(57)【要約】      （修正有）【課題】修正型のタービンバケット並びにタービンバケットの修正方法を提供する。【解決手段】タービンバケットを修正するための方法１０は、タービンバケットのスラッシュ面の全体長にわたって少なくとも元の外側エッジを除去するステップと１１、新たな外側エッジを構築するためにスラッシュ面に新たな材料を追加するステップ１２であって、該新たな外側エッジはスラッシュ面の全体長だけ延びている材料追加ステップ１２と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンバケットを修正するための方法であって、
タービンバケットのスラッシュ面の全体長にわたって少なくとも元の外側エッジを除去するステップと、
新たな外側エッジを構築するためにスラッシュ面に新たな材料を追加するステップであって、該新たな外側エッジはスラッシュ面の全体長だけ延びている材料追加ステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記新たな外側エッジを形成するための追加後に新たな材料を機械加工するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記新たな外側エッジは元の外側エッジと比べてタービンバケットからより遠くまで延びている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記新たな材料は元の外側エッジの元の材料と異なる材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記新たな材料は元の外側エッジの元の材料と比べて酸化に対してより抵抗性が高い、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
スラッシュ面の全体長にわたって少なくとも元の外側エッジを除去する前記ステップは約１．２７０ｍｍ〜約１．０１６ｍｍの除去深さで実行されている、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記新たな材料はレーザクラッディングを介して追加されている、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
タービンバケットの第２のスラッシュ面の全体長にわたって少なくとも第２の元の外側エッジを除去するステップと、
第２の新たな外側エッジを構築するために第２のスラッシュ面に新たな材料を追加するステップであって、該第２の新たな外側エッジは第２のスラッシュ面の全体長だけ延びている材料追加ステップと、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の新たな外側エッジを形成するための追加後に新たな材料を機械加工するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の新たな外側エッジは第２の元の外側エッジと比べてタービンバケットからより遠くまで延びている、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
バケットプラットフォームから延び出た翼と、
バケットプラットフォームの反対側から延び出るルート部分と、
新たな外側エッジを備えたバケットプラットフォーム上のスラッシュ面と、
を備える修正型タービンバケットであって、
新たな外側エッジを構築するためにスラッシュ面に新たな材料を追加する前にタービンバケットのスラッシュ面の全体長にわたって元の外側エッジが除去されていること、
該新たな外側エッジはスラッシュ面の全体長だけ延びていること、
を特徴とする修正型タービンバケット。
【請求項１２】
前記新たな材料は新たな外側エッジを形成するための追加後に機械加工されている、請求項１１に記載の修正型タービンバケット。
【請求項１３】
前記新たな外側エッジは元の外側エッジと比べてタービンバケットからより遠くまで延びている、請求項１２に記載の修正型タービンバケット。
【請求項１４】
前記新たな材料は元の外側エッジの元の材料と異なる材料を含む、請求項１１に記載の修正型タービンバケット。
【請求項１５】
前記新たな材料は元の外側エッジの元の材料と比べて酸化に対してより抵抗性が高い、請求項１４に記載の修正型タービンバケット。
【請求項１６】
前記元の外側エッジは約１．２７０ｍｍ〜約１．０１６ｍｍの除去深さで除去されている、請求項１１に記載の修正型タービンバケット。
【請求項１７】
第２の新たな外側エッジを備えた第２のスラッシュ面をさらに備えると共に、
該第２の新たな外側エッジを構築するための第２のスラッシュ面への新たな材料の追加前に、タービンバケットの第２のスラッシュ面の全体長にわたって第２の元の外側エッジが除去されていること、
該第２の新たな外側エッジが第２のスラッシュ面の全体長だけ延びていること、
