(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレード（３０、５００）を補修するためのシステム（４００）であって、
前記ブレード（３０、５００）のプラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）を加熱するように構成された誘導加熱コイル（４１０）を備え、
前記誘導加熱コイル（４１０）が、前記プラットフォーム（３４、５６４）の下に延在し、前記スラッシュ面（７２、５７２）に隣接して、前記ブレード（３０、５００）の前記プラットフォーム（３４、５６４）および前記スラッシュ面（７２、５７２）の両方を実質的に均一に局所加熱し、かつ前記誘導加熱コイル（４１０）が、補修作業中に前記プラットフォーム（３４、５６４）を見ることができるように構成されており、
前記誘導加熱コイル（４１０）が、前記誘導加熱コイル（４１０）からの磁束を前記ブレード（３０、５００）内に集中させるように構成された複数の磁束収束器（４３１、４３２、４３３）をさらに備え、
第１の磁束収束器（４３３）が、前記プラットフォーム（３４、５６４）の下に延在する前記誘導加熱コイル（４１０）の部分に配置され、前記第１の磁束収束器（４３３）が、前記磁束を前記プラットフォーム（３４、５６４）内に集中させるように構成され、第２の磁束収束器（４３１）および第３の磁束収束器（４３２）が、前記スラッシュ面（７２、５７２）に隣接する前記誘導加熱コイル（４１０）の部分に配置され、前記第２および第３の磁束収束器（４３１、４３２）が両方とも、前記磁束を前記スラッシュ面（７２、５７２）内に集中させるように構成される、システム（４００）。
【請求項２】
前記第２の磁束収束器（４３１）が前記ブレード（３０、５００）の前縁（４６）の近くに配置され、前記第３の磁束収束器（４３２）が前記ブレード（３０、５００）の後縁（４８）の近くに配置される、請求項１記載のシステム（４００）。
【請求項３】
前記第２および第３の磁束収束器（４３１、４３２）が前記スラッシュ面（７２、５７２）の高さの５０％のところに配置される、請求項２記載のシステム（４００）。
【請求項４】
ブレードを補修するための方法（８００）であって、
エーロフォイル（３６）、プラットフォーム（３４、５６４）、およびスラッシュ面（７２、５７２）を有するブレード（３０、５００）を用意するステップ（８１０）と、
前記ブレード（３０、５００）を支持するための固定具（４２０）を用意するステップ（８２０）であって、前記固定具（４２０）が
前記ブレード（３０、５００）の前記プラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）を加熱するように構成される誘導加熱コイル（４１０）をさらに備え、前記誘導加熱コイル（４１０）が、前記プラットフォーム（３４、５６４）の下に延在し、前記スラッシュ面（７２、５７２）に隣接して、前記ブレード（３０、５００）の前記プラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）の両方を実質的に均一に局所加熱し、かつ前記誘導加熱コイル（４１０）が、溶接作業中に前記プラットフォーム（３４、５６４）を見ることができるように構成される、ステップ（８２０）と、
不活性雰囲気中で前記プラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）を加熱するステップ（８３０）と、
前記不活性雰囲気中で前記プラットフォーム（３４、５６４）またはスラッシュ面（７２、５７２）の損傷領域（５０２）を溶接するステップ（８４０）と
を含み、
前記誘導加熱コイル（４１０）が、前記誘導加熱コイル（４１０）からの磁束を前記ブレード（３０、５００）内に集中させるように構成された複数の磁束収束器（４３１、４３２、４３３）をさらに備え、
第１の磁束収束器（４３３）が、前記プラットフォーム（３４、５６４）の下に延在する前記誘導加熱コイル（４１０）の部分に配置され、前記第１の磁束収束器（４３３）が、前記磁束を前記プラットフォーム（３４、５６４）内に集中させるように構成され、第２の磁束収束器（４３１）および第３の磁束収束器（４３２）が、前記スラッシュ面（７２、５７２）に隣接する前記誘導加熱コイル（４１０）の部分に配置され、前記第２および第３の磁束収束器（４３１、４３２）が両方とも、前記磁束を前記スラッシュ面（７２、５７２）内に集中させるように構成される、方法（８００）。
