JPS6235614B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジン用探傷システム、特に航空機
用のジエツトエンジンのタービンブレードに生ず
るクラツク等の損傷を検出するのに適したジエツ
トエンジン用探傷システムに関する。

ジエツトエンジンの心臓部であるタービンの回
転部分、就中高圧タービンのブレードは高圧、高
温の燃焼空気が吹付けられ、熱衝撃によつてクラ
〓〓〓〓
ツクが生じ易い。タービンのブレードにクラツク
等の損傷が生ずると、エンジンにとり致命的とな
るから、エンジンのメインテナンス上タービンの
ブレードの点検は最も重要なものの１つとなつて
いる。

従来、航空機にあつては所定時間運航の後、エ
ンジンを点検しているが、エンジンのタービンブ
レードを点検するのに直接肉眼でタービンブレー
ドにクラツク等の損傷がないかどうかを検知する
ことはエンジンを組み込んだ状態では不可能な
為、かかる問題を解決すべく、光フアイバーを利
用した専用のボアスコープを開発し、これを用い
てタービンブレードを点検しているのが現状であ
る。

ボアスコープを用いてタービンブレードを点検
すると、確かにエンジン回りの狭隘な場所でター
ビンブレードを直視する必要がなくなり、クラツ
ク等の損傷を拡大して間接的に検知することがで
きる。しかし乍ら、ボアスコープを用いても点検
作業に長時間を要し、またボアスコープの光伝送
効率に鑑み光伝送部分を余り長くすることはでき
ないから依然作業性のよくない場所で点検作業を
しなければならず作業能率の向上が望まれてい
た。

また、従来屋外で実施する作業の、暑、寒、
雪、雨、風等の気象上の不具や、高所での作業の
改善が切望されていた。

更に、ボアスコープを用いて点検する場合、作
業者が１人でボアスコープを覗いて行うためクラ
ツクの見落しや誤認があり点検精度の向上、ひい
ては信頼性の改善が望まれていた。

本発明は従来のこのような問題点を解決して作
業能率の良好なしかも信頼性の高いエンジン用探
傷システムを提供することを目的とするのであ
る。

本発明の探傷システムを航空機のジエツトエン
ジンに適用た場合を例に挙げて説明するが、本発
明はこれに限られるものではない。

以下本発明を図示実施例について説明する。

第１図は本発明の探傷システムが有効に適用で
きる航空機のジエツトエンジンを概略的に断面図
で示す。第１図において、ジエツトエンジンは大
略ロータフアン１０を含む低圧コンプレツサ、中
圧コンプレツサ１１、高圧コンプレツサ１２を含
み、ロータフアン１０より吸入され各コンプレツ
サで順次圧縮された空気は燃焼室１３で燃料と共
に燃焼爆発される。爆発空気は高圧タービン１
４、中圧タービン１５、低圧タービン１６を回転
して排気され、航空機に推進力を与える。

第１図に示したジエツトエンジンの高圧タービ
ン１４の動作を説明するため第２図にその原理図
を示す。周知のように燃焼室１３で燃焼爆発した
空気は間隔をおいて円周上に配置し固定された複
数のタービンノズルガイドベーン２０を通してロ
ータデイスク（図示せず）に設けられたタービン
ブレード２２に噴射され、そのため、タービンブ
レード２２を保持するロータを回転することにな
る。

周知のように、タービンブレード２２には燃焼
室１３で燃焼爆発した高圧、高温の空気が噴射さ
れるから、タービンブレード２２は大きい熱衝撃
を受ける。従つて、タービンブレード２２は硬質
の特殊合金で製作され、更に空冷式に冷却される
ようになつている。

第３Ａ図は１つのタービンブレード２２を斜視
図で示し、第３Ｂ図は第３Ａ図の線Ａ−Ａで切断
したタービンブレードの断面図である。第３Ａ図
及び第３Ｂ図に示す如く、タービンブレード２２
は両端を夫々デイスク（図示せず）に着脱自在に
固定するように成形され、その中央部は流体力学
的に設計されている。

叙上の如く、タービンブレード２２を熱衝撃か
ら護るため内部には冷却空気用の流通路３０が設
けられている。タービンブレードの流通路３０に
矢印で示すように冷却空気を吸入する冷却空気吸
入口（図示せず）が穿設されている。吸入口から
吸入し流通路３０を通過した冷却空気をタービン
ブレード外に排出するためタービンブレードのリ
ーデングエツジとトレーリングエツジに夫々複数
のボア３２と３４が穿設されている。

