ガスタービンエンジンのベーンの間のノズル流路面積を測定する方法
【課題】新品もしくは修復したガスタービンエンジンのベーンにおけるノズルの流路面積の正確な測定方法を提供する。
【解決手段】ノズル５０の流路面積を測定するために、第１のベーン１１４の凸面３８及び凹面４０が走査され、ポイントクラウド１９６、２９６として保存される。両者が結合ポイントクラウド３９６としてまとめられ、基準となる座標系９８に変換される。第２のベーン２１４を示す公称ポイントクラウド４９６が、結合ポイントクラウド３９６に隣接して配置される。入口形状５６が、燃焼ガス１８の流れと垂直な入口平面５８とポイントクラウド３９６、４９６との交差部から抜粋（抽出）される。ノズル５０の流路面積は、積分法を用いて入口形状５６から算出される。第１のベーン１１４の反対の面も同様に測定される。これによって、ノズル５０の流路面積が正確に算出される。
【解決手段】ノズル５０の流路面積を測定するために、第１のベーン１１４の凸面３８及び凹面４０が走査され、ポイントクラウド１９６、２９６として保存される。両者が結合ポイントクラウド３９６としてまとめられ、基準となる座標系９８に変換される。第２のベーン２１４を示す公称ポイントクラウド４９６が、結合ポイントクラウド３９６に隣接して配置される。入口形状５６が、燃焼ガス１８の流れと垂直な入口平面５８とポイントクラウド３９６、４９６との交差部から抜粋（抽出）される。ノズル５０の流路面積は、積分法を用いて入口形状５６から算出される。第１のベーン１１４の反対の面も同様に測定される。これによって、ノズル５０の流路面積が正確に算出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特にエンジン内部のベーンの間のノズル流路面積を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な軸流ガスタービンエンジンは、１つ或いは複数の前方の圧縮機において外気を圧縮し、中央の燃焼器において燃料を噴射して混合気を燃焼させ、１つ或いは複数の後方のタービンを通して燃焼生成物を案内することによって作動する。圧縮機及びタービンの各々は、１つ或いは複数のそれぞれ回転するスプール及び固定したケースの周囲に円周方向に配置されたロータブレード及びステータベーンの交互の段からなる。共通の低圧スプールによって、前側の圧縮機及び後側のタービンが同時に回転し、その一方で共通の高圧スプールによって、後側の圧縮機及び前側のタービンが同時に回転する。タービンによって、燃焼ガスに保存された運動エネルギが、前方の圧縮機を動かす機械エネルギに変換される。共通のスプールが圧縮機及びタービンに接続しているので、タービンの動作が、圧縮機の動作に直接影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
隣接するステータベーンの間に位置する複数の個々に独立した半環状のノズルの領域を通って燃焼生成物が、エンジンの後方に流れる。半環状のノズルの領域は、よく流路面積（ｆｌｏｗ ａｒｅａ）と呼ばれる。タービン及び圧縮機が最適な効率で作動するように、各タービンの段におけるノズル流路面積全体を適切な大きさにすることが重要である。また、燃焼ガスの脈動による後続のブレード段の高サイクル疲労を低減するために、個々のノズルの流路面積を円周方向に均一に分散させることが重要である。
【０００４】
エンジン部品の当初の製造上の公差、長時間のエンジンの運転、及びその後の修復工程によって、個々のノズルの面積が変化する。ノズルの全体の流路面積及び個々のノズルの流路面積の分布がエンジンの仕様範囲内に収まるように、個々のノズルの流路面積を、タービンの組立に先立って測定する必要がある。新品もしくは修復されたベーンは、通常、機械式のゲージに取り付けられ、一連の機械式の探針が、ベーンの面の数ヶ所に接触する。ベーンの形状の選択した位置と公称寸法である隣接するベーンとの間の距離が、このゲージによって測定される。それから、個々のノズルの流路面積が、通常、台形の面積を計算するのに使用されるシンプソンの公式を用いて算出される。所定の値の範囲内に収まるノズルの流路面積を有するベーンに、ある等級番号がつけられる。アルゴリズムによって、特定のエンジン基準を基にして、タービンの段における全てのベーンの円周方向の配置が最適化される。その後、ベーンは、隣接するベーンの間の等級番号の違いが１つを越えないように、タービンの段に円周方向に組み立てられる。
【０００５】
上述のシンプソンの公式を用いて新品のベーンのノズルの流路面積を算出することは可能であるが、この計算方法は、極僅かの測定点を用いて実際のノズルの流路面積に近似させるのに過ぎない。修復されたベーンにおいては、シンプソンの公式を用いてノズルの流路面積に近似させるために、克服しなければならない更なる障害が存在する。修復されたベーンは、タービンの高温の環境において長時間作動している間に若干曲がる可能性があり、またベーンの修復過程によって、このベーンの基準線の位置が変わることや、ブレンディングによってノズル壁が薄くなる可能性がある。繰り返し可能な方法で機械式ゲージに修復されたベーンを適切に取り付けることは、困難であるとともに、極僅かな測定点の位置が、ノズル壁の形状における微妙な変化を正確に表さない可能性がある。結果として等級番号は、ノズルの流路面積の範囲を示すものの、修復されたベーンの実際のノズルの流路面積を正確に示さない。
【０００６】
それ故に、ガスタービンエンジンにおいて、ベーンの間のノズルの流路面積を測定するより正確な方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
タービンのベーンのノズルの流路面積を測定する方法においては、第１のベーンの凸面及び凹面が、レーザ走査装置を用いて走査される。レーザ走査装置は、レーザスポット投射器と、レーザスポットセンサと、多軸制御装置と、コンピュータと、を備える。一連の走査された点が、ポイントクラウド（点群）としてこの装置に保存される。これらのポイントクラウドは、結合ポイントクラウドとしてまとめられるとともに、基準となる座標系に変換される。公称寸法を有するベーンを示すポイントクラウドが、結合ポイントクラウドの１つの面に隣接して配置される。入口形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）が、燃焼ガスの流れの方向に対し垂直なノズルの入口平面と各ポイントクラウドの前縁との交差部から抜粋（抽出）される。その後、ノズルの流路面積が、積分法を用いて入口形状から正確に算出される。この処理は、ベーンの逆の面を測定するために繰り返される。
【０００８】
タービンのベーンのノズルの流路面積を測定する他の方法においては、第１のベーンの圧力面側のノズル壁と負圧面側のノズル壁の双方が、レーザ走査装置を用いて走査され、かつ第１のポイントクラウドとして保存される。それから、第２のベーンの圧力面側のノズル壁と負圧面側のノズル壁の双方が、レーザ走査装置を用いて走査され、かつ第２のポイントクラウドとして保存される。その後、ノズルの流路面積は、積分法を用いて各々隣接するポイントクラウドの間で測定される。走査及びデータ保存のステップは、タービンの段における各々のベーンを測定するために繰り返される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一般的な軸流ガスタービンエンジンにおいては、１つ或いは複数のタービンの段１０が、図１に示されるように、エンジンの中心に取り付けられた燃焼器１２の下流側に配置される。固定されたベーン１４及び回転するブレード１６が交互に段になっていることによって、高温のガスである燃焼生成物１８が後方に案内され、かつブレード１６に接線方向の力が伝達される。
