JPH08326502A - ガスタービン機関の部品 - Google Patents
ガスタービン機関の部品Info
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- JPH08326502A JPH08326502A JP8046987A JP4698796A JPH08326502A JP H08326502 A JPH08326502 A JP H08326502A JP 8046987 A JP8046987 A JP 8046987A JP 4698796 A JP4698796 A JP 4698796A JP H08326502 A JPH08326502 A JP H08326502A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P6/00—Restoring or reconditioning objects
- B23P6/002—Repairing turbine components, e.g. moving or stationary blades, rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
- C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing
-
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- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/286—Particular treatment of blades, e.g. to increase durability or resistance against corrosion or erosion
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 疲労破損に耐える圧縮機の部品を提供する。
【解決手段】 ガスタービン機関の圧縮機の部品が、金
属のエーロフォイルを持つ圧縮機の羽根の様なエーロフ
ォイルを持ち、これが前縁及び後縁を持つと共に、前縁
の少なくとも一部分に沿って半径方向に伸びる少なくと
も１つのレーザ衝撃ピーニングを加えた面、及びレーザ
衝撃ピーニングを加えた面からエーロフォイルの中に入
り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加え
られた深い残留圧縮応力を持つ領域とを有する。
属のエーロフォイルを持つ圧縮機の羽根の様なエーロフ
ォイルを持ち、これが前縁及び後縁を持つと共に、前縁
の少なくとも一部分に沿って半径方向に伸びる少なくと
も１つのレーザ衝撃ピーニングを加えた面、及びレーザ
衝撃ピーニングを加えた面からエーロフォイルの中に入
り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加え
られた深い残留圧縮応力を持つ領域とを有する。
Description
【０００１】
【関連する特許出願】この出願は、１９９４年１０月６
日に出願され、出願人に譲渡されていて、三人の発明者
がこの出願と共通である係属中の米国特許出願通し番号
第０８／３１９，３４６号、発明の名称「ターボ流体機
械に対するレーザ衝撃ピーニングを加えた回転子部品」
の関連する主題を扱うものである。
日に出願され、出願人に譲渡されていて、三人の発明者
がこの出願と共通である係属中の米国特許出願通し番号
第０８／３１９，３４６号、発明の名称「ターボ流体機
械に対するレーザ衝撃ピーニングを加えた回転子部品」
の関連する主題を扱うものである。
【０００２】この出願は、１９９５年１月１０日に出願
され、出願人に譲渡され、この出願と発明者を共通にす
る係属中の米国特許出願通し番号第０８／（出願人控え
番号１３ＤＶ−１２１４１）、発明の名称「レーザ衝撃
ピーニングを加えたガスタービン機関のファンの羽根の
縁」の関連する主題を取扱う。この出願は、１９９４年
１２月２２日に出願され、出願人に譲渡され、一人の発
明者がこの出願と共通である係属中の米国特許出願通し
番号第０８／３６３，３６２号、発明の名称「飛行形レ
ーザ衝撃ピーニング」の関連する主題を取扱う。
され、出願人に譲渡され、この出願と発明者を共通にす
る係属中の米国特許出願通し番号第０８／（出願人控え
番号１３ＤＶ−１２１４１）、発明の名称「レーザ衝撃
ピーニングを加えたガスタービン機関のファンの羽根の
縁」の関連する主題を取扱う。この出願は、１９９４年
１２月２２日に出願され、出願人に譲渡され、一人の発
明者がこの出願と共通である係属中の米国特許出願通し
番号第０８／３６３，３６２号、発明の名称「飛行形レ
ーザ衝撃ピーニング」の関連する主題を取扱う。
【０００３】この出願は、１９９４年１２月に出願さ
れ、出願人に譲渡され、発明者がこの出願と共通である
係属中の米国特許出願通し番号第０８／（出願人控え番
号１３ＤＶ−１２１４８）、発明の名称「レーザ衝撃ピ
ーニングを加えたガスタービン機関の圧縮機の羽根の縁
に対する歪み制御」の関連する主題を取扱う。
れ、出願人に譲渡され、発明者がこの出願と共通である
係属中の米国特許出願通し番号第０８／（出願人控え番
号１３ＤＶ−１２１４８）、発明の名称「レーザ衝撃ピ
ーニングを加えたガスタービン機関の圧縮機の羽根の縁
に対する歪み制御」の関連する主題を取扱う。
【０００４】
【０００５】
【発明の分野】この発明はガスタービン機関の回転子の
エーロフォイル、更に具体的に云えば、レーザ衝撃ピー
ニングによって加えられた局在化した残留圧縮応力を持
つ圧縮機のエーロフォイルの前縁及び後縁に関する。
エーロフォイル、更に具体的に云えば、レーザ衝撃ピー
ニングによって加えられた局在化した残留圧縮応力を持
つ圧縮機のエーロフォイルの前縁及び後縁に関する。
【０００６】
【関連技術の説明】ガスタービン機関、特に航空機用ガ
スタービン機関の回転子は高い回転速度で運転され、こ
の速度によって、羽根及びベーンのエーロフォイル内に
強い張力及び振動応力の場が生じ、それが圧縮機の羽根
を異物損傷（ＦＯＤ）並びにその他の種類の振動に関連
する損傷を受け易くする。ベーンの伴流、入口圧力の歪
み並びにその他の空気力学的な現象によっても、振動が
起こり得る。このＦＯＤによって、特に圧縮機の羽根の
エーロフォイルの前縁及び後縁に、刻み目及び裂け目が
生じ、従って応力集中が起こる。こう云う刻み目及び裂
け目が強い応力集中又は応力上昇部分の源となり、振動
応力による高サイクル疲労（ＨＣＦ）の為に、こう云う
羽根の寿命を著しく制限する。エーロフォイル及び羽根
の損傷の結果、破損した羽根又は羽根の一片が切離され
たことによって、機関の損失が起こることがある。圧縮
機の羽根を一新する並びに／又は交換することは費用が
かゝり、従って回転子の能力を高めること、特に航空機
用機関の圧縮機の羽根の寿命を伸ばす手段があれば、非
常に望ましい。圧縮機の羽根の寿命を伸ばすと云う問題
に対するこの発明の解決策は、エーロフォイルの縁に於
ける応力集中の余裕を見込んで応力レベルを下げること
により、適切な余裕を設計するものである。典型的に
は、これは、エーロフォイルの前縁に沿って局部的に厚
さを厚くすることによってなされるが、そうすると圧縮
機の羽根に望ましくない重量が増え、この空気力学的な
性能に悪影響がある。別の方法は、羽根のダンパを使っ
て、羽根の運動力学を管理することである。ダンパは高
価であって、羽根を非常に厳しいＦＯＤから保護するこ
とが出来ない。こう云う設計は費用がかゝり、当然なが
ら顧客の満足をそこなう。
スタービン機関の回転子は高い回転速度で運転され、こ
の速度によって、羽根及びベーンのエーロフォイル内に
強い張力及び振動応力の場が生じ、それが圧縮機の羽根
を異物損傷（ＦＯＤ）並びにその他の種類の振動に関連
する損傷を受け易くする。ベーンの伴流、入口圧力の歪
み並びにその他の空気力学的な現象によっても、振動が
