(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側シュラウド、内側シュラウド、およびそれらの間に延びる複数のエーロフォイルを有するベーンセグメントの寸法を復元する方法であって、前記内側シュラウドは、ガスタービンエンジンにおける動作によって前記外側シュラウドに対して歪み方向に移動され、前記方法は：
前記ベーンセグメントを８７１℃〜１１２１℃の範囲内の温度まで加熱すること；
前記ベーンセグメントの前記外側シュラウドを、ベースに固定された第１の保持用の取り付け具にしっかりとクランプ留めし、それによって、前記外側シュラウドセグメントと前記ベースの間の動きを防止すること；
前記内側シュラウドを、該内側シュラウドが前記ベースから所定の距離に達するまで、前記歪み方向の反対方向である方向に駆動し、前記ベースから離すこと；
前記ベーンセグメントを放冷すること；および
前記ベーンセグメントの前記外側シュラウドを前記第１の保持用の取り付け具から解放すること
を含む前記方法。
【請求項２】
前記ベーンセグメントを８７１℃〜１１２１℃の前記範囲内の温度まで加熱する前記工程は、前記ベーンセグメントを１０５２℃〜１０７９℃の範囲内の温度まで加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記外側シュラウドからは、複数のレールが延び、前記ベーンセグメントの前記外側シュラウドを、前記ベースに固定された前記第１の保持用の取り付け具にしっかりとクランプ留めする前記工程は、前記レールの少なくとも１つを前記保持用の取り付け具にクランプ留めすることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ベーンセグメントを放冷する前記工程は、前記ベーンセグメントを周囲温度まで放冷することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記内側シュラウドからは、フランジが延び、前記フランジには、ボルト孔が通って延び、前記ボルト孔が前記ベースに固定された第２の保持用の取り付け具内のピン孔と同軸
に配置されたとき、前記所定の距離に達する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ベーンセグメントの前記外側シュラウドを前記第１の保持用の取り付け具から解放する前記工程には：前記ボルト孔を穿孔して所定のより大きい直径の孔に広げる工程と；
前記より大きい直径の孔の中に円筒形のプラグを挿入する工程と；
前記プラグを前記より大きい直径の孔の中にろう付けする工程と；
前記プラグを通して孔を穿孔し、前記ボルト孔を置き換える工程と
が続く、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記内側シュラウドを内側シュラウド保持用の取り付け具の一部に取り外し可能にクランプ留めすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記内側シュラウドを前記内側シュラウド保持用の取り付け具に取り外し可能にクランプ留めすることは、ロッキングピンを内側シュラウド内のボルト孔、および内側シュラウド保持用の取り付け具の面板内のピン孔を通して配置することによって達成される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
外側シュラウド、内側シュラウド、およびそれらの間に延びる複数のエーロフォイルを有するベーンセグメントの寸法を復元するための装置であって、前記内側シュラウドは、ガスタービンエンジンにおける動作によって前記外側シュラウドに対して歪み方向に移動され、前記装置は：
ベースと；
前記ベースに固定された外側シュラウド保持用の取り付け具と；
前記ベースに固定された内側シュラウド保持用の取り付け具と；
前記内側シュラウド保持用の取り付け具の下で前記ベースに固定されたプレスと；
を含み、
前記外側シュラウド保持用の取り付け具は、前記ベーンセグメントの前記外側シュラウドを受け、取り外し可能に固定するように設計され、前記内側シュラウド保持用の取り付け具は、前記ベーンセグメントの前記内側シュラウドを摺動可能に受けるように設計され、
前記外側シュラウド保持用の取り付け具は、クランピング板、前記クランピング板のすぐ下に配置された底板、ベース板、および前記ベース板に固定された案内ピンを含み、前記クランピング板は、前記案内ピンの上を前記ベース板に向かって摺動し、
