JP2004138068A - 圧縮機エーロフォイルを原位置において修復するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　本発明は、エーロフォイルブレードを原位置において測定し、検査し、及び修復するためのコンピュータ制御された機械式操作装置に関する。
【解決手段】　本装置は、圧縮機の入口に取付けられた軌道（１８）を含む。操作装置（２０）が、軌道の周りで移動するように装着され、３つのモジュール（３２、４０、５０）を支持しており、そのうちの最後のモジュールには、工具ヘッドが装着される。測定ヘッド（１９２）が、エーロフォイル表面の位置を測定する。第３のモジュール（５０）上に装着された研磨工具（７２）が、エーロフォイルから表面材料を除去する。その後、ショットピーニング装置（１４０、１６０）を使用して、ショットを埋め込んだフラッパ又は自由ショットを研磨された表面に衝突させて該表面を強化する。第３のモジュール上に装着されたライト及びカメラヘッド（２００）により、最終的な検査が行われる。
【選択図】　　　図１

Description

　本発明は、タービンの損傷したエーロフォイルの自動修復に関し、より具体的には、エーロフォイルブレードを原位置において測定し、検査し、かつ修復するためのコンピュータ制御された機械式操作装置に関する。

　ガスタービンのエーロフォイルのような機械部品は、使用中又は取付け作業中に損傷することがある。例えば、損傷の１つのタイプであるブレード腐食は、特に回転ブレードの前縁部分周辺で生じる。圧縮機ケーシング及び外枠を取外す必要がある手作業の修復方法は、費用がかかり時間がかかる工程である。エーロフォイルを修復する目的で、研削工具及びサンディング工具のような手持式工具を使用する方法が開発され利用されているが、手作業による修復の品質は、この作業を行う作業者の技量と注意力に依存する。これらの修復作業においては、作業工程の一貫性は保証されない。これに加えて、タービン部品を分解しかつ再組立てするのに少なからぬ時間と費用とを要する。

　本発明の好ましい実施形態によると、タービンエーロフォイルの原位置での自動修復を可能にする装置及び方法が提供される。全般的に言えば、本装置は、修復に先立つエーロフォイルの検査及び測定と、典型的にはエーロフォイルの前縁に沿った該エーロフォイルの損傷した表面の除去と、最適に強化された所望の表面形状への該エーロフォイルの修復とを可能にする。具体的には、本装置は、圧縮機入口の内径に装着された円弧状軌道と、この軌道の周りでほぼ円周方向に移動する操作装置とを含む。取換え可能な工具が、操作装置に装着され、かつ直交する３つの軸線に沿って操作装置に対して移動するように、つまり軌道に対してほぼ接線方向に、またほぼ半径方向に、また圧縮機の回転軸線と平行な軸線に沿ったすなわち圧縮機に出入りする運動の方向に移動するように、該操作装置により支持される。このように構成された結果、工具の作業部分すなわち作業ヘッドは、選択したエーロフォイルに隣接して位置決めされることができる。工具には、それに限定するわけではないが、測定工具、研削又は研磨工具、フラッパピーニング工具、及びエーロフォイル表面を視覚的に検査するためのカメラが含まれる。

　より具体的には、親ねじによりＸ、Ｙ、及びＺ座標軸方向へ駆動される第１と第２と第３のモジュールが操作装置に装着される。作業ヘッドの位置が常に分るように、これらの親ねじは、サーボモータにより制御される。操作装置と様々なモジュールとは、例えば手動操作用のジョイスティックを使用して、或いは自動化パターンで指定された反復可能な方式で作業ヘッドを移動させることを可能にする運動制御ソフトウエアを使用して、コントローラを介して制御ステーションから遠隔的に駆動される。運動制御装置は、作業ヘッド位置を連続的にフィードバックされる。操作装置を所望の位置に固定するために安定ラムにより操作装置と圧縮機入口の外側ケーシングとを相互結合させて、選択したエーロフォイルを修復するのための安定したプラットフォームを形成することができる。

