JP2988955B2 - タービンブレードの修理方法又は改善方法 - Google Patents
タービンブレードの修理方法又は改善方法Info
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Classifications
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
- F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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- B23P15/04—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from several pieces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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- B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
- B23P6/005—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors using only replacement pieces of a particular form
-
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば、ロータに配列されたタービンブレ
ードの列（array）が、カバーバンド（coverband）、囲
い板（shroud）、ピン又は他の連結手段によって互いに
連結された外側端部を具えたタイプのタービンブレード
を修理又は改善する（modify）方法に関する。
ードの列（array）が、カバーバンド（coverband）、囲
い板（shroud）、ピン又は他の連結手段によって互いに
連結された外側端部を具えたタイプのタービンブレード
を修理又は改善する（modify）方法に関する。
従来技術及びその課題 列中の各々のブレードは、ブレードの端部若しくはこ
の端部に固定されるブレードに対して、カバーバンド若
しくは他の連結部材を位置付けるように、カバーバンド
の一部、ピン若しくは囲い板と協働する。例えば孔若し
くは突起のような形状部分を具えているものがある。
の端部に固定されるブレードに対して、カバーバンド若
しくは他の連結部材を位置付けるように、カバーバンド
の一部、ピン若しくは囲い板と協働する。例えば孔若し
くは突起のような形状部分を具えているものがある。
タービンの使用中において、カバーバンドとブレード
の端部との間で多少の移動を生じることがある。ブレー
ドは大きな力を受けることから、この移動によって、カ
バーバンドに隣合うブレードの部分には硬化作用が生
じ、その結果、応力腐食クラック（stress corrosion c
racking）として知られるクラックや影響が生じること
がある。
の端部との間で多少の移動を生じることがある。ブレー
ドは大きな力を受けることから、この移動によって、カ
バーバンドに隣合うブレードの部分には硬化作用が生
じ、その結果、応力腐食クラック（stress corrosion c
racking）として知られるクラックや影響が生じること
がある。
このようなクラックは、特に、カバーバンドの突起や
他の連結部材が固定されたタービンブレード片の孔の周
りに生じることが知られている。そしてこのクラック
は、タービンブレードに設けられた貫通孔やスロットを
半径方向外側に延びることになる。
他の連結部材が固定されたタービンブレード片の孔の周
りに生じることが知られている。そしてこのクラック
は、タービンブレードに設けられた貫通孔やスロットを
半径方向外側に延びることになる。
材料に生じた硬化に鑑み、このようなクラックを修理
する試みにおいて、かなりの問題が認められた。或る場
合には、材料の硬化の程度がひどく、例えば、熱処理に
よって好ましい状態に戻すことができない。
する試みにおいて、かなりの問題が認められた。或る場
合には、材料の硬化の程度がひどく、例えば、熱処理に
よって好ましい状態に戻すことができない。
また、或る場合には、タービンブレードが、全体的に
修理を必要としたり腐食を受けたり先導端部（leading
edge）のみが修理を必要としたりする腐食シールドを具
えているものがあり、溶接操作中において要求されるか
なりの熱負荷自体が、発生した硬化のために、ブレード
の端部に損傷を与えることもある。
修理を必要としたり腐食を受けたり先導端部（leading
edge）のみが修理を必要としたりする腐食シールドを具
えているものがあり、溶接操作中において要求されるか
なりの熱負荷自体が、発生した硬化のために、ブレード
の端部に損傷を与えることもある。
従って、実際には、充分な修理を行うことは不可能で
あり、ブレード全体を交換しなければならなかった。
あり、ブレード全体を交換しなければならなかった。
英国特許明細書第2091149Bには、タービンブレードの
ほぞ（tenon）に基部部分を予め形成させ、この基部部
分を溶接工程又ははんだ付け工程によってブレードに取
付けることの問題解決が提案されている。基部部分は、
細長い形状であることが望ましく、ブレードのほぞを適
切な位置に定めることができるように、ブレードに予め
形成されたスロットにキーのように入る形状にしてあ
る。このような処理方法は、疲労したほぞを溶接によっ
て形成することで多くの問題を解決しているが、新しい
ほぞを取付けるためのスロットの加工は非常に正確なも
のでなければならず、このような加工では、タービンブ
