(57)【要約】      （修正有）【課題】コンポーネントを修理する方法、コンポーネントの修理工具、およびコンポーネントを提供する。【解決手段】方法は、コンポーネントの特定の領域から材料を除去するステップを含む。除去ステップは、コンポーネントに貫通切欠きを形成し、コンポーネントに部分的切頭円錐形の幾何学形状を形成し、コンポーネントにほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状を形成し、コンポーネントに部分的球形の幾何学形状を形成し、コンポーネントにほぼ部分的球形の幾何学形状を形成し、コンポーネントに部分的楕円形の幾何学形状を形成し、コンポーネントにほぼ部分的楕円形の幾何学形状を形成し、コンポーネントに部分的円筒形の幾何学形状を形成し、コンポーネントにほぼ部分的円筒形の幾何学形状を形成し、コンポーネントの面にほぼ直交する方向であり、コンポーネントの面に対して実質的に傾斜した方向であり、あるいはそれらを組み合わせたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンポーネントを修理する方法であって、
前記コンポーネントの特定の領域から材料を除去するステップを含み、
前記除去ステップが、前記コンポーネントに貫通切欠きを形成し、前記コンポーネントに部分的切頭円錐形の幾何学形状を形成し、前記コンポーネントにほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状を形成し、前記コンポーネントに部分的球形の幾何学形状を形成し、前記コンポーネントにほぼ部分的球形の幾何学形状を形成し、前記コンポーネントに部分的楕円形の幾何学形状を形成し、前記コンポーネントにほぼ部分的楕円形の幾何学形状を形成し、前記コンポーネントに部分的円筒形の幾何学形状を形成し、前記コンポーネントにほぼ部分的円筒形の幾何学形状を形成し、前記コンポーネントの面にほぼ直交する方向であり、前記コンポーネントの前記面に対して実質的に傾斜した方向であり、あるいはそれらを組み合わせたものである、方法。
【請求項２】
前記除去ステップが一回通過させるだけの除去作業である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記除去ステップが、ほぼ直線の経路に沿った機械加工動作によるものである、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記領域の少なくとも一部にインサートを位置決めするステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記インサートが、締まり嵌め、保持機構またはそれらを組み合わせたものによって前記領域に固定される、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記インサートが、細長い半月状の幾何学形状を含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記インサートが、前記貫通切欠きに対応する幾何学形状を含む、請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記インサートが、前記部分的切頭円錐形の幾何学形状に対応する幾何学形状を含む、請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記インサートが、前記ほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状に対応する幾何学形状を含む、請求項４記載の方法。
【請求項１０】
前記インサートの前記位置決めステップが、半径方向の応力領域、輪状の応力領域またはその両方の代わりである、請求項４記載の方法。
【請求項１１】
前記コンポーネントが、タービンホイール、タービンシャフト、タービン静翼、ロータ蟻継ぎおよびそれらを組み合わせたもので構成される群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記領域が、前記コンポーネントの面に対して傾斜している、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
コンポーネントの修理工具であって
固定機構と、
