JPS606339A - ロータ組立体のブレードの寸法仕上げ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属加工、特にターボ喋械１］−タ組立体をυ
］削する方法及び装置に係る。

大抵の航空機ガスタービン・エンジン及び（ｌ！ｌの用
途に使用される軸流ターボ機械はその内部に、多数の取
り外し可Ｏｉｉなブレードを担持する円板又はロータを
右づる。このにうな構造は、作動流体をそれぞれ圧縮１
１膨張さＵるためエンジンの圧縮機部分にもタービン部
分にも使用される。幾つｈｓの場合、回転ブレードはそ
れらの最も外但１１の先端に囲い板をイｊし、それらの
位置で接続されて０る。

一層通常、最近のエンジンは、囲い板／／なくロータ円
板内でそれらの根元でしか支えられて（１な（１ブレー
ドを有する。

効率を高くＪるため、回転ブレードの先端と最初に製作
されたエンジンの包囲ケースのシー１ノング溝造との嵌
め合いをできる限り密にすることが望まれる。使用中、
特に航空機が行う飛行運動（１２に、時によっては、ブ
レードと周囲の摩損し得るシーリング環との間に掠りが
生ずる。加えて、長時間に厘る使用の不可避の結果とし
て、ブレードの他の劣化が生ずる。その結果、ブレード
先端とケースとの間の間隙が増大し、これらの間隙を元
に戻づことがエンジン・オーバホールの一つの目的であ
る。

良好な嵌め合いを達成するためには、ロータブレードの
全てがエンジンの中心線から一定の半径方向距離にある
ように、ロータブレードは±０゜０２５ｍｍ以内に精密
に研削されなければならない。

このことは、最初の部品製造に当ってもＡ−バホールに
当っても少なからざる機械加工上の問題を生ずる。

現在得られている許容差は以前よりは小さいけれども、
ブレード付きロータの嵌め合いを一層良好にしたいとい
う希望が常に存在する。最初はこのことはロータ及びブ
レードを小さな許容差で別々に機械加工することにより
達成されたが、それらが組立られた状態での誤差は現在
受入れ可ｒｌｌｉな許容差よりも大きい。従って、それ
らが円板及びブレード組立体の一部をなしている状態で
ブレードを機械加工することが好ましい。勿論、ブレー
ドは取り外し可能であるから、ブレードは必然的にロー
タ円板内にあ程度Ｆｉ　＜　ｌｆＸめ合わされる。従っ
て、機械加工中に、シムがブレードの下側に置かれ、ブ
レードをほぼそれらの使用中の位置に向けて半径方向に
外方に押す。円筒状研削に於て通常の低速での加工物の
回転も同一の効果を右する傾向があるが、何れの場合に
も、高速エンジン回転中に得られる着座と比肩可能な着
座は行られない。典型的に、水平回転（σ１削機械は組
立体を数百ｐｐｍ以上ではない速度で回転させながら組
立体を研削づるのに使用されている。

しかし、遅い回転又はシムの使用に伴う力は強力ではな
い。以前の先端（σ［国道Ｐｉ！Ｇよ０．２５〜０゜３
０ｍ直径ロータ組立体上で±０．０２５ｍｍ以上の大き
過ぎる変化を個々のブレードの長さに生ずることが見出
されている。加えて、多数のプレートを受入れるスリッ
トが円板のリムの周辺に延びている特殊なロータ構造が
ある。この構造では、シムを挿入Ｊ−ることは実際的で
ない。従って、機械加工中に、ブレード及びそれらの保
持スロットが半径方向に内向きの運動を制限するように
構成されており、若しくは弾性クッションがロータをサ
ンドイッチ状に挾んで機械加工中にブレードを捕捉する
ために用いられている。これらの方法の何れも所望の精
度を得るのに完全に満足なしのではない。

ロータを機械加■する際の別の問題点として、機械加工
されたロータ組立体の直径を測定するための手段に関す
る問題点もある。ブレートイ」きロータ又は取付部の直
径は通常、最近では走査レーザ顕微鏡の使用を含む通常
の測刈装置で測定されている。一般に、種々の非接触電
気−光学的測定システムの読みの速度は、加工物が約２
５ｒｐｍの比較昨低い速度で回転している間に測定が行
われることを許すりれども、測定は通常、部品が回転し
ていない時に行われる。静的回転速度のもとで測定され
た個々のブレードの寸法は速く回転覆る構造内でのブレ
ードの寸法を示さない。高速回転機械の寸法を測定する
ための非接触システムは開発されている。例えば、米国
特許第３．９９２゜６２７号明細書には、運転中のガス
タービン・エンジン内の空隙を測定するのにＸ線を使用
する方法が開示されている。本発明の発明者の一人であ
る［）ｒｉｎｋｕｔｌ＋他の論文゛タービン・ブレード
先端間隙を測定するためのレーザ近接プローブ”ＩＳＡ
、第２０回翳１装シンポジウム、１９７４年５月２１〜
２３日、にはガスタービン・エンジン内の先端間隙を測
定するのにレーザ三角測量法システムを使用する方法が
開示されている。［）　ｒｉｎｋｕｔｈ他によるシステ
ム内では、反射されたレーデビーム１がビディコン及び
陰極線管表示器で測定され、またこのシステムは０．０
０１６ｓｅｃ又はそれよりも大きいオーダのサンプリン
グ時間を有し、本発明で必要とされる研削速度で使用す
るためには不十分な速度である。米国特許第４，０７４
，１０４号明細書には、位首測定のために三角測量法レ
ーザビームを用いる研削法が開示されており、その場合
ビームはその所望の仕上げ寸法を表ず特定の点に前もっ
て焦点を結ばせられる。

上記の測定システムの何れも、速く回転する物品の寸法
の平均的読み以上のものを与えるものではない。回転す
る物品はそれらの周辺で半径方向寸法に変動を有し得る
が、従来のシステムの形態ではこの情報が与えられ得な
い。従って、ブレード付ぎ０−夕に対する動的読みは、
包囲シールの漏洩又は過大摩耗を生じさせ得るブレード
間間隔の変動を明らかにするのには有効でない。

