JP3657331B2 - エンジン部品のクーリングホール再加工方法及び該方法に使用されるクーリングホール再加工装置 - Google Patents
エンジン部品のクーリングホール再加工方法及び該方法に使用されるクーリングホール再加工装置 Download PDFInfo
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、多数のクーリングホールが形成されたエンジン部品に耐熱用コーティングを施した後でクーリングホールの開口縁部を所定の寸法に再加工するためのエンジン部品のクーリングホール再加工方法(以下、特別の場合を除いて、単にクーリングホール再加工方法という。)及び該方法に使用されるエンジン部品のクーリングホール再加工装置(クーリングホール再加工装置)に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、航空機用ジェットエンジンのエンジン部品、例えば、タービンブレードやベーンには、クーリングホールが多数形成されたものがある。このクーリングホール内にはエンジン運転時に冷却用流体が流されエンジン部品を冷却する。
【0003】
さらに、このようなエンジン部品の表面を熱から保護するために、エンジン部品の表面に耐熱性のコーティング層を形成する技術がある。
【0004】
ここで、単に、コーティングを施した場合には、コーティング層がクーリングホールの開口縁部内に進入してしてしまい、開口面積が減少したりあるいは完全に閉塞されてクーリングホールの本来の機能を発揮させることができなくなる。
【0005】
したがって、従来では、コーティング層がクーリングホール内に進入しないように、例えば、クーリングホールの内部を通して開口からアルゴンガスを流しながらコーティングを施したり(以下、第1の従来例という。)、予めクーリングホールの開口部内に棒状のプラグを挿入しておきコーティングを施す(以下、第2の従来例)といったコーティング方法が採られていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第1の従来例のコーティング方法では、クーリングホールの開口部付近のコーティング層の密着性が低下するといった欠点があり、第2の従来例のコーティング方法では、クーリングホールにプラグを挿入するために手間がかかり、クーリングホールが多数ある場合には非現実的である。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、クーリングホールの開口部付近のコーティング層の密着性を低下させることなく、しかも、作業性良くかつ精度良くクーリングホールを再加工することができるクーリングホール再加工方法及びクーリングホール再加工装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載のクーリングホール再加工方法は、多数のクーリングホールが形成されたエンジン部品に耐熱用コーティングを施した後でクーリングホールの開口縁部を所定の寸法に再加工するためのエンジン部品のクーリングホール再加工方法であって、前記エンジン部品の内部に設けられるとともに前記クーリングホールと連通する冷却用流体の供給路から前記クーリングホールの外部に向かって超高圧の流体を流出させて、前記開口縁部に侵入したコーティング材を除去することを特徴とする。
【0009】
本発明の請求項2記載のクーリングホール加工方法は、請求項1記載のクーリングホール加工方法において、前記供給路に超高圧の流体を連続的に供給することを特徴とする。
【0010】
本発明の請求項3記載のクーリングホール加工方法は、請求項1記載のクーリングホール加工方法において、前記供給路に超高圧の流体を衝撃的に供給することを特徴とする。
【0011】
本発明の請求項4記載のクーリングホール加工方法は、請求項1記載のクーリングホール加工方法において、前記供給路内に、供給される流体と同じ流体を充填しおき、この後、前記供給路に超高圧の流体を供給することを特徴とする。
【0012】
本発明の請求項5記載のクーリングホール再加工装置は、多数のクーリングホールが形成されたエンジン部品に耐熱用コーティングを施した後でクーリングホールの開口縁部を所定の寸法に再加工するためのエンジン部品のクーリングホール再加工装置であって、前記エンジン部品を保持する保持手段と、該保持手段に設けられ、前記エンジン部品の内部に設けられるとともに前記クーリングホールと連通する冷却用流体の供給路に超高圧の流体を供給する超高圧流体供給手段と、該超超高圧流体供給手段と前記供給路との間に配置され、超高圧の流体の供給路への供給を断続する弁手段とを備えることを特徴とする。
【0013】
請求項6記載のエンジン部品のクーリングホール再加工装置は、請求項5記載のエンジン部品のクーリングホール再加工装置において、前記保持手段が、フレームの一端に形成された溝にはめ込まれた弾性材からなるシール部材と、前記フレームの他端に配置され前記シール部材に向けて押圧される押圧部材とを備え、前記シール部材には、シール部材と押圧部材との間に挟まれたエンジン部品の供給路に接続される通路が形成されていることを特徴とする。
