JP2007285296A - ベーンの修理・交換方法およびタービンエンジン部品 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的に保持されたベーンアッセンブリの外側基板は破損しやすいため、最適な修理または交換方法を提供する。
【解決手段】機械的に保持ベーンの修理または交換方法が提供されている。この方法は支持構造物５２に過大なキャビティ５０を形成するステップと、過大なキャビティ５０にベーン１８のフレア状末端部１８を挿入するステップと、過大なキャビティ５０内にベーン１８のフレア状末端部１８を機械的に保持するためにウェッジ部７０を挿入するステップと、を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、機械的に保持されたベーンを有するベーンアセンブリの外側基板の交換方法、およびこの方法により得られるタービンエンジン部品に関する。

図１および図２に示されるように、ガスタービンエンジン内で使用される出口ガイドベーンベーンアッセンブリ１０は、使用中に複合材ベーンエアフォイル１６を位置づけている内側複合材基板１２および外側複合材基板１４を有している。このアッセンブリは、円筒形の金属ケース（図示せず）の内径に、このケースおよび外側基板を貫通して延びている三つのボルトによって固定される。内側基板はベーンエアフォイルに接合され、かつ内側基板を壊さないと分離することができない。ベーン末端部と外側基板との境界は、ベーン末端部１８がフレア状に拡大し、かつ外側基板１４内のベーンキャビティ２０が狭窄しており、機械的な保持を行っている。ベーンエアフォイルは、外側基板に接合され、かつ機械的に保持されている。この結果、ベーン２２は基板やベーンの物質的な破損無しでは基板１４から落下し得ない。金属ケース（図示せず）は、外側方向にフレア状末端部１８が移動するのを阻止する。

内側基板およびフレア状ベーン末端部１８のどちらも狭窄したベーンキャビティ２０を介して適合し得ないので、この機械的保持の特徴は、内側基板１２の完全な除去または交換無しでの外側基板詳細部の交換物の取り付けを阻止する。

ファンブレードによる遠心方向へ向かう異物およびファンケースの撓みのために、外側基板は衝撃と曲げによる損傷を最も受けやすい特徴がある。従って、機械的保持ベーンアッセンブリの破損した外側基板を交換する発達した方法が必要である。

本発明によると、機械的に保持されたベーンの修理または交換に関する方法が提供される。この方法は、過大なキャビティを介してベーンのフレア状末端部を挿入するのに十分大きなキャビティを支持構造物に形成するステップと、基板とベーン末端部のとの間にウェッジ部を外側基板と反対側から取り付けるステップと、過大なベーンキャビティに対して保持できるように接着剤の塗布の十分な空間を残しながらベーンとウェッジ部を引くステップと、を幅広く含んでいる。

さらに、本発明によると、支持構造物と、支持構造物内にあるキャビティと、キャビティ内に位置する末端部を有する少なくとも一つのエアフォイル面と、キャビティ内の少なくとも一つのエアフォイル面の末端部を機械的に保持するためにキャビティ内に位置する手段と、を有するタービンエンジン部品が提供される。

機械的保持ベーンのウェッジ部による修理の他の詳細や他の目的および利点は、以下の詳細な説明および図面に記載されている。なお、同一の参照符号は同様の構成要素を示す。

図３を参照すると、出口ガイドベーンアッセンブリのようなタービンエンジン部品においてベーンのエアフォイル面を設置するための機械的保持機構が示されている。

機械的保持機構は、出口ガイドベーンの複合材外側基板１４のようなタービンエンジン部品１０の曲線形支持構造物５２に機械加工あるいは型成形された狭窄した過大なキャビティ５０を有する。キャビティ５０は、好ましくは、保持構造物５２の外側エッジ部５８から保持構造物５２の内側エッジ部６０へ向かって収束する側壁５４，５６を有する。キャビティ５０は、ベーンエアフォイル２２のフレア状末端部１８がキャビティ５０の狭窄した方の端部を通して取り付けられるような大きさに設定されている。反対方向への機械的保持はケースの壁（図示せず）によって維持される。

