JP2010249135A - 水平ジョイント近くでのコンプレッサケースステータリングフックのパッチプラグ補修 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータリングフックの区画に対する損傷が修復されるコンプレッサケース及びその方法を提供する。
【解決手段】２つの半片が、分割線を画定し、且つ中空内部を画定するフランジ面において互いに係合し、リングフックが内部に配置され、コンプレッサケースの材料がステータリングフックの位置と一方のフランジ面の位置において除去されて空間を提供する。パッチプラグが、一方のフランジ面から空間内に滑入され、パッチプラグの形状は、材料欠損空間の形状と相補的で、材料欠損空間に嵌合する形状であり、パッチプラグの端部は、２つの半片が合わさった状態でケースの反対の半片に面する様に、一方のフランジ面に配置される。留め具が、ケースにパッチプラグを固定すると共に、内部からパッチプラグを通ってケースに達するまで延びる。
【選択図】図４

Description

本発明は、概して、ガスタービンエンジンのコンプレッサケースに関し、より詳細には、コンプレッサケースの損傷を修理する事に関する。

タービンエンジンとしては、ステータと、ステータに回転可能に設けられる一つ以上のロータとを有する。ロータは、周方向に複数の列に並べられたブレードを有する。各ブレードは、根元から先端に向かって外側に延びる。ステータは、ロータを収容する管状のコンプレッサケースとして設けられ、このケース内でロータのブレードが回転する。コンプレッサケース内には、エンジン効率等を向上させるため、ブレードの先端とケースの内面の間に最小限の間隙が存在する事が通常意図されている。

コンプレッサケースは、搬送、設置、又は組み立て中に損傷する場合がある事は理解されよう。特に、コンプレッサケースの特定の部分は、その位置もしくは相対サイズ、又はその両方が原因で損傷を受けがちである。この搬送、設置、又は組み立て中に損傷し得る領域の一つは、コンプレッサケースのステータリングフックである。このような損傷は、コンプレッサケースの２つの半片の分割線上で互いに接合するフランジ面の近くで特に生じ易いかもしれない。現在のところ、環状パッチリングという形式で修理を行う事が可能であり、このパッチリングは、コンプレッサケース全体に内接する方式でコンプレッサケース内に挿入される。

米国特許第６，９８４，１０８Ｂ２号

コンプレッサケースの損傷の修理。

一態様によれば、本発明は、分割線を画定し、且つ中空内部を画定するフランジ面において互いに係合する２つの半片を含むコンプレッサケースを提供する。リングフックが、コンプレッサケースの内部に配置される。コンプレッサケースの材料がステータリングフックの位置において欠損して、一方のフランジ面の位置から、ステータリングフックに沿って、且つ、ステータリングフックの材料欠損区画を含めて材料欠損空間を形成する。パッチプラグが、一方のフランジ面から空間内に滑入される。パッチプラグの形状は、材料欠損空間の形状と相補的で、材料欠損空間に嵌合する形状であり、パッチプラグの端部は、２つの半片が合わさった状態でコンプレッサケースの反対の半片に面する様に、一方のフランジ面に配置される。留め具が、コンプレッサケースにパッチプラグを固定すると共に、コンプレッサケースの内部から、パッチプラグを通ってコンプレッサケースに達するまで延びる。

他の態様によれば、本発明は、タービンのコンプレッサケースのステータリングフックの損傷区画を修理する方法を提供する。コンプレッサケースは、中空内部を有し、且つ、分割線を画定するフランジ面において互いに係合する２つの半片として設けられる。リングフックが、コンプレッサケースの内部に配置される。本方法は、ステータリングフックの位置でコンプレッサケースの材料を除去して、材料欠損空間を形成するステップを含む。この材料の除去は、一方のフランジ面の位置からステータリングフックに沿って、且つステータリングフックの損傷区画を含めてコンプレッサケースの材料を除去する事を含む。本方法は、一方のフランジ面から空間内にパッチプラグを滑り込ませるステップを含む。パッチプラグの形状は、材料欠損空間の形状と相補的で、材料欠損空間に嵌合する形状であり、パッチプラグの端部は、コンプレッサケースの２つの半片が合わさった時に、コンプレッサケースの反対の半片に面する様に、一方のフランジ面に配置される。本方法は、留め具によってコンプレッサケースにパッチプラグを固定し、留め具は、コンプレッサケースの内部から、パッチプラグを通り抜けてコンプレッサケースに達するまで延びる、パッチプラグを固定するステップを含む。

