(57)【要約】【課題】タービンシステムにおける改質ロータ部品及びロータ部品の摩耗特性を改質するための方法を提供すること。【解決手段】タービンシステムにおけるロータ部品の摩耗特性を改質するための方法、並びにタービンシステムのための改質ロータ部品が開示される。本方法は、６族元素、１３族元素、又は半金属元素のうちの１つの元素のイオンをロータ部品の外側表面を通って注入するステップを含む。ロータ部品は、ロータホイール又は距離ホイールのうちの一方である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンシステムにおけるロータ部品の摩耗特性を改質する方法であって、
６族元素、１３族元素、又は半金属元素のうちの１つの元素のイオンを外側表面を通して注入するステップを含み、前記ロータ部品が、ロータホイール又は距離ホイールのうちの一方である、方法。
【請求項２】
前記注入ステップが、ホウ素のイオンを注入するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記注入ステップが、モリブデンのイオンを注入するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記注入されたイオンは、前記ロータ部品上の摩耗を受けやすい場所に選択的に加えられる、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ロータ部品がロータホイールであり、前記摩耗を受けやすい場所が、ダブテールチャンネル又はバランスレールのうちの一方である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ロータ部品が距離ホイールであり、前記摩耗を受けやすい場所がラベットフランジである、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記イオンが、最大約０．１μｍの深さに注入される、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記イオンが、最大約１μｍの深さに注入される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記イオンが、約０°Ｆと約１５０°Ｆの間の範囲の温度で注入される、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記イオンが、約５００°Ｆと約１０００°Ｆの間の範囲の温度で注入される、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記ロータ部品が、圧縮機セクションのロータ部品である、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
タービンシステムにおける改質ロータ部品であって、
本体と外側表面とを含むロータ部品を備え、前記本体が、ベース層と、該ベース層と前記外側表面との間に配置された注入層とを有し、前記注入層が、ベース金属と、前記外側表面を通って前記ベース金属に注入される複数のイオンとを含み、前記イオンは、６族元素、１３族元素、又は半金属元素のうちの１つの元素のイオンであり、前記ロータ部品は、ロータホイール又は距離ホイールのうちの一方である、改質ロータ部品。
【請求項１３】
前記イオンがホウ素である、請求項１２記載の改質ロータ部品。
【請求項１４】
前記イオンがモリブデンである、請求項１２記載の改質ロータ部品。
【請求項１５】
前記イオンが、前記ロータ部品上の摩耗を受けやすい場所に選択的に配置される、請求項１２記載の改質ロータ部品。
【請求項１６】
前記ロータ部品がロータホイールであり、前記摩耗を受けやすい場所が、ダブテールチャンネル又はバランスレールのうちの一方である、請求項１２記載の改質ロータ部品。
【請求項１７】
前記ロータ部品が距離ホイールであり、前記摩耗を受けやすい場所がラベットフランジである、請求項１２記載の改質ロータ部品。
【請求項１８】
前記イオンが、最大約０．１μｍの深さに注入される、請求項１２記載の改質ロータ部品。
【請求項１９】
前記イオンが、最大約１μｍの深さに注入される、請求項１２記載の改質ロータ部品。
【請求項２０】
