(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂点（９）の中にキャビティ（１０）を有する冷却される羽根（１）のヘッドの空力学的壁面（７、８）と頂点とのショットピーニングによって圧縮プレストレスを加え、表面処理を行う方法であって、前記羽根（１）は中空で、特に前記頂点（９）と前記の空力学的壁面（７、８）内に設けられた冷却用空気通過孔（１２）によって外部と連絡する冷却用内部循環路を有し、
少なくとも１つの羽根のヘッド（１）を閉じ込める密閉エンクロージャ（２９）内で生成された球（３１）の霧を用いてショットピーニングを行い、前記霧は、前記エンクロージャ（２９）の一部を画定する、超音波振動の発生手段によって励起されたソノトロード（２８）の活性表面（２７）によって生成され、さらに、冷却用空気の通過孔より大きな直径を有する球（３１）を使用することを特徴とする方法。
【請求項２】
球（３１）が、０．８ｍｍ〜５ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
エンクロージャ（２９）が、複数の羽根のヘッド（１）を閉鎖することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
断面が羽根の翼（４）の先端の断面に適合する少なくとも１つの横孔（２２）を有する羽根の支持板（２１）と、一面に支持板（２１）を固定することができるフレーム（２６）と、振動板（２７）が、前記フレームに載り前記支持板（２１）の正面に配置されるソノトロード表面（２８）とを有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項５】
羽根の擦り切れたゾーンに溶接によって金属を再充填し、羽根の形状を再構成するために機械加工を行う羽根の修理方法であって、機械加工後に、請求項１から３のいずれか一項による表面処理方法を施し、その結果、その後の熱処理および前記羽根の作動時に、溶接レベルで亀裂が発生するのを防ぐことができることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、頂点内にキャビティを有する冷却される羽根のヘッドの空力学的壁面と頂点のショットピーニング（ｇｒｅｎａｉｌｌａｇｅ）によって、圧縮プレストレス（ｐｒｅｃｏｎｔｒａｉｎｔｅ  ｄｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）を加え、表面を処理する方法であって、前記羽根は中空で、特に前記の頂点と空力学的壁面内に設けられた冷却用の空気通過孔によって外部に連絡している冷却用内部循環路を有する、方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ターボジェットエンジンのタービンの冷却された羽根は、中空であり、脚の下に大きな開口部を有し、そこから、コンプレッサの１つの段の中に採取された一定流量の冷却用の空気が注入される。羽根の翼は、前縁と後縁と側面と頂点に、冷たい冷却用空気に代えられるために羽根の内部を循環する、加熱された冷却用空気の排出を可能にし、羽根の外側表面で再加熱されたこの冷却用空気の取り入れを可能にする小さい孔を備え、その空気をターボジェットエンジンの燃焼用ガスから隔離する。円筒形またはスリットの形にすることができるこれらの孔は、１ｍｍ以下の比較的小さい横断寸法を有する。さらに、空力学的表面は、一般に、羽根の頂点において、上方に向って開口されたキャビティを形成する外側壁面によって延長される。
【０００３】
タービンの羽根は、作動中に、かなりの遠心力と大きな熱応力を受ける。したがって、これらの羽根の寿命と完全性を損なう恐れのある亀裂の発生を遅らせるように、翼の外側表面、特に、より大きな遠心力を受ける羽根の先端の表面に、圧縮プレストレスを加えることが必要となる。
【０００４】
こうした圧縮はまた、頂点が修理された羽根にとっても必要である。羽根の頂点の修理は、溶接によって、実際にはＴＩＧアーク溶接によって、擦り切れたゾーンに金属を再充填することからなる。この再充填に続いて以下が行われる。
【０００５】
羽根の形状を再構成するための機械加工をする。
【０００６】
その後の熱処理時および羽根の作動時に、再充填されたゾーンの表面を圧縮し、溶接のレベルで亀裂が発生するのを防ぐために、球の衝撃によるショットピーニングを行う。
【０００７】
羽根の頂点が、上方に向かって開口しているキャビティを有する場合には、同じく、このキャビティを画定する壁面の内側をショットピーニングしなければならない。
【０００８】