起こり得る。このＦＯＤによって、特に圧縮機の羽根の
エーロフォイルの前縁及び後縁に、刻み目及び裂け目が
生じ、従って応力集中が起こる。こう云う刻み目及び裂
け目が強い応力集中又は応力上昇部分の源となり、振動
応力による高サイクル疲労（ＨＣＦ）の為に、こう云う
羽根の寿命を著しく制限する。エーロフォイル及び羽根
の損傷の結果、破損した羽根又は羽根の一片が切離され
たことによって、機関の損失が起こることがある。圧縮
機の羽根を一新する並びに／又は交換することは費用が
かゝり、従って回転子の能力を高めること、特に航空機
用機関の圧縮機の羽根の寿命を伸ばす手段があれば、非
常に望ましい。圧縮機の羽根の寿命を伸ばすと云う問題
に対するこの発明の解決策は、エーロフォイルの縁に於
ける応力集中の余裕を見込んで応力レベルを下げること
により、適切な余裕を設計するものである。典型的に
は、これは、エーロフォイルの前縁に沿って局部的に厚
さを厚くすることによってなされるが、そうすると圧縮
機の羽根に望ましくない重量が増え、この空気力学的な
性能に悪影響がある。別の方法は、羽根のダンパを使っ
て、羽根の運動力学を管理することである。ダンパは高
価であって、羽根を非常に厳しいＦＯＤから保護するこ
とが出来ない。こう云う設計は費用がかゝり、当然なが
ら顧客の満足をそこなう。
【０００７】従って、現在の圧縮機の羽根よりも、低サ
イクル及び高サイクルの両方の疲労に一層よく抵抗する
ことが出来る様な、より長持ちする圧縮機の羽根を設計
並びに構成することが非常に望ましい。この発明はこの
目的に向かって、圧縮機の羽根の前縁、並びに随意選択
によっては後縁の面にレーザ衝撃ピーニングを加えるこ
とによって加えられた深い残留圧縮応力を持つ領域を圧
縮機の羽根に持たせる。
イクル及び高サイクルの両方の疲労に一層よく抵抗する
ことが出来る様な、より長持ちする圧縮機の羽根を設計
並びに構成することが非常に望ましい。この発明はこの
目的に向かって、圧縮機の羽根の前縁、並びに随意選択
によっては後縁の面にレーザ衝撃ピーニングを加えるこ
とによって加えられた深い残留圧縮応力を持つ領域を圧
縮機の羽根に持たせる。
【０００８】この発明のレーザ衝撃ピーニングによって
加えられた深い残留圧縮応力を持つ領域は、米国特許第
５，２３５，８３８号、発明の名称「真の工作物の形直
し又は矯正を行う方法と装置」に記載されている様に、
工作物を局部的に加熱して硬化する為にレーザ・ビーム
を用いた硬化作業によって誘起された、局部的に区切ら
れた残留圧縮応力を持つ工作物の表面層区域と混同して
はならない。この発明は、大エネルギのパルス・レーザ
からの多数の放射パルスを使って、米国特許第３，８５
０，６９８号、発明の名称「材料の性質の変更」、同第
４，４０１，４７７号、発明の名称「レーザ衝撃処理」
及び同第５，１３１，９５７号、発明の名称「材料の性
質」に記載された方法と同様に、工作物の表面に衝撃波
を発生する。普通理解されている、そしてこの明細書で
使われるレーザ・ピーニングは、レーザ・ビーム源から
のレーザ・ビームを利用して、面の一部分に強い局在化
した圧縮力を発生することを意味する。レーザ・ピーニ
ングは、工作物の外面に圧縮応力を加えた保護層を作る
為に利用されており、これは、米国特許第４，９３７，
４２１号、発明の名称「レーザ・ピーニング装置及び方
法」に記載されている様に、疲労破壊に対する工作物の
抵抗力をかなり強めることが知られている。しかし、従
来、この発明で取り上げる様な種類の圧縮機の羽根の前
縁及び後縁も、それを作る方法も開示されていない。こ
の発明が取り上げるのはそう云う目的である。
加えられた深い残留圧縮応力を持つ領域は、米国特許第
５，２３５，８３８号、発明の名称「真の工作物の形直
し又は矯正を行う方法と装置」に記載されている様に、
工作物を局部的に加熱して硬化する為にレーザ・ビーム
を用いた硬化作業によって誘起された、局部的に区切ら
れた残留圧縮応力を持つ工作物の表面層区域と混同して
はならない。この発明は、大エネルギのパルス・レーザ
からの多数の放射パルスを使って、米国特許第３，８５
０，６９８号、発明の名称「材料の性質の変更」、同第
４，４０１，４７７号、発明の名称「レーザ衝撃処理」
及び同第５，１３１，９５７号、発明の名称「材料の性
質」に記載された方法と同様に、工作物の表面に衝撃波
を発生する。普通理解されている、そしてこの明細書で
使われるレーザ・ピーニングは、レーザ・ビーム源から
のレーザ・ビームを利用して、面の一部分に強い局在化
した圧縮力を発生することを意味する。レーザ・ピーニ
ングは、工作物の外面に圧縮応力を加えた保護層を作る
為に利用されており、これは、米国特許第４，９３７，
４２１号、発明の名称「レーザ・ピーニング装置及び方
法」に記載されている様に、疲労破壊に対する工作物の
抵抗力をかなり強めることが知られている。しかし、従
来、この発明で取り上げる様な種類の圧縮機の羽根の前
縁及び後縁も、それを作る方法も開示されていない。こ
の発明が取り上げるのはそう云う目的である。
【０００９】
【発明の要約】この発明はガスタービン機関の圧縮機の
エーロフォイル、特に羽根のエーロフォイルを提供す
る。このエーロフォイルは、羽根の前縁並びに／又は後
縁に沿った少なくとも１つのレーザ衝撃ピーニングを加
えた面と、レーザ衝撃ピーニングを加えた面から羽根の
中に入り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によっ
て加えられた深い残留圧縮応力を持つ領域とを有する。
羽根が羽根の吸込み側及び圧力側の両側にレーザ衝撃ピ
ーニングを加えた面を持つことが好ましく、両側を同時
にレーザ衝撃ピーニングにかける。この発明は新品、中
古及び修理した圧縮機の羽根に使うことが出来る。
エーロフォイル、特に羽根のエーロフォイルを提供す
る。このエーロフォイルは、羽根の前縁並びに／又は後
縁に沿った少なくとも１つのレーザ衝撃ピーニングを加
えた面と、レーザ衝撃ピーニングを加えた面から羽根の
中に入り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によっ
て加えられた深い残留圧縮応力を持つ領域とを有する。
羽根が羽根の吸込み側及び圧力側の両側にレーザ衝撃ピ
ーニングを加えた面を持つことが好ましく、両側を同時
にレーザ衝撃ピーニングにかける。この発明は新品、中
古及び修理した圧縮機の羽根に使うことが出来る。
【００１０】
【利点】この発明で得られる利点としては、強い張力及
び振動応力の場の中で動作する様に設計されたものとし
て、圧縮機の羽根の前縁及び後縁の刻み目及び裂け目に
よる疲労破損に一層よく耐えることが出来ると共に、従
来通りに構成された圧縮機の羽根よりも寿命を長くした
ガスタービン機関の羽根を安全に構成することが出来る
ことが挙げられる。この発明の別の利点は、普通行われ
ている様に、前縁及び後縁に沿って厚さを厚くすること
なく、従って羽根に望ましくない重量が加わるのを避け
ながら、商業的に受入れることの出来る様な長さの寿命
を持つ圧縮機の羽根を構成することが出来ることであ
る。前縁及び後縁に沿って厚さを厚くせずに圧縮機の羽
根を構成することの別の利点は、一層薄手の前縁及び後
縁を持つ羽根で利用することの出来る、エーロフォイル
の改良された空気力学的な性能である。この発明は、羽
根の手入れ並びに／又は交換の回数を減らす為に、能力
を高めた新品及び手入れをした圧縮機の羽根を提供する
こと、並びに特に圧縮機の羽根の寿命を伸ばすことが出
来る様にする。この発明は圧縮機の羽根及び機関の重量
を増加する様な、前縁区域を太らせることなく、ＦＯＤ
又はその他の圧縮機の羽根の損傷を見込んだ振動応力に
対する能力を高めることによって、航空機用機関の圧縮
機の羽根を適切な余裕をもって設計することが出来る様
にする。この発明は、現在しばしば行われ又は必要とさ
れている様に、疑いのある圧縮機の羽根の高価な設計し
直しの努力や頻繁な交換を避けながら、古い形式のガス
タービン機関の圧縮機の羽根の安全で信頼性のある動作