本発明の前述した態様及び他の態様は、本発明が属する分野の当業者であれば、付属の図面を参照しながら下記の説明を読む事で明らかになるであろう。図面は次の通りである。

本発明の一態様に係るパッチプラグ補修個所を含む、コンプレッサケースの例を示す斜視図である。 本発明の一態様に従って修理されたコンプレッサケースを含むタービンの例を部分的に示す断面図である。 本発明の一態様に係るパッチを有する、図１のコンプレッサケースの部分拡大図である。 図１に示したコンプレッサケースの例の半片の一部及びパッチプラグの例を示す斜視図である。 パッチプラグを収容するためにコンプレッサケースから材料が除去された空間を示す、パッチプラグを外した状態における図４のコンプレッサケース半片の更なる拡大図である。 パッチプラグの例を示す斜視図である。

図面に、本発明の一つ以上の態様を実装する実施形態の例を記載及び例示する。ここで説明する例は、本発明を限定する事を意図したものではない。例えば、本発明の一つ以上の態様は、他の実施形態において、及び他のタイプの装置においても利用する事が出来る。又、特定の用語は、本明細書において便宜上使用しているにすぎず、本発明の限定事項と見なされるべきではない。又、図面では、同一の参照番号を用いて、同一の要素を示している。

中空の管状コンプレッサケース１０の一例を図１に示す。コンプレッサケース１０は、図２に示す様に、タービンエンジン１２の一部を構成する。タービンエンジン１２は、ステータ１４の一部としてコンプレッサケース１０を有し、該エンジンは、ステータ内に回転可能に設けられる一つ以上のロータ１６を有する。ロータ１６は、周方向に列状に配列されるブレード１８を有する。各ブレード１８は、その根元から先端へと径方向外側に向かって延びる。コンプレッサケース１０は、周方向に列状にステータブレード１９を収容する。各ステータブレードは、その根元から先端へと径方向内側に向かって延びる。コンプレッサケース１０は、ロータブレード１８がコンプレッサケース内で回転する様に、ロータ１６を収容する。理解される通り、多数のロータブレード１８が存在する。通常、エンジン効率等を向上させるため、ブレードの先端とコンプレッサケース１０の内面の間には最小限の間隙が存在する。タービンエンジン１２の特定の構造、ブレードの数、寸法等に関わる正確な細目は、本発明の限定事項ではない。ただし、コンプレッサケース１０の中空内部２８は、寸法に関して極めて精度良く構成及び作製される点を理解する事は重要である。

図１に戻って、コンプレッサケース１０は、２つの半片３０，３２から成り、この半片が互いに固定されて、中空内部２８を有する管形状を提供する事に注目されたい。２つのコンプレッサケース半片３０，３２は、分割線４０上で対向して向き合うフランジ３４，３６において互いに接合する。フランジ３４，３６は、２つの半片を一緒に固定するボルト等を収容する、複数の整列した開口部をそれぞれ含む。もちろん、他の固定手段もしくは補助的固定手段、又はその両方が利用されても良い。