レードを修理するための所要時間がかなり長くなり、特
殊な技能を持つ者に頼らなければならないという問題
や、また、きわめて高い精度を持つ加工装置を使用しな
ければならないという問題がある。
ほぞ（tenon）に基部部分を予め形成させ、この基部部
分を溶接工程又ははんだ付け工程によってブレードに取
付けることの問題解決が提案されている。基部部分は、
細長い形状であることが望ましく、ブレードのほぞを適
切な位置に定めることができるように、ブレードに予め
形成されたスロットにキーのように入る形状にしてあ
る。このような処理方法は、疲労したほぞを溶接によっ
て形成することで多くの問題を解決しているが、新しい
ほぞを取付けるためのスロットの加工は非常に正確なも
のでなければならず、このような加工では、タービンブ
レードを修理するための所要時間がかなり長くなり、特
殊な技能を持つ者に頼らなければならないという問題
や、また、きわめて高い精度を持つ加工装置を使用しな
ければならないという問題がある。
英国特許明細書第8818617.6には、新しいほぞを具え
た端部のブレード部分を予め形成し、疲労したほぞを具
えた元のブレードの片を除去し、新しいほぞと元のブレ
ードのブレード部分との固定ができるように、きわめて
精度の高い位置決め手段により、予め形成した部分を正
しい姿勢で正確に保持することが提案されている。
た端部のブレード部分を予め形成し、疲労したほぞを具
えた元のブレードの片を除去し、新しいほぞと元のブレ
ードのブレード部分との固定ができるように、きわめて
精度の高い位置決め手段により、予め形成した部分を正
しい姿勢で正確に保持することが提案されている。
新しいほぞを設け、ブレード部分を正確に位置付け、
前記発明の位置決め手段を利用すると、満足のいく修理
を行うことができる。しかし、新しいほぞとブレード部
分とを位置決めすることに細心の注意を払わなければな
らず、さもなければ、修理されたブレードは不正確な形
状になることになることが理解されよう。
前記発明の位置決め手段を利用すると、満足のいく修理
を行うことができる。しかし、新しいほぞとブレード部
分とを位置決めすることに細心の注意を払わなければな
らず、さもなければ、修理されたブレードは不正確な形
状になることになることが理解されよう。
また、或る場合には、修理は不要であるが、タービン
の性能及び／又は効率を改良するために、ブレードの端
部部分を交換することが望ましい場合がある。
の性能及び／又は効率を改良するために、ブレードの端
部部分を交換することが望ましい場合がある。
本発明の目的は、タービンブレードを修理又は改善す
る新規な改良された方法を提供することである。
る新規な改良された方法を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明の第１の観点によると、タービンブレードの修
理方法又は改善方法が提供される。この方法は、 （ａ）ブレードの端部部分を除去する工程、 （ｂ）除去された前記部分を取り換えるために、新しい
材料片の如何なるミスアラインメントも許容するよう
に、求められる最終的な形状に近似であり、その形状よ
り大きい、前記材料片を形成する工程、 （ｃ）一方を他方に対して強く拘束することなく、前記
ブレードの前記端部に前記新しい材料片を溶接する工
程、 （ｄ）溶接がなされた範囲において前記ブレードを熱処
理する工程、 （ｅ）前記新しい材料片を要求される所定の形状に加工
又は他の作業を行う工程、 からなる。
理方法又は改善方法が提供される。この方法は、 （ａ）ブレードの端部部分を除去する工程、 （ｂ）除去された前記部分を取り換えるために、新しい
材料片の如何なるミスアラインメントも許容するよう
に、求められる最終的な形状に近似であり、その形状よ
り大きい、前記材料片を形成する工程、 （ｃ）一方を他方に対して強く拘束することなく、前記
ブレードの前記端部に前記新しい材料片を溶接する工
程、 （ｄ）溶接がなされた範囲において前記ブレードを熱処
理する工程、 （ｅ）前記新しい材料片を要求される所定の形状に加工
又は他の作業を行う工程、 からなる。
このように、本発明は、従来技術において提案された
方法とは完全に異なり、タービンブレードの端部でほぞ
や他の位置付け用形成体の修理における問題を解決して
いる。
方法とは完全に異なり、タービンブレードの端部でほぞ
や他の位置付け用形成体の修理における問題を解決して
いる。
従来技術における提案では、正確に加工されたほぞや
基部部分を正確に位置付けることを要するが、本発明で
は、予め形成した材料片を取付けることは同じである
が、その材料は後に加工されるので、新しい部分を絶対
的に正確に位置付けることは必要でない。
基部部分を正確に位置付けることを要するが、本発明で
は、予め形成した材料片を取付けることは同じである
が、その材料は後に加工されるので、新しい部分を絶対
的に正確に位置付けることは必要でない。
或る場合には、材料片は、材料が１以上の異なるタイ
プのものからなり、別々の操作でタービンブレードに固
定されてもよい。タービンブレードに取付けられる材料
の片は、タービンブレードの材料と同じ若しくは相溶性
のある材料からなるもの、又は、ブレードの耐用年数を
向上させる性質を備えた異なる材料、特に、タービンブ
レードの外側端部の範囲において特に生じるであろう腐
食及び／又は摩耗／クラックに抵抗力のある性質のもの
から選択される材料のものがよい。
プのものからなり、別々の操作でタービンブレードに固
定されてもよい。タービンブレードに取付けられる材料
の片は、タービンブレードの材料と同じ若しくは相溶性
のある材料からなるもの、又は、ブレードの耐用年数を
向上させる性質を備えた異なる材料、特に、タービンブ
レードの外側端部の範囲において特に生じるであろう腐
