JP4970587B2 - ブリスクの翼を表面強化する装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブリスクの翼を表面強化する方法及び前記方法を行うための装置に関する。

信頼性、重量の軽減、性能の向上及び耐用年数の面を受けて、ガスタービンのロータ、及び特にガスタービン・エンジンの圧縮機のロータは、ロータ・ディスクの外周上に一体的に形成された翼を備える。このような構成要素は、「ｂｌｉｓｋ（ブリスク）」と称され、この「ブリスク」という語は「ｂｌａｄｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｉｓｋ（翼が一体化されたディスク）」の短縮形である。一般に知られているように、ブリスクは、個別に製造された翼を、好ましくは鍛造されたロータ・ディスクの周囲の環状面に溶接すること、特に摩擦溶接することによって、又は、ディスクの外側の環状面から切削若しくは電気化学的な材料除去工程によって製造される。ブリスクの翼を成形及び仕上げ加工し、ブリスク全体又は共に接合された複数のブリスクを含むブリスクのドラムを熱処理した後に、ブリスクの翼の表面に力をかけることで塑性変形を起こし、それによって翼の表面に圧縮応力を残留させる。これによって起こる表面強化が、振動に起因する亀裂の形成及び亀裂の伝播、並びに摩耗及び腐食に対する耐性を高め、ブリスク又はブリスクのドラムの耐用年数を延ばす。一般に知られているように、ブリスクの翼は、ピーニング加工用の球状の媒体が圧縮空気を用いて翼の表面に高速で衝突されるショット・ピーニングによって表面処理される。しかしながら、この工程で使用される装置は、多数の経路に沿って翼の表面を横切り、放出の速度及び容量が異なり得るノズル開口部から出るショットの流れが、表面全体を確実に一様に強化することはできない点において不利である。さらに、ショット・ピーニングから生じる翼の表面の塑性変形は、表面の構成の相当な変化、すなわち表面粗さの増大を伴う。表面粗さの増大は、空気力学的効果を悪化に導く。表面粗さは次の研磨工程によって改善可能であるが、ブリスクの幾何学的形状の複雑さのために、その遂行には相当な努力及び投資が必要となる。さらに、先だって強化された表面の層が研磨工程において部分的に除去されるので、先立つショット・ピーニング工程の効果が低減する。

本発明の広義の態様は、ブリスクの翼を表面強化する方法及び装置を提供することであり、それによって、強化による表面粗さの増大及びそれに起因する悪影響を回避しながら、残留した圧縮応力を翼の表面全体に一様に分散させて採り入れること、及びしたがって一様な強化が確実となる。

本発明の詳細な目的は、請求項１の特徴部分による方法、及び請求項２の特徴部分に従って構成された装置によって、上記の問題に対する解決策を提供することである。本発明の有利な展開例は従属請求項から明らかとなる。

本発明は、その本質において、処理されるブリスクの翼が、完全に又は少なくとも加工される翼の領域が水槽に挿入されること、並びに、翼の両側に向けられ、かつ、翼の両側に対して実質的に直角に互いに対向して向けられた多数の高圧水の噴射が水槽の中へ射出されることを提供する。水槽内において、翼の表面の近くで破裂するキャビテーション泡が高圧水の噴射の周囲に生じ、それによって、ショット・ピーニングの効果とは異なり、丸みのついた縁を有する塑性形成された凹み、すなわち周囲に鋭い縁部のない凹みを生じる圧力パルスを翼の表面に働かせる。ショット・ピーニングと比較して表面粗さが明らかに減少した、表面の緩やかな強化が、特に、ブリスクの翼の複雑な縁部領域にも得られる。次の研磨作業が回避され、強化された表面の特徴が素材の除去によって影響を受けない点において表面強度が改善される。さらに、小さい隅肉半径の加工も確実となる。