ベーン２２の末端部１８は、ベーンエアフォイル２２のエアフォイル面６２，６４を位置決めするために過大なキャビティ５０内に位置する。ベーン末端部１８は、外側エッジ部５８に隣接する第一断面寸法ｄ₁および内側エッジ部６０に隣接する第二断面寸法ｄ₂を有するようにフレア状に拡大している。第二断面寸法ｄ₂は、第一断面寸法ｄ₁より小さく、外側エッジ部と内側エッジ部との間で厚さが変化している。過大なキャビティ５０は、外部エッジ部５８に隣接する寸法Ｄ₁と内側エッジ部６０に隣接する寸法Ｄ₂を備える。Ｄ₁はＤ₂およびｄ₁のどちらよりも大きい。Ｄ₂はｄ₂より大きい。結果として、キャビティ５０の側壁５４または側壁５６とフレア状末端部１８の側壁６８との間に空間６６がある。

ベーン末端部１８はキャビティの内側開口部（寸法Ｄ₂）を通して挿入される。末端部１８を所定位置で保持するために、ウェッジ状詳細部７０が空間６６に挿入される。ウェッジ詳細部７０はキャビティ５０の大きい方の端部から取り付けられる。ウェッジ状詳細部７０は、キャビティ５０とフレア状ベーン末端部１８との差である空間６６を占有する形状をなしている。好ましくは、ウェッジ状詳細部７０は、外側端部７６から内側端部７８へ向かって収束する二つの外壁７２，７４を有する。本発明の好ましい実施例では、側壁７２，７４は、ベーン末端部または外側基板の公差の変化に対して対応して修理できるように、３．０〜７．０°の範囲のテーパ角を形成している。ウェッジ状詳細部７０は、本技術分野で知られるあらゆる適切な材料で形成されるが、好ましい実施例では、外側基板と同じ材料で製作される。例えば、ウェッジ詳細部７０は、ポリウレタン、LYTEXという商品名で売られているエンジニアリング用高性能ガラス繊維強化複合成形材料、ナイロン、またはULTEMという商品名で売られているポリセラミド、のような非金属材料で形成される。

本発明の好ましい実施例では、支持構造物５２と、ウェッジ状詳細部７０と、ベーン末端部１８と、は機械的に固定されるとともに接着でもって固定されている。基板、ベーン、およびウェッジの材料に適合する公知のいかなる接着剤もこれらの要素を接着して付けるのに使われ得る。

タービンエンジン部品内の外側基板を修理または交換するために、最初に、過大なキャビティ５０がタービンエンジン部品１０内の支持構造物５２で機械加工ないし成形される。次に、ベーン２２のフレア状末端部１８が過大なキャビティ５０内に設置される。適切な形の接着剤がベーンのフレア状末端部１８の壁および側壁５４，５６に塗布される。接着剤はウェッジ状詳細部７０の側壁７２，７４にも用いられる。その後、ウェッジ詳細部７０は、キャビティ５０の大きい方の端部から取り付けられる。その結果、元来のタービンエンジン部品１０に存在する機械的保持は回復する。ベーン末端部１８を基板５２を通して引き抜くためには、支持構造物５２と、ベーン１８またはウェッジ状詳細部７０のいずれかを破壊する必要がある。

本発明の利点の一つは、機械的保持は維持されるが、ベーンおよび内側基板を完全に分解する必要がないことである。これにより、技術的な利点を下げることなく、工具および検査の必要性を減少できる。さらに、二つ以上のベーンエアフォイルを有するベーンアッセンブリに対して、内側基板によってベーンの相対的な位置決めがなされるので、組立過程が簡単となり、最終的なアッセンブリでのベーンの誤った設置が起こる機会が減少する。

本発明の保持システムを出口ガイドベーンのベーンのエアフォイル表面の設置に関して説明したが、この保持システムが、ブレード、ベーンおよび他の放物状の部品の面を設置するために他のタービンエンジン部品に使用されうることが理解されるべきである。