切断部とを備え、
前記切断部が、前記コンポーネントの特定の領域を除去するように構成されており、前記領域が、部分的切頭円錐形の幾何学形状、ほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状、部分的球形の幾何学形状、ほぼ部分的球形の幾何学形状、部分的楕円形の幾何学形状、ほぼ部分的楕円形の幾何学形状、部分的円筒形の幾何学形状、ほぼ部分的円筒形の幾何学形状、あるいはそれらを組み合わせたものを有する、修理工具。
【請求項１４】
前記領域が、前記コンポーネントの面に直交するように延在する、請求項１３記載の修理工具。
【請求項１５】
前記領域が、前記コンポーネントの面に対して傾斜して延在する、請求項１３記載の修理工具。
【請求項１６】
材料を除去することによって形成される特定の領域を備えるコンポーネントであって、
前記領域が貫通切欠きであり、部分的切頭円錐形の幾何学形状を有し、ほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状を有し、部分的球形の幾何学形状を有し、ほぼ部分的球形の幾何学形状を有し、部分的楕円形の幾何学形状を有し、ほぼ部分的楕円形の幾何学形状を有し、部分的円筒形の幾何学形状を有し、ほぼ部分的円筒形の幾何学形状を有し、あるいはそれらを組み合わせたものを有する、コンポーネント。
【請求項１７】
前記領域が、少なくとも部分的にインサートで満たされる、請求項１６記載のコンポーネント。
【請求項１８】
前記コンポーネントが、タービンホイール、タービンシャフト、タービン静翼、ロータ蟻継ぎおよびそれらを組み合わせたもので構成される群から選択される、請求項１６記載のコンポーネント。
【請求項１９】
前記領域が、前記コンポーネントの面に直交する方向に延在する、請求項１６記載のコンポーネント。
【請求項２０】
前記領域が、前記コンポーネントの面に対して傾斜して延在する、請求項１６記載のコンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造されたコンポーネント、および製造されたコンポーネントを形成し、修理し、あるいは機械加工する方法を対象とする。より詳細には、本発明は、コンポーネントと、コンポーネントを準備し、形成し、修理し、あるいは機械加工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にタービンロータ組立体は、複数の動翼が結合されたロータホイールを含んでいる。動翼は、動翼のエーロフォイル部分と、動翼の蟻継ぎ部分との間に延在するプラットフォームから半径方向外向きに延びている。動翼の蟻継ぎ部分は、少なくとも一組の蟻継ぎタングを有しており、この蟻継ぎタングは、ロータホイールの外側リムにおいてロータ動翼を相補的な蟻継ぎスロットに結合する。
【０００３】
ロータホイールの外側リムにある蟻継ぎスロットは、動翼の蟻継ぎ部分の蟻継ぎタングを収容するようにサイズが決められている。このような動翼は、蟻継ぎと交差する円周方向のスロットから冷却空気を受け取る。冷却スロットが交差する蟻継ぎスロットの一部は、ストレスが高い領域を有する可能性がある。ストレスを緩和させることで、ロータホイールの使用可能な疲労寿命を延ばすことができる。ストレスは、機械的な繰り返し荷重と、熱による繰り返しおよび静的荷重が合わさったものによって生じ、これにより結果として経時的に変形が積み重なる可能性がある。ストレスは、複雑な方法によって緩和させることができ、このような方法は、ロボットヘッドおよび／または５軸機械を使用して、修理するためにコンポーネントを分解するステップを含むことができる。このような方法は、その費用が高く、広く利用することが不可能であり、工具による複雑な作業を伴うため、恐らくロータホイールが長期間にわたって使用不能になるという欠点を持つ。
【０００４】
他の技術は、蟻継ぎから疲労した材料を除去する手動による研磨作業を使用するステップを含む。しかしながらこのような方法は調節が難しく、望ましくない高いストレスを蟻継ぎに集中させる可能性があり、これにより恐らくコンポーネントの寿命特性を縮めることになる。
【０００５】