を保証する為に、現存の圧縮機の羽根を手入れする為に
有利に用いることが出来る。
び振動応力の場の中で動作する様に設計されたものとし
て、圧縮機の羽根の前縁及び後縁の刻み目及び裂け目に
よる疲労破損に一層よく耐えることが出来ると共に、従
来通りに構成された圧縮機の羽根よりも寿命を長くした
ガスタービン機関の羽根を安全に構成することが出来る
ことが挙げられる。この発明の別の利点は、普通行われ
ている様に、前縁及び後縁に沿って厚さを厚くすること
なく、従って羽根に望ましくない重量が加わるのを避け
ながら、商業的に受入れることの出来る様な長さの寿命
を持つ圧縮機の羽根を構成することが出来ることであ
る。前縁及び後縁に沿って厚さを厚くせずに圧縮機の羽
根を構成することの別の利点は、一層薄手の前縁及び後
縁を持つ羽根で利用することの出来る、エーロフォイル
の改良された空気力学的な性能である。この発明は、羽
根の手入れ並びに／又は交換の回数を減らす為に、能力
を高めた新品及び手入れをした圧縮機の羽根を提供する
こと、並びに特に圧縮機の羽根の寿命を伸ばすことが出
来る様にする。この発明は圧縮機の羽根及び機関の重量
を増加する様な、前縁区域を太らせることなく、ＦＯＤ
又はその他の圧縮機の羽根の損傷を見込んだ振動応力に
対する能力を高めることによって、航空機用機関の圧縮
機の羽根を適切な余裕をもって設計することが出来る様
にする。この発明は、現在しばしば行われ又は必要とさ
れている様に、疑いのある圧縮機の羽根の高価な設計し
直しの努力や頻繁な交換を避けながら、古い形式のガス
タービン機関の圧縮機の羽根の安全で信頼性のある動作
を保証する為に、現存の圧縮機の羽根を手入れする為に
有利に用いることが出来る。
【００１１】この発明の上記並びにその他の面及び特徴
は、以下図面について説明する所から明らかになろう。
は、以下図面について説明する所から明らかになろう。
【００１２】
【発明の詳しい説明】図１には、この発明の１実施例に
よる圧縮機の羽根８の形をした一例としての航空機用ガ
スタービン機関の部品を含む航空機用ガスタービン機関
１０が略図で示されている。ガスタービン機関１０が、
機関の中心線１１の周りに円周方向に配置されていて、
流れに対して直列に、ファン部分１２、高圧圧縮機１
６、燃焼部分１８、高圧タービン２０及び低圧タービン
２２を含む。燃焼部分１８、高圧タービン２０及び低圧
タービン２２は、機関１０の高温部分と呼ばれる場合が
多い。高圧回転子軸２４が、高圧タービン２０を高圧圧
縮機１６に駆動関係をもって接続し、低圧回転子軸２６
が低圧タービン２２をファン部分１２に駆動接続する。
燃焼部分１８で燃料を燃焼させて、非常に高温のガス流
２８を発生し、それが高圧及び低圧タービン２０、２２
に通されて、機関１０の動力とする。ファン部分１２を
通過する空気の一部分を側路ダクト３０を介して高圧圧
縮機１６及び高温部分を側路させる。このダクトは、フ
ァン部分１２と高圧圧縮機１６の間に入口又は分割器３
２を有する。多くの機関は、分割器３２及び高圧圧縮機
１６の間で低圧回転子軸２６に装着された低圧圧縮機
（図に示してない）を持っている。ファン部分１２はフ
ァンの３段１２ａ、１２ｂ、１２ｃで例示する様に、多
段ファン部分であり、多くのガスタービン機関でも同じ
である。この発明の圧縮機の羽根８が高圧圧縮機１６内
に示されているが、希望によっては低圧圧縮機で使って
もよい。
よる圧縮機の羽根８の形をした一例としての航空機用ガ
スタービン機関の部品を含む航空機用ガスタービン機関
１０が略図で示されている。ガスタービン機関１０が、
機関の中心線１１の周りに円周方向に配置されていて、
流れに対して直列に、ファン部分１２、高圧圧縮機１
６、燃焼部分１８、高圧タービン２０及び低圧タービン
２２を含む。燃焼部分１８、高圧タービン２０及び低圧
タービン２２は、機関１０の高温部分と呼ばれる場合が
多い。高圧回転子軸２４が、高圧タービン２０を高圧圧
縮機１６に駆動関係をもって接続し、低圧回転子軸２６
が低圧タービン２２をファン部分１２に駆動接続する。
燃焼部分１８で燃料を燃焼させて、非常に高温のガス流
２８を発生し、それが高圧及び低圧タービン２０、２２
に通されて、機関１０の動力とする。ファン部分１２を
通過する空気の一部分を側路ダクト３０を介して高圧圧
縮機１６及び高温部分を側路させる。このダクトは、フ
ァン部分１２と高圧圧縮機１６の間に入口又は分割器３
２を有する。多くの機関は、分割器３２及び高圧圧縮機
１６の間で低圧回転子軸２６に装着された低圧圧縮機
（図に示してない）を持っている。ファン部分１２はフ
ァンの３段１２ａ、１２ｂ、１２ｃで例示する様に、多
段ファン部分であり、多くのガスタービン機関でも同じ
である。この発明の圧縮機の羽根８が高圧圧縮機１６内
に示されているが、希望によっては低圧圧縮機で使って
もよい。
【００１３】図２及び３について説明すると、圧縮機の
羽根８が、羽根のプラットフオーム３６から羽根先端３
８まで半径方向外向きに伸びるエーロフォイル３４を有
する。圧縮機の羽根８が、プラットフォーム３６から根
元部分４０の半径方向内側の端３７まで半径方向内向き
に伸びる根元部分４０を含む。根元部分４０の半径方向
内側の端３７に羽根の根元４２があり、これが羽根軸部
４４によってプラットフォーム３６に接続される。エー
ロフォイル３４の弦Ｃは、図３に示す様に、羽根の各々
の断面で、前縁ＬＥと後縁ＴＥの間の線である。エーロ
フォイル３４が、エーロフォイルの前縁ＬＥ及び後縁Ｔ
Ｅの間で弦方向に伸びる。エーロフォイル３４の圧力側
４６は、矢印で示す全体的な回転方向と向かい合ってお
り、吸込み側４８はエーロフォイルの反対側にあり、平
均線ＭＬが大体弦方向に２つの面の中間にある。エーロ
フォイル３４は捩れも持っていて、この為弦の角度がプ
ラットフォーム３６に於ける第１の角度Ｂ１から先端３
８に於ける第２の角度Ｂ２まで変化し、その差が角度差
ＢＴによって示されている。弦の角度は、機関の中心線
１１に対する弦Ｃの角度と定義される。
羽根８が、羽根のプラットフオーム３６から羽根先端３
８まで半径方向外向きに伸びるエーロフォイル３４を有
する。圧縮機の羽根８が、プラットフォーム３６から根
元部分４０の半径方向内側の端３７まで半径方向内向き
に伸びる根元部分４０を含む。根元部分４０の半径方向
内側の端３７に羽根の根元４２があり、これが羽根軸部
４４によってプラットフォーム３６に接続される。エー
ロフォイル３４の弦Ｃは、図３に示す様に、羽根の各々
の断面で、前縁ＬＥと後縁ＴＥの間の線である。エーロ
フォイル３４が、エーロフォイルの前縁ＬＥ及び後縁Ｔ
Ｅの間で弦方向に伸びる。エーロフォイル３４の圧力側
４６は、矢印で示す全体的な回転方向と向かい合ってお
り、吸込み側４８はエーロフォイルの反対側にあり、平
均線ＭＬが大体弦方向に２つの面の中間にある。エーロ
フォイル３４は捩れも持っていて、この為弦の角度がプ
ラットフォーム３６に於ける第１の角度Ｂ１から先端３
８に於ける第２の角度Ｂ２まで変化し、その差が角度差
ＢＴによって示されている。弦の角度は、機関の中心線
１１に対する弦Ｃの角度と定義される。
【００１４】図２（Ａ）に戻って説明すると、圧縮機の
羽根８が前縁部分５０を持ち、これはエーロフォイル３
４の前縁ＬＥに沿って、羽根のプラットフォーム３６か
ら羽根先端３８まで伸びる。前縁部分５０は予定の第１
の幅Ｗ１を持ち、前縁部分５０が、エーロフォイル３４
の前縁に沿って起こり得る刻み目５２及び裂け目を取囲
む。圧縮機の羽根８が機関の運転中に回転することによ
って発生される遠心力により、エーロフォイルがかなり
の引っ張り応力の場にさらされる。エーロフォイル３４
は、機関の運転中に発生される振動の作用も受け、刻み
目５２及び裂け目が高サイクル疲労応力上昇部分として
作用して、その周りに余分の応力集中を生ずる。
羽根８が前縁部分５０を持ち、これはエーロフォイル３
４の前縁ＬＥに沿って、羽根のプラットフォーム３６か
ら羽根先端３８まで伸びる。前縁部分５０は予定の第１
の幅Ｗ１を持ち、前縁部分５０が、エーロフォイル３４
