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Hiermit in Beziehung stehende
Patentanmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beschäftigt sich mit
dem hiermit in Beziehung stehenden Gegenstand der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr.
08/319,346 (US-A-5,492,447) mit der Bezeichnung "Laser Shock Peened Rotor Components
For Turbomachinery",
eingereicht am 6. Oktober 1994, übertragen
auf die vorliegende Rechtsnachfolgerin.
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Die vorliegende Anmeldung beschäftigt sich auch
mit dem hiermit in Beziehung stehenden Gegenstand der gleichzeitig
anhängigen
US-Patentanmeldung Nr. 08/362,362 (US-A-5,756,965) mit der Bezeichnung "Laser Shock Peening
On The Fly", eingereicht
am 16. Dezember 1994, übertragen
auf die vorliegende Rechtsnachfolgerin und mit einem Erfinder, der
mit der vorliegenden Anmeldung gemeinsam ist.
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerks-Rotorschaufeln und
insbesondere auf Vorderkanten mit lokalisierten restlichen Druckbeanspruchungen,
die durch Laserstoßhämmern erteilt sind.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Gasturbinentriebwerke und insbesondere Flugzeug-Gasturbinentriebwerks-Rotoren
arbeiten bei hohen Drehzahlen, die hohe Zug- und Schwingungsbeanspruchungsfelder
innerhalb der Schaufel erzeugen und die Bläserschaufeln gegenüber Fremdobjektbeschädigung (FOD
von Foreign Object Damage) empfindlich machen. Schwingungen werden auch
durch Schaufelschleppen und Einlassdruckverzerrungen und auch durch
andere aerodynamische Erscheinungen hervorgerufen. Diese FOD bewirkt Einkerbungen
und Tränen
und somit Beanspruchungskonzentrationen in Vorder- und Hinterkanten von
stromlinienförmigen
Abschnitten der Bläserschaufeln.
Diese Einkerbungen und Tränen
werden die Quelle von hohen Beanspruchungskonzentrationen oder Beanspruchungssteigerern
und begrenzen in ernsthafter Weise die Lebensdauer dieser Schaufeln
aufgrund von Kurzzeitermüdung
(HCF High Cycle Fatique) durch Schwingungsbeanspruchungen. FOD Beschädigung kann
auch einen Verlust des Triebwerkes zur Folge haben aufgrund einer
Loslösung
von einer fehlerhaften Schaufel. Es ist auch teuer, Bläser- bzw.
Fanschaufeln auszubessern und/oder auszutauschen, und deshalb ist
jedes Mittel zum Verbessern der Rotor-Leistungsfähigkeit und insbesondere zum
Verlängern
der Lebensdauer von einer Bläserschaufel
von einem Flugzeug-Triebwerk sehr wünschenswert. Die vorliegende
Lösung
für das Problem
zum Verlängern
der Lebensdauer von Bläserschaufeln
besteht darin, angemessene Grenzen durch Senken der Beanspruchungswerte
festzulegen, um Konzentrationsgrenzen der Beanspruchung auf die
Kanten des stromlinienförmigen
Abschnittes Rechnung zu tragen. Dies wird üblicherweise dadurch getan,
dass die Dicken lokal entlang der Vorderkante des stromlinienförmigen Abschnittes
vergrößert werden,
was unerwünschtes
Gewicht zu der Bläserschaufel
hinzufügt
und ihr aerodynamisches Leistungsvermögen nachteilig beeinflusst.
Eine andere Methode besteht darin, die dynamischen Vorgänge der
Schaufel durch Verwendung von Schaufeldämpfern zu beeinflussen. Dämpfer sind
teuer und schützen
möglicherweise
die Schaufeln nicht vor sehr starker FOD. Diese konstruktiven Ausgestaltungen
sind teuer und verringern offensichtlich die Zufriedenheit des Kunden.