コンプレッサケース１０内には、コンプレッサケースの軸４４に沿って間隔をおいて配置されて、ブレード１９に近接してブレード１９と対となる連続的な内面隆起４２が存在する。具体的な内面隆起の一つは、コンプレッサケース１０の軸方向端部（すなわち、コンプレッサケースの中空内部の開口部）に配置されるコンプレッサケースステータリングフック４６である。端部に配置されるため、コンプレッサケースステータリングフック４６は、やや露出気味であり、搬送、設置、及び組み立て中に損傷を受け易い。例えば、コンプレッサケース１０の半片３０，３２は、比較的重量があり、搬送、設置、又は組み立て中に、コンプレッサケース半片（例えば、３０）が、他の部材と不用意に係合（例えば、位置がずれた状態で他方の半片３２と係合）し、コンプレッサケース半片の重量が、コンプレッサケースステータリングフック４６を変形／損傷させる場合がある。このような変形／損傷の例は、曲がりや欠けである。他の例としては、機械加工によって生じる加工不良及び鋳造欠陥が挙げられる。理解される様に、寸法に関する高い精度及びブレードとの相互作用という観点から、変形／損傷は問題になり得る。

本発明の一態様は、コンプレッサケースステータリングフック４６の損傷場所にパッチプラグ５０を配設する事である。図１の丸で囲った領域は、コンプレッサケース１０上のパッチプラグ５０が目立つ様に示したものである。図３を参照すると、パッチプラグ５０の配置がより判り易く示されている。具体的に言うと、パッチプラグ５０は、コンプレッサケースステータリングフック４６に配置されている。又、本発明の一態様によれば、パッチプラグ５０は、コンプレッサケース１０の半片（例えば、３０）のフランジ（例えば、３４）の面５６に隣接して配置される。２つのコンプレッサケース半片３０，３２は、分割線４０上で互いに接合する事を想起されたい。

又、図面によって提示した図示例において、パッチプラグ５０は、第１のコンプレッサケース半片３０上に設けられている。パッチプラグ５０は、第２のコンプレッサケース半片３２上にも配置出来る事は理解されよう。

パッチプラグ５０の幾つかの細部について説明するが、ここでは、図４に注目されたい。一つの特性は、パッチプラグ５０が、コンプレッサケースステータリングフック４６の周方向距離の全寸法と比べてかなり小さいか、又は短い事である。パッチプラグの具体的な長さは、コンプレッサケースステータリングフック４６の損傷領域の大きさによって異なるものになる。もちろん、ここで提示する図面に示した例において、損傷領域は既に除去されているが、この損傷領域については後で詳しく説明する。材料の除去は、簡単な小規模の機械加工、穴開け加工、研磨加工等によって実行出来る。材料の除去により、材料欠損空間が形成される。もちろん、材料欠損空間は、他の技法によって形成されても良い。

パッチプラグ５０の径方向内側の輪郭は、コンプレッサケースステータリングフック４６の内側輪郭と同一である。つまり、この点において、パッチプラグは、コンプレッサケースステータリングフック４６の一部となって、その一部を提供する。図３及び図４を見ると良く判る様に、パッチプラグ５０の端面は平坦で、フランジ面５６において同一平面に位置する。パッチプラグ５０の端面は、反対側のコンプレッサケース半片３２の対向する面にほぼ当接する事は理解されよう。この対向する面との当接状態は、図３に最も明瞭に示されている。図示例において、パッチプラグ５０は、フランジ面５６において、コンプレッサケース半片３０のチャンネル６２と一列に並ぶチャンネル区画６０も含む（図４に最も明瞭に図示）。フランジ面５６のチャンネル６２は、ブレード保持部材を収容するためのものであり、パッチプラグ５０のチャンネル区画６０は、この機能を複製／模倣している。

理解されるであろうが、コンプレッサケース半片３０にパッチプラグ５０を配置するためには、コンプレッサケースステータリングフック４６において、コンプレッサケース１０の一部を除去して、パッチプラグ５０を収容する空間７０を設けなければならない。図５に、コンプレッサケース１０から材料を除去した後に現れる空間７０の例を示す。図示例において、材料の除去は、コンプレッサケースの残りの材料部分７２とパッチプラグ５０とが互いに結合する様に行われている。特に、図５に示す空間７０と図６のパッチプラグ５０の例を比べると、互いに結合出来る事が判る。この様に、空間７０及びパッチプラグ５０は、嵌合する事に加え、相補的である。この結合により、保持機能が提供される。