【００１０】
個々のベーン１４は、タービンの段１０の周囲に円周方向に配置され、また各々のベーン１４は、内径のシュラウド２０と、外径のシュラウド２２と、これらのシュラウド２０、２２の間に半径方向に拡がっているエアフォイル２４と、を備える。ベーン１４は、外側のシュラウド２２によって、タービンの段１０を囲む外側のケース２６から内側に片持ち式になっている。支持部２８及びねじ込みファスナ３０の組み合わせによって、外側のシュラウド２２が、多数の外側のフランジ３２の半径方向下方でケース２６に固定される。さらに、内側のシュラウド２０を内側支持部３４に固定してもよく、或いはこのシュラウド２０によってステージ間シール３６が支持されてもよい。
【００１１】
図２を参照すると、各エアフォイル２４は、前方の前縁４２と後方の後縁４４との間に軸方向に延びている凸面３８及び反対側の凹面４０（図示せず）を備える。凸面３８及び凹面４０は、外径端部壁４６と内径端部壁４８との間に半径方向に延びている。隣接するベーン１４の凸面３８、凹面４０、外径端部壁４６及び内径端部壁４８によって、燃焼ガス１８を後方に案内するノズル５０が形成される。薄型の金属片５２が、ノズル５０からの燃焼ガス１８が半径方向内側及び外側に漏れないように、対応するスロット５４に配置される。
【００１２】
ノズル５０の流路断面積は、タービンの段１０において隣接する第１のベーン１１４と隣接する第２のベーン２１４との間で測定される。入口の形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）５６は、燃焼ガス１８の流れのベクトルの平均方向に対し垂直に位置した平面５８と、隣接するベーン１１４、２１４の各前縁４２及び端部壁４６、４８との交差部によって抜粋（抽出）される。
【００１３】
ノズル５０の流路面積を測定するレーザ走査装置６０が、図３に示されている。タービンの段１０の第１のベーン１１４は、１つ或いは複数の既存のベーン基準線（ｄａｔｕｍ）６４に従って固定具６２に配置され、エアフォイル２４及び端部壁４６、４８が、レーザ走査装置６０に対して覆われることなく最大限さらされるように方向付けられる。面積は、１つ或いは複数のベーン基準線６４に関連して測定、算出かつ保存されるので、正確な固定具６２の使用が極めて重要である。第１のベーン１１４がレーザ走査装置６０によって走査されるときに、このベーン１１４の位置決めを支援するために、１つ或いは複数の球体６６を、ベーン基準線６４に関連して配置してもよい。例示的な方法においては、３つの球状の工具が、ホットメルト接着剤または別の除去可能な手段によってベーン１１４の端部壁４６、４８に固定される。通常、３つの球状工具で十分ではあるものの、画像照合に使用可能な少なくとも３つの球面が抱える掩蔽の問題を解決するために、より多くの球状工具を配置する必要があり得る。これらの球状工具は、第１のベーン１１４をどちらか一方の面から走査するときにこれらの工具がレーザに対して見える位置に存在し、かつこれらの工具がノズル５０の流路面積やベーン基準線６４を遮らない限りは、どの場所に取り付けてもよい。これらの球状工具の中心は、２つの異なる走査が示す別々に走査された凹面４０及び凸面３８を照合即ち記録するための位置決め点として機能する。なお、基準となる球体６６を用いることなくレーザによる走査によって照合させることが可能であるが、処理時間が大幅に増加してしまう。
【００１４】
機械加工、測定及び他の作業における正確な位置決めのために各種業界全体で一般的に使用される多軸制御装置６８によって、固定具６２及び第１のベーン１１４が動かされる。制御装置６８は、コンピュータ７８からの指示に従ってＸ軸７４及びＹ軸７６のそれぞれに沿って横送り台７２を線形に駆動するサーボ７０を備える。横送り台７２がＸ−Ｙ平面内のみで線形に移動するので、Ｚ軸８０内での移動は一定に維持される。制御装置６８は、第１のベーン１１４を固定具６２から取り外す必要なくエアフォイル２４及び端部壁４６、４８へのアクセスを可能にする。
【００１５】
レーザスポット投射器８２及びレーザスポットセンサ８４が、互いに隣接して横送り台７２の１つに取り付けられる。典型的に直径５０ミクロン以下である小径のレーザ光線８６が、スポット投射器８２から第１のベーン１１４に向かって投射され、またセンサ８４が第１のベーン１１４から反射する反射光８８を受光する。どこで反射光８８がセンサ８４と接触するかを測定することによって、第１のベーン１１４からスポット投射器８２までのＺ軸８０の距離が、三角測量により計算される。Ｚ軸８０の距離は、第１のベーン１１４の形状（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）の変化に応じて変化する。例示的な装置６０においては、キーエンス（Ｋｅｙｅｎｃｅ）社のＬＶシリーズのレーザスポット投射器８２及びスポットセンサ８４が使用された。
【００１６】
コンピュータ７８は、メモリ装置９０と、プロセッサ９２と、を備え、ケーブルもしくは無線接続によって制御装置６８に接続されている。コンピュータ７８は、サーボ７０によって横送り台７２をＸ−Ｙ平面に沿って位置決めするように制御装置６８に指示する。投射器８２及びセンサ８４が横送り台７２の１つに取り付けられるので、横送り台７２が指示に従って横切っていくに従い、レーザ光線８６が第１のベーン１１４を走査する。走査線密度つまりＸ軸７４及びＹ軸７６の一定の走査位置（もしくは走査線）の間の距離は、走査時の所望の解像度を得るために増加または減少することができる。プロセッサ９２は、Ｃ++または他の適切なプログラミング言語を用いてプログラミングできる。
【００１７】
第１のベーン１１４の走査時に、センサ８４は、較正されたＺ軸８０の距離をメモリ装置９０へアナログ電圧として出力する。対応する瞬間的なＸ軸７４及びＹ軸７６の距離は、横送り台７２を駆動するサーボ７０によって生成される。これらの３つのデータ供給源、即ちサーボ７０からのＸ軸７４及びＹ軸７６の距離ならびに、スポットセンサ８４からの較正されたＺ軸８０の距離は、高速ＰＣデータバスを用いて連続的に捕捉され、かつ一連のデジタル座標としてメモリ装置９０に保存される。
【００１８】
図４は、上述のレーザ走査装置６０を用いて第１のベーン１１４のノズル５０の流路面積を測定する一連の方法のステップ３００を示している。
【００１９】
第１の実施例のノズル５０の流路面積を測定する方法３００においては、公称寸法を有しかつ、公称位置に位置した第２のベーン２１４に関連して、第１のベーン１１４のノズル５０が測定される。第２のベーン２１４は、コンピュータ支援設計システム（ＣＡＤ）を用いて作成されるとともに、公称設計寸法に従って寸法が決められる。
【００２０】