また、もしロータ組立体内に複数の短いブレードが存在
すれば、平均ゲージ長さへの機械加工は長いほうのブレ
ード内で所望の寸法よりも大きい寸法を生ずる。従って
、ロータを機械加工Ｊるのに使用される実際機械加工過
程にも測寸過程にも問題があった。本発明はこれらの問
題点を解決しようとするものである。

本発明の目的は、±０．０２５＋ａｍ又はそれよりも良
好なオーダの半径方向精度でロータ組立体を研削するこ
とである。本発明の他の目的は、特定のブレードがロー
タの平均半径から偏差している大きさをロータ組立体内
で同定することである。

本発明によれば、円板内に半径方向に数句けられている
多数のブレードからなるロータ組立体が、ロータ内に正
しくブレードを着座させ、且低速で正しい着座を妨げる
弾性力又は許容差の不足に打勝つのに十分な臨界的な高
速度で組立体を回転させることにより機械加工される。

回転速度は１０Ｑ　Ｑ　ｒｐｍを越えており、ブレード
先端上への機械加工媒体の力と反対作用するのに十分で
ある。好ましい媒体は砥石車である。

本発明の一つの特徴によれば、組立体の回転速度は、重
力又は約６８７０ｍ／ｓ２の少なくとも７００倍の半径
方向加速度をブレードに与えるような回転速度である。

約１１１００＋＋／ｓ”又は重力の約１１００倍の加速
度を生じさせるような回転速度が好ましい。臨界的速度
以下の速度でもロータは研削され得るが、１０．０２５
ｍｍのオーダの小さな許容差は達成されない。典型的な
０゜３ｍ半径ロータ組立体に対して、好ましい速度は約
２０００　ｒｐＨテＩｚル。

本発明の他の特徴によれば、ニー臼フォイル・ブレード
を有する軸流ターボ機械ロータが、ロータ組立体の使用
中に作動流体が衝突する方向と同一の方向で周囲空気を
ブレード上に衝突させるような方向で回転される。好ま
しくは、回転速度は、低過ぎる速度を生ずる半径方向流
れに比較して、周囲空気に実質的なｍで軸線方向の流れ
を生じさせるのに十分な回転速度である。

研削中に精度を得るために高い回転速度を必要とするこ
とは、ブレード先端の接線方向速度が非常に高＜６０ｉ
／ｓｅｃの範囲であるという望ましくない効果を生ずる
。これはチタン合金及び幾つかの他の材料に対する許容
可能なドライ研削速度を越えている。従って、２０〜４
０１１／Ｓの範囲内の減ぜられた相対的又は研削速度を
生ずるように、ブレード先端が接触させられる点で接線
方向速度と同一の方向に研削媒体が運動させられる。

研削車が使用される時、車は組立体と反対方向に回転さ
れる。本発明の好ましい実施例では、圧縮機のチタン製
のブレードで、０　、０００４　ｌｌＩｎ／　ｓｅＣよ
りも低い研削速度がパリの生成を減するのに有効である
ことが見出されている。材料が第一の周辺位置でプレー
１−先端から順次に除去されている間に、第一の位置か
ら好ましくは１３５度離れた第二の周辺位置で個々のブ
レード長さに関する連続的測定が行われる。非常に速い
読み速度が可能なシー１１三角測ｍ法システムが使用さ
れる。このシステムは、０．００４ｓｅｃ以内の間隔で
測定位置を通過する個々のブレード先端の長さに関する
データを与えるのに十分である。

本発明の好ましい実施例では、ブレードが存在している
時に反射されるレーザビームスポットを読むように直線
ダイオードアレイカメラに指令を与えるのに光ダイオー
ド検出器信号が利用される。

ディジタルプｉコセッサシステムがカメラの出力信号を
受入れ、特定のブレードの長さを一層正確に測定するべ
く、ビームスポットの中心軌跡を計痺する。角位置もプ
ロセッサに与えられ、同定可能なブレード番号及び長さ
の表示を可能にづるように、個々のブレード良さの読み
と関係づけられる。

レーザ測定システムは０−０００２ｓｅｃ以内の繰返す
ブレード−ツー−ブレード間隔時間で毎秒５０００ブレ
ードもの多くの読みを与え得る。

本発明によれば、一層良好な結果が得られるように研削
方法が調節され得る。本発明に於て最も重要なことは、
十分に高い組立体回転速度で研削が行われることである
。±０．０２５ｍｍの許容差が一般的に得られ、ブレー
ドとエンジンのシールとの一層密で一層均等な接触が可
能となり、それにより一層高い効率及びエネルギ節減が
実現される。

１）　ｒａｔｔ　＆　ＷｈｉＬｎｅｙ　Ａ　１ｒｃｒａ
ｆｔ　（イースト−ハートフォード、コネクチカツ１〜
州、米国）製のモデルＰＷ２０３７ガスタービン・エン
ジン用の高圧圧縮機ロータ組立体の一つの段を研削する
場合につ、いて本発明を説明づる。

上記ＰＷ２０３７エンジン用の高圧圧縮機ロータ組立体
は、互いに取付けられた多数の種々の軸流段からなって
いる。これらの段は僅かに異なる外径を有し、順次にこ
のような外径に仕上げ研削される。簡単のためにロータ
組立体と呼ばれるこれらの段６一つを機械加工する場合
について本発明を説明づ゛る。ロータ組立体は、５０〜
７５のチタン合金圧縮機ブレードが含まれている周囲ス
ロットを右規る一つの円板からなっている。１川−６Ａ
ｌ−４Ｖ、Ｔｉ　−８ＡＩ　−Ｉ　Ｖ−１Ｍｏ　、Ｔｉ
　−６ＡＩ　−２Ｓｎ　−４Ｚｒ−２Ｍｏ及び−「１−
６ＡＩ　−２Ｓｎ　−４Ｚｒ−６Ｍｏのようなアルファ
・ベータ・チタン合金が通常ロータ・ブレードに用いら
れている。鉄及びニッケル基合金も用いられている。