食及び／又は摩耗／クラックに抵抗力のある性質のもの
から選択される材料のものがよい。
好ましくは、材料の新しい片は、次のような大きさか
ら選択される。すなわち、溶接中に熱の影響を受ける領
域（その一部は新しい材料の上にあり、一部はブレード
の残りの部分にある。）が、ブレードの応力を考えたと
きに最も有利な部分、すなわち、使用中にブレードに生
じる高い応力にさらされない部分にあるような大きさで
ある。
ら選択される。すなわち、溶接中に熱の影響を受ける領
域（その一部は新しい材料の上にあり、一部はブレード
の残りの部分にある。）が、ブレードの応力を考えたと
きに最も有利な部分、すなわち、使用中にブレードに生
じる高い応力にさらされない部分にあるような大きさで
ある。
或るものでは、新しい材料片は、それに設けられる孔
や、ブレードへの固定後にそれに設けられる成形体が前
述の熱の影響を受ける領域から離れているような大きさ
になっている。
や、ブレードへの固定後にそれに設けられる成形体が前
述の熱の影響を受ける領域から離れているような大きさ
になっている。
好ましくは、新らしい材料片は、それに設けられる孔
や、ブレードへの固定後にそれに設けられる成形体が溶
接操作中に最も熱を受ける領域から離れているような大
きさになっている。
や、ブレードへの固定後にそれに設けられる成形体が溶
接操作中に最も熱を受ける領域から離れているような大
きさになっている。
望ましくは、前記材料片は、除去されたブレードの部
分と大体同じ形状であるが、それより大きい。それによ
り、その後の機械加工の間、ブレードの残りの部分に対
する材料片のミスアラインメントについて余裕ができる
ことになる。
分と大体同じ形状であるが、それより大きい。それによ
り、その後の機械加工の間、ブレードの残りの部分に対
する材料片のミスアラインメントについて余裕ができる
ことになる。
もし望むなら、前記材料片は、除去されたブレードの
部分と形状が異なっていてもよく、それにより、ブレー
ドの変更が可能となり、ブレードの連結手段を当初のも
のと異なるようにすることができる。
部分と形状が異なっていてもよく、それにより、ブレー
ドの変更が可能となり、ブレードの連結手段を当初のも
のと異なるようにすることができる。
好ましくは、前記材料片は、ブレードの残りの部分の
材料と組成が類似であるが、ブレードの耐用年数を向上
させる性質を有するものであってもよい。
材料と組成が類似であるが、ブレードの耐用年数を向上
させる性質を有するものであってもよい。
前記の方法は、また、ブレードへの他の修理工程、例
えば、腐食シールドの交換工程を含むものであってもよ
い。この方法では、まず、ブレードの端部が除去され、
新しい片がそれに固定され、次いで熱処理と新しい材料
の再成形が行われ、その後、新しい腐食シールドがブレ
ードに固定される。さらなる熱処理工程が、新しい腐食
シールドの溶接又ははんだ付けによってブレードに生じ
る如何なる応力（inbuilt stress）をも解放するように
行われる場合もある。
えば、腐食シールドの交換工程を含むものであってもよ
い。この方法では、まず、ブレードの端部が除去され、
新しい片がそれに固定され、次いで熱処理と新しい材料
の再成形が行われ、その後、新しい腐食シールドがブレ
ードに固定される。さらなる熱処理工程が、新しい腐食
シールドの溶接又ははんだ付けによってブレードに生じ
る如何なる応力（inbuilt stress）をも解放するように
行われる場合もある。
好ましくは、ブレードの固定及び熱処理工程の完了後
に、ロータ上に隣合うブレードを固定するために、新た
材料片に、突起、カバーバンド若しくは他のブレード連
結部材が延びる孔が形成される。
に、ロータ上に隣合うブレードを固定するために、新た
材料片に、突起、カバーバンド若しくは他のブレード連
結部材が延びる孔が形成される。
本修理方法は、タービンブレードの損傷を修理するだ
けでなく、ステータとロータとの間のシールを改良する
ように、ブレードの端部又は隣合うブレードを固定する
カバーバンドの形状を改善することによってタービンの
性能を改良することもできる。このようなことは、かな
りの費用がかかるスタータの変更を伴うことなしには、
他の方法では不可能である。
けでなく、ステータとロータとの間のシールを改良する
ように、ブレードの端部又は隣合うブレードを固定する
カバーバンドの形状を改善することによってタービンの
性能を改良することもできる。このようなことは、かな
りの費用がかかるスタータの変更を伴うことなしには、
他の方法では不可能である。
ブレードが溶接範囲中にレーシングワイヤ孔のような
何らかの不連続部分を有する場合、このような不連続部
分は、溶接操作によって生じる応力集中を最小限にする
ように、例えば溶接材料による充填によって除かれるで
あろう。
何らかの不連続部分を有する場合、このような不連続部
分は、溶接操作によって生じる応力集中を最小限にする
ように、例えば溶接材料による充填によって除かれるで
あろう。
溶接中には、ブレードに或る程度の歪みが生じであろ
うから、ブレードは熱や機械的変形によって予め歪みを
与えておくことが望ましく、応力解放後に、ブレードは
できるかぎり所望の形状に近いことが望ましく、そし
て、端部領域において最も大きく生じるであろうミスア
ラインメントも、必要とするよりも大きなサイズでブレ
ードに溶接された新しい部分を成形するときに矯正され
る。このようにして、新しい部分を加工することによっ
て如何なるミスアラインメントも解消でき、これによ
り、ブレードの新しい端部部分を如何なる物理的な力を
さらす必要も低減され、従って、修理によって生じる応
力も最小限に抑えられる。
うから、ブレードは熱や機械的変形によって予め歪みを
与えておくことが望ましく、応力解放後に、ブレードは
できるかぎり所望の形状に近いことが望ましく、そし
