JPH09501874A - タービンブレードの加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 タービンブレード（１０、１１、１２、１３）加工のための装置（１５）と方法であって、機械をタービンブレードの近くに取り付けるための取付手段（１６）を有し、自動的に３次元的に動くことができる加工ヘッド（３１）を有する加工装置を使用する。機械ヘッド（３５）は、工具や、レニショープローブのようなプローブを具え、これは、コンピューターに情報を送るために所望の形状を検知することができ、かくして、この機械は、次々にブレードを加工するために、自動的に使用される。このプローブは、機械の部品が所望の形状に加工されたかどうかをチェックするために、加工の後に使用することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 タービンブレードの加工装置 この発明は、タービンブレードを加工するための装置、及びそのための方法に 関する。これに限定するわけではないが、特に、ローターブレードの先端の加工 、及び、ブレードを互いに結び付けるシュラウド(shroud)やカバーバンドのよう な手段と協働するほぞ(tenon)のような形状物の加工に適している。 タービンローターの末端は、特に傷つきやすく、腐食に弱い。 本出願人は、英国特許明細書第2091140B号、2208483号、2229657号に開示され ているように、タービンブレードの外側の先端を修理する新しい方法を提案した 。 これらの特許の後のものにおいては、ブレードの先端部を取り外し、予め形成 されている意識的に大きめの新しい材料のもので取り替え、熱処理後に、所望の 形状になるように先端部を加工することを提案している。 層状に次々に、溶接をしてその後盛り上がった材料を加工することによって、 破損したり、擦り切れたり腐食したりしたほぞを所望の形状になるように再度作 り直すことも知られている。 しかしながら、その後の加工と材料の処理は、複雑で時間がかかるだけでなく 、また、特に、ブレードがまだローターに固着されたタービンブレードの列の中 にある場合は、アクセスが困難であるため、作業の大部分は手 で扱う道具で行なわれなければならず、高度な技術を持った者によって行なわれ なければ、ブレードの先端を完全な形にすることは、ほとんどできない。 タービンを利用するにあたって、ブレードの先端からシュラウドを除去するた めには、かなりの力がシュラウドに作用することが理解されるであろう。従って 、シュラウドがほぞの上に、ぴったりとはまっていることが絶対的に必要不可欠 であり、さもなければ、シュラウドとほぞの間の連結状態が弱まり、シュラウド がブレードの端部から離れることにもなり得る。 例えば、ほぞに関して言うならば、ほぞが正しい形状であることが絶対に必要 であるが、その理由は、ブレードとブレードの取付けられたシュラウドの穴との 間に隙間があれば、それが、シュラウドとブレードの間の連結における早期破壊 につながる隙間を残すことになり得るためである。 そこで、本発明の目的は、タービンブレードの先端の加工を容易にする装置を 提供することである。 本発明によれば、タービンブレード上の或る形状物を加工するための装置が提 供され、その装置は、 (a)切削工具を駆動させるための回転機械のヘッド、 (b)前記機械ヘッドに３次元運動をもたらすための自動運動手段、 (c)前記機械ヘッドと前記３次元の運動手段を制御するための制御手段、 (d)加工されるべきタービンブレードに前記機械を固定するための固定手段、 (e)前記機械を前記固定手段の上に位置付けるための位置付け手段とからなり 、前記位置付け手段は、加工されるべきブレードが固定されたローターの軸に対 して放射状の面において前記機械の少なくとも限定された角度的動きを可能にす る第１の調節手段を有し、前記調節手段は、前記機械を前記放射状の面において 予め定められた調節位置に固定することを可能にしている、装置である。 好適には、前記機械は第２の位置付け手段をも有し、この位置付け手段が、さ らに、前記放射状の面に直交する面における前記機械の少なくとも限定された角 度運動を可能にする第２の調節手段を有し、前記第２の調節手段は、前記放射状 の面に直交する面において前記機械を予め定められた調節位置に固定することを 可能にしている。 