第１のベーン１１４は、ステップ３０１において、図３に示すように固定具６２に配置される。通常、３つの球体６６が、ベーン１１４に取り付けられ、後のステップにおいて使用するためのゲージ基準点として機能する。第１のベーン１１４は、凸面３８または凹面４０からなる第１の面が、覆われることなくレーザスポット投射器８２に直面し、また第１の面３８、４０からの距離が、投射器８２からの適切な走査時の深さの範囲内に収まるように、固定具６２に配置される。凸面３８もしくは凹面４０のどちらを先に走査しても構わない。走査時の深さは、投射器８２から第１のベーン１１４までの較正された距離であり、最も正確な走査データとなる。例示的な装置６０においては、約２．５インチ（６．３５ｃｍ）の走査時の深さが用いられた。高度に捻られたベーン１４が走査されるときには、走査をより深くできる装置が必要となり得る。
【００２１】
次に、ステップ３０２及び図５Ａ、図５Ｂで示された例を参照すると、第１の面３８、４０及び３つの球体６６の形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）が、個々のデジタル座標点９４（点描された陰影として図に示されている）を得るように走査される。これらの座標点９４は、レーザ光線８６の迷光の反射やレーザ走査装置６０のノイズによって発生する範囲外及び無関係の点を全て除去するようにフィルタにかけられる。その後、これらの座標点９４は、第１のポイントクラウド（点群）１９６にまとめられ、メモリ装置９０に保存されてプロセッサ９２によってさらに処理される。
【００２２】
第１の面３８、４０を示す第１のポイントクラウド９６が保存されると、ベーン基準線６４の面が、ステップ３０３において抜粋（抽出）されるとともに、これらの基準線６４の面を参照する座標系９８が構成される。それから、第１のポイントクラウド１９６における全ての座標点９４が、基準となる座標系９８に変換される。
【００２３】
第１のベーン１１４は、ステップ３０４において、固定具６２から取り外され、反対側の面３８、４０がレーザ走査装置６０に直面するように裏返しにされる。ベーン１１４に取り付けられた３つの球体６６は、後のステップにおいて２つの走査を整合させ、かつ記録するために用いられるので、これらの球体６６は、２回目の走査時において動かされることなく同じ位置に留まる必要がある。第１のベーン１１４は、第２の面となる凸面３８または凹面４０が覆われることなくレーザスポット投射器８２によって視認でき、かつ投射器８２からの走査時の深さが適切な範囲内に収まるように、固定具６２に配置される。
【００２４】
次に、ステップ３０５において第２の面３８、４０の形状が、デジタル座標点９４（陰影として示されている）を得るように走査される。これらの座標点９４は、レーザ光線８６の迷光の反射やレーザ走査装置６０のノイズによって発生する範囲外及び無関係の点９４を全て除去するようにフィルタにかけられる。これらの座標点９４は、第２のポイントクラウド２９６にまとめられ、メモリ装置９０に保存されてプロセッサ９２によってさらに処理される。
【００２５】
第２の面３８、４０における第２のポイントクラウド２９６が保存されると、その後、ステップ３０６において第２のポイントクラウド２９６における全ての座標点９４が、ステップ３０３で作成された基準となる座標系９８に変換される。３つの球状工具の中心は、次のステップにおいて、２つの走査を１つの走査に一致（照合）させるためのゲージ基準点として機能する。このようにして、第１の面及び第２の面３８、４０の双方が、ポイントクラウド１９６、２９６としてメモリ装置９０に保存され、かつプロセッサ９２によって処理される。
【００２６】
第１の面及び第２の面３８、４０を示すポイントクラウド１９６、２９６は、ステップ３０７において、基準として整列した３つの球体６６によるゲージ基準点を用いて結合され、結合ポイントクラウド３９６（図６）としてまとめられる。第１のベーン１１４を示す結合ポイントクラウド３９６は、更なる処理のためにメモリ装置９０に保存される。
【００２７】
公称寸法を有しかつ、公称位置に向けられた第２のベーン２１４を示す公称ポイントクラウド４９６が、ステップ３０８において、結合ポイントクラウド３９６の第１の面に隣接して位置づけられる。公称ポイントクラウド４９６を位置決めすることによって、第１のベーン１１４を示す結合ポイントクラウド３９６からの適切なピッチ距離及び角度方向（ａｎｇｕｌａｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）が得られる。ピッチ距離は、隣接するエアフォイル２４の間の距離であり、また角度方向は、ガスタービンエンジンの軸方向及び半径方向の面に対して測定される。
【００２８】
入口平面５８が、ステップ３０９において、ノズル５０の入口における燃焼ガス１８の流れのベクトルの方向に対し垂直に配置される。そして、入口形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）５６が、この入口平面５８と、前縁４２、外径端部壁４６及び内径端部壁４８における結合ポイントクラウド３９６との交差部から抜粋（抽出）される。
【００２９】
次に第２の公称ベーン２１４の入口形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）１００が、ステップ３１０において抜粋（抽出）される。入口形状１００は、入口平面５８と、前縁４２、外径端部壁４６及び内径端部壁４８における公称ポイントクラウド４９６との交差部から抜粋（抽出）される。
【００３０】
ノズル５０の流路面積は、ステップ３１１において、結合ポイントクラウド３９６ならびに公称ポイントクラウド４９６から抜粋（抽出）された入口形状５６の面積から算出される。入口形状５６によって囲まれた面積は、１つ或いは複数の公知の数値積分法を用いて算出される。第１のベーン１１４の第２の面におけるノズル５０の流路面積は、ステップ３１２において、公称ポイントクラウド４９６が結合ポイントクラウド３９６の第２の面に隣接して位置づけられた状態で、ステップ３０８〜ステップ３１１を繰り返すことによって算出される。
【００３１】
ステップ３０１〜ステップ３１２を、ステップ３１３において、新品もしくは修復されたタービンのベーンの段が備える全てのベーン１４のノズルの流路面積を得るために繰り返してもよい。全てのノズル５０の流路面積が、上述のステップに示すように算出されて保存されると、個々のノズル５０の流路面積が、最小のものから最大のものへと並び替えられるとともに、ベーン１４とこれに隣接するベーンとの間のノズル５０の流路面積の差が極力小さくなるように、各ベーン１４がベーン段周囲に分配される。ノズル５０の流路面積が測定されれば、このような分配を実現する最適化の方法が多数知られている。
【００３２】
ノズル５０の流路面積を測定する方法３００の代替の実施例においては、第１のベーン及び第２のベーン１１４、２１４の双方が、ステップ３０１〜ステップ３０７で示すように走査される。それから、ノズル５０の流路面積が、第１のベーン及び第２のベーン１１４、２１４に関連して、また公称ベーンに関連することなく測定されて算出される。これによって、２つのベーン１１４、２１４の間の実際のノズル５０の流路面積が、正確に測定される。
【００３３】
特定の方法を、第１段の高圧タービンのベーンにおけるノズルの流路面積の正確な測定及び算出に関して説明したが、別の段、或いは低圧タービンのベーンや圧縮機のステータでも同様に有効であることが理解されよう。従って、本発明は、請求項の広い範囲に含まれる代替、改良、及び変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】軸流ガスタービンエンジンの一般的なタービン部分を示す部分断面図。