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Es ist deshalb höchst wünschenswert, länger lebende
Bläserschaufeln
auszugestalten und zu konstruieren, die besser in der Lage sind,
sowohl Langzeit- als auch Kurzzeitermüdung zu widerstehen, die in
Bläserschaufeln
vorhanden ist. Die vorliegende Erfindung ist auf diesen Zweck gerichtet
und stellt eine Bläserschaufel
mit Bereichen von tiefen restlichen Druckbeanspruchungen bereit,
die durch Lasershockhämmern
von Vorder- und Hinterkantenflächen
der Bläserschaufel
erteilt werden.
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Der Bereich von tiefen restlichen
Druckbeanspruchungen, die durch Laserstoßhämmern gemäß der vorliegenden Erfindung
erteilt werden, ist nicht zu verwechseln mit einer Oberflächenschichtzone
von einem Werkstück,
das lokal begrenzte restliche Druckbeanspruchungen enthält, die
durch einen Härtungsvorgang
unter Verwendung eines Laserstrahls hervorrufen sind, um das Werkstück lokal
zu erwärmen
und dadurch zu härten,
wie es in der US-Patentschrift 5,235,838 mit der Bezeichnung "Method and apparatus
for truing or straightening out of true work pieces" beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung verwendet viele Strahlungspulse aus gepulsten Hochleistungslasern,
um Stoßwellen
auf der Oberfläche
von einem Werkstück
zu erzeugen, ähnlich
den Verfahren, die in dem US-Patent 3,850,698 mit der Bezeichnung "Altering Material
Properties"; US-Patent
4,401,477 mit dem Titel "Laser
shock processing";
und US-Patent 5,131,957 mit dem Titel "Material Properties" beschrieben ist. Laserstoßhämmern, wie
es in der Technik verstanden und wie es hier verwendet wird, bedeutet
die Verwendung eines Laserstrahls aus einer Laserstrahlquelle, um
eine starke lokalisierte Druckkraft auf einem Abschnitt von einer Oberfläche zu erzeugen.
Laserstoßhämmern ist dazu
verwendet worden, eine durch Druck beanspruchte Schutzschicht an
der äußeren Oberfläche von
einem Werkstück
hervorzurufen, was bekanntlich die Widerstandsfähigkeit des Werkstückes gegen Ermüdungsbruch
beträchtlich
vergrößert, wie
es in dem US-Patent 4,937,421 mit dem Titel "Laser Peening System and Method" beschrieben ist. EP-A-74918
beschreibt Stoßhämmern von
dem Körper
und den Rändern
von einem stromlinienförmigen Abschnitt,
um Druckbeanspruchungen zu erzeugen. Der Stand der Technik gibt
jedoch keine Bläserschaufel-Vorderkanten
von dem Typ an, der durch das vorliegende Patent beansprucht wird,
noch werden die Verfahren angegeben, wie diese zu erzeugen sind.
Es ist jedoch dieser Zweck, auf den die vorliegende Erfindung gerichtet
ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
eine Gasturbinentriebwerks-Bläserschaufel
bereit, die wenigstens eine laserstoßgehämmerte Oberfläche entlang den
Vorder- und/oder Hinterkanten von der Schaufel und einen Bereich
mit tiefen restlichen Druckbeanspruchungen aufweist, die durch Laserstoßhämmern (LSP
von Laser Shock Peening) erteilt sind und sich von der laserstoßgehämmerten
Oberfläche
in die Schaufel hinein erstrecken. Vor zugsweise hat die Schaufel
laserstoßgehämmerte Oberflächen auf
sowohl ihren Saug- als auch Druckseiten, wobei beide Seiten gleichzeitig
laserstoßgehämmert wurden.
Die vorliegende Erfindung kann für
neue oder gebrauchte und reparierte Bläserschaufeln verwendet werden.
