JP2008069775A - 機械的に保持されたベーンを修理または交換する方法およびタービンエンジン部品 - Google Patents

Abstract

【課題】損傷したアウタベースを交換する実用的な方法を提供する。
【解決手段】機械的に保持されたベーンを修理または交換する方法が提供されている。この方法は、アウタベースに過大なキャビティを形成するステップと、この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、この過大なキャビティにこのベーンのフレア状末端部を機械的に保持するウェッジを挿入するステップと、を含む。ウェッジは、アウタベースのキャビティと整合する一定のピッチ角を有する第１の面と、ベーン先端ダブテールと整合する可変ピッチ角を有する第２の面とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、機械的に保持されたベーンを備えたベーンアッセンブリのアウタベースを交換する方法およびこの方法によるタービンエンジン部品に関する。

なお、本出願は、２００６年９月６日に米国で出願された米国特許出願第１１／５１６３９１号、名称「ＣＵＲＶＥＤ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＰＩＴＣＨ ＷＥＤＧＥ ＲＥＴＥＮＴＩＯＮ ＩＮ ＶＡＮＥ ＯＵＴＥＲ ＢＡＳＥ」を基礎とする出願である。

図１および図２に示すように、ガスタービンエンジンで用いられる出口案内ベーンアッセンブリ１０は、運転中に複合ベーンエアフォイル１６を位置決めする複合インナベース１２および複合アウタベース１４を有する。このアッセンブリは、円筒型金属製ケース（図示せず）の内径にこのケースおよびアウタベースを通って延びる３本のボルトによって固定される。インナベースは、ベーンエアフォイルに結合され、このインナベースを破壊しない限り分離不能である。ベーンの末端部とアウタベースとの境界は、機械的保持を含む接着されたアッセンブリであり、このアッセンブリでは、ベーンの末端部１８はフレア状になっており、アウタベース１４のベーンキャビティ２０は狭窄している。このベーンエアフォイルは、アウタベースに接着され、かつアウタベースに機械的に保持されてもいる。この結果、ベーン２２は、ベースやベーンの材料破断なしにベース１４を通り抜けて落下することができない。金属製ケース（図示せず）は、ベーンのフレア状末端部１８が外側方向へ移動することを妨げる。

この機械的保持の特徴により、インナベースもベーンのフレア状末端部１８も狭窄したベーンキャビティ２０を通り抜けることができないので、インナベース１２の完全な取外しおよび交換なしに交換アウタベース詳細部を設置することが妨げられる。

このアウタベースは、ファンブレード遠心力を受けた異物およびファンケースのたわみにより、衝撃およびたわみの損傷を最も受けやすいのが特徴である。したがって、損傷したアウタベースを交換する実用的な方法が必要とされている。

本発明によると、機械的に保持されたベーンを修理または交換する実用的な方法が提供される。概して、この方法は、ベーンのフレア状末端部を内部のキャビティを通って半径方向外側に挿入するのに十分に過大なキャビティをアウタベースに形成するステップと、このベーンのフレア状末端部を所定の位置に固定するためにアウタベースとベーンのフレア状末端部との間に第１の一定のピッチ面および第２の可変ピッチ面を有する湾曲した可変ピッチウェッジを設置するステップと、を含む。

さらに本発明によると、アウタベース構造と、アウタベースのキャビティと、このキャビティ内に配置された端部を有する少なくとも１つのエアフォアイル面と、キャビティ内に配置され、かつ少なくとも１つのエアフォアイル面の端部を機械的に保持する手段と、を備えるタービンエンジン部品が提供され、該保持手段は、キャビティの壁と接触する第１の一定のピッチ面およびベーンの末端部と当接する第２の可変ピッチ面を有するウェッジを有する。

ベーンアウタベースにおける湾曲した可変ピッチウェッジの保持の他の詳細、ならびに他の目的およびそれに付随する他の利点は、以下の詳細な説明および同じ参照番号が同じ要素を示す添付図面で説明する。