て、端部領域において最も大きく生じるであろうミスア
ラインメントも、必要とするよりも大きなサイズでブレ
ードに溶接された新しい部分を成形するときに矯正され
る。このようにして、新しい部分を加工することによっ
て如何なるミスアラインメントも解消でき、これによ
り、ブレードの新しい端部部分を如何なる物理的な力を
さらす必要も低減され、従って、修理によって生じる応
力も最小限に抑えられる。
ブレードから除去された部分は、完全な端部部分であ
ると考えられるので、新しい端部部分がブレードに溶接
されたとき、ブレードの端部部分は、応力が最小限に抑
えられるように、溶接及びその後の熱処理において殆ど
拘束されていないことになるであろう。
ると考えられるので、新しい端部部分がブレードに溶接
されたとき、ブレードの端部部分は、応力が最小限に抑
えられるように、溶接及びその後の熱処理において殆ど
拘束されていないことになるであろう。
さらに、溶接部分に一般的に集中するであろうと考え
られる修理部分の如何なる弱い部分も、高い応力を受け
る範囲から離れているので、ブレードはこの範囲におい
て破損することも殆どない。
られる修理部分の如何なる弱い部分も、高い応力を受け
る範囲から離れているので、ブレードはこの範囲におい
て破損することも殆どない。
ブレード端部から半径方向内側へ溶接部分を離すこと
は、溶接部分を機械加工でなく研磨することを可能に
し、このことは、機械加工より廉価であり、機械加工操
作より短時間のうちに行うことができる。
は、溶接部分を機械加工でなく研磨することを可能に
し、このことは、機械加工より廉価であり、機械加工操
作より短時間のうちに行うことができる。
新しい部分は除去された部分と実質的に同一である場
合もあるが、常に、ブレードの残りの部分に対して新し
い部分の如何なるミスアラインメントをも機械加工によ
って矯正できるような形状である。或るものでは、ブレ
ードに固定される新しい部分の実質的な部分は、事実上
完成された状態にあるが、端部部分に形成される孔のよ
うな他の部分は、例えば、パイロット孔のようなものに
すぎないか、全ての溶接及び／又は熱処理が行われるま
で形成されない。孔が設けられる場合、全ての溶接及び
熱処理が完了するで、材料中には新しい孔が形成される
ことはないであろう。
合もあるが、常に、ブレードの残りの部分に対して新し
い部分の如何なるミスアラインメントをも機械加工によ
って矯正できるような形状である。或るものでは、ブレ
ードに固定される新しい部分の実質的な部分は、事実上
完成された状態にあるが、端部部分に形成される孔のよ
うな他の部分は、例えば、パイロット孔のようなものに
すぎないか、全ての溶接及び／又は熱処理が行われるま
で形成されない。孔が設けられる場合、全ての溶接及び
熱処理が完了するで、材料中には新しい孔が形成される
ことはないであろう。
前述のように、本修理方法は、ブレードを高効率にす
るため、又は、例えばロータ上の列中のブレードと適性
を持たせるように、ブレード自体を変更するためにもに
行われる。このような場合、新しい部分は、交換される
部分の形状と実質的に異なる形状であろう。しかし、こ
のような場合でも、新しい部分は、ブレードに取付けら
れ、機械加工を必要とする形状である。そのため、この
部分がブレードに完全に固定された後、端部部分の要求
される正確な形状をもたらすように機械加工が行われ
る。
るため、又は、例えばロータ上の列中のブレードと適性
を持たせるように、ブレード自体を変更するためにもに
行われる。このような場合、新しい部分は、交換される
部分の形状と実質的に異なる形状であろう。しかし、こ
のような場合でも、新しい部分は、ブレードに取付けら
れ、機械加工を必要とする形状である。そのため、この
部分がブレードに完全に固定された後、端部部分の要求
される正確な形状をもたらすように機械加工が行われ
る。
このような修理方法及び交換方法は、タービンブレー
ドをそのままの位置で修理する方法も提供する。すなわ
ち、ブレードはロータ上に残されたままであってもよい
し、ブレードへの新しい部分の溶接時において高い精度
が要求されないから、ロータからブレードを取りすこと
なく、充分満足のいく修理を行うことができる。
ドをそのままの位置で修理する方法も提供する。すなわ
ち、ブレードはロータ上に残されたままであってもよい
し、ブレードへの新しい部分の溶接時において高い精度
が要求されないから、ロータからブレードを取りすこと
なく、充分満足のいく修理を行うことができる。
この修理方法によると、ブレードの使用中に高い応力
を受けるブレードの部分が全く新しい材料（virgin mat
erial）から製造されているようなほぞ、その他の孔の
ような部材が提供され、その材料は、ブレードの使用中
に問題となる残留応力を有していない。
を受けるブレードの部分が全く新しい材料（virgin mat
erial）から製造されているようなほぞ、その他の孔の
ような部材が提供され、その材料は、ブレードの使用中
に問題となる残留応力を有していない。
実施例 ブレード10,11はカバーバンド13によって互いに連結
されており、ブレード11,12はカバーバンド14によって
連結されている。ブレード及びカバーバンドは、その形
状をはっきりと示すために、互いに離間させられて図示
されている。
されており、ブレード11,12はカバーバンド14によって
連結されている。ブレード及びカバーバンドは、その形
状をはっきりと示すために、互いに離間させられて図示
されている。
ブレード10は２つの貫通孔15,16を具え、カバーバン
ド１は貫通孔15,16を通じて延びる一対の突起17,18を具
えている。突起17,18は、その後、ブレード10にカバー
バンド13を固定するために押しつぶされることもある。
突起17,18は、ブレード10にカバーバンド13を固定する