第３Ａ図及び第３Ｂ図に示た実施例のタービン
ブレードではリーデングエツジに複数列に多数の
ボア３２が穿設されているが、これらボアはター
ビンブレードの背側、即ち燃焼した空気が直接衝
突しない側にある。これに対し、タービンブレー
ドのトレーリングエツジに穿設された多数の１列
に並んだボア３４は、冷却効果上、そのトレーリ
ングエツジの腹側、即ち燃焼空気が直接衝突する
〓〓〓〓
側にある。

タービンブレード２２は、叙上の如く、動作中
大きな熱衝撃を受け、その度合はトレーリングエ
ツジの方がリーデイングエツジよりも大きく、従
つてトレーリングエツジ附近、特にそのボア近く
に熱衝撃によるクラツクを生じ易い。タービンブ
レードのクラツクを含む諸損傷はジエツトエンジ
ンにとつて致命的であるから、損傷を発見したな
らば直ちにそのブレードを備えたロータデイスク
を含むモジユールを交換整備する必要がある。

しかし乍ら、タービンブレード２２に生ずるク
ラツクは数十ミクロンのオーダーのものもあり、
多数のタービンブレードを１つ１つ視覚検査して
クラツクを発見することは過度の労力と時間を要
する。その上、作業性の悪いエンジン回りでの手
作業であるため作業能率が極めて悪い。かかる点
検作業をエンジンを組んだ状態で実施する為、最
近はボアスコープを用いてタービンブレードを間
接的に点検している。ボアスコープは、当業者に
は周知のように、フアイバスコープのようにグラ
スフアイバとレンズ系よりなり、これを用いてタ
ービンブレードのクラツクを幾分離れた位置より
拡大して間接的に見ることができる。しかし乍
ら、ボアスコープを用いても作業性は本質的には
余り改善はされない。

本発明の探傷システムはエンジン内部のクラツ
クや損傷の点検を自動化するものであり、ジエツ
トエンジンのタービンブレードおよびコンプレツ
サ−ブレードの探傷に特に適している。

第５図に本発明の探傷システムをブロツク図で
示す。第５図においては一例としてジエツトエン
ジンのタービンブレードのクラツクやその他の損
傷を点検する実施例が示され、フアイバスコープ
としてボアスコープ５０が用いられる。

ボアスコープ５０は、周知のように、可撓性の
グラスフアイバ５１よりなり、その一方の端部に
ヘツド５２を備え、他方の端部にレンズ系５３を
備えている。また、ボアスコープ５０はキセノン
ランプのような光源５４を有し、光源から放射し
た光を光カプラー５５によつてグラスフアイバ５
１に結合している。

ボアスコープ５０のヘツド５２はエンジンの探
傷位置に探傷物体とは若干離間して配置される。
ジエツトエンジンのタービンブレードに生ずるク
ラツク等を点検する場合には、第２図に示す如
く、タービンブレードに対しこれに関連したガイ
ドベーン２０が接近しているためガイドベーン間
の間隙を通してボアスコープのヘツド５２がター
ビンブレードにアプローチされる。

第４図は隣接するガイドベーン２０間の間隙に
ボアスコープ５０のヘツド５２を挿入した状態を
示す。第４図を第３Ａ図と関連させてみると、第
４図のベーン２０を通して第３Ａ図のタービンブ
レード２２の点検、更に詳しくはそのトレーリン
グエツジに穿設したボア３４附近に多く生ずるこ
とあるクラツク等の損傷を検知できることが判
る。

ボアスコープ５０のヘツド２で検知された損傷
に関する情報はグラスフアイバ５１中を伝送さ
れ、レンズ系５３はその拡大像が形成される。ボ
アスコープ５０はＣ−マウント５７によつてカメ
ラ５８に光結合される。カメラ５８は常套的なテ
レビカメラのようにボアスコープ５０で得た損傷
に関する画像情報を電気信号に変換する。この電
気信号は任意の方法で出力することができる。例
えば、信号をデータ処理し度い場合にはカメラ５
８からのこの電気信号をコンピユータに入力して
処理情報として出力することができる。また、信
号を記録し度い場合にはカメラ５８からの電気信
号をビデオテープレコーダのような録画装置に一
旦入力して録画表示することもできる。図示実施
例ではカメラ５８からの電気信号を直接画像表示
するようになつているが、これは単なる例示であ
つて叙上のような諸装置をカメラの出力に接続し
或いはこれらと組合せて出力表示することができ
る。