前記ロータ部品が、圧縮機セクションのロータ部品である、請求項１２記載の改質ロータ部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に、タービンシステムで使用するロータ部品に関し、より詳細には、ロータ部品の摩耗特性を改質する方法及び改質ロータ部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンシステムは、発電などの分野において広く利用されている。例えば、従来のガスタービンは、圧縮機セクションと、燃焼器セクションと、１以上のタービンセクションとを含む。圧縮機セクションは、空気が圧縮機セクションを流れるときに空気を加圧するよう構成される。次いで、空気は、圧縮機セクションから燃焼器セクションに流れ、ここで燃料と混合して燃焼し、高温のガス流を発生する。高温ガス流は、タービンセクションに提供され、該タービンセクションは、高温ガス流からエネルギーを抽出し、圧縮機、発電機及び他の種々の負荷に動力を供給することでこの高温ガス流を利用する。
【０００３】
タービンシステムの作動中、タービンシステムの種々の部品は、様々な形態の摩耗に耐えている。このような摩耗は、個々の部品並びにタービンシステムの全体の損傷及び／又は故障につながる可能性がある。タービンシステムの作動中に回転するロータ部品は、特に摩耗の影響を受けやすい。例えば、現行のロータ部品は、約１５０，０００時間及び５，０００回の始動を作動することが期待されている場合がある。更に、多くの場合、ロータ部品のような部品上の特定の摩耗を受けやすい場所は、他の場所よりも早期に摩耗する傾向となる可能性がある。これらの摩耗を受けやすい場所は、関連のロータ部品の耐用寿命を制限する可能性がある。
【０００４】
タービンシステム部品及び特にロータ部品の摩耗特性の改質に取り組む様々な技法が、当該技術分野で知られている。例えば、ロータ部品の外側表面をコーティングする粉体充填堆積技法が利用されている。しかしながら、このような技法は、現場での補修サービス中に実施するのが困難であり、また、部品の変形問題を生じる。多くの技法で特に問題となるのは、ロータ部品の外側表面が変更されることである。このことは、タービンシステム部品が製造される公差が厳しいことに起因して性能上の問題となる可能性がある。更に、外側コーティングは比較的脆弱な場合があり、交換及び／又は補修費用がかかる可能性がある。
【０００５】
従って、当該技術分野において改善されたロータ部品が望まれる。詳細には、改善された摩耗特性を有すると共に、作動公差を維持するロータ部品が望ましいことになる。例えば、ロータ部品の摩耗特性を改質する改善された方法及び改善された改質ロータ部品が有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７４５５８９０号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様及び利点は、その一部を以下の説明に記載しており、又はその説明から自明なものとすることができ、或いは本発明を実施することにより知ることができる。
【０００８】
１つの実施形態において、タービンシステムにおけるロータ部品の摩耗特性を改質する方法が開示される。本方法は、６族元素、１３族元素、又は半金属元素のうちの１つの元素のイオンを、ロータ部品の外側表面を通して注入するステップを含む。ロータ部品は、ロータホイール又は距離ホイールのうちの一方である。
【０００９】
別の実施形態において、タービンシステムにおける改質ロータ部品が開示される。改質ロータ部品は、ロータ部品を含む。ロータ部品は、本体と、外側表面とを含む。本体は、ベース層と、注入層とを含む。注入層は、ベース層と外側表面との間に配置される。注入層は、ベース金属と、外側表面を通ってベース金属に注入される複数のイオンとを含む。イオンは、６族元素、１３族元素、又は半金属元素のうちの１つの元素のイオンである。ロータ部品は、ロータホイール又は距離ホイールのうちの一方である。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、並びに利点は、以下の説明及び添付の請求項を参照するとより理解できるであろう。本明細書に組み込まれ且つその一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１１】