　本発明の装置を使用する際には、測定工具が第３のモジュール上に装着されるが、該測定工具は、操作装置から選択したエーロフォイルの前縁輪郭のような可変位置までの距離を記録するための、線形可変差動変換器、電子式線形エンコーダ、又はこれらと同様な装置を含むことができる。測定工具を使用して操作装置に対するエーロフォイルの位置をマッピングしかつ記録することにより、研削又は研磨工具のような別の作業工具を測定工具の代わりに第３のモジュール上に装着し、該工具を非回転すなわち固定の入口羽根を通り抜けて圧縮機入口内に挿入して、選択したエーロフォイルの表面を研削又は研磨し、該エーロフォイルから所定量の材料を除去することができる。例えば、選択したエーロフォイルの前縁は、腐食又はその他の損傷を受けた一定量の材料を除去するように研削又は研磨されることができる。工具の作業ヘッドは、典型的には損傷したエーロフォイル前縁及び該エーロフォイル前縁に隣接したエーロフォイル両側面に沿った該選択したエーロフォイル部分の所望の輪郭に追随する。例えば、ブレンディング工具は、固定部分と該固定部分に関節式に連接された部分とを有する工具上に取付けられた研磨ベルトを含むことができる。この研磨ベルトは、前縁の両側面に沿って及び前縁に沿って連接部分が様々な角度で位置決めされてエーロフォイル表面から損傷した材料を研磨することができるように、２つの部分間にかけ渡される。連接部分は、ベルトがブレードに沿って移動させられる時にエーロフォイルに対してほぼ一定の力が加わる状態に該ベルトを維持する。エーロフォイルのフィレット区域つまり根元半径において材料を除去するために、別のタイプの工具が使用される。この工具もまた、固定部分と該固定部分に対して同様に関節式に連接された部分とを含み、エーロフォイルに対してほぼ一定の力を加えることができる。小さな円筒形の研磨材被覆した作業ヘッドが、その向きがエーロフォイルのフィレット区域とほぼ整列するように、連接部分上に装着されることができる。このフィレット区域工具もまた、ガイドが所定量を超える材料がブレードから除去されるのを防止する状態で、第３のモジュール上に装着されることになる。

　次に修復された表面が、例えば操作装置により支持された第３のモジュール上にカメラを装着することにより又は手持式カメラを用いて該カメラを圧縮機の第１段内に挿入して修復された表面を観察することにより、検査される。表面が正しく修復されている場合には、次に該表面はショットピーニングにより強化される。これを達成するために、研磨工具又はフィレット区域工具は第３のモジュールから取外され、捕捉型ショットピーニング用フラッパを備えた工具で置き換えられる。これとは別に、フィレット区域工具は、円筒形研磨作業ヘッドを取外しフラッパピーニング作業ヘッドで置き換えることができるように、構成されることができる。フラッパ自体は購入可能であって、織布タイプの材料のような矩形状の可撓性材料内に埋め込まれるか又は固定された複数のスチールショットを含む。フラッパ作業ヘッドは、中心軸線の周りで回転し、フラッパが回転する時にフラッパにより担持されたスチールショットがエーロフォイル表面に周期的に衝突するように、フラッパピーニング工具内に装着される。エーロフォイル表面に対するスチールショットの衝突は、該表面内に残留圧縮応力を与えて該表面を強化する。エーロフォイル部分の事前に記録された既知測定値を使用して、表面に対するスチールショットの衝突を最大化すると共に修復された表面に追随して該表面の選択した区域を強化することになるように、ショットピーニングフラッパを位置決めすることができる。

　スチールショットを使用するフラッパに代えて、自由ショットピーニングを行ってもよい。これを達成するために、ノズルを有するショットピーニング銃が、第３のモジュールにより支持され、修復されたエーロフォイル部分に隣接して配置される。ショットピーニング銃によりエーロフォイル表面に衝突させられた自由ショットを回収するために、ノズルの周り及びエーロフォイル部分の一部の周りに囲いが設けられる。使用済みスチールショットをチャンバから除去するために、真空装置がエーロフォイル及びノズルの周りで囲いに対して設けられる。修復されたエーロフォイル部分に沿ったノズルの移動は、事前に記録された測定値に基づいて、プロセッサの制御下で行われる。

　本発明による好ましい実施形態においては、圧縮機のエーロフォイルを原位置において修復するための装置が提供され、該装置は、軸線の周りでほぼ円周方向に移動するように圧縮機の入口に装着された操作装置と、操作装置に対して移動し、かつ選択したエーロフォイルと接触する位置まで圧縮機の入口内に移動するように該操作装置により支持された工具と、工具を駆動して選択したエーロフォイルと接触した状態にするための駆動装置と、工具を該選択したエーロフォイルと接触した状態に位置決めして選択したエーロフォイルを修復するように駆動装置を制御するための装置とを含む。

　本発明による別の好ましい実施形態においては、圧縮機のエーロフォイルを原位置において修復するための装置が提供され、該装置は、圧縮機の入口に装着された円弧状軌道と、軸線の周りでほぼ円周方向に移動するように軌道上に装着された操作装置と、操作装置に対してほぼ接線方向に移動するように該操作装置により支持された第１のモジュールとほぼ圧縮機の軸線に垂直な平面内で第１のモジュールに対して該接線方向に垂直な方向に移動するように該第１のモジュールにより支持された第２のモジュールと該第２のモジュールに対して該軸線にほぼ平行な方向に移動するように該第２のモジュールにより支持された第３のモジュールとを含む、該第３のモジュールと共に移動するように該第３のモジュールにより支持された工具のための支持装置と、モジュールをそれぞれの方向に駆動するための駆動装置と、選択したエーロフォイルに対する工具の位置を測定しかつ記録するための装置と、選択したエーロフォイルに対して工具を位置決めして選択したエーロフォイルを修復するように駆動装置を制御するための、測定及び記録装置に応答する装置とを含む。

