JPH10503429A - ガスタービンエンジンの羽根アッセンブリーの修理 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 蝋付けされた羽根アッセンブリー（１）のコンポーネンツを分離するために、該アッセンブリーを該羽根アッセンブリーのベースメタルの固相線以下で、蝋付け合金の液相線以上の温度に予熱し、ついで、アーロフォイル（２３）とプラットホーム（４５）とを引き離したり／押し離したりして、エーロフォイル（２３）をプラットホーム（４５）から分離する間、前記温度を維持するプロセスと装置とが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 名称 ガスタービンエンジンの羽根アッセンブリーの修理 発明の背景 この発明は、ガスタービンエンジンの羽根アッセンブリーに関し、さ らに詳しくは、蝋付けされた羽根アッセンブリーを修理するための改良された方 法と装置とに関するものである。 本発明が直接関与する形式のガスタービンエンジンにおいては、ワー キング媒体ガスが燃焼セクションにおいて燃焼し、タービンセクションにおいて 膨張する。該タービンセクション内には、一列または複数列のステーターヴェー ン（固定羽根）が配置されていて、羽根アッセンブリーにおけるワーキング媒体 ガスをローターブレードの下流方向列へ好ましい角度でアプローチさせるように なっている。 該タービンの羽根は、耐用寿命に限りがあり、取り分け、ガスタービ ンエンジンの部品類は、最も損傷を受けやすい。羽根類を横切る媒体ガスは、極 めて高熱であって、腐食成分を含んでいる。例えば、最近のタービンにおける最 初の列のステーターヴェーンは、華氏２０００度（２０００°Ｆ）を遥かに越す 温度のガスにさらされる。媒体ガスに含まれている腐食成分には、未反応の酸素 および硫黄酸化物が含まれる。ステーターヴェーン上流の激しいエネルギー反応 によって、羽根にアプローチする媒体ガスの同質性をコントロールすることは至 難である。したがって、複数の羽根は、均等に摩耗せず、羽根セット全体を交換 する前に羽根個々を修理したり、交換したりする必要がある。 羽根類の取り付けを容易にし、エアロダイナミック・パフォーマンス を考慮にいれて、インナープラットホーム（台座）およびアウタープラットホー ム（台座）にそれぞれ取り付けられた複数のエーロフォイルからなる羽根アッセ ンブリーからステーターヴェーンを配列することが通常行われている。羽根アッ センブリーは、ワーキング媒体フローパスを円周状に囲んで、端と端とを突き合 わせた状態で配置される。図３に示すような対になったエーロフォイルが普通使 用されているが、各アッセンブリーは、３枚または、それ以上のエーロフォイル からなる。 このような羽根アッセンブリーは、構造が複雑で、製造コストが嵩む ものである。したがって、ガスタービンエンジンの運転で摩耗したり、損傷を受 けたりした羽根アッセンブリーは、交換するよりも修理するほうが望ましい。そ のような摩耗または損傷の大部分は、羽根アッセンブリーのエーロフォイル、例 えば、エーロフォイルのリーディングエッジまたはトレイリングエッジに起こる ことが分かっている。しかしながら、エーロフォイルおよび／またはプラットホ ーム（台座）の修理は、これらコンポーネンツが該アッセンブリーにおいて、互 いにくっついた状態になっている構造により、極めて面倒なものである。したが って、修理が必要な部分へのアクセスは、限られてしまっている。 発明の概要 本発明の主たる目的は、ガスタービンエンジン羽根アッセンブリーを 修理する改良された方法ならびに装置を提供することにある。 他の目的は、エーロフォイルを蝋付けされた羽根アッセンブリーから 分離して、該コンポーネンツを修理し、再びアッセンブリーすることを可能にす る方法と装置とを提供することである。 要するに、本発明は、ガスタービンエンジン羽根アッセンブリーのベ ースメタルの固相線以下の温度で、かつ、蝋付け結合の液相線以上の温度でガス タービンエンジン羽根アッセンブリーを予熱し、このような温度を維持しながら エーロフォイルとプラットホーム（台座）とを離すように引いたり、押したりし て、エーロフォイルをプラットホーム（台座）から分離するガスタービンエンジ ン蝋付け羽根アッセンブリーを修理する方法と装置とを提供するものである。分 離さえすれば、種々の修理操作がエーロフォイルおよび／またはプラットホーム （台座）で行え、その後エーロフォイルとプラットホーム（台座）とを再度組付 けて蝋付け羽根アッセンブリーにすることができる。 