JP6738197B2 - レーザピーニング装置 - Google Patents
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例えば、特許文献1では、蒸気タービンの動翼取付用溝部において、その表面にショットピーニングを施して圧縮残留応力を付与する方法が提案されている。
ここで、図12は、切欠き部5における止め翼6の取付構造を示す図、図13は、フックを有する動翼と止め翼の違いを示す図である。鞍型部3にフック1aが嵌合しているタービン動翼1では、遠心力を溝部4で受けているが、止め翼6は切欠き部5に被さるように取り付けられているので、フック1aと鞍型部3とは嵌合する構造にはなっていない。
図1は、加工対象である蒸気タービンのディスクに設置された本実施形態によるレーザピーニング装置を正面の方から示す斜視図である。図2は、図1とは反対側からレーザピーニング装置を見た斜視図である。図3は、レーザピーニング装置が設置されているディスク2のタービンロータ軸方向の断面を示している。
図1乃至図3において、参照番号20はレーザピーニング装置を示す。このレーザピーニング装置20は、大きく分けると、レーザ照射装置21と、このレーザ照射装置21が移動可能に配置され、その移動の案内部を有する走行案内台22と、から構成されている。
この走行案内台22の走行案内台本体23の正面側下部は、ディスク2の外周部に形成されている鞍型部3に倣った形状になっている下縁部23aを有している。図3に示されるように、走行案内台本体23の下縁部23aは、鞍型部3の片側に係合するようになっている。
ここで、図4は、図3におけるA部を拡大して照射ヘッド36を示す図である。図4において、参照番号40は、レーザ照射装置21のハウジングを示している。
照射ヘッド36は、集光ユニット37を有し、光ファイバー38により導光されたレーザ光を集光ユニット37で集光して、先端部から反射ミラー42に向けて照射する。反射ミラー42は、ハウジング40に固定されている。光ファイバー38は、図6に示されるレーザ発振部(詳細は後述する)と接続されている。照射ヘッド36の先端部付近には、鞍型部3の溝4に向けて水が噴出される図示されないノズルが配置されている。ノズルには、図7に示されるような送液部(詳細は後述する)から水が供給される。
ここで、図4において、照射ヘッド36と反射ミラー42、溝部4との位置関係を特定するために、次のように方向が定義される。X軸は、タービンロータの軸方向を示しており、Y軸はディスク2の半径方向を示す。溝部4は、ディスク2の円周方向に延びている。
この実施形態によるレーザ照射装置21は、ディスク2の円周方向に移動しながら、照射ヘッド36からレーザ光が照射されるが、走行案内台23上で正確に移動が案内されるため移動行程のどの位置にあっても、照射ヘッド36から溝部4までの照射距離は変化せずに一定であり、溝部4の表面に焦点を結ぶようになっている。
図4において、照射ヘッド36は、照射ヘッドホルダ44に軸50を介して回転可能に支持されている。図5に示されるように、ハウジング40には、照射ヘッド36を回転させる回転駆動モータ52が設けられている。この場合、照射ヘッド36は、X−Y平面内を回転するようになっている。回転駆動モータ52は、図示されない制御装置によって制御され、入射角を精密に制御することが可能である。
レーザ発振部は、パルスレーザを発生するレーザ発振器60と、レーザ発振器60から出力されたレーザ光が導入され、その波形を成形するレーザ光調整部62と、を備えている。レーザ光調整部62は、ミラー、レンズ、バッフルなどから構成されている。レーザ光調整部62は、照射ヘッド36が平行移動または回転しても、溝部4の曲面に焦点が結ばれるように、レーザ光を整形してから、照射ヘッド36に出力する。
この送液部は、水の貯められた貯液槽64と、貯液槽64の水を管を通じて施工対象範囲に供給するポンプ65と、を備えている。貯液槽64には、水から不純物を除去し、レーザ光の減衰を防止するため、不純物のない水を確保するためのフィルタ装置66が設けられている。なお、送液部で用いる水は、アルカリイオン水やアンモニア水といったアルカリ性の液体を用いることにより、タービン動翼1やディスク2に錆が発生するの防止するようにしてもよい。