　本発明による更に別の好ましい実施形態においては、圧縮機の選択したエーロフォイルの表面を原位置において修復するための方法が提供され、該方法は、（ａ）圧縮機の入口に隣接して操作装置を装着する段階と、（ｂ）円周方向配列の固定羽根を通り抜けて圧縮機のロータに取付けられた選択したエーロフォイルの近傍まで、操作装置により支持された工具を圧縮機内に移動させる段階と、（ｃ）選択したエーロフォイル部分の輪郭に追随させるように、工具を三次元で移動させる段階と、（ｄ）選択したエーロフォイル部分の輪郭に追随させながら、工具を該部分に適用することにより、該選択したエーロフォイル部分から材料を除去する段階と、（ｅ）ステップ（ｄ）に続いて、選択したエーロフォイル部分の表面を強化する段階とを含む。

　本発明による更に別の好ましい実施形態においては、タービンの選択したエーロフォイルの表面部分を修復するための方法が提供され、該方法は、エーロフォイル部分を原位置においてショットピーニングする段階を含む。

　次に図面、特に図１を参照すると、入口部分１１を含む、全体を符号１０で表した圧縮機が一部断面図で示されている。圧縮機エーロフォイル１２は、ステータ羽根１６を介在させた状態で、軸線２８の周りで回転可能なロータ１４上に取付けられている。図示するように、圧縮機１０の入口部分１１内には、例えば固定入口羽根１７の直ぐ上流で入口円錐体又は内径に固定するなどにより、環状の軌道１８が装着される。全体を符号２０で表した操作装置が、軌道の周りで円周方向に移動するように該軌道上に装着される。軌道１８は、操作装置２０により支持されたサーボモータ２３により駆動される対応する歯車２１と噛合する歯車１９を有する。従って、操作装置２０上の歯車２１を駆動することにより、該操作装置２０は、圧縮機の入口及び軌道の周りの任意の回転位置に駆動されることができる。コンピュータ制御されたサーボモータを採用することにより、圧縮機入口の周りでの操作装置の円周方向位置は常に分っている。

　図２及び図３に最も良く示されているように、操作装置２０は、例えば測定工具、研磨／研削又はサンディング工具、或いはピーニング工具などの、全体を符号２６で表した工具のための支持装置を支持している。支持装置は、操作装置２０により支持された第１のモジュール３２を含み、該第１のモジュールは、操作装置２０に対して、圧縮機の回転軸２８に対してほぼ接線方向に移動するように工具２６を移動させる。第１のモジュール３２は、サーボモータ３６の制御下にある、操作装置２０により支持された親ねじ３４を含む。従って、軌道３９上に装着された親ねじ従動体３８は、親ねじ３４及びサーボモータ３６の制御下で、軌道３９に沿ってほぼ接線方向に移動可能である。第１のモジュール３２は、該第１のモジュールに対してロータ軸線２８にほぼ垂直な平面内で該接線方向と垂直な方向に移動するように、第２のモジュール４０を支持する。第２のモジュール４０は、コンピュータ制御下にあるサーボモータ４４により回転駆動される親ねじ４２を含む。親ねじ従動体４６は、該従動体４６が第１のモジュールの従動体３８の移動方向に対して直角な方向に移動可能なように、親ねじ４２に連結される。第３のモジュール５０は、第２のモジュールに対して圧縮機の軸線にほぼ平行な方向に移動するように、第２のモジュール４０により支持される。第３のモジュールは、サーボモータ５４により駆動される親ねじ５２を含む。親ねじ従動体５６が、サーボモータ５４及び親ねじ５２の制御下で移動するように、アーム５８上に装着される。図示するように、親ねじ従動体５６には工具２６が装着される。

　上記の構成により、第３のモジュールにより支持されたあらゆる工具２６が、操作装置２０に対して、Ｘ、Ｙ、及びＺデカルト座標内で移動可能であることが理解されるであろう。それらの運動は、ほぼ接線方向、圧縮機軸線に垂直な平面内における接線方向に垂直な方向、及び圧縮機軸線にほぼ平行なすなわち圧縮機の回転軸２８（図１）に対して出入りする方向に対応する。図２に示すように、ラム６０が、操作装置２０の両側面上に取付けられて圧縮機の入口部分１１の内側シェルに係合し、作業中に操作装置を安定させることができる。