エーロフォイルからプラットホーム（台座）を分離するために用いる 装置は、以下のものを含む： 前記アッセンブリーを予熱する加熱手段およびプラットホーム（台座 ）からエーロフォイルを機械的に分離する間、前記アッセンブリーを所定の温度 に維持する制御システム；羽根アッセンブリーのインナープラットホーム（台座 ）をグリップする第１の固定手段および羽根アッセンブリーのアウタープラット ホーム（台座）をグリップする第２の固定手段；および第１の固定手段と第２の 固定手段ならびに、これらによってグリップされているプラットホーム（台座） へ反対の動きと力とを作用し、プラットホーム（台座）からエーロフォイルを分 離するモーションシステム。 図面の簡単な記述 図１は、蝋付け羽根アッセンブリーを分離するのに用いられる装置の 斜視図である。 図２は、該装置の断面図である。 図３は、二つのエーロフォイルをもつ蝋付けされた羽根アッセンブリ ーの代表例の斜視図である。 図４は、該装置の加熱チャンバーの平面図である。 発明の詳細な記述 本発明は、蝋付けされた羽根アッセンブリーのコンポーネンツの分離 のための、特に、一つ、又は、複数のエーロフォイルをインナープラットホーム （台座）とアウタープラットホーム（台座）に蝋付け（図３参照）することによ って製造した一群の高圧タービン羽根を分離するための方法と装置とに関するも のである。この発明に先立ち、該パーツのこの形状は、分離できないアッセンブ リーで、修理が難しく、修理を行うことは困難な場合が多く、原のコンポーネン ト構造条件に合致しないものとみなされていた。図３に示すように、蝋付けされ た羽根アッセンブリー１は、前エーロフォイル２と後エーロフォイル３とを有す る対になったエーロフォイル２，３と、インナープラットホーム（台座）４なら びにアウタープラットホーム（台座）５とから構成されている。エーロフォイル ２，３は、蝋付け結合６によってプラットホーム（台座）４，５に取り付けられ ている。羽根アッセンブリーは、エーロフォイルの枚数を問わないが、図示の対 になったエーロフォイルが通常用いられている。 これらの羽根アッセンブリーがサービスを受ける不利な作業条件のた めに、修理プロセスには、クーリングホール、ストレスクラックおよび焼損、面 輪郭、ノズル領域復元およびガスタービンエンジンにおける羽根アッセンブリー の機能に重要な寸法条件を修理することで、エーロフォイルおよびプラットホー ムをオリジナルの構成に復元する可能性が要求される進んだプロセスが必要にな る。プラットホームからエーロフォイルを取り外すことで、コンポーネンツのす べての復元が達成できる。したがって、オリジナルのコンポーネント・デザイン 基準を得ることができ、したがって、オリジナルのエンジニアリング・メカニカ ル要件を満たす高い品質の製品が得られる。 プラットホーム（台座）からエーロフォイルを分離し、除去すること は、該コンポーネントを羽根アッセンブリーのベースメタルの固相線以下で、蝋 付け結合の液相線以上の温度に予熱することで行える。該アッセンブリーは、１ ８００°Ｆから２２５０°Ｆの範囲にある温度、好ましくは、２２００°Ｆに予 熱され、維持される。羽根アッセンブリーのベースメタルは、固相線が２２５０ °Ｆから２５００°Ｆの範囲にあるＲｅｎｅ １４２，Ｎ５，Ｍａｒ Ｍ５０９ またはＸ−４０のようなニッケルまたはコバルトをベースとする合金から概ねな るものである。同封の表Ｉは、適用できる合金組成を示す。予熱と分離の間、温 度は、ベースメタルの性質に逆効果を与えないよう、そして、劣化とひずみとを 避けるために、羽根アッセンブリーのベースメタルの固相線以下に維持される。 予熱と分離の間、蝋付け結合を軟化させて、プラットホーム（台座） からエーロフォイルを分離しやすくするために、前記温度を蝋付け結合の液相線 以上に維持する。蝋付け羽根アッセンブリーに用いられる蝋付け結合の代表的な ものは、ニッケル又はコバルトをベースとする合金からなるものであって、ゼネ ラル・エレクトリックの蝋付け合金、Ｂ−９３およびＢ−２８を含む。同封の表 IIは、これら蝋付け結合の組成とそれらの液相線を示す。 予熱工程は、充分な時間をとって行われ、所望の温度で羽根アッセン ブリーを均一に加熱する。該アッセンブリーの温度勾配をコントロールして、分 離の間のエネルギー効率を最大にし、ベースメタルの性質をコントロールして、 劣化とひずみを防ぐ。予熱の間、一般的には、分離温度で１０分から１５分にわ たり均熱を行う。 