【0014】
【作用】
本発明の請求項1記載のクーリングホール再加工方法によれば、コーティングを施す際にクーリングホールの開口縁部にコーティング層が侵入しているが、超高圧の流体をエンジン部品の内部に設けられた冷却用流体の供給路を介してクーリングホールから流出させた際に、流体の圧力又は流体分子の運動エネルギ等により除去される。しかも、超高圧の流体はクーリングホールから外側に流出するので、開口縁部に侵入したコーティング層が完全に除去され、しかも、除去されたコーティング層がクーリングホールに詰まったりすることもない。
【0015】
本発明の請求項2のクーリングホール再加工方法によれば、供給路に連続的に供給された超高圧の流体がクーリングホールから外側に流出し、その際、流体の圧力又は流体分子の運動エネルギ等によりクーリングホールの開口縁部内に侵入したコーティング層が除去される。
【0016】
本発明の請求項3記載のクーリングホール再加工方法によれば、供給路に衝撃的に供給された超高圧の流体がクーリングホールに衝撃的に作用し、その衝撃的な流体の作用によりクーリングホールの開口縁部内に侵入したコーティング層が除去される。
【0017】
本発明の請求項4記載のクーリングホール再加工方法によれば、供給路内に超高圧の流体を供給すると、供給路に充填された流体を介して、直ちにクーリングホールの開口縁部内に侵入したコーティング層に作用し、このコーティング層が除去される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の一の実施の形態のクーリングホール再加工方法及びクーリングホール再加工装置について説明する。
【0019】
まず、本実施の形態のクーリングホール再加工方法が適用されるタービンブレード1の形状等について説明する。図1に示すように、タービンブレード1には、多数(例えば400個)のクーリングホール2が形成されており、これらのクーリングホール2は集合するかあるいは単独で、タービンブレード1の冷却用流体の供給路3に接続されている。このクーリングホール2は、図3に示すように、タービンブレード1の表面に対して斜めに配置されており、この表面で楕円の開口2aが形成されている。タービンブレード1の材質としては、ニッケル基コバルト合金が使用され、クーリングホール2の直径は0.2〜1.0mmである。なお、図中の符号4はエンジンのローターに埋め込まれる埋設部、5は埋設部4とローターとの境界部を覆うフランジ部である。
【0020】
さらに、このようなタービンブレード1の表面には、図3に示すように、その表面を熱から保護するための耐熱性のコーティング層6が形成されている。このコーティング層6は、タービンブレード1の表面に形成されるボンドコート層6bと、このボンドコート6bの表面に形成されたトップコート層6aとから構成される。ボンドコート層6bとしては、0.05〜0.2mmの厚さのニッケル基合金やコバルト合金や鉄が採用され、トップコート層6aとしては、0.05〜0.3mmの厚さのジルコニア系セラミックスが採用される。
【0021】
ここで、コーティング層6を形成した際に、コーティング層6は、コーティング層6がクーリングホール2の開口2aの縁部内に進入し(図中6c参照)、開口面積が減少させられ(図示しないが場合によっては完全に閉塞されて)、クーリングホールの本来の機能を発揮させることができなくなっている。
【0022】
そこで、本実施の形態のクーリングホール再加工装置10を用いて、開口面積を正規のものとする。
【0023】
ここで、本実施の形態のクーリングホール再加工装置10は、図1に示すように、エンジン部品であるタービンブレード1を保持する保持手段(図示せず)と、該保持手段に設けられ、前記冷却用流体の供給路3に超高圧の流体を供給する超高圧流体供給手段11と、該超高圧流体供給手段11と前記供給路3との間に配置され、超高圧の流体の供給路への供給を断続する弁手段12とを備える。
【0024】
前記超高圧流体供給手段11としては、それ自体で超高圧を発生することができる超高圧ポンプ(例えば、流量6l/min程度)を用いることができる。さらに、図2に示すように、流体圧送用のポンプ11aと、このポンプ11aから圧送される流体を蓄える蓄圧タンク11bとから超高圧流体供給手段11を構成してもよい。
【0025】
前記保持手段の一例を図6に示す。図6に示すものは、門形のフレーム20と、この門形のフレーム20の下部に形成された溝20aにはめ込まれたシリコンゴム製のシール部材21と、このシール部材21を固定するためのボルト22と、前記門形のフレーム20の上部に配置された押圧部材23と、この押圧部材23を下方に押圧するためのボルト24とを備えている。なお、シール部材21には、高圧水が導入される通路21aが形成されている。
【0026】
そして、前記シール部材21と押圧部材23との間にタービンブレード1を挟み込みボルト24を締め込むことにより、タービンブレード1をシール部材21に押し付け、タービンブレード1の供給路3とシール部材21の通路21aとが密閉的に接続されるようにする。これにより、通路21aを介して供給路3に高圧流体を供給した場合に供給路3と通路21aとの境界から流体がリークすることを防止することができる。