　図４及び図５を参照すると、工具２６は、ブレンディング工具７０を含む。ブレンディング工具７０は、適当な取付け具により第３のモジュール５０に取外し可能に装着される。例えば、ブレンディング工具は、該ブレンディング工具が所定位置に固定されかつ操作装置２０を円周方向に駆動し、またモジュール３２、４０、５０をそれらのそれぞれの方向に駆動する様々なサーボモータにより４つの軸線に沿って移動可能なように、第３のモジュール５０にボルト止めされることができる。ブレンディング工具７０は、エーロフォイルブレード、特にそれらの前縁を修復するための任意の適当な工具を含むことができる。本発明の好ましい実施形態においては、ブレンディング工具７０は、例えば圧縮機エーロフォイルの表面に研磨接触するエンドレス研磨ベルト７２を含む。ベルト７２は、工具ハウジングすなわち固定部分７６の端部にピボット支持されたフィンガすなわち連接部分７４の周りに装着される。具体的には、ベルト７２は、関節式フィンガの端縁部に沿った１対の遊動輪７８、８０上に取付けられる。ベルト７２は、工具ハウジング７６の先端に装着された１対の遊動輪８２の間で連続しかつ該１対の遊動輪８２により挟まれ、駆動輪８４の周りで延びる。ハウジング７６はまた、タイミングベルト８８を駆動する空気圧モータ８６を支持し（図５）、次いで該タイミングベルト８８は、駆動輪８４を支持したスピンドル９０を駆動する。タイミングベルト８８を介して空気圧モータでスピンドル９０を駆動することにより、研磨ベルト７２は、遊動輪７８、８０、８２及び駆動輪８４の周りで無限に駆動される。

　フィンガ７４を関節式に連接するために、フィンガ７４の内端部は、該フィンガ７４に固定されかつ該フィンガ７４上のヒンジ７５により支持されたシャフト９２を含む。かさ歯車９４がシャフト９２により支持され、細長いシャフト９８の端部に取付けられたもう１つのかさ歯車９６と噛合する（図５）。シャフト９８は、歯車モータ１００により、以下に説明する連接式歯車列１０２を介して回転させられる。ハウジング７６は、ロッド１０３により互いに接続された別個のセグメントで形成され、これらのハウジングセグメント間にはベルト引張スプリング１０５を設けて研磨ベルトに作用する張力を維持することができる。

　上記の構成により、関節式フィンガ７４の先端の周りで延びる研磨ベルト部分は、例えば図２０乃至図２４に示すように、フィンガ７４を偏向させることによりシャフト９２の周りで横方向に変位させるなど、偏向させることができる。フィンガ７４は、モータ１００を作動させて歯車７９、８１、８３、及び８５を駆動する（図６）ことにより、偏向させられ、ここでは、歯車８５は、シャフト９２の軸線の周りでフィンガ７４をピボット動させるように、シャフト９８上に取付けられている。図面の図２０乃至図２４には圧縮機エーロフォイル１１０が示されており、研磨ベルト７２が、エーロフォイル１１０の前縁部分１１２に係合している。図２０において、関節式フィンガ７４は、エーロフォイルの前縁１１２に対してほぼ直角になっており、研磨ベルトは、前縁に押し付けられて該前縁をブレンドする。図２１において、関節式フィンガ７４は、前縁の反対側すなわち正圧側面に向かって横方向に変位されて、該正圧側面に沿った前縁を修復するようになっている。図２２において、研磨ベルト７２は、前縁１１２に隣接したエーロフォイルの負圧側面１１６に沿って延びるように操作されている。図２３において、研磨ベルト７２は、エーロフォイル１１０の正圧側面１１４に沿って延びており、図２４は、研磨ベルト７２が、負圧側面１１６に沿った前縁１１２をブレンドしているのを示している。

　次に図６乃至図１０を参照すると、フィンガ７４を一方又は他方側へ偏向させるための連接式駆動歯車列１０２は、歯車７９及び８３を含む全体を符号７７で表した機構を含み、該機構７７は、フィンガ７４がモータ１００により所定の偏向位置へと駆動されるのを可能にし、次に該フィンガ７４が付勢力に抗してその所定位置からはずれて偏向されることを可能にし、それによってフィンガがほぼ一定の力でエーロフォイルに係合するように付勢される。図７に示すように、機構７７は、歯車８１の軸８９内に受けられたシャフト８７の周りで回転可能な歯車７９及び８３を含む。歯車８１にはピン９１が取付けてあり、歯車８３にはピン９１から半径方向にオフセットしたピン９３が取付けてある。ピン９１及び９３のそれぞれの対向する側面に係合する両端部９７、９９を有するコイルスプリング９５が、軸８９を取り巻いて配置されている。スプリング９５は、例えば図８に示すように、端部９７、９９がその対向する側面に沿ってピン９１及び９３を押圧するように、予加重が与えられている。更に、歯車８１上のピン９１の両側には、停止ピン１０１が設けられている。

　フィンガ７４を偏向させるために、モータ１００が作動され、歯車７９、８１とスプリング９５と歯車８３、８５とを介して、シャフト９２の周りでフィンガを駆動する。フィンガ７４がモータ駆動されて所定位置に達した時、フィンガは、スプリング９５とピン９１、９３との相互作用によって生じるコンプライアントな付勢力により、エーロフォイルと係合して、該フィンガ７４を所定位置から該フィンガ７４にほぼ一定の力を与える位置へと偏向させ、従って研磨ベルトをエーロフォイルにほぼ一定の力で押し付けることができる。従って、モータを使用して所定位置にフィンガを駆動することにより、歯車８１及び８３を互いに対して回転させかつピン９１及び９３を互いに対して変位させて、フィンガがエーロフォイルと係合したとき、該フィンガは、スプリングの付勢力に抗して偏向していることになる。この動作は、スプリング９５を巻き付け、フィンガ７４に付勢力を与え、該フィンガをほぼ一定の力の下でエーロフォイルと係合した状態に維持する。