カメラ５８からの電気信号はTVモニタ６０に
送られ、これによつて電気信号を画像信号に変換
して画像表示する。TVモニタ６０が所望の画像
表示するようにカメラ５８を制御するカメラコン
トロールユニツト６１が設けられる。このカメラ
コントロールユニツト６１はまたTVモニタ６０
をも制御しスクリーン上の輝度やコントラスト等
の調整をする。

カメラ５８を制御するカメラコントロールユニ
ツト６１は実際にはTVモニタ６０と共にカメラ
５８から離した位置におかれ、専用車等に塔載さ
れるからカメラ５８はカメラコントロールユニツ
〓〓〓〓
ト６１とコネクタ６２を介してケーブルで接続さ
れる。

再び第３Ａ図及び第４図を参照して説明する
と、１枚のタービンブレード２２のトレーリング
エツジには複数のボア３４、１実施例では30個の
ボアが１列に穿設されている。１列に並んだこの
ようなボア３４の近辺にクラツク等の損傷がない
かどうか点検するためには、クラツクは微細であ
るから、ボアスコープ５０のヘツド５２をボア３
４に近接させる必要がある。ところが、ヘツド５
２には視角があり、良質の画像を得るには通常６
〜７個のボア３４がヘツド５４の視界に入るよう
な位置にヘツド５２が配置される。仮に、30個ボ
ア３４がある例で一度にボアを６個づつ画像表示
するものとすると、ボア上でヘツド５２を５回ボ
ア列方向に移動しなければ１枚のタービンブレー
ド２２のボア全部を点検することができない。と
ころが、タービンブレード２２はロータデイスク
（図示せず）の円周上に多数、図示例では102枚植
設されているから、各タービンブレードごとにボ
ア列方向にボアスコープのヘツド５２を移動する
ことは時間がかかりヘツドの位置調整が面倒であ
る。

本発明においては、ボアスコープのヘツド５２
をタービンブレード２２のボアに対して位置決め
すると、ボアスコープのヘツド５２をクリツプの
ような適当な手段によりベーン２０に一時的に固
定し、エンジンのロータを１回転して同円上にあ
る複数のタービンブレードのボアを走査する。次
に、ボアスコープのヘツドを次の走査位置に位置
決めしてロータを更に１回転してボア走査をす
る。同様に複数個、図示の例では５回ボアを円周
方向に走査することによつてタービンブレードの
点検が行われる。

従つて、本発明においてはボア走査のため所定
の速度でエンジンを間歇的に回転する。そのため
エンジン６３、ギヤボツクス６４に回転用のター
ニングツール６５が連結され、これによりギヤボ
ツクス６４を回転してタービンブレードを植設し
たロータデイスク６６を回転駆動する。ターニン
グツール６５を制御するためこれにターニングツ
ールコントロールユニツト６７がコネクタ６２を
介して接続される。

エンジンを回転するためのターニングツール６
５と、これを制御するターニングツールコントロ
ールユニツト６７を第６図に示す。まず、ターニ
ングツール６５はギヤボツクスに連結されエンジ
ン６３を回転駆動するモータ７０と、このモータ
を駆動する駆動回路７１よりなる。駆動回路はタ
ーニングツールコントロールユニツト６７に接続
され、これより制御信号が与えられる。

ターニングツールコントロールユニツト６７は
制御入力を与えるためのコントロールパネル７２
を有し、このパネルには各種スイツチやダイヤル
用の入力端子（Ａ〜Ｉ）が設けられる。入力端子
Ａはエンジン、換言すればタービンブレードの送
り速度設定用のものであり、ダイヤルにより送り
速度を設定し、これに続さたクロツク発振器７３
の発振周波数を選定する。クロツク発振器７３で
発生した所定周波数のクロツクパルスはロジツク
カウンタ７４とゲート回路７５に印加される。

ロジツクカウンタ７４は他に２つの入力を有
し、コントロールパネル７２の入力端子Ｂ及びＣ
より入力が与えられる。入力端子Ｂにはタービン
ブレード送り幅設定ダイヤル（図示せず）が続さ
れる。タービンブレードの送り幅は１ステツプが
25mmとし、これを基準にして±１mmの調整幅をも
たせ、この調整幅内で＋、−方向に夫々５段階、
即ち1/5mmづつタービンブレードの送り幅を調整
できるようにする。入力端子Ｃは休止時間設定ダ
イヤル用のものであり、TVモニタ６０に静止画
像を表示するためタービンブレードを１ステツプ
送つては休止期間をおく。この休止期間は１秒か
ら10秒まで設定できるようになつている。入力端
子Ｂ，Ｃからの入力によりロジツクカウンタ７４
はタービンブレードの送り幅と休止期間を計数
し、間歇送り制御の為計数内容をゲート回路に送
る。

