(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレード用のダンパ（３６）であって、
ワイヤセクション（３８）と、
前記ワイヤセクション（３８）の近位端にある取り付けブロック（４６）と、
を備え、
前記ワイヤセクション（３８）及び前記取り付けブロック（４６）が、実質的に異種材料で形成されており、
前記ワイヤセクション（３８）及び取り付けブロック（４６）が冶金結合されており、
前記ダンパ（３６）は、タービンブレード内に配置され、
前記ワイヤセクション（３８）は、前記タービンブレード内で半径方向に延びる流れチャネルの表面に摩擦するよう配置され、
前記異種材料は、等軸ニッケル基超合金、コバルト基超合金、又はこれらの組合せを含む
ことを特徴とするダンパ（３６）。
【請求項２】
前記ニッケル基超合金が、およそ、コバルト３．１−２１．６％、鉄０−０．５％、クロム４．２−１９．５％、アルミニウム１．４−７．８０％、チタン０−５．００％、タンタル０−７．２０％、ニオブ０−３．５０％、タングステン０−９．５０％、レニウム０−５．４０％、モリブデン０−１０．００％、炭素０．０２−０．１７％、ハフニウム０−１．５５％、ホウ素０．００４−０．０３０％、ジルコニウム０−０．０９％、イットリム０−０．０１％、マンガン０−１．００％、銅０−０．５０％、シリコン０−０．５５％、残部がニッケルを含む、
請求項１に記載のダンパ（３６）。
【請求項３】
前記ニッケル基超合金が、
コバルト９．５％、クロム１４．０％、アルミニウム３．００％、チタン５．００％、タングステン４．００％、モリブデン４．００％、炭素０．１７％、ホウ素０．０１５％、ジルコニウム０．０３%、残部がニッケルと、
コバルト１５．０％、鉄０．５％、クロム１４．６％、アルミニウム４．３０％、チタン３．３５％、モリブデン４．２０％、炭素０．０７％、ホウ素０．０１５％、ジルコニウム０．０４％、残部がニッケルと、
コバルト９．５％、クロム８．４％、アルミニウム５．５０％、チタン０．８０％、タングステン９．５０％、モリブデン０．５０％、炭素０．０２−０．０９％、ホウ素０．０２０％、残部がニッケルと、
コバルト１０．０％、クロム８．９％、アルミニウム４．８０％、チタン２．５０％、タングステン７．００％、モリブデン２．００％、炭素０．１１％、ホウ素０．０２０％、ジルコニウム０．１０％、残部がニッケルと、
コバルト１２．０％、クロム６．８％、アルミニウム６．１５％、タングステン４．９０％、モリブデン１．５０％、炭素０．１２％、ホウ素０．０２０％、残部がニッケルと、
からなる群から選択される、
請求項２に記載のダンパ（３６）。
【請求項４】
前記コバルト基超合金が、おおよそ、ニッケル６．０−２２．０％、鉄０−３．０％、クロム２０．０−２３．５％、チタン０−０．２０％、タンタル０−３．５０％、タングステン７．００−１５．００％、炭素０．１０−０．６０％、ジルコニウム０−０．５０％、マンガン０−１．５０％、シリコン０−０．５０％、残部がコバルトを含む、
請求項１に記載のダンパ（３６）。
【請求項５】
前記コバルト基超合金が、
ニッケル１０．０％、鉄３．０％、クロム２０．０％、タングステン１５．００％、炭素０．１０％、マンガン１．５０％、残部がコバルトと、
ニッケル１０．０％、クロム２４．０％、チタン０．２０％、タンタル３．５０％、タングステン７．００％、炭素０．６０％、ジルコニウム０．５０％、残部がコバルトと、
ニッケル１０．０％、鉄１．５％、クロム２２．０％、タングステン７．５０％、炭素０．５０％、マンガン０．５０％、シリコン０．５０％、残部がコバルトと、
からなる群から選択される、
請求項４に記載のダンパ（３６）。
【請求項６】
前記ワイヤセクション（３８）が、コバルト基超合金で形成される、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のダンパ（３６）。
【請求項７】
前記取り付けブロック（４６）が、ニッケル基超合金で形成される、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のダンパ（３６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にガスタービンエンジンに関し、より具体的には、ガスタービン航空機エンジンのタービン又は圧縮機ブレードの振動を減衰する改善された機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンでは、空気は、圧縮機で加圧され、燃焼器で燃料と混合されて高温の燃焼ガスを発生する。圧縮機に動力を供給するタービンブレード及び例示的なターボファン航空機用途における上流ファンを越えて燃焼ガスを通過させることによって、エネルギーが燃焼ガスから抽出される。