図６の図示例において、パッチプラグ５０はレール７４，７６を有する。具体的には、レール７４，７６は、パッチプラグ５０に沿って延びると共に、コンプレッサケース１０の環状方向７８に沿って延びる。コンプレッサケース１０から材料を除去した後に提供される空間７０は、パッチプラグレール７４，７６のためのレール受け区画８０，８２を含む。図示例において、材料除去空間７０は、２つのレール受け区画を有し、この２つの区画はそれぞれ第１の区画８０及び第２の区画８２として記されている。この第１のレール受け区画８０は、残存材料部分７２の材料区画８４の隣に配置されるため、第１のレール受け区画８０は溝であると見なす事が出来る。材料が除去された第２のレール受け区画８２は、コンプレッサケース１０の軸方向端部の近くで、残存材料部分７２の材料区画８４の径方向外側に存在する。これらの区画の向きは、パッチプラグ５０が、環状方向７８に移動する事によって、コンプレッサケース１０に配置される様に設定されている。具体的には、パッチプラグ５０は、フランジの開放側から空間７０内に滑り込み、その際にパッチプラグレール７４，７６が区画８０，８２内を摺動する。

コンプレッサケース１０にパッチプラグ５０が配置されると（図４を参照）、残存（すなわち、除去されていない）材料部分７２の材料区画８４は、パッチプラグの第１レール７４とコンプレッサケース１０の軸方向端部の間に位置する。材料区画８４は、レール７４と７６の間に位置する。従って、材料区画８４は、コンプレッサケース１０から軸方向外側に向かうパッチプラグ５０の直接的な移動を阻止及び防止する（すなわち、コンプレッサケースの端部から外側に外れる方向の移動を阻止する）。又、パッチプラグ５０の第２レール７６は、材料区画８４の径方向外側に配置されるため、除去されていない材料が、径方向内側に向かう第２レールの移動を阻止及び防止する。又、材料区画８４、及びパッチプラグ５０の軸方向下方に位置するコンプレッサケース１０自体の残りの部分は、軸方向内側に向かう（すなわち、軸方向端部から離れてコンプレッサケース１０の更に内側に向かう）パッチプラグの移動を防止する。

図示例において、残存材料部分７２は、実際、一部の材料を除去した後に残る部分である事は理解されるであろう。残存材料部分７２、並びに第１及び第２のレール受け区画８０，８２が有する形状及び構造は、図示例と異なっていても良い。又、異なる数のレール受け区画が設けられても良い。形状及び構造の変更に関係無く、全体的にパッチプラグを保持する何らかの機能が提供される。

図示例において、留め具収容開口部９０（図６）は、パッチプラグ５０を貫通して設けられ、留め具収容開口部（９２）は、コンプレッサケース１０内で、残存材料部分７２に設けられる。留め具９４（図４を参照）は、開口部９０からパッチプラグ５０を通って延び、且つ、コンプレッサケース１０の開口部９２内に伸長して、コンプレッサケースにパッチプラグ５０を固定／保持する。留め具９４は、径方向の内側方向、及び軸方向（軸方向外側及びコンプレッサケース１０を基準にした内側）における保持機能を提供出来る。ただし、コンプレッサケース１０にレール７４，７６が噛み合っているため、留め具９４は、コンプレッサケースに対するパッチプラグ５０の移動を引き起こし得る全ての潜在力を支承する必要は無い。このような移動を引き起こす力の一部、場合によってはその全てを、レール７４，７６とコンプレッサケース１０との相互作用で支承する事が出来る。力の支承は、方向に依存し得る。例えば、留め具９４は、径方向の内側方向のみに移動を引き起こす力を支承出来るが、留め具は、軸方向において移動を引き起こす力については僅かしか支承しないか、又はまったく支承しない。

一例において、留め具９４は、コンプレッサケース１０の開口部９２のねじに対応するねじ切り部材である。又、一例において、パッチプラグ５０を貫通する開口部９０は、止め具９４の頭部がパッチプラグ内に埋め込まれて面一になる様な（すなわち、径方向内側に突出しない様な）複合直径を有しても良い。又、一例において、コンプレッサケース１０の開口部９２は、コンプレッサケースの径方向外側の表面９８（図４を参照）まで貫通しない。従って、開口部９２はめくら穴である。めくら穴を開口部９２として用いると、パッチプラグの位置においてコンプレッサケース１０の内側に、又は内側からガス、圧力等の移動が行われなくなる。