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Vorteile
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Zu den Vorteilen, die durch die vorliegende Erfindung
geliefert werden, gehört
die verbesserte Fähigkeit,
Gasturbinen-Triebwerksschaufeln sicher zu bauen, die dafür ausgestaltet
sind, in hohen Zug- und Schwingungsbeanspruchungsfeldern zu arbeiten,
die Ermüdungsbruch
aufgrund von Einkerbungen und Tränen
in den Vorder- und Hinterkanten von der Bläserschaufel besser widerstehen
können
und die eine verlängerte
Lebensdauer gegenüber
konventionell konstruierten Bläserschaufeln
haben. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin,
dass Bläserschaufeln
mit kommerziell akzeptablen Lebensdauerspannen konstruiert werden
können,
ohne dass die Dicken entlang den Vorder- und Hinterkanten vergrößert werden
müssen,
wie es üblicherweise
getan wird, wodurch unerwünschtes
Gewicht auf der Schaufel vermieden wird. Ein weiterer Vorteil des
Konstruierens von Bläserschaufeln
ohne Vergrößern der
Dicken entlang den Vorder- und Hinterkanten ist das verbesserte
aerodynamische Leistungsvermögen
von dem stromlinienförmigen
Abschnitt, das für
Schaufeln mit dünneren
Vorder- und Hinterkanten erzielbar ist. Die vorliegende Erfindung macht
es möglich,
neue und ausgebesserte Bläserschaufeln
mit verbessertem Leistungsvermögen
bereitzustellen, und insbesondere verlängert sie die Lebensdauer der
Bläserschaufel,
um die Anzahl von Ausbesserungen und/oder Auswechselungen der Schaufeln
zu verkleinern. Die vorliegende Erfindung gestattet auch, dass Bläserschaufeln
für Flugzeug-Triebwerke mit angemessenen
Grenzen gestaltet werden können,
indem das Widerstandsvermögen
gegen Schwingungsbeanspruchungen vergrößert wird, um FOD oder anderer
Fanschaufelbeschädigung
Rechnung zu tragen, ohne den Bereich entlang den Vorderkanten kräftiger zu
machen, was das Gewicht von der Bläserschaufel und des Triebwerkes vergrößert. Die
vorliegende Erfindung kann mit Vorteil verwendet werden, um bestehende
Bläserschaufeln
auszu bessern, um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb von älteren Gasturbinentriebwerks-Bläserschaufeln
zu gewährleisten,
während
teure Umbaubemühungen
oder häufiger
Austausch von fragwürdigen
Bläserschaufeln
vermieden wird, was zur Zeit häufig
getan wird oder notwendig ist.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die vorgenannten Aspekte und andere
Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen erläutert,
wobei:
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1 eine
Querschnittsdarstellung von einem Beispiel eines Flugzeug-Gasturbinentriebwerkes
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Darstellung von einem Beispiel einer Flugzeug-Gasturbinentriebwerks-Bläserschaufel
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2A eine
perspektivische Darstellung von einer anderen Flugzeug-Gasturbinentriebwerks-Bläserschaufel
ist, die einen laserstoßgehämmerten,
radial verlaufenden Abschnitt von der Vorderkante gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist;
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3 eine
Querschnittsdarstellung durch die Bläserschaufel entlang der Linie 3–3 ist,
wie sie in 2 gezeigt
ist;
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4 eine
schematische Darstellung von einem Muster, von laserstoßgehämmerten
kreisförmigen
Flecken auf einer laserstoßgehämmerten
Oberfläche
entlang einer Vorderkante von der Bläserschaufel gemäß 2 ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In 1 ist
eine schematische Darstellung von einem Beispiel von einem Flugzeug-Turbofan-Gasturbinentriebwerk 10 dargestellt,
das eine Fan- bzw. Bläserschaufel 8 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufweist. Das Gasturbinentriebwerk 10 ist
in Umfangsrichtung um eine Triebwerks-Mittellinie 11 herum
angeordnet und hat, in einer Reihenströmung, einen Bläserabschnitt 12, einen
Hochdruck-Verdichter 16, einen Verbrennungsabschnitt 18,
eine Hochdruck-Turbine 20 und eine Niederdruck-Turbine 22.