前記外側シュラウドからは、複数のレールが延び、前記クランピング板は、前記ベース板の方を向くクランプ面を含み、前記ベース板は、前記クランピング板の方を向くベース面を含み、前記クランプ面および前記ベース面はどちらも、前記レールの少なくとも１つに一致する輪郭を含み、その結果、前記レールの少なくとも１つが前記外側シュラウド保持用の取り付け具の中にクランプ留めされたとき、前記少なくとも１つのレールを恒久的に歪めることを回避するように、前記クランピング板および前記ベース板によって前記少なくとも１つのレールに加えられる力が分散され、
前記内側シュラウド保持用の取り付け具は、面板、背板、および前記面板を前記背板に対して間隔を置いた関係に保持し、前記レールの前記少なくとも１つが前記外側シュラウド保持用の取り付け具の中にクランプ留めされたとき、前記面板と前記背板の間に、前記ベーンセグメントの前記内側シュラウドを摺動可能に受けるのに十分なだけ広い間隙を画成する間隔板を含む、装置。
【請求項１０】
前記プレスはピストンを含み、前記間隙のすぐ下の前記ピストンの上端部にプレスブロックが固定され、前記プレスブロックの上面は、前記内側シュラウドの下面と実質的に同一平面になるような輪郭にされる、請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の開示は、低圧タービンベーンなどのガスタービンエンジン用のタービンベーンセグメント、より詳細にはベーンセグメントの外側シュラウドに対する内側シュラウドの変位した形体（ｆｅａｔｕｒｅ）を復元する方法および装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
先進のタービンエンジンでは、高圧タービンおよび低圧タービン内のブレード、ベーンおよび外側エアシールなど高温ガス経路内のガスタービン部材は、経時的にそうした部材の寸法が相手先商標製造会社（ｏｒｉｇｉｎａｌ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ）の図面および仕様書から大きく逸脱し、ガスタービンエンジンをオーバーホールまたは修理するとき、通常その部材が廃棄される程度まで寸法を歪める可能性がある温度および負荷に曝される。構成要素の廃棄および新しい部材との交換が飛行の安全性問題によって決まる場合もあるが、単に適用できる実用的な修理法が存在しないために部材が廃棄される場合もある。
【０００３】
１つのそうした部材の例が、図１に示す、プラットアンドホイットニー（Ｐｌａｔｔ  ＆  Ｗｈｉｔｎｅｙ）のＰＷ４０００ガスタービンエンジンに搭載される低圧タービンの第３段におけるステータベーンセグメント１１である。通常、複数のベーン１０が一緒に集められてベーンセグメント１１を形成し、この特定のエンジンの場合低圧タービンベーンである第３段のセット内に複数のベーンセグメント１１がある。こうした特定のベーン１０は、当技術分野でよく知られている合金であるＭａｒ−Ｍ２４７などのニッケル系合金から鋳造される。それらは、図１に示すように、エンジンの低圧タービン（図示せず）の内側ケースレール上で、前方の外側シュラウドレール１２および後方の外側シュラウドレール１４によって係合することにより、エンジンに取り付けられる。内側シュラウド１６は、ベーンセグメント１１を低圧タービン内の内側支持体（図示せず）にボルト留めするために用いられるボルト孔２０を含む、内側フランジ１８を有する。熱的な負荷および空力的な負荷のために、内側シュラウド１６は、歪み方向１７における内側シュラウド１６の外側シュラウド２４に対する変位または移動、ならびにボルト孔２０の伸び、および歪み方向１７におけるボルト孔２０の中心２２の外側のベーンシュラウド２４に対する変位などの歪みを受ける可能性があり、歪み方向１７は、ＰＷ４０００の場合、図１に示すように前方から後方を眺める位置（ｆｏｒｗａｒｄ−ｌｏｏｋｉｎｇ−ａｆｔ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）から見たとき、その元の設計位置から時計回りになる。セット内のすべてのベーンセグメント１１がこのタイプの変位を受ける可能性があるため、ボルト孔２０の中心２２のこの変位は、任意のエンジンセットにおいて１つの特定のベーンセグメント１１に隔離されない。変位の程度または寸法量は、ベーンセグメント１１間で一定ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低圧タービン内のベーンセグメントなどのガスタービンエンジン用のタービンベーンセグメント、より詳細にはその外側シュラウドに対するその内側シュラウドの変位した形体を復元し、元の設計位置および寸法を満たすための方法および装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ベーンセグメントの内側シュラウドを、そうしたベーンセグメントの外側シュラウドに対するその元の設計位置および寸法に復元するための方法を提供する。