【請求項５】
前記第２の磁束収束器（４３１）が前記ブレード（３０、５００）の前縁（４６）の近くに配置され、前記第３の磁束収束器（４３２）が前記ブレード（３０、５００）の後縁（４８）の近くに配置される、請求項４記載の方法（８００）。
【請求項６】
前記第２および第３の磁束収束器（４３１、４３２）が前記スラッシュ面（７２、５７２）の高さの５０％のところに配置される、請求項５記載の方法（８００）。
【請求項７】
前記加熱するステップ（８３０）が、前記溶接するステップ（８４０）の前、および前記溶接するステップ（８４０）中に行われる、請求項４記載の方法（８００）。
【請求項８】
前記加熱するステップ（８３０）が、
前記プラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）を８９９℃〜９５４℃（１６５０°Ｆ〜１７５０°Ｆ）の温度に加熱するステップ
をさらに含む、請求項７記載の方法（８００）。
【請求項９】
エーロフォイル（３６）、プラットフォーム（３４、５６４）、およびスラッシュ面（７２、５７２）を有するブレード（３０、５００）を補修するための方法であって、
前記ブレード（３０、５００）を支持するための固定具（４２０）を用意するステップ（８２０）であって、前記固定具（４２０）が、前記ブレード（３０、５００）の前記プラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）を加熱するように構成される誘導加熱コイル（４１０）をさらに備える、前記誘導加熱コイル（４１０）が、前記プラットフォーム（３４、５６４）の下に延在し、前記スラッシュ面（７２、５７２）に隣接して、前記ブレード（３０、５００）の前記プラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）の両方を実質的に均一に局所加熱し、かつ前記誘導加熱コイル（４１０）が、補修作業中に前記プラットフォーム（３４）を見ることができるように構成される、ステップ（８２０）と、
前記プラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）を加熱するステップと、
前記プラットフォーム（３４、５６４）またはスラッシュ面（７２、５７２）の損傷領域（５０２）を補修するステップと
を含み、
前記誘導加熱コイル（４１０）が、前記誘導加熱コイル（４１０）からの磁束を前記ブレード（３０、５００）内に集中させるように構成された複数の磁束収束器（４３１、４３２、４３３）をさらに備え、
第１の磁束収束器（４３３）が、前記プラットフォーム（３４、５６４）の下に延在する前記誘導加熱コイル（４１０）の部分に配置され、前記第１の磁束収束器（４３３）が、前記磁束を前記プラットフォーム（３４、５６４）内に集中させるように構成され、第２の磁束収束器（４３１）および第３の磁束収束器（４３２）が、前記スラッシュ面（７２、５７２）に隣接する前記誘導加熱コイル（４１０）の部分に配置され、前記第２および第３の磁束収束器（４３１、４３２）が両方とも、前記磁束を前記スラッシュ面（７２、５７２）に集中させるように構成される、方法。
【請求項１０】
前記加熱するステップが、
不活性雰囲気中で前記プラットフォーム（３４、５６４）および前記スラッシュ面（７２、５７２）を加熱するステップ（８３０）
をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記補修するステップが、
不活性雰囲気中で前記ブレード（３０、５００）を溶接するステップ（８４０）
をさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の磁束収束器（４３１）が前記ブレード（３０、５００）の前縁（４６）の近くに配置され、前記第３の磁束収束器（４３２）が前記ブレード（３０、５００）の後縁（４８）の近くに配置される、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記第２および第３の磁束収束器（４３１、４３２）が前記スラッシュ面（７２、５７２）の高さの５０％のところに配置される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記加熱するステップが、前記溶接するステップの前、および前記溶接するステップ中に行われる、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記加熱するステップが、