の前縁に沿って起こり得る刻み目５２及び裂け目を取囲
む。圧縮機の羽根８が機関の運転中に回転することによ
って発生される遠心力により、エーロフォイルがかなり
の引っ張り応力の場にさらされる。エーロフォイル３４
は、機関の運転中に発生される振動の作用も受け、刻み
目５２及び裂け目が高サイクル疲労応力上昇部分として
作用して、その周りに余分の応力集中を生ずる。
【００１５】刻み目及び裂け目から発生して拡がる、考
えられるひゞ割れの線に沿った羽根の部分の疲労破損に
対抗する為、圧力側４６及び吸込み側４８の少なくとも
一方、好ましくは両方は、図３に見られる様に、レーザ
衝撃ピーニングを加えた面５４、及びレーザ衝撃ピーニ
ングを加えた面からエーロフォイル３４の中に入り込
む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ
た深い残留圧縮応力を持つ予め応力を加えた領域５６を
有する。予め応力を加えた領域５６が、弦方向に、幅Ｗ
１の範囲全体まで、前縁部分５０と同長であると共に、
幅Ｗ１の少なくとも一部分にわたって合体する位に、深
くエーロフォイル３４の中に入り込んでいることが好ま
しい。予め応力を加えた領域５６が、半径方向には、前
縁ＬＥに沿って前縁部分５０と同長であることが示され
ているが、それより短く、先端３８から、前縁ＬＥに沿
って、特に図２（Ｂ）に示す様に、プラットフォーム３
６に向かう行程の一部分Ｌ１に沿って伸びていてもよ
い。これは、損傷を招く刻み目５２が先端３８の近い所
で起こる傾向がある場合、特に有用である。
えられるひゞ割れの線に沿った羽根の部分の疲労破損に
対抗する為、圧力側４６及び吸込み側４８の少なくとも
一方、好ましくは両方は、図３に見られる様に、レーザ
衝撃ピーニングを加えた面５４、及びレーザ衝撃ピーニ
ングを加えた面からエーロフォイル３４の中に入り込
む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ
た深い残留圧縮応力を持つ予め応力を加えた領域５６を
有する。予め応力を加えた領域５６が、弦方向に、幅Ｗ
１の範囲全体まで、前縁部分５０と同長であると共に、
幅Ｗ１の少なくとも一部分にわたって合体する位に、深
くエーロフォイル３４の中に入り込んでいることが好ま
しい。予め応力を加えた領域５６が、半径方向には、前
縁ＬＥに沿って前縁部分５０と同長であることが示され
ているが、それより短く、先端３８から、前縁ＬＥに沿
って、特に図２（Ｂ）に示す様に、プラットフォーム３
６に向かう行程の一部分Ｌ１に沿って伸びていてもよ
い。これは、損傷を招く刻み目５２が先端３８の近い所
で起こる傾向がある場合、特に有用である。
【００１６】この発明は、後縁部分７０に、第２の幅Ｗ
２を持つと共に後縁ＴＥに沿ったレーザ衝撃ピーニング
を加えた面５４を持つ後縁ＴＥだけを持つ圧縮機の羽根
構造を含む。これに関連する、レーザ衝撃ピーニング
（ＬＳＰ）によって加えられた深い残留圧縮応力を持つ
予め応力を加えられた領域５６が、後縁部分７０でレー
ザ衝撃ピーニングを加えた面５４からエーロフォイル３
４の中に入り込む。圧力側４６及び吸込み側４８の少な
くとも一方、好ましくは両方が、レーザ衝撃ピーニング
を加えた面５４、及び後縁部分のレーザ衝撃ピーニング
を加えた面から後縁ＴＥに沿ってエーロフォイルの中に
入り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加
えられた深い残留圧縮応力を持つ予め応力を受けた領域
５６を持っている。予め圧縮応力を受けた領域５６が、
弦方向に、幅Ｗ２の範囲全体まで前縁部分５０と同長で
あると共に、幅Ｗ２の少なくとも一部分にわたって合体
する位に深くエーロフォイル３４の中に入っていること
が好ましい。予め圧縮応力を受けた領域５６が、半径方
向に、後縁ＴＥに沿って前縁部分５０と同長である場合
が示されているが、それより短く、先端３８から後縁Ｔ
Ｅに沿ってプラットフォーム３６に向かう行程の一部分
だけ伸びていてもよい。
２を持つと共に後縁ＴＥに沿ったレーザ衝撃ピーニング
を加えた面５４を持つ後縁ＴＥだけを持つ圧縮機の羽根
構造を含む。これに関連する、レーザ衝撃ピーニング
（ＬＳＰ）によって加えられた深い残留圧縮応力を持つ
予め応力を加えられた領域５６が、後縁部分７０でレー
ザ衝撃ピーニングを加えた面５４からエーロフォイル３
４の中に入り込む。圧力側４６及び吸込み側４８の少な
くとも一方、好ましくは両方が、レーザ衝撃ピーニング
を加えた面５４、及び後縁部分のレーザ衝撃ピーニング
を加えた面から後縁ＴＥに沿ってエーロフォイルの中に
入り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加
えられた深い残留圧縮応力を持つ予め応力を受けた領域
５６を持っている。予め圧縮応力を受けた領域５６が、
弦方向に、幅Ｗ２の範囲全体まで前縁部分５０と同長で
あると共に、幅Ｗ２の少なくとも一部分にわたって合体
する位に深くエーロフォイル３４の中に入っていること
が好ましい。予め圧縮応力を受けた領域５６が、半径方
向に、後縁ＴＥに沿って前縁部分５０と同長である場合
が示されているが、それより短く、先端３８から後縁Ｔ
Ｅに沿ってプラットフォーム３６に向かう行程の一部分
だけ伸びていてもよい。
【００１７】レーザ・ビームの衝撃によって誘起され
た、予め圧縮応力を受けた領域５６内の深い残留圧縮応
力は、一般的に約５０−１５０ ＫＰＳＩ（キロポンド
／平方吋）であって、レーザ衝撃ピーニングを加えた面
５４から、約２０−５０ミルの深さまで、レーザ衝撃に
よって誘起された残留圧縮応力を持つ領域５６内に入り
込む。レーザ・ビームの衝撃によって誘起される深い残
留圧縮応力を発生するには、高エネルギのレーザ・ビー
ムを反復的に発射し、それを塗料で覆われたレーザ衝撃
ピーニングを加える面５４に集束して、ギガワット／cm
2程度の大きさを持つピーク・エネルギ密度を作る。レ
ーザ・ビームが、塗料を塗ったレーザ衝撃ピーニングを
加える面５４の上に流す流水のカーテンを介して発射さ
れ、塗料が削摩されてプラズマを発生し、その結果材料
の表面に衝撃波が生ずる。こう云う衝撃波が、流水のカ
ーテンによって塗料を塗った面に向け直され、塗料を塗
った表面の下にある材料内に進行する衝撃波（圧力波）
を発生する。こう云う衝撃波の振幅及び量が、圧縮応力
の深さ及び強度を決定する。塗料を使って、ターゲット
の表面を保護すると共に、プラズマを発生する。削摩さ
れた塗料の材料は、流水のカーテンによって洗い流され
る。レーザ衝撃ピーニングのこの様な並びにその他の方
法が、継続中の米国特許出願通し番号第０８／３１９，
３４６号、発明の名称「ターボ流体機械に対するレーザ
衝撃ピーニングを加えた回転子部品」及び同第０８／３
６３，３６２号、発明の名称「飛行形レーザ衝撃ピーニ
ング」に更に詳しく記載されている。
た、予め圧縮応力を受けた領域５６内の深い残留圧縮応
力は、一般的に約５０−１５０ ＫＰＳＩ（キロポンド
／平方吋）であって、レーザ衝撃ピーニングを加えた面
５４から、約２０−５０ミルの深さまで、レーザ衝撃に
よって誘起された残留圧縮応力を持つ領域５６内に入り
込む。レーザ・ビームの衝撃によって誘起される深い残
留圧縮応力を発生するには、高エネルギのレーザ・ビー
ムを反復的に発射し、それを塗料で覆われたレーザ衝撃
ピーニングを加える面５４に集束して、ギガワット／cm
2程度の大きさを持つピーク・エネルギ密度を作る。レ
ーザ・ビームが、塗料を塗ったレーザ衝撃ピーニングを
加える面５４の上に流す流水のカーテンを介して発射さ
れ、塗料が削摩されてプラズマを発生し、その結果材料
の表面に衝撃波が生ずる。こう云う衝撃波が、流水のカ
ーテンによって塗料を塗った面に向け直され、塗料を塗
った表面の下にある材料内に進行する衝撃波（圧力波）
を発生する。こう云う衝撃波の振幅及び量が、圧縮応力
の深さ及び強度を決定する。塗料を使って、ターゲット
の表面を保護すると共に、プラズマを発生する。削摩さ
