(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンエンジン構成部品を製作する方法及び装置を提供する。【解決手段】  本方法は、構成部品の端縁１３６に近接させて、該構成部品との間にギャップ２１０が形成されるように非消耗シールド２０６を配置して、シールドとギャップとが端縁に近接して流体流れ絞りを形成するようにする段階と、構成部品に皮膜２０４が施工されるように、電解浴を通して陽極２０２から構成部品に電流を誘導する段階とを含む。構成部品の端縁１３６上のメッキ皮膜の厚さ２２０が構成部品の表面１２６、１２８全体にわたるメッキ皮膜の厚さと実質的に等しくなるように、前記構成部品に電気メッキする段階をさらに含む。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン構成部品（１１８）を製作する方法であって、
前記構成部品の端縁に近接させて、該構成部品との間にギャップ（２１０）が形成されるように非消耗シールド（２０６）を配置して、前記シールドとギャップとが前記端縁に近接して流体流れ絞りを形成するようにする段階と、
前記構成部品に皮膜（２０４）が施工されるように、電解浴を通して陽極（２０２）から前記構成部品に電流を誘導する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記構成部品の端縁（１３６）上のメッキ皮膜の厚さ（２２０）が該構成部品の表面（１２６、１２８）全体にわたるメッキ皮膜の厚さと実質的に等しくなるように、前記構成部品に電気メッキする段階をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
陽極から前記構成部品に電流を誘導する前記段階が、電気回路における陰極として前記構成部品を接続する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記構成部品の端縁に近接させて非消耗シールドを配置する前記段階が、発生する電場の少なくとも一部分を前記端縁から離れる方向に移動させるように前記端縁に近接させて非導電性シールドを配置する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記構成部品の端縁に近接させて非消耗シールドを配置する前記段階が、前記端縁上に被着した皮膜が前記構成部品上に被着した皮膜に対して実質的に均一になるように電場を前記端縁から離れる方向に移動させるのを可能にするように、前記シールドの寸法を選択する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記構成部品の端縁に近接させて非消耗シールドを配置する前記段階が、前記構成部品の端縁に近接させて非導電性シールドを配置する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記構成部品の端縁に近接させて非消耗シールドを配置する前記段階が、前記ギャップの幅が約０．２５４ｍｍ〜約１．２７ｍｍに等しくなるように前記構成部品の端縁に近接させて前記シールドを配置する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記構成部品の端縁に近接させて非消耗シールドを配置する前記段階が、前記ギャップの幅が約０．７６２ｍｍに等しくなるように前記構成部品の端縁に近接させて前記シールドを配置する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記構成部品の端縁に近接させて非消耗シールドを配置する前記段階が、前記シールドが前記端縁の輪郭とほぼ一致する輪郭を有するように前記端縁に近接させて該シールドを配置する段階を含む、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはタービンエンジンに関し、より具体的にはタービンエンジン構成部品で使用する環境皮膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも一部の公知のガスタービンエンジンは、前方ファン、コアエンジン及び出力タービンを含む。コアエンジンは、加圧空気を燃焼器に供給する少なくとも１つの圧縮機を含み、該燃焼器において、空気は燃料と混合されかつ点火されて高温燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、１つ又はそれ以上のタービンに向かって下流方向に流れ、タービンは、燃焼ガスからエネルギーを取り出して圧縮機を駆動しかつ航空機に動力を供給するなどの有用な仕事を行う。タービンセクションは、燃焼器の出口に配置されてその下流に設置されたタービンロータ内に燃焼ガスを流すようになった固定タービンノズルを含むことができる。
【０００３】