【０００６】
本発明はさらに、ベーンセグメントの内側シュラウドを、そうしたベーンセグメントの外側シュラウドに対するその元の設計位置および寸法に復元するための方法を実施するための装置を提供する。
【０００７】
本発明はさらに、ベーンセグメントの内側シュラウドのフランジ内のボルト孔をその元の設計位置および寸法に復元するための方法を提供する。
【０００８】
以下では、添付図面の図を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ベーンセグメントが内部で動作するように設計されたガスタービンの前方から見た、本発明の方法および装置を用いて復元することができるタイプのベーンセグメントの前方から後方を眺める図である。
【図２】本発明の方法を実施するために用いられる本発明の装置の正面図である。
【図３】ピストンブロックが下げられた位置にあり、ロッキングピンがピン孔から取り外された状態の、図２の線３−３に沿って得られる本発明の装置の側面図である。
【図４】ピストンが上げられた位置にあり、ロッキングピンがピン孔およびボルト孔を通って延びる状態の図３に関する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の方法を実施するために用いられる装置５０を、図２、３および４に示す。装置５０は、外側シュラウド保持用の取り付け具（ｆｉｘｔｕｒｅ）５２および内側シュラウド保持用の取り付け具５４を含む。外側シュラウド保持用の取り付け具５２は、ベーンセグメント１１の外側シュラウド２４の前方レール１２および後方レール１４を受け、取り外し可能に固定するように設計され、内側シュラウド保持用の取り付け具５４は、ベーンセグメント１１の内側シュラウド１６を摺動可能に受けるように設計される。外側シュラウド保持用の取り付け具５２および内側シュラウド保持用の取り付け具５４は、ベース５６に固定される。機械式または油圧式のプレス５８など、ベーンセグメント１１の内側シュラウドに力を加えるための手段が、内側シュラウド保持用の取り付け具５４のすぐ下で、同様にベース５６に固定される。プレス５８は、外側シュラウド保持用の取り付け具５４に対して第１の方向６１に沿って動くことができるピストン６０を有する。
【００１１】
外側シュラウド保持用の取り付け具５２は、（ｉ）内側シュラウド１６をピストン６０の経路の中に直接配置し、（ｉｉ）ピストン６０を内側シュラウド１６と接触させたとき、内側シュラウド１６が歪み方向１７と正反対である第１の方向６１に駆動されるように、内側シュラウド１６を方向付けるように設計される。図２に示すように、外側シュラウド保持用の取り付け具５２は、案内ピン６４、６６の上を、案内ピンがその中に固定されたベース板６８に向かって摺動するクランピング板（ｃｌａｍｐｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）６２、および本発明の方法が実施されるとき、ベーンセグメント１１の外側ベーンシュラウド２４を支持するために、クランピング板６２のすぐ下に配置された底板７０を含む。クランピング板６２内の孔７４を通って延びる固定ボルト（ｖｉｓｅ  ｂｏｌｔ）７２が、固定ボルト７２を受けるベース板６８内の孔にねじ込まれる。固定ボルト７２は、別個のツールを必要とせずに固定ボルト７２を回転させることができるように、一端に恒久的に取り付けられた固定ハンドル７６を有することが好ましい。固定ボルト７２のねじ山、および固定ボルト７２を受け入れるベース板６８内のねじ孔は、固定ハンドル７６の時計回り方向の回転がクランピング板６２をベース板６８に向かって駆動するようにする。好ましくは、クランピング板６２のベース板６８の方を向く面、およびベース板６８のクランピング板６２の方を向く面のそれぞれが、外側シュラウド２４の前方レール１２、外側シュラウド２４の後方レール１４、または両方に一致する輪郭を含み、したがって、以下に記載するように、レール１２、１４の一方または両方が外側シュラウド保持用の取り付け具５２の中にクランプ留めされたとき、レール１２、１４のどちらかを恒久的に歪めることを回避するように、クランピング板６２およびベース板６８によってレール１２、１４に加えられる力が分散される。