予熱された蝋付け羽根アッセンブリーのコンポーネンツの分離は、予 熱温度を維持しながら、プラットホーム（台座）とエーロフォイルとが離れるよ うに引っ張ったり、押したりして行われる。分離は、インライン固定装置でのシ ングルアクシスモーションで行われる。プラットホーム（台座）と羽根を別々に 引っ張るのに要する力は、ほぼ２〜２０ｐｓｉの範囲、好ましくは、３〜５ｐｓ ｉの範囲のものである。コンポーネンツの酸化または他の劣化を防ぐために、予 熱工程と分離工程とを不活性雰囲気、即ち、アルゴンのような不活性ガス雰囲気 下またはヴァキュウム状態で行うのが好ましい。 図１に示すように、分離プロセスに用いられる装置７のコンポーネン ツは、ヒーター８とモーションシステム９の制御システムを含み、これは、チャ ートリコーダー１０、パワーサプライ／ヒーター８のヒーターコントローラー１ １、シングルアクシス・モーションシステム９を備え、該モーションシステムは 、チャンバー１２を通り抜けていて、ＣＮＣコントローラー１３で制御される。 チャンバー１２は、カバー１４を有し、このカバーでチャンバー１２が覆われて シールされ、加熱工程と分離工程の間、チャンバー１２内の温度を所望の温度に 維持し、そして、チャンバー１２内を不活性雰囲気にするための不活性ガス１５ の供給が行われるようにする。 図２と図４に示すように、羽根アッセンブリー１は、水銀ランプヒー ター８により加熱され、アウタープラットホーム（台座）５をグリップする分離 治具１６に保持され、インナープラットホーム（台座）４をグリップする分離治 具１７に保持される。分離治具１６，１７は、分離工程中、モーションシステム ９により、直線運動で、互いに反対方向へ動かされる。４つのサーモカップル１ ８の使用によって、ヒートインプットがモニターされ、ヒーターコントローラー １１（図１に示されている）からのフィードバックループでコントロールされる 。 羽根アッセンブリーがランプされ、所望の温度へ予熱されると、ＣＮ Ｃコントローラーがタイマーをスタートさせ、特定時間（ソーキング）にわたり 該温度を維持する。所望の温度は、オリジナルの蝋付け結合の温度、その共融温 度、ベース合金マテリアルによって決定される。ついで、モーションシステムを 動作させ、前記コンポーネンツのガスパス面（プラットームの内側部分）へ力を 集中させエーロフォイルをプッシュアウトする対向する力を加え、このようにし て、包み込んでいるプラットホーム（台座）（複数）の蝋付けされたキャビティ からエーロフォイルを剥ぎ取る。作業の間、ワークエリア（前記アッセンブリー を保持しているチャンバー）には、不活性ガス（例えば、アルゴン）が充填され て、分離が行われている間の合金コンポーネンツの酸化率を最低にする。さらに 、分離する力は、モーションシステムの駆動モーターの電圧をモニターするフィ ードバックループによりコントロールされるもので、したがって、分離されるコ ンポーネンツに対するプリセット・フォース・パラメーターがコントロールされ る。このコントロール・メカニズムを用いることで、望ましくないストレスを最 低にしたり、除去することができ、これによって、分離の間における歪みや金属 劣化を減らす。 羽根アッセンブリーのコンポーネンツを分離した後は、個々のユニッ トとしてのエーロフォイルおよび／またはプラットホーム（台座）について種々 の修理作業を行うことができ、その後にオリジナルの製造状態へ組み戻すことが できる。羽根アッセンブリーの分離されたコンポーネンツについて行うことがで きる修理作業には、コーティング、傷んだ蝋付け、溶接またはクラッディング領 域の除去、保護コーティングの付与、耐熱コーティング、孔あけ、精密マシニン グなどが含まれる。エーロフォイルは、また、トレイリングエッジを除去し、同 じ合金で作った新しいトレイリングエッジに交換し、電子ビーム、ＴＩＧ溶接で 溶接され、そして高温蝋付けプロセスで結合され、その後再蝋付けでアッセンブ リーとして再組立される。エーロフォイルの内の一つのようなコンポーネントの 傷みが激しいときは、このコンポーネントを新品に交換し、再蝋付けして、オリ ジナルの製造者仕様に合致するアッセンブリーに仕上げることができる。 このプロセスで修理を効率良く、経済的に行うことが可能となり、羽 根アッセンブリーの構成により容易でなかった修理を可能にするものである。 実施例 Ｘ−４０ベースメタルからなり、Ｂ−９３蝋付け結合の図３に示した ような構成のＣＦＭ−５６タービン羽根セグメント・アッセンブリーを図１，２ ，４に示した装置内に配置した。アルゴンガスを供給し、不活性雰囲気にした。 １５分かけて温度を上げて、羽根アッセンブリーを温度２２００°Ｆに予熱し、 この温度で１０分間保持した。