ゲート回路７５には更にロジツクコントロール
７６から入力信号が与えられる。ロジツクコント
ロール７６は５つの入力を有し、夫々コントロー
ルパネル７２の入力端子Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈに接
続される。入力端子Ｄは回転始動スイツチ（図示
せず）に続され始動を制御する。入力端子Ｅはタ
ービンブレードの連続送り−１枚送り切替スイツ
チ（図示せず）に接続され、送りモードを切替え
ることができるようにする。入力端子Ｆは回転方
向設定スイツチ（図示せず）に接続され、タービ
〓〓〓〓
ンブレードを時計回転方向に回転するか反時計回
転方向に回転するかを設定する。入力端子Ｇは自
動−手動操作切換スイツチ（図示せず）に接続さ
れ、タービンブレードの位置決めのときのような
場合に手動操作に切換えられる。入力端子Ｈは緊
急停止用スイツチ（図示せず）に接続され、これ
を操作するとターニングツールコントロールユニ
ツト６７は全ての機能を停止する。

ロジツクコントロール７６は各入力端子から与
えられた制御入力に応じて出力信号を発生し、そ
の出力信号をゲート回路７５に送る。ゲート回路
７５はクロツク発振器７３、ロジツクカウンタ７
４、ロジツクコントロール７６から入力信号を受
信し、論理演算を行つて制御出力信号をターニン
グツール６５に送出する。

ゲート回路７５の制御出力信号はまたブレード
カウンタ７７にも送られる。ブレードカウンタ７
７はコントロールパネル７２のリセツト用入力端
子Ｉに接続されており、リセツト入力を与えるこ
とによつてタービンブレードの計数に先だちブレ
ードカウンタ７７を０にリセツトする。ブレード
カウンタ７７は可逆カウンタによつて構成されて
いるから、タービンブレードが時計回転方向又は
反時計回転方向のいづれに回転しようとも、ゲー
ト回路７５から制御出力信号が入力されるごとに
計数内容を１づつ増減して現在開始点から何番目
のタービンブレードを点検しているかを計数表示
する。

ターニングツールコントロールユニツト６７で
発生した制御信号はターニングツール６５の駆動
回路７１に送られ、駆動回路はこの制御信号に応
じてモータ７０を回転制御する。勿論、モータ７
０は可逆モータよりなり、その回転軸を直接或い
は伝達機構を介してジエツトエンジンのギヤボツ
クスに連結し、ジエツトエンジンのロータを回転
する。

ターニングツールコントロールユニツト６７の
操作を簡単に説明すると、先づ入力端子Ｇに接続
されたスイツチを手動操作に切換えて、入力端子
Ｄの始動スイツチを押すと、スイツチを押してい
る間だけタービンブレードが回転するから、入力
端子Ｆの回転方向設定スイツチも操作してタービ
ンブレードの位置決めをする。開始点に位置決め
できたら、入力端子Ｉよりリセツト入力を与えて
ブレードカウンタを０にリセツトする。

次に、入力端子Ｇのスイツチによつて操作を自
動に切換える。そして、入力端子Ｂによりタービ
ンブレードの送り幅設定、入力端子Ｃによりター
ビンブレードの休止期間設定、入力端子Ｅにより
連続送り設定、入力端子Ｆにより回転方向設定の
各制御入力を与える。また、入力端子Ａのダイヤ
ルを中央にセツトし、通常の送り速度としてお
く。ここで、入力端子Ｄの始動スイツチを押す
と、エンジンのロータが回転し始め、回転速度は
必要ならば入力端子Ａのダイヤル調整によつて早
めたり遅くしたりすることができる。

現在、入力端子Ｇのスイツチによつて自動送り
となつているから、タービンブレードは１ステツ
プ回転して１休止し、この動作を繰返す。１枚送
りにた場合にはタービンブレードは１枚だけ送ら
れ再度始動がかけられるまで停止している。一
方、ブレードカウンタ７７は点検したタービンブ
レードの数を計数している。動作中、緊急事態が
生じエンジンの回転を停止する必要がある場合に
は入力端子Ｈのスイツチを押して停止命令を与え
る。