を特徴とする請求項１１に記載の修正型タービンバケット。
【請求項１８】
前記新たな材料は第２の新たな外側エッジを形成するために第２のスラッシュ面に追加された後で機械加工されている、請求項１７に記載の修正型タービンバケット。
【請求項１９】
前記第２の新たな外側エッジは第２の元の外側エッジと比べてタービンバケットからより遠くまで延びている、請求項１８に記載の修正型タービンバケット。
【請求項２０】
第１段バケットを備える請求項１１に記載の修正型タービンバケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題はタービンバケットの修正に関し、またさらに詳細には、タービンバケットのスラッシュ面の修正に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用途のためのタービンバケットは１４００℃を超える動作温度を含み得るような敵対的な条件で長期のサービスサイクルに曝される可能性がある。これらのタービン構成要素のサービス寿命を延ばすために、温度性能が高い合金（ニッケルとコバルトの超合金など）が利用されることがある。しかしこうした高性能合金であっても、腐食、酸化またはその他の損傷を受けることがある。タービンバケットはしたがって、（例えば、修復、調整、グレードアップ、その他を通じて）連続動作が得られるように修正を受けることがある。例えばバケットプラットフォーム上のスラッシュ面は、酸化や腐食の領域を是正し得るように修正を受けることがある。しかしこうした高温度性能合金の修正は、特に局在的な領域に対処するだけの場合に困難となることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８２１０８０７号明細書
【発明の概要】
【０００４】
したがって、代替的な修正型のタービンバケット並びにタービンバケットを修正するための方法があれば本技術分野で歓迎されるであろう。
【０００５】
一実施形態では、タービンバケットを修正するための方法を開示する。本方法は、タービンバケットのスラッシュ面の全体長にわたって少なくとも元の外側エッジを除去するステップを含む。本方法はさらに、新たな外側エッジを構築するためにスラッシュ面に新たな材料を追加するステップであって、該新たな外側エッジはスラッシュ面の全体長だけ延びている材料追加ステップを含む。
【０００６】
別の実施形態では、修正型タービンバケットを開示する。本修正型タービンバケットは、バケットプラットフォームから延び出る翼と、バケットプラットフォームの反対側から延び出るルート部分と、を含む。本修正型タービンバケットはさらに、バケットプラットフォーム上に新たな外側エッジを含んだスラッシュ面を含んでおり、タービンバケットのスラッシュ面の全体長にわたって新たな外側エッジを構築するためにスラッシュ面に新たな材料を追加する前に元の外側エッジが除去されており、かつこの新たな外側エッジはスラッシュ面の全体長だけ延びている。
【０００７】
本明細書で検討する実施形態によって提供するこれらの特徴及び追加の特徴については、図面と連携させた以下の詳細な説明を参照することによってより完全な理解が得られよう。
【０００８】
図面に示した実施形態は例証でありまた性質上は例示であって、本特許請求の範囲が規定する発明を限定することを意図していない。図示した実施形態に関する以下の詳細な説明は、同じ構造を同じ参照番号で示している以下の図面と連携して読むことによって理解することができよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書に示しかつ記載した１つまたは複数の実施形態に従ったタービンバケットを修正するための方法を表した図である。
【図２】本明細書に示しかつ記載した１つまたは複数の実施形態に従った元のスラッシュ面をもつタービンバケットの斜視図である。
【図３】本明細書に示しかつ記載した１つまたは複数の実施形態に従った部分的に除去されたスラッシュ面をもつタービンバケットの斜視図である。
【図４】本明細書に示しかつ記載した１つまたは複数の実施形態に従った修正型のスラッシュ面をもつタービンバケットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に関する具体的な１つまたは複数の実施形態について以下に記載することにする。これらの実施形態に関する精細な説明の提供に努めるのに際し、本明細書には実際の実現形態の特徴のすべてが記載されないことがあり得る。こうした実際のあらゆる実現形態の開発にあたってはエンジニアリングや設計のあらゆるプロジェクトの場合と同様に、実現形態ごとに様々となり得るシステム関連や事業関連の制約との適合など開発者の具体的な目標を達成するために多くの実現形態特異的な決定を行わねばならないことを理解されたい。