第１図には、部分的に切欠いた図で、明何にして１」−
９組立体１８が研削されるかが示されている。第１図は
後で再び参照される。第２図には、外側半径ＤＲを有す
る円板２０と縦方向中心軸Ｃを右する孔２１とを含んで
いるロータ組立体の直径を通る平面が新面図で示されて
いる。周囲スロット２４は円板の周辺を巡つて延びてお
り、その中に多数のブレード２６が合まれてＪ７す、そ
の一つが第２図中に示されている。ブレードは約６４１
の長さＬを有づる。その先端でブレードは約３３１１１
Ｉ１１の翼弦長Ｗ及び約２．５１９８１の厚みを有する
。

図面中で、ブレード２６は、エンジン作動中の内部を郭
定する包囲エアシール２８（鎖線で示されている）と接
触するものとして示されている。同様の仕方で、ブレー
ド２６は本発明の実施に当り砥石車４４と接触している
。

本発明のこの説明中で、ロータ内のブレード２６の多数
の先端２７がロータ組立体に指定され１＝静的半径ＯＲ
を与えるようにブレード長さしがΔ１だ９ノ減ぎられる
ことが望まれる。（この半径ＯＲは、弾性的及び熱的膨
張が存在している時、エンジン作動中に得られる半径に
計輝により直接に関係付けられている、ＰＷ２０３７エ
ンジンに対してはＯＲは約０．２８〜０．３６＋Ｉｌで
ある。）ブレードは通常、砥石車を適当な形状とするこ
とにより、軸線Ｃに対しである円錐角で研削される。

こうして単一半径ＯＲの表示は簡単化として理解されよ
う。典型的に、ロータは正常作動条件下で約８〜１２．
ＯＯＯｒｐｍの回転速度を有する。このような条件下で
、各ブレードの根元３０は制限スロット２４に対して非
常に密に押されており、ブレード内にかなりの応力及び
その結果としての半径方向歪みがイｒ在している。

本発明の実施に使用される装置の本質的な特徴が第１図
及び第３図中に示されている。一つの円板２０及び複数
個のブレード２６からなるロータ組立体３４が、水平ス
ピンドル中心型円筒状研削機械への円形加工物の通常の
取付は方と類似の取イ１＆ノ方で＠４０上に回転可能に
取イリ番ノられている。

時によっては軸はロータ組立体と一体である。小ざい半
径方向間隙を有し、ロータ・バランシング機械に用いら
れるものと類似のｇＩｔｒｉ　ｉ軸受が軸を支えるのに
使用されるべきである。振動がロータの最初の回転中に
監視され、もし振動が存在すれば、振動が除去される。

軸４０、従ってまたロータ組立体３４が、矢印４２によ
り示されているようにロータ組立体の正常エンジン回転
の方向に電動機駆動部５０により回転される。砥石車４
４は円板の平面と同一の平面内で回転し且ロータに近接
しまたそれから離隔するように移動する。（軸線Ｃに対
して平行な移動は、円錐角が′ａ成される正確な詳細に
関係して、任意に選べる。）これらの運動はぞれぞれ駆
動部４６．４８により制御される。全ての駆動部はプロ
ヒッナ５２により制御される。

レーザ測寸システムが研削過程中に各個のブレード先端
の半径方向位置く従ってまたブレード長さ）を測定する
のに用いられる。このシステムは後で第３図及び第４図
を参照して一層詳細に説明されるが、要約すると、この
システムは通過するブレード先端２７上にレーザビーム
５６を衝突させるヘッド５８かうなっている。反射され
たビームの位置がカメラ６８により測定され、またプロ
七ツナ５２に対するブレード長さ信号に変換される。そ
、れに応じて、駆動部４６．４８．５０の運動が、所望
のブレード長さを達成するように制御される。レーザ測
定ヘッド５８は、ロータをその輪受取イリ組立体内に置
く以前に、通常の機械加工技術を用いて半径方向に適当
に置かれる。ブレード先端上に衝突するレーザビームの
点の周囲位置は重要である。それは、研削中に生じ得る
振れの後にブレードに位置安定性の回復を許すように、
また研削火花及びダスト７１による衝突を避けるように
、研削の点から周縁方向に（回転の方向に）十分に移動
されなければならない。それは研削の点から少なくとも
４５度の位置に置かれなければならず、好ましくは、第
３図中に示されている角度αのように、１３５反と２７
０Ｕとの間の位置に置かれる。

駆動部４８は、所望の）」法の動的平径０１（′が達成
されるまで、［」−９相立体の回転の中心線に向１）で
矢印７２の方向に砥石車４４を移動さＬる〈インフィー
ドηる〉ように駆動される。典型的に材料の約０．４〜
０．８ｍｍ／ＪＮ研削過程中に国道−ド先端から除去さ
れる。

本発明の好ましい実施例では、Ｉ）Ｗ２０３７０−タ組
立体が２０００ｒｌ）ＩＩＩの速度で回転される。

これは各ブレード上に約１１．　１００　ｔｎ／ｓｅｃ
　’又は約１１３０リ　くここに９は車力加速度）の心
加速度を生ずる。これは約６０１１１／Ｓの接線方向先
端速度に４１７当する。この先端速度は受入れ不能なパ
リ、ひび割れ又は残留応力なしにチタン合金を機械加工
するのに適当な既知の睨囲を超過しているので、砥石車
４４は図面中に示されているように方向７０に逆回転さ
れ、４Ｌ−）で砥石車はロータ組立体のそれと反対方向
に回転する。このことは、接触点に於て、摩損面がブー
レード先端と同一の方向に運動していることを意味する
。車の周辺速度は、相対的研削速度が２０〜４０１０／
Ｓの範囲内にあるように設定されている。０．７６ｍ直
径、９０〜１００グリツド、Ｌ−０硬度車のような典型
的なガラス・ボンド・アルミナ車が使用される。冷却材
は、レー暑ア測寸装置の破壊を避けるため、又扱い弁い
封じ込め遮蔽の必要性を避けるため使用されない。