　操作装置２０及び工具２６を駆動するための様々なモータを制御し、同時に工具位置の連続的なフィードバックを得るための運動制御装置が設けられる。図１１に示すように、全体を符号１２０で表した運動制御装置は、コントローラ１２２とプロセッサ１２４とを含む。コントローラ１２２は、工具を含む装置の構成部品を指定した反復可能なパターンで移動させる自動化プログラムを含むことができる。更に、コントローラ１２２はまた、モータを遠隔的に手動制御するために使用されるジョイスティック形装置のような装置を含むことができる。サーボモータ３６、４４、５４を採用することにより、様々な構成部品の位置がプロセッサにフィードバックされ、従って工具ヘッドの位置が常に分る。これに加えて、工具２６が測定ヘッドを含み、かつ修復しようとするブレードの輪郭を測定しようとする場合には、フィードバック装置は、測定ヘッドの位置、従ってエーロフォイル、例えば該エーロフォイルの前縁１１２の位置を、メモリ１２６内に記録する。以下に説明する測定工具ヘッドは、例えば０．００４インチのような高い解像能を有する線形エンコーダを含むことができる。従って、所定の経路に沿って、例えば図２０乃至図２４に示すように前縁１１２に沿って移動するように工具を制御するための基準線として測定距離を使用することにより、例えば前述した研磨工具のような工具を所定の経路に沿って移動させることができる。

　エーロフォイル、特にその前縁を修復する工程において使用される別の工具としては、ピーニングヘッドが含まれる。ブレンディング工具２６により、エーロフォイルから、例えば前縁に沿って及び該前縁に隣接した対向する正圧側面と負圧側面上から一定量の材料を除去し、材料が必要なだけ除去されたことを確認するために以下に説明する測定ヘッドを使用して任意選択的に測定が行われた後に、材料が除去された表面に沿ってピーニング作業を行って、該表面に残留圧縮応力を与えることによりエーロフォイルの表面を強化する。次に図１２を参照すると、ここにはそれを通してショットすなわち小鋼球が加圧下で通過する銃筒すなわち管体１４１を含む自由ショットピーニングヘッド１４０が示されている。管体１４１は、購入可能な移動式研磨材吹付け機（図示せず）と連結されて、加圧下でスチールショットを管体１４１内部に供給することができる。ピーニング管体１４１の先端にはデフレクタ１４２が配置される（図１３）。図１２に示すように、デフレクタ１４２は、ショットピーニング管体１４１の端部においてノズル１４６と対向する平坦面１４４を有する。デフレクタ１４２は、ノズル１４６に対する平坦面１４４の角度を調整できるように、ノズルヘッド１４８上にピボット動自在に取付けられている。更に管体１４１は、サーボモータ１４９の制御下で、その長手方向軸線の周りで回転できるように調節可能である。従って、加圧下で管体１４１及びノズル１４６を通過するショットは、平坦面１４４に衝突し方向制御されて、強化しようとするエーロフォイル表面に衝突することが理解されるであろう。

　自由ショットを保持しかつショットが圧縮機内に入り込まないようにするために、ノズル１４６の周り及び部分的に圧縮機エーロフォイルの周りには、ピーニングショット保持用の囲い１５０（図１２）が配置される。吸引口１５２を含む真空装置が、囲い１５０の内部と連通しかつホース１５４を介して真空圧力源と連通されており、囲い１５０の内部を吸引して該囲いからショットを除去する。囲いは、例えば補強のための構造リブを備えた高いデュロメータ硬度を有するゴム材料などのコンプライアントな材料で形成することができる。従って、保持用囲いは、自由ショットを捕捉して、該ショットがエーロフォイル表面に衝突した後に該囲いから除去されることを可能にする。囲いは、圧縮機エーロフォイルの形状と範囲とに応じて様々な形態を採ることができる。例えば、中実すなわち膨張可能なコンプライアントブーツを、該ブーツ内にノズルと吸引口とを収容した状態で、ブレードの周りに設けることができる。