【図２】図１のタービン部分における第１段のベーンの一部分を示す部分斜視図。
【図３】図２のベーンを走査するために用いられるレーザ走査装置の簡略化した斜視図。
【図４】本発明の方法に従ってベーンのノズルの流路面積を測定する詳細な種々のステップを記述した説明図。
【図５Ａ】図２の第１段のベーンの凸面を示すポイントクラウドを図示する斜視図。
【図５Ｂ】図２の第１段のベーンの凹面を示すポイントクラウドを図示する斜視図。
【図６】公称ベーンを示す走査されたポイントクラウドに隣接して配置された図２の第１段の第１のベーンを示す走査された結合ポイントクラウドを図示する斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
６０…レーザ走査装置
６２…固定具
６４…ベーン基準線
６６…球体
６８…多軸制御装置
７０…サーボ
７２…横送り台
７４…Ｘ軸
７６…Ｙ軸
７８…コンピュータ
８０…Ｚ軸
８２…レーザスポット投射器
８４…レーザスポットセンサ
８６…レーザ光線
８８…反射光
９０…メモリ装置
９２…プロセッサ
１１４…ベーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに関し、特にエンジン内部のベーンの間のノズル流路面積を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な軸流ガスタービンエンジンは、１つ或いは複数の前方の圧縮機において外気を圧縮し、中央の燃焼器において燃料を噴射して混合気を燃焼させ、１つ或いは複数の後方のタービンを通して燃焼生成物を案内することによって作動する。圧縮機及びタービンの各々は、１つ或いは複数のそれぞれ回転するスプール及び固定したケースの周囲に円周方向に配置されたロータブレード及びステータベーンの交互の段からなる。共通の低圧スプールによって、前側の圧縮機及び後側のタービンが同時に回転し、その一方で共通の高圧スプールによって、後側の圧縮機及び前側のタービンが同時に回転する。タービンによって、燃焼ガスに保存された運動エネルギが、前方の圧縮機を動かす機械エネルギに変換される。共通のスプールが圧縮機及びタービンに接続しているので、タービンの動作が、圧縮機の動作に直接影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
隣接するステータベーンの間に位置する複数の個々に独立した半環状のノズルの領域を通って燃焼生成物が、エンジンの後方に流れる。半環状のノズルの領域は、よく流路面積（ｆｌｏｗ ａｒｅａ）と呼ばれる。タービン及び圧縮機が最適な効率で作動するように、各タービンの段におけるノズル流路面積全体を適切な大きさにすることが重要である。また、燃焼ガスの脈動による後続のブレード段の高サイクル疲労を低減するために、個々のノズルの流路面積を円周方向に均一に分散させることが重要である。
【０００４】
エンジン部品の当初の製造上の公差、長時間のエンジンの運転、及びその後の修復工程によって、個々のノズルの面積が変化する。ノズルの全体の流路面積及び個々のノズルの流路面積の分布がエンジンの仕様範囲内に収まるように、個々のノズルの流路面積を、タービンの組立に先立って測定する必要がある。新品もしくは修復されたベーンは、通常、機械式のゲージに取り付けられ、一連の機械式の探針が、ベーンの面の数ヶ所に接触する。ベーンの形状の選択した位置と公称寸法である隣接するベーンとの間の距離が、このゲージによって測定される。それから、個々のノズルの流路面積が、通常、台形の面積を計算するのに使用されるシンプソンの公式を用いて算出される。所定の値の範囲内に収まるノズルの流路面積を有するベーンに、ある等級番号がつけられる。アルゴリズムによって、特定のエンジン基準を基にして、タービンの段における全てのベーンの円周方向の配置が最適化される。その後、ベーンは、隣接するベーンの間の等級番号の違いが１つを越えないように、タービンの段に円周方向に組み立てられる。
【０００５】
上述のシンプソンの公式を用いて新品のベーンのノズルの流路面積を算出することは可能であるが、この計算方法は、極僅かの測定点を用いて実際のノズルの流路面積に近似させるのに過ぎない。修復されたベーンにおいては、シンプソンの公式を用いてノズルの流路面積に近似させるために、克服しなければならない更なる障害が存在する。修復されたベーンは、タービンの高温の環境において長時間作動している間に若干曲がる可能性があり、またベーンの修復過程によって、このベーンの基準線の位置が変わることや、ブレンディングによってノズル壁が薄くなる可能性がある。繰り返し可能な方法で機械式ゲージに修復されたベーンを適切に取り付けることは、困難であるとともに、極僅かな測定点の位置が、ノズル壁の形状における微妙な変化を正確に表さない可能性がある。結果として等級番号は、ノズルの流路面積の範囲を示すものの、修復されたベーンの実際のノズルの流路面積を正確に示さない。
【０００６】
それ故に、ガスタービンエンジンにおいて、ベーンの間のノズルの流路面積を測定するより正確な方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
タービンのベーンのノズルの流路面積を測定する方法においては、第１のベーンの凸面及び凹面が、レーザ走査装置を用いて走査される。レーザ走査装置は、レーザスポット投射器と、レーザスポットセンサと、多軸制御装置と、コンピュータと、を備える。一連の走査された点が、ポイントクラウド（点群）としてこの装置に保存される。これらのポイントクラウドは、結合ポイントクラウドとしてまとめられるとともに、基準となる座標系に変換される。公称寸法を有するベーンを示すポイントクラウドが、結合ポイントクラウドの１つの面に隣接して配置される。入口形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）が、燃焼ガスの流れの方向に対し垂直なノズルの入口平面と各ポイントクラウドの前縁との交差部から抜粋（抽出）される。その後、ノズルの流路面積が、積分法を用いて入口形状から正確に算出される。この処理は、ベーンの逆の面を測定するために繰り返される。
【０００８】
タービンのベーンのノズルの流路面積を測定する他の方法においては、第１のベーンの圧力面側のノズル壁と負圧面側のノズル壁の双方が、レーザ走査装置を用いて走査され、かつ第１のポイントクラウドとして保存される。それから、第２のベーンの圧力面側のノズル壁と負圧面側のノズル壁の双方が、レーザ走査装置を用いて走査され、かつ第２のポイントクラウドとして保存される。その後、ノズルの流路面積は、積分法を用いて各々隣接するポイントクラウドの間で測定される。走査及びデータ保存のステップは、タービンの段における各々のベーンを測定するために繰り返される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一般的な軸流ガスタービンエンジンにおいては、１つ或いは複数のタービンの段１０が、図１に示されるように、エンジンの中心に取り付けられた燃焼器１２の下流側に配置される。固定されたベーン１４及び回転するブレード１６が交互に段になっていることによって、高温のガスである燃焼生成物１８が後方に案内され、かつブレード１６に接線方向の力が伝達される。
【００１０】