Der Verbrennungsabschnitt 18, die Hochdruck-Turbine 20 und
die Niederdruck-Turbine 22 werden häufig als der heiße Abschnitt
von dem Triebwerk 10 bezeichnet. Eine Hochdruck-Rotorwelle 24 verbindet,
in einer Antriebsrelation, die Hochdruck-Turbine 20 mit
dem Hochdruck-Verdichter 16, und eine Niederdruck-Rotorwelle 26 verbindet
antriebsmäßig die
Niederdruck-Turbine 22 mit dem Bläserabschnitt 12. In
dem Verbrennungsabschnitt 18 wird Brennstoff verbrannt,
wodurch eine sehr heiße
Gasströmung 28 erzeugt
wird, die durch die Hochdruck- und Niederdruck-Turbinen 20 bzw. 22 gerichtet
wird, um das Triebwerk 10 anzutreiben. Ein Teil von der
Luft, die durch den Bläserabschnitt 12 strömt, wird
um den Hochdruck-Verdichter 16 und den heißen Abschnitt
durch einen Bypass-Kanal 30 herumgeleitet, der eine Einströmung oder
einen Teiler (Splitter) 32 zwischen dem Bläserabschnitt 12 und
dem Hochdruck-Verdichter 16 aufweist. Viele Triebwerke
haben einen Hochdruck-Verdichter (nicht gezeigt), der auf der Niederdruck-Rotorwelle 26 zwischen
dem Splitter 32 und dem Hochdruck-Verdichter 16 angebracht
ist. Der Bläserabschnitt 12 ist
ein vielstufiger Bläserabschnitt,
wie es bei vielen Gasturbinentriebwerken der Fall ist, der durch
erste, zweite und dritte Bläserstufen 12a, 12b bzw. 12c dargestellt ist.
Die Bläserschaufel 8 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist so ausgestaltet, dass sie in einem einstufigen Bläserabschnitt
oder in irgendeiner Stufe von einem vielstufigen Bläserabschnitt
verwendet werden kann.
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Gemäß den 2 und 3 enthält die Bläserschaufel 8 einen
stromlinienförmigen
Abschnitt 34, der sich von einer Schaufelplattform 36 radial
nach außen
zu einer Schaufelspitze 38 erstreckt. Die Bläserschaufel 8 enthält einen
Fußabschnitt 40,
der sich von der Plattform 36 radial nach innen zu einem
radial inneren Ende 37 von dem Fußabschnitt 40 erstreckt.
An dem radial inneren Ende 37 von dem Fußabschnitt 40 befindet
sich ein Schaufelfuß 42,
der durch einen Schaufelschaft 44 mit der Plattform 36 verbunden
ist. Der stromlinienförmige
Abschnitt 34 erstreckt sich in der Sehnenrichtung zwischen
einer Vorderkante LE und einer Hinterkante TE von
dem stromlinienförmigen
Abschnitt. Eine Sehne C von dem stromlinienförmigen Abschnitt 34 ist
die Linie zwischen der Vorderkante LE und der Hinterkante
TE an jedem Querschnitt von der Schaufel, wie es in 3 dargestellt ist. Eine Druckseite 46 von
dem stromlinienförmigen
Abschnitt 34 ist in der allgemeinen Drehrichtung gerichtet,
wie es durch den Pfeil angegeben ist, und eine Saugseite 48 befindet
sich auf der anderen Seite von dem stromlinienförmigen Abschnitt und hat eine
Mittellinie ML, die im allgemeinen in der Mitte zwischen
den zwei Flächen
in der Sehnenrichtung angeordnet ist.
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Gemäß 2 hat die Bläserschaufel 8 einen Vorderkantenahschnitt 50,
der sich entlang der Vorderkante LE des stromlinienförmigen Abschnittes 34 von
der Schaufelplattform 36 zur Schaufelspitze 38 erstreckt.
Der Vorderkantenabschnitt 50 weist eine vorbestimmte erste
Breite W1 auf, so dass der Vorderkantenabschnitt Einkerbungen 52 und
Tränen
einschließt,
die entlang der Vorderkante des stromlinienförmigen Abschnittes 34 auftreten
können.
