(57)【要約】【課題】蝋付けや通常の溶接技術の使用が困難であって、かつ、作業者の手が届きにくい状況にある、損傷した鋳造ステータベーンアセンブリ３０を補修する方法を提供する。【解決手段】ステータベーンセグメント３２の脚部３８を補修する方法は、補修を要する脚部３８が付いた鋳造ステータベーンセグメント３２を捜し出すステップを含む。そして、上記補修を要する脚部３８の損傷部分１００は、上記鋳造ステータベーンセグメント３２から除去される。次いで、電子ビーム溶接を用いて上記鋳造ステータベーンセグメント上に交換用脚部材１２０が固定される。最後に、上記交換用脚部材１２０は適宜な形状に機械加工される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造ステータベーンセグメントから脚部の一部を除去するステップと、
電子ビーム溶接を用いて上記鋳造ステータベーンセグメント上に交換用脚部材を固定するステップと、を含んだ鋳造ステータベーンセグメントの脚部を補修する補修方法。
【請求項２】
電子ビーム溶接を用いて上記交換用脚部材を固定する前に、上記鋳造ステータベーンセグメント上に上記交換用脚部材を仮付け溶接により固定するステップをさらに含んだ請求項１に記載の補修方法。
【請求項３】
上記の交換用脚部材および鋳造ステータベーンセグメントに熱処理を施すステップをさらに含んだ請求項１に記載の補修方法。
【請求項４】
上記交換用脚部材を適宜な形状に機械加工するステップをさらに含んだ請求項１に記載の補修方法。
【請求項５】
上記鋳造ステータベーンセグメントがエンジンの圧縮機区間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項６】
上記鋳造ステータベーンセグメントがエンジンの高圧圧縮機区間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項７】
上記鋳造ステータベーンセグメントは、より後の段に設けられたステータベーンセグメントであることを特徴とする請求項６に記載の補修方法。
【請求項８】
手の届かない領域に配置された部品の一部を除去する除去ステップと、
上記部品に交換用部材を固定する固定ステップと、
を含んだ、部品の手の届かない領域を補修する補修方法。
【請求項９】
上記固定ステップは、電子ビーム溶接を施すことを含むことを特徴とする請求項８に記載の補修方法。
【請求項１０】
上記固定ステップの前に、上記部品に上記交換用部材を仮付け溶接するステップをさらに含んだ請求項８に記載の補修方法。
【請求項１１】
上記交換用部材および上記部品に熱処理を施すステップをさらに含んだ請求項８に記載の補修方法。
【請求項１２】
上記交換用部材を適宜な形状に機械加工するステップをさらに含んだ請求項８に記載の補修方法。
【請求項１３】
上記部品がガスタービンエンジン部品であることを特徴とする請求項８に記載の補修方法。
【請求項１４】
上記ガスタービンエンジン部品がベーンセグメントであることを特徴とする請求項１３に記載の補修方法。
【請求項１５】
上記ベーンセグメントは、脚部を備えたインナプラットフォームを含み、かつ、上記手に届かない領域が上記脚部であることを特徴とする請求項１４に記載の補修方法。
【請求項１６】
上記部品が鋳造部品であることを特徴とする請求項８に記載の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械に使用される形式のステータアセンブリ等の鋳造品に関し、より具体的には、アクセス制限された部品の部分の修理に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の軸流回転機械、例えば航空機用ガスタービンエンジン内に配設される軸流回転機械は、一連の区間（セクション）を備える。エンジンの圧縮機区間やタービン区間の各区間は、鋳造ステータベーンセグメントの列を備え、上記列は、ロータブレードの列の上流に設けられる。ステータアセンブリは、通常、アウタケーシングを含み、このアウタケーシングには、内側に向いたベーンが設けられ、このベーンはインナシュラウドアセンブリ等のシール部材まで延びる。これらのアウタケーシングとインナシュラウドとの双方とも、上記回転機械内の作動媒体流路のまわりに周方向に延びる。ステータアセンブリ内に配設された一連の鋳造ステータベーンセグメントは、上記エンジン内を流れる作動媒体ガスと相互作用するように設計される。
【０００３】