ロータが数百１’ｐＨで回転され又ブレード上への心加
速度が重力の百倍のオーダであるロータ研削の従来の加
工では、±０．０７５ｍｍよりも良好でない半径方向許
容差でロータを製作することしかできなかった。さて、
ここに説明される装置を使用しての実験では、±０．０
２５ａｍの半径方向許容差のオーダを得る上で臨界的な
幾つかのパラメータが存在づることが示されている。ま
ずロータは、ガスが使用中にブレード上に衝突するのと
同一の仕方で空気をブレード上に衝突させる方向に回転
づべきである。一般的に、このことは、幾つかのタービ
ンｆ」−夕でそうであるように、空気力学的力が問題と
ならない場合を除いて、エーロフオイルの凹み側の方向
の回転を意味する。第二に、ロータは７ｏｏｇ　（６，
８７０ｍ／ｓ２）の心加速度をブレードに生ずるのに十
分な速度で回転すべきである。約１．１００（Ｊ　（１
０，８００ＩＩＩ／Ｓ２）の半径方向加速度を生ずるよ
うな回転速度であることが好ましい。より遅い速度では
、明らかに研削中のブレードの不適当な初Ｉｌｌ　Ｍ座
又は持続されない着座のために、高い精度は達成されな
い。例えば、０．２８ＩＩＩ半径ＯＲのＰＷ２０３７０
−夕は１７００ｒｐｍ又はそれ以上で回転される。０．
３８１１１半径の更に大きいロータは１４ｏ　ｏ　ｒｐ
ｓ＋又はそれ以上で回転される。

高い回転速度は、隣接ブレードの点による通過の間の時
間間隔が約０．００４ｓｅｃ以下であり非常に短いこと
を６意味する。たとえば、１７００ｒｌｌｌｌの良好な
最小速度で回転づる０、２８−半径の１００ブレードＰ
Ｗ２０３７０−夕は約５０ｍ／Ｓのブレード先端速度と
約０．０Ｏ０３５ｓｅｃのブレード−ツウ−ブレード間
隔時間とを右する。

もしロータが５０ブレードを有ザるならば、この時間は
０−０００７ｓｅｃで倍になるであろう。好ましい２０
００ｒＩ）ｌｌｌでの０．３０＋ｎ半径の類似の形式の
〇−タは約６３ｍ／δの先端速度を有し、又上記の時間
ｌ１ＸＩ隔は５０ブレードロータに対してはＯ，０Ｏ０
６ｓｅｃのオーダであり、又１００ブレードロータに対
してはＯ，０Ｏ０３ｓｅｃのＡ−ダである。レーザ測寸
装置に対する読み速度はブレード通過速葭よりも大きく
なりれはならない。

即ち、測寸ｉ置の読み時間は、個々のブレード測定を可
能にＪ−るように、ブレード−ツウ−ブレード時間間隔
よりも小さくなければならない。

要約すると、５０〜１００又はそれ以上のブレードを有
づるより大きなタービンエンジン部分に対しては、研削
速度は１０００〜２０００ｒｌ）ｌｉｔの範囲内にある
。小さな（コータに対しては、？ｉｌｌ削速洩は実質的
により高い。大ぎな］コータでも小さなロータでも２５
〜７２１＋１／Ｓの範囲内の高い接線方向先端速度及び
０．００１２ｓｅｃ又はそれ以下の間隔時間が存在覆る
。しかし、本発明の装置を使用して機械加工される最大
の部品の幾つかでは、加速度規範が満足され得ない。例
えば、該タービンエンジンは典型的に１ｍの半径ＯＲを
有する。

低い速度で空気を効率的に勅かりようにファンを適応さ
せるため、加速度規範を満足するのに必要とされる１　
０００〜２０００ｒｐＨで）７ンを回転させることは過
度の電力を必要とする。従って、ファンは約５０　Ｏｒ
ｐｍ　′ｃ回転されるｔノれども、先端速度はそれにも
拘わらず約５２１１１／Ｓであり、又間隔時間は曲型的
な３０ブレード・ファンに対して０．００４ＳＯＣのｉ
−ダである。

本発明は、ブレード通過の時１間間隔よりも良好な読み
速度を有づ゛るシステムを実現−４る。第５図には装置
の測ｊ部分の要素が解図的に示されている。）−１ｕｇ
ｈｅｓ　５　ｍ　Ｗ　ヘリウム・ネオン・レーザのよう
なレーザ源５４がビームを、強度制御装置７４を通じて
、焦点を結ばせられたレーザビーム５６をロータ紺立体
３４の通過ブレード２６の先端２７上に斜めに衝突さｌ
るヘッドに供給する。

ブレード先端に垂直な衝突も同様に用いられ得る。

反射されたビーム・スポットはヘッドにより受り入れら
れ、焦点を結ばせられ、又コヒーレント光ファイバ束６
２によりビーム・スプリッタ７Ｇに運ばれる。このビー
ムの一部分はシリコン光ダイオード検出器６４上に結像
され、又このビームの他の部分は［ａｔｒｃｌ＋ｉｌｄ
　ＣＣＤ　１１００カメラ（ｈ　ＩＪ　７　；ｔ　）Ｌ
ｔ　二／’州、Ｍｏｕｎｔａｉｎ　Ｖｉｅｗ、Ｆａｔｒ
ｃｈｉｌｄ　Ｃａｍｅｒａ　Ｃｏ、　）のような直線ダ
イオード・アレイ・カメラ６８上に結像される。もし火
花が問題であれば、適当なフィルタが使用される。