図３を参照すると、出口案内ベーンアッセンブリなどのタービンエンジン部品にベーンのエアフォイル面を配置する機械的な保持システムが示されている。

この機械的な保持システムは、出口案内ベーンの複合アウタベースなどのタービンエンジン部品１０のアウタベース５２に機械加工または型成形された狭窄した過大なキャビティ５０を備える。キャビティ５０は、湾曲した側壁５４，５６を有する。側壁５４，５６は、アウタベース５２の外側縁部５８からアウタベース５２の内側縁部６０に向かって収束している。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って半径方向外側に設置されることができるように寸法合わせされる。

フレア状末端部１８は、湾曲した面５３，５５を有する。面５３，５５はそれぞれ、ベーンスタッキングライン５１に対して可変ピッチ角αを形成する。半径方向内側への機械的な保持は、ケース壁（図示せず）によって維持される。

ベーンエアフォイル２２のフレア状末端部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内に配置される。ベーンの末端部１８は、外側縁部５８に隣接する第１の断面寸法ｄ₁および内側縁部６０に隣接する第２の断面寸法ｄ₂を有するようにフレア状になっている。第２の断面寸法ｄ₂は第１の断面寸法ｄ₁より小さい。外側縁部５８と内側縁部６０との間で厚さが変化している。過大なキャビティ５０は、外側縁部５８に隣接する第１の寸法Ｄ₁および内側縁部６０に隣接する第２の寸法Ｄ₂を有する。Ｄ₁はＤ₂，ｄ₁のいずれよりも大きい。Ｄ₂はｄ₂より大きい。この結果として、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５３または側壁５５との間に空間６６がある。

フレア状末端部１８は、キャビティの内側開口部（寸法Ｄ₂）を通って挿入される。末端部１８を所定の位置に保持するために、ウェッジ状詳細部７０が空間６６の中に挿入される。ウェッジ状詳細部７０は、キャビティ５０の大きい方の端部から設置される。ウェッジ状詳細部７０は、過大なキャビティ５０とベーンのフレア状末端部１８との間の差である空間６６を占有する形状をなしている。

図４〜図７で示すように、ウェッジ状詳細部７０は、外側端部７６から内側端部７８に向かって収束する２つの側壁７２，７４を有する。本発明の好ましい一実施形態では、側壁７２はベーンスタッキングライン５１に対して一定のピッチ角βを有し、一方、側壁７４は内側のフレア状末端部１８の面５３に接触する可変ピッチ面である。側壁７２の一定のピッチ角はアウタベース５２の幾何学形状を簡素化することを促進し、スロットの円周方向の幅を最小に抑えることをさらに促進する。側壁７４のダブテール角またはピッチは、ベーンスタッキングライン５１に対してウェッジ状詳細部７０の前縁から後縁へと変化し、ウェッジの幾何学形状を複雑にする。この可変ピッチ面の側壁７４は、面５３の既存のピッチと整合するようになされている。このようして、良好な接合面を作成できる。接着剤のための空間が面５４と面７２との間および面５３と面７４との間に必要とされる場合があることを理解すべきであろう。

ウェッジ状詳細部７０は、当技術分野で知られている任意の適した材料から形成されてもよいが、好ましい一実施形態では、アウタベースと同じ材料から作製される。例えば、ウェッジ状詳細部７０は、ポリウレタン、商品名「ＬＹＴＥＸ」で販売されている材料などの高性能のガラスまたはエンジニアリング用炭素繊維強化複合成形材料、ナイロン、あるいは商品名「ＵＬＴＥＭ」で販売されている材料などのポリエーテルイミドなどの非金属材料から形成されてもよい。

最低でも、側壁７４は、ベーンのフレア状末端部１８の曲率と整合するよう湾曲させることが好ましい。典型的には、側壁７２も側壁７４もベーンの末端部１８における狭窄を維持するために湾曲している。