【0027】
次に、前記クーリングホール再加工装置10を用いて、クーリングホールの開口面積を正規のものとする方法を説明する。
【0028】
すなわち、超高圧流体供給手段11により超高圧の流体(例えば、水)を圧送して超高圧(例えば、500〜3000kgf/cm2)を発生させ、弁手段12を開いて、供給路3内に超高圧の流体を供給する。この結果、クーリングホール2から超高圧の流体が流出する。
【0029】
これにより、超高圧の流体がクーリングホール2から噴出する際に、流体圧又は流体分子の運動エネルギにより、クーリングホール2の開口2aの縁部に侵入したコーティング層6(6c部分)が除去される。しかも、クーリングホール2の外側に向けて噴出するので、除去されたコーティング層6が円滑に除去され、クーリングホール2に詰ることがない。但し、コーティングが除去された後、流体の圧力が急激に減少する場合には、圧力が低下しないように、いくつかの穴を塞ぎながら、コーティングを除去しなけくてはならない。
【0030】
ここで、超高圧の流体の供給路3への供給方法としては、連続的に供給する方法と、衝撃的に供給する方法がある。
【0031】
連続的に供給する場合には、供給路3内の圧力を、図4に示すグラフ中の実線で示すように、漸次増大させることが好ましく、圧力増大によりクーリングホール2を通過する流体の流速が増大させられ、この結果、流体分子の運動エネルギが増大して、クーリングホール2の開口2aの縁部に侵入したコーティング層6を確実に除去することができる。なお、供給路3内の圧力変化は、コーティング層6の付着度合等により、図4中の2点鎖線で示すようにしてもよい。
【0032】
コーティング層6の侵入度合が多くクーリングホール2の開口縁部2がほぼ閉塞されている場合には、連続的に供給しただけでは、クーリングホール2内に侵入したコーティング層6の除去ができない。そこで、超高圧の流体を衝撃的に供給路3内に供給することが効果的である。すなわち、図5に示すように、供給路3内に衝撃的な圧力変化を与えることにより、衝撃的な圧力をクーリングホール2内に侵入したコーティング層6に作用させ、このコーティング層6を衝撃的に除去する。
【0033】
この場合、供給路3内の空間に空気が充填された状態であると、供給路3の容積と供給される流体の流量との比によっては、供給された流体の超高圧の衝撃性が弱められることがある。ちなみに、本実施の形態の場合は、供給路3の容積は30〜50mm3であり、供給流量は6l/minであり、衝撃性の低下は殆どない。
【0034】
衝撃性の低下を最小限に抑えるためには、供給路3内に、供給される流体と同じ流体を充填しておき、超高圧の流体を供給するようにすれば、供給路に充填された流体を介して、直ちにクーリングホール2の開口2aの縁部内に侵入したコーティング層6に超高圧が作用する。
【0035】
ここで、供給路3内に流体を充填する簡便な方法としては、流体として例えば水の充満された容器内にタービンブレード1のほぼ全部を浸漬した状態とするものがある。
【0036】
なお、本実施の形態では、全てのクーリングホール2に対して超高圧流体を作用させるようにしているが、一部のクーリングホール2を閉塞(マスキング)して残りのクーリングホール2に対して超高圧流体を作用させることにより、残りのクーリングホール2に効果的に超高圧を作用させるようにしてもよい。
【0037】
また、エンジン部品の例として、タービンブレード1を挙げて説明したが、これに限定されることなく、他のエンジン部品例えばベーン等に適用することができる。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1記載のクーリングホール再加工方法によれば、多数のクーリングホールが形成されたエンジン部品に耐熱用コーティングを施した後でクーリングホールの開口縁部を所定の寸法に再加工するためのエンジン部品のクーリングホール再加工方法であって、前記エンジン部品の内部に設けられるとともに前記クーリングホールと連通する冷却用流体の供給路から前記クーリングホールの外部に向かって超高圧の流体を流出させて、前記開口縁部に侵入したコーティング材を除去するようにしたので、超高圧の流体をエンジン部品の内部に設けられた冷却用流体の供給路を介してクーリングホールから流出させた際に、流体の圧力又は流体分子の運動エネルギ等により除去される。しかも、超高圧の流体はクーリングホールから外側に流出するので、開口縁部に侵入したコーティング層が完全に除去され、しかも、除去されたコーティング層がクーリングホールに詰まったりすることもない。
【0039】
本発明の請求項2記載のクーリングホール再加工方法によれば、供給路に連続的に供給された超高圧の流体がクーリングホールから外側に流出し、その際、流体の圧力又は流体分子の運動エネルギ等によりクーリングホールの開口縁部内に侵入したコーティング層が除去される。
【0040】
本発明の請求項3記載のクーリングホール再加工方法によれば、供給路に衝撃的に供給された超高圧の流体がクーリングホールに衝撃的に作用し、その衝撃的な流体の圧力上昇によりクーリングホールの開口縁部内に侵入したコーティング層が除去される。