クランピング板６２の輪郭面（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ）がベース板６８の輪郭面に近いが、それに対して間隔を置いた関係にあるとき、それらの輪郭面は協働して溝を形成し、前方レール１２、後方レール１４、または両方が、ベース板６８とクランピング板６２の間に位置決めされるように、その溝の中に容易に摺動することができる。そのように位置決めされた後、前方レール１２、後方レール１４、または両方が、ベース板６８とクランピング板６２の間でしっかりとクランプ留めされるまで、固定ハンドル７６を時計回りの位置で回転させ、クランピング板６２をベース板６８に向かって摺動させることができる。こうして、ベーンセグメント１１の外側シュラウド２４を、ベーンセグメント１１を損傷せずに、ベース５６に取り外し可能に固定することができる。図２〜４に示すように、内側シュラウド保持用の取り付け具５４は、間隔板（ｓｐａｃｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）８４によって連結された面板（ｆａｃｅ  ｐｌａｔｅ）８０および背板（ｂａｃｋｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）８２を有する。間隔板８４は、面板８０を背板８２に対して間隔を置いた関係に保持し、外側シュラウド２４が前述のようにベース５６に取り外し可能に固定されたとき、面板８０と背板８２の間に、ベーンセグメント１１の内側シュラウド１６を摺動可能に受けるのに十分なだけ広い間隙８３を提供する。間隙８３のすぐ下のピストン６０の上端部８８にプレスブロック８６が固定され、プレスブロック８６の上面９０は、以下に記載するように、ピストン６０によってプレスブロック８６を内側シュラウド１６と接触させたとき、内側シュラウド１６の下面９２と実質的に同一平面になるような輪郭にすることが好ましい。面板８０には、所定の位置でピン孔９４が通って延び、その位置は、前述のように、（エンジン内で動かしていなかった）新しいベーンセグメント１１の外側シュラウド２４が、外側シュラウド保持用の取り付け具５２によってベース５６に取り外し可能に固定された場合、ピン孔９４が内側シュラウドのフランジ１８のボルト孔２０と同軸になるようにする。ピン孔９４に挿入され、ピン孔９４およびボルト孔２０を心合わせしたときにボルト孔２０を通って延びるのに十分なだけ長く、以下に記載するように使用されるロッキングピン９６が含まれる。
【００１２】
エンジン内で動かしているベーンセグメント１１に関して、その内側シュラウド１６を、そうしたベーンセグメント１１の外側シュラウド２４に対してその元の設計位置および寸法に復元することが望まれる場合、本発明の方法は、ベーンセグメント１１に対して以下のように実施される。ロッキングピン９６は、ピン孔９４から取り外されて脇に置かれ、クランピング板６２は、クランピング板６２とベース板６８の輪郭の間の空間が、前方レール１２、後方レール１４、または両方をクランピング板６２とベース板６８の間で容易に摺動させ、ベーンセグメント１１の外側シュラウド２４を底板７０の上に載せるのにちょうど十分な広さになるまで、固定ハンドル７６を反時計回りに回転させることによって、ベース板６８に対して間隔を置いた関係に位置決めされる。ベーンセグメント１１を外側シュラウド保持用の取り付け具５２内に位置決めする間、ピストン６０が下げられ、したがって、プレスブロック８６は、前方レール１２、後方レール、または両方をクランピング板６２とベース板６８の間で摺動させ、ベーンセグメント１１の外側シュラウド２４を底板７０の上に載せる作動力（ｅｆｆｏｒｔ）を妨げないようにするのに十分なだけ、内側シュラウド保持用の取り付け具５４の下方に離れる。次いで、ベーンセグメント１１は、それを炉（好ましくはガス炉）に入れることによって、ベーンセグメント１１が「赤熱する」ように、１６００°Ｆ〜２０５０°Ｆの範囲内、好ましくは１９２５°Ｆ〜１９７５°Ｆの範囲内の温度まで加熱される。次いで、ベーンセグメント１１は、赤熱している間に炉から取り出され、直ちに外側シュラウド２４の前方レール１２および後方レール１４は摺動されて、クランピング板６２とベース板６８の輪郭の間の空間の中に入り、ベーンセグメント１１の外側シュラウド２４が底板７０の上に載るようになるまで下げられ、内側シュラウド１６は、内側シュラウド保持用の取り付け具５４の中に摺動可能に受けられる。ベーンセグメント１１がクランピング板６２またはベース板６８の上で動けなくなるのではなく、底板７０の上に載るようになることを保証するために、ベーンセグメント１１を下げる間、ベーンセグメント１１がある程度振動することが必要になる場合がある。この時点で、ベーンセグメント１１は依然として赤熱しているべきである。次いで、前方レール１２、後方レール１４、または両方が、外側シュラウド保持用の取り付け具５２のクランピング板６２とベース板６８の間でしっかりとクランプ留めされるまで、固定ハンドル７６を時計回りに回転させることによって、ベーンセグメント１１がベース５６に固定される。