　別のピーニング工具は、フラッパ１６０を含むことができる。図１４に示すように、フラッパは、例えば織物状マトリックス１６１のような可撓性材料内に埋め込まれるか或いはその他の方法で固定された複数のスチールショットすなわち球を含む。捕捉型スチールショット１６２を含むフラッパ１６０は、回転シャフト１６４の端部に取付けられる。駆動モータ１７４によりこのシャフトを回転させて（図１５）、フラッパ１６０内に含まれたショット１６２をエーロフォイルの表面に衝突させることにより、表面が強化される。モータ及び駆動シャフトは、第３のモジュールと共に移動するように、該第３のモジュール上に取付けられることが理解されるであろう。例えば、フラッパ１６０は、図１５に示す工具１７０の端部上にピボット動するように取付けられ、該工具１７０は、第３のモジュール５０上に取付けるためのハウジング１７２を含む。ハウジングは、シャフト１７６を駆動する空気圧モータ１７４を含み、該シャフト１７６は、これと直角に回転可能なシャフト１７８と、歯車を介して連結される。シャフト１７８は、フラッパ１６０を取付けた別のシャフト１６４を駆動する。更に、ギヤボックス１８４が、シャフト１７８とシャフト１６４との間の歯車接続部を囲んでおり、細長いシャフト１９０を介して駆動モータ１８８と連結された歯車接続部１８６により、シャフト１７８の軸線の周りで調節可能である。従って、ショット１６２を含みかつシャフト１６４に取付けられたフラッパ１６０は、シャフト１６４及びシャフト１７８の軸線の周りで回転して、フラッパ１６０がエーロフォイル前縁に沿った修復された面及びエーロフォイル前縁に隣接する修復された面をショットピーニングすることを可能にする。工具１７０を第３のモジュール５０と共に移動するように該第３のモジュール５０上に取付けることにより、スチールショットを含むフラッパをピーニングしようとする表面全体に対して衝突させることができる。

　次に図１６及び図１７を参照すると、全体を符号１８９で表したフィレット研磨工具と該フィレット研磨工具のガイドとが示されている。工具１８９は、図１５に示したのと同じハウジング１７２上に装着することができる。フィレット研磨工具は、図１７に示すように、エーロフォイルと該エーロフォイルの基部との接合部におけるフィレットと係合するほぼ円筒状の研磨又は研削工具１９７、例えばバーリングローラ（ｂｕｒｒ）を含むことができる。工具１８９はまた、研磨又は研削工具１９７の軸線に対して平行に該工具１８９から延びる円筒状のピンからなるガイド１９９を含む。しかしながら、ガイド１９９の軸線は、図１７に示すように、研磨又は研削工具１９７の軸線から横方向にオフセットされている。ガイドピン１９９は、フィレット区域においてエーロフォイル１２から除去される材料の深さを制御する。例えば、ピン１９９と研磨又は研削工具１９７とは、図４のブレンディング工具を使用して事前に機械加工されたフィレット／根元区域上方のエーロフォイル前縁の表面に接触する。ガイド１９９と研磨又は研削工具１９７とは、エーロフォイル表面に対して垂直である。ヘッドが根元に向かって移動させられると、工具１９７はフィレット区域に係合して材料を除去し始める。バーリングローラによる過度な材料の除去は、ガイド１９９がエーロフォイルに沿って係合することにより防止される。フィレット／根元区域の上方で除去されたのと同量の材料が根元又はフィレット区域において除去されるまで、ブレンディング工具により事前に機械加工された区域と係合するガイドピンにより制御されて、複数回の通過が実行される。工具１８９をフィレット区域における前縁の周りで回転させて、前縁に対する要求された半径を得ることができ、またフィレット区域における正圧側面及び負圧側面上の損傷した材料を除去することができる。バーリングローラ１９７を変えることにより複数の研磨粒度を利用することができ、また複数回の通過を利用することができる。

　図１８を参照すると、測定ヘッド１９２を含む工具ヘッドが示されており、該測定ヘッド１９２は、線形エンコーダの形態とすることができる。測定ヘッドは、第３のモジュール５０上に装着される。選択したエーロフォイルの前縁の様々な表面に隣接させて、また選択した該前縁に隣接させて測定ヘッドを位置させることにより、操作装置２０に対するエーロフォイルの位置を確認して、制御装置１２０内に記録することができる。このことを達成するために、測定ヘッド１９２は、互いに直角な関係にある１対のピン１９４、１９６と平坦なプレート１９８とを含む。このようにして、ピン１９４は軸方向に延び、ピン１９６は半径方向に延び、平坦プレート１９８は圧縮機の軸線方向に面している。ピン１９４、１９６の各々及び平坦プレート１９８は、運動コントローラ１２２に対する別個の電気的接続を含み、次に該運動コントローラ１２２は、圧縮機エーロフォイル間の電気的接続を含む。ピン１９４、１９６及び平坦プレート１９８のいずれかがブレードに接触した時、電気回路が完成される。従って、運動コントローラは、操作装置２０に対してエーロフォイルがいかなる位置にあるかを知る。例えば、測定ヘッド１９２が円周方向に移動した場合には、ピン１９４がエーロフォイルに接触して電気回路が完成し、エーロフォイルの円周方向位置を特定する。測定ヘッドを元に戻した後に、該測定ヘッドをほぼ半径方向内向き方向に移動させて、ピン１９６をエーロフォイルプラットフォーム２０１に対して接触させる。接触と同時に電気接続が完成されて、中心線からプラットフォーム２０１の表面までの半径方向距離が測定されかつ記録される。測定ヘッドを元に戻した後に、該測定ヘッドをブレードに向けて前進させてプレート１９８とブレードとを接触させ、電気的接続を完成させる。かくして、ロータ軸線に沿ったブレードの位置が測定されかつ記録される。前に示したように、これらの測定値は、エーロフォイルを修復するための様々なヘッドの予めプログラムされた運動を行わせるために利用することができる。また、測定ヘッドは、ブレンディング工具によって除去される材料の量を決めるために使用することもできる。