現在、羽根のヘッドの表面には、エアジェット式ショットピーニングノズルによって噴射された球を用いて、ショットピーニングによる圧縮プレストレスが加えられる。それらのノズルは、直径が１ｍｍ未満、通常は、０．１〜０．５ｍｍの球しか噴射することができない。したがって、球が入り込むのを阻止するために、ショットピーニング前に、羽根の冷却用孔を閉塞することが必要となる。次に、１つまたは複数のエアジェット式ショットピーニングノズルの前に羽根の頂点を置き、ショットピーニングを均等に行うためにノズルを移動させる。ショットピーニングの作業後、冷却用の孔は閉塞を解除されなければならない。
【０００９】
さらに、ショットピーニング中に孔を閉塞しないでおくこともできる。その場合は、次に、たとえば酸性溶液によって、冷却用孔内に留まることができた、または羽根の内側キャビティに入り込むことができた球を除去しなければならない。
【００１０】
ノズルを用いたショットピーニングは、長い実施時間を必要とする。なぜなら、直径の小さい球は、運動エネルギーもまた小さいからである。さらに球の直径が小さいことから、羽根の表面状態の劣化が引き起こされる。
【００１１】
ショットピーニング中、羽根の先端の周囲壁面全体、さらにそれが１つある場合には、高方に向って開口しているキャビティの内側壁面全体に到達するために、種々の方向に沿ってノズルを移動させなければならない。ショットピーニングが手で行われる場合には、当然のことながら、ショットピーニングは、ほとんど再現可能ではない。ショットピーニングが自動化されている場合には、数多くのパラメータの制御が必要となり、そのことから制御や再現性は、難しくなってしまう。
【００１２】
さらに、球を設けたフレール（ｆｌｅａｕ）を用いて、ショットピーニングを行う方法が知られている。「フラッパピーニング（ｆｌａｐｐｅｒ  ｐｅｅｎｉｎｇ）」と呼ばれるこの方法は、その先端にプラスチックの小突起を有する小さなピンを使用することからなり、この小突起の先端に、球が接着されている。ショットピーニングは、ピンを回転させながら行われる。球は小突起上に留置かれるので、冷却用の孔からは、入り込まない。この方法の欠点は、球の引抜きおよび小突起の擦り切れによって、装置が急速に劣化してしまい、とりわけ、羽根の頂点において開口されたキャビティの内側に効果的にショットピーニングを行うことができないという点にある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、より短いショットピーニング時間で、すべての羽根に同じように再現可能なプレストレスを生成することを可能にする、羽根のヘッドのショットピーニング方法を提案することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、それぞれ、ショットピーニング作業の前および後に、冷却用空気の通過孔の閉塞および閉塞解除作業を省くことができる、羽根のヘッドのショットピーニング方法を提案することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも１つの羽根のヘッドを閉じ込める密閉エンクロージャ内で生成された球の霧（ｂｒｏｕｉｌｌａｒｄ  ｄｅ  ｂｉｌｌｅ）を用いて、ショットピーリングを行い、その霧は、超音波振動の発生手段によって励起されたソノトロード（ｓｏｎｏｔｒｏｄｅ）の活性表面によって生成され、前記エンクロージャを部分的に画定することによって、さらに冷却用空気の通過孔より大きな直径を有する球を使用することによって達成される。
【００１６】
有利には、球は０．８ｍｍ〜５ｍｍの間の直径を有する。
【００１７】
球が、冷却用空気の通過孔より大きな直径を有することによって、これらの通過孔の閉塞および閉塞解除作業は不要になり、球の運動エネルギーは、ショットピーニング時間を短縮することを可能にする。
【００１８】
さらに、アトランダムな方向に移動する球の霧における球は、さまざまな角度で羽根のヘッドの表面にぶつかり、そのことから、特に優先的方向にノズルによって噴射された球に対して表面状態を改善することができ、本発明による方法において使用された球が、ノズルによって噴射され得る球より直径が大きくなればなるほど、そのような改善も効果的になる。
【００１９】
最後に、エンクロージャ内に露出された羽根のヘッドの外側表面は全て、同時に球の衝撃を受け、その結果、羽根のヘッドの変形のリスクが著しく小さくなる。
【００２０】
本発明はまた、本発明による方法の実施のための装置に関するものである。
【００２１】
この装置は、断面が羽根の翼の先端の断面に適合する少なくとも１つの横孔を有する羽根の支持板と、一面に支持体を固定することができるフレームと、振動板が、前記フレームに載り支持板の正面に配置されるソノトロードとを有する。
【００２２】
本発明はまた、羽根の修理方法に関するものである。
【００２３】
この方法によれば、羽根の擦り切れたゾーンに、溶接によって金属を再充填し、羽根の形状を再構成するために機械加工を行い、上述の本発明の方法によってショットピーニングを行い、その結果、その後の熱処理時また羽根の作動時に、溶接のレベルにおける亀裂の発生を妨ぐことができる。
【００２４】