添付図を参照した本明細書において、当業者に対してなしたその最良の形態を含む本発明の完全かつ有効な開示を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の１つの実施形態によるガスタービンの部分断面図。
【図２】本開示の１つの実施形態によるロータホイールの部分斜視図。
【図３】本開示の１つの実施形態によるロータホイールのダブテールチャンネルの拡大斜視図。
【図４】本開示の１つの実施形態による距離ホイールの斜視図。
【図５】本開示の１つの実施形態による改質ロータ部品の断面図。
【図６】本開示の１つの実施形態によるイオン堆積装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、その１つ又はそれ以上の実施例を図面に示している本発明の実施形態について詳細に説明する。各実施例は、本発明の限定ではなく、例証として提供される。実際に、当業者であれば、本発明の範囲又は技術的思想から逸脱することなく、種々の修正及び変形を本発明において実施できる点は理解されるであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示され又は説明される特徴は、別の実施形態と共に使用して更に別の実施形態を得ることができる。従って、本発明は、そのような修正及び変形を特許請求の範囲及びその均等物の技術的範囲内に属するものとして保護することを意図している。
【００１４】
次に、図面を参照すると、図１は、タービンシステム１０の１つの実施形態の部分断面図を示している。この実施形態において、タービンシステムはガスタービンである。本開示のタービンシステム１０は、必ずしもガスタービンシステムである必要はなく、むしろ蒸気タービンシステムなどのあらゆる好適なタービンシステム１０又は他の好適なシステムであってもよい点は理解されたい。図示のタービンシステム１０は、タービン中心線１２で切り欠かれている。図示のように、タービンシステム１０は、圧縮機セクション１４と、該圧縮機セクション１４の下流側に配置された燃焼セクション１６と、該燃焼セクション１６の下流側に配置されたタービンセクション１８と、を含む。圧縮機セクション１４は、全体的に、タービンシステム１０に流入する空気を加圧するよう構成することができる。次いで、加圧空気又は作動流体の一部は、燃焼セクション１６に流入し、ここで空気が燃料と混合されて燃焼する。次に、高温の燃焼ガスは、移行部品２０を通り、環状高温ガス経路に沿ってタービンセクション１８に流れ、ガスタービン１０を駆動して出力を生成する。
【００１５】
幾つかの実施形態において、圧縮機セクション１４は、ロータブレード２４とステータベーン２６との交互する列によって特徴付けられる、複数の圧縮機段を有する軸流圧縮機２２を含むことができる。具体的には、各圧縮機段は、圧縮機ロータホイール２８に装着される円周方向に間隔を置いて配置されたロータブレード２４の列と、固定圧縮機ケーシング３０に取り付けられる円周方向に間隔を置いて配置されたステータベーン２６の列とを含むことができる。ロータブレード２４とステータベーン２６の交互する列は、全体的に、所望の圧力増大が達成されるように、圧縮機２２を流れる空気の圧力を増分的に増大させるよう構成することができる。一般に、圧縮機ロータホイール２８は、ロータブレード２４と共に、圧縮機２２の回転部品を備え、圧縮機ロータ組立体３２を形成することができる。例えば、幾つかの実施形態において、圧縮機ロータディスク２８は、タービン中心線１２の周りに互いに軸方向にスタックされ、ロータディスク２８間でトルクを伝達できるようにすることができる。
【００１６】
ガスタービン１０の燃焼セクション１６は、一般に、タービン中心線１２の周りに環状アレイで配置された複数の燃焼器３４（その１つが図示されている）によって特徴付けることができる。各燃焼器３４は、一般に、圧縮機２２から吐出された加圧空気の一部を受け取り、該空気を燃料と混合して空気／燃料混合気を形成し、該混合気を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生するよう構成することができる。上記で示すように、高温燃焼ガスは、次に、各燃焼器３４から移行部品２０を通ってガスタービン１０のタービンセクション１８に流れることができる。