さらに、こうした開発努力は複雑かつ時間を要することもあり得るが、本開示の恩恵を有する当業者にとってはしかしながら設計、製作及び製造のルーチン作業となることを理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する際に、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」及び「前記（ｓａｉｄ）」によって当該要素が１つまたは複数存在する意味であること示している。「を備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「を含んだ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「を有する（ｈａｖｉｎｇ）」という表現は包含の意図であると共に、列挙した要素以外に追加の要素が存在し得ることを意味している。
【００１２】
本明細書に開示したタービンバケットのスラッシュ面を修正するための方法は一般に、スラッシュ面の全体長にわたって元の外側エッジを除去するステップと、スラッシュ面の全体長に延びる新たな外側エッジを構築するために新たな材料を追加するステップと、を含む。スラッシュ面の全体長を修正することによって、新たな外側エッジ全体にわたる均一な特性を促進することが可能である。この新たな材料はまた、元の外側エッジと比較して酸化抵抗性やその他の耐久性に関連してより良好な品質を提供でき、あるいは隣接するタービンバケットのスラッシュ面の間のギャップを小さくするようにより大きな寸法となるように構築することができる。ここで、本方法及び修正型タービンバケットについて、本明細書でより詳細に検討することにする。
【００１３】
図１〜４を参照すると方法１０の例証は、タービンバケット１００を修正するため、またより具体的にはタービンバケット１００のスラッシュ面１３０を修正するためのものである。図２に最適に図示したようにタービンバケット１００は一般に、バケットプラットフォーム１２０から延び出る翼１１０と、バケットプラットフォームの反対側から延び出るシャンク１４２及びダブテール１４４を含んだルート部分１４０と、を備える。タービンバケット１００は、タービンホイール（図示せず）内に配置させたときに、タービンホイールの周辺部の周りに確保されたタービンバケットの環状アレイのうちの１つとなることを理解されたい。本明細書では軸方向エントリ型バケットを開示しているが、ここに掲げた実施形態は接線方向エントリ型バケットにも適用し得ることも理解されたい。さらに、図２〜４は方法１０の様々な段階にあるタービンバケット１００を図示しているが、これらの図示は単に例示のためであり、追加的または代替的な特徴を具現化した別のタービンバケット１００も実現し得ることを理解されたい。
【００１４】
さらに図２を参照すると、タービンバケット１００のバケットプラットフォーム１２０は、翼１１０の各側にスラッシュ面１３０を備えている。スラッシュ面１３０は、前側１３１から後側１３９までバケットプラットフォーム１２０の全体長Ｌだけ延びている。タービンホイール上に装着すると、タービンバケット１００のスラッシュ面１３０は隣接するタービンバケット（図示せず）の隣接するスラッシュ面と円周方向に対向し、これらの間にギャップを形成することになる。幾つかの実施形態では各スラッシュ面１３０は追加として、制振ダンパとして動作するようにダンパピン（図示せず）を受け容れるための溝１３３を備えることがある。
【００１５】
タービンバケット１００は、高温度性能合金（例えば、ニッケルやコバルト系の超合金）などの１つまたは複数の適当な任意の材料を含むことが可能である。さらにタービンバケット１００は、任意のフレームタービンに対する任意段のタービンバケットを含むことが可能である。ある種の具体的な実施形態ではタービンバケット１００は、後続段タービンバケットと比べてより高い動作温度を受ける第１段タービンバケットを含むことがある。
【００１６】
ここで図１〜３を参照すると、タービンバケット１００を修正する目的またより具体的にはタービンバケット１００のスラッシュ面１３０を修正する目的により方法１０を図示している。方法１０は先ずステップ１１において、タービンバケット１００のスラッシュ面１３０の全体長Ｌにわたって少なくとも元の外側エッジ１３２を除去するステップを含む。
【００１７】