添付の図面を参照して、例示的なものとして行った以下の説明を読めば、本発明の他の特徴および利点が明らかになるだろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、ターボジェットエンジンのタービンの冷却された羽根１の取付け図であり、この羽根は、たとえば、タービンのホイールの周囲壁面内に設けられた溝の中に前記羽根１を固定するための脚２と、燃焼室から流れ出る燃焼ガスの噴流を内側で画定する羽根の脚２を上に載せる基台３と、基台から延在し、燃焼用ガスの流出方向における上流側に前縁５を、下流側には後縁を有する空力学的形状の翼４とを有し、前縁５と後縁６は、従来の方法で、翼の下面７と上面８によってつなげられる。翼４は、その外端または頂点において、下面７と上面８の外端７ａ、８ａの下方に配置された壁面９によって閉塞される。それら外端は、壁面９によって、キャビティ１０を画定し、ステータボックス（ｃａｒｔｅｒ  ｄｕ
ｓｔａｔｏｒ）とともに、燃焼用ガスの外部噴流の密閉を確立する。
【００２６】
羽根１は中空であり、羽根の脚２内に設けられた大きな寸法の孔１１によって供給された、冷却用空気の内部循環路を有する。冷却用空気の通過孔１２は、前縁５、後縁６、下面７、上面８、頂点の壁面９内に設けられる。これらの孔１２は、円形、またはスリットの形とすることができる。円形孔９の場合には直径が１ｍｍ以下であり、スリットの場合には横方向の寸法が１ｍｍ以下となる。
【００２７】
本発明の目的は、たとえば、１０ｍｍの高さＨに延在し、キャビティ１０を画定する壁面９と、前縁５、後縁６、下面７、上面８の外側部分とを有する、翼４の外端ゾーン１３に圧縮プレストレスを加えるための方法を提案することにある。
【００２８】
図２および３は、この方法の実施のために使用される装置２０の一例を示している。
【００２９】
装置２０は、主に、複数の羽根１の支持板２１を有する。この板２１は、断面が翼４の先端断面にほぼ適合する横孔２２を有し、その面のいずれか１つの上には、基台３のための支承部２３を有し、その結果、翼の一端が孔２２の中に差込まれると、また対応する羽根１の基台３が、支承部２３に寄りかかると、前記羽根１の外端ゾーン１３が、支承部２３に向き合った支持板２１の面２４上に現われる。
【００３０】
全体が長方形の支持板２１は、支持板２１によって支持された羽根１の外端ゾーン１３の高さＨより大きな厚さを有する、フレーム２６の一面上に形成された切込み２５内に固定されるためのものである。
【００３１】
支持板２１を設けるフレーム２６は、図面には示されていない超音波振動発生手段によって励起されたソノトロード２８の振動表面２７を覆う。振動板２７は、支持板２１の正面に配置され、羽根の翼４の外端からわずかな距離に置かれる。振動板２７は、フレーム２６の内壁３０と支持板２１の面２４によって画定されるエンクロージャ２９の活性壁面を構成する。
【００３２】
羽根１の冷却用空気の通過孔１２のより大きな直径、通常０．８〜５ｍｍの直径を有する球３１は、エンクロージャ２９内に入れられる。フレーム２６の内壁３０と振動板２７の周囲との間に存在する間隙は、球の直径より小さい。このようにして、球３１は、エンクロージャ２９から逃げることができなくなる。
【００３３】
振動板が超音波振動を受けると、エンクロージャ２９内に球の霧が生成される。球３１は、フレーム２６の内壁３０と支持板２１の面２４に跳ね返る。こうして、羽根１の外端ゾーン１３の壁面には、複数の球がぶつかる。
【００３４】
超音波の周波数と、ソノトロード２８の振動板２７とフレーム２６の寸法と、音響エネルギーとは、羽根の先端ゾーン１３が、非常に短いショット時間内に均等にショットピーニングされるように、計算される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターボジェットエンジンのタービンの冷却された羽根の斜視図である。
【図２】本発明による方法の実施のための羽根の支持装置の上面図である。
【図３】ソノトロードの活性表面を覆う羽根の支持装置の、図２のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】２つの羽根が取付けられた支持板の斜視図である。
【符号の説明】
１  羽根
２  脚
３  基台
４  翼
５  前縁
６  後縁
７  下面
７ａ、８ａ  外端
８  上面
９  壁面
１０  キャビティ
１１  脚内の孔
１２  冷却用空気通過孔
１３  外端ゾーン
２０  装置
２１  支持板
２２  孔
２３  支承部
２４  面
２５  切込み
２６  フレーム
２７  振動表面、振動板
２８  ソノトロード
２９  エンクロージャ
３０  内壁
３１  球
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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