JP2014098389A - ターボ機械のロータブレードについて所定のラジアル方向間隙幅に調整するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ターボ機械のロータブレードについて所定のラジアル方向間隙幅に調整するための方法及び装置に関する。
【解決手段】当該方法及び当該装置は、ロータブレードを現場で研削機械加工することによって、ターボ機械のロータブレードについて所定のラジアル方向間隙幅に調整するように構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ターボ機械のハウジング内に配置されているロータブレードについて所定のラジアル方向間隙幅に調整するための方法に関する。

ターボ機械のブレード、特にタービンブレードの材料が動作中に受ける負荷は非常に大きく、これに対応して、その摩耗も大きい。このために、メンテナンス作業において、一般に、ブレードは、所定の動作時間の経過後に新品のブレードに交換される。優位には、動作時間は、交換されたブレードが依然として補修可能であるように選定される。

タービンのブレードを交換することは、タービンロータブレードとタービンガイドベーンとガイドセグメントとを交換することを含んでいる。このような交換を確実に実施可能とすると共に初期のタービンの性能を確実に維持するためには、新品のタービンロータブレードが初期のラジアル方向ブレード間隙幅を依然として有していることを必要とする。このために、新品のロータブレードの先端部は、その組立前に対応するように機械加工される。しかしながら、ラジアル方向間隙幅は、新品のロータブレードの製造誤差のみならず、さらなる影響因子に依存するので、すべてのブレードが完全に交換完了すると、その結果として、ブレードの最終的なラジアル方向間隙が得られる。この場合には、影響因子は、例えば新品のガイドベーンの外形、新品のガイドリングの外形、新品のガイドベーン及びガイドリングの被膜、交換後の古いブレード及びこれに類する物に対する新品のブレードの様々な配置、並びにこれらに類する物である。これに対応して、最終的な間隙幅を事前に計算することは困難であり、非常に大きい許容値を以って可能となるにすぎない。

一般に、新品のロータブレードの先端部は、ラジアル方向間隙幅を調整するために、研削によって機械加工される。通常、このような機械加工は、ターボ機械から離隔した場所で実施される。そうでなければ、機械加工プロセスの際に発生した研削屑によって、ターボ機械が故障してしまうからである。従って、ブレードは、初期のロータディスクに取り付けられた場合に機械加工可能とされるが、このためには、ロータが事前に積み重ねられていないことが必要とされるので、労力が非常に大きい。代替的には、初期のロータディスクの代わりに、いわゆるダミーのロータディスクが利用可能とされ、この場合には、ロータを積み重ねることができる。しかしながら、このようなダミーのロータディスクを利用することによって、機械加工の精度が低下するので、このことは、ターボ機械の性能に悪影響を及ぼす。さらに、いわゆる単一のブレードを研削するための装置を利用することによって、ロータディスクを必要とせず、ロータブレードを機械加工することができるが、このことは、機械加工の精度に悪影響を及ぼす。

このような従来技術を踏まえて、本発明の目的は、導入部分で説明したタイプの方法と、当該方法を実施するための研削装置とを提供することである。当該方法によって、ロータブレードの先端部を研削によって機械加工する際に、ターボ機械の正常動作を損なうことなく、非常に高い機械加工の精度を確保すると共に、ターボ機械のハウジング内に配置されているロータブレードについて所定のラジアル方向間隙幅に簡便で迅速に且つ適宜調整することができる。

当該目的を達成するために、本発明は、導入部分で説明したタイプの方法であって、ａ）機械加工すべきロータブレードを少なくとも部分的に露出させるために、ハウジング部分を取り外すステップと、ｂ）研削装置の研削ディスクを利用することによってロータブレードの先端部が機械加工可能とされるように、機械加工すべきロータブレードの領域内に研削装置を配置するステップと、ｃ）遮蔽された機械加工領域から研削屑が飛散されることを防止するように形成されている遮蔽装置を配置することによって、機械加工領域を遮蔽するステップと、ｄ）吸排出装置が遮蔽された機械加工領域から研削屑を排出するように、吸排出装置を準備するステップと、ｅ）所定のラジアル方向間隙幅を生成するために、ロータブレードの先端部を現場で研削するステップとを備えている方法を提供する。本発明における方法は、特に機械加工領域の遮蔽と吸排出装置の利用とによって、研削屑に起因するターボ機械の汚染が防止され、これにより、正常に取り付けられた状態においてロータブレードを現場で機械加工することができる。一方、ロータブレードを現場で機械加工の優位点は、既知の方法と比較して非常に高い機械加工精度が実現されることに起因して、ターボ機械の初期性能を維持されること、及び、ラジアル方向間隙幅を調整することによってターボ機械の性能が最適化されることである。他方、当該方法を実施するために、積み重ねられたロータから一のロータを引き出す必要がないので、その結果として、時間及びコストを節約することができる。ロータブレードは、例えば圧縮機又はタービンのロータブレードとされる場合がある。