本発明によると、本方法を行うための装置は、ブリスク又はブリスクのドラムを受ける水槽を供する容器と、高圧水導管に連結された間隔を置いて平行に配置された水噴射管から構成される噴射ユニットであって、翼の表面の方向に水槽に突入する高圧水の噴射をもたらすように、ノズル開口部が水噴射管の長さ方向に等距離に配設された噴射ユニットとを含む。向かい合わせに配置された水噴射管のノズル開口部は、互いの方へ向けられ、互いのすぐ向かいに配設される。高圧水の噴射は、翼の表面の方向にノズル開口部から実質的に直角に出る。しかしながら任意の他の噴出方向も可能である。噴射ユニットは、両側において一様であり翼の湾曲に従う、翼の表面からある距離のところで水噴射管を動かすように、操縦装置に連結される。

本発明の展開においては、両側の噴射ユニットが、それぞれ１列のノズル開口部の列を備えた少なくとも１つの水噴射管を含む。また一方、両側の水噴射管は、長方形の断面を特徴とし、それぞれ少なくとも１列のノズル開口部を備え得る。水噴射管の長さ又はノズル開口部の列は、加工されるブリスクの翼の一部又は少なくとも全長に対応する。噴射ユニットは、操縦装置によって、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に直線的に移動可能であり、水平及び垂直の軸を中心に旋回可能である。

このように構成された装置は、ブリスクの翼が、完全に及び一様に、並びに同一の加工パラメータをもって強化されることを可能にする。

本発明は、好ましい実施形態を示す添付の図面に照らしてより詳しく説明される。

水槽によって囲まれたブリスクの翼の表面を強化する装置の正面図である。 ブリスクが挿入される水の容器のない、図１による装置の側面図である。 水槽内に配置された翼の表面の上へ向けられた高圧水の噴射の拡大図である。

図１には、ブリスクの翼２を有するブリスクのドラム１が、半断面図で示される。表面強化の間ブリスクの翼２が水槽１３によって常に囲まれているように、ブリスクのドラム１は水が満たされた容器３の中にある。さらに、装置は、遠位端部において閉じられ、その反対側では開いた端部がそれぞれ高圧水導管５に連結された、互いに対して平行に及び間隔を置いて配置された２つの水噴射管４を含む。噴射ユニット６を形成する２つの水噴射管４は、噴射ユニット６をＸ、Ｙ及びＺ方向に横移動させ、矢印Ａ及びＢによって示されるように垂直及び水平の軸を中心に旋回させる操縦装置８に保持器７を介して堅固に連結される。高速で放出する高圧水の噴射１０を生ずるノズル開口部９は、互いに向かい合って配設された水噴射管４の側部に一列にそれぞれ等距離に配置される。２つの水噴射管４のノズル開口部９は、ブリスクの翼の圧力側及び吸込み側のちょうど両側の領域に力をかけるように、開口部から出る高圧水の噴射１０が互いに向かって正確に向けられるように配置される。水噴射管４又は水噴射管４によって形成される噴射ユニット６の長さは、表面が強化されるブリスクの翼２の少なくとも最大高さに対応し、それによって、噴射ユニットの１つ又は複数の軌跡の動きによって、翼表面全体にわたり一様に噴射されることが可能になる。

強化処理の際には、ブリスクの翼２の圧力側及び吸込み側に向かってノズル開口部９から出る高圧水の噴射１０を生ずるように、それぞれのブリスクの翼２は、水槽１３内において、たとえば３５０バールの高圧のかかった水を高圧水導管５を介して供給する２つの水噴射管４の間に配置される。本発明の例示的な実施形態によると、ノズル開口部９の直径、又は、高圧水の噴射１０はそれぞれ１ｍｍである。高圧水の噴射１０が、容器３内の静止した水槽１３（速度ｖ₀）に高速（ｖ₁）で入り、ブリスクの翼２の吸込み及び圧力側の方向に動くと、図３に概略的に示されるように、過程において静圧が水の蒸発圧力よりも低下することによってキャビテーション泡１１（蒸気又は気体の泡、圧力のかかった泡）が形成され、それが、高圧水の噴射１０に沿って、圧力変化とともに徐々に崩壊し、ブリスクの翼２の表面において又はその近くで破裂して、翼の表面に作用する微小噴射１２又は圧力パルスを生じる。