Der stromlinienförmige
Abschnitt 34 ist einem signifikanten Zugspannungsfeld aufgrund
der Zentrifugalkräfte ausgesetzt,
die durch die Bläserschaufel 8 erzeugt werden,
die während
des Triebwerksbetriebes umläuft.
Der stromlinienförmige
Abschnitt 34 ist auch Schwingungen ausgesetzt, die während des
Triebwerksbetriebes erzeugt werden, und die Einkerbungen 52 und
Tränen
arbeiten als Kurzzeitermüdungs-Spannungsvergrößerer, die
zusätzliche
Beanspruchungskonzentrationen um sie herum erzeugen.
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Um einem Ermüdungsfehler von Abschnitten der
Schaufel entlang möglichen
Risslinien entgegenzuwirken, die sich von den Einkerbungen und Tränen entwickeln
und von diesen ausgehen können,
haben bevorzugt eine und bevorzugt sowohl die Druckseite 46 als
auch die Saugseite 48 wenigstens eine laserstoßgehämmerte Oberfläche 54 und
einen vorbestimmten Bereich 56, die tiefe restliche Druckbeanspruchungen
haben, die durch Laserstoßhämmern (LSP
von Laser Shock Peening) erteilt sind und die sich von der laserstoßgehämmerten
Oberfläche
in den stromlinienförmigen
Abschnitt 34 hinein erstrecken, wie es in 3 zu sehen ist. Vorzugsweise hat der
stromlinienförmige
Abschnitt zwei laserstoßgehämmerte Flächen 54 entlang
der Vorderkante LE, und die vorbeanspruchten Bereiche 56 haben
die gleiche Ausdehnung wie der Vorderkantenabschnitt 50 in
der Sehnenrichtung bis zur vollen Ausdehnung der Breite W1 und
sind tief genug in den stromlinienförmigen Abschnitt 34 hinein,
um für
wenigstens einen Teil der Breite W1 zusammenzufließen. Die
vorbeanspruchten Bereiche 56 sind in gleicher Ausdehnung
mit dem Vorderkantenabschnitt 50 in der radialen Richtung
entlang der Vorderkante LE gezeigt, aber sie können auch kürzer sein. Die gesamten laserstoßgehämmerten
Flächen 54 sind
durch überlappende,
laserstoßgehämmerte,
kreisförmige
Flecken 58 gebildet.
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2A stellt
die Erfindung für
vorbeanspruchte Bereiche 56 auf einer Teillänge der
Vorderkante dar, die sich über
eine Länge L1 auf
der laserstoßgehämmerten
Oberfläche
von der Vorderkante LE erstrecken, die im allgemeinen um
eine vorbestimmte Nodallinie 59 zentriert ist, die die
Vorderkante LE schneidet. Vorzugsweise ist die Nodallinie 59 eine
von dominierenden Fehlermodi aufgrund von Schwingungsbeanspruchung.
Diese Beanspruchung kann aufgrund von Anregungen der Schaufel im
Biege- und Torsionsbiegemodus auftreten. Der dominierende Fehlermodus
muss nicht immer der maximale Beanspruchungsmodus sein, sondern
kann auch ein kleinerer Beanspruchungsmodus oder eine Kombination
von Modi sein, die für
längere
Zeiten über
dem Triebwerksbetrieb bestehen. Beispielsweise besteht die in 2A dargestellte vorbestimmte Nodallinie 59 aufgrund
eines ersten Biegemodus. Eine Einkerbung 52, die in diesem
Bereich der Vorderkante LE angeordnet ist, bildet die größte Gefahr
für ein
Versagen der Schaufel bei Resonanz in diesem Modus. Weiterhin beispielsweise
kann sich die laserstoßgehämmerte Oberflächenlänge L1 der
vorbeanspruchten Bereiche 56 an der Vorderkanten-Teillänge entlang
der Vorderkante LE über
etwa 20% der Bläserschaufellänge von
der Spitze 38 bis zur Plattform 36 erstrecken.