好ましくは、ステップｅ）が完了した際に、研削装置とさらなるロータブレードとが、互いに向かって方向づけられており、この状態でステップｃ）〜ｅ）が繰り返される。言い換えれば、この場合には、多数のロータブレードが次々に機械加工される。

本発明における方法の一の変形例では、ロータブレードの先端部が既に研削されているロータブレードについて、ステップｅ）が実行される。例えば、ロータブレードが導入部で説明したダミーのロータディスクに取り付けられている状態で、又はロータブレードが単一のブレード研削装置を利用している状態で、ロータブレードの先端部は事前に研削される。本発明における方法を利用することによって、最終的な機械加工又は精密な機械加工がロータブレードに実施されるので、非常に高い機械加工精度が実現され、これに対応してターボ機械の性能が最適化される。

好ましくは、遮蔽装置が、研削装置に設けられているブラシ装置によって形成されており、研削ディスクを環状に囲んでいる。さらに、遮蔽装置としてブラシ装置を利用することは、可撓性を有しているブラシが機械加工すべき部材に対して密着した状態で配設されるので、遮蔽された機械加工領域から研削屑が飛散する際に通過する間隙を解消することができる。

優位には、利用される研削装置の大きさが、研削装置の研削ディスクを衝突させずに利用することによってすべての翼配列のロータブレードが機械加工可能とされるように、ターボ機械のアキシアル方向において隣り合っている翼配列同士の間隔に適合している。従って、例えば、単一の研削装置を利用することによってタービンのすべてのステージのロータブレードを機械加工することができるので、交換に要する時間を解消することができる。

好ましくは、ステップｅ）が実施される前に、ロータブレードに設けられている冷却流体用ボアが少なくとも部分的に閉塞される。これにより、機械加工の際に発生した研削屑が、遮蔽された機械加工領域内に配置されている冷却流体用ボアの目詰まりを防止することができる。これにより、遮蔽装置及び吸排出装置が設けられているにも関わらず、遮蔽された機械加工領域から研削屑が飛散した場合であっても、冷却流体用ボアの閉塞を防止することができる。

優位には、冷却流体用ボアが、接着テープ及び／又は蝋を利用することによって閉塞される。好ましくは、接着テープが、遮蔽装置と接触することがない位置に貼付されている。特に優位には、蝋がロータブレードの先端部の領域に塗布されている。通常、蝋が遮蔽装置と接触した際に取り除かれることがないからである。

本発明における方法を実現する一の構成では、研削装置が、２つの相互に直交する方向において移動可能とされるように、ベースプレートに配置されているクロススライドに保持されている。従って、研削ディスクは、ロータブレードの先端部を機械加工するのに適した態様で移動可能とされる。

好ましくは、ステップｂ）において、ベースプレートが、ターボ機械のハウジングに固定される。従って、研削ディスクと機械加工すべきロータブレードとの相対的な移動が偶発的に発生することはなく、これにより適切な作業の実現が確保される。

導入部で説明した目的を達成するために、本発明は、特に上述の方法を実施するための研削装置において、研削ディスクと、研削ディスクを囲んでいる遮蔽装置であって、研削装置の正常運転中に機械加工領域を遮蔽するように形成されている遮蔽装置と、研削装置の正常運転中に遮蔽された機械加工領域から研削屑を排出するように形成されている吸排出装置とを備えている研削装置をさらに提供する。

本発明における研削装置の一の構成では、遮蔽装置が、研削ディスクを環状に囲んでいるブラシ装置の形態で設けられている。このようなタイプのブラシ装置を利用することによって、非常に良好な結果を得ることができる。

好ましくは、研削装置が、２つの相互に直交する方向において移動可能とされるように、ベースプレートに配置されているクロススライドに保持されている。

優位には、固定装置が、ベースプレートに設けられており、固定装置が、ベースプレートがターボ機械のハウジングに取り外し可能に固定されるように形成されている。

本発明のさらなる特徴及び優位性については、添付図面を参照しつつ、典型的な実施例に関する以下の説明を精査することによって明らかとなる。

本発明の一の実施例における研削装置の概略的な正面図である。 本発明の一の実施例における、図１に表わす研削装置を利用することによって実施される方法のステップを概略的に表わす。 ハウジングの上側部分が取り外された状態において、アキシアル方向において隣接している３つのロータブレードを表わす、ターボ機械の概略的な部分斜視図である。 図１に表わす研削装置を利用することによる、ターボ機械のロータブレードの先端部の機械加工を表わす、図３に表わすターボ機械の一部分の概略的な拡大斜視図である。 本発明のさらなる実施例における、図１に表わす研削装置を利用することによって実施される方法のステップを概略的に表わす。