ガスタービンエンジンで使用される出口ガイドベーンアッセンブリの斜視図。 図１の出口ガイドベーンで使用されるベーンのエアフォイル面を設置する先行技術の機械的保持機構の断面図。 本発明による図１の出口ガイドベーンで使用されるベーンのエアフォイル面を設置する機械的保持機構の断面図。

Claims (15)

1. 支持構造物に狭窄した過大なキャビティを形成するステップと、前記過大なキャビティにベーンのフレア状末端部を挿入するステップと、支持構造物の反対側から前記過大なキャビティに前記ベーンの前記フレア状末端部を機械的に保持するウェッジ状詳細部を有する保持手段を挿入するステップと、を備えた機械的に保持されたベーンを修理または交換する方法。
2. 前記形成ステップは、前記支持構造物の外側エッジ部に隣接したより大きな寸法および前記支持構造物の内側エッジ部に隣接したより小さな寸法を有するキャビティを形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記挿入ステップは、前記キャビティの壁と前記ベーンの前記フレア状末端部の壁との間にウェッジ状詳細部を取付けることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記取付けステップは、前記ウェッジ状詳細部を前記より大きな寸法を有する前記キャビティの末端部に取付けることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記ベーンの前記フレア状末端部および前記機械的保持手段を前記キャビティの壁および前記保持構造物に固定するために、接着剤を前記キャビティの壁と、前記フレア状末端部の壁と、前記機械的保持手段の壁と、に塗布することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 支持構造物と、前記支持構造物内のキャビティと、前記キャビティ内に位置するフレア状末端部を有するエアフォイル面と、前記キャビティ内に位置し、かつ少なくとも一つの前記エアフォイル面の前記末端部を前記キャビティ内に機械的に保持する保持手段と、を備えたタービンエンジン部品。
7. 前記支持構造物は、外側エッジ部および内側エッジ部を有し、前記キャビティは前記外側エッジ部に隣接したより大きな寸法および前記内側エッジ部に隣接したより小さな寸法を有し、かつ前記キャビティは前記フレア状末端部より大きいことを特徴とする請求項６記載のタービンエンジン部品。
8. 前記機械的保持手段は、前記キャビティの側壁と前記フレア状末端部の壁との間に位置するウェッジ状詳細部を有することを特徴とする請求項６記載のタービンエンジン部品。
9. 前記ベーンと、ウェッジ状詳細部と、外側基板と、は非金属材料で形成されることを特徴とする請求項８記載のタービンエンジン部品。
10. 前記ウェッジ状詳細部は、ポリウレタン、エンジニアリング用高性能ガラス繊維強化複合成形材料、ナイロン、ポリセラミド材料、から構成されるグループから選ばれた非金属材料から形成されることを特徴とする請求項８記載のタービンエンジン部品。
11. 前記ウェッジ状詳細部は、外側エッジ部と、内側エッジ部と、前記外側エッジ部および前記内側エッジ部を連結している第１側壁と、前記外側エッジ部と前記内側エッジ部を連結している第２側壁と、を有し、前記第１および前記第２側壁は、３．０〜７．０°の範囲のテーパ角を形成することを特徴とする請求項８記載のタービンエンジン部品。
12. 前記ウェッジ詳細部を前記フレア状末端部に付けるためと、前記フレア状末端部を前記支持構造物に付けるためと、前記ウェッジ詳細部を前記支持構造物に付けるためと、に接着物質をさらに備えることを特徴とする請求項８記載のタービンエンジン部品。
13. 前記部品は出口ガイドベーンを備えることを特徴とする請求項６記載のタービンエンジン部品。
14. 前記支持構造物は、内側基板を備えた出口ガイドベーンの外側基板を有し、前記ベーンは前記内側基板と前記外側基板との間に延びていることを特徴とする請求項６記載のタービンエンジン部品。
15. 非金属材料で形成され、第１側壁と、この第１側壁に対して３．０〜７．０°の範囲のテーパ角を形成する第２側壁とを備えた、タービンエンジン部品を交換または修理するのに使用されるウェッジ状詳細部。

Images