【０００３】
各ブレードは、内側プラットホームから半径方向外側に延びる翼形部を含み、プラットホームは、支持ロータディスクの周囲の対応するスロットに取り付けられる支持ダブテールにシャンクにより接合される。作動中、ブレードは、相当な速度でロータを駆動して遠心力又は遠心荷重に曝され、これにより、ロータディスクの周囲の支持スロットにおいてブレードが半径方向外側に引っ張られる。ダブテールは通常、ブレードの長期耐用を確保するためにブレード内の応力を制限しながら各ブレードの遠心荷重をロータディスクに伝える複数のローブ又はタンを含む。
【０００４】
各ロータブレードは、作動中にブレードを越えて流れる燃焼ガスからの圧力、熱負荷、及び応力に曝される。ブレードはまた、回転ブレード及び燃焼ガスからの圧力によるその動的励振に起因する振動応力に曝される。ブレードは、重量及び結果として生じる遠心荷重を最小にするように比較的薄くされ、種々のモードで振動励振の影響を受けやすくなる。例えば、翼形部は、その半径方向又は長手方向スパンに沿って振動撓み並びに軸翼弦方向に沿ったより高次の撓みモードに曝される可能性がある。
【０００５】
従って、タービンブレードは、ブレードプラットホームの下に取り付けられた振動ダンパを含むことができる。ダンパは、プラットホーム及びダブテールによって支持され、ロータディスクに遠心荷重を加える。ダンパは、励振されるプラットホームとの摩擦を用いて、高速での作動中にブレードを効果的に制振する。しかしながら、こうしたダンパの有効性は、翼弦方向及びスパン方向の両方における翼形部撓みの複雑な組合せを伴う翼形部振動のより高次の固有モードを含む、作動中のタービンブレードの振動の様々なモードに対して限定的である。
【０００６】
翼形部内で発生する振動を減衰させる１つの手法は、タービンブレードの翼形部内にダンパを位置決めすることであった。１つの手法は、流路中に延びる１対のワイヤ又はピンを有する二足ダンパを含む。しかしながら、こうしたダンパの外形は、高価で複雑な形成プロセスを必要とし、ダンパの異なる位置における異なる材料特性を提供するものではない。例えば、あるダンパは、ダンパの材料が減衰される構成部品の材料と接触するある位置において優れた耐摩耗性を備えた材料を必要とするが、その上、ロータ及び取り付けられるタービンブレードによって見られる同様の高い遠心荷重にダンパが曝される別の位置において高強度の材料を必要とする可能性がある。この場合、鋳造モノリシックダンパを用いることができるが、形成作業中に導入されることがある欠陥による最適ではない性能、又は摩擦摩耗に起因したワイヤ欠陥を引き起こすことがあるか、或いは高い引張荷重に起因して破断を生じることがある最適以下の摩耗特性を提供する可能性がある。
【０００７】
別の公知のダンパ設計は、直径が約０．０２０インチ〜約０．２００インチ及び長さが約２インチ〜約５インチであるワイヤ又は小径バーの形状をとっており、タービンブレードのキャビティ中に挿入される。このようなダンパは、ワイヤ又はスティックダンパと呼ばれる。ワイヤダンパは、翼形部内に位置決めされ、通常はタービンブレードの長さに沿って延びる。ダンパは、タービンブレードの内壁上に形成される支持ランドと接触する。ダンパと翼形部との間の摩擦振動は、励振力を散逸させ、効果的にブレード振動を減衰させる。
【０００８】
しかしながら、摩擦減衰は、ダンパと翼形部との間の摩耗の影響を受けやすく、ダンパは、作動中にかなりの遠心荷重に曝され、その長さに沿って対応する引張応力及び撓み応力を受ける。
【０００９】
ブレードの耐用年数を延ばすために、ダンパは、低サイクル疲労寿命、高サイクル疲労寿命、及び破断寿命の長期化に影響を与えるように、十分に高強度の材料で形成される必要がある。これらの寿命要因は通常、ダンパの定常応力が最も高い部分によって制御され、典型的にはダブテールのダンパの支持部分にある。
【００１０】
逆に、ダンパの外側部分は、翼形部との摩擦振動に曝され、作動中に受ける応力は低いが、高い摩擦摩耗に曝される。今までのところ、ブレード振動ダンパ設計は、ダンパの摩耗と強度性能との間の妥協点に到達できていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、必要とされることは、減衰可能で且つ製造が単純であり、ブレード設計に含めることが簡易なワイヤダンパである。ワイヤダンパはまた、高強度であると同時に改善された耐摩耗性を提供しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