ため、端部の部分の押しつぶしが容易にできるようにチ
ューブのような形状のものでもよい。
ド１は貫通孔15,16を通じて延びる一対の突起17,18を具
えている。突起17,18は、その後、ブレード10にカバー
バンド13を固定するために押しつぶされることもある。
突起17,18は、ブレード10にカバーバンド13を固定する
ため、端部の部分の押しつぶしが容易にできるようにチ
ューブのような形状のものでもよい。
また、カバーバンド13は、さらなる一対の突起19,20
を具えている。この突起19,20は、硬いロッド状の突起
であり、ブレード11に設けられた貫通孔21,22を通じて
延び、両者間でのいくらかの相対移動ができるようにな
っている。
を具えている。この突起19,20は、硬いロッド状の突起
であり、ブレード11に設けられた貫通孔21,22を通じて
延び、両者間でのいくらかの相対移動ができるようにな
っている。
カバーバンド14は、カバーバンド13がブレード10に固
定される方法と同じように、タービンブレード11に固定
されている。従って、例中の各々のブレードは、これに
固定される１つのカバーバンドと、ブレードには固定さ
れないがこのブレードと協働する（cooperate）もう一
つのカバーバンドを有することになる。
定される方法と同じように、タービンブレード11に固定
されている。従って、例中の各々のブレードは、これに
固定される１つのカバーバンドと、ブレードには固定さ
れないがこのブレードと協働する（cooperate）もう一
つのカバーバンドを有することになる。
第１図に示されたタービンブレード10,11,12は，各々
が，腐食シールド25,26,27を具えている。この腐食シー
ルドは、ステライト（Stellite）のような硬い材料から
製造されるものがあり、各々のブレードの先導端部（le
ading edge）の外側端部における腐食の影響を減じてい
る。
が，腐食シールド25,26,27を具えている。この腐食シー
ルドは、ステライト（Stellite）のような硬い材料から
製造されるものがあり、各々のブレードの先導端部（le
ading edge）の外側端部における腐食の影響を減じてい
る。
使用後において、腐食シールド25,26,27を交換するこ
とが必要になる場合が多く、さらには、使用後におい
て、カバーバンド13が固定されるブレード10及びカバー
バンド13と協働するブレード11に対してカバーバンド13
が加工される（working）ことによって生じる硬化のた
めに、例えば15,16,21,22で示される孔の周りに、亀裂
が進行していくことも稀ではない。
とが必要になる場合が多く、さらには、使用後におい
て、カバーバンド13が固定されるブレード10及びカバー
バンド13と協働するブレード11に対してカバーバンド13
が加工される（working）ことによって生じる硬化のた
めに、例えば15,16,21,22で示される孔の周りに、亀裂
が進行していくことも稀ではない。
ブレード10の端部部分28及びブレード11の端部部分29
は、少なくとも貫通孔を囲繞する範囲において、硬すぎ
て材料が加工不能であることがあり、たとえクラックが
孔の周りで進行していなかったとしても、例えば、腐食
シールドの交換が必要とされ、そうすれば、端部部分2
8,29での溶接が、少なくとも端部部分でブレード材料の
受け入れがたい状態を招き、また、ブレードの早期破壊
を招くこともある。
は、少なくとも貫通孔を囲繞する範囲において、硬すぎ
て材料が加工不能であることがあり、たとえクラックが
孔の周りで進行していなかったとしても、例えば、腐食
シールドの交換が必要とされ、そうすれば、端部部分2
8,29での溶接が、少なくとも端部部分でブレード材料の
受け入れがたい状態を招き、また、ブレードの早期破壊
を招くこともある。
修理を行うための、一つのブレードが、第２図に示さ
れている。
れている。
カバーバンド13と、他方の側（図示せず）のブレード
にブレード10を連結するカバーバンドを取り除いた後、
ブレード10の修理作業が始められる。まず、腐食シール
ド25が除去され、ブレードの一部が新しい腐食シールド
を取付けられるように加工され、次いで、ブレード10の
端部が符号30で示された点線に沿って切断によって除去
される。この線は、貫通孔16,17及びカバーバンドの突
起と協働する他の貫通孔32,33から僅かに下側の線であ
る。
にブレード10を連結するカバーバンドを取り除いた後、
ブレード10の修理作業が始められる。まず、腐食シール
ド25が除去され、ブレードの一部が新しい腐食シールド
を取付けられるように加工され、次いで、ブレード10の
端部が符号30で示された点線に沿って切断によって除去
される。この線は、貫通孔16,17及びカバーバンドの突
起と協働する他の貫通孔32,33から僅かに下側の線であ
る。
さらに、第３図を参照すると、図示されたブレード10
では、既に除去された腐食シールド25の部分と、硬い材
料、例えばステライトのような新しいインサートが取付
けられるように除去後のブレードの部分34が示されてい
る。
では、既に除去された腐食シールド25の部分と、硬い材
料、例えばステライトのような新しいインサートが取付
けられるように除去後のブレードの部分34が示されてい
る。
また、新しい端部部分35がブレード10と離間して示さ
れている。端部部分35はブレードから除去された部分28
より少し大きくなっている。この部分35は、例えば、断
面が一定の材料片からなっていてよく、或いは、大まか
に削られたものでもよい。しかし、新しい部分35の大き
さは、ブレードの取付け時にミスアラインメントがあっ
ても、ブレードへの固定後に端部部分35を正しい形状に
加工できるよう充分余分な材料が確保されている。
れている。端部部分35はブレードから除去された部分28