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Die vorliegende Erfindung umfasst
eine Bläserschaufelkonstruktion,
bei der nur die Hinterkante TE laserstoßgehämmerte Flächen 54 auf einem
Hinterkantenabschnitt 70 mit einer zweiten Breite W2 und
entlang der Hinterkante TE hat. Die zugeordneten vorbeanspruchten
Bereiche 56 haben tiefe restliche Druckbeanspruchungen,
die durch Laserstoßhämmern (LSP)in
dem stromlinienförmigen
Abschnitt 34 von den laserstoßgehämmerten Flächen 54 auf dem Hinterkantenabschnitt 70 erteilt
sind. Wenigstens eine und vorzugsweise sowohl die Druckseite 46 als
auch die Saugseite 48 haben eine laserstoßgehämmerte Fläche 54 und
einen vorbeanspruchten Bereich 56 mit tiefen restlichen
Druckbeanspruchungen, die durch Laserstoßhämmern (LSP) erteilt
sind, die sich von den laserstoßgehämmerten
Flächen
auf einem Hinterkantenabschnitt entlang der Hinterkante TE in
den stromlinienförmigen
Abschnitt 34 hinein erstrecken. Vorzugsweise haben die
vorbeanspruchten Druckbereiche 56 die gleiche Ausdehnung
mit dem Vorderkantenabschnitt 50 in der Sehnenrichtung
bis zur vollen Ausdehnung der Breite W2 und sie sind tief genug
in den stromlinienförmigen
Abschnitt 34 hinein, um für wenigstens einen Teil der
Breite W2 zusammenzufließen. Die vorbeanspruchten Druckbereiche 56 sind
in gleicher Ausdehnung mit dem Vorderkantenabschnitt 50 in
der radialen Richtung entlang der Hinterkante TE gezeigt,
aber sie können
kürzer
sein, und erstrekken sich von der Spitze 38 ein Stück entlang
der Hinterkante TE in Richtung auf die Plattform 36.
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Die durch Laserstrahlstoß hervorgerufenen tiefen
restlichen Druckbeanspruchungen in den durch Druck vorbeanspruchten
Bereichen 56 betragen im allgemeinen etwa 345–1034 MPa
(50–150 KPSI
von Kilo Pounds pro Quadratzoll), die sich von den laserstoßgehämmerten
Flächen 54 bis
zu einer Tiefe von etwa 0,508-1,27
mm (20–50
mils) in die durch Laserstoß hervorgerufenen,
durch restlichen Druck beanspruchte Bereiche 56 hinein
erstrekken. Die durch Laserstrahlstoß hervorgerufenen tiefen restlichen
Druckbeanspruchungen werden durch wiederholtes Zünden eines Hochenergie-Laserstrahls
erzeugt, der ± wenige
Mils in Bezug auf die Oberfläche 54 defokussiert
ist, die mit einem Anstrich überdeckt
ist. Der Laserstrahl hat üblicherweise
eine Spitzenleistungsdichte in der Größenordnung von einem Gigawatt/cm2 und wird durch einen Vorhang von fließendem Wasser
gezündet,
das über
die bestrichene Oberfläche 54 geleitet
wird. Der Anstrich wird ablatiert und erzeugt Plasma, was Stoßwellen
auf die Oberflächen
des Materials zur Folge hat. Diese Stoßwellen werden umgeleitet in
Richtung auf die mit einem Anstrich versehene Oberfläche durch
den Vorhang von strömendem
Wasser, um wandernde Stoßwellen
(Druckwellen) in dem Material unter der bestrichenen Oberfläche zu erzeugen.
Die Amplitude und Größe dieser
Stoßwellen
bestimmen die Tiefe und Intensität
von Druckbeanspruchungen. Der Anstrich wird verwendet, um die Zielfläche zu schützen und auch
Plasma zu erzeugen. Abgetragenes Anstrichmaterial wird durch den
Vorhang von strömendem Wasser
ausgewaschen.