前記プラットフォーム（３４、５６４）およびスラッシュ面（７２、５７２）を８９９℃〜９５４℃（１６５０°Ｆ〜１７５０°Ｆ）の温度に加熱するステップを
さらに含む、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明するシステムおよび方法は一般にブレードの補修に関する。より詳細には、本システムおよび方法は、溶接作業中の視認性を保ちながら、ブレードのプラットフォームのスラッシュ面領域を均一に局所加熱するように構成された誘導加熱コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンは、軸流圧縮機で空気を吸い込んで圧縮し、圧縮された空気を燃料と混合し、その混合物を燃やし、その燃焼生成物を、圧縮機に動力を与える軸流タービンセクションを通して排出する。エンジンのタービンセクションは１つまたは複数のディスクを含み、各ディスクはその周辺部から突出した複数のブレードを含む。高温の排気ガスは、ブレードに当たってディスクを回転させる。回転ディスクは軸に取り付けられ、軸はまた圧縮機を駆動する。圧縮機もまた回転ディスクで構成され、各ディスクは、その周辺部から突出した複数のブレードを有する。タービンによって軸が回転するとディスクが軸上で急速回転し、湾曲したブレードは、扇風機と幾分同じように、空気を吸い込み圧縮する。
【０００３】
ディスク上のタービンブレードは、燃料の燃焼から生じた高温の排気ガスの中にあり、非常に高速度で回転する。したがって、ブレードは、酸化性および腐食性環境の中で作動し、高い作動応力を受ける。これらの過酷な状態に耐えるために、タービンブレードは、耐酸化性、耐腐食性、および強度をもたらす高価な元素の混合物である超合金で製作される。これらの超合金は、方向性結晶粒として、またはさらに単結晶としてタービンブレードを成長させることを含む様々なメカニズムによって好ましい方向にさらに強化される。
【０００４】
タービンブレードに使用する超合金には、ニッケル基超合金、鉄基超合金、およびコバルト基超合金が含まれる。これらの超合金は、析出メカニズムによってさらに強化することができる。例えば、Ｎｉ3Ａｌを含むガンマプライム（γ’）相は、適切な溶体化およびエージング処理によって合金のＦＣＣ結晶構造のガンママトリックス内に析出する。これらの鋳造したままの新品部品に対して、ガンマプライム相のサイズおよび分布の両方を制御することは、良く知られている。タービンブレードは、高温ガス流内に延在するエーロフォイル部、ブレードをタービンディスクに取り付けるダブテール部、およびエーロフォイル部をダブテール部から分けるプラットフォーム部を備える。シャンク部は、プラットフォーム部とダブテール部との中間に位置する。タービンブレードにはまた、タービンエンジンの高温、腐食性、および酸化性の環境内で耐久性をさらに改善するために環境コーティングおよび／または遮熱コーティングが施される。
【０００５】
それにもかかわらず、タービンブレードは、ガスタービンエンジン内で作動する結果として損傷を生じる。この損傷は、本質的に機械的であるとともに本質的に冶金学的でもあり得る。タービンブレードは製造するのに費用がかかり、その結果、経済的な観点から、可能な場合にはブレードを交換するよりむしろ補修することが望ましい。多くの状況では、ブレードは、残っている保護コーティングをすべて取り除き、次に、損傷した機械的な領域を溶接し、溶接した補修領域を必要な寸法に復元するように再加工し、次いで、保護コーティングを再施工することによって補修することができる。
【０００６】
ブレードを補修するために、誘導加熱および溶接が使用されてきたが、この方法は、タービンブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面領域を補修しようとする場合、満足できるものではない。以前から知られている誘導加熱コイルでは、プラットフォームおよびスラッシュ面領域で均一な局所温度分布にはならない。プラットフォームおよびスラッシュ面領域の温度が均一でないと、補修部分に亀裂や損傷が生じる場合がある。さらに、以前から知られている誘導コイルは、溶接中に溶接技術者の視線を遮っていた。補修が必要な領域全体を溶接技術者が見ることができないと、溶接部を適切に配置できない、あるいは適切な量または厚さに施工することができないので、溶接の品質が劣悪なものになり得る。
