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タービンブレード検査

タービンブレードは、空力や重心位置の最適化を考慮して設計された先端金属合金の鋳造品で、強度が高く、超高温度下での耐性や、耐腐食性などを備えています。ブレードの幾何形状や位置だしは、エネルギー変換効率の損失やブレードの不測の破損を引き起こす原因となるため、高密度の金属合金材料であるタービンブレードの検査は非常に重要です。最適なブレード位置と空力動作を保証するために、タービンブレードの形状や位置だしには厳しい公差が適用されます。

内部を空気冷却する機構により、タービンブレードは約1000℃までの極めて高い温度下で動作することが可能となります。ブレードの肉厚検査は、ブレードの翼面全体にわたって最適強度や冷却のバランスを確保するためのキーポイントです。また、割れ目や異物などの構造欠陥の存在は、ブレードの寿命を短命化する危険性をはらんでいます。

タービンブレードを検査するためのポイント

非破壊検査

タービンブレードは非常に高価な部品のため、非破壊による検査が適しています。レーザースキャナー、マイクロX線CT装置により、タービンブレードの外観や内部の非破壊検査を行うことが必要になります。

高い検査精度

自由形状の翼の表面と特定の機能の両方に正確な検証が必要です。加えて、内壁の厚さは厳密な幾何学的偏差を受けやすいです。

高密度素材

高密度素材のブレードを検査するためには、ブレード全体を透過させることができる強力なX線源を必要とします。

X線散乱

X線による高密度素材の検査では、X線の散乱の影響により取得画像の品質低下をもたらす可能性があります。

高速検査

試作、生産の様々な過程でタービンブレードを検査することを考慮すると、高速な検査は重要な要素です。

高速なCT検査結果の構築

生産現場では、検査結果を迅速に取得することが重要です。

検査部品のサイズ

測定対象のタービンブレードのサイズが大きい場合、十分なキャビネットサイズのX線CT装置で検査する必要があります。

従来タービンブレードは、タッチプローブを使用したCMMベースの検査により検証されてきました。しかしブレード製造現場では、翼面の表面形状、起伏のある平面の形状、ドリル穴、位置決め用ノッチなどを、レーザースキャニングにより検証するケースが増えつつあります。さらに、内部構造、肉厚、冷却孔についても検証するために、近年ではX線とCT検査も使用されます。

従来のタッチ式検査に比べて、LCやXCのレーザースキャナー、より短い時間ではるかに多いポイントデータを取得することができ、自動化かつデジタル化された検査工程により測定と解析の両方を行うことができます。また非接触測定はブレードのプリアライメントを殆ど必要とせず、翼の自由曲面のスキャンにけるプローブ補正も必要としません。毎秒数千点ものポイントデータを取得することで、Focus点群処理ソフトはノッチ端の位置や、ノッチ間の角度をより正確に確認することができます。レーザースキャニングとFocus点群処理ソフトは、遥かに高速かつ作業者に依存しないデジタル検査プロセスの基礎となります。

450kVまでのラインアップを揃えた革新的なX線CT装置は、小型〜中型サイズの鋳物タービンブレードの測定や非破壊検査の標準的なシステムです。この強力な機器の中核は450kVまでのマイクロフォーカスX線源であり、フラットパネルやCLDA(Curved Linear Array)検出器を組み合わせることで、優れた解像度と正確さを実現します。CLDA検出器は、ブレードやその他の金属部品の撮像画像に影響を与える散乱現象の影響を排除することにより、X線の画像取得を最適化するものです。これは、小さなものから大きなものまで、ブレード、鋳物などの金属部品に適用できる、柔軟な装置です。

Turbine blade Part-to-CAD analysis

代表的なアプリケーション

アプリケーション1:タービンブレードの内部構造の詳細な分析

ブレードの形状検査の他に、ブレードの内部構造を確認することが重要である。工業用X線CT装置は、複数の加工工程を進める前に内包物、クラックや異物の欠陥をトレースします。正確なブレードプロファイル画像は、これらの表面に沿って任意の位置に内壁の正確な厚さを強調。

アプリケーション2:ブレード検査の自動良否判定

検査手順全体を定義し、前もって自動化することができる。その結果、一連の処理結果をトレースし、自動的に検査することができ、また、タービンブレード毎に良否判定結果を得る。

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