より少し大きくなっている。この部分35は、例えば、断
面が一定の材料片からなっていてよく、或いは、大まか
に削られたものでもよい。しかし、新しい部分35の大き
さは、ブレードの取付け時にミスアラインメントがあっ
ても、ブレードへの固定後に端部部分35を正しい形状に
加工できるよう充分余分な材料が確保されている。
さらに第４図には、材料35の新しい部分をブレード10
に固定する方法が示されている。ブレードの外側端部は
全体が符号36で示されるようなＶ字状の輪郭をしてお
り、インサート35の下側端部もＶ字状の輪郭37をしてい
る。ブレード10と新しい部分35との間の隙間には、符号
38,39で示される両側から溶接材料が充填される。
に固定する方法が示されている。ブレードの外側端部は
全体が符号36で示されるようなＶ字状の輪郭をしてお
り、インサート35の下側端部もＶ字状の輪郭37をしてい
る。ブレード10と新しい部分35との間の隙間には、符号
38,39で示される両側から溶接材料が充填される。
ブレードはどのような適当は材料からでも製造できる
が、頻繁に使用される材料は、AISI 410のような12％の
クロム鋼である。この鋼は、下記の組成を有する。
が、頻繁に使用される材料は、AISI 410のような12％の
クロム鋼である。この鋼は、下記の組成を有する。
炭素 0.09 − 0.13％ マグネシウム 最大 0.70 ％ リン 最大 0.030％ 硫黄 最大 0.030％ シリコン 最大 0.50 ％ ニッケル 最大 0.60 ％ クロム 11.50 −13.00％ モリブデン 0.40 − 0.80％ バナジウム 0.15 − 2.0 ％ 新しい部分は、上記のようなAISI 410から製造されて
もよいし、下記の組成を有する他の適当な材料から製造
されてもよい。
もよいし、下記の組成を有する他の適当な材料から製造
されてもよい。
炭素 0.20− 0.25％ マグネシウム 最大 1.00％ シリコン 最大 1.00％ リン 最大 0.04％ 硫黄 最大 0.03％ クロム 11.00−13.50％ ニッケル 0.50− 1.00％ モリブデン 0.75− 1.25％ タングステン 0.75− 1.25％ バナジウム 0.20− 0.50％ 新しい材料35がブレード10に固定された後、第５図に
部分的に示される形状になるように、正確な形状に加工
され、熱処理される。
部分的に示される形状になるように、正確な形状に加工
され、熱処理される。
新しい部分35をブレード10に溶接するとき、ブレード
10へ部分35の溶接中に生じる応力を最小にするために、
ブレード10に対して部分35を物理的に拘束することは殆
どないことが望ましい。
10へ部分35の溶接中に生じる応力を最小にするために、
ブレード10に対して部分35を物理的に拘束することは殆
どないことが望ましい。
発生する応力（inbuilt stress）を最小にすること
は、熱処理でさらに満足のいくようその応力を解放する
ことができるという大きな効果はあるが、ブレード10に
対して新しい部分35のある程度のミスアラインメントが
生じる恐れもある。そこで、正確な形状に加工できるよ
うに、充分な材料で、新しい部分をいくらか大きめに製
造しておくのである。
は、熱処理でさらに満足のいくようその応力を解放する
ことができるという大きな効果はあるが、ブレード10に
対して新しい部分35のある程度のミスアラインメントが
生じる恐れもある。そこで、正確な形状に加工できるよ
うに、充分な材料で、新しい部分をいくらか大きめに製
造しておくのである。
全ての熱処理が完了した後、新しい腐食インサート40
をブレード10に固定することができる。インサートは、
ステライトから製造されるもので、よく、インコネル
（Inconel）のような比較的軟らかい溶接材料によって
ブレードに固定される。次いで、インサート40の周りの
部分は、また、応力解放熱処理工程を受けてもよい。
をブレード10に固定することができる。インサートは、
ステライトから製造されるもので、よく、インコネル
（Inconel）のような比較的軟らかい溶接材料によって
ブレードに固定される。次いで、インサート40の周りの
部分は、また、応力解放熱処理工程を受けてもよい。
ブレード10の応力が充分に解放された後、さらに、ブ
レードがカバーバンドと適切に協働するように、部分35
には新いし孔41,42,43,44を形成するための機械加工が
行われる。修理はブレードの改善（modify）を主たる目
的として行われる場合もあるので、端部部分35は交換さ
れた端部部分と異なる形状の場合もあるし、カバーバン
ド、囲い板等と協働する。端部部分に開けられた孔又は
他のものが異なる場合もある。
レードがカバーバンドと適切に協働するように、部分35
には新いし孔41,42,43,44を形成するための機械加工が
行われる。修理はブレードの改善（modify）を主たる目
的として行われる場合もあるので、端部部分35は交換さ
れた端部部分と異なる形状の場合もあるし、カバーバン
ド、囲い板等と協働する。端部部分に開けられた孔又は
他のものが異なる場合もある。
ブレード又は新しい端部部分35に応力の集中を生じる
であろう不適当な不連続部がブレード中に生じないよう
に、如何なる孔又は不連続部も、全ての応力解放熱処理
が完了した後にのみ形成される。
であろう不適当な不連続部がブレード中に生じないよう
に、如何なる孔又は不連続部も、全ての応力解放熱処理
が完了した後にのみ形成される。
第７図乃至第９図には、端部部分が除去されたブレー
ド50の一部が示されている。本実施例の場合、端部部分
は、カバーバンド又は囲い板に形成された孔と協働する
一対のほぞ（tenons）を有している。或る時間たつと、
囲い板とほぞとの間で移動が生じ、その移動は、ほぞの