留め具９４は、記載した例から変更出来る事を注記しておく。留め具９４は、接着剤そのものであっても、又は接着剤を含んでも良い。利用する留め具がどのようなものであっても、本発明の一態様では、レールの結合関係により、移動を引き起こす全ての力を留め具が完全に支承するのではない事に留意されたい。一実施形態において、留め具は恒久的に取り付けられて固定される。

もちろん、コンプレッサケース１０の２つの半片３０，３２を連結及び固定した時に、パッチプラグ５０の移動は更に防止される。特に、パッチプラグ５０がその挿入経路に沿って外に滑り出す事が阻止及び防止される。従って、パッチプラグ５０が、材料欠損空間７０から外部へと環状方向７８に移動（すなわち滑動）する事は無い。

この様に、本発明の一態様は、タービンのコンプレッサケースステータリングフックの損傷した区画を修理する方法である事は理解されるであろう。コンプレッサケースは、中空内部を有し、分割線を画定するフランジ面で互いに結合する２つの半片として設けられる。リングフックは、コンプレッサケースの内部に配置される。本方法は、ステータリングフックの位置でコンプレッサケースの材料を除去して、材料欠損空間を形成する事を含む。このステップは、一方のフランジ面の位置からステータリングフックに沿って、且つ、ステータリングフックの損傷区画を含めて、コンプレッサケース材料を除去する事を含む。空間内に、フランジ面からパッチプラグを滑り込ませる。パッチプラグの形状は、材料が除去された空間の形状と相補的で、その材料が除去された空間に嵌合する形状である。パッチプラグの端部は、コンプレッサケースの２つの半片が合わさった時に、コンプレッサケースの反対の半片に面する様に、一方のフランジ面に配置される。パッチプラグは、留め具によってコンプレッサに固定され、止め具は、コンプレッサケースの内部から、パッチプラグを通り抜けてコンプレッサケースに達するまで延びる。

このような方法の幾つかの具体例は、パッチプラグがレールを有する事を含み、コンプレッサの材料を除去するステップは、パッチプラグのレールのための空間を形成する様に材料を除去する事を含む。従って、空間内にパッチプラグを滑り込ませるステップは、パッチプラグのレールのための空間にパッチプラグのレールを滑り込ませる事を含む。

このような方法の他の具体例は、コンプレッサにパッチプラグを固定するステップが、コンプレッサケースの外部に留め具が貫通しない様に留め具を伸長させる事を含む。一具体例において、留め具はねじであり、コンプレッサにパッチプラグを固定するステップは、ねじを恒久的に固定して脱落を防止する事を含む。

一方のフランジ面が細長いチャンネルを有し、パッチプラグが、細長いチャンネルと相補的なチャンネル区画を有する更に他の例として、空間内にパッチプラグを滑り込ませるステップは、細長いチャンネルにチャンネル区画を一列に並べる事を含む。

プラグの材料は、コンプレッサケースの材料と同じであって良い。ただし、プラグの材料を、コンプレッサケースの材料と異なるものにする事も可能である。プラグは、通常、相対的に小さいため、必要な仕様に精密機械加工して、修理場所に出荷する事が出来る。

本発明について、前述した実施形態の例を参照しながら説明した。本明細書を読み、且つ理解する事で、他者は変更及び修正について想起するであろう。本発明の一つ以上の態様を含む実施形態の例は、付属の請求項の範囲に入るものである限り、このような変更及び修正を全て含む事が意図されている。

Claims (10)