スラッシュ面１３０の元の外側エッジ１３２（図２参照）は、タービンホイール上に装着したときに隣接するタービンバケット（図示せず）のスラッシュ面とでギャップを形成する外側の材料部分を備える。本明細書で用いる場合に「元の外側エッジ」とは、元の装置製造者が最初に設計及び／または製造したような外側エッジのこと、あるいは方法１０を通じた修正を受ける前に１回または複数回の事前の修正（例えば、修復、調整、グレードアップ、その他）を受けたことがあるような施設が最初に受け容れた外側エッジ、を指すことが可能である。元の外側エッジ１３２は、除去部分１３４（図３参照）を形成させるようにスラッシュ面１３０の全体長Ｌにわたって（すなわち、バケットプラットフォーム１２０の前側１３１から後側１３９まで）除去される。元のエッジ１３２の全体長Ｌの除去によれば新たな外側エッジ１３６は、元の外側エッジ１３２の一部分だけが除去されたとした場合と比べてより均一な特性を有することが可能となる（特に、新たな材料１３５が元の材料と異なる場合にこうなることが本明細書から理解されることになろう）。除去は、適当な任意のツール、方法またはこれらの組み合わせを通じて実施することができる。例えば幾つかの実施形態ではステップ１１の除去を、フライス加工、研削その他を介して実施することがあり、また自動式、手動式またはこれらの組み合わせ式とすることがある。ステップ１１の除去はまた、１回のパスを介して行うことも複数回の反復を通じて行うこともある。
【００１８】
元の外側エッジ１３２は適当な任意の深さにわたって除去されることがある。例えばスラッシュ面１３０が持続的動作から生じた腐食やその他の損耗を含むときは、こうした任意の目標材料の完全除去が可能となるように適当な深さにわたって外側エッジ１３２を除去することがある。幾つかの実施形態では、スラッシュ面１３０の元の外側エッジ１３２は、約１．２７０ｍｍ〜約１．０１６ｍｍの除去深さで除去されている。幾つかの実施形態ではその除去深さを、スラッシュ面１３０の全体長Ｌにわたって均一とすることがある。別の実施形態ではその除去深さを、スラッシュ面１３０の長さＬ全体にわたる異なる箇所で様々とすることがある。
【００１９】
ここで図１及び図３〜４を参照すると方法１０はさらにステップ１２において、新たな外側エッジ１３６（図４参照）を構築するためにスラッシュ面１３０に新たな材料１３５（図４参照）を追加するステップを含む。この新たな外側エッジ１３６は、ステップ１１の除去処理中に形成された除去部分１３４（図３参照）に少なくとも置き替わるものである。このため新たな外側エッジ１３６は、スラッシュ面１３０の全体長Ｌにわたって、すなわちバケットプラットフォーム１２０の前側１３１から後側１３９まで延びている。
【００２０】
新たな材料１３５は、利用する材料種別に応じた適当な任意の方法を介して除去部分１３４の位置でスラッシュ面１３０に追加されることがある。例えば幾つかの実施形態では新たな材料１３５は、ステップ１２においてレーザクラッディングを介して追加されることがある。幾つかの実施形態では追加または代替として、溶接、ろう付け、その他などの別の材料追加方法が用いられることがある。
【００２１】
ステップ１２で追加される新たな材料１３５は、スラッシュ面１３０の新たな外側エッジ１３６を構築するために追加される。幾つかの実施形態では、スラッシュ面１３０に追加される新たな材料１３５は、その最終寸法に至らせるまで機械加工できるように新たな外側エッジ１３６の寸法を超えることがあることは本明細書から理解されることになろう。さらに幾つかの実施形態では、これらの最終寸法は元の外側エッジ１３２（図２参照）の元の寸法を超えることになることが本明細書から理解されることになろう。
【００２２】
ステップ１２で追加される新たな材料１３５はタービンバケット１００の利用に適した任意の材料を含むことがある。例えば幾つかの実施形態ではその新たな材料１３５は、ステップ１１でタービンバケット１００から除去したのと同じ種類の材料を含むことがある。しかし幾つかの実施形態ではその新たな材料１３５は、元の外側エッジ１３２の元の材料と異なる材料を含むことがある。例えば幾つかの実施形態ではその新たな材料１３５は、元の外側エッジ１３２の元の材料と比べて酸化に対して抵抗力がより強いことがある。こうした実施形態では新たな外側エッジ１３６はしたがって、元の修正前のタービンバケット１００と比較してその有する酸化抵抗性が高まることがある。
【００２３】
図１及び４を参照すると、方法１０は任意選択でさらにステップ１３において、新たな外側エッジ１３６を形成するための追加後に新たな材料１３５を機械加工するステップを含むことがある。ステップ１３の機械加工は、追加された新たな材料１３５をその最終寸法まで成形すること、新たな外側エッジ１３６の表面を適当な特性にまで仕上げ加工すること、及び／またはタービンバケット１００の利用前に別に新たな材料１３５を処理すること、という適用可能な任意の処理法を含むことがある。
【００２４】
例えば幾つかの実施形態では、ステップ１２で新たな材料１３５が追加された後で、新たな材料１３５の一部がフライス加工、研削その他を介して機械加工されることがあり、また自動式、手動式またはこれらの組み合わせ式とすることがある。ステップ１３の機械加工はまた、１回のパスを介して行うことも複数回の反復を通じて行うこともある。機械加工は、ステップ１３において新たな外側エッジ１３６の寸法が修正型タービンバケット１００に関する指定の許容値以内に至るまで継続されることがある。
