JP2008274948A - ターボ機械のブレードの補修のための方法、ターボ機械ブレード、およびこのブレードを含むターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】知られているターボ機械の部品の補修方法の欠点を有しておらず、チタニウム製のファンブレード根元部または脚部などの表面部分の表面再生に関する特定の課題を解決することができる補修方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、可動ターボ機械ブレードの表面部分を補修する表面再生の方法に関する。方法は、金属粒子が電気分解によって上記表面に堆積させられることを特徴とする。電気分解は、パッドによる電気分解、槽中またはマイクロ槽での電気分解、あるいはこれらの組み合わせを含む形式の電気分解である。
本発明は、摩擦によって摩耗したチタニウムまたはチタニウム合金製のブレード根元部の表面部分の表面再生に、有利に適用される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ターボ機械の分野に関し、特には表面部分、より特定的には根元部の領域に位置する部分に、摩耗した領域を有するブレードの補修に関する。

バイパスガスタービンを有するターボエンジンは、ファンロータを含み、ファンロータは、複数のブレードをガス発生器の低圧ロータの軸によって駆動されるディスクのリムに取り付けて構成されている。チタニウムまたはチタニウム合金で製作されたファンブレードが、概して機械の軸方向に向けられた個々の空洞内に保持されている。ブレード根元部が、それらを収容する空洞と対をなす蟻継ぎ断面を備える形状を有する。或る種類の機械によれば、ブレードが、軸方向の隆起によって下流側へと延びており、この隆起によって空洞内に固定されている。一例が、本出願人の名義の欧州特許第１６５８６０号明細書に記載されている。ブレードが、下流側のロックリングによって軸方向について固定され、このロックリングに軸方向に当接している。リングは、下流の圧縮機のロータのフランジから形成することができる。運転時の振動運動のため、根元部が繰り返しの衝撃および当接相手の表面に対する擦れにさらされ、結果として、根元部の下流側に面する領域の摩耗および材料の喪失につながる。摩耗が特定のしきい値に達すると、部品を交換しなければならない。これまでのところ、部品は廃棄され、あるいは補修待ちとして保管され、満足できる結果をもたらす方法は知られていない。

ブレードの表面部分の溶接による表面再生は、部品が加熱されることによって生じる疲労強度の低下がきわめて大きく、ファンブレード翼の基底部においては容認できないため、困難である。

さらには、観察されるかなりの摩耗（ときには、０．５ｍｍを超える）および摩耗領域の大きさ（約１から２ｃｍ^２）が、熱溶射（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｐｒａｙｉｎｇ）による表面再生方法の適用をきわめて扱いにくいものにしている。本方法は、常に可能であるが、破砕によってコーティングが失われる恐れがある。この結果、可能な最大の補修厚さが、これらの部品において見られる最も大きく摩耗した領域において、依然として不充分である。

さらに、ブレードが当接する部品も、チタニウムで作られている。チタニウムの表面間の接触は、多くのコーティングを排除する。

この領域における特段の条件は、以下のとおりである：
疲労強度に影響を及ぼすことがない表面再生方法の使用を伴う高い微小サイクル（ｏｌｉｇｏ−ｃｙｃｌｉｃ）応力、
表面再生層の良好な付着を伴う接触圧力の不完全圧力の分散および遠心力によるせん断、および
適切な表面再生材料を必要とするチタニウムとの接触。
欧州特許第１６５８６０号明細書

したがって、本発明の目的は、知られているターボ機械の部品の補修方法の欠点を有しておらず、チタニウム製のファンブレード根元部または脚部などの表面部分の表面再生に関する特定の課題を解決することができる補修方法にある。

本発明によれば、チタニウムまたはチタニウム合金で作られた可動ターボ機械ブレードの表面部分を補修する表面再生の方法が、ニッケル、コバルト、または２つの金属の組み合わせを、電気分解によって上記表面部分に堆積させる少なくとも１つの工程を含むことを特徴とする。