さらに別の技術では、調節されたブレーキエッジ方法を使用して、ストレスが集中した領域において材料を除去する場合もある。この方法は、カスタマイズされたエッジ研磨機を使用して、スロットの縁部の輪郭をたどる。エッジブレーキの形状と、その一貫性は、この部分を目的とする耐用寿命に合わせるのに役立つが、この方法は、ストレスを有意に低下させたり、十分変形した材料を除去することでこの機構の作動寿命を有意に延ばしたりはしない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７６９０８９６号明細書
【発明の概要】
【０００７】
上記の欠点の１つまたは複数の欠点を持たない、コンポーネントを修理する方法、コンポーネントの修理工具、およびコンポーネントが、当分野において望まれている。
【０００８】
例示の一実施形態において、コンポーネントを修理する方法は、このコンポーネントの特定の領域から材料を除去するステップを含んでいる。この除去ステップは、コンポーネントに貫通切欠きを形成する、コンポーネントに部分的切頭円錐形の幾何学形状を形成する、コンポーネントにほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状を形成する、コンポーネントに部分的球形の幾何学形状を形成する、コンポーネントにほぼ部分的球形の幾何学形状を形成する、コンポーネントに部分的楕円形の幾何学形状を形成する、コンポーネントにほぼ部分的楕円形の幾何学形状を形成する、コンポーネントに部分的円筒形の幾何学形状を形成する、コンポーネントにほぼ部分的円筒形の幾何学形状を形成する、コンポーネントの面にほぼ直交する方向である、コンポーネントの面に対して実質的に傾斜した方向である、あるいはそれらを組み合わせたものである。
【０００９】
別の例示の一実施形態において、構成要素の修理工具は、固定機構と、切断部とを含んでいる。切断部は、コンポーネントの特定の領域を除去するように構成されており、この領域は、部分的切頭円錐形の幾何学形状、ほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状、部分的球形の幾何学形状、ほぼ部分的球形の幾何学形状、部分的楕円形の幾何学形状、ほぼ部分的楕円形の幾何学形状、部分的円筒形の幾何学形状、ほぼ部分的円筒形の幾何学形状、あるいはそれらを組み合わせたものを有する。
【００１０】
別の例示の一実施形態において、コンポーネントは、材料を除去することによって形成される特定の領域を含んでいる。この領域は、貫通切欠きである、部分的切頭円錐形の幾何学形状を有する、ほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状を有する、部分的球形の幾何学形状を有する、ほぼ部分的球形の幾何学形状を有する、部分的楕円形の幾何学形状を有する、ほぼ部分的楕円形の幾何学形状を有する、部分的円筒形の幾何学形状を有する、ほぼ部分的円筒形の幾何学形状を有する、あるいはそれらを組み合わせたものを有する。
【００１１】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に関連して、以下の好ましい実施形態のより詳細な記載から明らかになると思われるが、これらの図面は、単なる一例として本発明の原理を例示している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】タービン動翼とタービンロータホイールとを含むタービンの一部の斜視図である。
【図２】本開示の一実施形態によるコンポーネントおよび修理工具の斜視図である。
【図３】本開示の一実施形態によるコンポーネントおよび修理工具の斜視図である。
【図４】本開示の一実施形態による修理後のコンポーネントを示す図である。
【図５】本開示の一実施形態による修理後のコンポーネントを示す図である。
【図６】本開示の一実施形態による修理後のコンポーネントの一部を示す図である。
【図７】本開示の一実施形態による修理後のコンポーネントの一部を示す図である。
【図８】本開示の一実施形態による、コンポーネント内で位置決めするように構成されたインサートを示す図である。
【図９】本開示の一実施形態による、コンポーネント内で位置決めするように構成されたインサートを示す図である。
【図１０】本開示の一実施形態による、コンポーネント内で位置決めするように構成されたインサートを示す図である。
【図１１】本開示の一実施形態によるインサートを備えたコンポーネントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