先に述べた如く、タービンブレードを１回転し
て、タービンブレードの同円上にある複数のボア
を走査し終ると、ボアスコープのヘツド５２をシ
フトして次の組のボア走査に移るが、複数回のボ
ア走査に当り、各々叙上のような操作が行われ
る。

以上本発明を図示実施例について説明したが、
本発明の探傷システムはタービンブレードの損傷
を検出する用途に限られず、容易にアプローチで
きない諸エンジン内部の損傷を検出する場合にも
利用でき、特に回転部の損傷検出に有効である。

本発明によると、損傷の点検作業が自動化でき
作業能率が著しく改善される。特に、エンジンを
自動回転させ乍らタービンブレードを複数回走査
する方法をとり、作業者は遠隔点で拡大した画像
を監視するという方法をとるので、作業時間が短
縮され、しかもエンジン回りの狭隘な場所で不自
然な姿勢でタービンブレードを直接目視する必要
がないから肉体的疲労は著しく軽減される。

また、本発明によると、損傷を最も検知し易い
ようにボアスコープのヘツドを配置し、TVモニ
タに表示した画像を複数の作業者が同一状況下で
〓〓〓〓
点検できるので点検精度が向上でき、信頼性を高
めることができる。

なお精度にいては従来のカメラ、TVシステム
では到達しえなかつたものが、緻密な光フアイバ
システム、Ｃマウント、カメラ等のシステムで肉
眼で点検するものと同等になつた。

尚、本発明のシステムはTVモニタにビデオ録
画装置を接続すれば損傷の録画をとることがで
き、またTVモニタをカラー用にすることもでき
ることは当業者には容易であり、その他諸種の改
良、変更ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の探傷システムが適用できる航
空機用ジエツトエンジンの概略断面図、第２図は
第１図のジエツトエンジンのタービンの原理を説
明するための概要図、第３Ａ図及び第３Ｂ図は１
枚のタービンブレードの斜視図及びその断面図、
第４図はタービンのベーンの斜視図、第５図は本
発明の探傷システムのブロツク図、第６図は第５
図の探傷システムのターニングツールコントロー
ルユニツト及びターニングツールの一実施例を示
すブロツク図である。 〔主要部分の符号の説明〕、５０……フアイバ
スコープ、５８……カメラ、６０……TVモニ
タ、６１……カメラコントロールユニツト、６５
……ターニングツール、６７……ターニングツー
ルコントロールユニツト。 〓〓〓〓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ジエツトエンジンの複数のタービンブレード
   を有するローターを回転させるターニングツー
   ル、 該タービンブレードに生じた損傷をモニターす
   るために該タービンブレードのボアが視界にはい
   るように位置決めされたフアイバースコープから
   なるボアスコープ、 該ボアスコープにより該タービンブレードの探
   傷をモニターしながら該ターニングツールを制御
   してタービンブレードを回転させるターニングツ
   ールコントロールユニツトを備え、 タービンブレードが１回転する毎にボアスコー
   プのヘツドの位置又は方向をシフトしてボアをタ
   ービンブレードの回転方向に複数回走査するよう
   にしたことを特徴とするジエツトエンジン用探傷
   システム。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のシステムにおい
   て、ターニングツールはモータと、該モータを制
   御信号に応じて駆動制御する駆動回路とからなる
   ことを特徴とする探傷システム。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のシステムにおい
   て、 ターニングツールコントロールユニツトは制御
   情報を入力するコントロールパネルと、入力に応
   じて論理演算をし制御出力を発生する処理回路と
   からなることを特徴とする探傷システム。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のシステムにおい
   て、 フアイバースコープはボアスコープよりなり、
   Ｃ−マウントを用いてカメラに結合するようにな
   つていることを特徴とする探傷システム。 ５ 特許請求の範囲第２項又は第４項記載のシス
   テムにおいて、 ターニングツールをジエツトエンジンのギヤボ
   ツクスを介し結合して高圧タービンのロータを回
   転するようになし、ロータ上のタービンブレード
   のボアに接近してボアスコープを配置し、エンジ
   ンを間歇送りし乍らタービンブレードのボア付近
   に生じた損傷を検出するようにしたことを特徴と
   する探傷システム。 ６ 特許請求の範囲第３項記載のシステムにおい
   て、 処理回路はブレードカウンタを有し、点検した
   タービンブレードを計数することを特徴とする探
   傷システム。