JP2003161111A - ベーンの修理方法 - Google Patents
ベーンの修理方法Info
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Abstract
理方法を提供する。 【解決手段】 内側プラットフォーム11、内側バトレ
ス12、外側プラットフォーム13、外側バトレス1
4、およびエアフォイル16を有するベーン10を準備
し、内側プラットフォーム11、内側バトレス12およ
びエアフォイル16をベーン10から完全に取り外すと
共に機械加工されたベーン部分を残して外側プラットフ
ォーム13と外側バトレス14の一部を取り外し、また
交換用内側プラットフォーム、交換用内側バトレス、お
よび交換用エアフォイルを有する交換用細部を準備し、
この交換用細部を機械加工されたベーン部分に対して配
置し、これらを接合する。
Description
ンにおいて使用されるベーンの修理方法に関するもので
ある。
は、元のプラットフォームを再利用しつつ、タービンベ
ーンのエアフォイル部分を新たな鋳造したエアフォイル
と交換する手法である。この種の修理方法は工業用のジ
ェットエンジン内の第1段タービンベーンについて使用
されている。この種の修理方法では、エアフォイル内に
おいて突合せ溶接された接合部によってエアフォイルは
プラットフォームに接合される。
ーンに関してベーン全体の修理が行われる。この形式の
修理方法では、エアフォイル内において単一の突合せ溶
接を使用してエアフォイルおよび外側のプラットフォー
ムは完全に交換される。
の接合が完了した後でエアフォイルを再製作ないし改鋳
(re-strike)することでベーンノズル領域が維持され
る。より効率的な修理ベーンの修理技術に対する必要性
がある。
は、修理されたベーンのエアフォイル部分に溶接部を残
さない、ベーンの修理方法を提供することにある。
な再製作工程に代えて、接合部表面の機械加工によりベ
ーンノズル領域の調整が可能である、ベーンの修理方法
を提供することにある。
と同程度の、バッフルのベーンへの嵌め合いを提供す
る、ベーンの修理方法を提供することにある。
ームの機械加工を殆ど必要とせず、また元の外側プラッ
トフォームのグランド面(ground surface)、シールス
ロットつまりシール用溝、およびボルト用穴などを維持
できる、ベーンの修理方法を提供することである。上述
の目的は本発明の修理方法により達成される。
ービン内で使用されるベーンの修理方法が提供される。
本発明の修理方法は、概略的には、第1のプラットフォ
ーム、第1のバトレス、第2のプラットフォーム、第2
バトレス、および第1のプラットフォームと第2プラッ
トフォームとの間に延在するエアフォイルを有してな
る、修理されるベーンを準備(用意)するステップと、
第1のプラットフォーム、第1のバトレスおよびエアフ
ォイルを完全に取り外すと共に機械加工されたベーン部
分を残して第2プラットフォームと第2バトレスの一部
を取り外すステップと、交換用の第1のプラットフォー
ム、交換用の第1のバトレス、および交換用のエアフォ
イルを少なくとも有する交換用細部(交換用部分品)を
準備つまり用意するステップと、交換用細部を機械加工
されたベーン部分に対して配置するステップと、機械加
工されたベーン部分と交換用細部との間に接合部を形成
するステップと、を有してなる。
の詳細およびその他の目的や特長は、以下の詳細な説明
および添付図面に説明されている。添付図面において、
同じ参照番号は同様な構成要素を示している。
ン10が例示されている。ベーン10は内側プラットフ
ォーム11、内側バトレス12、外側プラットフォーム
13、外側バトレス14、および内側プラットフォーム
11と外側プラットフォーム14の間に延在するエアフ
ォイル16を有している。外側バトレス14は、ベーン
10をその他のエンジン部品と接合させるための複数の
ボルト穴18を有している。
側プラットフォーム11、内側バトレス12、およびエ
アフォイル16が完全に取り外された後に残ったベーン
10の一部15、外側プラットフォーム13の中央部、
および外側バトレス14の一部が例示されている。ベー
ン10の上記部分は、研削、ミリング(圧延)あるいは
ワイヤ放電加工などの、従来公知の任意の適切な方法を