従って、本発明の目的は、改善された耐摩耗性を有する高強度ワイヤダンパ、並びにこのような特徴を有するワイヤダンパを製造する方法を提供することである。
【００１３】
本発明の一実施形態は、ワイヤセクション及び該ワイヤセクションの近位端に冶金結合された取り付けブロックを有するタービンブレード用のダンパを含む。ワイヤセクション及び取り付けブロックは、実質的に同じ材料で形成することができる。ダンパ材料は、ニッケル基又はコバルト基超合金とすることができる。
【００１４】
ニッケル基超合金は、例えばおおよその重量パーセントで、コバルト３．１−２１．６％、鉄０−０．５％、クロム４．２−１９．５％、アルミニウム１．４−７．８０％、チタン０−５．００％、タンタル０−７．２０％、ニオブ０−３．５０％、タングステン０−９．５０％、レニウム０−５．４０％、モリブデン０−１０．００％、炭素０．０２−０．１７％、ハフニウム０−１．５５％、ホウ素０．００４−０．０３０％、ジルコニウム０−０．０９％、イットリム０−０．０１％、マンガン０−１．００％、銅０−０．５０％、シリコン０−０．５５％、残部がニッケルを含む組成を有することができる。例えばニッケル基超合金は、Ｒｅｎｅ（登録商標）７７、Ｒｅｎｅ（登録商標）８０、Ｒｅｎｅ（登録商標）１０８、Ｒｅｎｅ（登録商標）１２５、Ｒｅｎｅ（登録商標）１４２、又は他のニッケル基合金から選択することができる。ＲＥＮＥ（登録商標）は、カリフォルニア州ロサンゼルス所在のＴｅｌｅｄｙｎｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｉｎｃの超合金金属の商標である。
【００１５】
Ｒｅｎｅ（登録商標）７７、Ｒｅｎｅ（登録商標）８０、Ｒｅｎｅ（登録商標）１０８、Ｒｅｎｅ（登録商標）１２５、及びＲｅｎｅ（登録商標）１４２は、重量パーセントで以下の公称組成を有する。
【００１６】
【表１】
0005419433.tif 000002
コバルト基超合金は、例えばおおよその重量パーセントで、ニッケル６．０−２２．０％、鉄０−３．０％、クロム２０．０−２３．５％、チタン０−０．２０％、タンタル０−３．５０％、タングステン７．００−１５．００％、炭素０．１０−０．６０％、ジルコニウム０−０．５０％、マンガン０−１．５０％、シリコン０−０．５０％、残部がコバルトを含む組成を有するコバルト合金から選択することができる。コバルト基超合金は、ＭＡＲ−Ｍ−５０９（ＭＭ５０９）、Ｌ６０５、Ｘ４０及び他のコバルト基合金の群から選択することができる。
【００１７】
ＭＭ５０９、Ｌ６０５及びＸ４０は、重量パーセントで以下の公称組成を有する。
【００１８】
【表２】
0005419433.tif 000003
本発明の別の実施形態において、ダンパのワイヤセクション及び取り付けブロックは、実質的に異種材料で形成される。ワイヤセクションは、コバルト基超合金で形成することができる。コバルト基超合金は、ＭＡＲ−Ｍ−５０９とすることができる。取り付けブロックは、ニッケル基超合金で形成することができる。ニッケル基超合金は、Ｒｅｎｅ（登録商標）８０又はＲｅｎｅ（登録商標）１４２とすることができる。
【００１９】
本発明の更に別の実施形態は、タービンブレード用のダンパを形成する方法を含み、これは、ワイヤ形状を形成するように構成された第１のダイセクションを有するダイ内に第１の材料を射出成形する段階と、ワイヤ形状の１つの遠位端にブロック形状を提供するように構成されたダイの第２のダイセクション内に第２の材料を供給してグリーンダンパを形成する段階と、グリーンダンパを加熱して第１の材料を焼結させ、焼結ブラウンダンパを形成する段階と、焼結ブラウンダンパを熱処理してニアネットシェイプの高密度ダンパを形成する段階とを含む。熱処理は、熱間等静圧圧縮成形によって実施することができる。
【００２０】
本方法の一実施形態において、第１の材料及び第２の材料は実質的に同じ材料とすることができ、或いは、第１の材料及び第２の材料は異種材料であってもよい。
【００２１】
第２の材料は、ダイの第２のダイセクション内に第２の材料を射出成形することによって提供することができる。或いは、第２の材料は、ダイの第２のダイセクションにプリフォームを配置することによって提供してもよい。第１の材料は、ニッケル基又はコバルト基超合金とすることができる。
【００２２】