　図１９には、カメラ２０２及びライト２０４の組合せを取付けた工具ヘッド２００が示されている。カメラ及びライトの組合せは、第３のモジュール５０上に取付けられ、修復しているエーロフォイルの表面を検査するために使用することができる。例えば、十分な材料が除去されてショットピーニングの準備が整ったことを確認するために、前縁表面を遠隔的に見ることができる。カメラ及びライトを取付けた工具ヘッド２００はまた、ショットピーニングの後に仕上がったエーロフォイル表面を検査するために使用することもできる。手持式のカメラ及び／又はライトも使用可能であることが理解されるであろう。

　本発明の修復装置を利用するために、軌道が圧縮機入口部分１１に装着される。任意の適当な固定装置を使用して、軌道を入口部分に装着することができる。操作装置２０が、軌道上に装着される。次に測定ヘッド１９２を含む工具ヘッドが、第３のモジュールに固定される。サーボモータ３６、４４、５４を駆動することにより、測定ヘッド１９２は、圧縮機入口に隣接する固定入口羽根を通り抜けて、修復を行う選択したエーロフォイルに係合した状態になるように挿入される。測定ヘッドを、例えば前縁付近のエーロフォイル表面に対して係合させることにより、操作装置に対する選択したエーロフォイルの前縁位置が分り、制御装置内に記憶される。次に、第３のモジュールから測定ヘッドが取外されて、研磨又はブレンディング工具７０が第３のモジュールに取付けられる。次いで研磨工具は、圧縮機入口内に挿入される。修復を行うエーロフォイルの表面の測定位置と比較することにより、ブレンディング工具７０の先端を、修復を行う表面全体に沿って選択したエーロフォイルに係合した状態にすることができる。すなわち、サーボモータを作動させることにより、事前に測定された位置を使用して、エーロフォイルの根元から先端まで前縁に沿って研磨工具を施すことができる。

　これとは別に、前縁に沿った開始位置と終了位置とが確認されたら、予めプログラムされた研磨パターンを前縁に適用することもできる。ブレンディング工具を装着したフィンガ７４が、所定位置へモータ駆動され、次いでエーロフォイルに係合させられて、フィンガと工具とをスプリング９５の付勢力に抗して偏向させる。従って、フィンガ７４により支持されたブレンディング工具は、該ブレンディング工具がエーロフォイルに沿って移動される時、ほぼ一定の力でエーロフォイルに係合した状態に付勢される。

　ブレンディング工具によりエーロフォイルから十分な材料を研磨した後に、研磨工具はフィレット区域用工具と取換えられ、それによってブレードのフィレット区域からも所定量の材料が除去される。十分な材料が除去された後に、カメラ及びライト工具２００が利用され、それによって研磨された表面を検査することができる。検査の後に、エーロフォイル表面は必要に応じて再度研磨され又は必要に応じて部分的に再度研磨されることができる。エーロフォイル表面から材料が必要量だけ除去されたら、自由ショットピーニング又はフラッパショットピーニングのいずれかの方法を用いて、該表面をショットピーニングすることができる。選択したエーロフォイル表面の位置を知ることにより、自由ショットピーニング装置又はフラッパショットピーニング装置を、該表面に対して適正な位置に置いて、ショットピーニングにより表面強化処理を行うことができる。ショットピーニングの後に、ライト及びカメラヘッドを使用することにより、最終的な検査を行うことができる。

　本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、また、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