この温度を維持する間、５ｐｓｉの力をモーショ ンシステムにより加えて、プラットホーム（台座）からエーロフォイルを分離し た。 ついでエーロフォイルとプラットホーム（台座）を溶接、ベンチング 、ホールドリリング、ブレージング、マシニング、熱間成形およびコーティング により修理した。修理後、コンポーネンツを再組立し、Ｂ−９３蝋付け合金を用 いて蝋付けした。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＩ，ＳＫ，Ｔ Ｊ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 カング，デビッド アメリカ合衆国 89703 ネバダ州 カー ソン シティー エマーソン ドライブ 4299

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 以下のことからなるプラットホーム（台座）へ蝋付けにより取り 付けられたエーロフォイルを有するガスタービンエンジン蝋付け羽根アッセンブ リーを修理するプロセス： 蝋付けされた羽根アッセンブリーを該羽根アッセンブリーのベー スメタルの固相線以下で、蝋付けマテリアルの液相線以上の温度に予熱し； 該プラットホーム（台座）とエーロフォイルを引き離すことで、 該エーロフォイルから該プラットホーム（台座）を分離する間、前記温度を維持 すること。 ２． エーロフォイルおよび／またはプラットホームを修理し、ついで 羽根アッセンブリーに再組立することからなる請求項１のプロセス。 ３． 予熱温度は、１８００°Ｆから２２５０°Ｆの範囲にある請求項 ２のプロセス。 ４． 羽根アッセンブリーは、前エーロフォイル、後エーロフォイル、 インナープラットホームおよびアウタープラットホームを有する請求項３のプロ セス。 ５． 分離は、不活性雰囲気下で行われる請求項４のプロセス。 ６． 不活性雰囲気は、アルゴンガスである請求項５のプロセス。 ７． プラットホームとエーロフォイルのベースメタルは、ニッケルま たはコバルトをベースとする合金である請求項４のプロセス。 ８． 蝋付け合金は、ニッケルまたはコバルトをベースとする合金であ る請求項７のプロセス。 ９． 予熱温度は、約２２００°Ｆである請求項８のプロセス。 １０． エーロフォイルとプラットホームとを引っ張るために使用する力 は、２〜２０ｐｓｉの範囲のものである請求項４のプロセス。 １１． エーロフォイルまたはプラットホームのいずれかを新しいコンポ ーネントに置換し、その後に羽根アッセンブリーに再組立する請求項１のプロセ ス。 １２． エーロフォイルとプラットホームとを再蝋付けすることで、羽根 アッセンブリーを再組立する請求項２のプロセス。 １３． 単軸モーションの使用でエーロフォイルとプラットホームとが引 き離される請求項１０のプロセス。 １４． プラットホームのインサイド部分へ力を集中させ、エーロフォイ ルへ反対方向の力を加え、プラットホームの蝋付けされたキャビティからエーロ フォイルを引き出すか／押し出すかして、プラットホームをエーロフォイルから 分離する請求項２のプロセス。 １５． 以下の構成からなるガスタービンエンジン蝋付け羽根アッセンブ リーのエーロフォイルからプラットホームを分離する装置： 該アッセンブリーを予熱し、エーロフォイルからプラットホーム を分離する間、前記アッセンブリーを所定の温度に維持する加熱手段； 前記羽根アッセンブリーのインナープラットホームをグリップす る第１の固定手段と、前記羽根アッセンブリーのアウタープラットホームをグリ ップする第２の固定手段； 第１と第２の固定手段ならびに、それ等をグリップするプラット ホームへ反対方向の動きと力とを加えて、プラットホームからエーロフォイルを 分離するモーションシステム。 １６． 第１と第２の固定手段は、チャンバーに内蔵されている請求項１ ５の装置。 １７． 該チャンバーは、加熱と分離の間、不活性雰囲気を与える手段を 有する請求項１６の装置。 １８． 前記モーションシステムは、単軸モーションシステムである請求 項１７の装置。 １９． フィードバックループを利用するヒーターコントローラーが前記 加熱手段を制御する請求項１８の装置。 ２０． 第１と第２の固定手段屁の反対方向のモーションと力がローカラ イズされた力をプラットホームのインサイドポーションに作用し、プラットホー ムの蝋付けされたキャビティからエーロフォイルを引っ張り出したり／押し出し たりする反対方向の力を該エーロフォイルに加える請求項１９の装置。