【００２５】
幾つかの実施形態では新たな外側エッジ１３６は、元の外側エッジ１３２の同じ寸法許容値に戻るまで機械加工されている。上で検討したように、元の外側エッジ１３２の寸法許容値は、元の装置製造者が最初に設計及び／または製造したような外側エッジ、あるいは方法１０を通じた修正を受ける前に１回または複数回の事前の修正（例えば、修復、調整、グレードアップ、その他）を受けたことがあるような施設が最初に受け容れた外側エッジに関する寸法許容値の意味とすることが可能である。
【００２６】
別の実施形態では、スラッシュ面１３０の新たな外側エッジ１３６の寸法のうちの１つまたは幾つかは元の外側エッジ１３２の元の寸法と異なること（すなわち、元の設計／製造と異なることあるいは方法１０を受ける前に存在していたタービンバケット１００と異なること）があり得る。例えば幾つかの実施形態では、新たな外側エッジ１３６の寸法のうちの１つまたは幾つかは元の外側エッジ１３２より大きいことがある。こうした実施形態では例えば、新たな外側エッジ１３６が元の外側エッジ１３２と比べてタービンバケット１００から適当な任意の距離だけより遠くまで延びることがあり、これによれば隣接するタービンバケットのスラッシュ面との干渉を生じることがない。例えば元の外側エッジ１３２が約１．０１６ｍｍの深さにわたって除去されていた場合、新たな外側エッジ１３６を約１．２７０ｍｍの距離にわたって延ばし、元の外側エッジ１３２と比べて約０．２５４ｍｍだけより遠くまで延ばすことがある。こうした実施形態によれば、タービンホイール上に装着した後に隣接するタービンバケット１００の２つのスラッシュ面１３０の間に存在するギャップを低減することが可能である。これによって一方、高温気体摂取を低減することが可能であり、性能を向上させることを可能とし得る。
【００２７】
さらに幾つかの実施形態では、タービンバケット１００は方法１０を介してその両スラッシュ面１３０が修正される（すなわち、圧力側のスラッシュ面１３０並びにタービンバケット１００の吸入側のスラッシュ面１３０が修正される）ことがある。こうした実施形態では各スラッシュ面は同時に同じステップを受けること、方法１０を独立して受けること、あるいはこれらを任意に変形して受けることがある。さらに各スラッシュ面１３０の新たな外側エッジ１３６は同じ寸法を有するようにサイズ設定されることや異なる寸法を有するようにサイズ設定されることがあり、これら寸法のそれぞれは元の外側エッジ１３２の元の寸法と同じとすることも同じとしないこともあり得る。
【００２８】
ここで、スラッシュの元の外側エッジの全体長を除去すること、新たな材料を追加すること並びに可能性としてスラッシュ面の新たな外側エッジを作成するように新たな材料を機械加工すること、によってタービンバケットを修正し得ることが理解されよう。スラッシュ面の全体長を修正することによって、タービンバケットはそのスラッシュ面全体にわたってより均一な特性を有することが可能となる。さらに新たな外側エッジはスラッシュ面の元の外側エッジと比べて、より強力な酸化特性及び／またはより大きな寸法を有し、これにより隣接するタービンバケット間のギャップをより小さくしたより強力で長寿命の新たな外側エッジを作成することができる。
【００２９】
本発明について限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明が開示したこうした実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。本発明はむしろ、ここまでに記載していないが本発明の精神及び趣旨と相応するような任意の数の変形形態、代替形態、置換形態または等価形態の機構を組み込むように修正することが可能である。さらに、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の態様は記載した実施形態のうちの一部のみを含むことがあり得ることを理解されたい。したがって本発明は上の記載によって限定されると見なすべきではなく、添付の特許請求の範囲の趣旨によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１１  元の外側エッジを除去する
１２  新たな材料を追加する
１３  機械加工する
１００  タービンバケット
１１０  翼
１２０  バケットプラットフォーム
１３０  スラッシュ面
１３１  前側
１３２  元の外側エッジ
１３３  溝
１３４  除去部分
１３５  修復材料
１３６  修復された外側エッジ
１３９  後側
１４０  ルート部分
１４２  シャンク
１４４  ダブテール
Ｌ  長さ
【図１】
2014224533.tif 000003
【図２】
2014224533.tif 000004
【図３】
2014224533.tif 000005
【図４】
2014224533.tif 000006