個々のベーン１４は、タービンの段１０の周囲に円周方向に配置され、また各々のベーン１４は、内径のシュラウド２０と、外径のシュラウド２２と、これらのシュラウド２０、２２の間に半径方向に拡がっているエアフォイル２４と、を備える。ベーン１４は、外側のシュラウド２２によって、タービンの段１０を囲む外側のケース２６から内側に片持ち式になっている。支持部２８及びねじ込みファスナ３０の組み合わせによって、外側のシュラウド２２が、多数の外側のフランジ３２の半径方向下方でケース２６に固定される。さらに、内側のシュラウド２０を内側支持部３４に固定してもよく、或いはこのシュラウド２０によってステージ間シール３６が支持されてもよい。
【００１１】
図２を参照すると、各エアフォイル２４は、前方の前縁４２と後方の後縁４４との間に軸方向に延びている凸面３８及び反対側の凹面４０（図示せず）を備える。凸面３８及び凹面４０は、外径端部壁４６と内径端部壁４８との間に半径方向に延びている。隣接するベーン１４の凸面３８、凹面４０、外径端部壁４６及び内径端部壁４８によって、燃焼ガス１８を後方に案内するノズル５０が形成される。薄型の金属片５２が、ノズル５０からの燃焼ガス１８が半径方向内側及び外側に漏れないように、対応するスロット５４に配置される。
【００１２】
ノズル５０の流路断面積は、タービンの段１０において隣接する第１のベーン１１４と隣接する第２のベーン２１４との間で測定される。入口の形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）５６は、燃焼ガス１８の流れのベクトルの平均方向に対し垂直に位置した平面５８と、隣接するベーン１１４、２１４の各前縁４２及び端部壁４６、４８との交差部によって抜粋（抽出）される。
【００１３】
ノズル５０の流路面積を測定するレーザ走査装置６０が、図３に示されている。タービンの段１０の第１のベーン１１４は、１つ或いは複数の既存のベーン基準線（ｄａｔｕｍ）６４に従って固定具６２に配置され、エアフォイル２４及び端部壁４６、４８が、レーザ走査装置６０に対して覆われることなく最大限さらされるように方向付けられる。面積は、１つ或いは複数のベーン基準線６４に関連して測定、算出かつ保存されるので、正確な固定具６２の使用が極めて重要である。第１のベーン１１４がレーザ走査装置６０によって走査されるときに、このベーン１１４の位置決めを支援するために、１つ或いは複数の球体６６を、ベーン基準線６４に関連して配置してもよい。例示的な方法においては、３つの球状の工具が、ホットメルト接着剤または別の除去可能な手段によってベーン１１４の端部壁４６、４８に固定される。通常、３つの球状工具で十分ではあるものの、画像照合に使用可能な少なくとも３つの球面が抱える掩蔽の問題を解決するために、より多くの球状工具を配置する必要があり得る。これらの球状工具は、第１のベーン１１４をどちらか一方の面から走査するときにこれらの工具がレーザに対して見える位置に存在し、かつこれらの工具がノズル５０の流路面積やベーン基準線６４を遮らない限りは、どの場所に取り付けてもよい。これらの球状工具の中心は、２つの異なる走査が示す別々に走査された凹面４０及び凸面３８を照合即ち記録するための位置決め点として機能する。なお、基準となる球体６６を用いることなくレーザによる走査によって照合させることが可能であるが、処理時間が大幅に増加してしまう。
【００１４】
機械加工、測定及び他の作業における正確な位置決めのために各種業界全体で一般的に使用される多軸制御装置６８によって、固定具６２及び第１のベーン１１４が動かされる。制御装置６８は、コンピュータ７８からの指示に従ってＸ軸７４及びＹ軸７６のそれぞれに沿って横送り台７２を線形に駆動するサーボ７０を備える。横送り台７２がＸ−Ｙ平面内のみで線形に移動するので、Ｚ軸８０内での移動は一定に維持される。制御装置６８は、第１のベーン１１４を固定具６２から取り外す必要なくエアフォイル２４及び端部壁４６、４８へのアクセスを可能にする。
【００１５】
レーザスポット投射器８２及びレーザスポットセンサ８４が、互いに隣接して横送り台７２の１つに取り付けられる。典型的に直径５０ミクロン以下である小径のレーザ光線８６が、スポット投射器８２から第１のベーン１１４に向かって投射され、またセンサ８４が第１のベーン１１４から反射する反射光８８を受光する。どこで反射光８８がセンサ８４と接触するかを測定することによって、第１のベーン１１４からスポット投射器８２までのＺ軸８０の距離が、三角測量により計算される。Ｚ軸８０の距離は、第１のベーン１１４の形状（ｔｏｐｏｌｏｇｙ）の変化に応じて変化する。例示的な装置６０においては、キーエンス（Ｋｅｙｅｎｃｅ）社のＬＶシリーズのレーザスポット投射器８２及びスポットセンサ８４が使用された。
【００１６】
コンピュータ７８は、メモリ装置９０と、プロセッサ９２と、を備え、ケーブルもしくは無線接続によって制御装置６８に接続されている。コンピュータ７８は、サーボ７０によって横送り台７２をＸ−Ｙ平面に沿って位置決めするように制御装置６８に指示する。投射器８２及びセンサ８４が横送り台７２の１つに取り付けられるので、横送り台７２が指示に従って横切っていくに従い、レーザ光線８６が第１のベーン１１４を走査する。走査線密度つまりＸ軸７４及びＹ軸７６の一定の走査位置（もしくは走査線）の間の距離は、走査時の所望の解像度を得るために増加または減少することができる。プロセッサ９２は、Ｃ++または他の適切なプログラミング言語を用いてプログラミングできる。
【００１７】
第１のベーン１１４の走査時に、センサ８４は、較正されたＺ軸８０の距離をメモリ装置９０へアナログ電圧として出力する。対応する瞬間的なＸ軸７４及びＹ軸７６の距離は、横送り台７２を駆動するサーボ７０によって生成される。これらの３つのデータ供給源、即ちサーボ７０からのＸ軸７４及びＹ軸７６の距離ならびに、スポットセンサ８４からの較正されたＺ軸８０の距離は、高速ＰＣデータバスを用いて連続的に捕捉され、かつ一連のデジタル座標としてメモリ装置９０に保存される。
【００１８】
図４は、上述のレーザ走査装置６０を用いて第１のベーン１１４のノズル５０の流路面積を測定する一連の方法のステップ３００を示している。
【００１９】
第１の実施例のノズル５０の流路面積を測定する方法３００においては、公称寸法を有しかつ、公称位置に位置した第２のベーン２１４に関連して、第１のベーン１１４のノズル５０が測定される。第２のベーン２１４は、コンピュータ支援設計システム（ＣＡＤ）を用いて作成されるとともに、公称設計寸法に従って寸法が決められる。
【００２０】
第１のベーン１１４は、ステップ３０１において、図３に示すように固定具６２に配置される。通常、３つの球体６６が、ベーン１１４に取り付けられ、後のステップにおいて使用するためのゲージ基準点として機能する。第１のベーン１１４は、凸面３８または凹面４０からなる第１の面が、覆われることなくレーザスポット投射器８２に直面し、また第１の面３８、４０からの距離が、投射器８２からの適切な走査時の深さの範囲内に収まるように、固定具６２に配置される。凸面３８もしくは凹面４０のどちらを先に走査しても構わない。走査時の深さは、投射器８２から第１のベーン１１４までの較正された距離であり、最も正確な走査データとなる。例示的な装置６０においては、約２．５インチ（６．３５ｃｍ）の走査時の深さが用いられた。高度に捻られたベーン１４が走査されるときには、走査をより深くできる装置が必要となり得る。