正常なチッ素ガスのパージがヘッドにダスト及びデブリ
スを付着させない為に使用される。カメラ及び検出器は
信号をプロレツサ５２に与えるように接続されている。

加えて、回転カウンタ６９がロータ粗立体の各回転に対
して角ＩＶ置倍信号与える。ロータ及び砥石車の回転運
動及び車の直線運動に対づる駆動部７１６．４８．５０
がプロセッサに接続されている。プロセッサはタイミン
グ部分７８、アナｆ］グーディジタル変換器部分８０、
ピーク保持部分８２、中心軌跡計算部分８４、工学単位
変換器８６及びグラインダ制御装置８８から成っている
。プロＱツサは表示器９０に出力を与える。装置は下記
のように作動づる。ビーム５Ｇはブレード先端上に衝突
し、又反射された光は検出器６４及びカメラ６８により
受入れられる。回転カウンタはロータ相立体の周１１ｔ
Ｊ的回転に基いて角位置信号を与え、それにより、どの
ブレードが測定されているかを計粋するタイミング部分
をイネーブルづる。前型なピックアップが参照ブレード
の同定をイネーブルするのに適している。検出器信号に
基づいて、タイミング部分は、受入れられた光をリーン
プルしまた光の位置及び強度に関する信号をＡ−０部分
８０に供給νるように、カメラ６８に指令する。こうし
て、検出器はプレードの存在を検出するトリガーとじて
作用する。検出器はタイミング部分を介してカメラに読
み指令信号を与える。カメラは前記のブレード間時間間
隔の制約内で適当に速いサンプリング及びクリアリング
速度を有していな【プればならない。Ａ−Ｄ部分はカメ
ラ情報を変換し、それをピーク保持部分８２及び中心軌
跡ａｉ算部分８４に送る。タイミング部分により指令さ
れた時、ピーク保持部分はＡ−Ｄ部分を介してカメラか
ら受入れられたデータ・ストリーム信号を捕え、その最
大値を保持し、その鎗を予め設定された範囲と比較し、
またもし偏差が存在すれば、ヘッドに供給される光レベ
ルを強度制御装置により上昇又は低下さ「、偏差を消去
する。こうして、カメラ及びシステムの他の部分が適当
に作動するようにイネーブルされる。中心軌跡計算器８
４が、Ａ−Ｄ変換器からの変換された光信号情報を処理
するようにタイミング部分により指令される。カメラ内
の直線ダイオードアレイ上に入射する光に対して、中心
軌跡計算器８４は次式に従って中心軌跡ＣＩを計算する
。

ここにＩは特定のダイオード位置に於ける光ダイオード
の光強度であり、また（〕は特定のダイオード位置であ
る。このことは光ダイオードアレイ上に入射覆る光のス
ポットの位置の正確で高分解能の決定を可能にする。従
って、中心軌跡ｉＩｎ器がブレード長さ信号を工学単位
変換器８６に供給する。工学単位変換器８６は、中心軌
跡言１ｎ器から与えられた入力とタイミング装置から与
えられた入力とに基づいて、表示器９０に出力を与え、
各ブレード位置に対する外側半径寸法（又はブレード長
さ）と全てのブレードに対リ−る平均とを示す。加えて
、工学単位変換器８Ｇはグラインダ制御装置８８に信り
を与える。グラインダ制御ｉｌ装置８８はこの信号を予
め設定された限界と比較して、駆動部４６．５０、及び
特に直線駆動部４８に適当な指令を与え、システムの態
械的要素に研削動作を継続させ又は停止さＵｏる。ブレ
ード上の残留材料の邑に従って研削速度を制御し得る要
素を含むシステムの通常の要素は図示されていない。何
故ならば、このようなＩＩＩＪ御の仕方は当業者に知ら
れているからである。

装置は実時間データを与えるように溝成されている。即
ら、反射された光信号は、隣接ブレードの通過の間の時
間間隔よりも短い時間内でプロセッサ５２より処理され
る。特定の回転に対づ゛る特定のブレードからの信号は
プロヒッサにより一時的に記憶され、グラインダ制御ｌ
Ｉ装置は、ロータの相次ぐ回転が最初の信号を実質的に
置換える他の信号を発生するまで、信号に作用しない。

このことは、火花、ダストなどにより生ずるかもしれな
い過渡的な読み誤差をなくす。

ブレードが回転カウンタ６９により発生される基準点に
関してカウントされ、それらの個々の数値的同定を可能
にすることは好ましい。しかし、本発明の一般的モード
では、ロータ内のブレードの数がプロセッサに入力され
、また繰返しカウントが特定の参照ブレードと共にブレ
ード長さを生ずるのに用いられ得る。このような場合に
は、前記の各位置信号が、検出器からのブレード先端存
在信号をカウントすることにより与えられる。

第６図及び第７図には、典型的なブレード長さ表示器デ
ータが示されている。第７図には、幾つかの長過ぎるブ
レードを含んでいるロータについてのデータが示されて
いる。このようなロータに対しては、長さの古い平均値
がいかにミスリーディングであるかが認められよう。こ
のようなロータが実際に使用されれば、長い方のブレー
ドは直ちに包囲シールを破壊し、また大多数の（短い）
ブレードとシールとの間に過大な間隙が生ずることは理
解されよう。その結果、低いエンジン効率しか得られな
い。対照的に、第６図には、正確に研削されたロータが
示されている。最短ブレードはＮｏ、３２で、また最長
ブレード番よＮｏ、１０で示されている。両方とも平均
値又はベースライン値からほぼ等しい大きさだけ偏差し
ており、またロータは実質的に１０．０２５ｍｍの所望
の精度内にある。標準ｉ差の値も図面中に記入されてい
る。

前記のように、公知の研削技１ｆｉが（測定発明の使用
を通じて）±０．０７５ｍｍの半径方向長さ変動を生ず
ることが今や認められる。

本発明は所望の＾い精度が得られるようにパラメータの
選択を可能にする。従来は、研削されたロータ組立体の
性能が十分でないことは観察されていたけれども、本発
明のようにパラメータを選択Ｊればよいことは認識され
ていなが−）ｋｏｏ−夕速度及び研削送り速度は部品の
実際加工処理中に設定され４！７る。