【０００７】
必要とされているのは、溶接場所に対する溶接技術者の視認性を保ちながら、超合金のタービンブレードを溶接補修する間、プラットフォームおよびスラッシュ面領域を均一な局所温度分布にすることができるシステムおよび方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０１１５０６０号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明の態様では、ブレードを補修するためのシステムは、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面を加熱するように構成される誘導加熱コイルを含む。誘導加熱コイルは、プラットフォームの下に延在し、スラッシュ面に隣接して、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面の両方を実質的に均一に局所加熱する。誘導加熱コイルは、溶接または補修作業中にプラットフォームを見ることができるように構成される。
【００１０】
本発明の別の態様では、ブレードを補修するための方法は、エーロフォイル、プラットフォーム、およびスラッシュ面を有するブレードを用意するステップ、およびブレードを支持するための固定具を用意するステップを含む。固定具は、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面を加熱するように構成された誘導加熱コイルを含む。誘導加熱コイルは、プラットフォームの下に延在し、スラッシュ面に隣接して、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面の両方を実質的に均一に局所加熱する。誘導加熱コイルは、溶接作業中にプラットフォームを見ることができるように構成される。本方法はまた、不活性雰囲気中でプラットフォームおよびスラッシュ面を加熱するステップ、および不活性雰囲気中でプラットフォームまたはスラッシュ面の損傷領域を溶接するステップを含む。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、ブレードを補修するための方法が提供される。ブレードはエーロフォイル、プラットフォーム、およびスラッシュ面を有する。本方法は、ブレードを支持するための固定具を用意するステップを含む。固定具は、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面を加熱するように構成された誘導加熱コイルを含む。誘導加熱コイルは、プラットフォームの下に延在し、スラッシュ面に隣接して、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面の両方を実質的に均一に局所加熱する。誘導加熱コイルは、補修作業中にプラットフォームを見ることができるように構成される。本方法はまた、プラットフォームおよびスラッシュ面を加熱するステップ、およびプラットフォームまたはスラッシュ面の損傷領域を補修するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の１つの実施形態によるガスタービンシステムの概略図である。
【図２】本開示の１つの実施形態によるブレードの斜視図である。
【図３】本開示の１つの実施形態による損傷領域を有するブレードの斜視図である。
【図４】本開示の１つの実施形態による、ブレードを補修するためのシステムの斜視図である。
【図５】本開示の実施形態による、固定具および誘導加熱コイルに取り付けられたブレードの斜視図である。
【図６】本開示の実施形態による、加熱中の、ブレード、誘導加熱コイル、および磁束収束器、ならびに磁束パターンの断面図である。
【図７】加熱中の、ブレード、誘導加熱コイル、および磁束パターンの断面図である。
