JP2016200059A - Repairing method for turbine blade - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ジェットエンジンのロータ等に使用されるタービンブレードの補修方法に関する。 The present invention relates to a method for repairing a turbine blade used in a rotor or the like of a jet engine.
タービンのロータに放射状に取り付けられるタービンブレード1は、図3に示すように、その先端側にシュラウド2が形成されている。
シュラウド2は、翼3に対して略直交するプラットフォーム4の外周面側に、ステータとの間でラビリンスシールを構成するシールティース5が、ロータの回転方向に沿って並列に形成されている。また、プラットフォーム4の左右端縁は、翼同士の間隔や位置を保持するため屈曲線状のZフォーム部6L、6Rに形成されており、使用によりZフォーム部6L、6Rやシールティース5が摩耗する。
As shown in FIG. 3, the turbine blade 1 that is radially attached to the rotor of the turbine has a
In the
このため、摩耗部分に肉盛溶接を行って肉盛部7を形成し、Zフォーム部6L、6Rはその端縁形状に形成されたフォームド砥石で研削し、肉盛部7の余剰部分をグラインダー等で手仕上げ加工して、元の形状に成形し直す補修作業が行われる。
しかし、このような手仕上げ加工では、効率が悪いだけでなく、寸法精度が低いものを再使用せざるを得ないという問題があった。
For this reason, the welded portion is subjected to overlay welding to form the overlay portion 7, and the Z foam portions 6 </ b> L and 6 </ b> R are ground with a formed grindstone formed in the edge shape thereof, and the surplus portion of the overlay portion 7 is removed. Repair work is performed by hand-finishing with a grinder or the like and re-forming the original shape.
However, such hand finishing has not only inefficiency, but also has a problem that it must be reused with low dimensional accuracy.
そこで、出願人は、NC加工技術を応用し、そのタービンブレード1の設計形状データに基づいて、シュラウド2を自動的に補修することを試みた。
シュラウド2は、その位置を規定するため、後方端縁6Bと、その右側Zフォーム部6Rの後端側端縁6Cが基準面として規定され、その基準面となる端縁6B及び6Cには肉盛溶接することが禁止されている。
したがって、NC加工する際には肉盛溶接されていない端縁6B及び6Cを基準面として設計形状データをマッチングさせてツールパスの設定を行う。
Therefore, the applicant applied NC processing technology and tried to automatically repair the
In order to define the position of the
Therefore, when NC machining is performed, the tool path is set by matching the design shape data with the
しかしながら、補修対象となるタービンブレード1は肉盛溶接時の高熱の影響を受け、基準面となる端縁6B及び6Cを含め全体が熱変形している。したがって、これら端縁6B及び6Cを基準面として設計形状データをマッチングさせてツールパスを設定すると、許容された公差を考慮しても、シュラウド2の母材を傷つけてしまうことが判明した。
補修により切削加工が許される部分は肉盛部7のみであり、母材を切削してしまうと規格外となり再使用することができない。
However, the turbine blade 1 to be repaired is affected by high heat during build-up welding, and the entire blade blade 1 including the
Only the build-up portion 7 is allowed to be cut by repair, and if the base material is cut, it becomes out of specification and cannot be reused.
そこで本発明は、シュラウドが摩耗又は熱変形して元の形状が維持されていない場合でも、摩耗した部分に肉盛して、設計データに基づきNC加工機により母材を傷つけることなく指定形状に成形できるようにすることを技術的課題とする。 Therefore, even when the shroud is worn or thermally deformed and the original shape is not maintained, the present invention builds up the worn portion and makes the specified shape without damaging the base material by the NC processing machine based on the design data. It is a technical problem to enable molding.
