する。

【0109】

理論エアフォイル表面３０は、根元側において、連結フィレット２０において限定される。理論エアフォイル表面３０は、先端側において作成される連結フィレット７２において同様に限定される。

【0110】

その次に、この限定が終了した後に、ブレード全体のデジタルモデルが、特にプラットフォーム壁１５、２４と連結フィレット２０、７２と理論エアフォイル表面３０とをブレードの中に組み込むことによって、完成させられる。

【0111】

その次に、ブレード１０は、このようにして決定されたデジタルモデルによって決定された形状を有する形で製造されることが可能である。

【符号の説明】

【0112】

１０ ブレード
１３ 根元プラットフォーム
１４ 根元
１５ プラットフォーム壁
１６ エアフォイル
１８ 先端
２０ 連結表面
２２ 先端プラットフォーム
３０ 理論エアフォイル表面
４０ 理論根元プラットフォーム壁表面
６０ 理論先端プラットフォーム壁表面
１００ 羽根車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】