れた塗料の材料は、流水のカーテンによって洗い流され
る。レーザ衝撃ピーニングのこの様な並びにその他の方
法が、継続中の米国特許出願通し番号第０８／３１９，
３４６号、発明の名称「ターボ流体機械に対するレーザ
衝撃ピーニングを加えた回転子部品」及び同第０８／３
６３，３６２号、発明の名称「飛行形レーザ衝撃ピーニ
ング」に更に詳しく記載されている。
【００１８】図３について更に具体的に説明すると、こ
の発明は、前縁ＬＥ又は後縁ＴＥ部分の何れか、又は前
縁ＬＥ又は後縁ＴＥの両方の部分が、レーザ衝撃ピーニ
ングを加えた面５４、及び前に述べた様にレーザ衝撃ピ
ーニング（ＬＳＰ）によって加えられた深い残留圧縮応
力を持つ関連した予め応力を加えた領域５６を持つ圧縮
機の羽根８の構造を含む。後縁ＴＥ部分のレーザ衝撃を
加えた面並びに関連する予め応力を加えた領域は、前に
述べた前縁ＬＥの部分に対するものと同様に構成されて
いる。前縁ＬＥの刻み目は、後縁ＴＥの刻み目よりも一
層大きくなる傾向があり、従って、前縁部分５０の第１
の幅Ｗ１は、後縁部分７０の第２の幅Ｗ２よりも一層大
きくすることが出来る。例として云うと、Ｗ１及びＷ２
は何れも、弦Ｃの長さの夫々約２０％にすることが出来
る。
の発明は、前縁ＬＥ又は後縁ＴＥ部分の何れか、又は前
縁ＬＥ又は後縁ＴＥの両方の部分が、レーザ衝撃ピーニ
ングを加えた面５４、及び前に述べた様にレーザ衝撃ピ
ーニング（ＬＳＰ）によって加えられた深い残留圧縮応
力を持つ関連した予め応力を加えた領域５６を持つ圧縮
機の羽根８の構造を含む。後縁ＴＥ部分のレーザ衝撃を
加えた面並びに関連する予め応力を加えた領域は、前に
述べた前縁ＬＥの部分に対するものと同様に構成されて
いる。前縁ＬＥの刻み目は、後縁ＴＥの刻み目よりも一
層大きくなる傾向があり、従って、前縁部分５０の第１
の幅Ｗ１は、後縁部分７０の第２の幅Ｗ２よりも一層大
きくすることが出来る。例として云うと、Ｗ１及びＷ２
は何れも、弦Ｃの長さの夫々約２０％にすることが出来
る。
【００１９】圧縮機の羽根は一般的に薄いから、レーザ
衝撃ピーニングを加えた面５４及び前に述べた様に深い
残留圧縮応力を持つ関連した予め応力を受けた領域５６
を形成する為に、圧縮機の羽根８をレーザ衝撃ピーニン
グにかけると、図４に示す様な圧縮機の羽根の歪みを招
くことがある。この歪みは、全体的に、レーザ衝撃ピー
ニング過程によって加えられた深い圧縮応力により、エ
ーロフォイルがカールすることによって起こると考えら
れる。エーロフォイルのプラットフォーム３６からその
先端３８までの累積的な効果が、羽根先端３８における
４つの形式の歪みの形で示されている。第１の形式の歪
みは、機関の中心線１１に対する弦の角度として前に定
義した羽根の捩れであり、実線で示した設計されたエー
ロフォイルの断面の形Ｓと破線で示した歪んだ形ＤＳの
弦の間の羽根の捩れ歪みＤＢとして示されている。第２
の及び第３の形式の歪みは、軸方向及び接線方向の傾き
（リーニング）であり、これは先端３８に於けるエーロ
フォイル３４の前縁ＬＥ及び／又は後縁ＴＥの軸方向及
び接線方向の変位ＤＡ及びＤＴとして示されている。第
４の形式の歪みは、平均線ＭＬの弯曲である。平均線Ｍ
Ｌは、一般的には、エーロフォイル３４の前縁ＬＥと後
縁ＴＥの間の曲率がどれ程強いかを示す曲率半径Ｒによ
って表すことが出来る。この歪みが、曲率半径Ｒ及び曲
率の強さを増減することがある。
衝撃ピーニングを加えた面５４及び前に述べた様に深い
残留圧縮応力を持つ関連した予め応力を受けた領域５６
を形成する為に、圧縮機の羽根８をレーザ衝撃ピーニン
グにかけると、図４に示す様な圧縮機の羽根の歪みを招
くことがある。この歪みは、全体的に、レーザ衝撃ピー
ニング過程によって加えられた深い圧縮応力により、エ
ーロフォイルがカールすることによって起こると考えら
れる。エーロフォイルのプラットフォーム３６からその
先端３８までの累積的な効果が、羽根先端３８における
４つの形式の歪みの形で示されている。第１の形式の歪
みは、機関の中心線１１に対する弦の角度として前に定
義した羽根の捩れであり、実線で示した設計されたエー
ロフォイルの断面の形Ｓと破線で示した歪んだ形ＤＳの
弦の間の羽根の捩れ歪みＤＢとして示されている。第２
の及び第３の形式の歪みは、軸方向及び接線方向の傾き
（リーニング）であり、これは先端３８に於けるエーロ
フォイル３４の前縁ＬＥ及び／又は後縁ＴＥの軸方向及
び接線方向の変位ＤＡ及びＤＴとして示されている。第
４の形式の歪みは、平均線ＭＬの弯曲である。平均線Ｍ
Ｌは、一般的には、エーロフォイル３４の前縁ＬＥと後
縁ＴＥの間の曲率がどれ程強いかを示す曲率半径Ｒによ
って表すことが出来る。この歪みが、曲率半径Ｒ及び曲
率の強さを増減することがある。
【００２０】こゝには、この発明を使ってこの歪みの問
題を克服する２つの手段を提示する。その１番目は、歪
みを許容し得る限界又は許容公差の範囲内に制限する為
に、パターン及び使われるレーザ・エネルギの量を制御
することである。２番目は、エーロフォイルのレーザ衝
撃ピーニングを加えた領域の歪みに対抗する捩れ又はパ
ターンの様に、エーロフォイル内に歪みに対抗する特徴
を作ることにより、歪みを打消すことである。薄いエー
ロフォイル、特に圧縮機のエーロフォイルのレーザ衝撃
ピーニングを制御するこう云う方法並びにその他の方法
が、係属中の米国特許出願通し番号第０８／（出願人控
え番号１３ＤＶ−１２１４８）、発明の名称「レーザ衝
撃ピーニングを加えたガスタービン機関の圧縮機の羽根
の縁に対する歪み制御」に記載されている。
題を克服する２つの手段を提示する。その１番目は、歪
みを許容し得る限界又は許容公差の範囲内に制限する為
に、パターン及び使われるレーザ・エネルギの量を制御
することである。２番目は、エーロフォイルのレーザ衝
撃ピーニングを加えた領域の歪みに対抗する捩れ又はパ
ターンの様に、エーロフォイル内に歪みに対抗する特徴
を作ることにより、歪みを打消すことである。薄いエー
ロフォイル、特に圧縮機のエーロフォイルのレーザ衝撃
ピーニングを制御するこう云う方法並びにその他の方法
が、係属中の米国特許出願通し番号第０８／（出願人控
え番号１３ＤＶ−１２１４８）、発明の名称「レーザ衝
撃ピーニングを加えたガスタービン機関の圧縮機の羽根
の縁に対する歪み制御」に記載されている。
【００２１】前縁並びに／又は後縁のレーザ衝撃ピーニ
ングによって圧縮機の羽根に起こる歪みの量を制限する
為に、多数の異なる方法を使うことが出来る。制御し得
る１つの変数は、レーザ衝撃ピーニング過程の間に使わ
れるレーザ・ビームの強さ又はエネルギである。レーザ
衝撃ピーニングは、例として、集束されるレーザ・ビー
ムに直径５．６ミリのスポットを使い、エネルギを１０
０及び２００ジュール／平方センチの間で変えることに
より、ゼネラル・エレクトリック製ＬＭ５０００形の圧
縮機の羽根に対して試験された。１００、１５０及び２
００ジュール／平方センチの３つのレベルのレーザ・エ
ネルギを使った。例として、図５、６及び７は、ピーニ
ングを加えた面５４及びそれに関連する予め応力を受け
た領域５６を形成する為に使われた円形のレーザ衝撃区
域２４０を形成するのに使った３種類のレーザ・ビーム
・パターンを示す。円形のレーザ衝撃区域２４０は、全
般的に、夫々第１、第２及び第３の中心線２４４、２４
６、２４８を中心とする重なり合う円形のレーザ衝撃区
域２４０のパターンに配置されている。円形のレーザ衝
撃区域２４０が、レーザ衝撃ピーニング過程の間、レー
ザ・ビームが命中した区域を表す。更に、羽根に生じた
歪みの大きさに対する結果を見る為に、スポット・パタ
ーンを変えた。図示した第１のパターンは、前縁と平行
な中心線を持ち、前縁から１．７７ミリずれていて、ス
ポットの外縁は前縁自体を越えていた。第２のパターン
は５０％の重なりにした。第２のパターンは２列のレー
ザ・スポットを有する。第１列は前縁に中心合わせし、
第２列は前縁から２．８ミリの所に中心合わせした。第
３のパターンは第３の中心線に沿って、第３の列の５０