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In der oben angegebenen US-Patentanmeldung
Nr. 08/362, 362 (US-A-5756565) mit der Bezeichnung "Laser Shock Peening
On The Fly" ist
Information gegeben über "fliegendes" oder "on the fly" Laserstoßhämmern. Der
Laser kann sequentiell "on the
fly" gezündet werden,
wie es in 4 dargestellt ist,
um ein Muster von nicht benachbarten Mittelpunkten X entlang einer
Reihenmittellinie 62 von laserstoßgehämmerten kreisförmigen Flekken 58 (angegeben
durch die Kreise) zu treffen, die einen Durchmesser D in
einer Reihe 64 von überlappenden
laserstoßgehämmerten
kreisförmigen
Flecken haben. Das Muster kann aus vielen sich überlappenden Reihen 64 von
sich überlappenden
laserstoßgehämmerten
kreisförmigen
Flecken auf den laserstoßgehämmerten
Oberflächen 54 bestehen.
Eine erste Überlappung
befindet sich zwischen benachbarten laserstoßgehämmerten kreisförmigen Flecken 58 in
einer gegebenen Reihe und ist im allgemeinen durch eine erste Versetzung 01 zwischen
Mittelpunkten X von benachbarten laserstoßgehämmerten kreisförmigen Flecken 58 definiert
und kann von etwa 30%–50% oder
mehr von dem Durchmesser D variieren. Eine zweite Überlappung
befindet sich zwischen benachbarten laserstoßgehämmerten kreisförmigen Flecken 58 in
benachbarten Reihen und ist im allgemeinen durch eine zweite Versetzung 02 zwischen
benachbarten Reihenmittellinien 62 definiert und
kann von etwa 30%–50%
von dem Durchmesser D in Abhängigkeit
von den Anwendungen und der Stärke
oder dem Fluss des Laserstrahls variieren. Eine dritte Überlappung
in der Form von einer linearen Versetzung 03 befindet sich
zwischen Mittelpunkten X von benachbarten laserstoßgehämmerten
kreisförmigen Flekken 58 in
benachbarten Reihen 64 und kann von etwa 30%–50% von
dem Durchmesser D in Abhängigkeit
von einer bestimmten Anwendung variieren.
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Dieses Verfahren ist so ausgestaltet,
dass nur unverbrauchter oder nahezu unverbrauchter Anstrich wegablatiert
wird ohne irgendeinen merklichen Effekt oder eine Beschädigung auf
der Oberfläche des
stromlinienförmigen
Abschnittes. Dies soll selbst kleinere Fehler oder Rückschmelzstellen
durch den Laser verhindern, die anderenfalls unerwünschte aerodynamische
Effekte auf den Schaufelbetrieb haben könnten. Es können mehrere Sequenzen erforderlich sein,
um das gesamte Muster zu überdecken
und zwischen jeder Sequenz von Laserzündungen wird ein Neuanstrich
der laserstoßgehämmerten
Oberflächen 54 vorgenommen.
Die Laserzündung
von jeder Sequenz hat viele Laserzündungen oder Pulse mit einer
Periode zwischen den Zündungen,
die häufig
als eine "Rep" bezeichnet wird.
Während
der Rep wird das Teil so bewegt, dass der nächste Puls an der Stelle von
dem nächsten
laserstoßgehämmerten kreisförmigen Flecken 58 auftritt.
Vorzugsweise wird das Teil kontinuierlich bewegt und zeitlich so
gesteuert, dass es sich beim nächsten
Puls oder Zündung des
Laserstrahls an der entsprechenden Stelle befindet. Es können eine
oder mehr Reps bzw. Wiederholungen von jeder Sequenz verwendet werden,
um jeden laserstoßgehämmerten
kreisförmigen
Flecken 58 mehr als ein Mal zu treffen. Dies gestattet
auch, dass weniger Laserenergie bei jeder Zündung oder jedem Laserpuls
verwendet werden kann.