可能な限り、同様の参照番号は、図面を通して同一の部分を表すのに使用される。
【００１４】
コンポーネントを修理する方法、コンポーネントの修理工具、およびコンポーネントが提供されている。本開示の実施形態によって、コンポーネントの耐用寿命を延ばし、亀裂の広がりを押さえ、またはなくし、タービンの作動性能を高め、疲労耐性を高め、あるいはそれらの組み合わせを行うことが可能である。
【００１５】
図１は、一実施形態によるロータホイール１１２と、動翼１１４を含むタービン１１０の一部の斜視図である。一般に、タービン１１０は、複数のロータホイール１１２と、動翼１１４と、他のタービンコンポーネント（例えば圧縮機、シャフト、静翼、ロータ蟻継ぎおよび／または他の好適なコンポーネント）を含んでいる。流体（例えばガス）が、タービン１１０に進入し（例えば入口を通って）、動翼１１４にぶつかり残りの段を通って下流に向かってチャネルによって運ばれ（例えば静翼を通って）、一定の力を動翼１１４に与えることで、ロータホイール１１２を回転させる（例えばシャフトの周りで）、あるいはその逆もまた同様である。タービン１１０は、任意の好適な負荷（例えば生成器、別のタービンまたはそれらを組み合わせたもの）に作動可能に接続されることで、エネルギーを抽出する、および／またはスラストを生成することが可能になる。一実施形態において、タービンは、電力を生成するように構成される。別の実施形態において、タービンは、航空タービンである。
【００１６】
動翼１１４は、ロータホイール１１２に機械的に結合される。動翼１１４は、タービン１１０のタービン段内に位置決めされ、これにより動翼１１４が、タービン段を通過する高温のガスからの高温（例えば華氏約１０００°から華氏約２０００°の間、華氏約１０００°、華氏約１２５０°、華氏約１５００°、華氏約２０００°または華氏約３０００°）および／または任意の好適な温度範囲（例えば華氏約５９°を超える、華氏約５９°から約３０００°の間、華氏約５９°から約１０００°の間、華氏約５９°から約１２５０°の間、華氏約５９°から約１５００°の間、華氏約５９°から約２０００°の間、または華氏約５９°）などの力に曝される。一実施形態において、１つまたは複数の動翼１１４は、プラットフォーム１１６と、プラットフォーム１１６から延びるエーロフォイル１１８と、動翼蟻継ぎ１２２とを含む。動翼蟻継ぎ１２２は、少なくとも一組の蟻継ぎタング１２４を含んでおり、これは動翼１１４をロータホイール１１２に結合するのに使用される。
【００１７】
ロータホイール１１２は、動翼蟻継ぎ１２２に対応する蟻継ぎスロット１２６を含む。ロータホイール１１２が、タービン１１０のタービン段内において位置決めされ、これによりロータホイール１１２が、高温のガス経路の温度（例えば華氏約８００°から約１２５０°の間、華氏約８００°、華氏約１０００°、華氏約１２５０°、華氏約１５００°または華氏約２０００°）および／または任意の好適な温度範囲（例えば華氏約５９°を超える、華氏約５９°から約３０００°の間、華氏約５９°から約１０００°の間、華氏約５９°から約１２５０°の間、華氏約５９°から約１５００°の間、華氏約５９°から約２０００°の間、または華氏約５９°）をほんの少し下回る温度などの力に曝される。蟻継ぎスロット１２６は、動翼蟻継ぎ１２２を収容するようにサイズが決められ成形されている。
【００１８】
図２および図３は、コンポーネント２０２（タービンコンポーネント、圧縮機コンポーネントおよび／または任意の他の好適なコンポーネント）に対して修理方法を実施するように位置決めされた修理工具２００の実施形態を示している。修理工具２００は、コンポーネント２０２から材料を除去する切断部２０４と、工具２００を位置決めし作動させる位置決め機構２０６とを含む。一実施形態において、位置決め機構２０６は、工具２００がコンポーネント２０２（例えばロータホイール１１２またはロータホイール１１２の一部）に接触することができるように位置決めされる。位置決め機構２０６は、任意の好適な機能を含んでおり、例えばこれに限定するものではないが、切断作業が所定の深さを超えないようにする停止機構３０８（図３を参照）、切断作業を所望の方向または経路２１２に沿うように向けるガイド機構２０８、複雑な工具または相当熟練した技術者を必要とせずに、切断作業を繰り返し、正確に行うことを可能にする他の好適な特徴的機構またはそれらを組み合わせたものなどが挙げられる。