図１は、本発明の一の実施例における研削装置１を表わす。研削装置１は、駆動装置３によって回転駆動される研削ディスク２を備えている。研削ディスク２は、当該実施例ではブラシ装置４によって形成されている遮蔽装置によって環状に囲まれている。ブラシ装置４は、多数の可撓性を有している毛を備えており、これら毛は、研削装置１の通常動作の際に当該毛が機械加工すべきワークピースと接触するように、研削ディスク２を越えて外方に突出している。さらに、研削装置１は、研削ディスク２の下方に配置されている吸排出装置５を備えており、吸排出装置５は、研削装置１の通常動作の際に研削装置１の遮蔽された機械加工領域から研削屑を排出し、機械加工領域の境界は、ブラシ装置４によって形成されている。研削ディスク２のための駆動装置３は、吸排出装置５が故障した場合に自動的に駆動装置３の電源が切れるように、吸排出装置５に結合されている。研削装置１は、ベースプレート６の平面内において２つの独立して直交する方向で移動可能なように、ベースプレート６上に配置されているクロススライド７上に保持されている。研削装置１は、駆動ユニット（詳細には図示しない）及び当該駆動ユニットに割り当てられた制御ユニットによって移動される。研削装置１の大きさ及び重量の両方が、研削装置１が容易に梱包されるように、且つ、研削装置１がターボ機械が動作する場所に容易に輸送されるように選定されている。好ましくは、研削装置１は携行式ユニットとして構成されている。

図２は、図１に表わす研削装置１を利用することによって実施される、本発明の一の実施例における方法のフローチャートである。当該方法は、ターボ機械のハウジング内に配置されているロータブレードの所定のラジアル方向間隙幅を最適化するために、ひいてはターボ機械の性能を最適化するために利用される。

本発明における方法の出発点は、ロータブレードを短縮することによって導入部分で説明した既知の方法のうち一の方法を利用して、ラジアル方向間隙幅及び／又は性能が既に調整されているターボ機械である。これら方法すべてにおいて、ロータブレードが据え付けられていないときに機械加工されることによって、ラジアル方向間隙幅を調整されるので、ターボ機械の性能がさらに最適化される。このために、本発明では、以下のステップが実施される。

第１のステップＳ１では、機械加工すべきロータブレードを少なくとも部分的に露出させるように、ターボ機械のハウジング部分が取り外される。図３は、ステップＳ１が実施された後における、ターボ機械８の一部分を例示的に表わす。ターボ機械８は、下側ハウジングシェル９及び上側ハウジングシェルから成る二分割式ハウジングを備えている。上側ハウジングシェルは、下側ハウジングシェル９の上に配設されており、正常な状態では、ジョイント１０に沿って下側ハウジングシェル９に堅固に螺合されている。図３に表わす状態では、３つのステージ１２，１３，１４を有している本発明のターボ機械のロータブレード１１が自在にアクセス可能とされるように、上側ハウジングシェルは持ち上げられて取り外されている。

第２のステップＳ２では、ロータブレード１１それぞれの冷却流体用ボアが、ステップＳ６で実施される研削機械加工の際に研削屑による冷却流体用ボアの目詰まりを防止するために、接着テープ１５及び／又は蝋を利用することによって閉塞されている。接着テープ１５は、研削機械加工を実施する際にブラシ装置４と接触しない位置で利用される。対照的に、他のすべての位置には、特にロータブレードの先端部分の領域には、蝋が塗布されている。蝋がブラシ装置４と接触した際に取り除かれることがないからである。

ステップＳ３では、研削装置１は、研削装置１の研削ディスク２を利用することによってロータブレードの先端部分が機械加工可能とされるように、−ステージ１２に設けられている−機械加工すべきロータブレード１１の領域に配置されている。より具体的には、図４に概略的に表わすように、研削装置１が取り付けられているベースプレート６は、ネジ１６によって、ターボ機械８の下側ハウジングシェル９のジョイント１０に固定されている。従って、研削ディスク２は、ロータブレード１１を機械加工するために、クロススライド７を介して矢印１７，１８の方向に向かって移動可能とされる。