本発明の第２の目的は、タービンブレード上の或る形状物を加工する方法を提 供することである。 本発明のもう１つの側面によれば、タービンブレード上の或る形状物を加工す る方法が提供され、その方法は、 (a)前記形状物がそれから形成される金属を用意し、 (b)前記形状物を加工するための機械であって、機械用ビット、又はプローブ を担持することができる機械ヘッドを具えた機械を用意し、 (c)要求される加工作業を遂行するために前記機械に情 報を供給し、 (d)前記機械ヘッドにプローブを接続し、前記機械が前記ブレードの上の予め 定められたデータ位置に整列するように、前記プローブが予め定められた位置に ある前記タービンブレードに接触するように前記機械を前進させ、 (e)前記プローブを取り除き、前記機械に切削工具を取付け、 (f)前記形状物を加工するために、前記機械を自動的に作動させることからな る、方法である。 好適には、加工されるブレードは、前記加工作業中に、望ましくない動きが阻 止されるように、非常に堅固に固定されるべきである。 ブレードは、前記機械が固定される表面、又は目的物にクランプされていると 便利である。 或いは、加工されるべきブレードは、配列の中の他のブレード、特に、少なく とも、両面が加工されるべき隣りのブレードにクランプされていてもよく、機械 それ自体も、加工されるべきブレードに固定されたり、加工されるべきブレード を隣りのブレードにクランプする手段に固定されていたりしていてもよい。 好適には、前記機械もまた、前述のようであることが望ましい。 一旦、ほぞが加工されたら、レニショー社によって作られたレニショー(Renis haw)プローブのようなプローブが機械ヘッドに挿入されてもよく、ブレードの先 端の形、 及び／又はほぞの形状が、如何なる所望の形態でも、記録、収納されることがで き、そうしておけば、万一、新しいタービンブレードを作る必要が生じたとき、 これを参考として用いることができる。 本発明の装置とその調節手段は、従って、正確にブレードを加工することが出 来るだけでなく、調節手段と自動運動手段があるために、レニショープローブの ようなプローブを使用するのにも最適である。 好適には、加工作業と機械ヘッドの３次元運動は、コンピューター制御される であろうし、この場合、良好な状態のほぞの形状を感知すべく機械ヘッドに便利 に取付けられたレニショープローブを使って獲得された予め定められたデータに 従って制御され、情報はそれから蓄えられ、ほぞ、そして、必要ならば、新しい 材料が装入されたブレードの端部や、溶接技術で盛り上がったほぞを再加工する ために使用される。 切削工具とブレードの間の望ましくない相対的な運動は、誤差、及び／又は出 来の悪い表面という結果につながるため、加工されるべきタービンブレードは、 加工作業の間、可能な限り堅く固定されていることが重要である。 満足できるものと判断されたブレードのクランプ方法の１つは、ブレードの周 りに部分的に閉じた箱を形成することであり、その箱は、台の表面、例えば、装 置が置かれている台の表面に堅固に固定されており、次に、例 えば、錫／ビスマスのような融点の低い合金でその箱を充たすことである。 配列の中にいくつかのブレードがあって、それに新しい先端部が加工される場 合に、特に適用される他のブレードクランプ方法としては、加工されるべき各々 のブレードを順番に機械に近付けるために、ローター、又はブレードの配列がそ の回転軸の周りに動かされるようにローターやブレードを配置し、かくして、加 工を実施することである。加工表面と、かなりの広い範囲においてブレードの表 面に接触するようになっているプレートのような移動可能なクランプ手段は、加 工表面たるプレートに堅く据え付けられていて、クランプされるブレードに係合 するように動かされる。 ブレードは、ブレードがそのような固定された位置にあるときに加工され、加 工が完成すれば、加工されるべき次のプレートを、機械の所定位置に対応させる ためにブレードの列が回転させられて加工の終わったブレードが機械の所定位置 から出され、その他のブレードは、加工されるブレードを堅く固定するように動 かされる。 