本発明は、修正動作が行われることをも可能にする。例
えば、再び第７図を参照すると、少数の長いブレードの
長さを減するように、その後の研削が（もしロータが既
に研削されているならば一層良好なパラメータで）示さ
れていることは明らかでのる。また、ブレード２２が約
０．０１５ｍｎ＋短いことが認められる。それが更に短
く、実質的に目４ＦＪ　ＯＲｉ法以下であったとしよう
。そのブレードをそれよりも長いブレードと交１％　＝
ｊる以外に、これを救済する道はなく、またこの作用が
示されよう。

更に一般的な意味で、もしロータ組立体が使用されたく
ｙ１ｉ７い）ブレードと新しい（長い）ブレードとの双
方からなっていれば、所望のＯＲ寸法以下のブレードの
部分を同定づるのに本発明が用いられ得る。規範が、ブ
レードの数の和とそれらのロータ内で許されるそれぞれ
の短さとに基づいて予め設定される。これは、ブレード
の全てが掃過づる全環状間隙と比べて、短いブレードが
ブレード経路の周りを掃過するにつれて短いブレードが
有効に生ずる右動環状間隙の反映である。研削が行われ
、また動的長さ測定がロータ組立体に対して行われる。

平均が計算され、また短いブレード及び長さの合Ｊ１が
（エンジン内の許容可能な漏洩の工学的判定に基づく）
合尉規箱と比較される。

もし測定されたロータ組立体が規範を満足しなければ、
短いブレードの幾つかがそれよりも長いブレードと交換
される。他の動的読みが行われ、また規範に対して評価
される。もし幾つかのブレードが長過ぎれば、研削、読
み及び比較が繰返される。こうして、本発明は使用され
る侶成斂素の効率的な使用を可能にする。

研削過程は所望の高い粘度を得るのに臨界的であり、従
って以下に一層詳細に説明される。

駆動部４８は、ロータ組立体の回転の中心線に向かう矢
印７２の方向に砥石車４４を送るように作動ｕしめられ
る。砥石車は最初は高速で送られ、その後に最終送り速
度まで順次に減速され、停止位置に至り、そこで“スパ
ーキング・アウト“を可能にするように通常一時停止さ
れる。約０．０００４ｍ／ｓの非常に遅く且精密に制御
された最終送り速度が、良好なＭ度を得るため、またパ
リの存在を防止するために用いられる。

砥石車は、予め定められた２　００　Ｏｒｐｍ半径ＯＲ
′の測定値を発生づ゛る最終位置に送られる。半径ＯＲ
’は組立体が使用中にとる半径ＯＲ”よりも小さく、ま
たそれはブレードの正しい着座のためのロータ組立体の
通常指定される所望の静的寸法である半径ＯＲよりも大
きい。種々の外側半径の間の関係は正しい着座の疫合及
び回転中の弾性変形の大きさの関数である。本発明では
、所望のＯＲ寸法を達成するための便利な方法がある。

ロータは二つのインクレメンタル速度即ち１０００及び
２０００　ｒｌｌｌｌで測定される。これは実際の弾性
歪み測定を可能にし、また０〜２０００＋’１ＪＩｌ半
径歪みの外ＩＬ１ｊを可能にする。こうして、研削の速
Ｕ［ＩＩＩチ２００　Ｏｒｐｍ　ニ於ケル半径ＯＲ’が
ＯＲ１７）所与の指定に対して正確に決定され得る。

レーザ８ＩＱ−ｔシステムは個々のブレード長さの測定
を可能にする。それにより、従来可能であった１６度Ｊ
：りも良好な精度を得るための研削過程中の幾つかの規
範を発見することができる。

レーザ測ｑ装置により４１ノられＩこ寸法データは第８
図及び第９図中に示されている。ベースラインＯＲ’か
らの全変動が標１１を偏差Δ１と共に示されている。第
８図には、高速で研削され±０．０２５ＩＩＩｌ変動以
内の非常に均一なブレードを有するロータ組立体が示さ
れている。第９図には、低過ぎる回転速度が用いられた
時に得られる結果が示されている。（絶対的な意味では
まだ小さいけれども）かなりな変動が存在することが認
められる。

研削中に全ての長い方のブレードは最小長さのブレード
に比較して僅かな度合を変化するように逸れるものと仮
定され−Ｃいる。

このようなデータの解析に基づいて、幾つかの一般的な
結論が得られる。ロータが？−（剤中に遅成しなければ
ｌ、＞　１３ない臨界的な方向及び迷電が存在する。先
ず、回転は、ロータ組立体の実際使用中に生ずる方向と
同一の方向に作用する接線方向流体動的（及び研削）力
をブレードに作用さＬ′るような方向でなければならな
い。即ら、ニー〔１）Ａイル・ブレードは反対向きの凹
側及び凸側を有づ゛る。ガスを圧縮するブレードは凹側
の方向に回転し、他方ガスを膨張させるタービン部分ブ
レードは凸側の方向に回転する。しかし、何れの場合に
もエンジンの作動ガスはエーロフオイルの凹側に衝突し
、またそれはエーロフオイルが加工中に動かなｔＪれば
ならない方向である。このような運動はブレードを、加
工中の周囲空気への伝達運動により空気力学的にｎ１１
８する１スｌ向を生じさげる。以前は、ロータを回転さ
せるのに必要どされる動力を低くするため、ロータ組立
体を反対の凸方向に回転さ「るのが望ましいとしばしば
考えられていた。第二に、ロータ組立体は特定の最低速
度を達成しなければならない。この速度は、ロータが生
ずる空気流に関係して、若しくはブレードに生ずる加速
度に関係して特徴づ番ノられる。軸流ターボ機械からの
圧縮機の回転速度は先ず、それよりも低い速度で生ぎし
められる実質的な半径り向流と反対に、研削中に空気の
実質的な軸線方向流を生じさせるのに十分でな（）れば
ならない。空気流の規範は回転方向に対づる必要条件に
関係づ【ノられる。軸線方向流は、ブレードが使用され
ている時に存在する相対的流れと類似の相対的流れを受
け始める速度に到達づることを承り。勿論、このような
条件はかなりの馬力ぞ必要とし、このことがこのような
条イ′１が従来避（）られていた理由である。

