JP4659038B2 - ターボ機械翼の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば翼一体型ガスタービンロータにおけるガスタービン翼などのターボ機械翼の補修方法に関する。

ガスタービン翼はその供用中に、例えば酸化、腐蝕、侵蝕などのために損耗して行き、更に、鳥や雹などが衝突することによっても損耗が進行する。これらの原因によって損耗が進行すると、ついにはガスタービン翼が損傷するに至り、補修を要することになる。その補修に際しては、先ず、ガスタービン翼の損傷した部分ないし領域を除去し、その除去に続いて、その損傷した部分ないし領域を再形成する。このような補修方法は、例えば、翼一体型ガスタービンロータにおけるガスタービン翼を補修するためなどに用いられている。尚、翼一体型ガスタービンロータは、ブリスク（ｂｌａｄｅｄ ｄｉｓｋｓ）、ブリング（ｂｌａｄｅｄ ｒｉｎｇｓ）などと呼ばれている。

米国特許第6,172,327 B1号公報には、翼一体型ガスタービンロータにおけるガスタービン翼の補修方法が開示されている。そこに記載されている方法では、先ず、翼一体型ガスタービンロータにおけるガスタービン翼の損傷部分を除去し、それに続いて、その除去した部分ないし領域を、レーザ粉末肉盛り溶接によって再形成するようにしている。しかしながら、この米国特許第6,172,327 B1号公報に記載の方法では、損傷領域を切除したあとに残される切株状翼根部の上に最初に塗布する粉末層を、レーザ粉末肉盛り溶接によって溶着させる際に、それを好適な溶着状態とすることが容易でない。従来公知の様々な方法のうちに、最初に塗布するこの特に重要な粉末層の溶着状態を考慮した方法は存在していない。
米国特許第6,172,327 B1号公報

本発明は以上の事情に鑑み成されたものであり、本発明の課題は、例えばガスタービン部品に翼を一体に設けた翼一体型ガスタービンロータなどのターボ機械翼の、新規な補修方法を提供することにある。

上記課題は請求項１に記載した方法により達成される。本発明によれば、その方法は、少なくとも以下のステップを含むものである。ａ）損傷した翼部分を有する、補修を要するターボ機械翼または補修を要する翼一体型ロータを用意するステップ。ｂ）前記ターボ機械翼または前記翼一体型ロータから、前記損傷した翼部分を除去し、それを除去したあとに切株状翼根部が残るようにするステップ。ｃ）前記切株状翼根部の少なくとも流入側翼縁の部分及び流出側翼縁の部分を冷却装置にクランプするステップ。ｄ）前記切株状翼根部の前記流入側翼縁の部分及び前記流出側翼縁の部分に、レーザ粉末肉盛り溶接によって、夫々にスポット状の滴状溶着突起を形成し、その際に、それら滴状溶着突起が、再形成すべき翼の本来の輪郭形状からはみ出るよう、少なくとも前記流入側翼縁及び前記流出側翼縁から突出するようにするステップ。ｅ）前記滴状溶着突起どうしの間の除去された翼部分の領域に、レーザ粉末肉盛り溶接によって、材料を肉盛りして、除去された翼部分に対応する翼部分を再形成するステップ。

本発明は、損傷した翼部分を切除したあとに残される切株状翼根部の、その少なくとも流入側翼縁の部分及び流出側翼縁の部分を冷却装置にクランプし、それに続いて、それら流入側翼縁の部分及び流出側翼縁の部分に、レーザ粉末肉盛り溶接によって、それら翼縁から突出する滴状溶着突起を形成することを提案するものである。これによって、切除された翼部分を再形成する際に最初に塗布する重要な粉末層を、確実に完全な溶着状態、即ち完全に接合することが可能となる。また、流入側翼縁の部分及び流出側翼縁の部分を冷却することによって、特に厚さが薄く、それゆえ特に脆弱な、それら翼縁の熱損傷を回避することができる。滴状溶着突起を形成することによって、冷却装置と、切株状翼根部の流入側翼縁ないし流出側翼縁との間の距離又は隙間に、いわば橋が架けられた形となるため、切除された領域の再形成を続いて実施する際に、流入側翼縁及び流出側翼縁からはみ出た部分にまでレーザ粉末肉盛り溶接を実施することができる。また、これによって、レーザ粉末肉盛り溶接の完了後に、不要部分除去工程を実施することで、流入側翼縁及び流出側翼縁を正確に目標形状に仕上げることが可能となる。更に、この方法によれば、残留応力の殆ど存在しない多層組織構造を形成することができるため、通常、高コストの熱処理工程を、また特に、応力解放のための焼き鈍し工程を、省略することが可能となる。