この課題を解決するために、本発明は、タービンブレードの先端側シュラウドのプラットフォームの左右端縁及びシールティースが摩耗又は熱変形したときに、当該シュラウドの肉盛溶接が許容された箇所に肉盛溶接を行って肉盛部を形成した後、当該肉盛部のはみ出し部分を切削して補修するタービンブレードの補修方法において、
タービンブレードをNC加工機にセットした状態で、シュラウドの肉盛溶接されていない部分を三次元計測することによりワーク形状データを取得し、
前記ワーク形状データが予め登録された設計形状データについて許容された公差内に収まるように、設計形状データを平行移動及び回転移動させてタービンブレードのワーク形状データにマッチングさせ、
前記設計形状データに基づきその公差領域の外側部分を切削するツールパスを算出し、
当該ツールパスに基づき前記NC加工機で切削加工することを特徴とする。
In order to solve this problem, the present invention provides a method for overlaying a portion of the shroud where build-up welding is permitted when the left and right edges of the platform of the shroud of the turbine blade and the seal teeth are worn or thermally deformed. In the repairing method of the turbine blade, after performing welding and forming the build-up portion, cutting and repairing the protruding portion of the build-up portion,
With the turbine blade set on the NC processing machine, the workpiece shape data is obtained by three-dimensionally measuring the portion of the shroud that is not overlay welded,
The design shape data is translated and rotated to match the workpiece shape data of the turbine blade so that the workpiece shape data falls within the tolerance allowed for the pre-registered design shape data,
Calculate a tool path that cuts the outer portion of the tolerance region based on the design shape data,
Cutting is performed by the NC processing machine based on the tool path.
本発明方法によれば、タービンブレードをNC加工機にセットした状態で測定されたシュラウド部分のワーク形状データが、タービンブレードの設計形状データの許容された公差内に収まるように設計形状データを平行移動及び回転移動させてマッチングを行った後、その公差領域の外側部分を切削加工するツールパスが設定されるので、設計形状データの公差領域の内側部分は切削されずに残され、外側部分のみが切削される。
ワーク形状データは、補修しようとするシュラウドの母材部分の三次元データであり、この母材部分が設計形状データの公差内に収まっているので母材は切削されることがなく、公差領域の外側にはみ出た肉盛部のみを切削することができ、シュラウド全体を設計形状データ通りにその公差内に収まるように補修することができる。
According to the method of the present invention, the design shape data is parallelized so that the work shape data of the shroud portion measured with the turbine blade set on the NC processing machine is within the allowable tolerance of the design shape data of the turbine blade. After matching by moving and rotating, a tool path for cutting the outer part of the tolerance area is set, so the inner part of the tolerance area of the design shape data is left uncut, only the outer part. Is cut.
The workpiece shape data is three-dimensional data of the base material part of the shroud to be repaired, and since this base material part is within the tolerance of the design shape data, the base material is not cut, and the tolerance region Only the built-up portion that protrudes to the outside can be cut, and the entire shroud can be repaired so as to be within the tolerance according to the design shape data.
本例は、タービンブレード先端のシュラウドを補修する際に、シュラウドが摩耗したり熱変形して元の形状が維持されていない場合でも、設計データに基づきNC加工機により指定形状に成形できるようにするために、
タービンブレードの先端側シュラウドのプラットフォームの左右端縁及びシールティースが摩耗又は熱変形したときに、当該シュラウドの肉盛溶接が許容された箇所に肉盛溶接を行って肉盛部を形成した後、当該肉盛部のはみ出し部分を切削して補修するタービンブレードの補修方法において、
タービンブレードをNC加工機にセットした状態で、シュラウドの肉盛溶接されていない部分を三次元計測することによりワーク形状データを取得し、
前記ワーク形状データが予め登録された設計形状データについて許容された公差内に収まるように、設計形状データを平行移動及び回転移動させてタービンブレードのワーク形状データにマッチングさせ、
前記設計形状データに基づきその公差領域の外側部分を切削するツールパスを算出し、
当該ツールパスに基づき前記NC加工機で切削加工することとした。
In this example, when repairing the shroud at the tip of the turbine blade, even if the shroud is worn or thermally deformed and the original shape is not maintained, it can be molded into the specified shape by the NC processing machine based on the design data. To do
When the left and right edges of the platform of the turbine blade tip side shroud and the seal teeth are worn or thermally deformed, after performing build-up welding at a place where build-up welding of the shroud is allowed, In the repair method of the turbine blade that repairs by cutting off the protruding part of the overlay,
With the turbine blade set on the NC processing machine, the workpiece shape data is obtained by three-dimensionally measuring the portion of the shroud that is not overlay welded,
The design shape data is translated and rotated to match the workpiece shape data of the turbine blade so that the workpiece shape data falls within the tolerance allowed for the pre-registered design shape data,
Calculate a tool path that cuts the outer portion of the tolerance region based on the design shape data,
Based on the tool path, cutting was performed with the NC processing machine.