研削ディスク２が機械加工すべきロータブレード１１の先端部分に至るまで矢印１８の方向において移動されると、ブラシ装置４のブラシがロータブレード１１と密接するので、ステップ４に従って、研削機械加工の際に、遮蔽された機械加工領域から研削屑が飛散することを防止するために、機械加工領域が遮蔽される。図４は、研削ディスク２を視認可能とするために、ブラシ装置４の上側列のブラシを省略していることに留意すべきである。

また、研削ディスク２がロータディスク１１に至るまで移動された場合には、研削機械加工の際に吸排出装置５が研削屑を遮蔽された機械加工領域から排出するように、ステップＳ５において、吸排出装置５が自動的に配設される。

その後に、さらなるステップＳ６では、所定の最適化された間隙幅を生成するために、ロータブレード１１の先端部分が現場で研削される。ロータブレード１１が適切に取り付けられた状態で研削によって機械加工されるので、非常に高い機械加工精度を実現することができる。機械加工プロセスの際に、ブラシ装置４は、研削屑が遮蔽された機械加工領域から飛散することを防止し、吸排出装置５は、当該研削屑を当該遮蔽された機械加工領域から取り除く。従って、研削屑によってターボ機械が汚れることが効果的に防止される。吸排出装置５が研削機械加工の最中に故障した場合には、研削ディスク２のための駆動装置が自動的に停止される。吸排出装置５が機能しない場合には、清浄な状態における機械加工を保証することができないからである。

さらなるステップＳ７では、研削装置１の研削ディスク２を利用することによってさらなるロータブレード１１の先端部が機械加工可能とされるように、ステージ１２が回転される。この際に、ステップＳ４〜Ｓ６が繰り返される。ステージ１２のすべてのロータブレード１１を機械加工することによって間隙幅が最適化されるまで、この手順は繰り返される。

隣り合うステージ１３のロータブレード１１を機械加工するために、研削ディスク２が、ベースプレート６の幅又はクロススライド７の長さに依存するが、矢印１７の方向においてステージ１３に向かって移動される。代替的には、言うまでもないが、ベースプレート６は、手作業によって、ターボ機械８のジョイント１０に沿って移動可能とされる。

研削装置１の研削ディスク２を衝突させずに利用することによって、すべてのステージ１２，１３，１４のロータブレード１１が機械加工可能とされるように、研削装置１の大きさはステージ１２，１３，１４同士の間隔に適合している。言い換えれば、ステージ１２のロータブレード１１を機械加工する場合に、研削装置１とステージ１２のロータブレード１１を越えてラジアル方向に突出しているステージ１３のロータブレード１１とが衝突する危険性が存在しないように、研削装置１の幅は選定されている。また、研削装置１とステージ１４のロータブレード１１とが衝突することなく、ステージ１３のロータブレード１１を機械加工することができる。

図５は、本発明のさらなる実施例における方法についてのフローチャートである。当該フローチャートに従うと、消耗したロータブレードを新品のロータブレードに交換した後に、初期の間隙幅が再び設定される。簡略化のため、方法の第２の実施例の方法ステップは、図２を参照して説明した方法の第１の実施例の方法ステップに対応しており、図５では同一の参照符号を備えている。これら相互に対応する方法ステップの説明については省略する。

ステップＳ１では、例えば図３に表わす構成を実現するために、ターボ機械のハウジング部分が取り外され、機械加工すべきターボ機械のロータブレードが少なくとも部分的に露出される。

その後のステップＳ８では、交換すべきロータブレードが取り外される。

さらなるステップＳ９では、消耗したロータブレードを交換するための新品のロータブレードが準備される。

ステップＳ１０では、ステップＳ９で準備された新品のロータブレードの先端部が、研削によって予備成形される。従来技術として知られている方法に関連して導入部で説明したように、この予備成形は、例えばダミーのロータブレード又は単一のブレード研削装置を利用することによって実施される。

ステップＳ１１では、ステップＳ８で取り外されたロータブレードの代わりに、予備成形されたロータブレードが据え付けられる。

その後に、上述のステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５、及びＳ６が実行される。これにより、予備成形されたロータブレードの先端部を研削機械加工することによって予備成形されたロータブレードが短縮化されるので、所定のラジアル方向間隙幅が回復又は最適化され、ひいては、予備成形されたロータブレードを最終寸法にすることができる。

ステップ１０では、新品のロータブレードが据え付けられていない状態で予備成形される。なによりも、ステップＳ６で生成される研削屑の量を最小限に抑える必要があるからである。ステップＳ６で発生する研削屑の量が少なくなるに従って、研削機械加工プロセスの際にターボ機械が汚染される危険性が低減される。従って、ステップＳ６では、精密機械加工のみが実施される。