本発明の好ましい一実施形態では、アウタベース５２、ウェッジ状詳細部７０およびベーンの末端部１８は、機械的および接着的の両方で固定される。ベース、ベーンおよびウェッジの材料と相性のよい当技術分野で知られる接着剤が、これら要素を互いに接着して固定するために用いられてよい。例えば、カリフォルニア州ベイポイントのＬｏｃｔｉｔｅ Ａｅｒｏｓｐａｃｅによって製造された「Ｈｙｓｏｌ ＥＡ９３９４」または「ＥＡ９３９４／Ｃ−２」などの二液型エポキシプラスチック接着剤がある。アウタベース５２は、「ＬＹＴＥＸ」またはエポキシ繊維ガラスシート成形材料などエポキシ樹脂複合材料から形成されることが好ましい。

タービンエンジン部品の中のアウタベースを修理または交換するためには、まず、過大なキャビティ５０が、タービンエンジン部品１０のアウタベース５２に機械加工されるまたは型成形される。次いで、ベーン２２のフレア状末端部１８が、過大なキャビティ５０の中に配置される。適した形態の接着剤が、ベーンのフレア状末端部１８の壁と、壁５４，５６とに塗布される。接着剤はまた、ウェッジ状詳細部７０の壁７２，７４に塗布される。この後、ウェッジ状詳細部７０は、キャビティ５０の大きい方の端部から設置される。この結果、当初タービンエンジン部品１０に存在した機械的保持状態が回復される。ベーンの末端部１８がベース５２を通って引き抜かれるためには、アウタベース５２、ベーンの末端部１８およびウェッジ状詳細部７０のいずれかが、破断する必要がある。

図８は、拡大されたキャビティ５０を有するアウタベース５２を示す。各キャビティ５０は前（前方）縁８０および後（後方）縁８２を有する。前（前方）縁８０および後（後方）縁８２では、拡大されたキャビティは、補強のためやキャビティの円周方向の幅を最小限に抑えるために追加のベース材料（厚み）８４または長繊維など補助的な補強相８６を有してもよい。

本発明の利点の１つは、機械的な保持が維持されるが、ベーンおよびインナベースの完全な分解が必要とされないことである。これにより、技術的長所を損なうことなく、加工および検査の要求を軽減することができる。さらに、複数のベーンエアフォイルを有するベーンアッセンブリのベーンにおける相対的配置がインナベースによって維持され、これにより、組立工程が簡素化され、完成アッセンブリにおけるベーンの不正確な配置の可能性が減少する。

本発明の保持システムは、出口案内ベーンのベーンエアフォイル面の配置に関連して用いられるように説明したが、本保持システムは、ブレード、ベーンおよび他の放物状の部品の面を配置するために他のタービンエンジン部品で用いられることができることを理解されたい。

本発明によると、前述の目的、手段および利点を完全に満たすベーンアウタベースにおける湾曲した可変ピッチウェッジの保持が提供されることが明らかである。本発明を特定の実施形態に照らして説明したが、当業者ならば前述の説明を読めば他の予測不可能な代替形態、修正形態および変更形態が明らかとなろう。したがって、添付の特許請求の範囲の広い範囲に含まれるこれら代替形態、修正形態および変更形態を含有するよう意図するものである。

ガスタービンエンジンで用いられる出口案内ベーンアッセンブリの斜視図である。 図１の出口案内ベーンで用いられるベーンのエアフォイル面を配置する従来技術の機械的保持システムの断面図である。 図１の出口案内ベーンで用いられるベーンのエアフォイル面を配置する本発明による機械的保持システムの断面図である。 湾曲した可変ピッチウェッジを示す図である。 図４の線５−５に沿った断面図である。 図４の線６−６に沿った断面図である。 図４の線７−７に沿った断面図である。 タービンエンジン部品用のアウタベースを示す図である。 図８の線９−９に沿った断面図である。 図８の線１０−１０に沿った断面図である。

Claims (19)