【００２１】
次に、ステップ３０２及び図５Ａ、図５Ｂで示された例を参照すると、第１の面３８、４０及び３つの球体６６の形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）が、個々のデジタル座標点９４（点描された陰影として図に示されている）を得るように走査される。これらの座標点９４は、レーザ光線８６の迷光の反射やレーザ走査装置６０のノイズによって発生する範囲外及び無関係の点を全て除去するようにフィルタにかけられる。その後、これらの座標点９４は、第１のポイントクラウド（点群）１９６にまとめられ、メモリ装置９０に保存されてプロセッサ９２によってさらに処理される。
【００２２】
第１の面３８、４０を示す第１のポイントクラウド９６が保存されると、ベーン基準線６４の面が、ステップ３０３において抜粋（抽出）されるとともに、これらの基準線６４の面を参照する座標系９８が構成される。それから、第１のポイントクラウド１９６における全ての座標点９４が、基準となる座標系９８に変換される。
【００２３】
第１のベーン１１４は、ステップ３０４において、固定具６２から取り外され、反対側の面３８、４０がレーザ走査装置６０に直面するように裏返しにされる。ベーン１１４に取り付けられた３つの球体６６は、後のステップにおいて２つの走査を整合させ、かつ記録するために用いられるので、これらの球体６６は、２回目の走査時において動かされることなく同じ位置に留まる必要がある。第１のベーン１１４は、第２の面となる凸面３８または凹面４０が覆われることなくレーザスポット投射器８２によって視認でき、かつ投射器８２からの走査時の深さが適切な範囲内に収まるように、固定具６２に配置される。
【００２４】
次に、ステップ３０５において第２の面３８、４０の形状が、デジタル座標点９４（陰影として示されている）を得るように走査される。これらの座標点９４は、レーザ光線８６の迷光の反射やレーザ走査装置６０のノイズによって発生する範囲外及び無関係の点９４を全て除去するようにフィルタにかけられる。これらの座標点９４は、第２のポイントクラウド２９６にまとめられ、メモリ装置９０に保存されてプロセッサ９２によってさらに処理される。
【００２５】
第２の面３８、４０における第２のポイントクラウド２９６が保存されると、その後、ステップ３０６において第２のポイントクラウド２９６における全ての座標点９４が、ステップ３０３で作成された基準となる座標系９８に変換される。３つの球状工具の中心は、次のステップにおいて、２つの走査を１つの走査に一致（照合）させるためのゲージ基準点として機能する。このようにして、第１の面及び第２の面３８、４０の双方が、ポイントクラウド１９６、２９６としてメモリ装置９０に保存され、かつプロセッサ９２によって処理される。
【００２６】
第１の面及び第２の面３８、４０を示すポイントクラウド１９６、２９６は、ステップ３０７において、基準として整列した３つの球体６６によるゲージ基準点を用いて結合され、結合ポイントクラウド３９６（図６）としてまとめられる。第１のベーン１１４を示す結合ポイントクラウド３９６は、更なる処理のためにメモリ装置９０に保存される。
【００２７】
公称寸法を有しかつ、公称位置に向けられた第２のベーン２１４を示す公称ポイントクラウド４９６が、ステップ３０８において、結合ポイントクラウド３９６の第１の面に隣接して位置づけられる。公称ポイントクラウド４９６を位置決めすることによって、第１のベーン１１４を示す結合ポイントクラウド３９６からの適切なピッチ距離及び角度方向（ａｎｇｕｌａｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）が得られる。ピッチ距離は、隣接するエアフォイル２４の間の距離であり、また角度方向は、ガスタービンエンジンの軸方向及び半径方向の面に対して測定される。
【００２８】
入口平面５８が、ステップ３０９において、ノズル５０の入口における燃焼ガス１８の流れのベクトルの方向に対し垂直に配置される。そして、入口形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）５６が、この入口平面５８と、前縁４２、外径端部壁４６及び内径端部壁４８における結合ポイントクラウド３９６との交差部から抜粋（抽出）される。
【００２９】
次に第２の公称ベーン２１４の入口形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）１００が、ステップ３１０において抜粋（抽出）される。入口形状１００は、入口平面５８と、前縁４２、外径端部壁４６及び内径端部壁４８における公称ポイントクラウド４９６との交差部から抜粋（抽出）される。
【００３０】
ノズル５０の流路面積は、ステップ３１１において、結合ポイントクラウド３９６ならびに公称ポイントクラウド４９６から抜粋（抽出）された入口形状５６の面積から算出される。入口形状５６によって囲まれた面積は、１つ或いは複数の公知の数値積分法を用いて算出される。第１のベーン１１４の第２の面におけるノズル５０の流路面積は、ステップ３１２において、公称ポイントクラウド４９６が結合ポイントクラウド３９６の第２の面に隣接して位置づけられた状態で、ステップ３０８〜ステップ３１１を繰り返すことによって算出される。
【００３１】
ステップ３０１〜ステップ３１２を、ステップ３１３において、新品もしくは修復されたタービンのベーンの段が備える全てのベーン１４のノズルの流路面積を得るために繰り返してもよい。全てのノズル５０の流路面積が、上述のステップに示すように算出されて保存されると、個々のノズル５０の流路面積が、最小のものから最大のものへと並び替えられるとともに、ベーン１４とこれに隣接するベーンとの間のノズル５０の流路面積の差が極力小さくなるように、各ベーン１４がベーン段周囲に分配される。ノズル５０の流路面積が測定されれば、このような分配を実現する最適化の方法が多数知られている。
【００３２】
ノズル５０の流路面積を測定する方法３００の代替の実施例においては、第１のベーン及び第２のベーン１１４、２１４の双方が、ステップ３０１〜ステップ３０７で示すように走査される。それから、ノズル５０の流路面積が、第１のベーン及び第２のベーン１１４、２１４に関連して、また公称ベーンに関連することなく測定されて算出される。これによって、２つのベーン１１４、２１４の間の実際のノズル５０の流路面積が、正確に測定される。
【００３３】
特定の方法を、第１段の高圧タービンのベーンにおけるノズルの流路面積の正確な測定及び算出に関して説明したが、別の段、或いは低圧タービンのベーンや圧縮機のステータでも同様に有効であることが理解されよう。従って、本発明は、請求項の広い範囲に含まれる代替、改良、及び変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】軸流ガスタービンエンジンの一般的なタービン部分を示す部分断面図。
【図２】図１のタービン部分における第１段のベーンの一部分を示す部分斜視図。
【図３】図２のベーンを走査するために用いられるレーザ走査装置の簡略化した斜視図。
【図４】本発明の方法に従ってベーンのノズルの流路面積を測定する詳細な種々のステップを記述した説明図。
【図５Ａ】図２の第１段のベーンの凸面を示すポイントクラウドを図示する斜視図。
【図５Ｂ】図２の第１段のベーンの凹面を示すポイントクラウドを図示する斜視図。