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Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung
ist eine Bläserschaufel 8 mit
einem stromlinienförmigen Abschnitt,
der etwa 27,9 cm (11 Zoll) lang ist, eine Sehne von etwa 8,9 cm
(3,5 Zoll) hat und deren laserstoßgehämmerten Oberflächen 54 entlang
der Vorderkante LE etwa 5 cm (2 Zoll) lang sind. Die laserstoßgehämmerten
Oberflächen 54 sind
etwa 1,27 cm (0,5 Zoll) breit (W1). Eine erste Reihe 64 von
laserstoßgehämmerten
kreisförmigen
Flecken 58, die der Vorderkante LE am nähesten gelegen ist, erstreckt sich über die
Vorderkante mit etwa 20% von dem Laserfleckendurchmesser D, was
etwa 0,69 cm (0,27 Zoll) bedeutet und erteilt somit tiefe restliche
Druckbeanspruchungen in dem vorbeanspruchten Bereich 56 unter
den laserstoßgehämmerten
Oberflächen 54, die
sich etwa 1,37 cm (0,54 Zoll) von der Vorderkante erstrecken. Es
werden vier Sequenzen von kontinuierlichen Laserzündungen
und Schaufelbewegung verwendet. Die Zündungen zwischen Reps des Lasers
werden an Flecken 58 gemacht, die auf ungeschmolzenen angestrichenen
Oberflächen
liegen, was einen Neuanstrich zwischen den jeweiligen Sequenzen
erfordert. Jeder Flecken 58 wird drei Mal getroffen, und
deshalb werden drei Sätze
von vier Sequenzen für
eine Gesamtzahl von zwölf
Anstrichen und Neuanstrichen der laserstoßgehämmerten Oberfläche 54 verwendet.
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Eine Alternative zum Anstreichen
und Neuanstreichen besteht darin, überhaupt keinen Anstrich zu
verwenden und das oben genannte Plasma mit Metalllegierung auf der
Oberfläche
von dem stromlinienförmigen
Abschnitt zu bilden. Nachdem der Laserstoßhämmerprozess ausgeführt ist,
kann die laserstoßgehämmerte Oberfläche bis
zu einer ausreichenden Tiefe entfernt werden, um die Rückschmelze
zu beseitigen, die sich auf der Oberfläche bildet und den Betrieb
der stromlinienförmigen
Abschnitte stören
könnte.
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Bezug nehmend auf 3 enthält die vorliegende Erfindung
eine Konstruktion der Bläserschaufel 8,
wobei entweder Abschnitte der Vorderkante LE oder Abschnitte der
Hinterkante TE oder sowohl Abschnitte der Vorderkante LE als auch
Abschnitte der Hinterkante TE laserstoßgehämmerte Oberflächen 54 und
zugeordnete vorbeanspruchte Bereiche 56 mit tiefen restlichen
Druckbeanspruchungen haben, die durch Laserstoßhämmern (LSP) erteilt
sind, wie es oben beschrieben ist. Die laserstoßgehämmerte Oberfläche und
der zugeordnete vorbeanspruchte Bereich auf dem Abschnitt der Hinterkante TE ist
in ähnlicher
Weise aufgebaut wie der Abschnitt der Vorderkante LE, der
oben beschrieben ist. Einkerbungen auf der Vorderkante LE sind
in der Tendenz größer als
Einkerbungen auf der Hinterkante TE, und deshalb kann die
erste Breite W1 von dem Vorderkantenabschnitt 50 größer sein
als die zweite Breite W2 von dem Hinterkantenabschnitt 70.
Beispielsweise kann W1 etwa 1,27 cm (0,5 Zoll) betragen
und W2 kann etwa 0,635 cm (0,25 Zoll) betragen.
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Es wurde zwar das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung vollständig beschrieben, um ihre Prinzipien
zu erläutern,
es ist aber verständlich,
dass verschiedene Modifikationen oder Abänderungen an dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
vorgenommen werden können,
ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den
beigefügten
Ansprüchen
angegeben ist.