【００１７】
タービンセクション１８は、一般に、タービンノズル３６とタービンバケット３８の交互する列によって特徴付けられる複数のタービン段を含むことができる。詳細には、各タービン段は、固定タービンケーシング４０に取り付けられる円周方向に間隔を置いて配置されたタービンノズル３６の列と、タービンロータホイール４２に装着される円周方向に間隔を置いて配置されたタービンバケット３８の列とを含むことができる。タービンノズル３６及びバケット３８の交互する列は、一般に、高温燃焼ガスのエネルギーを、タービンロータディスク４２の回転により表される仕事に増分的に変換するよう構成することができる。一般に、タービンロータホイール４２は、タービンバケット３８と共に、タービンセクション１８の回転部品を備えることができ、従って、タービンロータ組立体４４を形成することができる。圧縮機ロータホイール２８と同様に、タービンロータホイール４２は、一般に、タービン中心線１２に沿って軸方向に互いにスタックすることができる。例えば、図１に示すように、タービンロータホイール４２は、スペーサホイール４６により互いから間隔を置いて配置することができ、ロータホイール４２とスペーサホイール４６は、ロータディスク４２間でトルクを伝達できるように互いに軸方向にスタックされている。これに加えて、又は代替として、スペーサホイールは、圧縮機ロータホイール２８を離間して配置することができる。
【００１８】
図１に更に図示されるように、圧縮機ロータ組立体３２は更に、圧縮機距離ホイール５０を含むことができ、タービンロータ組立体４４は更に、タービン距離ホイール５２を含むことができる。距離ホイール５０、５２は、圧縮機ロータ組立体３２とタービンロータ組立体４４とを共に結合することができる。例えば、各距離ホイール５０、５２は、嵌合フランジを含むことができる。フランジは、圧縮機ロータ組立体３２とタービンロータ組立体４４とを共に結合する結合継手５４を形成することができる。例示的な実施形態における嵌合フランジは、図示のようなラベットフランジである。例えば、距離ホイール５０、５２の一方は、雄ラベットフランジ５６を含むことができ、距離ホイール５０、５２の他方は、嵌合する雌ラベットフランジ５８を含むことができる。しかしながら、結合継手は、ラベットフランジを有する結合継手に限定されず、むしろあらゆる好適なフランジ又は他の結合特徴要素を有するあらゆる好適な結合継手は、本開示の範囲及び技術的思想の範囲内にある点は理解されたい。
【００１９】
図２及び３は、本開示の種々の実施形態によるロータホイールを示す。図示のロータホイールは、圧縮機ロータホイール２８であるが、他の実施形態では、タービンロータホイール４２であってもよい。図示のロータホイール２８は、本体６０及び外側表面６２を含む。本体６０は、例示的な実施形態において、図示のようにほぼ円筒形の本体であり、すなわち、第１の側部６４、第２の側部６６及び第１の側部６４と第２の側部６６との間に延びる外側周辺縁部６８を含む。外側周辺縁部６８は、ほぼ環状のアレイで配置された複数のチャンネル７０を含むことができる。各チャンネルは、第１の側部６４から第２の側部６６までのように、第１の側部６４と第２の側部６６との間に全体的に延びることができる。チャンネル７０は、ブレード２４又はバケット２８をホイールに結合するため関連のブレード２４又はバケット３８の突出部を収容するようなサイズ及び形状にされている。例示的な実施形態において、チャンネル７０は、ブレード２４又はバケット３８の突出部を収容するようなサイズ及び形状にされたダブテールチャンネルである。１つ又はそれ以上の冷却スロット７２は、チャンネル７０のうちの１つ又はそれ以上において外側表面６２に定めることができる。冷却スロット７２は、該チャンネル７０の第１の側部６４又は第２の側部６６に隣接して、或いは、チャンネル７０内の他の何れかの場所に配置することができる。冷却媒体は、冷却スロット７２を通じて関連のブレード２４又はバケット２８に供給することができる。
【００２０】
第１の側部６４及び／又は第２の側部６６は、バランスレール７４を含むことができる。バランスレール７４は、第１の側部６４及び／又は第２の側部６６から延びるほぼ円周方向突出部とすることができる。バランスレール７４は、ロータホイール又はスペーサホイールなどの隣接するホイールと相互作用し、ロータホイールとロータ組立体の平衡をとることができる。