加工表面を備えるのが不可能な場合は、ブレードのクランプ手段は、加工され るべきブレードを含むいくつかのブレードに接触するようになっているクランプ 手段を考慮すればよく、この場合、加工されるべきブレードが加工中、正確に位 置付けされていることを確実にするため、そのクランプ手段は、少なくとも加工 されるべきブ レードとそれに隣り合ったブレードの間に設置することが出来るゲージプレート をも含むであろう。 クランプ手段の具体例のいくつかは、英国特許明細書第2227191号に開示され ている。 レニショープローブは、タービンブレードの先端の形状を感知するためにも用 いられる。そして、要求されるほぞの大きさに関する情報が与えられているので 、ほぞが適切に形づくられない結果を招くようなブレード端部の異常形状があっ て、そのため、均等にカーブした表面ではなく、僅かに平面が残されることにな る場合、そのような平面が確実にできないように、ほぞの位置のわずかな調節が なされることが可能である。 本発明によってほぞを形成する方法の非常に重要な特徴は、ほぞが他のほぞと 整列し、カバーバンドやシュラウドが取付けられているとき、どのブレードにも 過度の重量がかからないように、ほぞを正確に位置付けるために、レニショープ ローブがタービンブレードの先端の形状を感知するためにも用いられることが出 来るということである。さらに、平面が形成され得る程ブレードの先端に近くほ ぞが位置付けられないように、ほぞが適切に形成されることが、同じく重要であ る。ほぞが適切に形成されなければ、カバーバンドやシュラウドが所定の位置に 置かれたとき、小さな隙間ができ、使用の結果、亀裂腐食やクラックが発生して 、早期破壊につながることになる。 或いは、そのような事態が起きることが明らかであり、ほぞを動かすことが不 可能であれば、ほぞが適切に再加工されることを確実にするために、補修的処理 をブレード上で行なうことができる。 本発明の装置は、英国特許明細書第2233261号に開示されているタイプのワー クテーブルの上に据え付けられることができる。 或いは、ブレードの先端へのアクセスが可能であるように、装置は、ローター 旋盤の工具ポストの上や、ローターに近接した他のどんな安定の良いマウントの 上にも据え付けることができる。 ほぞが正確にカットされるように、切削工具がタービンブレードの先端面に垂 直であるように、機械ヘッドがブレードの先端に位置付けられることを確実にす るにあたって、第１の調節手段は非常に重要である。いくつかのタービンブレー ドにおいて、ブレードの先端面は回転軸に平行の面にあるのではなく、回転軸に 対して傾いていることがある。そこで、第２の調節手段が必要とされることにな る。 装置は、コンピューター制御されることが望ましく、この場合、ブレードの先 端の加工は、予め定められた情報に従って行なわれる。その情報は、損傷を受け ていない配列中の他のブレードの輪郭を感知することによって獲得されるであろ う。或いは、例えば、効率を上げるために、ブレードの先端を取り替える必要が ある場合、新 しい輪郭に関する情報は、装置がそのような新しい輪郭を加工することが可能で あるように装置に送られる。 配列中のいくつかのブレードに関しては、装置は、各ブレードに対する加工を 始める前に、装置がリセットされ得るように、ブレード上の参照点、すなわち、 「工具メーカーのボール」となるような、データ点(datum point)を具えること ができる。 遂行されるべき加工作業についての記録を取ることができ、この場合、その記 録は、正しい加工作業が行なわれたことのチェックとして視覚的に表示されるで あろうことも考えられる。 さらに、ブレードの加工後、点検のためのプローブの装置への挿入後は、加工 作業の正確なチェックが行なわれ、要求される形状から逸脱していた場合、ブレ ード上でさらなる加工作業が行なわれ得るように、情報が記録、及び／又は表示 されるであろうことも考えられる。 以下、例示のためにのみ、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。 図１は、本発明の装置の斜視図である。 図２は、タービンブレードのクランプの態様の一つを示す。 図３は、２つのほぞの側面図を示す。 図４は、ブレードの端面がローター軸に対して斜めに傾いているブレードの端 部を示す。 