図1は本発明に係る補修方法で使用する補修装置11を示し、補修対象となるブレード1を切削するNC加工機12と、ブレード1先端のシュラウド2の肉盛溶接されていない母材部分の座標を計測する三次元測定機13と、その測定結果に基づいて得られたワーク形状データと予め設定された設計形状データに基づきツールパスを設定する演算装置14を備えており、当該演算装置14で設定されたツールパスに従いNC加工機12で切削加工が実行される。
FIG. 1 shows a
NC加工機12は、Xθテーブル21、Zθテーブル22、X軸テーブル23、Y軸テーブル24、鉛直V軸テーブル25を備えた5軸制御のものが用いられており、V軸テーブル25に主軸26が設けられ、Y軸テーブル24にワーククランパ27が取り付けられている。
主軸26位置には、ブレード1の切削箇所に応じた種類のツール28がオートツールチェンジャにより交換されてセットされる。
また、水平H軸テーブル29には切削工具の摩耗やZ軸方向位置を精密測定するタッチプローブ30が取り付けられている。
三次元測定機13は、工具交換用スピンドルコレットに装着されて主軸26位置にセットされるタッチプローブ31と、NC加工機12の各テーブル21〜25の位置座標を読み取る座標リーダ32からなり、タッチプローブ31がワークに接した時点の座標データが精密測定される。
As the
At the position of the
Further, the horizontal H-axis table 29 is provided with a
The three-
図2は演算装置14による処理手順を示す工程図である。
まず、タービンブレード1のシュラウド2のZフォーム部6L、6Rに形成された左右端縁やシールティース5の先端側に肉盛溶接を行ってワーククランパ27に固定し、ステップSTP1で工具交換用スピンドルコレットにより主軸26位置にセットされたタッチプローブ31を用いて、母材が露出しているプラットフォーム4の基準面となる端縁6B及び6C、表面、シールティース5の根元部分の多数の点について三次元計測を行う。
ステップSTP2で計測が終了したと判断されたらステップSTP3に移行し、三次元座標データが計測された点集合のデータをワーク形状データとして所定の記憶領域に記憶する。
FIG. 2 is a process diagram showing a processing procedure by the
First, build-up welding is performed on the left and right edges formed on the Z foam portions 6L and 6R of the
If it is determined in step STP2 that the measurement is completed, the process proceeds to step STP3, and the data of the point set where the three-dimensional coordinate data is measured is stored in a predetermined storage area as work shape data.
次いで、ステップSTP4に移行し、予め登録されたタービンブレード1の設計形状データを読み出し、ステップSTP5でワーク形状データとのマッチング処理を行う。
このマッチング処理は、ワーク形状データが、予め登録された設計形状データの許容された公差内に収まるように、設計形状データを平行移動及び回転移動させ、あるいは、許容された公差内で拡大縮小させることにより行う。
このとき、設計形状データを公差分大きくした許容形状データ内にワーク形状データが収まるように設計形状データを移動させても、また、ワーク形状データを構成する各点から設計形状データで特定される境界面に至る距離(ずれ)を算出し、その距離が公差以下になるように設計形状データを移動させてもよい。
ステップSTP6では、ステップSTP5のマッチング処理によりワーク形状データが設計形状データの公差内に収まったか否かが判断され、収まった場合はブレード1の補修が可能であると判断してステップSTP7に移行し、収まらない場合は補修不能であると判断して処理を中止する。
例えば、0.2mm程度の公差が認められている場合に、ワーク形状データを構成する各点から設計形状データで特定される境界面に至る距離(ずれ)が全て0.2mm以内であれば、公差内に収まったと判断される。
ステップSTP7では、マッチング処理された設計形状データを公差分外側に張り出した公差領域に基づき、その公差領域の外側部分を切削するツールパスが算出される。
シュラウド2を切削するツールは切削箇所に応じて予め設定されているので、そのツールに応じてツールパスが算出される。
ステップSTP8ではこのように算出されたツールパスを出力してNC加工機12を稼働させる。これにより、切削箇所に応じたツールが装着されて、設計形状データの公差領域の内側部分は切削されずに残され、外側部分のみが切削される。
ワーク形状データは、補修しようとするブレード1の母材部分の三次元データであり、マッチング処理によりこの母材部分が設計形状データの公差内に収まる場合に、その外側を切削するツールパスが設定されるので、母材は切削されることなく、公差領域の外側にはみ出た肉盛部7のみが切削される。
Next, the process proceeds to step STP4, where design shape data of the turbine blade 1 registered in advance is read, and matching processing with the workpiece shape data is performed in step STP5.