ニッケル基超合金は例えば、おおよその重量パーセントで、コバルト３．１−２１．６％、鉄０−０．５％、クロム４．２−１９．５％、アルミニウム１．４−７．８０％、チタン０−５．００％、タンタル０−７．２０％、ニオブ０−３．５０％、タングステン０−９．５０％、レニウム０−５．４０％、モリブデン０−１０．００％、炭素０．０２−０．１７％、ハフニウム０−１．５５％、ホウ素０．００４−０．０３０％、ジルコニウム０−０．０９％、イットリム０−０．０１％、マンガン０−１．００％、銅０−０．５０％、シリコン０−０．５５％、残部がニッケルを含む組成を有することができる。例えばニッケル基超合金は、Ｒｅｎｅ（登録商標）７７、Ｒｅｎｅ（登録商標）８０、Ｒｅｎｅ（登録商標）１０８、Ｒｅｎｅ（登録商標）１２５、Ｒｅｎｅ（登録商標）１４２、又は他のニッケル基合金から選択することができる。
【００２３】
コバルト基超合金は、例えばおおよその重量パーセントで、ニッケル６．０−２２．０％、鉄０−３．０％、クロム２０．０−２３．５％、チタン０−０．２０％、タンタル０−３．５０％、タングステン７．００−１５．００％、炭素０．１０−０．６０％、ジルコニウム０−０．５０％、マンガン０−１．５０％、シリコン０−０．５０％、残部がコバルトを含む組成を有するコバルト合金から選択することができる。コバルト基超合金は、ＭＡＲ−Ｍ−５０９（ＭＭ５０９）、Ｌ６０５、Ｘ４０及び他のコバルト基合金の群から選択することができる。
【００２４】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例証として示す添付図面を参照しながら、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本明細書では、ワイヤダンパと、高強度及び改善された摩耗特性を有するワイヤダンパを形成する方法が開示される。
【００２６】
ここで図１を参照すると、ガスタービンエンジンの高圧又は低圧タービンで用いる例示的なタービンブレード１０が示されている。ブレードは、中空翼形部１２、半径方向内側プラットホーム１４、及び支持ダブテール１６を含み、単一又は一体型鋳造組立体で形成されている。ダブテール１６は、入口３１を含む。
【００２７】
作動中、ブレード１０は、その周囲にある相補的ダブテールスロットに取り付けられたダブテール１６によって、タービンロータディスク（図示せず）に適切に支持される。燃焼ガス１８は、燃焼器（図示せず）内で発生し、矢印で示す方向に翼形部１２を越えて流れ、これによりエネルギーが抽出されて、支持ロータディスクを回転させるようになる。
【００２８】
翼形部１２は、ほぼ凹状の正圧側面２０と、周方向に対向するほぼ凸状の負圧側面２２とを含み、これらは、プラットホーム１４と半径方向外側先端２６との間で半径方向又は長手方向スパンに延びる。正圧側面２０及び負圧側面２２はまた、対向する内側端部と外側端部との間の翼形部のスパン全体にわたって対向する前縁２８及び後縁３０間を軸方向翼弦で延びる。
【００２９】
図１で更に示すように、翼形部１２は、対応する長手方向隔壁３４により弦方向で分離される複数の長手方向冷却流路１−７を含み、該長手方向隔壁３４は、対向する正圧及び負圧側壁２０、２２を横方向にブリッジし且つ一体的に結合する。隔壁３４は、翼形部と一体的に鋳造され、翼形部１２の長手方向及び半径方向スパンの実質的に全体に沿って、対向する正圧すなわち凹状側面２０と負圧すなわち凸状側面２２との間全体に延びる。７つの冷却路１−７は、前縁２８から後縁３０及びダブテール１６から先端部２６までの翼形部１２の異なる部分を別々に冷却するために３つの異なる部分に配列される。
【００３０】
例示的なブレード１０において、第１のチャネル１は、前縁２８のすぐ後ろに配置され、そのすぐ後方に配置された第２のチャネル２から衝突冷却孔２９を通って冷却媒体３２を受ける。第２のチャネル２は、プラットホーム１４及びダブテール１６を通って延びる専用入口３１を有する。中央の３つのチャネル３、４、５は、専用入口を含む翼形部第５のチャネル５を備えた３路蛇行回路に配列される。冷却媒体３２は、第５のチャネル５を通って半径方向外側に翼形部先端部２６まで流れ、そこで第４のチャネル４を通って半径方向内側に方向が向け直されて、下方にプラットホーム１４にまで流れ、そこで再び上方に向け直されて第３のチャネル３内に入り、ブレード先端部２６で終端する。
【００３１】
具体的に、第６及び第７のチャネル６、７は、翼形部１２の後方端部において翼形部の薄い後縁３０を冷却するように構成される。第６の流路６は、プラットホーム１４及びダブテール１６を通って入口３１まで長手方向内側に延びる。冷却媒体３２は、第６のチャネル６を通って半径方向外側に送られ、次いで、第６及び第７のチャネル６、７を分離する隔壁で見られる衝突冷却孔３３の列を通って後方に送られ、第７のチャネル７の内面を衝突冷却する。