加工の際には、ブリスクの翼２は、両方の水噴射管４の間の中央に配置される。噴射ユニット６は、操縦装置８によってブリスクの翼２の前縁と後縁との間で少なくとも１回動かされ、操縦装置８によって旋回させられることによって翼の表面の湾曲をたどる。噴射ユニット６が動かされるにつれて、破裂するキャビテーション泡１１によって生じる多数の微小噴射１２が、ブリスクの翼２の圧力及び吸込み側に同時に向かい合わせに衝突し、それによって、表面強化のための、微小な、塑性形成された凹み１４であるが、周囲に鋭い縁部のない、すなわち翼の表面に向かって鋭くない又は丸みのついた縁部を有する凹み１４ができる。塑性変形は、１度の加工作業で（凹みの縁に鋭い縁部を形成することなく、したがって、表面粗さを実質的に増大させることなく）非常に一様に、また非常に緩やかに達成され、そのため、次の研磨作業、及び、関連する素材の除去をしないで済ませることができる。

本発明は、上記の例に限定されない。たとえば、水噴射管４は、また、長方形の断面、及び、互いに隣接して配置された２列以上のノズル開口部９を特徴とすることができる。

１ ブリスクのドラム
２ ブリスクの翼
３ 容器
４ 水噴射管
５ 高圧水導管
６ 噴射ユニット
７ 保持器
８ 操縦装置
９ ノズル開口部
１０ 高圧水の噴射
１１ キャビテーション泡
１２ 微小噴射（圧力パルス）
１３ 水槽
１４ 塑性形成された凹み

Claims (5)

1. 処理されるブリスクの翼が、完全に又は少なくとも加工される翼の領域が水槽（１３）に挿入されること、並びに、前記水槽内で高圧水の噴射の周囲に生じる、前記翼の表面の近くで破裂するキャビテーション泡（１１）をもたらすように、翼の両側に向けられ、かつ、翼の両側に対して直角に又は斜めに互いに対向して向けられた多数の高圧水の噴射（１０）が前記水槽の中へ射出されることであって、前記破裂によって起こる微小噴射（１２）が前記翼の表面に効果を及ぼし、前記微小噴射（１２）が、鋭い縁部のない塑性形成された凹み（１４）を生成する、ブリスクの翼を表面強化する方法を行うための装置において、
   ブリスク又はブリスクのドラム（１）を受ける水槽（１３）を供する容器（３）と、高圧水導管（５）に連結された間隔を置いて平行に配置された水噴射管（４）から構成される噴射ユニット（６）であって、前記翼の表面の方向に前記水槽（１３）に突入する高圧水の噴射（１０）をもたらすように、ノズル開口部（９）が前記水噴射管（４）の長さ方向に等距離に配設され、向かい合わせに配置された前記水噴射管（４）の前記ノズル開口部（９）が、互いの方へ向けられて互いのすぐ向かいに配設され、両側において一様である、前記翼の表面からある距離のところで前記水噴射管（４）を動かすように、操縦装置（８）に連結される噴射ユニット（６）とを備えることを特徴とする装置。
2. 両側の前記噴射ユニット（６）が、それぞれ１列のノズル開口部（９）を備えた少なくとも１つの水噴射管（４）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 両側の前記水噴射管（４）が、長方形の断面を特徴とし、それぞれ少なくとも１列のノズル開口部（９）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記水噴射管（４）の長さ又はノズル開口部（９）の列が、加工される前記ブリスクの翼（２）の一部又は少なくとも全長に対応することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 前記噴射ユニット（６）が、前記操縦装置（８）によって、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に直線的に移動可能であり、水平及び垂直の軸（Ａ、Ｂ）を中心に旋回可能であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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