％重なり合うスポットを中心合わせする。この第３の中
心線は、レーザ・スポットの第１の中心線及び第２の中
心線の間の中間又は前縁から１．４ミリの所にある。予
想通り、応力集中係数Ｋｔは全般的にエネルギの増加と
共に減少する。更に、列が多ければ多い程、応力集中係
数が一層小さくなる。予想通り、歪みの量は、エネルギ
の大きさが大きければ大きい程、そしてパスの回数が多
ければ多い程増加する。考慮すべき別の因子は、種々の
列の間の重なりの大きさであり、重なりが大きければ大
きい程、歪みの量が大きい様に思われる。従って、これ
らのパラメータ、並びに場合によってはその他のパラメ
ータをも制御することにより、歪みの量を制限すること
が出来る。この様に歪みを制限するパラメータは、
（１）レーザ・スポットに使われる平方センチ当たりの
エネルギの大きさ、（２）所定の列内にあるレーザ・ス
ポットの間の間隔、並びにレーザ・スポットの重なり合
う列の数並びにその間の間隔、及び（３）各々のスポッ
トをレーザ衝撃ピーニングを加える面に命中させるパス
の数又は回数である。
ングによって圧縮機の羽根に起こる歪みの量を制限する
為に、多数の異なる方法を使うことが出来る。制御し得
る１つの変数は、レーザ衝撃ピーニング過程の間に使わ
れるレーザ・ビームの強さ又はエネルギである。レーザ
衝撃ピーニングは、例として、集束されるレーザ・ビー
ムに直径５．６ミリのスポットを使い、エネルギを１０
０及び２００ジュール／平方センチの間で変えることに
より、ゼネラル・エレクトリック製ＬＭ５０００形の圧
縮機の羽根に対して試験された。１００、１５０及び２
００ジュール／平方センチの３つのレベルのレーザ・エ
ネルギを使った。例として、図５、６及び７は、ピーニ
ングを加えた面５４及びそれに関連する予め応力を受け
た領域５６を形成する為に使われた円形のレーザ衝撃区
域２４０を形成するのに使った３種類のレーザ・ビーム
・パターンを示す。円形のレーザ衝撃区域２４０は、全
般的に、夫々第１、第２及び第３の中心線２４４、２４
６、２４８を中心とする重なり合う円形のレーザ衝撃区
域２４０のパターンに配置されている。円形のレーザ衝
撃区域２４０が、レーザ衝撃ピーニング過程の間、レー
ザ・ビームが命中した区域を表す。更に、羽根に生じた
歪みの大きさに対する結果を見る為に、スポット・パタ
ーンを変えた。図示した第１のパターンは、前縁と平行
な中心線を持ち、前縁から１．７７ミリずれていて、ス
ポットの外縁は前縁自体を越えていた。第２のパターン
は５０％の重なりにした。第２のパターンは２列のレー
ザ・スポットを有する。第１列は前縁に中心合わせし、
第２列は前縁から２．８ミリの所に中心合わせした。第
３のパターンは第３の中心線に沿って、第３の列の５０
％重なり合うスポットを中心合わせする。この第３の中
心線は、レーザ・スポットの第１の中心線及び第２の中
心線の間の中間又は前縁から１．４ミリの所にある。予
想通り、応力集中係数Ｋｔは全般的にエネルギの増加と
共に減少する。更に、列が多ければ多い程、応力集中係
数が一層小さくなる。予想通り、歪みの量は、エネルギ
の大きさが大きければ大きい程、そしてパスの回数が多
ければ多い程増加する。考慮すべき別の因子は、種々の
列の間の重なりの大きさであり、重なりが大きければ大
きい程、歪みの量が大きい様に思われる。従って、これ
らのパラメータ、並びに場合によってはその他のパラメ
ータをも制御することにより、歪みの量を制限すること
が出来る。この様に歪みを制限するパラメータは、
（１）レーザ・スポットに使われる平方センチ当たりの
エネルギの大きさ、（２）所定の列内にあるレーザ・ス
ポットの間の間隔、並びにレーザ・スポットの重なり合
う列の数並びにその間の間隔、及び（３）各々のスポッ
トをレーザ衝撃ピーニングを加える面に命中させるパス
の数又は回数である。
【００２２】歪みに対抗する様な捩れ、又はエーロフォ
イル３４内にレーザ衝撃ピーニングを加える領域の非対
称の使い方と云う様なエーロフォイル３４の歪みに対抗
する特徴（又はレーザ衝撃ピーニングによる歪みを打消
す手段）を使って、この歪みを打ち消すことにより、歪
みの問題を解決することが出来る。レーザ衝撃ピーニン
グによる歪みを打ち消す為の手段又は歪みに対抗する特
徴をどれにするかは、経験的、半経験的又は解析的な方
法、又はこう云う方法の任意の組合せによって決定しな
ければならないことがある。特定の用途に最もよく適し
たエネルギの大きさ、各々のレーザ・ビーム・スポット
を命中させる回数、重なりの程度、回数並びに歪みに対
抗す特定の特徴（１つ又は複数）及びその数は、実験及
び開発を必要とする。目的は、エーロフォイルの前縁並
びに／又は後縁に於ける実効的なＫｔによって表される
所望の損傷の許容公差を設計することである。
イル３４内にレーザ衝撃ピーニングを加える領域の非対
称の使い方と云う様なエーロフォイル３４の歪みに対抗
する特徴（又はレーザ衝撃ピーニングによる歪みを打消
す手段）を使って、この歪みを打ち消すことにより、歪
みの問題を解決することが出来る。レーザ衝撃ピーニン
グによる歪みを打ち消す為の手段又は歪みに対抗する特
徴をどれにするかは、経験的、半経験的又は解析的な方
法、又はこう云う方法の任意の組合せによって決定しな
ければならないことがある。特定の用途に最もよく適し
たエネルギの大きさ、各々のレーザ・ビーム・スポット
を命中させる回数、重なりの程度、回数並びに歪みに対
抗す特定の特徴（１つ又は複数）及びその数は、実験及
び開発を必要とする。目的は、エーロフォイルの前縁並
びに／又は後縁に於ける実効的なＫｔによって表される
所望の損傷の許容公差を設計することである。
【００２３】歪みに対抗する１つの特徴又はレーザ衝撃
ピーニングによる歪みを打消す手段は、大体エーロフォ
イルの上側の半分で、前縁並びに／又は後縁から弦長の
約２０％の幅にわたり、エーロフォイル３４の先端の近
くにある前縁ＬＥのパッチだけにレーザ衝撃ピーニング
を加えることである。全体的な歪みの効果は、羽根のレ
ーザ衝撃ピーニングを受けない半径方向の残りの長さ
が、この歪みに対抗する為に、減少する。レーザ衝撃ピ
ーニングによる歪みを打ち消す別の手段は、圧力側又は
吸込み側のどちら側でも、エーロフォイルの片側だけを
レーザ衝撃ピーニングにかけることである。レーザ衝撃
ピーニングにある歪みを打ち消す別の手段は、エーロフ
ォイルを予め捩っておいて、レーザ衝撃ピーニングによ
って反対向きの捩れが生じて、完成されたエーロフォイ
ルが、設計された捩れに対する許容し得る許容公差の範
囲内又は予定の設計の限界内にある様にすることであ
る。
ピーニングによる歪みを打消す手段は、大体エーロフォ
イルの上側の半分で、前縁並びに／又は後縁から弦長の
約２０％の幅にわたり、エーロフォイル３４の先端の近
くにある前縁ＬＥのパッチだけにレーザ衝撃ピーニング
を加えることである。全体的な歪みの効果は、羽根のレ
ーザ衝撃ピーニングを受けない半径方向の残りの長さ
が、この歪みに対抗する為に、減少する。レーザ衝撃ピ
ーニングによる歪みを打ち消す別の手段は、圧力側又は
吸込み側のどちら側でも、エーロフォイルの片側だけを
レーザ衝撃ピーニングにかけることである。レーザ衝撃
ピーニングにある歪みを打ち消す別の手段は、エーロフ
ォイルを予め捩っておいて、レーザ衝撃ピーニングによ
って反対向きの捩れが生じて、完成されたエーロフォイ
ルが、設計された捩れに対する許容し得る許容公差の範
囲内又は予定の設計の限界内にある様にすることであ
る。
【００２４】エーロフォイルをレーザ衝撃ピーニングに
かける方法を使って、エーロフォイルをプラットフォー
ム又は基部から、前縁及び／又は後縁を結ぶ条片に沿っ
てエーロフォイルの先端までレーザ衝撃ピーニングにか
けると云う様に、レーザ衝撃ピーニングによる歪みを打
ち消すことが出来る。圧力側及び吸込み側の両方でレー
ザ衝撃ピーニングにかけられるエーロフォイルに対し
て、不平衡エネルギを使うことが出来る。例えば、１０
０−２００ジュール／cm2の範囲内で、この範囲の下端