【００３２】
タービンブレード１０は、具体的には、図１に示す比較的長いブレード１０に関連する特定の振動動作モードを効果的に減衰するよう特に構成されたワイヤ又はスティックダンパ３６を導入するよう修正される。ダンパ３６は、個別の構成部品であるので、ブレード１０の内部に適切に取り付けられる必要があり、作動中にこれによって伝えられる遠心荷重を増大させる。従って、ダンパ３６は、具体的には、容量及び重量の追加に起因するブレード１０の悪影響を最小にしながら、減衰効果を最大にするために導入される。
【００３３】
ダンパ３６は、冷却設計が可能なブレード１０内のあらゆる適切な流路に導入することができ、悪影響を最小にしながら最大の減衰効果を有たせることができる。例えば、ダンパ３６は、好ましくは、図１に示すように第６の流路６内に導入される。
【００３４】
ダンパ３６は、種々の励振力を受けることに起因して、作動中のその振動運動を摩擦的に減衰するように隔壁と協働する。ダンパ３６は、ロッド又はワイヤ３８と、基部又は取り付けブロック４６とを含む。ダンパ３６は、ダブテール１６の基部から翼形部先端部２６の直下までの長さに沿って延びる。
【００３５】
ダンパ３６は、半径方向のわずかに傾斜した、すなわち傾いた状態でダンパが取り付けられるチャネルの形状に一致するように構成され、ダンパに加わる遠心荷重が、翼形部の対応する部分すなわちランドに接してダンパを装荷し、作動中に内部摩擦減衰を生じさせるようになる。ワイヤ３８は、図１に示すようにキャッチリブ５２と接触する。キャッチリブ５２は、凹状壁２０及び凸状壁２２の両方に一体的に鋳造され、壁に追加材料を提供して擦り切れを防止する。ブロック４６は、ダブテール１６内の相補的な切り欠き座部４８内に受けられる。ブロック４６は、プレート（図示せず）によって座部４８に固定され、ダブテール１６に仮付け溶接又は他の方法で取り付けることができる。別の設計では、ブロック４６は、ろう付け又は仮付け溶接によってダブテール１６に直接取り付けてもよい。
【００３６】
ダンパ３６は通常、非直線であり、ダンパ３６が装着されるチャネルの３次元配置に適合するように湾曲し又は撓む。ダンパ３６の湾曲配置は、ワイヤ３８を上部ワイヤセクション３９と下部ワイヤセクション４０とに分割する例示的な撓み部４４を含み、通常はダンパ下部ワイヤセクション４０に撓み応力を付加的に導入する。ダンパ上部ワイヤセクション３９は、プラットホーム１４上に半径方向外側にほぼ直線状であるが、翼形部１２のねじれに適合するように湾曲形状をとることもできる。
【００３７】
ワイヤ３８は、実質的に円形断面を有するが、楕円形、台形、又は矩形であってもよく、或いは最大の減衰を提供するように翼形部の内部キャビティ形状に適合するように最適化された他の形状をとることもできる。ダンパ３６は、撓み部４４を備え、或いは、撓み部４４と、翼形部１２内に挿入する前に該翼形部１２のねじれに適合するような湾曲又はねじれとの両方を備えて形成することができる。本発明の別の実施形態では、ダンパ３６は撓み部を含まず、ワイヤ３８はその全長に対して実質的に直線状である。
【００３８】
図２は、図１に示す線４−４に沿って取られたブレード１０の半径方向断面を示す。図２で見ることができるように、翼形部１２は、支持ダブテール基部１６の軸方向の向きに対してプラットホーム１４の上でねじられる。従って、流路１−７は、ブレード１０全体にわたって対応する撓み部４４又は湾曲を有し、これは、ダンパワイヤ３６に撓み部４４を導入することによって適合される。このようにして、ダンパ３６は、既存のダブテール入口３１を通って挿入されることにより、ブレード１０内に好都合に入れることができる。
【００３９】
図３Ａは、本発明によるワイヤダンパ３００の例示的な実施形態を示す。この実施形態において、ダンパ３００は、ワイヤセクション３１０と基部セクション３２０とを含む。ワイヤセクション３１０は、ワイヤセクション３１０を上部セクション３３８と下部セクション３４０とに分割する撓み部３４４を含む。ワイヤセクション３１０は、ブレード上のワイヤダンパ３００が挿入される内部チャネルの湾曲に適合するように曲げられる。
【００４０】