【００２１】
図４は、本開示の１つの実施形態による距離ホイールを示す。図示の距離ホイールは、タービン距離ホイール５２であるが、他の実施形態では、圧縮機距離ホイール５０であってもよい。図示の距離ホイール５２は、本体８０及び外側表面８２を含む。本体８０は、例示的な実施形態において、図示のようなほぼ円筒形本体であり、すなわち、第１の側部８４、第２の側部８６及び第１の側部８４と第２の側部８６との間に延びる外側周辺縁部８８を含む。上述のように、第１の側部８４又は第２の側部８６は、フランジを含むことができ、例示的な実施形態においては、図示の雄ラベットフランジ５６又は雌ラベットフランジ５８とすることができる。フランジは、第１の側部８４及び／又は第２の側部８６から延びてその内部に定められるほぼ円周方向突出部（雄の場合）又は陥凹部（雌の場合）とすることができる。結合継手５４は、共に結合されたときに嵌合フランジによって距離ホイール５０、５２間に形成することができる。
【００２２】
本開示は更に、タービンシステム１０用の改質ロータ部品に関する。改質ロータ部品１００の断面図が図５に示される。改質ロータ部品１００は、ロータ部品１０２を含む。ロータ部品１０２は、例えば、圧縮機ロータホイール２８又はタービンロータホイール４２のようなロータホイール、圧縮機スペーサホイール又はタービンスペーサホイールのようなスペーサホイール４６、或いは、圧縮機距離ホイール５０又はタービン距離ホイール５２のような距離ホイールとすることができる。ロータ部品１０２は、ロータホイール及び距離ホイールに関して上記で図示し検討したように、本体１１０及び外側表面１１２を含む。
【００２３】
本開示による改質ロータ部品１００は、イオン注入を用いて改質される。注入中、特定元素のイオンは、ロータ部品１０２に注入することができる。イオンは、外側表面１１２を通ってロータ部品１０２の本体１１０に注入される。図５に示すように、従って、本体１１０は、ベース層１１４及び注入層１１６を含むことができる。ベース層１１４は、ロータ部品１０２が形成される基材を含む。例示的な実施形態において、基材は、ベース金属である。ベース金属は、例えば、好適なアルミニウム基、鉄基、ニッケル基、オーステナイトニッケルクロム基、又はクロムモリブデンバナジウム基の合金もしくは超合金、或いは、他の何れかの好適な金属、合金、もしくは超合金とすることができる。他の実施形態では、あらゆる好適な材料を基材として利用することができる。ベース層１１４は、一般に、基材に注入されるイオンを含まない。他方、注入層１１６は、基材と、該基材に注入される複数のイオンとを含む。注入層１１６は、ベース層１１４と外側表面１１２との間に配置される。従って、イオンは、外側表面１１２を通って注入層１１６に注入される。
【００２４】
本開示によるロータ部品１０２の本体１１０へのイオンの注入は、結果として改質ロータ部品１００をもたらすための様々な摩耗特性改質を提供する。例えば、ロータ部品１０２において懸念が高まっている摩耗機構は、例えば、フレッティング摩耗及び滞留又はホールド時間疲労（「疲労」）を含む。フレッティング摩耗は、２つの表面の間で繰り返される（周期的性質とすることができる）摩擦である。ある時間期間にわたり、フレッティング摩耗は、接触状態にある表面の一方又は両方から材料を除去することになる。疲労は、周期的荷重によるような、材料表面が脆弱になるプロセスである。互いから摩耗粒子が係脱することに起因して表面亀裂が生じる可能性がある。本開示によるロータ部品１０２への注入に好適なイオンは、種々の摩耗機構に応答したロータ部品１０２又は改質ロータ部品１００の特性である、ロータ部品１０２の種々の摩耗特性を改質することができる。例えば、イオンの注入は、タービンシステム１０の作動中に生じる可能性があるフレッティング摩耗、疲労、又は他の好適な摩耗機構に対する改質ロータ部品１００の耐性を改善することができる。
【００２５】