【図８】本開示の実施形態による、ブレードを補修するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の１つまたは複数の具体的な態様／実施形態を説明する。これらの態様／実施形態を簡潔に説明するために、実際の実施態様の特徴すべてを本明細書で説明しない場合がある。いかなるこうした実際の実施態様の開発に際しても、あらゆるエンジニアリングプロジェクトまたは設計プロジェクトと同様に、機械関連、システム関連、およびビジネス関連の制約を遵守することなど、実施態様ごとに変わる場合がある開発者の特定の目標を達成するために、実施態様特有の多くの決定を行われなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発の取り組みは、複雑であり時間を要する場合があるが、それにもかかわらず、この開示の恩恵を受ける当業者にとっては、設計、製作、および製造の定常作業であることを理解されたい。
【００１４】
本発明の様々な実施形態の要素を導入するときに、冠詞「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、要素の１つまたは複数があることを意味することが意図される。用語「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であることを意図し、列挙した要素以外に追加の要素があり得ることを意味する。動作パラメータおよび／または環境条件のいかなる例も、本開示の実施形態の他のパラメータ／条件を除外するものではない。さらに、本発明の「１つの実施形態」、「１つの態様」、「実施形態」、または「態様」に言及することは、列挙した特徴をも組み込む追加の実施形態または態様が存在することを除外するものとして解釈されるように意図するものではないことを理解されたい。用語「ノズル」、「バケット」、および「ブレード」は交換可能に使用され、また本発明は、圧縮機、ガスタービン、または蒸気タービンなどの任意のターボ機械のノズル、バケット、またはブレードに適用することができる。
【００１５】
図１はガスタービンシステム１０の概略図である。システム１０は、圧縮機１２、燃焼器１４、およびタービン１６を含むことができる。圧縮機１２およびタービン１６は軸１８によって結合することができる。軸１８は、単一の軸、または軸１８を形成するように一緒に連結された複数の軸セグメントであってもよい。タービン１６は、複数のタービン段を含むことができる。例えば、１つの実施形態では、タービン１６は３つの段を有することができる。タービン１６の第１段は、周方向に間隔を置いて配置された複数のノズルおよびバケットを含むことができる。ノズルは、軸１８の周りを周方向に配置および固定することができる。バケットは、軸の周りを周方向に配置され、軸１８に結合することができる。タービン１６の第２段は、周方向に間隔を置いて配置された複数のノズルおよびバケットを含むことができる。ノズルは、軸１８の周りを周方向に配置および固定することができる。バケットは、軸１８の周りを周方向に配置され、軸１８に結合することができる。タービン１６の第３段は、周方向に間隔を置いて配置された複数のノズルおよびバケットを含むことができる。ノズルは、軸１８の周りを周方向に配置および固定することができる。バケットは、軸１８の周りを周方向に配置され、軸１８に結合することができる。タービン１６の様々な段が、高温ガス通路（図示せず）内でタービン１６内に少なくとも部分的に配置することができ、かつ、高温ガス通路を少なくとも部分的に画定することができる。タービン１６は３段に限定されるものではなく、むしろ任意の数の段が本開示の範囲および精神の範囲内にあることを理解されたい。同様に、圧縮機１２は複数の圧縮機段（図示せず）を含むことができる。圧縮機１２の段のそれぞれは、周方向に間隔を置いて配置されたノズルおよびバケットを含むことができる。
【００１６】
図２は、本開示の１つの実施形態によるブレードの斜視図を示す。タービン１６および／または圧縮機１２の１つまたは複数のブレードはブレード３０を含むことができる。ブレード３０は、本体３２およびプラットフォーム３４を含むことができる。本体３２は通常はエーロフォイル３６およびシャンク３８を含む。エーロフォイル３６はシャンク３８から半径方向外向きに配置することができる。シャンク３８は付け根４０を含むことができ、付け根４０はタービンシステム１０のロータホイール（図示せず）に取り付けられてブレード３０の回転を容易にする。
【００１７】