【0041】
本発明の請求項4記載のクーリングホール再加工方法によれば、供給路内に超高圧の流体を供給すると、供給路に充填された流体を介して、直ちにクーリングホールの開口縁部内に侵入したコーティング層に作用し、このコーティング層が除去される。
【0042】
本発明の請求項5記載のエンジン部品のクーリングホール再加工装置は、多数のクーリングホールが形成されたエンジン部品に耐熱用コーティングを施した後でクーリングホールの開口縁部を所定の寸法に再加工するためのエンジン部品のクーリングホール再加工装置であって、前記エンジン部品を保持する保持手段と、該保持手段に設けられ、前記エンジン部品の内部に設けられるとともに前記クーリングホールと連通する冷却用流体の供給路に超高圧の流体を供給する超高圧流体供給手段と、該超高圧流体供給手段と前記供給路との間に配置され、超高圧の流体の供給路への供給を断続する弁手段とを備えるので、超高圧の流体をエンジン部品の内部に設けられた冷却用流体の供給路を介してクーリングホールから流出させた際に、流体の圧力又は流体分子の運動エネルギ等により除去される。しかも、超高圧の流体はクーリングホールから外側に流出するので、開口縁部に侵入したコーティング層が完全に除去され、しかも、除去されたコーティング層がクーリングホールに詰まったりすることもない。
【0043】
本発明の請求項6記載のエンジン部品のクーリングホール再加工装置は、前記保持手段が、フレームの一端に形成された溝にはめ込まれた弾性材からなるシール部材と、前記フレームの他端に配置され前記シール部材に向けて押圧される押圧部材とを備え、前記シール部材には、シール部材と押圧部材との間に挟まれたエンジン部品の供給路に接続される通路が形成されているので、シール部材と押圧部材2の間にエンジン部品を挟み込みエンジン部品をシール部材に押し付け、エンジン部品の供給路とシール部材の通路とが密閉的に接続され、通路を介して供給路に高圧流体を供給した場合に供給路と通路との境界から流体がリークすることが防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一の実施の形態のクーリングホール再加工装置を示す図である。
【図2】本発明の他の実施の形態のクーリングホール再加工装置を示す図である。
【図3】図1又は図2のクーリングホールの概略を示す断面図である。
【図4】本発明の一の実施の形態のクーリングホール再加工方法を示すグラフである。
【図5】本発明の他の実施の形態のクーリングホール再加工方法を示すグラフである。
【図6】本発明の他の実施の形態のクーリングホール再加工装置の一部を示す図である。
【符号の説明】
1 タービンブレード(エンジン部品)
2 クーリングホール
2a 開口
3 供給路
6 コーティング層
6a トップコート層
6b ボンドコート層
20 フレーム
21 シール部材
21a 通路
23 押圧部材
24 ボルト
Claims (6)
- 多数のクーリングホールが形成されたエンジン部品に耐熱用コーティングを施した後でクーリングホールの開口縁部を所定の寸法に再加工するためのエンジン部品のクーリングホール再加工方法であって、前記エンジン部品の内部に設けられるとともに前記クーリングホールと連通する冷却用流体の供給路から前記クーリングホールの外部に向かって超高圧の流体を流出させて、前記開口縁部に侵入したコーティング材を除去することを特徴とするエンジン部品のクーリングホール再加工方法。
- 前記供給路に超高圧の流体を連続的に供給することを特徴とする請求項1記載のエンジン部品のクーリングホール再加工方法。
- 前記供給路に超高圧の流体を衝撃的に供給することを特徴とする請求項1記載のエンジン部品のクーリングホール再加工方法。
- 前記供給路内に、供給される流体と同じ流体を充填しおき、この後、前記供給路に超高圧の流体を供給することを特徴とする請求項1記載のエンジン部品のクーリングホール再加工装置。
- 多数のクーリングホールが形成されたエンジン部品に耐熱用コーティングを施した後でクーリングホールの開口縁部を所定の寸法に再加工するためのエンジン部品のクーリングホール再加工装置であって、前記エンジン部品を保持する保持手段と、該保持手段に設けられ、前記エンジン部品の内部に設けられるとともに前記クーリングホールと連通する冷却用流体の供給路に超高圧の流体を供給する超高圧流体供給手段と、該超高圧流体供給手段と前記供給路との間に配置され、超高圧の流体の供給路への供給を断続する弁手段とを備えることを特徴とするエンジン部品のクーリングホール再加工装置。
- 前記保持手段が、フレームの一端に形成された溝にはめ込まれた弾性材からなるシール部材と、前記フレームの他端に配置され前記シール部材に向けて押圧される押圧部材とを備え、前記シール部材には、シール部材と押圧部材との間に挟まれたエンジン部品の供給路に接続される通路が形成されていることを特徴とする請求項5記載のエンジン部品のクーリングホール再加工装置。
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