【００１９】
一実施形態において、位置決め機構２０６は、ある１つの角度でのみ、１セットの角度で、または一定の範囲の角度で位置決めすることができる。例えば図２に示されるように、一実施形態において位置決め機構２０６によって、経路２１２に沿ってコンポーネント２０２の面２１０に対する線形運動、傾斜運動および／または直交運動のみが可能である。この実施形態においてコンポーネント２０２は、図４に示されるように貫通切欠き４０２を形成することによって、機械加工／修理することができる。本明細書で使用されるように、貫通切欠きという用語は、例えば面２１０などの第１の面から、面２１０の反対側の面（図示せず）などの第２の面まで延在する除去される領域を指す。
【００２０】
一実施形態において図３に示されるように、位置決め機構２０６によって、経路２１２に沿ってコンポーネント２０２の面２１０に対して線形運動および／またはある傾斜での運動のみが可能になる。この実施形態では、コンポーネント２０２は、図５に示されるように、傾斜した切欠き５０２である除去される領域、部分的切頭円錐形の領域５０４、またはそれらを組み合わせたものを形成することによって機械加工／修理することができる。
【００２１】
再び図２および図３を参照すると、コンポーネント２０２から除去する材料の量およびその位置は、工具２００の切断部２０４の幾何学形状と、工具２００の作動に基づいている。例えば一実施形態において工具２００は、一回通過させるだけの除去作業で使用される。この実施形態において、材料の量は、切断部２０４の形状に密接に一致する。別の実施形態において、工具２００は、複数回通過させる除去作業で使用される。この実施形態において、材料の量は、切断部２０４の形状に密接に一致するか、あるいはそれぞれ通過する際の工具２００の位置にわずかな変動があることにより、切断部２０４のサイズをわずかに超えるかのいずれかである。
【００２２】
一実施形態において工具２００が、最大幅（例えば約０．２５インチから約２０インチの間、約０．５０インチから約１０インチの間、約０．２５インチを超える、約０．５０インチを超える、約１０インチを超える、あるいは任意の好適な範囲、下位の範囲、それらを組み合わせたもの、またはそれらの下位の組み合わせ）を有するコンポーネント２０２から特定の領域を除去することで、修理工具２００を所定の深さに挿入することになる。この実施形態において工具２００の切断部２０４が、円筒形で先細になった、切頭円錐形、楕円形、球形、先細になった、あるいはそれらを組み合わせたものであることにより、切頭円錐形状の部分を除去する。別の実施形態において、切断部２０４は、円錐形の幾何学形状、球形の幾何学形状またはそれらを組み合わせたものを含んでいる。一実施形態において、この除去される領域は、貫通切欠きであり、部分的切頭円錐形の幾何学形状、ほぼ部分的切頭円錐形の幾何学形状、部分的球形の幾何学形状、ほぼ部分的球形の幾何学形状、部分的楕円形の幾何学形状、ほぼ部分的楕円形の幾何学形状、部分的円筒形の幾何学形状、ほぼ部分的円筒形の幾何学形状、またはそれらを組み合わせたものを有する。
【００２３】
切断部２０４は、任意の好適な材料である。一実施形態において切断部２０４は、カーバイド部分または任意の好適な切断材料である。一実施形態において切断部２０４は、コンポーネント２０２の材料より硬い材料を含んでいる。
【００２４】
図６を参照すると、一実施形態において工具２００は、ストレスプロファイルに一致するコンポーネント２０２の一部を機械加工／除去する。例えば一実施形態において、工具２００は、輪状の応力領域６０２を除去し、例えばコンポーネント２０２が作動する際に最大量の輪状の応力を受けるコンポーネント２０２の一部またはコンポーネント２０２全体の特定の領域を除去する。これに加えてあるいは代替として、一実施形態において工具２００は、半径方向の応力領域６０４を除去し、例えばコンポーネント２０２が作動する際に、最大量の半径方向の応力を受けるコンポーネント２０２の一部またはコンポーネント２０２全体の特定の領域を除去する。
【００２５】