まず、ディスク2の鞍型部3にレーザピーニングを施す範囲について、図1を参照して説明する。
図1において、図12に示した止め翼6を取り外すと、止め翼6が固定されていたところには切欠き部5がある。切欠き部5の両側にあったタービン動翼群のうち、例えば、3~4箇所のタービン動翼1が取り外される。施工範囲は、タービン動翼1が取り外された範囲にある溝部4の曲面である。図1では、蒸気タービンの3つの段落が示されているが、これからレーザピーニングが実施されるのは、中央にある段落である。
図9において、位置Aは、前回、ディスク2の周方向に移動しながらレーザ光を照射した時の照射ヘッド36の位置を示している。位置Aから位置Bに照射ヘッド36を回動させ、位置Bに位置決めする。
図8と図9を対照するとわかるように、照射ヘッド36の平行移動による焦点位置の変更と回転による照射位置の変更とを組み合わせることによって、溝部4の施工対照範囲80の全体に亘って照射範囲をカバーすることが可能になる。
Claims (8)
- 特定方向に延びるように構造体に形成された溝部の曲面にレーザ光を照射し、前記溝部の曲面に圧縮残留応力を付与する加工を行うレーザピーニング装置であって、
レーザ光を照射し光軸のある平面内を可動可能な照射ヘッドと、前記レーザ光を前記溝部の曲面に向けて反射させる反射ミラーと、前記レーザ光の焦点位置を前記溝部の表面に沿って変更する手段と、を有し、前記溝部の延びる方向に移動可能なレーザ照射装置と、
前記構造体に着脱可能に固定され、前記レーザ光の照射距離を一定に保った状態で前記溝部が延びる方向への前記レーザ照射装置の移動を前記溝部と同じ軌道で案内する走行案内台と、
前記溝部の曲面上のレーザ焦点を含む領域に液体を供給する送液手段と、
を備えたことを特徴とするレーザピーニング装置。 - 鞍型の動翼取付構造を有するタービンのディスクの外周部を施工対象とし、前記動翼取付構造の嵌合部に形成され前記ディスクの周方向に延びる溝部にレーザ光を照射し、特定領域内にある前記溝部の曲面に圧縮残留応力を付与する加工を行うレーザピーニング装置であって、
レーザ光を照射する照射ヘッドと、前記レーザ光を前記溝部の曲面に向けて反射させる反射ミラーと、前記レーザ光の焦点位置を前記溝部の表面に沿って変更する手段と、を有し、前記ディスクの周方向に移動可能なレーザ照射装置と、
前記嵌合部に着脱可能に固定され、前記レーザ光の照射距離を一定に保った状態で前記ディスクの周方向への前記レーザ照射装置の移動を案内する走行案内台と、
前記溝部の曲面上のレーザ焦点を含む領域に液体を供給する送液手段と、
を備えたことを特徴とするレーザピーニング装置。 - 前記照射ヘッドの保持部は、前記照射ヘッドを前記ディスクの半径方向に移動させ、前記反射ミラー上の入射位置を変更するヘッド直動機構を有することを特徴とする請求項2に記載のレーザピーニング装置。
- 前記照射ヘッドの保持部は、前記ディスクと垂直な平面内で回動可能に支持される前記照射ヘッドを回動させ、前記反射ミラーに対するレーザ光の入射角を変更するヘッド回動機構を有することを特徴とする請求項2または3に記載のレーザピーニング装置。
- 前記照射ヘッドと接続されるレーザ発振部は、前記照射ヘッドが平行移動または回動した場合に前記溝部の表面に焦点が結ばれるように調整するレーザ光調整手段を有することを特徴とする請求項3または4に記載のレーザピーニング装置。
- 施工対象となる溝部の特定領域は、前記鞍型部に形成された切欠き部に埋め込まれる止め翼の両側に隣接する動翼を含む2枚以上の動翼群が固定される範囲内の溝であり、前記走行案内台は、前記溝部の特定領域をカバーする長さを有することを特徴とする請求項2に記載のレーザピーニング装置。
- 前記切欠き部には、前記鞍型部と同型で前記溝部を断絶させずに連続させる鞍型模擬体が埋め込まれることを特徴とする請求項6に記載のレーザピーニング装置。
- 前記レーザ照射装置は、前記走行案内台に沿って自走するための駆動機構を備えることを特徴とする請求項2に記載のレーザピーニング装置。
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