本発明の特に好適な実施の形態における特徴としては、従属請求項に記載し以下に説明する様々な特徴がある。これより図面に基づいて、本発明の具体的な実施の形態について詳細に説明して行くが、ただし本発明は、以下に説明する実施の形態のみに限定されるものではない。

本発明に係る方法は、例えば、ブリスクないしブリングと呼ばれている翼一体型ガスタービンロータにおけるガスタービン翼などが損傷した場合に、その損傷したガスタービン翼を補修するために用いられる方法である。ただし、本発明に係る方法は、様々な流体機械の翼を補修するためにも用いることができる。翼の損傷は、その供用中に例えば異物の衝突などによって発生することもあり、また、製造不良を原因として発生することもある。以下の説明では、翼一体型ガスタービンロータにおける翼を補修する場合に即して、本発明に係る方法を説明して行く。

本発明に係る方法の最初のステップでは、補修を要するガスタービン翼を有する翼一体型ガスタービンロータを用意する。続いて、その翼一体型ガスタービンロータの補修を要するガスタービン翼から、その損傷した翼部分を、切除するなどして除去し、またその際に、損傷した翼部分を切除したあとに、いわゆる切株状翼根部が残るようにする。

更に本発明においては、この切株状翼根部１０（図１参照）を冷却装置１１に装着し、その際に、その切株状翼根部１０の流入側翼縁（翼前縁）１２の部分及び流出側翼縁（翼後縁）１３の部分を、冷却装置１１にクランプする。図１から明らかなように、冷却装置１１は２つの冷却ブロック１４及び１５を備えており、それら２つの冷却ブロック１４及び１５は、その各々が、冷却媒体の供給管路１６及び還流管路１７を備えている。この構成において、冷却動作状態とするには、冷却ブロック１４及び１５に冷却媒体を流すようにすればよい。

図１から明らかなように、２つの冷却ブロック１４及び１５は、それらの両端部が夫々にボルト１９を介してフレーム１８に固定されており、従って、移動調節可能に固定されている。これによって、２つの冷却ブロック１４及び１５の間隔を、切株状翼根部１０の寸法に合わせられるようにしている。図１に示したように、切株状翼根部１０はその流入側翼縁１２及び流出側翼縁１３が、冷却ブロック１４及び１５の中央近傍部分において、それら２つの冷却ブロック１４及び１５の間にクランプされている。図２に示したのは、図１の詳細図解領域ＩＩの断面図であり、この詳細図解領域は、冷却ブロック１４と、切株状翼根部１０の流入側翼縁１２とを含む領域である。

切株状翼根部１０を冷却装置１１にクランプしたならば、続いて、流入側翼縁１２の部分及び流出側翼縁１３の部分に、レーザ粉末肉盛り溶接によって、夫々にスポット状の滴状溶着突起（肉盛り溶接により付着させた材料から成る滴状の突起）２０を形成する。またその際に、図３に示したように、形成する滴状溶着突起２０が流入側翼縁１２から突出するようにし、また、図３には示していないが、流出側翼縁１３に形成する滴状溶着突起も流出側翼縁１３から突出するようにする。これによって、滴状溶着突起が形成された部分が、本来の輪郭形状からはみ出すことになる。また、形成する２つの滴状溶着突起２０は、夫々、流入側翼縁１２と冷却ブロック１４との間と、流出側翼縁１３と冷却ブロック１５との間とに、いわば橋を架けたような形で形成されることになるが、ただし、材料組成が異なることから、形成した滴状溶着突起２０は冷却ブロックとは溶着せず、切株状翼根部１０の方にだけ溶着する。

こうして２つの滴状溶着突起２０を形成したならば、続いて、レーザ粉末肉盛り溶接によって、それら２つの滴状溶着突起２０の間に、材料を肉盛りして、補修を要するガスタービン翼の除去された翼部分を再形成する。尚、先に形成しておいた２つの滴状溶着突起２０の間に除去された翼部分を再形成するために実施するこのレーザ粉末肉盛り溶接は、例えば米国特許第6,172,327 B2号公報に示されている方法などを用いて行えばよい。レーザ粉末肉盛り溶接の詳細は、本発明の技術分野の当業者にとっては周知事項であり、それゆえ本明細書において更に詳しく述べるまでもない事項である。