1. 機械的に保持されたベーンを修理または交換する方法であって、
   ベーンのフレア状末端部を半径方向外側へ挿入するのに十分な過大なキャビティをアウタベースに形成するステップと、
   前記ベーンのフレア状末端部を所定の位置に固定するために、前記アウタベースと前記ベーンのフレア状末端部との間に、第１の一定のピッチ面および第２の可変ピッチ面を有する湾曲した可変ピッチウェッジを設置するステップと、
   を含む方法。
2. 前記形成ステップが、前記アウタベースの外側縁部に隣接するより大きな寸法および前記アウタベースの内側縁部に隣接するより小さな寸法を有するキャビティを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記設置ステップが、前記キャビティの壁と前記ベーンのフレア状末端部の壁との間に前記湾曲した可変ピッチウェッジを設置し、前記第１の一定のピッチ面が前記キャビティの壁と当接し、前記第２の可変ピッチ面が前記ベーンのフレア状末端部の壁と当接するようにすることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記設置ステップが、前記キャビティの前記より大きな寸法を有する端部に前記ウェッジを設置するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記キャビティの壁および前記アウタベースに前記ベーンのフレア状末端部および前記ウェッジを固定するために、前記キャビティの壁、前記フレア状末端部の壁および前記ウェッジの面に接着剤を塗布するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記接着剤の塗布ステップが、二液型エポキシペースト接着剤を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. アウタベースと、該アウタベースのキャビティと、該キャビティ内に配置されたベーンの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配置され、かつ少なくとも１つの前記エアフォイル面の前記端部を機械的に保持する手段と、を備え、該機械的に保持する手段が、一定のピッチ角を有する第１の面および可変ピッチ角を有する第２の面を有するウェッジを有することを特徴とするタービンエンジン部品。
8. 前記アウタベースが外側縁部および内側縁部を有し、前記キャビティが該外側縁部に隣接するより大きな寸法および前記内側縁部に隣接するより小さな寸法を有し、前記キャビティが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７に記載のタービンエンジン部品。
9. 前記ウェッジが、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配置されることを特徴とする請求項７に記載のタービンエンジン部品。
10. 前記ベーン、前記ウェッジおよび前記アウタベースがそれぞれ、非金属材料から形成されることを特徴とする請求項９に記載のタービンエンジン部品。
11. 前記ウェッジが、ポリウレタンと、高性能のガラスまたはエンジニアリング用炭素繊維強化複合成形材料と、ナイロンと、ポリエーテルイミド材と、からなる群から選択さ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１０に記載のタービンエンジン部品。
12. 前記ウェッジを前記フレア状末端部に結合し、該フレア状末端部を前記アウタベースに結合し、前記ウェッジを前記アウタベースに結合する接着剤をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のタービンエンジン部品。
13. 前記接着剤が二液型エポキシペースト接着剤であり、前記アウタベースがエポキシ樹脂複合材から形成されることを特徴とする請求項１２に記載のタービンエンジン部品。
14. 前記部品が、出口案内ベーンを備えることを特徴とする請求項７に記載のタービンエンジン部品。
15. 前記アウタベースが出口案内ベーンのアウタベースであり、該出口案内ベーンがインナベースを有し、前記出口案内ベーンが前記インナベースと前記アウタベースとの間に延びることを特徴とする請求項７に記載のタービンエンジン部品。
16. 前記ベーンのフレア状末端部が、ベーンスタッキングラインに対して可変ダブテール角を有する２つの面を有することを特徴とする請求項７に記載のタービンエンジン部品。
17. 前記フレア状末端部が可変ダブテール角を有する面を有し、前記ウェッジの前記可変ピッチ角の面が可変ダブテール角を有する前記ベーンの面と当接することを特徴とする請求項７に記載のタービンエンジン部品。
18. 前方端部および後方端部の構造補強材料を該前方端部および該後方端部に有する前記キャビティをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のタービンエンジン部品。
19. 前方端部および後方端部を有する前記キャビティおよび該前方端部および該後方端部で前記キャビティの周方向の幅を最小限に抑える手段をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のタービンエンジン部品。

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