正確な測定は流れモードの変化が生ずる時に行われなか
ったが、［３Ｗ２０３７０−夕に対して約１４５　Ｏｒ
ｐｍで生ずることが示されている。空気の流れ方はビ１
−−管のような適当な空気力学的装置により、又は動力
対速度曲線の傾斜の実質的な変化により測定可能である
。勿論、流れモードは、０−夕が封じ込Ｊ、れていない
ので、本発明の実施の対象が達成される時にも、混合さ
れている。本発明の実施に当って、臨界速度以下ではほ
とんど認められない軸線方向流れ（図面中でＣ軸線に対
して平行）が存在し、半径方向の流れが優勢であること
が認められよう。臨界速度又はそれ以上では実質的な軸
線方向流れが存在する。、ブレード付き組立体の速度は
、ブレードに少なくとム７００ｏの半径方向加速度を生
じさＵるような速度でなｔＪればならない。この第二の
ＮＡ範は、次の二つの目的で外向きにブレードに推力を
与えるのに十分な力を得ることに基づいている。第一に
、プ、レードはエンジン使用中の着座と類似の仕方で適
当に首座させられなければならない。第二に、ブレード
は、ブレードから材料を機械的に除去する媒体により生
ずる接触力に抵抗するのに十分な力を受【ノなければな
らない。この破壊的接触力は原理的には接線方向である
が、半径方向に内向きの力も疑いなく存在する。本発明
のこの局面の基礎となる現象は強力には調査されなかっ
たが、低い速度では、ブレード先端が砥石車と接触する
につれて、ブレード先端の移動があるものと思われる。

あまりに低い速度では、ロータは所望の正規長さよりも
短いブレードも長いブレードも研削される。ブレードは
研削中に（円板スロット内の取外し可能なブレードの必
要な緩い嵌め合いのために）上に反らされることができ
、また研削の終了時に於（）る通常の一時停止又は”ス
パーキング・アウト”に拘らず、仕上げ研削中にその真
の位置に戻されないものと仮定されている。本発明で必
要とされる高い回転速度を指定づる他の破壊的因子が存
在づ−る。シール材がゴム、ヒラミック及び金属材料を
含む高圧圧縮線の種々の段に使用される。それらの弾性
又は不均等な存在が補償されなければならない。

前記の加速度及び空気流規範が達成されない限り、０．
３ＣＭ半径上で±０．０２５１１よりも悪い精度が生り
゛る。圧縮機ロータの回転速度は好ましくは、加ｆ８度
及び空気流の規範を共に達成するのに十分でなければな
らないが、各規範が満足される正確な速度は特定のロー
タ組立体によって変動する。少なくともロータは上記の
方向に回転しなければならず、また少なくともロータは
（ｄ削カに抵抗するのに必要とされる半径方向加速度を
生ずるのに十分な速曵で回転しなりればならない。

より＾い速度が使用され得るが、かなりの！！ｉ音及び
空気のボンピングが生じ、また原駆動部に追加的な馬力
が必要とされる。タービンロータはかなり＾いガス温度
及び亜音速に対して設計されている。このようなロータ
では、加速度規範のみを満足すれば、良好な結果が得ら
れる。要約すると、半径方向加速度は少なくとも７００
〜７５０ｇ（６Ｂ、７０〜７３６０ｍ　／ｓ　”　）　
、ｔ）Ｔましくは１１００リ　（１０，８００ｍ　／ｓ
　’　）以上であるべきことがデータにより示されてい
る。本発明の好ましい実施例では、砥石車が使用される
。ブレードの先端から月利を除去するための摩損性ベル
ト及び他の機械的媒体が、単一点工具を含めて、本発明
の実施に当って使用され（ｑる。それらはここに説明さ
れた問題と類似の問題を生じ、本発明の実施の目的内に
ある。材料の電気的及びエネルギビーム加工法も使用さ
れ１９る。