用いて取り外される。図2から明らかなように、取り外
しステップの結果、外側バトレス14の後方バトレスフ
ランジ23にノッチ(切り欠き部)22が形成される。
ノッチ22は好ましくはバトレス後縁延長部の表面24
よりも上方に延在する。さらに図2から明らかなよう
に、後方バトレスフランジ23と前方バトレスフランジ
30の間の外側プラットフォーム13の中央部28が、
プラットフォームのサイドレール32および34を残し
て取り外される。中央部28を取り外すために使用され
た切断部(切り口)ができたことで、図3に例示された
交換用細部40をプラットフォームのサイドレール32
と34の間に差し込む場合において、交換用細部40の
エアフォイル42の部分が修理されたベーン10’内に
正しくずらして結合できて、交換用のエアフォイル42
と隣接するベーンのエアフォイルとの間に適切な流路が
提供される。ノズル領域は、プラットフォームのサイド
レール32と34が切断される角度と、交換用細部40
上の各合わせ面(接合面)の角度とによって調整され
る。これにより交換用のエアフォイル42全体を回転さ
せてノズル領域に適合させることが可能となる。
いられる交換用細部40が例示されている。交換用細部
40は、一体化して形成された、交換用の内側プラット
フォーム43、交換用の内側バトレス44、および交換
用のエアフォイル42を有している。交換用細部40は
さらに、プラットフォームサイドレール32と34の間
に位置すべき、一体化して形成された新しい中央部46
を有しており、この中央部は、交換用の外側プラットフ
ォーム部45、ノッチ22内に位置すべき一体化して形
成された***部分48、および一体化して形成された交
換用のバトレス後縁延長部50を含んでおり、***部分
48は中央部46の表面の上部に延在している。交換用
細部40は、上述の特長を有した鋳造構造体である。交
換用細部40は、ベーン10を形成する材料と同じ材
料、または適合性ないし相容性(相溶性)の材料で形成
される。
れたベーン部分15に対して配置され、またそこに接合
された後の、修理されたベーン10’が例示されてい
る。交換用細部40と機械加工されたベーン部分15
は、従来公知の任意の適切な接合技術やろう付け技術な
どを用いて接合される。好ましくは拡散ろう付け技術を
用いて、交換用細部40と機械加工されたベーン部分1
5が接合される。拡散ろう付けは、ホウ素含有コバルト
ベースのろう付け合金のようなろう付け材料(接合材
料)を交換用細部40と機械加工されたベーン部分15
の各表面に適用つまり付け、接合させることで実施され
る。ろう付け材料が適用された後、機械加工されたベー
ン部分15と交換用細部40が炉内に配置される。修理
されたベーン10’は次いで、2190°F(約119
9℃)から2240°F(約1227℃)までの第1の
温度で1分間から20分間の間、0.0005トールま
たはそれより低い圧力において加熱される。その後、修
理されたベーン10’は、2125°F(約1163
℃)から2175°F(約1191℃)までの第2の温
度で、1分間から10分間の間、0.0005トールま
たはそれより低い雰囲気圧力(大気圧)で加熱される。
その後修理されたベーンは、約2085°F(約114
0℃)から約2115°F(約1157℃)までの第3
の温度で、好ましくは毎分約1°F(約0.555℃)
の冷却率で冷却される。次いで修理されたベーンは、第
3の温度に8時間から12時間の間だけ保持される。こ
の初期冷却期間が完了した後、修理されたベーン10’
は室温つまり約68°F(約20℃)になるまで冷やさ
れる。
内に溶接部のない修理されたベーンとすることができ
る。溶接あるいは拡散ろう付けのいずれでも接合部内で
の材料の強度はベース合金より小さい。より耐久性のあ
るベーンを提供する一方で、エアフォイルはエアフォイ
ル内においては最高温度および高張力にさらされてい
る。さらに、接合部はエアフォイルよりも低い温度に曝
されることから、接合部における必要条件は低い。
再製作工程を追加することに代えて、接合部の表面を機
械加工することで、ベーンノズル領域の調整を可能とす
るものである。ベーンの再製作は、ノズル領域を補正す
るためにエアフォイルのキャンバつまり反りが変わる。
また再製作は、変形された部分、特に後縁のルート部お