ワイヤセクション３１０及び基部セクション３２０は、実質的に同じ材料で形成され、モノリシックダンパと呼ぶことができる。例えばダンパ３００は、ＲＥＮＥ（登録商標）７７、ＲＥＮＥ（登録商標）８０、ＲＥＮＥ（登録商標）１０８、ＲＥＮＥ（登録商標）１２５、ＲＥＮＥ（登録商標）１４２又は他のニッケル基合金などの等軸ニッケル基超合金、或いはＭＭ−５０９、Ｌ６０５、Ｘ４０又は他のコバルト基合金のようなコバルト基超合金で形成することができる。好ましい実施形態において、ダンパ３００は、ＲＥＮＥ（登録商標）８０で形成することができる。或いは、ワイヤセクション３１０及び基部セクション３２０は、異なる材料で形成してもよく、バイメタルダンパと呼ぶことができる。例えば、ワイヤセクション３１０及び基部セクション３２０は、モノリシックダンパで言及した特定の合金を含む、ニッケル基及びコバルト基超合金のあらゆる組合せで形成することができる。
【００４１】
ワイヤセクション３１０は、約２インチ〜約５インチの間の長さ、好ましくは３．５インチ〜約５インチの間の長さ、最も好ましくは約４．７５インチ〜約５インチの間の長さを有することができる。更に、ワイヤセクション３１０は、実質的に円形断面を有することができる。好ましい実施形態において、ワイヤセクション３１０は、約０．０２０インチ〜約０．１５０インチの間、より好ましくは約０．０３５インチ〜約０．１００インチの間、最も好ましくは約０．０６０インチ〜約０．０８０インチの間の直径を備えた実質的に円形断面を有することができる。
【００４２】
図３Ｂは、本発明によるワイヤダンパ３５０の例示的な実施形態を示す。ワイヤダンパ３５０は、ワイヤセクション３８８と基部セクション３９０とを含む。この実施形態において、ワイヤセクション３８８は、実質的に直線状である。第１の例示的な実施形態におけるように、ワイヤダンパ３５０は、モノリシック又はバイメタルとすることができる。更に、ワイヤダンパ３５０は、第１の例示的な実施形態において論議したあらゆる材料で形成することができる。
【００４３】
本発明の金属射出成形（ＭＩＭ）法は、金属粉末と一時的熱可塑性結合剤を混合することによって粉末混合物を形成することを含む。潤滑剤及び界面活性剤を含む追加の添加物を用いることができるが、最終的な金属組成に影響を及ぼさないように制限する必要がある。金属粉末及び結合剤は、好ましくは、熱可塑性結合剤の熱可塑化温度を上回る混合温度で混合される。粉末混合物は次に、粉末射出システムに供給され、そこで熱可塑性結合剤の熱可塑化温度を上回る温度まで加熱されて、構成部品用ダイに射出され、グリーンダンパを形成することができる。構成部品用ダイは、以下で論じるようにプリフォーム挿入体を備えることができる。次に、射出された粉末混合物は、加熱されていれば冷却され、成形されたグリーンダンパが、次の加工のためにダイから取り出される。
【００４４】
例示的なＭＩＭ装置４００を用いるグリーンモノリシックワイヤダンパを形成する例示的な方法を図４に示す。図４で見られるように、ＭＩＭ装置４００は、構成部品用ダイ４１０、ＭＩＭ装置形成ダイ接続部４２０、射出成形ノズル４３０、ラム４４０、及び粉末射出システム４４５を含む。粉末射出システム４４５は、粉末混合物４５０を含む。ダイ４１０は、ワイヤキャビティ４１１及び基部キャビティ４１２を含む。この例示的な実施形態では、２つの構成部品を有するダイ４１０が図示されている。或いは、ＭＩＭ装置４００は、単一構成部品で形成されるダイを含むことができ、又は、各ダイ構成部品は、複数の構成部品で形成することができる。
【００４５】
粉末混合物４５０の一部分が接続部４２０及びノズル４３０を通ってダイ４１０に射出された後のＭＩＭ装置４００が、図４に示される。接続部４２０及びノズル４３０は、粉末混合物４５０をワイヤキャビティ４１１及び基部キャビティ４１２の両方に射出するように構成されている。
【００４６】
粉末混合物４５０は、粉末射出システム４４５に近接しているか又はその一部であるヒータ（図示せず）によって加熱することができる。或いは、粉末混合物は、低温で射出することができる。粉末混合物４５０がダイ４１０内に射出された後、ダイ４１０は、ダイ接続部４２０及び射出された粉末混合物４５０から分離される。
【００４７】
例示的なＭＩＭ装置５００を用いてバイメタルグリーンワイヤダンパを形成する例示的な方法が図５に示される。図５で見られるように、ＭＩＭ装置５００は、構成部品用ダイ５１０、ＭＩＭ装置形成ダイ接続部５２０、射出成形ノズル５３０、ラム５４０、及び粉末射出システム５４５を含む。粉末射出システム５４５は、粉末混合物５５０を含む。ダイ５１０は、ワイヤキャビティ５１１及び基部キャビティ５１２を含む。この例示的な実施形態において、２つの構成部品を有するダイ５１０が示されている。或いは、ＭＩＭ装置５００は、単一構成部品から形成されるダイを含むことができ、又は各ダイ構成部品は複数の構成部品で形成することができる。
【００４８】