１つの特定の実現方法によれば、金属の堆積が、パッドによる電気分解を槽中またはマイクロ槽での電気分解に組み合わせる少なくとも２つの工程にて実行される。

本発明によれば、摩耗した部品を、１ｍｍ程度の比較的大きな深さに及ぶが、小さい面積にわたる表面再生によって、補修することができる。これは、例えば、蟻継ぎの断面を有する根元部を有するファンブレードであって、ファンブレード根元部の下流側の面の一部が摩耗する場合である。

このような方法は、基材の疲労能力に影響を及ぼさないという利点を有する。さらに、チタニウム製の部品に対する摩擦による摩耗の場合において、補修後の部品の挙動が、元の構成よりも良好であることが明らかになっている。

電解質の金属粒子は、例えばスルファミン酸ニッケルなど、ニッケル、コバルト、または２つの金属の組み合わせを含む。

本方法によれば、１０μｍから１ｍｍの金属層を堆積させることができる。

さらに本発明は、その有利な特性に関し、蟻継ぎ形状の根元部および軸方向表面における当接部を有するチタニウムまたはチタニウム合金製の可動ターボ機械ファンブレードに関する。ブレードは、上記軸方向における当接面が、電気分解によって堆積させられた金属コーティングで少なくとも部分的に覆われており、金属コーティングが、ニッケル、コバルト、または２者の組み合わせを含むことを特徴とする。

次に、本発明の限定されない実施形態を、図面を参照しつつさらに詳しく説明する。

図１は、欧州特許第１６５８６０号明細書に記載のとおりの構成を示している。この図は、円錐形の前部カウル３が固定されるフランジを有するターボエンジンのロータディスク１を示している。ほぼ軸方向の空洞４が、ブローチ加工によってディスク１のリムに形成されている。空洞４の断面は、蟻継ぎの形態であり、ブレード１０の根元部１３の下部１３’の形状に一致している。根元部１３は、ブレード１０において、ガス流を区切るプラットフォーム９よりも下方の部分である。ブレードは、根元部１３の下部１３’を覆うように滑り込まされるキー１１によって、空洞内に固定される。ディスクのリムは、下流側の面に、ロックリング７およびシールリング８をボルト６によって固定するための半径方向のフランジ５を有する。

ロックリング７は、空洞と同数の半径方向内側の凹所１８を、空洞に面するように有する。さらに、ブレード根元部１３の下部１３’は、軸方向の隆起１７によって後部を越えて延びており、この隆起は、側方に２つの段差を備えている。隆起が、凹所１８に係合し、凹所１８のフランク面が、隆起の側方の段差の内側に案内されている。

したがって、ロックリング７は、空洞４の下流側端を少なくとも部分的に隠している。

ブレード根元部１３の後部は、表面部分１４にて２つのボルト６の間のロックリング７に当接している。運転時のエンジンの振動のため、表面部分１４がロックリングの表面に対して擦られ、材料の喪失をともなうかなりの摩耗にさらされる。上述のように、この種の表面部分は、補修が困難である。現在の技術水準には、満足できる解決策が存在しない。

本発明によれば、この種の表面部分が、材料表面再生によって補修される。補修は、材料の損失を補うだけでなく、表面をより耐摩耗性にもする金属層を形成することからなる。

表面再生の金属生成物が、本発明によれば、パッドによる電気分解、槽中での電気分解、またはマイクロ槽中での電気分解によって、摩耗した表面へと堆積させられる。

図３が、パッド式の電気分解表面再生装置を概略的に示している。装置１００が、電流源１０２を含み、この電流源１０２が、カソードを形成するブレード１３およびアノードを形成し、電解質溶液で含浸されているパッド１０６へと、導体１０４によって接続されている。パッドは、例えばグラファイト電極であり、その幾何形状および寸法は、処理対象の表面部分の形状および寸法に合わせられている。電解質溶液は、ニッケルを堆積させるためのスルファミン酸ニッケル溶液であってよい。