よび先端部に微細亀裂(微少割れ)が生じることがあ
る。再製作によりエアフォイルの最良の形状が変化す
る。これらの理由により再製作は望ましくないものであ
る。
は、機械加工されたベーン部分および交換用細部上で接
合部の表面により作り出される角度によって調整され
る。エアフォイル全体は領域に適合するように回転され
る。
ルと内側ベーン壁面との間に厳密に調整された嵌め合い
を維持することでなされる。エアフォイル内で溶接継手
部が一致しないと冷却効果が低減する。本発明による修
理方法は、新しいベーンと同程度に従来の内側バッフル
のベーンへの嵌め合いが可能であることから、十分に効
果的である。
構造においては、研削、ミリングあるいはワイヤ放電加
工などによる単純な機械加工が可能である。接合部の嵌
め合いは、拡散ろう付けなどのろう付け工程で使用する
ために必要な許容誤差つまり公差まで調整することがで
きる。
よる修理方法は、元の外側プラットフォームのグランド
面、シールスロットおよびボルト用穴などを維持しつ
つ、プラットフォームの機械加工を必要としない。さら
に、外側プラットフォームの機械加工された表面を基準
面(基準点)として用いて、任意の内側プラットフォー
ムの機械加工を行うことができる。
フォイルの負荷の殆どは接合部を通らずに交換用細部を
介して内側および外側の鋳造構造体に直接的に伝達さ
れ、接合部に対する強度の必要条件が下がる。100%
の接合破壊が発生した場合でも、エンジンのガス流路内
へ部品が遊離することがない。
内側バトレスの全体を取り外し、また外側のプラットフ
ォームと外側のバトレスの一部を取り外すという修理方
法について例示したが、その代わりに外側プラットフォ
ームと外側のバトレスの全体および内側プラットフォー
ムと内側バトレスの一部が取り外される場合であれば類
似したベーンにおいて本発明の方法は同様に適用でき
る。
ォイルを有し、また外側プラットフォームと外側バトレ
スの一部が取り外された図1のベーンの斜視図である。
斜視図である。
る。
Claims (19)
- 【請求項1】 タービンエンジンで使用されるベーンを
修理する方法であって、 第1のプラットフォーム、第2のプラットフォーム、お
よび前記第1のプラットフォームと前記第2のプラット
フォームとの間に延在するエアフォイルを少なくとも有
する、修理されるべきベーンを準備するステップ、 前記ベーンから前記第1のプラットフォームと前記エア
フォイルを完全に取り外すと共に機械加工されたベーン
部分を残して前記第2のプラットフォームの一部を取り
外すステップ、 交換用のエアフォイルおよび交換用の第1のプラットフ
ォームを少なくとも有する交換用細部を準備するステッ
プ、 前記交換用細部を前記機械加工されたベーン部分に対し
て配置するステップ、および前記機械加工されたベーン
部分の面と前記交換用細部の面との間に接合部を形成す
るステップを有してなる、ことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記修理されるべきベーンが、第1のバ
トレスと、後縁の延長部を有する第2のバトレスとをさ
らに有し、および前記取り外すステップが、前記第1の
バトレスを完全に取り外すと共に前記第2のバトレスの
一部および前記後縁の延長部を取り外して前記第2のバ
トレス内にノッチを作るステップを有してなる、ことを
特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記第2のプラットフォームの一部を取
り外すステップが、前記第2のプラットフォームの中央
部を取り外して第1のプラットフォームのサイドレール
と第2のプラットフォームのサイドレールを形成するス
テップを有してなる、ことを特徴とする請求項2記載の
方法。 - 【請求項4】 前記交換用細部を準備するステップが、
新しい中央の第2のプラットフォーム部分、***部分、
および交換用バトレスの後縁延長部分を備えた交換用細
部を準備するステップであり、また、前記配置するステ
ップが、前記***部分が前記ノッチ内に嵌め合わされる
と共に前記新しい中央の第2のプラットフォーム部分が
前記プラットフォームの各サイドレールの間に嵌め合わ
されるように、前記交換用細部を配置するステップを有