まず、図１を参照すると、タービンブレードの配列の 一部が示されていて、特に、タービンブレード１０、１１、１２及び１３は、例 えば、５０本のブレードの配列の一部を形成しており、ローターシャフトから延 びている。 完全なローターは、英国特許出願第 2233261号に開示されているものに似た台 上に据え付けられることができ、そのワークベンチの一部が１４で示されている 。 全体として符号１５で示される装置は、ワークベンチ１４にしっかり固定され ていて、ボルト、又は他の手段でワークベンチ１４に固定されている基底部材１ ６を有し、その基底板１６の上には、周辺部のねじ１８が備えられ、全体として １９で表示され手動の部材２０とねじ２１のついた軸を有している調節部材２０ によって動かすことの出来る、回転可能に据え付けられた支持部材１７がある。 手動の作動部材２０を回転させると、基底部材１６に対して、支持部材１７が 回転させられる。 支持部材１７から出ているのは、軸受２６によってさらに２つのプレート２４ 、２５を支持する一対の直立プレート２２、２３である。プレート２５には、符 号２７で表示された周辺の歯車が備え付けられており、この歯車は、手動の部材 ３０が備えられた調節部材２９の上に備えられた歯車２８によって動かすことが できるようになっている。 調節部材２９は、支持部材１７に対して固定されてい て、それが回転すると、調節部材１９によって生じる角度運動に直角の角度的な 装置１５の運動が生じる。 プレート２４、２５に固定されているのは、機械のヘッド３１、及び３次元の 運動を生じさせるための自動移動システムを具えた切削機械であり、この自動移 動システムは、全体として垂直方向の運動を生じさせる駆動システム３２、全体 として水平方向の運動を生じさせる駆動システム３３、及びワークピースに近付 いたり離れたりする運動を生じさせる駆動システム３４とからなる。 駆動システム３２から３４は、例えば、電動モーター等のどのような適切な動 力手段によっても動かすことができ、機械のヘッド３１、従って、機械のビット ３５を動かすように、コンピューター３６によって予め決定されている情報に従 って制御されることができる。機械のビット３５は、例えば、タービンブレード １０の末端にあるほぞを加工するために、非常に正確なフライスカッターであっ てよい。 第１の調節部材１９と第２の調節部材２９があることによって、切削工具３５ の回転軸がブレード１０の末端面に対して垂直であり、それによって切削工具が ほぞの表面を適切に加工できるように、切削工具３５が整列させられることが可 能になる。 コンピューター３６は、機械のヘッド３１の３次元の運動を引き起こす駆動シ ステム３２、３３、３４に連結する柔軟なコード３８を具えて接続箱３７に連結 されて いることが示されている。柔軟なコード３８は、また、機械のヘッド３１が電動 モーターである場合、機械のヘッド３１に駆動力を送ることにもなる。 同じくコンピューター３６に連結されているのは、例えば、加工されるべき所 望の形や加工の型と要求される型の間の変動を示す情報や、他の役に立つ情報を 表示するために使用される、任意の視覚的表示ユニット３７である。 次に図２を参照すると、ブレードのフライス機械は、出来る限り、堅固に固定 されていることが重要である。図２に概略で示されている固定の一形態は、ワー クベンチ１４に着脱可能な形で固定されている支脚４２、４３と、４４、４５を それぞれ有している２つのスタンド４０と４１から成る。 スタンド４０と４１は、全体として符号４６で示される箱型の部材を支えてお り、この箱型の部材は、開いている上部から離れて、タービンブレード１０を取 り囲んでおり、その中に、タービンブレード１０の一部を部分的に取り囲むよう に、低融点の合金が注ぎ込まれ、一旦、この合金がブレードを堅固に固定したら 、低融点の合金４７を含む箱型の部材４６が、ラグ４８、４９、及び固定部材５ ０、５１によって、スタンド４０と４１に堅く固定されることになる。 さらなる、或いは、代わりのクランプ手段が、ブレードを固定するために使用 されることが考えられるが、例 えば、さらなるワークベンチ４０をブレード１０に隣り合った位置に設け、ブレ ードをこのさらなるワークベンチにしっかり固定するために、滑動クランプ手段 がワークベンチに係合し、ブレード１０の様々な部分と接触するようにすること ができるであろう。 