図４においては、表面再生の金属生成物が、槽中での電気分解によって堆積させられる。装置２００が、電解質溶液２０４で満たされたタンク２０１を含み、その中にブレード根元部１３が少なくとも部分的に沈められ、このブレード根元部のうちの処理対象の表面部分１４のみが、電解質溶液に接触する。ブレードの残りの部分は、粘着テープ２０６などといった適切な手段によって保護される。ブレードが、電流源２０２へと接続されてカソードを形成し、電極２１０が、電解質溶液に沈められ、電流源２０２へと接続されてアノードを形成する。先の解決策と同様に、グラファイト電極２１０を使用することができ、電解質溶液としてスルファミン酸ニッケルを使用することができる。

図５においては、金属生成物が、装置３００によるマイクロ槽での電気分解によって堆積させられ、装置３００は、ブレード１および電解質溶液を収容するように形作られたタンク３１０を含み、電解質溶液が、材料の欠損を有する表面の部位においてのみブレードに接触している。電流源３０２が、カソードを形成すべくブレード１３へと接続され、アノードを形成すべくタンク３０１へと接続されている。

場合によっては、このようにして補修されたブレードの表面を、最初の形状へと戻すために機械加工することができる。形成された層を、必要であれば、さらなる手段（別の形態の電気分解であってよい）によって堆積させられるコーティングのための下層として機能させてもよい。

例えば、パッドによる電気分解によって形成された第１の層を、他の電気分解技法を用いての堆積（槽中での電気分解による堆積など）のための下層として機能させることができる。

ターボ機械のロータディスクに取り付けられたファンブレードを軸断面にて示している。 図１の方向２−２に沿った断面図を示している。 表面部分（図２のブレード根元部など）の表面再生のためのパッド電気分解装置の図を示している。 槽中での電気分解による表面再生のための装置の図を示している。 マイクロ槽中での電気分解による表面再生のための装置の図を示している。

符号の説明

１ ディスク
３ 前部カウル
４ 空洞
５ フランジ
６ ボルト
７ ロックリング
８ シールリング
９ プラットフォーム
１０ ブレード
１１ キー
１３ ブレード根元部
１３’ ブレード根元部の下部
１４ 表面部分
１７ 隆起
１８ 凹所
１００、２００、３００ 装置
１０２、２０２、３０２ 電流源
１０４ 導体
１０６ パッド
２０１ タンク
２０４ 電解質溶液
２０６ 粘着テープ
２１０ 電極
３１０ タンク

Claims (13)

1. チタニウムまたはチタニウム合金で作られた可動ターボ機械ブレードの表面部分を補修する表面再生の方法であって、
   ニッケル、コバルト、または２つの金属の組み合わせが、電気分解によって前記表面部分に堆積させられる、方法。
2. 金属の堆積が、パッドによる電気分解によって実行される、請求項１に記載の方法。
3. 金属の堆積が、槽中での電気分解によって実行される、請求項１に記載の方法。
4. 金属の堆積が、マイクロ槽での電気分解によって実行される、請求項１に記載の方法。
5. 金属の堆積が、パッドによる電気分解を槽中またはマイクロ槽での電気分解に組み合わせる少なくとも２つの工程にて実行される、請求項１に記載の方法。
6. ファンブレードへと適用される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 電解質が、スルファミン酸ニッケルを含む、請求項６に記載の方法。
8. １０μｍから１ｍｍの間の金属槽が堆積させられる、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記表面部分が、ブレード根元部に位置している、請求項１から８のいずれか一項に記載の表面再生補修方法。
10. ブレード根元部が蟻継ぎの断面を有し、前記表面部分が、ブレードのうちの軸方向において当接をする表面部分である、請求項９に表面再生方法。
11. 蟻継ぎの根元部および軸方向における当接面を有する可動ターボ機械ブレードであって、
    前記軸方向における当接面が、電気分解によって堆積させられた金属コーティングで少なくとも部分的に覆われている、ブレード。
12. チタニウムまたはチタニウム合金で作られており、
    金属コーティングが、ニッケル、コバルト、または２者の組み合わせを含む、請求項１１に記載のブレード。
13. 請求項１１または１２に記載のブレードを有する、ターボ機械。

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