【図６】公称ベーンを示す走査されたポイントクラウドに隣接して配置された図２の第１段の第１のベーンを示す走査された結合ポイントクラウドを図示する斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
６０…レーザ走査装置
６２…固定具
６４…ベーン基準線
６６…球体
６８…多軸制御装置
７０…サーボ
７２…横送り台
７４…Ｘ軸
７６…Ｙ軸
７８…コンピュータ
８０…Ｚ軸
８２…レーザスポット投射器
８４…レーザスポットセンサ
８６…レーザ光線
８８…反射光
９０…メモリ装置
９２…プロセッサ
１１４…ベーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法であって、
走査装置を備え、
一連のデジタル測定点を得るようにベーンを上記走査装置で走査するとともに、上記ベーンを示す結合ポイントクラウドとして上記の測定点を保存し、
上記結合ポイントクラウドの第１の面に隣接して公称ベーンを示す公称ポイントクラウドを位置決めし、
各ポイントクラウドの前縁と、流体の流れのベクトルの平均方向に対し垂直な平面との交差部において第１の入口形状を抜粋し、
上記第１の入口形状から第１の入口ノズルの流路面積を算出し、
上記結合ポイントクラウドの第２の面に隣接して公称ポイントクラウドを位置決めし、
各ポイントクラウドの前縁と流体の流れのベクトルの平均方向に対し垂直な平面との交差部において第２の入口形状を抜粋し、
上記第２の入口形状から第２の入口ノズルの流路面積を算出し、
上記第１のノズルの流路面積及び上記第２のノズルの流路面積から全体のノズルの流路面積を決定することを特徴とするベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項２】
ベーンを走査するステップは、
一連のデジタル測定点を得るように上記ベーンの第１の面を上記走査装置で走査するステップと、
第１のポイントクラウドとして上記の測定点を保存するステップと、
一連のデジタル測定点を得るように上記ベーンの第２の面を上記走査装置で走査するステップと、
第２のポイントクラウドとして上記の測定点を保存するステップと、を備え、
さらに、上記第１のポイントクラウド及び上記第２のポイントクラウドを結合ポイントクラウドにまとめるステップと、
上記ベーンを示す上記結合ポイントクラウドを保存するステップと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項３】
１つ或いは複数の球体が、上記ベーンの第１の面及び第２の面の各々とともに走査されることを特徴とする請求項２に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項４】
３つの球体が、上記ベーンの第１の面及び第２の面の各々とともに走査されることを特徴とする請求項３に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項５】
１つ或いは複数の走査された上記球体は、上記第１のポイントクラウド及び上記第２のポイントクラウドを結合させるときに位置合わせのために用いられることを特徴とする請求項４に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項６】
上記公称ポイントクラウドを、第２のベーンを示すポイントクラウドに置き換えることを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項７】
ノズルの流路面積を算出するステップは、上記入口形状に対し数値積分法を実行することを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項８】
ベーンを位置決めするステップは、公称円周ピッチ及び軸方向の寸法において実行されることを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項９】
ベーンを走査するステップは、上記結合ポイントクラウドを基準となる座標系に変換することを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの既存のベーン基準線を有するベーンのノズルの流路面積を算出する方法であって、
固定具と、多軸制御装置と、レーザスポット投射器と、レーザスポットセンサと、メモリ装置と、プロセッサと、を備える走査装置を提供し、
第１の面を上記走査装置に向けた状態で上記ベーンを上記固定具に配置し、
１つ或いは複数の球体及び上記ベーンに関連して、上記レーザスポット投射器及び上記レーザスポットセンサを上記多軸制御装置により動かしつつ、上記レーザスポット投射器からレーザ光線を投射するとともに、上記スポットセンサがレーザ光線の反射光を受光することによって上記ベーンの第１の面を走査し、
少なくとも１つのベーン基準線に関連して画定された少なくとも１つの基準となる上記球体及び上記ベーンの第１の面を示す第１のポイントクラウドとして、デジタル測定点を上記メモリ装置に保存し、
第２の面を上記走査装置に向けた状態で上記ベーンを上記固定具に再配置し、
１つ或いは複数の球体及び上記ベーンに関連して、上記レーザスポット投射器及び上記レーザスポットセンサを上記多軸制御装置により動かしつつ、上記レーザスポット投射器からレーザ光線を投射するとともに、上記レーザスポットセンサがレーザ光線の反射光を受光することによって基準となる上記球体及び上記ベーンの第２の面を走査し、
少なくとも１つのベーン基準線に関連して測定された基準となる上記球体及び上記ベーンの第２の面を示す第２のポイントクラウドとして、デジタル測定点を上記メモリ装置に保存し、
上記ポイントクラウドを基準となる座標系に変換し、
結合ポイントクラウドを生み出すために上記第１のポイントクラウドを上記第２のポイントクラウドと結合し、
上記ベーンの第１の面に隣接して公称ベーンを示す公称ポイントクラウドを配置し、
上記ポイントクラウドの前縁において、流体の流れのベクトルの方向に垂直な入口平面を位置決めし、
上記入口ノズルの周囲を示す入口形状を、上記入口平面と上記ポイントクラウドとの交差部から抜粋し、
第１のノズルの流路面積を数学的方法を用いて上記入口形状から算出し、
上記ベーンの第２の面について、上記の公称ポイントクラウドを配置するステップ、入口平面を位置決めするステップ、入口形状を抜粋するステップ、及びノズルの流路面積を算出するステップを繰り返し、
上記第１のノズルの流路面積及び上記第２のノズルの流路面積から全体のノズルの流路面積を算出することを特徴とするベーンのノズルの流路面積を算出する方法。
【請求項１１】
ベーンを走査するステップは、少なくとも１つの基準となる球体も走査することを特徴とする請求項１０に記載のベーンのノズルの流路面積を算出する方法。
【請求項１２】
ベーンを走査するステップは、３つの基準となる球体も走査することを特徴とする請求項１１に記載のベーンのノズルの流路面積を算出する方法。
【請求項１】
ベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法であって、
走査装置を備え、
一連のデジタル測定点を得るようにベーンを上記走査装置で走査するとともに、上記ベーンを示す結合ポイントクラウドとして上記の測定点を保存し、