一般に、本体３２は外面を有する。例えば、本体３２がエーロフォイル３６およびシャンク３８を含む実施形態では、エーロフォイル３６を画定する外面の部分は概ね空力的な輪郭を有する場合がある。例えば、エーロフォイル３６は、前縁４６と後縁４８との間をそれぞれが延在する圧力側４２および負圧側４４を画定する外面を有する場合がある。さらに、シャンク３８の外面の部分は圧力側面５２、負圧側面５４、前縁面５６、および後縁面５８を含む場合がある。
【００１８】
プラットフォーム３４は、図示のように、本体３２を概ね取り囲む場合がある。典型的なプラットフォームは、本体３２のエーロフォイル３６とシャンク３８との間の交差部または移行部に位置する場合があり、概ね軸方向および接線方向に外向きに延在する。しかしながら、本開示によるプラットフォームは、ブレード３０の本体３２に対して任意に適切に配置されてもよいことを理解されたい。
【００１９】
本開示によるプラットフォーム３４は、前部６２および後部６４を含む場合がある。前部６２は、エーロフォイル３６の前縁４６およびシャンク３８の前縁面５６の近くに位置するプラットフォーム３４の部分であり、一方、後部６４は、エーロフォイル３６の後縁４８およびシャンク３８の後縁面５８の近くに位置するプラットフォーム３４の部分である。前部６２および後部６４は、図示のようにエーロフォイル３６を概ね取り囲むことができるプラットフォーム３４の上面６６をさらに画定することができる。さらに、周縁部は前部６２、後部６４、および上面６６を取り囲むことができる。周縁部は圧力側スラッシュ面７２および負圧側スラッシュ面７４を含むことができ、それらの間を前部６２および後部６４それぞれが延在することができる。周縁部はさらに、前部６２の周縁部を画定することができる前面７６、および後部６４の周縁部を画定することができる後面７８を含むことができる。
【００２０】
図３は、本開示の１つの実施形態による、損傷領域３００を有するブレードの斜視図を示す。損傷領域３００は、タービンの運転中のエロージョン、または任意の他の望まれない事象によって生じ得る。損傷領域３００は、プラットフォーム後部６４および圧力側スラッシュ面７２の一部にわたって広がる。しかしながら、この損傷領域は、プラットフォームおよびスラッシュ面に沿って、またはブレードの他の部分も同様にどこにでも生じ得る。図示のように、プラットフォーム３４およびスラッシュ面７２の一部は欠けている。この凹所（すなわち損傷領域３００）は補修が必要である。新しい材料を溶接して表面の代替部を作ることは、好ましい方法である。しかしながら、前述のように、知られている誘導コイルは、溶接中にスラッシュ面およびプラットフォームを見ることを遮る。溶接技術者がプラットフォームおよびスラッシュ面の関連する部分を見ることができないため、このように見ることが遮られることは溶接の品質を劣悪にする。
【００２１】
図４は本開示の１つの実施形態によるシステム４００の斜視図を示す。システム４００は、ブレードのプラットフォーム６４およびスラッシュ面７２の領域を加熱するように構成される誘導加熱コイル４１０を含む。誘導加熱コイルは、背部４２２および付け根開口４２４を有する固定具４２０に取り付けることができる。使用時、ブレード３０は、開口４２４内に載置するブレード付け根タブ４１によって支持され、スラッシュ面は誘導加熱コイル４１０の部分４１２に「引っ掛け」られ、エーロフォイル３６は背部４２２に当てて載置され得る。後に図示するように、誘導加熱コイル４１０、４１２はプラットフォーム６４の下に延在し、スラッシュ面７２に隣接して、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面の両方を実質的に均一に局所加熱する。誘導加熱コイル４１０のこの構成によって、溶接作業中にプラットフォーム６４を見ることができる。３点（または４点）の接触（すなわち、開口４２４、部分４１２、背部４２２）によって、溶接作業中、ブレード３０は安定する。ブレードが安定し、補修領域が見えることが、溶接作業中での良好な補修につながる。
【００２２】