In this matching process, the design shape data is translated and rotated so that the workpiece shape data is within the allowable tolerance of the pre-registered design shape data, or is enlarged or reduced within the allowable tolerance. By doing.
At this time, even if the design shape data is moved so that the workpiece shape data is within the allowable shape data in which the tolerance of the design shape data is increased, the design shape data is specified from each point constituting the workpiece shape data. The distance (deviation) to the boundary surface may be calculated, and the design shape data may be moved so that the distance is less than the tolerance.
In step STP6, it is determined whether or not the workpiece shape data is within the tolerance of the design shape data by the matching process in step STP5. If so, it is determined that the blade 1 can be repaired, and the process proceeds to step STP7. If it does not fit, it is determined that the repair is impossible and the processing is stopped.
For example, when a tolerance of about 0.2 mm is recognized, if all the distances (deviations) from each point constituting the workpiece shape data to the boundary surface specified by the design shape data are within 0.2 mm, Judged to be within tolerance.
In step STP7, a tool path for cutting the outer portion of the tolerance area is calculated based on the tolerance area in which the matched design shape data is projected outside the tolerance.
Since the tool for cutting the
In step STP8, the
The workpiece shape data is 3D data of the base material part of the blade 1 to be repaired. When this base material part is within the tolerance of the design shape data by the matching process, a tool path for cutting the outside is set. Therefore, the base material is not cut, and only the built-up portion 7 that protrudes outside the tolerance region is cut.
以上が本発明の一構成例であって、次にその作用について説明する。
まず、図3(a)に示すように、タービンブレードの補修作業において、シュラウド2のプラットフォーム4の右側Zフォーム部6R中、基準面となる端縁6Cを除く部分と、左側Zフォーム部6Lに肉盛溶接して、肉盛部7を形成する。
また、図3(b)に示すように、シールティース5については、プラットフォーム4側の根元部分に肉盛溶接することは禁止されているので、上端側の摩耗した部分に肉盛溶接して肉盛部7を形成する。
The above is one configuration example of the present invention, and the operation thereof will be described next.
First, as shown in FIG. 3 (a), in the repair work of the turbine blade, in the right Z foam part 6R of the platform 4 of the
Further, as shown in FIG. 3 (b), the seal teeth 5 are prohibited from being welded to the base portion on the platform 4 side. Form a raised portion 7.
次いで、タービンブレード1をワーククランパ27に固定し、母材が露出している部分について三次元計測を行い、ワーク形状データを生成する(ステップSTP1〜3)。
すなわち、プラットフォーム4の表面部分や基準面となる端縁6B及び6C、シールティース5の根元部分の多数の点の座標を三次元測定機13で計測し、その点集合をブレード1ごとに個別のワーク形状データとして記憶する。
これにより、修理しようとするタービンブレード1ごとにワーク形状データが計測されるので、個々のタービンブレード1の変形状態を把握することができる。
次いで、予め登録されたタービンブレード1の設計形状データを平行移動及び回転移動させ、あるいは、許容された公差内で拡大縮小させて、ワーク形状データに重なるようにマッチングさせる(ステップSTP4〜5)。
ワーク形状データが設計形状データの許容された公差内に収まれば母材を傷つけることなく補修可能であるので、設計形状データに基づきその公差領域の外側部分を切削するツールパスが設定される(ステップSTP6〜7)。
Next, the turbine blade 1 is fixed to the
That is, the coordinates of a number of points on the surface portion of the platform 4 and the
Thereby, since the workpiece shape data is measured for each turbine blade 1 to be repaired, the deformation state of each turbine blade 1 can be grasped.