のエネルギを使って、片側をレーザ衝撃ピーニングにか
け、この範囲の上端のエネルギを使って、反対側をレー
ザ衝撃ピーニングにかけることが出来る。この代わり
に、又はこの他に、片側は、反対側よりも各点で一層多
くの回数だけ、レーザ衝撃ピーニングにかけることがで
きる。重なり合うレーザ衝撃ピーニングにかけられるス
ポットの多数の列を使う場合、隣合った列は、前縁から
最も遠い列から出発して、順次レーザ衝撃ピーニングに
かけるべきである。
かける方法を使って、エーロフォイルをプラットフォー
ム又は基部から、前縁及び／又は後縁を結ぶ条片に沿っ
てエーロフォイルの先端までレーザ衝撃ピーニングにか
けると云う様に、レーザ衝撃ピーニングによる歪みを打
ち消すことが出来る。圧力側及び吸込み側の両方でレー
ザ衝撃ピーニングにかけられるエーロフォイルに対し
て、不平衡エネルギを使うことが出来る。例えば、１０
０−２００ジュール／cm2の範囲内で、この範囲の下端
のエネルギを使って、片側をレーザ衝撃ピーニングにか
け、この範囲の上端のエネルギを使って、反対側をレー
ザ衝撃ピーニングにかけることが出来る。この代わり
に、又はこの他に、片側は、反対側よりも各点で一層多
くの回数だけ、レーザ衝撃ピーニングにかけることがで
きる。重なり合うレーザ衝撃ピーニングにかけられるス
ポットの多数の列を使う場合、隣合った列は、前縁から
最も遠い列から出発して、順次レーザ衝撃ピーニングに
かけるべきである。
【００２５】この発明を圧縮機のエーロフォイルに使う
場合について説明したが、圧縮機のベーン・エーロフォ
イルにも用途がある。この発明の好ましい実施例をその
原理を説明する為に詳しく説明したが、特許請求の範囲
に限定されたこの発明の範囲内で、好ましい実施例に種
々の変更を加えることが出来ることは云うまでもない。
場合について説明したが、圧縮機のベーン・エーロフォ
イルにも用途がある。この発明の好ましい実施例をその
原理を説明する為に詳しく説明したが、特許請求の範囲
に限定されたこの発明の範囲内で、好ましい実施例に種
々の変更を加えることが出来ることは云うまでもない。
【図１】この発明による一例の航空機用ガスタービン機
関の断面図。
関の断面図。
【図２】（Ａ）は、この発明による一例の航空機用ガス
タービン機関の圧縮機の羽根の斜視図。（Ｂ）は、この
発明に従って前縁に沿ってレーザ衝撃ピーニングにかけ
た半径方向に伸びる部分を持つ別の航空機用ガスタービ
ン機関の圧縮機の羽根の斜視図。
タービン機関の圧縮機の羽根の斜視図。（Ｂ）は、この
発明に従って前縁に沿ってレーザ衝撃ピーニングにかけ
た半径方向に伸びる部分を持つ別の航空機用ガスタービ
ン機関の圧縮機の羽根の斜視図。
【図３】図２（Ａ）に示した線３−３で切った圧縮機の
羽根の断面図。
羽根の断面図。
【図４】図２（Ｂ）に示す線４−４から圧縮機の羽根を
半径方向内向きに見た側面図と、普通の衝撃ピーニング
にかけなかった圧縮機の羽根の同じ図、並びにこの発明
の予め捩れを加えたレーザ衝撃ピーニングを加える前の
羽根の同じ図とを重ね合わせて示す。
半径方向内向きに見た側面図と、普通の衝撃ピーニング
にかけなかった圧縮機の羽根の同じ図、並びにこの発明
の予め捩れを加えたレーザ衝撃ピーニングを加える前の
羽根の同じ図とを重ね合わせて示す。
【図５】図３に示した圧縮機の羽根の前縁のレーザ衝撃
ピーニングにかけられた区域の第１のレーザ・ビーム・
パターンの簡略側面図。
ピーニングにかけられた区域の第１のレーザ・ビーム・
パターンの簡略側面図。
【図６】図３に示した圧縮機の羽根の前縁のレーザ衝撃
ピーニングにかけられた区域の第２のレーザ・ビーム・
パターンの簡略側面図。
ピーニングにかけられた区域の第２のレーザ・ビーム・
パターンの簡略側面図。
【図７】図３に示した圧縮機の羽根の前縁のレーザ衝撃
ピーニングにかけられた区域の第３のレーザ・ビーム・
パターンの簡略側面図。
ピーニングにかけられた区域の第３のレーザ・ビーム・
パターンの簡略側面図。
３４ エーロフォイル ４６ 圧力側 ４８ 吸込み側 ５０ 前縁部分 ５４ レーザ衝画ピーニングを加えた面 ５６ 予め応力を加えた領域 ７０ 後縁部分 ＬＥ 前縁 ＴＥ 後縁 Ｃ 弦
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーバート・ハリラ アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、グリーンフィールド・ドライブ、7150 番 (72)発明者 ラリー・ジョージ・ジャコブズ アメリカ合衆国、オハイオ州、ラブラン ド、タングルウッド・レーン、1714番 (72)発明者 エドワード・アトウッド・レイノス アメリカ合衆国、オハイオ州、シンシナテ ィ、チンバーミル・コート、9659番
Claims (20)
- 【請求項１】 前縁と後縁、及び圧力側と吸込み側を持
つ金属のエーロフォイルと、該エーロフォイルの少なく
とも一方の側にある少なくとも１つのレーザ衝撃ピーニ
ングを加えた面とを有し、該レーザ衝撃ピーニングを加
えた面は前記前縁の少なくとも一部分に沿って半径方向
に伸びると共に、前記前縁から弦方向に伸びており、更
に、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ
た深い残留圧縮応力を持つ領域が、前記レーザ衝撃ピー
ニングを加えた面からエーロフォイルの中に入り込んで
いるガスタービン機関の部品。 - 【請求項２】 更に、前記前縁の圧力側に沿って設けら
れた第１のレーザ衝撃ピーニングを加えた面と、該第１
のレーザ衝撃ピーニングを加えた面から前記エーロフォ
イルの中に入り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）
によって加えられた深い残留圧縮応力を持つ第１の領域
と、前記前縁の吸込み側に沿って設けられた第２のレー
ザ衝撃ピーニングを加えた面と、該第２のレーザ衝撃ピ
ーニングを加えた面から前記エーロフォイルの中に入り
込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えら
れた深い残留圧縮応力を持つ第２の領域とを有する請求
項１記載のガスタービン機関の部品。 - 【請求項３】 前記レーザ衝撃ピーニングを加えた面か
ら前記エーロフォイルの中に入り込む前記レーザ衝撃ピ
ーニングを受けた領域が、前記エーロフォイルの両側を
同時にレーザ衝撃ピーニングにかけることによって形成
される請求項２記載のガスタービン機関の部品。 - 【請求項４】 更に、前記エーロフォイルの夫々圧力側
及び吸込み側の前記後縁から前記後縁の少なくとも一部
分に沿って半径方向に伸びると共に弦方向に伸びる圧力
側及び吸込み側のレーザ衝撃ピーニングを加えた後縁の
面と、前記圧力側のレーザ衝撃ピーニングを加えた面か
ら前記エーロフォイルの中に入り込む、レーザ衝撃ピー
ニング（ＬＳＰ）によって加えられた深い残留圧縮応力
を持つ圧力側の後縁のレーザ衝撃ピーニングを受けた領
域と、前記吸込み側のレーザ衝撃ピーニングを加えた面
から前記エーロフォイルの中に入り込む、レーザ衝撃ピ
ーニング（ＬＳＰ）によって加えられた深い残留圧縮応
力を持つ吸込み側の後縁のレーザ衝撃ピーニングを受け
た領域とを有する請求項２記載のガスタービン機関の部
品。 - 【請求項５】 前記レーザ衝撃ピーニングを加えた面か
ら前記エーロフォイルの中に入り込む、前記圧力側及び
吸込み側の後縁のレーザ衝撃ピーニングを受けた領域
が、前記エーロフォイルの後縁の両側を同時にレーザ衝
撃ピーニングにかけることによって形成される請求項４
記載のガスタービン機関の部品。 - 【請求項６】 前縁と後縁、及び圧力側と吸込み側を持
つ金属のエーロフォイルと、該エーロフォイルの少なく
とも片側にある少なくとも１つのレーザ衝撃ピーニング
を加えた面とを有し、該レーザ衝撃ピーニングを加えた
面は前記前縁の少なくとも一部分に沿って半径方向に伸
びると共に該前縁から弦方向に伸びており、更にレーザ
衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられた深い残留
圧縮応力を持つ領域が前記レーザ衝撃ピーニングを加え
た面からエーロフォイルの中に入り込んでいるガスター
ビン機関の圧縮機の羽根。 - 【請求項７】 更に、前記前縁の圧力側に沿って設けら
れた第１のレーザ衝撃ピーニングを加えた面と、該第１
のレーザ衝撃ピーニングを加えた面からエーロフォイル
の中に入り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によ
って加えられた深い残留圧縮応力を持つ第１の領域と、
前記前縁の吸込み側に沿って設けられた第２のレーザ衝
撃ピーニングを加えた面と、該第２のレーザ衝撃ピーニ
ングを加えた面から前記エーロフォイルの中に入り込
む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ
た深い残留圧縮応力を持つ第２の領域とを有する請求項
６記載のガスタービン機関の圧縮機の羽根。 - 【請求項８】 前記レーザ衝撃ピーニングを加えた面か
ら前記エーロフォイルの中に入り込む前記レーザ衝撃ピ
ーニングを受けた領域が、前記エーロフォイルの両側を
同時にレーザ衝撃ピーニングにかけることによって形成
される請求項７記載のガスタービン機関の圧縮機の羽
根。 - 【請求項９】 前記圧縮機の羽根が修理された圧縮機の
羽根である請求項８記載のガスタービン機関の圧縮機の
羽根。 - 【請求項１０】 前記圧縮機の羽根が修理された圧縮機
の羽根である請求項６記載のガスタービン機関の圧縮機
の羽根。 - 【請求項１１】 前縁及び後縁を持つ金属のエーロフォ
イルと、該エーロフォイルの少なくとも片側にある少な
くとも１つのレーザ衝撃ピーニングを加えた面とを有
し、該レーザ衝撃ピーニングを加えた面は前記前縁の少
なくとも一部分に沿って半径方向に伸びると共に前記後
縁から弦方向に伸びており、前記レーザ衝撃ピーニング
を加えた面から前記エーロフォイルの中に入り込む、レ
ーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられた深い
残留圧縮応力を持つ領域を有するガスタービン機関の圧
縮機の羽根。 - 【請求項１２】 更に、前記エーロフォイルの前記後縁
の少なくとも一部分に沿って半径方向に伸びると共に前
記エーロフォイルの圧力側で前記後縁から弦方向に伸び
る第１のレーザ衝撃ピーニングを加えた面と、該第１の
レーザ衝撃ピーニングを加えた面から前記エーロフォイ
ルの中に入り込む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）に
よって加えられた深い残留圧縮応力を持つ第１の領域
と、前記エーロフォイルの前記後縁の少なくとも一部分
に沿って半径方向に伸びると共に前記エーロフォイルの
吸込み側で前記後縁から弦方向に伸びる第２のレーザ衝
撃ピーニングを加えた面と、該第２のレーザ衝撃ピーニ
ングを加えた面から前記エーロフォイルの中に入り込
む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ
た深い残留圧縮応力を持つ第２の領域とを有する請求項
１１記載のガスタービン機関の圧縮機の羽根。 - 【請求項１３】 前記レーザ衝撃ピーニングを加えた面
から前記エーロフォイルの中に入り込む前記レーザ衝撃
ピーニングを受けた領域が、前記エーロフォイルの後縁
の両側を同時にレーザ衝撃ピーニングにかけることによ
って形成される請求項１２記載のガスタービン機関の圧
縮機の羽根。 - 【請求項１４】 前記圧縮機の羽根が修理された圧縮機
の羽根である請求項１３記載のガスタービン機関の圧縮
機の羽根。 - 【請求項１５】 前記圧縮機の羽根が修理された圧縮機
の羽根である請求項１１記載のガスタービン機関の圧縮
機の羽根。 - 【請求項１６】 圧力側、吸込み側、前縁及び後縁を持
つ金属のエーロフォイルと、前記エーロフォイルのある
側の一方の縁の少なくとも一部分に沿って半径方向に伸
び、前記一方の縁に沿って半径方向に並びに該一方の縁
から弦方向に伸びる第１のレーザ衝撃ピーニングを加え
た面と、前記エーロフォイルの一方の側の他方の縁の少
なくとも一部分に沿って半径方向に伸び、該他方の縁に
沿って半径方向に並びに該他方の縁から弦方向に伸びる
第２のレーザ衝撃ピーニングを加えた面と、前記レーザ
衝撃ピーニングを加えた面から前記エーロフォイルの前
縁並びに後縁に沿って前記エーロフォイルの中に入り込
む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ
た深い残留圧縮応力を持つ領域とを有するガスタービン
機関の圧縮機の羽根。 - 【請求項１７】 更に、前記前縁の圧力側及び吸込み側
に沿って設けられた、前記前縁の少なくとも一部分に沿
って半径方向に伸びる第１の対のレーザ衝撃ピーニング
を加えた面と、該第１の対のレーザ衝撃ピーニングを加
えた面から前記エーロフォイルの中に入り込む、レーザ
衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられた深い残留
圧縮応力を持つ第１の対の領域と、前記後縁の圧力側及
び吸込み側に沿って設けられた、前記後縁の少なくとも
一部分に沿って半径方向に伸びる第２の対のレーザ衝撃
ピーニングを加えた面と、該第２の対のレーザ衝撃ピー
ニングを加えた面から前記エーロフォイルの中に入り込
む、レーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）によって加えられ
た深い残留圧縮応力を持つ第２の対の領域とを有する請
求項１６記載のガスタービン機関の圧縮機の羽根。 - 【請求項１８】 前記レーザ衝撃ピーニングを加えた面
から前記エーロフォイルの中に入り込む前記レーザ衝撃
ピーニングを受けた領域が、前記エーロフォイルの前縁
の両側を同時にレーザ衝撃ピーニングにかけると共に、
前記エーロフォイルの後縁の両側を同時にレーザ衝撃ピ
ーニングにかけることによって形成される請求項１７記
載のガスタービン機関の圧縮機の羽根。 - 【請求項１９】 前記圧縮機の羽根が修理された圧縮機
の羽根である請求項１８記載のガスタービン機関の圧縮
機の羽根。 - 【請求項２０】 前記圧縮機の羽根が修理された圧縮機
の羽根である請求項１６記載のガスタービン機関の圧縮
機の羽根。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US39928595A | 1995-03-06 | 1995-03-06 | |
| US08/399285 | 1995-03-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08326502A true JPH08326502A (ja) | 1996-12-10 |
| JP3728002B2 JP3728002B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=23578950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04698796A Expired - Fee Related JP3728002B2 (ja) | 1995-03-06 | 1996-03-05 | ガスタービン機関の部品 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070243071A1 (ja) |
| EP (1) | EP0731184B1 (ja) |
| JP (1) | JP3728002B2 (ja) |
| KR (1) | KR100416012B1 (ja) |
| DE (1) | DE69626878T2 (ja) |
| IL (1) | IL117347A (ja) |
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