上記エンジンの圧縮機区間での極端な温度は、他の運転条件（例えば、振動）が付加されることにより、上記区間内の部品に摩耗や損傷を引き起こす。運転中に摩耗しあるいは損傷を受けた上記部品においては、多くの箇所がアクセスしにくい（作業しにくい）ため、通常の作業では、上記部品の修理は試みられず、部品の交換がなされている。加えて、上記部品が実際使用（in service）される状況は、これらの部品を補修するにあたり、蝋付けや通常の溶接技術の使用を不可能にする。このような状況の下で運転する損傷した鋳造ステータベーンアセンブリを元に戻す補修技術が、非常に求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様は、鋳造ステータベーンセグメントの脚部（foot）を補修する方法に関する。この方法は、鋳造ステータベーンセグメントから脚部の一部を除去するステップと、電子ビーム溶接を用いて上記鋳造ステータベーンセグメント上に交換用脚部材を固定するステップと、を含む。
【０００５】
本発明のもう１つの態様は、アクセスできない（手の届かない）部品の領域を補修する方法を開示する。この方法は、アクセスできない領域に配置された部品の一部を除去するステップと、上記部品に交換用部材を固定するステップと、を含む。
【０００６】
本発明の他の形態や利点は、以下の詳細な説明を参照することで明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１〜図３は、軸流回転機械、例えばガスタービン航空機エンジン２０、の部分を示す。上記エンジン２０は、圧縮機区間２２と，高圧圧縮機区間２３、燃焼器区間２４と、タービン区間２６と、を含む。上記エンジン２０は、対称軸Ａの回りに配設され、該エンジン２０の上記区間に亘って軸方向に延びた作動媒体ガス用の流路２８を有する。
【０００８】
図２を参照すると、鋳造ステータベーンセグメント３２（図２では１つのベーン３３のみを示す。）の列を含んだステータアセンブリ３０が、上記エンジン２０内に配置される。ロータアセンブリ３４は、上記作動媒体流路２８を横断して径方向外側に延びたロータブレード３５（図２では、２つのブレードのみを示す。）の列を含む。上記ロータアセンブリ３４は、上記エンジン２０の内部に種々の静圧軸受（static bearing）アセンブリによって支持される。上記ステータアセンブリ３０はアウタケース（図示せず）を含み、このアウタケースは、作動媒体ガスを上記作動媒体流路２８に閉じ込める圧力容器として機能する。
【０００９】
図３を特に参照すると、各鋳造ステータベーンセグメント３２は、アウタプラットフォーム３６と、インナプラットフォーム３７と、これらのプラットフォーム３６，３７の間に延びた１つまたは複数のベーン３３（エーロフォイル）と、を備える。通常、上記インナプラットフォーム３７は、上記対称軸Ａを中心に周方向に配設された複数の脚部３８を含む。鋳造ステータベーンセグメント３２は、上記アウタケースとインナシュラウド４０との間に延びる。インナシュラウド４０は、上記脚部３８により形成される溝内に向かって延びた、対応する突起を備える。上記エンジン２０の圧縮機区間２２、高圧圧縮機区間２３、およびタービン区間２６の全体に亘って周方向に複数のステータアセンブリ３０を組み付けることにより、上記鋳造ステータベーンセグメント３２は作動媒体ガスと相互作用し、このガスをロータブレード３６に向かって下流に案内する。上記ステータベーンセグメントは、適宜な合金、例えば高温度ニッケル系合金、で作られてもよい。
【００１０】
運転中、空気力学的な力や熱的な力により、ステータアセンブリ３０内に応力が発生する。上記応力は、ステータアセンブリ３０を損耗させ、あるいはこれに亀裂を発生させることがある。上記のような損耗領域が手の届かないところにあれば、一般的な溶接形成技術では上記箇所を補修することができない。特に、上記脚部３８上の狭い溝部分４１は、一般的な溶接技術ではアクセスできない。図４はステータアセンブリの脚部３８の損傷部分１００を例示する。
【００１１】
従って、手の届かない箇所を補修する能力が、本発明の開示された態様に対する１つの利点である。好適な態様では、この手の届かない箇所は、２軸式（twin spool）タービンエンジンの高圧圧縮機区間２３内に設けられたより後段のステータアセンブリの脚部３８であろう。例えば、Pratt & Whitney 4000 の高圧圧縮機内に設けられた１２段目と１３段目のステータベーンセグメントの脚部３８が補修される可能性がある。なお、同様の材料や構造からなるエンジン２０内部のステータアセンブリ３０であればどれも、本発明の態様によって補修され得ることが想定されよう。加えて、通常の溶接工程や蝋付け工程の温度は上記材料の熱処理基準を超え、補修部品を脆弱化（weaken)させるため、通常の溶接や蝋付けを使用しても、首尾よく、上記ステータベーンセグメント３２を補修することはできない。
【００１２】