ブレードは、クランプ部材によって固定されることもでき、そのようなクラン プ手段のいくつかは、英国特許出願第2227191号に開示されているものに似たも のでよく、この場合、ブレードが互いに固定されていることによって、それぞれ の固定ブレードも比較的動きにくくなっている。 図３は、ブレード、例えば、ブレード１０の先端の図であり、２つのほぞ５２ 、５３の側面の１つを示している。図４は、他の可能なタービン５５を示してい て、そこでは、端面５６がローターの回転軸とは同軸ではない面にあり、従って 、切削機械の回転軸が面５６に垂直になって符号５７で表示されるほぞを加工す るため、切削機械が端面５６に近付くことができるように第２の調節手段の運動 が必要になる。 図に示されている装置の説明は単なる例示であり、機械と調節手段は、加工さ れるべきブレードを極めて堅固な状態に保持し、クランプすべく、どのような適 切な形も取り得ることが理解されるであろう。 前述の説明又は添付図面に、特定の実施例又は開示された作用を生じるための 手段、若しくは開示された結果 を得るための方法又は工程として表現された特徴は、これらを分割又は組合わせ て、種々の態様で本発明を実施するために利用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １.タービンブレード上の或る形状物を加工するための装置であって、 (a)切削工具を駆動させるための回転機械のヘッド、 (b)前記機械ヘッドに３次元運動をもたらすための自動運動手段、 (c)前記機械ヘッドと前記３次元の運動手段を制御するための制御手段、 (d)加工されるべきタービンブレードに前記機械を固定するための固定手段、 (e)前記機械を前記固定手段の上に位置付けるための位置付け手段とからなり 、前記位置付け手段は、加工されるべきブレードが固定されたローターの軸に対 して放射状の面において前記機械の少なくとも限定された角度的動きを可能にす る第１の調節手段を有し、前記調節手段は、前記機械を前記放射状の面において 予め定められた調節位置に固定することを可能にしている、 装置。 ２.前記位置付け手段が、さらに、前記放射状の面に直交する面における前記 機械の少なくとも限定された角度運動を可能にする第２の調節手段を有し、前記 第２の調節手段は、前記放射状の面に直交する面において前記機械を予め定めら れた調節位置に固定することを可能にしている、請求項１の装置。 ３.タービンブレード上の或る形状物を加工する方法で あって、 (a)前記形状物がそれから形成される金属を用意し、 (b)前記形状物を加工するための機械であって、機械用ビット、又はプローブ を担持することができる機械ヘッドを具えた機械を用意し、 (c)要求される加工作業を遂行するために前記機械に情報を供給し、 (d)前記機械ヘッドにプローブを接続し、前記機械が前記ブレードの上の予め 定められたデータ位置に整列するように、前記プローブが予め定められた位置に ある前記タービンブレードに接触するように前記機械を前進させ、 (e)前記プローブを取り除き、前記機械に切削工具を取付け、 (f)前記形状物を加工するために、前記機械を自動的に作動させることからな る、 方法。 ４.形成されるべき所望の形状物のために十分な合金があることを保証すべく 、前記加工作業より前に、前記プローブが加工されるべきブレードの輪郭を感知 できるようになっている、請求項３の方法。 ５.前記ブレード上に形成されるべき形状物がほぞである、請求項３又は４の 方法。 ６.前記形状物が加工された後、前記プローブが前記機械ヘッドに戻され、前 記形状物の形が記録され保管されるようになっている、請求項３乃至５のいずれ かの方法。 ７.加工されるタービンブレードが、前記加工作業の間、クランプ手段によっ て固定されている、請求項２乃至６のいずれかの方法。 ８.前記クランプ手段が、少なくとも前記タービンブレードの一部を凝固した 低融点の合金で包み込む手段を有する、請求項７の方法。 ９.前記クランプ手段が、加工されるべきブレードに隣り合ってワーク面に位 置し、前記ブレードに接触したり離れたりすることができる移動可能な係合プレ ートを有する、請求項７の方法。 10.前記クランプ手段が、隣り合うブレードに対して前記ブレードを固定する ようになっているクランプ手段を有する、請求項７の方法。