タービンノズルは、複数の円周方向に間隔をおいて配置したベーンを含むことができる。ベーンには燃焼器から流出した高温燃焼ガスが衝突し、該ベーンは、環境からベーンを保護しかつ摩耗を減少させるのを可能にするために少なくとも部分的に被覆される。具体的には、少なくともこのエンジンにおいては、ベーンを含むタービン構成部品に対してプラチナアルミナイド皮膜を施工して、構成部品を環境的に保護するのを可能にしている。プラチナアルミナイド皮膜の施工は一般的に、電気メッキ法、拡散熱処理法及びアルミナイディング法を含むことができる三段階プロセスになっている。電気メッキ時に、被覆される構成部品の表面上にプラチナがメッキされる。実質的に均一な厚さの電気メッキ皮膜が構成部品の全表面にわたって施工されるようになる。しかしながら、被覆される構成部品と被覆に使用する陽極との間の電流の流れによって発生する磁場は、構成部品の全体にわたって不均一に分布することになり、より具体的には、このような磁束線は、部品上の角張った端縁、例えばノズルベーンの後縁の近傍でより密度が高くなる。その結果、ベーンの翼形部の凸面形及び凹面形表面に比較してこのような端縁には、メッキのより厚い皮膜が施工されることになる。時間の経過と共に、不均一な皮膜の分布により、割れ発生が生じる可能性がある。後縁に近接した電気メッキ厚さを制御する少なくとも１つの公知の方法では、使い捨て金属製「ラバー（ｒｏｂｂｅｒ）」を後縁に近接させて配置して皮膜施工時に端縁から電流を奪い取ることを必要とする。しかしながら、このような方法では、ラバーの有効性が時間の経過と共に低下し、ラバーをしばしば交換することが必要になる。
【特許文献１】特開２００１−２４０９９６号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの実施形態では、ガスタービンエンジン構成部品を製作する方法を提供する。本方法は、構成部品の端縁に近接させて、該構成部品との間にギャップが形成されるように非消耗シールドを配置して、シールドとギャップとが端縁に近接して流体流れ絞りを形成するようにする段階と、構成部品に皮膜が施工されるように、電解浴を通して陽極から構成部品に電流を誘導する段階とを含む。
【０００５】
別の実施形態では、電気メッキ装置を提供する。本電気メッキ装置は、電解液を含む電気メッキ浴と、電源と、電源に接続された陽極と、電源に接続され、電解液内に沈められかつ端縁によって境界付けられたメッキ表面を含む構成部品と、非消耗シールドとを含み、非消耗シールドは、構成部品端縁に近接して配置されて端縁と該シールドとの間にギャップが形成されるようになっており、またシールドとギャップとが、端縁に近接して流体流れ絞りを形成する。
【０００６】
さらに別の実施形態では、電気メッキ装置を提供する。本電気メッキ装置は、プラチナを含む電解液を含む電気メッキ浴と、電源と、電源に接続された陽極と、電源に接続され、電解液内に沈められかつメッキ表面及び端縁を含む、電気メッキされる構成部品と、非消耗シールドとを含み、非消耗シールドは、端縁に近接して配置されて端縁と該シールドとの間にギャップが形成されるようになっており、またシールドとギャップとが、端縁に近接して流体流れ絞りを形成する。シールドは、電場を端縁から離れる方向に移動させるように構成されて、端縁上に被着する電気メッキの量を減少させるのを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書で使用する場合、「構成部品」という用語は、ガスタービンエンジンと結合するように構成され、金属フィルム皮膜で被覆することができるあらゆる構成部品、例えば高圧タービンノズルベーンを含むことができる。高圧タービンノズルベーンは、単に例示的なものとして指定したものであり、従って、「構成部品」という用語の定義及び／又は意味を決して限定しようとするものではない。さらに、本明細書では、本発明をガスタービンエンジンに関連して、より具体的にはガスタービンエンジン用の高圧タービンノズルベーンでの使用について説明しているが、本発明は、他のガスタービンエンジン固定構成部品及び回転構成部品に適用できることを理解されたい。従って、本発明の実施は、ガスタービンエンジン用の高圧タービンノズルベーンに限定されるものではない。さらに、本明細書では、本発明を電解浴法に関連して説明しているが、本発明は、あらゆる電気メッキ法、例えばブラシ電気メッキにも適用することができることを理解されたい。従って、本発明の実施は、電解浴を使用する電気メッキ法に限定されるものではない。
【０００８】
図１は、例示的な高バイパス比ターボファン式エンジン１０の縦断面図である。エンジン１０は、長手方向中心軸線１２の周りでの直列軸方向流れ連通状態で、ファン１４、ブースタ１６、高圧圧縮機１８、燃焼器２０、高圧タービン２２及び低圧タービン２４を含む。高圧タービン２２は、第１のロータシャフト２６によって高圧圧縮機１８に駆動的に結合され、また低圧タービン２４は、第２のロータシャフト２８によってブースタ１６及びファン１４に駆動的に結合される。
【０００９】