本発明の原理は、上記の一層通常の軸線方向スロットＨ
，Ｑｉｌを含めて、他の形態のロータ組立体にも同様に
応用可能である。本発明をガスタービンエンジンに対ツ
るブレードつき１」−９組立体を加Ｅ［づる場合につい
て説明してきたが、本発明が類似の特性を有１”る他の
回転可能な組立体の（−削にも同様に応用可能であるこ
とは理解されよう。勿論、このような場合に番よ、空気
流の規範は重要ではないが、加速度及び他のパラメータ
は重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は研削されるべき位置に置かれた多段ガスタービ
ン・ロータを示す図である。 第２図（よ、１コ一タ組立体を形成り゛るべくブレード
が円板の周辺を巡って取（＝ｌけられている様子を示す
ため、第１図中の１コータの一つの段の断面を示す図で
ある。 第３図は本発明のロータ組立体研削装置の重要を示ず図
である。 ｔＪＳ４図はレーザビームがヘッド組立体により通過ブ
レードの先端に衝突させられる様子を示づ斜視図である
。 第５図は第３図の装置を一層詳細に示づ図である。 ｍ６図乃至第９図は本発明を用いて得られたブレード長
さのデータを示すグラフであり、第６図は所望の小さな
許容差に研削されたロータを示してＪ３す、第７図は長
過ぎる少数のブレードをイ１′するロータを示しており
、第８図は必要な高い回転速度が用いられた時の良好な
結果を示しており、第９唄は低過ぎる速度が用いられた
時の不均等性を示している。 １８・・・ロータ組立体、２０・・・円板、２１・・・
孔。 ２４・・・周辺スロット、２６・・・ブレード、２７・
・・ブレード先端、２８・・・包囲エアシール、３０・
・・ブレード根元、３４・・・ロータ組立体、４０・・
・軸、４４・・・砥石車、４６．４８．５０・・・駆動
部、５２・・・プロセッーナ、５６・・・レーザビーム
、５８・・・ヘッド特許出願人　ユナイテッド・チクノ
ロシーズ・コーポレイション 代　理　人　弁　理　士　明　石　昌　毅条丸−綾ｌ）
Ｈ−ｆ）ｎ＜２ｐｎｓ−＋第１頁の続き 優先権主張　＠１９８３年６月７日■米国（ＵＳ）［有
］５０１９８３ ０発　明　者　ロパート・ジョセフ・パイアース アメリカ合衆国コネチカット州 グラストンベリー・コブルスト ーン・ロード５２ ０発　明　者　ロパート・ジョン・ミラーアメリカ合衆
国コネチカット州 ヴアーノン・ハニー・レーン２゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ロータ円板の周辺に取付けられ、ロータ組立体と
   して組合される複数個のブレードの先端を所望の寸法に
   仕上げる方法であって、回転するブレードの先端を回転
   の周辺の点で、ブレードから材料を機械的に除去する媒
   体と接触させる過程を含んでいる方法に於て、ブレード
   を円板内に着座させ且媒体によりブレードに加えられる
   力に抵抗させる少なくとも７００（１（６８７０１Ｉｌ
   ／ｓ’　）の加速１度を生じさきるのに十分な速度でロ
   ータ組立体を回転させる過程を含んでいることを特徴と
   する方法。 （２、特許請求の範囲第１項記載の方法に於て、（ａ　
   ）ロータ組立体をその軸線の周りに、先端を周辺経路に
   沿って少なくとも５ｍ　／ｓの接線方向速度で運動させ
   且ブレード先端を第一の周辺経路位置のわきを０．００
   ４ｓｅｃ以下の時間間隔で通過させるのに十分な少なく
   とも１１０００ｒｐの速度で第一の方向に回転させる過
   程と、 （ｂ）ロータ組立体を前記速度で回転させながら第一の
   周辺経路位置でブレード先端から材料を除去する過程と
   、 （Ｃ）ブレード先端上にレーザビームを衝突させ且その
   反射されたスボッ１〜の位置を測定することによりブレ
   ード長さの測定を行うように、ロータ組立体を前記速度
   で回転させながら、各ブレードが第二の周辺経路位置の
   わきを通過するにつれて、前記軸線に対して個々のブレ
   ード先端の各々の半径方向位置を測定する過程と、 を含んでいることを特徴とする方法。 （３）ロータ円板の周辺に取り外し可能に取付ｔノられ
   ており軸流ターボ機械のロータ組立体として組合されて
   いる複数個のエーロフオイル・ブレードの先端を所望の
   寸法に仕上げる方法に於て、空気が軸流ターボ機械の使
   用中に衝突する方向と同一方向でブレード上に衝突する
   ような凹側方向に工−ロフＡイル・ブレードを運動させ
   る回転方向で、またロータ・ブレードをして前記ロータ
   軸線の方向に沿い空気を実質的な邑で運動さけるのに十
   分な回転速度でロータ組立体を０−夕軸線の！酊りに回
   転させる過程と、ブレードの先端をそれ力）ら材料を除
   去する媒体と接触させる過程とを含んでいることを特徴
   とする方法。 （４）特許請求の範囲第３項記載の方法に於て、（ａ）
   ロータ組立体をその軸線の周りに、先９罎を周辺経路に
   沿って少なくとも５ｍ／ｓの接線方向速度で運動させ且
   ブレード先端を第一の周辺経路位置のわきを０．００４
   ｓｅｃ以下の時間間隔で通過させるのに十分な少なくと
   もｉｏｏｏｒｐｍの３１度で第一の方向に回転させる過
   程と、 （ｂ）ロータ組立体を前記速度で回転させながら第一の
   周辺経路位置でブレード先端ｂ〜ら材料を除去する過程
   と、 （Ｃ）ブレード先端−Ｆにレーザビームを衝突させ一旦
   その反射されたスポットの位置を測定することによりブ
   レード長さの測定を行うように、ロータ組立体を前記速
   度で回転させながら、各ブレー（ζが第二の周３２２経
   路位置のわきを通過するにつれて、前記軸線に対して個
   々のクレード先端の各々の半径方向位置を測定づる過程
   と、 を含んでいることを特徴とする方法。 く５）円板の周辺に半径方向に取付けられた取り外し可
   能な隔置されたブレードを有づ−るロータ組立体内のブ
   レードの先端を機械加工づる装置であって、 （ａ　＞円板及び複数個の取り外し可能なブレードから
   なるロータ組立体を機械ベースの軸線に？ａって保持し
   、且、少なくとも２５１＋１／Ｓの接線方向速度で周辺
   経路に沿って各隔置されたプレー１：先端を運動させる
   ように少なくとも１０００ｒＨ＋の速度で第一の方向に
   前記軸線の周りにロータ組立体を回転さけるための支え
   手段と、 （１））ブレード先端が前記速度で前記位置をｉ山道し
   て運動している間に、第一の周辺経路位置でブレード先
   端から順次に月料を除去し、それによりブレードの長さ
   を変更するための機械加工手段と、を含む装置に於て、 （Ｃ）前記第一の位置から隔置され／ｊ第二の周辺経路
   位置で、材料が前記機械加工手段により回転するブレー
   ド先端から除去されるにつれてまたブレード先端が０．
   ００４ｓｅｃ以下の時間間隔で前記第二の経路位置のわ
   きを通過するにつれて、個々のブレード先端の各々の前
   記軸線に対する半径方向位置を測定し、個々のブレード
   先端のブレード良さ信号を与えるための測寸手段と、（
   ｄ　）回転するロータ組立体上の各ブレードを同定し、
   角位置信号を与えるための手段と、＜ｅ＞ブレードが機
   械加工されている間にロータ組立体内の各同定されたブ
   レードに対するブレード長さの読みを与えるため、また
   ブレードの先端を所望の半径方向位置に機械加工し得る
   ように材料が前記機械加工手段により先端から除去され
   る速度を制御するため、前記ブレード長さ信号及び＃開
   角位置信号に応＠するプロＬツザと、を含んでいること
   を特徴とする装置。