本発明の好ましい実施形態による圧縮機ブレードを修復するための装置を示す、入口部分を含む圧縮機の部分側方断面図。 操作装置に装着された、エーロフォイル修復装置の一部を形成する工具ヘッドの概略斜視図。 修復装置の一部を形成する工具ヘッドの別の形態を示す、図２と同様な図。 圧縮機エーロフォイルを研磨修復するために使用する工具ヘッドの斜視図。 図４に示す工具ヘッドの断面図。 工具ヘッドの関節式フィンガによりエーロフォイルに加えられる力をほぼ一定に維持するための機構を断面で示す、一部を破断した状態での図４の工具ヘッドの上面図。 図６の機構を形成する様々な構成部品の分解側面図。 フィンガによりブレードに対してほぼ一定の力を加えることを可能にする、図７の機構の協働する構成部品を示す図。 フィンガによりブレードに対してほぼ一定の力を加えることを可能にする、図７の機構の協働する構成部品を示す図。 フィンガによりブレードに対してほぼ一定の力を加えることを可能にする、図７の機構の協働する構成部品を示す図。 本発明による修復装置のための運動制御装置の概略図。 自由ショットピーニング加工を用いてエーロフォイル表面を強化するための装置の概略図。 エーロフォイル表面の自由ショットピーニングにおいて使用するためのデフレクタの斜視図。 エーロフォイル表面をピーニングするためのフラッパピーニング工具の破断斜視図。 フラッパピーニング工具の断面図。 ブレード及び根元のフィレット区域をブレンドするための研磨／研削とガイドの組合せ工具を示す図。 ブレードの前縁に隣接した位置にあるフィレット及びガイド工具の概略図。 第３のモジュール上に装着された測定工具の斜視図。 第３のモジュール上に装着されたカメラ及びライトの概略図。 圧縮機エーロフォイル前縁の前縁部分を修復するために様々な位置にある、図４の研磨工具の作業ヘッドの概略図。 圧縮機エーロフォイル前縁の前縁部分を修復するために様々な位置にある、図４の研磨工具の作業ヘッドの概略図。 圧縮機エーロフォイル前縁の前縁部分を修復するために様々な位置にある、図４の研磨工具の作業ヘッドの概略図。 圧縮機エーロフォイル前縁の前縁部分を修復するために様々な位置にある、図４の研磨工具の作業ヘッドの概略図。 圧縮機エーロフォイル前縁の前縁部分を修復するために様々な位置にある、図４の研磨工具の作業ヘッドの概略図。

符号の説明

　１０　圧縮機
　１１　圧縮機入口
　１２　圧縮機エーロフォイル
　１４　ロータ
　１６　ステータ羽根
　１７　固定入口羽根
　１８　軌道
　１９、２１　歯車
　２０　操作装置
　２３　サーボモータ

Claims (11)

1. 圧縮機（１０）のエーロフォイルを原位置において修復するための装置であって、
   　軸線の周りでほぼ円周方向に移動するように前記圧縮機の入口（１１）に装着された操作装置（２０）と、
   　前記操作装置に対して移動し、かつ選択したエーロフォイルと接触する位置まで前記圧縮機の入口内に移動するように該操作装置により支持された工具（２６）と、
   　前記工具を駆動して前記選択したエーロフォイルと接触した状態にするための駆動装置（３６、４４、５４）と、
   　前記工具を前記選択したエーロフォイルと接触した状態に位置決めして該選択したエーロフォイルを修復するように前記駆動装置を制御するための装置（１２０）と、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記駆動装置が、前記工具を駆動して前記選択したエーロフォイルと接触した状態にするための親ねじ（３４、４２、５２）に連結されたサーボモータ（３６、４４、５４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記選択したエーロフォイルに対する前記工具の位置を測定しかつ記録するための装置（１９２）を含み、前記制御装置が、前記測定及び記録装置に応答して、前記工具を前記選択したエーロフォイルに接触した状態に位置決めすることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記工具が、研磨部材（７２）を支持し、前記操作装置によりピボット動自在に支持された部分（７４）と、前記部分を付勢して、前記研磨部材をほぼ一定の力で前記エーロフォイルに接触した状態に維持するためのスプリング（９５）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記工具が、エンドレス研磨ベルト（７２）と該ベルトを駆動するための駆動モータ（８６）とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記工具が固定部分（７６）を含み、前記ピボット動部分（７４）が前記固定部分にピボット支持され、前記研磨ベルトが、前記ピボット動部分が前記ベルトの長手方向範囲の中間にある軸線の周りでピボット動する状態で、該固定部分及び該ピボット動部分により支持されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記固定部分により支持された、前記ピボット動部分を前記中間軸線の周りで回転させるためのモータ（１００）を含むことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記固定部分（７６）が、前記ベルトに係合する駆動輪（８４）を含み、前記ピボット動部分が、互いに間隔を置いて配置された１対の遊動輪（７８、８０）を含み、前記遊動輪（８０）の１つが、前記固定部分から遠い方の前記ピボット動部分の端部に隣接して該ピボット動部分により支持され、第２の遊動輪（７８）が、前記ピボット軸線と一致した前記ピボット動部分の反対側端部に隣接して支持されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
9. 前記工具が、前記選択したエーロフォイルの表面をショットピーニングするための装置（１４０、１６０）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
10. 前記ショットピーニング装置が、可撓性マトリックス（１６１）内にショットを担持したフラッパ（１６０）と、前記操作装置により支持された、軸線の周りで前記フラッパを回転させて前記選択したエーロフォイルの表面をショットピーニングするための装置（１８８）とを含むことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 前記ショットピーニング装置が、前記選択したエーロフォイルの表面に衝突させて該表面を強化するための自由スチールショットを発射するための銃筒（１４１）を含むことを特徴とする、請求項９に記載の装置。

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