固定具４２０は、一対のレール４２３上に摺動可能に取り付けられるベースセクション４２１を含むことができる。この構成によって、ベースセクション４２１と背部４２２は、異なるサイズのブレードに適応するように動かすことができる。例えば、より小さなブレードに対しては、ベースセクション４２１と背部４２２は、下方に（すなわち、コイル４１０に近づけて）滑らすことができ、逆に、より大きなブレードに対しては、ベースセクション４２１と背部４２２は上方に（すなわち、コイル４１０から遠ざけて）滑らすことができる。背部４２２はまた、複数のブレードサイズにさらに適応するように、複数の角度位置を有するように構成することができる。例えば、背部４２２はベースセクション４２１に接続された、長さが調節可能な、または複数の角度に旋回可能な支持部を有することができ、それによって、背部を複数の角度位置または傾きに固定することができる。
【００２３】
誘導加熱コイル４１０はまた、誘導加熱コイル４１０からの磁束をブレード内に集中させるように構成される複数の磁束収束器４３１、４３２、４３３を含むことができる。磁束収束器４３１および４３２は、概ねＣ字形で、スラッシュ面７２に隣接するコイル４１０の部分に配置され、その開口端がスラッシュ面７２を向くように配向することができる。この構成によって、磁束がブレード３０のスラッシュ面７２内に集中する。磁束収束器４３３は、概ねＣ字形であり、プラットフォーム６４の下に延在するコイル部４１２に配置することができる。磁束収束器４３３は、磁束がプラットフォーム６４内に集中するように開口端がプラットフォーム６４を向くように配向することができる。
【００２４】
図５は、本開示の実施形態による、固定具および誘導加熱コイルに取り付けられたブレードの斜視図を示す。ブレード５００には２箇所の損傷領域５０２があり、ブレード５００は固定具４００に載置されるとともにプラットフォーム５６４の下に延在する誘導加熱コイル４１０の部分４１２に載置されている。見て分かるように、補修技術者は、プラットフォーム５６４、スラッシュ面５７２、および損傷領域５０２を見ることができ、かつアクセスすることができる。磁束収束器４３１、４３２、および４３３は、ブレード５００の特定の領域に磁束を集中させるように構成されて、補修されるプラットフォームおよびスラッシュ面の領域の両方に均一な局所温度分布を作る。単なる１つの例として、磁束収束器４３１および４３２は両方とも概ねＣ字形であり、Ｃ字形の開口端はスラッシュ面５７２を向いている。磁束収束器４３１は、ブレード５００の前縁の近くに配置され、磁束収束器４３２は、ブレードの後縁の近くに配置される。所望の温度分布に応じて、磁束収束器４３１および４３２は、スラッシュ面５７２の底縁、スラッシュ面の中間（すなわち、高さの５０％）、スラッシュ面５７２の上部、または、特定の補修およびブレード形状に応じて任意の他の所望の位置に配置することができる。磁束収束器４３３（図５には示されず）は、プラットフォーム５６４の下にあるため見えない。磁束収束器４３３もまた、概ねＣ字形であり、Ｃ字形の開口端は上方を向いている、すなわち、プラットフォーム５６４の底部内に向いている。
【００２５】
図６は、本開示の実施形態による、加熱中の、ブレード、誘導加熱コイル、および磁束収束器、ならびに磁束パターンの断面図を示す。図６では、磁束はブレード５００の特定の領域に収束して集中させられる。この領域は、スラッシュ面またはプラットフォーム、あるいはブレードの任意の他の所望の部分であってもよい。高密度の磁束パターン６００によって、ブレード５００の目標の部分への所望の渦電流をなお維持しながら、電力使用レベルを低くすることができる。この手法の利点は、ブレードの他の部分、特に目標の補修領域の近くでない場合、あまり加熱されないことである。従来、ブレードが複雑な形状のため、加熱時に均一な局所温度分布にすることが困難であり、その結果、ブレードのいくつかの領域では温度が高すぎたり、他の部分では所望の溶接補修には十分高い温度にならなかったりした。図６に示す構成では、ブレード５００の特定の部分を加熱するための制御されかつ目標を定められた方法およびシステムを可能にすることで、これらの問題が解決される。
【００２６】
図７は、加熱中の、ブレード、誘導加熱コイル、および磁束パターンの断面図を示す。図７では、磁束収束器を使用せず、磁束７００が加熱コイル４１０の周りに均一であることが分かる。しかしながら、磁束、およびその結果生じる渦電流はブレード５００に広く分散している。これによって、特定の領域が十分加熱されなかったり、一方では、その近くの領域を加熱しすぎたりする場合がある。特定の領域を高温にするために大きな電力が必要になるが、ブレード５００の形状のため、温度分布が不均一となる。磁束線が広く分散することの別の結果として、補修を受けるブレードの領域が不均一に加熱されることから、溶接品質が悪くなる場合がある。