1. 分割線を画定し、且つ中空内部を画定するフランジ面において互いに係合する２つの半片を含むコンプレッサケースにおいて、リングフックが前記コンプレッサケースの前記内部に配置され、前記ステータリングフックの位置において前記コンプレッサケースの材料が欠損して、一方のフランジ面の位置から、前記ステータリングフックに沿って、且つ、前記ステータリングフックの材料欠損区画を含めて材料欠損空間を形成し、前記コンプレッサケースは、
   前記一方のフランジ面から前記空間内に滑入されるパッチプラグを含み、前記パッチプラグの形状は、前記材料欠損空間の形状と相補的で、前記材料欠損空間に嵌合する形状であり、前記パッチプラグの端部は、前記２つの半片が合わさった状態で前記コンプレッサケースの反対の半片に面する様に、前記一方のフランジ面に配置され、前記コンプレッサケースは更に、
   前記コンプレッサケースに前記パッチプラグを固定すると共に、前記コンプレッサケースの前記内部から、前記パッチプラグを通って前記コンプレッサケースに達するまで延びる留め具を含む。
2. 前記パッチプラグはレールを含み、前記コンプレッサケースの前記材料欠損空間は、空間区画を含み、前記パッチプラグの前記レールは、前記空間区画内に配置される、請求項１に記載のコンプレッサケース。
3. 前記留め具は、前記コンプレッサケースを貫通しない、請求項１に記載のコンプレッサケース。
4. 前記留め具は、脱落を防止するために恒久的に固定されるねじである、請求項３に記載のコンプレッサケース。
5. 前記一方のフランジ面は細長いチャンネルを含み、前記パッチプラグは、前記細長いチャンネルと相補的なチャンネル区画を含み、前記チャンネル区画は前記細長いチャンネルと一列に並ぶ、請求項１に記載のコンプレッサケース。
6. タービンのコンプレッサケースのステータリングフックの損傷区画を修理する方法であって、前記コンプレッサケースは、中空内部を有し、且つ、分割線を画定するフランジ面において互いに係合する２つの半片として設けられ、前記コンプレッサケースの前記内部に前記リングフックが配置される、方法において、
   前記ステータリングフックの位置で前記コンプレッサケースの材料を除去して、材料欠損空間を形成する際に、一方のフランジ面の位置から前記ステータリングフックに沿って、且つ前記ステータリングフックの前記損傷区画を含めて前記コンプレッサケースの前記材料を除去する事を含む、材料を除去するステップと、
   前記一方のフランジ面から前記空間内にパッチプラグを滑り込ませ、前記パッチプラグの形状は、前記材料欠損空間の形状と相補的で、前記材料欠損空間に嵌合する形状であり、前記パッチプラグの端部は、前記コンプレッサケースの前記２つの半片が合わさった時に、前記コンプレッサケースの反対の半片に面する様に、前記一方のフランジ面に配置される、パッチプラグを滑り込ませるステップと、
   留め具によって前記コンプレッサケースに前記パッチプラグを固定し、前記留め具は、前記コンプレッサケースの前記内部から、前記パッチプラグを通り抜けて前記コンプレッサケースに達するまで延びる、パッチプラグを固定するステップと、を含む方法。
7. 前記パッチプラグはレールを有し、前記コンプレッサケースの前記材料を除去する前記ステップは、前記パッチプラグの前記レールのための空間を形成する様に前記材料を除去する事を含み、前記空間内に前記パッチプラグを滑り込ませる前記ステップは、前記パッチプラグの前記レールのための前記空間に前記パッチプラグの前記レールを滑り込ませる事を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記コンプレッサケースに前記パッチプラグを固定する前記ステップは、前記留め具が前記コンプレッサケースを貫通しない様に、前記留め具を伸長させる事を含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記留め具はねじであり、前記コンプレッサケースに前記パッチプラグを固定する前記ステップは、前記ねじを恒久的に固定して脱落を防止する事を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記一方のフランジ面は細長いチャンネルを有し、前記パッチプラグは、前記細長いチャンネルと相補的なチャンネル区画を有し、前記空間内に前記パッチプラグを滑り込ませる前記ステップは、前記細長いチャンネルと前記チャンネル区画とを一列に並べる事を含む、請求項６に記載の方法。

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