本開示によるロータ部品１０２への注入に好適なイオンは、６族元素、１３族元素、又は半金属元素を含む。６族元素は、クロム、モリブデン、タングステン及びシーボーギウムを含む。１３族元素は、ホウ素、ガリウム、インジウム、タリウム及びウンウントリウムを含む。半金属元素は、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、タリウム及びポロニウムを含む。一部の例示的な実施形態において、例えば、ホウ素イオンは、ロータ部品１０２に注入されて改質ロータ部品１００を形成することができる。ホウ素の注入は、タービンシステム１０の作動中の疲労に対する改質ロータ部品１００の耐性を改善することができる。他の例示的な実施形態において、例えば、モリブデンイオンをロータ部品１０２に注入し、改質ロータ部品１００を形成することができる。モリブデンの注入は、タービンシステム１０の作動中のフレッティング摩耗に対する改質ロータ部品１００の耐性を改善することができる。
【００２６】
図６は、本開示によるイオン注入装置２００の１つの実施形態を示す。図６に示す装置２００のような好適なイオン注入装置においてイオンをロータ部品１００に注入し、改質ロータ部品１００を形成することができる。一般に、イオン注入は、上述の元素のような材料のイオンを電界中で加速させ、ロータ部品１０２の外側表面１１２などの固体材料に衝突させるプロセスである。イオンは、ロータ部品１０２の外側表面１１２を通って本体１１０内に注入され、このようにして改質ロータ部品１００の注入層１１６を形成することができる。
【００２７】
イオン注入装置２００は、例えば、ソースチャンバ２０２を含むことができる。材料のイオンは、例えば、プラズマ中でソース材料から電子を剥離させることによりソースチャンバ２０２内に生成される。次いで、イオンは、第１の加速チャンバ２０４にて加速され、次いで、質量分析チャンバ２０６に入る。分析マグネット２０８を質量分析チャンバ２０６内に配置することができる。注入に好適なイオンは、例えば、電荷質量比、化学種、アイソトープ、荷電状態、又は別の好適な特性に基づいて質量分析チャンバ２０６内で選択される。次いで、イオンは、第２の加速チャンバ２１０において加速される。最後に、イオンは、注入チャンバ２１２に入ることができる。ロータ部品１０２のようなイオンが注入されている固体材料は、チャンバ内に配置することができる。ポンプ２１４は、チャンバ２１２を真空排気し、真空環境を生成することができる。チャンバ２１２に入るイオンのビーム２１６は、ロータ部品１０２全体にわたって、又はその一部をスキャンしてそこにイオンを注入することができる。
【００２８】
一部の実施形態において、イオン注入は、ロータ部品１０２の外側表面１１２全体にわたって行い、改質ロータ部品１００を形成することができる。しかしながら、他の実施形態においては、注入イオンは、ロータ部品１０２の摩耗を受けやすい場所に選択的に加えることができる。摩耗を受けやすい場所は、周囲の場所よりも早期に摩耗する傾向のある場所であり、すなわち、ロータ部品の寿命が制限される場所とすることができる。寿命が制限される場所の実施例は、例えば、ダブテールチャンネル７０のようなチャンネル７０、並びに例示的な実施形態では、そこに定められる冷却スロット７２に隣接したチャンネル７０の一部、バランスレール７４、結合継手５４、並びに雄ラベットフランジ５６及び雌ラベットフランジ５８などのフランジのようなその部品を含む。従って、注入イオンは、ロータ部品１０２上の１つ又はそれ以上の摩耗を受けやすい場所に選択的に加えられ、これらの場所にて摩耗特性を改質することができる。例示的な実施形態において、この選択的注入は、ロータ部品１０２上の他の場所の注入なしで行うことができる。従って、イオンは、改質ロータ部品１００において摩耗を受けやすい場所にだけ選択的に配置することができる。このような選択的注入は、例えば、イオン注入プロセス中にロータ部品１０２の摩耗を受けやすい場所以外の部分をシールドすることにより可能にすることができる。シールド材料は、例えば、これらイオンが所望の摩耗を受けやすい場所を除いてロータ部品１００に注入されるのを阻止するよう、イオンを吸収することができる。
【００２９】
上述のように、イオンは、ロータ部品１０２の外側表面１１２を通って注入され、改質ロータ部品１００を形成する。一部の実施形態において、イオンは、約０．０１μｍと約０．１μｍの間の深さまでのように、最大約０．１μｍの深さに注入される。この深さは、外側表面１１２から測定することができ、本体１１０の注入層１１６の厚みを定めることができる。更に、これらの実施形態の一部において、改質ロータ部品１００を形成するロータ部品１０２へのイオンの注入は、望ましくは、約０°Ｆと約１５０°Ｆの間の範囲の温度で実施することができる。更に、注入後の任意選択的な改質ロータ部品１００の熱処理により、イオンをロータ部品１０２内で拡散させることができる。しかしながら、このような注入は、あらゆる好適な温度で実施できる点は理解されたい。