本発明の開示された態様は、電子ビーム溶接を用いて、ステータ脚部３８の補修にあたり新たな利点を実現させている。電子ビーム溶接は、高エネルギを有した電子のビームを衝突させ上記溶接接合部を加熱して溶接する溶融結合工程である。この電子ビーム溶接工程の顕著な利点には、変形が小さいという効果と、熱影響領域を狭くする能力と、が挙げられる。電子ビーム溶接工程を使用することにより、上記高圧圧縮機区間２３内に設けられたより後段のステータアセンブリ４２の脚部３８を、交換せずに補修で済ますことが可能となる。加えて、電子ビーム溶接の使用により、上記エンジン２０のそれぞれの圧縮機区間２２，２３における上記脚部３８の交換面積を増やし、他の従来技術の溶接に比べより強く、より応力に耐えうる溶接を形成することが可能となる。適切な電子ビーム溶接装置の一例として、Leybold-Heraeus W-3の電子ビーム溶接機が挙げられる。
【００１３】
本発明のもう１つの態様においては、作業者は、鋳造ステータベーンセグメント３２上の補修を要する脚部３８を捜し出す。上記脚部３８が補修を必要とする程十分に損傷しているかどうか、余りにも損傷していて交換しなければならないか、あるいは、補修せずに再び使用できるか、といった判断をするにあたって、各々の脚部３８は異なる許容範囲を有することが想定される。
【００１４】
上記脚部３８の補修が可能であると判断した場合には、損傷部分１００は、例えば、一般的な機械加工技術を用いて上記脚部３８から除去される。この損傷部分１００を除去するときには、図５に示すように、該損傷部分１００よりも通常大きな寸法の領域１１０が除去される。上記領域１１０は、切除線１１２において上記脚部３８から切り離される。上記脚部３８においてより大きな部分を除去することにより、作業者は上記損傷部分１００付近に存在し得る局所的な欠陥をも除去することができる。より大きな領域１１０を除去するもう１つの利点は、上記脚部３８上で施される溶接を最大限有効ならしめるように上記切除線１１２を位置決めすることができることである。
【００１５】
図６は、ある態様において、交換用脚部材１２０が脚部３８の切除線１１２に向かってどのように移動するかを示す。次いで、この交換用脚部材１２０は、一般的な低温度溶接技術を用いて上記脚部３８上に仮付け溶接される。次いで、切除線１１２上の接合部には、電子ビーム溶接が施され、図７に示すように、脚部３８上に交換用脚部材１２０を固定する。上記電子ビーム溶接工程の際に、上記交換用脚部材１２０に溝１２２が作られる場合がある。これは、上記交換用脚部材１２０と上記切除線１１２における脚部３８との間に材料が引き込まれるからである。溶接後、上記交換用部材１２０を含んだベーンセグメント３２には、電子ビーム溶接工程の際に生じた応力集中を軽減するために熱処理が施される。当業者であれば、上記脚部３８を補修するために該当領域の溶接方法や熱処理方法を理解するだろう。
【００１６】
図７は、電子ビーム溶接によって脚部３８に取り付けられた交換用脚部材１２０を示す。切取線１３０は、この交換用脚部材１２０が機械加工される場所を示す。当業者であれば、適宜な寸法公差で上記交換用脚部材を機械加工する方法を理解するだろう。図８は、本発明の方法を用いて首尾良く補修した後の脚部３８を示す。
【００１７】
当業者であれば、本明細書を参照して本発明から多くの改良を想到することができよう。従って、本明細書は、説明目的でのみ使われていると解釈すべきであり、当業者に、実施可能な程度に本発明を実施させ、あるいは、最適な形態を説明するために開示したものである。添付の特許請求の範囲に属する全ての改良に対し独占的な権利が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ガスタービン航空機エンジン等の軸流回転機械の部分断面を示した側面図。
【図２】図１に示したエンジンの高圧圧縮機区間の一部を拡大した詳細図。
【図３】図１に示したエンジンの高圧圧縮機区間の一部を拡大した斜視図。
【図４】補修を要する脚部を示した概略図。
【図５】ある領域が除去された、図４の脚部を示した概略図。
【図６】交換用脚部材と図５の脚部とを示した概略図。
【図７】一体に溶接された図６の交換用脚部材および脚部を示した概略図。
【図８】機械加工後の図７の交換用脚部材および脚部を示した概略図。
【符号の説明】
【００１９】
３０…ステータアセンブリ
３２…鋳造ステータベーンセグメント
３３…ステータベーン
３６…アウタプラットフォーム
３７…インナプラットフォーム
３８…脚部
４１…狭い溝部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005224862.tif 000008
【図７】
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【図８】
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