【００２７】
図８は、本開示の実施形態による、ブレードを補修するための方法のフローチャートを示す。ブレードを補修（または、溶接）するための方法８００は、エーロフォイル、プラットフォーム、およびスラッシュ面を有するブレードを用意するステップ８１０を含むことができる。ステップ８２０で、ブレード５００を支持するための固定具４００が用意される。固定具４００は、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面を加熱するように構成された誘導加熱コイル４１０を含む。誘導加熱コイル４１０は、ブレードのプラットフォームおよびスラッシュ面の両方を実質的に均一に局所加熱するように、プラットフォームの下に延在し、スラッシュ面に隣接する。誘導加熱コイルは、溶接作業中にプラットフォームを見ることができるように構成される。加熱するステップ８３０は、不活性雰囲気中でプラットフォームおよびスラッシュ面を加熱する。加熱するステップは、プラットフォームおよびスラッシュ面を華氏約１６５０°と華氏約１７５０°との間の温度に加熱することを含むことができる。溶接するステップ８４０は、不活性雰囲気中でプラットフォームまたはスラッシュ面の損傷領域を溶接する。加熱するステップ８３０は、溶接するステップ８４０の前、および溶接するステップ８４０中に行うことができる。
【００２８】
誘導加熱コイルはまた複数の磁束収束器を含むことができ、磁束収束器は、誘導加熱コイルからの磁束をブレード内に集中させるように構成される。例えば、第１の磁束収束器は、プラットフォームの下に延在する誘導加熱コイルの部分に配置されて、磁束をプラットフォーム内に集中させるように構成される。第２の磁束収束器および第３の磁束収束器は、スラッシュ面に隣接する誘導加熱コイルの部分に配置されて、両方とも磁束をスラッシュ面内に集中させるように構成される。第２の磁束収束器は、ブレードの前縁の近くに配置することができ、第３の磁束収束器は、ブレードの後縁の近くに配置することができる。第２および第３の磁束収束器は、スラッシュ面の高さの約５０％のところに配置することができる。
【００２９】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、さらに、任意の装置またはシステムの作製および使用、ならびに任意の組み入れられた方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例も含むことができる。このような他の例は、特許請求の範囲の文言と相違ない構成要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ガスタービンシステム
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービン
１８  軸
３０  ブレード
３２  本体
３４  プラットフォーム
３６  エーロフォイル
３８  シャンク
４０  付け根
４１  ブレード付け根タブ
４２  圧力側
４４  負圧側
４６  前縁
４８  後縁
５２  圧力側面
５４  負圧側面
５６  前縁面
５８  後縁面
６２  前部
６４  後部
６６  上面
７２  圧力側スラッシュ面
７４  負圧側スラッシュ面
７６  前面
７８  後面
３００  損傷領域
４００  システム
４１０  誘導加熱コイル
４１２  部分
４２０  固定具
４２１  ベースセクション
４２２  背部
４２３  レール
４２４  付け根開口
４３１  磁束収束器
４３２  磁束収束器
４３３  磁束収束器
５００  ブレード
５０２  損傷領域
５６４  プラットフォーム
５７２  スラッシュ面
６００  磁束
７００  磁束
８００  方法
８１０  用意するステップ
８２０  用意するステップ
８３０  加熱するステップ
８４０  溶接するステップ
【図１】
0006612093.tif 000002
【図２】
0006612093.tif 000003
【図３】
0006612093.tif 000004
【図４】
0006612093.tif 000005
【図５】
0006612093.tif 000006
【図６】
0006612093.tif 000007
【図７】
0006612093.tif 000008
【図８】
0006612093.tif 000009