上記結合ポイントクラウドの第１の面に隣接して公称ベーンを示す公称ポイントクラウドを位置決めし、
各ポイントクラウドの前縁と、流体の流れのベクトルの平均方向に対し垂直な平面との交差部において第１の入口形状を抜粋し、
上記第１の入口形状から第１の入口ノズルの流路面積を算出し、
上記結合ポイントクラウドの第２の面に隣接して公称ポイントクラウドを位置決めし、
各ポイントクラウドの前縁と流体の流れのベクトルの平均方向に対し垂直な平面との交差部において第２の入口形状を抜粋し、
上記第２の入口形状から第２の入口ノズルの流路面積を算出し、
上記第１のノズルの流路面積及び上記第２のノズルの流路面積から全体のノズルの流路面積を決定することを特徴とするベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項２】
ベーンを走査するステップは、
一連のデジタル測定点を得るように上記ベーンの第１の面を上記走査装置で走査するステップと、
第１のポイントクラウドとして上記の測定点を保存するステップと、
一連のデジタル測定点を得るように上記ベーンの第２の面を上記走査装置で走査するステップと、
第２のポイントクラウドとして上記の測定点を保存するステップと、を備え、
さらに、上記第１のポイントクラウド及び上記第２のポイントクラウドを結合ポイントクラウドにまとめるステップと、
上記ベーンを示す上記結合ポイントクラウドを保存するステップと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項３】
１つ或いは複数の球体が、上記ベーンの第１の面及び第２の面の各々とともに走査されることを特徴とする請求項２に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項４】
３つの球体が、上記ベーンの第１の面及び第２の面の各々とともに走査されることを特徴とする請求項３に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項５】
１つ或いは複数の走査された上記球体は、上記第１のポイントクラウド及び上記第２のポイントクラウドを結合させるときに位置合わせのために用いられることを特徴とする請求項４に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項６】
上記公称ポイントクラウドを、第２のベーンを示すポイントクラウドに置き換えることを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項７】
ノズルの流路面積を算出するステップは、上記入口形状に対し数値積分法を実行することを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項８】
ベーンを位置決めするステップは、公称円周ピッチ及び軸方向の寸法において実行されることを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項９】
ベーンを走査するステップは、上記結合ポイントクラウドを基準となる座標系に変換することを特徴とする請求項１に記載のベーンの全体のノズルの流路面積を決定する方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの既存のベーン基準線を有するベーンのノズルの流路面積を算出する方法であって、
固定具と、多軸制御装置と、レーザスポット投射器と、レーザスポットセンサと、メモリ装置と、プロセッサと、を備える走査装置を提供し、
第１の面を上記走査装置に向けた状態で上記ベーンを上記固定具に配置し、
１つ或いは複数の球体及び上記ベーンに関連して、上記レーザスポット投射器及び上記レーザスポットセンサを上記多軸制御装置により動かしつつ、上記レーザスポット投射器からレーザ光線を投射するとともに、上記スポットセンサがレーザ光線の反射光を受光することによって上記ベーンの第１の面を走査し、
少なくとも１つのベーン基準線に関連して画定された少なくとも１つの基準となる上記球体及び上記ベーンの第１の面を示す第１のポイントクラウドとして、デジタル測定点を上記メモリ装置に保存し、
第２の面を上記走査装置に向けた状態で上記ベーンを上記固定具に再配置し、
１つ或いは複数の球体及び上記ベーンに関連して、上記レーザスポット投射器及び上記レーザスポットセンサを上記多軸制御装置により動かしつつ、上記レーザスポット投射器からレーザ光線を投射するとともに、上記レーザスポットセンサがレーザ光線の反射光を受光することによって基準となる上記球体及び上記ベーンの第２の面を走査し、
少なくとも１つのベーン基準線に関連して測定された基準となる上記球体及び上記ベーンの第２の面を示す第２のポイントクラウドとして、デジタル測定点を上記メモリ装置に保存し、
上記ポイントクラウドを基準となる座標系に変換し、
結合ポイントクラウドを生み出すために上記第１のポイントクラウドを上記第２のポイントクラウドと結合し、
上記ベーンの第１の面に隣接して公称ベーンを示す公称ポイントクラウドを配置し、
上記ポイントクラウドの前縁において、流体の流れのベクトルの方向に垂直な入口平面を位置決めし、
上記入口ノズルの周囲を示す入口形状を、上記入口平面と上記ポイントクラウドとの交差部から抜粋し、
第１のノズルの流路面積を数学的方法を用いて上記入口形状から算出し、
上記ベーンの第２の面について、上記の公称ポイントクラウドを配置するステップ、入口平面を位置決めするステップ、入口形状を抜粋するステップ、及びノズルの流路面積を算出するステップを繰り返し、
上記第１のノズルの流路面積及び上記第２のノズルの流路面積から全体のノズルの流路面積を算出することを特徴とするベーンのノズルの流路面積を算出する方法。
【請求項１１】
ベーンを走査するステップは、少なくとも１つの基準となる球体も走査することを特徴とする請求項１０に記載のベーンのノズルの流路面積を算出する方法。
【請求項１２】
ベーンを走査するステップは、３つの基準となる球体も走査することを特徴とする請求項１１に記載のベーンのノズルの流路面積を算出する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【公開番号】特開２００７−６４２１８（Ｐ２００７−６４２１８Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２８５２０（Ｐ２００６−２２８５２０）
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（５９０００５４４９）ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション (581)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【出願人】（５９０００５４４９）ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション (581)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＴＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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