作用によってクラックを生ぜしめ、さらには、１以上の
ほぞが破損することもある。
ド50の一部が示されている。本実施例の場合、端部部分
は、カバーバンド又は囲い板に形成された孔と協働する
一対のほぞ（tenons）を有している。或る時間たつと、
囲い板とほぞとの間で移動が生じ、その移動は、ほぞの
作用によってクラックを生ぜしめ、さらには、１以上の
ほぞが破損することもある。
過去において、溶接材料の層を形成させることによっ
て、このような突起を形成させることが行われていた。
しかし、「鋳造用材料」から形成されるほぞは、使用中
に破損しがちである。
て、このような突起を形成させることが行われていた。
しかし、「鋳造用材料」から形成されるほぞは、使用中
に破損しがちである。
全体が符号51で示された新しい部分は、溶接材料52に
よってブレード50に溶接されており、部分52は、部分的
に機械加工されるものの、実際に必要とされる端部部分
の大きさよりオーバーサイズになっていることが注目さ
れよう。新しい部分51は、この部分がブレードに固定さ
れたときに、適切な位置に配置されるように注意を払わ
なければならないが、溶接中にそのような位置に強制的
に保持（このような強制は、応力を生ぜしめることがあ
る。）されなくてもいいように、一対のオーバーサイズ
のほぞ53,54を具えている。
よってブレード50に溶接されており、部分52は、部分的
に機械加工されるものの、実際に必要とされる端部部分
の大きさよりオーバーサイズになっていることが注目さ
れよう。新しい部分51は、この部分がブレードに固定さ
れたときに、適切な位置に配置されるように注意を払わ
なければならないが、溶接中にそのような位置に強制的
に保持（このような強制は、応力を生ぜしめることがあ
る。）されなくてもいいように、一対のオーバーサイズ
のほぞ53,54を具えている。
溶接中に何らかの僅かの変形又はミスアラインメント
が生じたら、新しい端部部分をオーバーサイズしておく
ことによって、第９図に示されるような適切な大きさに
その部分を加工したり研磨したりすることができるよう
な余裕が与えられる。
が生じたら、新しい端部部分をオーバーサイズしておく
ことによって、第９図に示されるような適切な大きさに
その部分を加工したり研磨したりすることができるよう
な余裕が与えられる。
第９図において、ほぞ53,54は、新しい部分51の主た
る部分がそうであるように、その大きさが小さくなって
いることがわかるであろう。鋳造又は溶接材料52の範囲
は、使用中における最大応力の範囲、すなわち、ほぞ5
3,54から離れて位置しており、従って熱負荷（heat inp
ut）及び材料の特性による溶接部分52の特有の弱い部分
は、ブレードの使用中に過度の応力にさらされない位置
にある。従って、この部分での特有の弱い部分の影響は
殆どない。
る部分がそうであるように、その大きさが小さくなって
いることがわかるであろう。鋳造又は溶接材料52の範囲
は、使用中における最大応力の範囲、すなわち、ほぞ5
3,54から離れて位置しており、従って熱負荷（heat inp
ut）及び材料の特性による溶接部分52の特有の弱い部分
は、ブレードの使用中に過度の応力にさらされない位置
にある。従って、この部分での特有の弱い部分の影響は
殆どない。
図示されたブレードは、２つのほぞを有するものとし
て示されている。しかし、ほぞが１つのものもあるし、
複数のものもあり、また、新しい部分には、修理される
ブレードを隣合うブレードと正確に結合させるために、
囲い板、カバーバンド、レーシングワイヤ等と協働する
ような突起、孔若しくは他の形状のものの組合せが設け
られることもある。
て示されている。しかし、ほぞが１つのものもあるし、
複数のものもあり、また、新しい部分には、修理される
ブレードを隣合うブレードと正確に結合させるために、
囲い板、カバーバンド、レーシングワイヤ等と協働する
ような突起、孔若しくは他の形状のものの組合せが設け
られることもある。
前述のように、新しい端部部分はブレードの残りの部
分と異なる材料から製造されてもよく、端部部分の材料
はブレードの残りの部分を構成する材料より長寿命と考
えられる改善された特性のものから選択されてもよい。
端部部分は、例えば、ジェットヒート（Jet Heat）とし
て知られる下記組成を備えた材料から製造されてもよい
し、腐食シールドが固定されものであれば、これはステ
ライト、又は、硬化工具鋼、若しくは、ブレードの端部
部分の腐食に抵抗力を与える他の適当な材料から製造さ
れてもよい。
分と異なる材料から製造されてもよく、端部部分の材料
はブレードの残りの部分を構成する材料より長寿命と考
えられる改善された特性のものから選択されてもよい。
端部部分は、例えば、ジェットヒート（Jet Heat）とし
て知られる下記組成を備えた材料から製造されてもよい
し、腐食シールドが固定されものであれば、これはステ
ライト、又は、硬化工具鋼、若しくは、ブレードの端部
部分の腐食に抵抗力を与える他の適当な材料から製造さ
れてもよい。
最小 最大 炭素 0.08 0.15 マグネシウム 0.50 0.90 シリコン −− 0.35 リン −− 0.025 硫黄 −− 0.025 クロム 11.00 12.50 ニッケル 2.00 3.00 モリブデン 1.50 2.00 バナジウム 0.25 0.40 窒素 0.01 0.05 銅 −− 0.50 端部部分を除去して新しい部分を固定できるようにブ
レードの端部部分を切断する位置は、その後に新しい端
部部分に孔を形成する場合、溶接操作中において過度の
熱を受けなかったブレード部分に孔が形成できるように
しておくことが重要である。従って、孔の端部若しくは
端部部分に形成される他の形状のものと溶接操作中に最
大熱を受ける部分との間に間隔があることが好ましい。