しかしながら、本発明では、ステップＳ１０の実行が完全に省略され、ステップＳ６において、ロータブレードの先端部の研削機械加工が完全に実施される場合があることに留意すべきである。

本発明について実施例を介して詳細に図示及び説明したが、本発明は開示した実施例に限定される訳ではなく、当業者であれば、本発明の保護範囲から逸脱することなく、本出願に鑑みて他の変形例を想到することができる。

１ 研削装置
２ 研削ディスク
３ 駆動装置
４ ブラシ装置
５ 吸排出装置
６ ベースプレート
７ クロススライド
８ ターボ機械
９ 下側ハウジングシェル
１０ ジョイント
１１ ロータブレード
１２ ステージ
１３ ステージ
１４ ステージ
１５ 接着テープ
１６ ネジ
１７ 矢印
１８ 矢印
Ｓ１ 第１のステップ
Ｓ２ 第２のステップ
Ｓ３ ステップ
Ｓ４ ステップ
Ｓ６ ステップ
Ｓ８ ステップ
Ｓ１０ ステップ

Claims (13)

1. ターボ機械のハウジング内に配置されたロータブレードについて所定のラジアル方向間隙幅を調整するための方法において、
   前記方法が、
   ａ）機械加工すべき前記ロータブレード（１１）を少なくとも部分的に露出させるために、ハウジング部分を取り外すステップと、
   ｂ）研削装置（１）の研削ディスク（２）を利用することによって前記ロータブレード（１１）の先端部が機械加工可能とされるように、機械加工すべき前記ロータブレード（１１）の領域内に前記研削装置（１）を配置するステップと、
   ｃ）遮蔽された機械加工領域から研削屑が飛散されることを防止するように形成されている遮蔽装置を配置することによって、前記機械加工領域を遮蔽するステップと、
   ｄ）吸排出装置（５）が遮蔽された前記機械加工領域から研削屑を排出するように、前記吸排出装置（５）を準備するステップと、
   ｅ）所定の前記ラジアル方向間隙を生成するために、前記ロータブレード（１１）の前記先端部を現場で研削するステップと、
   を備えていることを特徴とする方法。
2. ステップｅ）が完了した際に、前記研削装置（１）とさらなるロータブレード（１１）とが、互いに向かって方向づけられており、この状態でステップｃ）〜ｅ）が繰り返されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ロータブレード（１１）の前記先端部が既に研削されている前記ロータブレード（１１）について、ステップｅ）が実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記遮蔽装置が、前記研削装置（１）に設けられているブラシ装置（４）によって形成されており、前記研削ディスク（２）を環状に囲んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 利用される前記研削装置（１）の大きさが、前記研削装置（１）の前記研削ディスク（２）を衝突させずに利用することによってすべての翼配列（１２，１３，１４）の前記ロータブレード（１１）が機械加工可能とされるように、前記ターボ機械のアキシアル方向において隣り合っている前記翼配列（１２，１３，１４）同士の間隔に適合していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. ステップｅ）が実施される前に、前記ロータブレード（１１）に設けられている冷却流体用ボアが少なくとも部分的に閉塞されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記冷却流体用ボアが、接着テープ（１５）及び／又は蝋を利用することによって閉塞されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記研削装置（１）が、２つの相互に直交する方向（１７，１８）において移動可能とされるように、ベースプレート（６）に配置されているクロススライド（７）に保持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. ステップｂ）において、前記ベースプレート（６）が、前記ターボ機械の前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 特に請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を実施するための研削装置（１）において、
    研削ディスク（２）と、
    前記研削ディスク（２）を囲んでいる遮蔽装置であって、前記研削装置（１）の正常運転中に機械加工領域を遮蔽するように形成されている前記遮蔽装置と、
    前記研削装置（１）の正常運転中に遮蔽された前記機械加工領域から研削屑を排出するように形成されている吸排出装置（５）と、
    を備えていることを特徴とする研削装置（１）。
11. 前記遮蔽装置が、前記研削ディスク（２）を環状に囲んでいるブラシ装置の形態で設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の研削装置（１）。
12. 前記研削装置（１）が、２つの相互に直交する方向（１７，１８）において移動可能とされるように、ベースプレート（６）に配置されているクロススライド（７）に保持されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の研削装置（１）。
13. 固定装置（１６）が、前記ベースプレート（６）に設けられており、
    前記固定装置（１６）が、前記ベースプレート（６）がターボ機械のハウジングに取り外し可能に固定されるように形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の研削装置（１）。