【００３０】
他の実施形態において、イオンは、約０．０１μｍと約１μｍの間の深さまでのように、最大約１μｍの深さに注入される。この深さは、外側表面１１２から測定することができ、本体１１０の注入層１１６の厚みを定めることができる。更に、これらの実施形態の一部において、改質ロータ部品１００を形成するロータ部品１０２へのイオンの注入は、望ましくは、約８００°Ｆと約１０００°Ｆの間のような、約５００°Ｆと約１０００°Ｆの間の範囲の温度で実施することができる。これらの実施形態において、温度レベルを比較的高くすることによって、注入中にイオンをロータ部品１０２内で拡散させることができる。しかしながら、このような注入は、あらゆる好適な温度で実施できる点は理解されたい。
【００３１】
これらの開示は更に、ロータ部品１０２の摩耗特性を改質する方法に関する。本方法は、例えば、ロータ部品１０２の外側表面１１２を通ってイオンを注入するステップを含む。イオンは、例えば、上述のようなイオン注入装置２００を用いて注入することができる。イオンは、６族元素、１３族元素、又は半金属元素のものである。ロータ部品１０２は、例えば、圧縮機ロータホイール２８もしくはタービンロータホイール４２のようなロータホイール、圧縮機スペーサホイールもしくはタービンスペーサホイール４６のようなスペーサホイール、或いは、圧縮機距離ホイール５０もしくはタービン距離ホイール５２のような距離ホイールとすることができる。
【００３２】
本明細書で説明されるイオンの注入は、ロータ部品１０２に対して様々な利点をもたらすことができる。例えば、上述のように、フレッティング摩耗及び／又は疲労を低減することができ、従って、ロータ部品１０２の耐用年数を延ばすことができる。更に、上述のようなイオン注入を用いることにより、ロータ部品１０２の寸法が適切な技術的公差の外に変更させる可能性がある、ロータ部品１０２の熱処理又は他の変更の必要性が排除される。更にまた、このイオン注入を用いることにより、注入後のロータ部品の後処理の必要性が排除される。加えて、ロータ部品１０２の種々の特性に好ましくない影響を及ぼす可能性がある有害な化学反応のリスクが排除される。また、一部の実施形態では、本開示によるイオン注入の利用は、改質ロータ部品１００のピーニング層のような外側層における有意な応力に関係なく、ピーニング層上のような、改質ロータ部品１００上に高温低サイクル疲労層の生成を可能にすることができる。これは、高温低サイクル疲労亀裂発生に対する追加の保護層を付加し、ピーニング層がより大きな深さでこの保護層を提供することになる。更に、このような層の生成は、関連の高温拡散熱処理を伴う粉体充填技法のような、他の公知の従来技術を用いたときには実施可能ではない。
【００３３】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３４】
１０  タービンシステム
１２  タービン中心線
１４  圧縮機セクション
１６  燃焼セクション
１８  タービンセクション
２０  移行部品
２２  軸流圧縮機
２４  ロータブレード
２６  ステータベーン
２８  圧縮機ロータホイール
３０  固定圧縮機ケーシング
３２  圧縮機ロータ組立体
３４  燃焼器
３６  タービンノズル
３８  タービンバケット
４０  固定タービンケーシング
４２  タービンロータホイール
４４  タービンロータ組立体
４６  スペーサホイール
５０、５２  距離ホイール
５４  結合継手
５６  雄ラベットフランジ
５８  雌ラベットフランジ
【図１】
2014009688.tif 000003
【図２】
2014009688.tif 000004
【図３】
2014009688.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014009688.tif 000007
【図６】
2014009688.tif 000008
【外国語明細書】
2014009688000001.pdf