レードの端部部分を切断する位置は、その後に新しい端
部部分に孔を形成する場合、溶接操作中において過度の
熱を受けなかったブレード部分に孔が形成できるように
しておくことが重要である。従って、孔の端部若しくは
端部部分に形成される他の形状のものと溶接操作中に最
大熱を受ける部分との間に間隔があることが好ましい。
ブレードの２つの実施例のみを図面に示した。しか
し、修理工程はその他多数の形状のブレードに適用でき
ること、修理工程としてだけでなく、使用性能を改良す
るために既存のブレードを改善する方法としても利用す
ることができることが理解できよう。
し、修理工程はその他多数の形状のブレードに適用でき
ること、修理工程としてだけでなく、使用性能を改良す
るために既存のブレードを改善する方法としても利用す
ることができることが理解できよう。
前述の説明、特許請求の範囲、添付図面に開示され、
特定の実施態様又は望まいし作用を発揮する文言若しく
は意味で表現された特徴、又は、開示された結果を得る
ための方法若しくはプロセスは、これら特徴を分割又は
組み合わせて、種々の態様に本発明の実施するために利
用することができる。
特定の実施態様又は望まいし作用を発揮する文言若しく
は意味で表現された特徴、又は、開示された結果を得る
ための方法若しくはプロセスは、これら特徴を分割又は
組み合わせて、種々の態様に本発明の実施するために利
用することができる。
第１図はブレードとカバーバンドとが離間した関係で示
されたタービンブレード列の部分的概略斜視図、第２図
は１つのブレードの端部の側面図、第３図は第２図のブ
レードから端部部分が除去され新しい部分がその場所に
配置されたブレードの側面図、第４図は第３図の４−４
線断面図、第５図は第３図及び第４図のブレードに新し
い材料片が固定されたブレードの側面図、第６図は修理
されたブレードの側面図、第７図は新しい端部部分が固
定されたタービンブレードブレード片の端部における正
面図、第８図は第７図のブレードの側面図、第９図は端
部が加工された第７図及び第８図のブレードの側面図で
ある。 10,11,12……ブレード 13,14……カバーバンド 15,16,21,22……貫通孔 17,18,19,20……突起 25,26,27……腐食シールド 28,29……端部部分
されたタービンブレード列の部分的概略斜視図、第２図
は１つのブレードの端部の側面図、第３図は第２図のブ
レードから端部部分が除去され新しい部分がその場所に
配置されたブレードの側面図、第４図は第３図の４−４
線断面図、第５図は第３図及び第４図のブレードに新し
い材料片が固定されたブレードの側面図、第６図は修理
されたブレードの側面図、第７図は新しい端部部分が固
定されたタービンブレードブレード片の端部における正
面図、第８図は第７図のブレードの側面図、第９図は端
部が加工された第７図及び第８図のブレードの側面図で
ある。 10,11,12……ブレード 13,14……カバーバンド 15,16,21,22……貫通孔 17,18,19,20……突起 25,26,27……腐食シールド 28,29……端部部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフ・サイラス・ヘンデルマン アメリカ合衆国コネチカット州06385 ウオーターフォード、オスウェガッチ ー・ロード13 (72)発明者 ロバート・フランシス・ヘイズ アメリカ合衆国コネチカット州06450 メリデン、エバンスビル・ロード61 (56)参考文献 欧州公開87279（ＥＰ，Ａ１) 欧州公開303433（ＥＰ，Ａ２)
Claims (7)
- 【請求項１】タービンブレードの修理方法又は改善方法
であって、該方法は、 （ａ）ブレードの端部部分を除去する工程、 （ｂ）除去された前記部分を取り換えるために、新しい
材料片の如何なるミスアラインメントも許容するよう
に、求められる最終的な形状に近似であり、その形状よ
り大きい、前記材料片を形成する工程、 （ｃ）一方を他方に対して強く拘束することなく、前記
ブレードの前記端部に前記新しい材料片を溶接する工
程、 （ｄ）溶接がなされた範囲において前記ブレードを熱処
理する工程、 （ｅ）前記新しい材料片を要求される所定の形状に加工
又は他の作業を行う工程、 からなる方法。 - 【請求項２】前記ブレードは少なくとも１つの孔を有す
るタイプのものであり、前記方法は、前記ブレードの前
記熱処理工程を完了した後に、前記新しい材料片に前記
孔を形成させる、請求項１の方法。 - 【請求項３】前記ブレードはこれに１以上のほぞを有す
るタイプのものである、請求項の方法。 - 【請求項４】前記新しい材料片は、前記タービンブレー
ドの残りの部分に新しい材料片を溶接するときに熱の影
響を受ける範囲が使用中にブレードに使用する高い応力
を受けないようなブレードの部分に位置するような大き
さである、請求項１から３のいずれかの方法。 - 【請求項５】前記新しい材料片は、ブレードの前記残り
の部分と組成が異なり、新しい材料片は、前記ブレード
の当該部分の信頼性及び／又は耐用年数を向上させるよ
うに選択される、請求項１から４のいずれかの方法。 - 【請求項６】前記タービンブレードから除去される材料
とともに除去されない、前記ブレードの溶接部分におけ
る全ての不連続部分が、全ての熱処理工程が行われる前
に、溶接材料によって充填されることによって除去され
る、請求項１から５のいずれかの方法。 - 【請求項７】前記修理方法は、前記ブレードの前記先導
端部からシールドを除去する工程と、ブレードに新しい
シールドを固定する工程とを含み、前記新しいシールド
が前記ブレードの材料より硬い材料で作られている、請
求項１から６のいずれか１つの方法。
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