Next, the design shape data of the turbine blade 1 registered in advance is translated and rotated, or enlarged or reduced within an allowable tolerance, and matched so as to overlap the workpiece shape data (steps STP4 to STP5).
If the workpiece shape data falls within the allowable tolerance of the design shape data, the workpiece can be repaired without damaging the base material. Therefore, a tool path for cutting the outer portion of the tolerance region is set based on the design shape data (step) STP6-7).
このように設定されたツールパスをNC加工機12に出力すると、NC加工機で切削加工が実行される(ステップSTP8)。
このツールパスによれば、設計形状データの公差領域の内側部分は切削されずに残され、外側部分のみが切削される。
ワーク形状データは、補修しようとするブレード母材部分の三次元データであり、この母材部分が設計形状データの公差内に収まっているので、母材は切削されることなく、公差領域の外側にはみ出た肉盛部7のみを切削することができる。
したがって、切削加工されたタービンブレード1の仕上がりは設計形状データの公差内に収まり、シュラウド2が熱変形している場合であっても、NC加工機12により母材を傷つけることなく、高精度で設計形状データ通りに補修することができると同時に、補修コストを著しく低減することができる。
When the tool path set in this way is output to the
According to this tool path, the inner part of the tolerance region of the design shape data is left without being cut, and only the outer part is cut.
The workpiece shape data is the three-dimensional data of the blade base material to be repaired. Since this base material portion is within the tolerance of the design shape data, the base material is not cut and outside the tolerance area. Only the overlaying portion 7 that protrudes can be cut.
Therefore, the finish of the machined turbine blade 1 is within the tolerance of the design shape data, and even when the
本発明は、タービンブレードのシュラウドが摩耗し、又は、熱変形した場合にこれを補修する用途に適用し得る。 The present invention can be applied to a case where a shroud of a turbine blade is worn or thermally deformed when it is repaired.
1 タービンブレード
2 シュラウド
3 翼
4 プラットフォーム
5 シールティース
6R Zフォーム部
6L Zフォーム部
7 肉盛部
12 NC加工機
13 三次元測定機
14 演算装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
タービンブレードをNC加工機にセットした状態で、シュラウドの肉盛溶接されていない部分を三次元計測することによりワーク形状データを取得し、
前記ワーク形状データが予め登録された設計形状データについて許容された公差内に収まるように、設計形状データを平行移動及び回転移動させてタービンブレードのワーク形状データにマッチングさせ、
前記設計形状データに基づきその公差領域の外側部分を切削するツールパスを算出し、
当該ツールパスに基づき前記NC加工機で切削加工することを特徴とするタービンブレードの補修方法。
When the left and right edges of the platform of the turbine blade tip side shroud and the seal teeth are worn or thermally deformed, after performing build-up welding at a place where build-up welding of the shroud is allowed, In the repair method of the turbine blade that repairs by cutting off the protruding part of the overlay,
With the turbine blade set on the NC processing machine, the workpiece shape data is obtained by three-dimensionally measuring the portion of the shroud that is not overlay welded,
The design shape data is translated and rotated to match the workpiece shape data of the turbine blade so that the workpiece shape data falls within the tolerance allowed for the pre-registered design shape data,
Calculate a tool path that cuts the outer portion of the tolerance region based on the design shape data,
A method of repairing a turbine blade, characterized in that cutting is performed by the NC processing machine based on the tool path.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN111125839A (en) * | 2019-11-21 | 2020-05-08 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | Tool path correction method for repairing damage of blade tip of turbine blade |
CN113579639A (en) * | 2021-07-23 | 2021-11-02 | 中国电建集团长春发电设备有限公司 | Method and system for repairing grinding piece of vertical coal mill |
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CN111125839B (en) * | 2019-11-21 | 2022-10-21 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | Tool path correction method for repairing damage of blade tip of turbine blade |
CN113579639A (en) * | 2021-07-23 | 2021-11-02 | 中国电建集团长春发电设备有限公司 | Method and system for repairing grinding piece of vertical coal mill |
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