【００１３】
次いで、ピストンブロック８６の輪郭面９０が内側シュラウド１６の下面９２と接触するようになるまで、プレス５８がピストン６０を上方に駆動するように作動され、次いで、プレス５８は引き続き作動され、内側シュラウドのフランジ１８内のボルト孔２０がピン孔９４と心合わせされるまで、内側シュラウド１６を上方に駆動する。この時点で、ロッキングピン９６がピン孔９４に挿入され、ボルト孔２０を通して押され、内側シュラウド１６のベース５６に対する位置を決める。次いで、ベーンセグメント１１は、好ましくはファンの助けによって、周囲温度まで、または少なくともベーンセグメント１１を手で扱えるのに十分なだけ低温（すなわち、触れるのに十分なだけ低温）になるまで放冷する。次いで、プレス５８は、ピストンブロック８６を下げ、ベーンセグメント１１の内側シュラウド１６から離すように作動される。次いで、ベーンセグメント１１は、前方レール１２および後方レール１４がクランピング板６２とベース板６８の間に密接せずに置かれるようになるまで、固定ハンドル７６を反時計回りに回転させ、クランピング板６２を摺動させてベース板６８から離すことによって、外側シュラウド保持用の取り付け具５２から解放される。次いで、ロッキングピン９６がボルト孔２０およびピン孔９４から引き出され、脇に置かれる。この時点で、ベーンセグメント１１は、手で持ち上げ、上方に、完全に外側シュラウド保持用の取り付け具５２および内側シュラウド保持用の取り付け具５４の外へ摺動させることができる。当業者には容易に理解されるように、この方法は、ベーンセグメント１１がベーンセグメント１１の割れを防止する塑性変形を受ける間に実施する必要があり、したがって好ましくは、ベーンセグメント１１が炉から取り出されてから、ロッキングピン９６がピン孔９４およびボルト孔２０に挿入されるまでの時間は、２０秒以下である。
【００１４】
この時点で、ボルト孔２０を検査し、その中心２２が相手先商標製造会社の位置（およびその位置に対する限界）に対して変位されているかどうかを判定する。ボルト孔２０の位置がその限界を超えて変位されている場合、ボルト孔２０は穿孔され、所定のより大きい直径の孔に広げられ、次いで、そのより大きい直径よりもわずかに小さい直径を有する円筒形のプラグが、より大きい直径の孔の中にろう付けされる。好ましくは、プラグは内側シュラウドのフランジ１８と同じ合金で作られるが、他の適切な合金で作られてもよい。次いで、ボルト孔２０は、ボルト孔２０の直径およびその中心２２が、相手先商標製造会社のそれぞれの限界の範囲内に含まれるように、ろう付けされ挿入された（ｂｒａｚｅｄ−ｉｎ）プラグを通して再び穿孔される。プラグが内側シュラウドのフランジ１８より太い場合、プラグは、内側シュラウドのフランジ１８に対する相手先商標製造会社の寸法に合うように、機械加工して細められる。
【００１５】
本発明を特定の実施形態に関して記載してきたが、そうした実施形態は、あらゆる点において限定的ではなく例示的であることが意図される。本発明が関係する分野の技術者には、本発明の範囲から逸脱することなく、代替的実施形態が明らかになるであろう。特許請求の範囲において述べる本発明の範囲から逸脱することなく、置換を行うこと、および本明細書において等価物を使用することが可能である。
【００１６】
前述のことから、本発明は、明らかであり、かつ構造に固有である他の利点と共に、前述の部分において述べたすべての狙いおよび目的を達成するように十分に適用されたものであることが理解されるであろう。
【００１７】
ある特定の特徴およびサブコンビネーションは有用なものであり、他の特徴およびサブコンビネーションに照らすことなく使用することが可能であることが理解されるであろう。これは特許請求の範囲によって企図され、特許請求の範囲の範囲内である。
【００１８】
本発明の多くの可能な実施形態を、その範囲から逸脱することなく行うことが可能であるため、本明細書において述べ、または添付図面に示すすべての事項は例示的であり、限定の意味ではないと解釈されることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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