エンジン１０の作動時には、周囲空気が、ファン１４、ブースタ１６及び圧縮機１８を通って流れ、加圧空気ストリームが燃焼器２０に流入し、燃焼器２０において加圧空気ストリームは、燃料と混合されかつ燃焼されて高温燃焼ガスの高エネルギー・ストリームを形成する。高エネルギーガス・ストリームは、高圧タービン２２を通って流れて第１のロータシャフト２６を駆動する。このガス・ストリームは、低圧タービン２４を通って流れて第２のロータシャフト２８、ファン１４及びブースタ１６を駆動する。使用済み燃焼ガスは、排気ダクト（図示せず）を通してエンジン１０から流出する。
【００１０】
この説明は、ターボファン式航空機エンジンに関して行っているが、本発明の実施形態は、船舶及び産業用途向けに使用するガスタービンエンジン動力装置のようなあらゆるガスタービンエンジン動力装置に適用することができることに注目されたい。図１に示すエンジンの説明は、それに対して本発明の幾つかの実施形態が適用可能なエンジン形式を単に例示するものにすぎない。
【００１１】
図２は、ガスタービンエンジン１０（図１に示す）で使用することができる例示的な第一段高圧タービンノズルセグメント１１４の斜視図である。高圧タービンノズルセグメント１１４は、第一段タービンロータブレード（図示せず）の列が、高圧タービンノズルセグメント１１４の下流に配置されるように、軸方向に燃焼器２０と高圧タービン２２との間に配置することができる。複数の高圧タービンノズル１１４は、軸線１２の周りで円周方向に間隔をおいて配置されて高圧タービンノズル（図示せず）を形成することができる。高圧タービンノズルセグメント１１４は、半径方向両端部においてそれぞれの半径方向内側バンド１２０及びそれぞれの半径方向外側バンド１２２に結合された少なくとも１つのノズルベーン１１８を含む。高圧タービンノズルセグメント１１４は、一般的にセグメント１１４当たり２つ又はそれ以上のベーン１１８を有するアーチ形セグメントの形態で形成される。
【００１２】
ベーン１１８は、作動時には冷却空気１２４の流れを使用して高温燃焼ガスの流れに抗して冷却することができ、該冷却空気は、例えば圧縮機１８の吐出口から外側バンド１２２を介して個々のベーン１１８に流すことができる。
【００１３】
各ベーン１１８は、ほぼ凹面形の正圧側壁１２６と、円周方向に対向するほぼ凸面形の負圧側壁１２８とを含む。側壁１２６及び１２８は、根元１３０が内側バンド１２０に結合しかつ先端１３２が外側バンド１２２に結合した状態で、ノズルの半径方向軸線に沿ってバンド１２０及び１２２間でスパンにわたって長手方向に延びることができる。側壁１２６及び１２８は、前縁１３４と対向する後縁１３６との間で翼弦方向すなわち軸方向に延びる。
【００１４】
図３は、ベーン１１８（図２に示す）に電気メッキ皮膜を施工するための例示的な電気メッキ法２００の斜視図である。この例示的な実施形態では、ベーン１１８は、グリッド２０２に対して所定の負電圧に印加することができ、例えばプラチナのような金属イオンを含有する電解液が例えば側壁１２６のようなベーン１１８の表面を覆ったときに、電解液内の金属イオンが、選択的に側壁１２６に対して引きつけられかつ側壁１２６に結合されて電気メッキ皮膜２０４を形成することができるようになる。この例示的な実施形態では、不導電性かつ非消耗シールド２０６が、該シールド２０６の長手方向軸線２０８が後縁１３６とほぼ平行になりかつ所定の間隔２１２を有するギャップ２１０によって分離されるように、後縁１３６に近接して配置される。この例示的な実施形態では、間隔２１２は、約３０ミルである。別の実施形態では、間隔２１２は、３０ミルよりも大きいか又はそれよりも小さい間隔である。この例示的な実施形態では、シールド２０６は、例えばプラスチックのような非導電性材料で作られかつ後縁１３６におけるベーン１１８の厚さ２２０よりもかなり大きい、例えば３／４インチの外径２１８を有する。後縁１３６の厚さに対して相対的により大きいシールド２０６の直径は、後縁１３６の幾何学形状を実質的に鈍端化しかつ後縁１３６を通る電流の少なくとも一部分を遮断するのを可能にする。さらに、後縁１３６に対する間隔２１２の近接した間隙により、後縁１３６の近傍での電解液の流れを減少させることが可能になる。シールド２０６は、ギャップ間隔２１２を維持しながら不規則な形状の又は湾曲した端縁の輪郭に追従するように形成することができる。その上、シールド２０６は不規則な断面を含むことができ、例えばシールド２０６は、中空又は中実とすることができ、また端縁１３６と整列するように構成されて流れ絞りギャップ間隔２１２及び／又はギャップ間隔２１２の近傍における電場の電気的特性を最適化するようになったグルーブ又はスロットを含むことができる。
【００１５】
図４は、電気メッキ法２００（図３に示す）で使用することができる高圧タービンノズルベーン１１８の断面図である。ベーン１１８は、各々が前縁１３４と後縁１３６との間で軸方向に延びた凹面形正圧側壁１２６及び凸面形負圧側壁１２８を含む。複数の厚さ試験位置が、ベーン１１８の周辺部の周りの所定位置に定位され、符号４０１〜４１０と表示されている。
【００１６】