してなる、ことを特徴とする請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 前記接合部を形成するステップの前に、
前記機械加工されたベーン部分と前記交換用細部の一緒
に接合される各表面に接合材料を付けるステップをさら
に有してなる、ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記接合材料を付けるステップが、前記
各表面にろう付け合金を付けることを有してなる、こと
を特徴とする請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 前記接合材料を付けるステップが、ホウ
素を含有するコバルトベースのろう付け合金を前記各面
に付けるステップを有してなる、ことを特徴とする請求
項5記載の方法。 - 【請求項8】 前記接合部を形成するステップが、前記
交換用細部と前記機械加工されたベーン部分の各面を溶
接するステップを有してなる、ことを特徴とする請求項
1記載の方法。 - 【請求項9】 前記接合部を形成するステップが、前記
交換用細部と前記機械加工されたベーン部分の各面をろ
う付けするステップを有してなる、ことを特徴とする請
求項1記載の方法。 - 【請求項10】 前記接合部を形成するステップが、前
記交換用細部と前記機械加工されたベーン部分の各面を
拡散ろう付けするステップを有してなる、ことを特徴と
する請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 前記拡散ろう付けするステップが、前
記接合部を形成するステップの前に一緒に接合されるべ
き前記各面にろう付け材料を付けるステップと、前記ろ
う付け材料を付けるステップの後に前記機械加工された
ベーン部分を前記交換用細部と共に炉の内部に配置する
ステップと、前記機械加工されたベーン部分と前記交換
用細部を2190°F(約1199℃)から2240°
F(約1227℃)の第1の温度で1分から20分の間
だけ加熱するステップとを有してなる、ことを特徴とす
る請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 前記拡散ろう付けステップが、前記機
械加工されたベーン部分と前記交換用細部を2125°
F(約1163℃)から2175°F(約1191℃)
の第2の温度で1分から10分の間だけ加熱するステッ
プをさらに有してなる、ことを特徴とする請求項11記
載の方法。 - 【請求項13】 前記拡散ろう付けステップが、前記機
械加工されたベーン部分と前記交換用細部を前記第2の
温度から約2085°F(1140℃)から約2115
°F(1157℃)までの第3の温度に冷却し、また前
記第3の温度を8時間から12時間まで間だけ保持する
ステップをさらに有してなる、ことを特徴とする請求項
12記載の方法。 - 【請求項14】 前記冷却ステップが、毎分約1°F
(約0.555℃)の冷却率で実施されると共に、前記
拡散ろう付けステップが前記機械加工されたベーン部分
と前記交換用細部を前記第3の温度から室温まで冷却さ
せるステップをさらに有してなる、ことを特徴とする請
求項13記載の方法。 - 【請求項15】 タービンベーンの修理において使用さ
れる交換用細部であって、第1のプラットフォームと、
第2のプラットフォームの一部と、前記第1のプラット
フォームと前記第2のプラットフォームの一部との間に
延在する交換用のエアフォイルとを有してなる、ことを
特徴とする交換用細部。 - 【請求項16】 前記第2のプラットフォーム面の表面
の上方に延在する***部分、および交換用バトレスの後
縁延長部をさらに有してなる、ことを特徴とする請求項
15記載の交換用細部。 - 【請求項17】 前記第1のプラットフォームと一体化
して形成された第1のバトレスをさらに有してなる、こ
とを特徴とする請求項15記載の交換用細部。 - 【請求項18】 前記第1のプラットフォーム、前記第
2のプラットフォームの一部、および前記交換用エアフ
ォイルが一体化して形成されている、ことを特徴とする
請求項15記載の交換用細部。 - 【請求項19】 前記交換用細部が鋳造構造体である、
ことを特徴とする請求項15記載の交換用細部。
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