図５には、粉末混合物５５０の一部分が接続部５２０及びノズル５３０を通ってワイヤキャビティ５１１内に射出された後のＭＩＭ装置５００が示されている。この例示的な実施形態において、基部キャビティ５１２は、粉末混合物５５０とは異なる材料組成を有するプリフォーム基部挿入体５６０が予め充填されている。接続部５２０及びノズル５３０は、挿入体５６０を介してワイヤキャビティ５１１内に粉末混合物５５０を射出するように構成されている。図５で見られるように、挿入体５６０は、射出された粉末混合物５５０を挿入体５６０にロックするのを支援する先細の通路５６５を含む。或いは、プリフォーム挿入体５６０は、モノリシックダンパを形成するよう粉末混合物５５０と同じ組成で形成されてもよい。
【００４９】
プリフォームは、ＭＩＭ、熱間等静圧圧縮成形、又は他の粉末冶金法で形成することができる。プリフォームは、グリーン、ブラウン、又は十分に稠密な状態とすることができ、好ましくはグリーン状態である。或いは、プリフォームは、鋳造と機械加工によるような、折衷の冶金技法によって形成することができる。加えて、プリフォームは、複数のプリフォーム構成部品で形成することができる。
【００５０】
例示的なＭＩＭ装置６００を用いてグリーンバイメタルワイヤダンパを形成する別の例示的な方法が図６に示されている。図６で見られるように、ＭＩＭ装置６００は、構成部品用ダイ６１０、ＭＩＭ装置形成ダイ接続部６２０、射出成形ノズル６３０、ラム６４０、及び粉末射出システム６４５を含む。粉末射出システム６４５は、粉末混合物６５０を含む。ダイ６１０は、ワイヤキャビティ６１１及び基部キャビティ６１２を含む。この例示的な実施形態において、２つの構成部品を有するダイ６１０が示されている。或いは、ＭＩＭ装置６００は、単一構成部品から形成されるダイを含むことができ、又は、各ダイ構成部品を複数の構成部品で形成してもよい。
【００５１】
図６には、粉末混合物６５０の一部分が接続部６２０及びノズル６３０を通って基部キャビティ６１２内に射出された後のＭＩＭ装置６００が示されている。この例示的な実施形態において、ワイヤキャビティ６１１は、粉末混合物６５０とは異なる材料組成を有するプリフォームワイヤ挿入体６６０が予め充填されている。接続部６２０及びノズル６３０は、粉末混合物６５０をワイヤ挿入体６６０の一部分の周りの基部キャビティ６１２内に射出するように構成されている。図６で見られるように、挿入体６６０は、射出された粉末混合物６５０を挿入体６６０にロックするのを支援する先細部分６６５を含む。或いは、プリフォームワイヤ挿入体６６０は、モノリシックダンパを形成するよう粉末混合物６５０と同じ組成で形成されてもよい。
【００５２】
グリーンバイメタルワイヤダンパを形成する更に別の例示的な方法において、上述の例示的な方法の組合せを用いて、最初に、プリフォーム無しで粉末を射出するように構成される接続部及びノズルを通って基部又はワイヤセクションのいずれかを形成し、次いで、第２の粉末混合物を射出して対応するワイヤ又は基部セクションをそれぞれ形成するように接続部及びノズルを再構成し、これによってグリーンバイメタルワイヤダンパを形成する。
【００５３】
次に、上述の例示的なＭＩＭ法のいずれかによって形成されたグリーンダンパは、溶剤浴に移動され、該溶剤浴は、大量の結合剤を除去するが、焼結用に予備焼結ブラウン形を共に保持するのに十分な結合剤を残す。焼結は、結合剤の残余を除去し、粉末を圧密して高密度のニアネットシェイプのダンパを形成する。焼結はまた、射出粉末をこれまで利用してきたあらゆるプリフォーム挿入体に冶金結合する。焼結は、好ましくは、真空オーブン又は真空焼結炉で行われる。或いは、焼結は、アルゴンなどの不活性雰囲気、又は水素などの還元性雰囲気中で実施することができる。ブラウンダンパの温度が上昇すると、残留結合剤は蒸発されて除去され、微量の化学物質は全く残らない。焼結は、好ましくは固相焼結であり、従って、金属粉末の融点を下回る。焼結は、約１８５０°Ｆ〜２２００°Ｆの間の温度で行われ、好ましくは約２１００°Ｆ〜約２２００°Ｆの間の温度で行われる。焼結は、好ましくは金属粉末を９０％よりも大きな相対密度まで、好ましくは９５％よりも大きな密度まで、より好ましくは９８．５％よりも大きな密度まで焼結させる。
【００５４】
焼結ダンパは、好ましくは、熱間等静圧圧縮成形のような熱処理加工によって任意選択的に更に稠密される。ニッケル基又はコバルト基超合金において約２１５０°Ｆよりも高い温度で、約１５０００〜約２５０００ポンド／平方インチの圧力で、且つ約１〜約５時間の時間で熱間等静圧圧縮成形すると、ダンパの相対密度が約９９．８％より大きく、より好ましくはおよそ１００％の密度まで増大する。ダンパは、熱間及び／又は冷間加工を含む別の処理で強化することができる。