図７を参照すると、一実施形態において工具２００が、円筒形、概ね円筒形または切頭円錐形の領域から広げるように材料を機械加工／除去することで、ほぼ部分的切頭円錐形の領域７０２を形成し、この領域は、湾曲した状態からわずかに変動している。一実施形態において、工具２００がさらに通過することによって、追加の材料が機械加工／除去される。別の一実施形態において、追加として除去された材料は、図６を参照して上記に記載した輪状の応力領域６０２および半径方向の応力領域６０４に一致する。
【００２６】
図８から図１０を参照すると、一実施形態においてコンポーネント２０２は、コンポーネント２０２の一部に対応する幾何学形状を有するインサート８０２を含んでいる。一実施形態においてインサート８０２は、貫通切欠き４０２に対応する幾何学形状を有しており、例えば図８に示されるように細長い半月状の幾何学形状８０４を有する。一実施形態において図９に示されるように、インサート８０２は、傾斜した切欠き５０２に対応する幾何学形状、例えば幅が細くなった複雑な幾何学形状９０２および／または部分的切頭円錐形の領域５０４に対応する幾何学形状、例えば複雑な幾何学形状９０４を有する。一実施形態においてインサート８０２は、ほぼ部分的切頭円錐形の領域７０２に対応する幾何学形状、例えば図１０に示されるように複雑な幾何学形状１００２を有する。別の実施形態において、インサート８０２は、このような幾何学形状のいずれかを組み合わせたものを含む。
【００２７】
一実施形態においてインサート８０２は、貫通切欠き４０２（図４を参照）、傾斜した切欠き５０２（図５を参照）、部分的切頭円錐形の領域（図６を参照）、ほぼ部分的切頭円錐形の領域７０２（図７を参照）内に、輪状の応力領域６０２に当接して（図６を参照）、半径方向の応力領域６０４に当接して（図６を参照）、輪状の応力領域６０２の代わりに（図６を参照）、半径方向の応力領域６０４の代わりに（図６を参照）、あるいはそれらを組み合わせて位置決めされる。インサート８０２は、位置決めされた後、任意の好適な機構によって固定される。好適な機構には、これに限定するものではないが、締まり嵌め、接着剤による固定、保持機構（例えばインサート８０２から、溝またはコンポーネント２０２の他の楔止め領域に延在する、図１１に示されるような栓１１０２）、またはそれらを組み合わせたものが含まれる。
【００２８】
本発明を好ましい一実施形態を参照して記載してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、その要素を均等物で置き換えることができることを当業者は理解するであろう。これに加えて、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、その教示に特定の状況や材料を適合させるために多くの修正を行うこともできる。したがって本発明は、本発明を実施するために企図された最適な態様として、開示される特定の実施形態に限定されることは意図されず、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある全ての実施形態を含んでいる。
【符号の説明】
【００２９】
１１０  タービン
１１２  ロータホイール
１１４  動翼
１１６  プラットフォーム
１１８  エーロフォイル
１２２  動翼蟻継ぎ
１２４  蟻継ぎタング
１２６  蟻継ぎスロット
２００  修理工具
２０２  コンポーネント
２０４  切断部
２０６  位置決め機構
２０８  ガイド機構
２１０  第１の面
２１２  切断経路
４０２  貫通切欠き
５０２  傾斜した切欠き
５０４  部分的切頭円錐形の領域
６０２  輪状の応力領域
６０４  半径方向の応力領域
７０２  ほぼ部分的切頭円錐形の領域
８０２  インサート
８０４  細長い半月状の幾何学形状
９０２  幅が細くなった複雑な幾何学形状
９０４  複雑な幾何学形状
１００２  複雑な幾何学形状
１１０２  栓
【図１】
2013193205.tif 000003
【図２】
2013193205.tif 000004
【図３】
2013193205.tif 000005
【図４】
2013193205.tif 000006
【図５】
2013193205.tif 000007
【図６】
2013193205.tif 000008
【図７】
2013193205.tif 000009
【図８】
2013193205.tif 000010
【図９】
2013193205.tif 000011
【図１０】
2013193205.tif 000012
【図１１】
2013193205.tif 000013