滴状溶着突起２０を形成するための肉盛り溶接工程の実行中、並びに、それに続いて実施する、除去された翼部分を再形成するために２つの滴状溶着突起２０の間に材料を肉盛りする肉盛り溶接工程の実行中は、冷却装置１１を冷却動作状態にしておくことにより、切株状翼根部の流入側翼縁１２及び流出側翼縁１３を冷却しておくようにする。また、冷却装置１１を冷却動作状態にするためには、冷却装置１１の冷却ブロック１４及び１５に冷却媒体を流すようにする。これによって、翼のうちでも特に熱の影響を受けやすい流入側翼縁及び流出側翼縁の部分の損傷が回避される。

除去された翼部分をレーザ粉末肉盛り溶接によって再形成したならば、その再形成が完了した時点では、流入側翼縁の部分及び流出側翼縁の部分が、本来の輪郭形状からはみ出している。そこで、例えば研削仕上加工や電解仕上加工などの表面除去工程によって、はみ出している部分の材料除去加工を実施し、それによって、流入側翼縁の部分及び流出側翼縁の部分を、流体力学的に好適な目標形状に仕上げるようにするとよい。

以上に説明した本発明に係る方法においては、切株状翼根部の上に最初に塗布する粉末層の肉盛り即ち溶着に関する課題を解決するために、翼部分の再形成のための本来のレーザ粉末肉盛り溶接を実行するのに先立って、先ず、流入側翼縁の部分及び流出側翼縁の部分に、レーザ粉末肉盛り溶接によって、滴状溶着突起を形成するようにしており、また更に、滴状溶着突起の形成のためのレーザ粉末肉盛り溶接の実行中、並びに、翼部分の再形成のための本来のレーザ粉末肉盛り溶接の実行中に、冷却を実施するようにしている。本発明に係る方法によれば、繊細に形成されている流入側翼縁及び流出側翼縁を何ら損傷させることなく、最初に塗布する重要な粉末層を、完全な融着状態とすることができる。

本発明に係る方法を実施するために用いられている冷却装置を示した図である。 本発明に係る方法を説明するための、図１の詳細図解領域IIの概念図である。 本発明に係る方法を説明するための、図１の詳細図解領域IIの別の概念図である。

Claims (7)

1. ターボ機械翼の補修方法において、
   ａ）損傷した翼部分を有する、補修を要するターボ機械翼または補修を要する翼一体型ロータを用意するステップと、
   ｂ）前記ターボ機械翼または前記翼一体型ロータから、前記損傷した翼部分を除去し、それを除去したあとに切株状翼根部が残るようにするステップと、
   ｃ）前記切株状翼根部の少なくとも流入側翼縁の部分及び流出側翼縁の部分を冷却装置にクランプするステップと、
   ｄ）前記切株状翼根部の前記流入側翼縁の部分及び前記流出側翼縁の部分に、レーザ粉末肉盛り溶接によって、夫々にスポット状の滴状溶着突起を形成し、その際に、それら滴状溶着突起が、再形成すべき翼の本来の輪郭形状からはみ出るよう、少なくとも前記流入側翼縁及び前記流出側翼縁から突出するようにするステップと、
   ｅ）前記滴状溶着突起どうしの間の除去された翼部分の領域に、レーザ粉末肉盛り溶接によって、材料を肉盛りして、除去された翼部分に対応する翼部分を再形成するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記切株状翼根部が前記冷却装置に囲繞されるように前記切株状翼根部を前記冷却装置に対して位置付けることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記レーザ粉末肉盛り溶接の実行中に前記冷却装置を冷却動作状態にしておくことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 前記冷却装置を冷却動作状態にするために前記冷却装置に冷却媒体を流すことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記ステップｅ）に続いて、流体力学的に好適な目標形状に仕上げるために少なくとも前記流入側翼縁の部分及び前記流出側翼縁の部分に対して材料除去加工を施すことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項記載の方法をガスタービン翼の補修に用いることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至５の何れか１項記載の方法を翼一体型ガスタービンロータにおけるガスタービン翼の補修に用いることを特徴とする方法。

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