図５は、複数の試験位置４０１〜４１０（図４に示す）の各々で読み取った電気メッキ皮膜厚さ測定値のグラフ５００である。グラフ５００は、その構成単位が各それぞれの試験位置４０１〜４１０（図４に示す）と相関したｘ軸を含む。例えば、電気メッキ皮膜厚さ測定値４０１は、前縁１３４に近接した位置で読み取られ、電気メッキ皮膜厚さ測定値４０６は、後縁１３６に近接した位置で読み取られ、また電気メッキ皮膜厚さ測定値４０４及び４０９は、それぞれ凹面形側面１２８及び凸面形側面１２６に近接した位置で読み取られる。ｙ軸５０４は、ミルの単位で目盛りを付けられ、それぞれの位置４０１〜４１０に対応するメッキ皮膜の厚さを示すことができる。
【００１７】
この例示的な実施形態では、線５０６は、ノズルベーン１１８を金属フィルム皮膜で被覆するための例示的な電気メッキ法に対応するグラフ５００上の点を結んでいる。線５０６は、シールド２０６を利用して端縁１３６に近接させて流れ絞りギャップ間隔２１２を形成していない電気メッキ法を使用した場合に読み取った測定値を示す。線５０６は、位置４０６において、位置４０１〜４０５及び位置４０７〜４１０における金属フィルム皮膜厚さよりもおよそ１００％厚い金属フィルム皮膜厚さを示す。
【００１８】
線５０８は、シールド２０６を利用して端縁１３６に近接させて流れ絞りギャップ間隔２１２を形成しかつ端縁１３６に近接する電場を移動させるようにした電気メッキ法を使用した後に位置４０１〜４１０で読み取った測定値を示す。シールド２０６は、位置４０１〜４１０において均一な金属フィルム皮膜厚さにメッキするのを可能にする。
【００１９】
線５０６は、位置４０６において、位置４０１〜４０５及び位置４０７〜４１０における金属フィルム皮膜厚さよりもおよそ２５％しか厚くない金属フィルム皮膜厚さを示す。シールド２０６を使用することで、ベーン１１８の周辺部の周りにより均一な金属フィルム皮膜厚さが形成される。
【００２０】
厚さ比は、翼形部の周辺部の周りの位置からの最大厚さ（ｔｍａｘ）と最小厚さ（ｔｍｉｎ）との比率、
厚さ比＝ｔＭＡＸ／ｔＭＩＮ
として定義することができる。
【００２１】
線５０８は、上の計算式を使用して約１．９４の厚さ比を示し、一方、線５０６は、約３．０３の厚さ比を示し、このことは、ベーン１１８の周辺部の周りで金属フィルム皮膜厚さの均一性が４０％向上したことを表す。
【００２２】
上記の方法及び装置は、高圧タービン第１段ノズルなどのガスタービンエンジン構成部品上にほぼ均一な金属フィルム皮膜厚さを形成するのに費用効果がありかつ高い信頼性がある。具体的には、被覆されるノズルベーンの端縁に近接させて配置したシールドは、電解液流れ絞りギャップを形成しかつ端縁に近接する電場の一部分を移動させる。端縁に近接する電解液流れを絞ることにより、電解液をギャップ内で減少させることが可能になり、端縁をメッキするために使用される金属イオン濃度が低下する。端縁に近接する電場の一部分を移動させることにより、電気メッキ推進力を低下させ、従って端縁上へのメッキの量を減少させることが可能になる。本方法及び装置は、費用効果がありかつ信頼性がある方法で、機械、特にガスタービンエンジンを製作することを可能にする。
【００２３】
以上、電気メッキ方法及び装置構成要素の例示的な実施形態を詳細に説明している。構成要素は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、各装置の構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。各電気メッキ方法及び装置構成要素はさらに、別の電気メッキ方法及び装置構成要素と組み合わせて使用することもできる。
【００２４】
本発明を様々な特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明が、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の改良で実施することができることは当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】例示的な高バイパス比ターボファン式エンジンの縦断面図。
【図２】ガスタービンエンジン（図１に示す）で使用することができる例示的な第一段高圧タービンノズルセグメントの斜視図。
【図３】図２に示すベーンに対して電気メッキ皮膜を施工するための例示的な電気メッキ法の斜視図。
【図４】図３に示す電気メッキ法で使用することができる高圧タービンノズルベーン１１８の断面図。
【図５】図４に示す複数の試験位置の各々において読み取った電気メッキ皮膜厚さ測定値のグラフ。
【符号の説明】
【００２６】
１１８  ノズルベーン
１２６  正圧側壁
１３０  根元
１３２  先端
１３４  前縁
１３６  後縁
２００  電気メッキ法
２０２  グリッド
２０４  電気メッキ皮膜
２０６  非消耗シールド
２１０  ギャップ
２１２  間隔
２１８  シールドの外径
２２０  ベーンの後縁厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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