【００５５】
金属粉末は、実質的に均一な組成のプレアロイ金属粉末とすることができる。或いは、金属粉末は、混合組成物であってもよく、粉末正味組成がダンパ組成であるように選択することができる。好ましくは、プレアロイ法は、ダンパの各セクション全体にわたり巨視的且つ微視的に均一であることを確保するのに用いられる。
【００５６】
金属粉末は、約１マイクロメートル〜約３００マイクロメートルの間の直径、好ましくは約２．５マイクロメートル〜約１５０マイクロメートルの間の直径を備えたほぼ球形である。好ましくは、粉末は、射出プロセス中に粉末流特性を向上させるような粉末サイズの分散で形成される。大型、中型、及び小型の間の粒子サイズの適正な分散は、グリーン状態のギャップ及び空間が焼結前に可能な限り最良に充填され、従って、焼結後に最大密度をもたらすことが確保される。
【００５７】
ニッケル基超合金ダンパの好ましいプレアロイ金属粉末組成は、Ｒｅｎｅ（登録商標）８０であり、公称組成が、コバルト約９．５％、クロム約１４．０％、アルミニウム約３．０％、チタン約５．０％、タングステン約４．０％、モリブデン約４．０％、炭素約０．１７％、ホウ素約０．０１５％、ジルコニウム約０．０３％、及び残部がニッケルである。コバルト基超合金ダンパの好ましいプレアロイ金属粉末は、ＭＡＲ−Ｍ−５０９であり、公称組成が、ニッケル約１０．０％、クロム２３．５％、チタン０．２０％、タンタル約３．５０％、タングステン約７．０％、炭素約０．６％、ジルコニウム約０．５０％、及び残部がコバルトである。
【００５８】
熱可塑性結合剤は、焼結工程に好適なあらゆる使用可能な熱可塑性結合剤とすることができ、好ましくは有機又は炭化水素熱可塑性結合剤とすることができる。実施例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、パラフィンろう又はカルナバろうなどのろう、及びポリスチレンを含む。熱可塑性結合剤の熱可塑化温度を上回る温度で混合物を凝集性及び柔軟にするために、十分な量の熱可塑性結合剤が用いられる。粉末と結合剤との混合は、好ましくは、熱可塑性結合剤の熱可塑化温度を上回る混合温度で実施され、通常は２００°Ｆ以上であるが、用いられる指定の熱可塑性結合剤材料に応じて決まる。熱可塑性結合剤料は、熱可塑化温度以上では流動可能すなわち「溶融」状態になり、混合の助けとなる。この混合温度での混合により、熱可塑化温度以上で流動可能及び射出成形可能である混合物が得られるが、熱可塑化温度を下回ると比較的柔軟性がなく硬質である。
【００５９】
本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、均等物でその要素を置き換え得ることは、当業者であれば理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適応させるために多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するよう企図された最良のモードとして開示した特定の実施形態に限定されるべきでなく、本発明は、添付の請求項の範囲内にある全ての実施形態を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】内部ダンパを有する例示的なガスタービンエンジンのタービンブレードの部分断面正面図。
【図２】線４−４に沿った図１に示すブレードの半径方向断面図。
【図３Ａ】本発明によるワイヤダンパの例示的な実施形態を示す図。
【図３Ｂ】本発明によるワイヤダンパの別の例示的な実施形態を示す図。
【図４】本発明によるワイヤダンパを形成するための装置の例示的な実施形態を示す図。
【図５】本発明によるワイヤダンパを形成するための装置の別の例示的な実施形態を示す図。
【図６】本発明によるワイヤダンパを形成するための装置の更に別の例示的な実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１０  タービンブレード
１２  中空翼形部
１４  半径方向内側プラットホーム
１６  支持ダブテール
３４  長手方向隔壁
３６  ダンパ
３８  ワイヤ
３９  上部ワイヤセクション
４０  下部ワイヤセクション
４４  撓み部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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