(57)【要約】【課題】内部通路を有するタービンブレードおよびベーンのようなワークピースの内部表面を被覆するための改良されたプロセスと、このプロセスに使用されるマニホールドが提供される。【解決手段】ワークピース１４内のさまざまな大きさの通路１２を被覆するためのプロセスに使用するためのマニホールド３６が提供される。マニホールド３６は、内部チャンバー４０と、被覆ガスの流れを受け入れるための入口３８と、内部チャンバー４０内にあり、第一の断面寸法を有する第一の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第一の流れと、第一の断面寸法より小さな第二の断面寸法を有する第二の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第二の流れとに、被覆ガスの流れを分離する流れダイバータ４２とを有する。【選択図】図１
2006265733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース内のさまざまな大きさの通路を被覆するためのプロセスに使用するためのマニホールドであって、
内部チャンバーと、
被覆ガスの流れを受け入れるための入口と、
内部チャンバー内にあり、第一の断面寸法を有する第一の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第一の流れと、第一の断面寸法より小さな第二の断面寸法を有する第二の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第二の流れとに、被覆ガスの流れを分離する手段と、
を備えることを特徴とするマニホールド。
【請求項２】
前記流れ分離は、流れダイバータを備えることを特徴とする請求項１記載のマニホールド。
【請求項３】
前記流れダイバータは、前記チャンバー内で固定されていることを特徴とする請求項２記載のマニホールド。
【請求項４】
前記流れダイバータは、前記チャンバー内で可動であることを特徴とする請求項２記載のマニホールド。
【請求項５】
前記流れダイバータは、前記入口内に延在する第一の部分と、この第一の部分に対して角度が付けられている第二の部分とを有し、前記マニホールドは、出口を有しており、前記第二の部分は、前記第一の部分からこの出口のごく近傍の点まで延在することを特徴とする請求項２記載のマニホールド。
【請求項６】
ワークピースの内部通路を被覆するためのシステムであって、
被覆ガスの供給源と、
この被覆ガスの供給源および前記ワークピースに接続されたマニホールドと、
を備えており、前記マニホールドは、内部チャンバーと、被覆ガスの流れを受け入れるための入口と、内部チャンバー内にあり、第一の断面寸法を有する第一の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第一の流れと、第一の断面寸法より小さな第二の断面寸法を有する第二の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第二の流れとに、被覆ガスの流れを分離する手段とを備えることを特徴とするシステム。
【請求項７】
前記被覆ガスの供給源は、ハロゲン化アルミニウムガスの供給源を含むことを特徴とする請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記被覆ガスの供給源は、ＡｌＦ3の供給源を含むことを特徴とする請求項６記載のシステム。
【請求項９】
前記流れ分離は、流れダイバータを備えることを特徴とする請求項６記載のシステム。
【請求項１０】
前記流れダイバータは、前記チャンバー内で固定されていることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記流れダイバータは、前記チャンバー内で可動であることを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１２】
前記流れダイバータは、前記入口内に延在する第一の部分と、この第一の部分に対して角度が付けられている第二の部分とを有し、前記マニホールドは、出口を有しており、前記第二の部分は、前記第一の部分からこの出口のごく近傍の点まで延在することを特徴とする請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
タービンエンジン部品の内部通路を被覆するためのプロセスであって、
被覆ガスの供給源を用意し、
この被覆ガスの供給源および前記ワークピースに接続されたマニホールドを用意し、
第一の断面寸法を有する第一の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第一の流れと、第一の断面寸法より小さな第二の断面寸法を有する第二の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第二の流れとに、マニホールド内の被覆ガスの流れを分離する、
各ステップを含むことを特徴とするプロセス。
【請求項１４】
前記第一の流れを、前記第一の内部通路の組を形成する複数の通路のそれぞれの開口部に供給し、前記第二の流れを、前記第二の内部通路の組を形成する少なくとも一つの内部通路の開口部に供給することをさらに含むことを特徴とする請求項１３記載のプロセス。
【請求項１５】
前記の第二の流れを供給するステップは、前記第二の流れを、前記第二の内部通路の組を形成する複数の内部通路に供給することを含むことを特徴とする請求項１４記載のプロセス。
【請求項１６】
前記の被覆ガスの供給源を用意するステップは、ハロゲン化アルミニウムガスの供給源を用意することを含むことを特徴とする請求項１３記載のプロセス。
【請求項１７】
前記の被覆ガスの供給源を用意するステップは、ＡｌＦ3の供給源を用意することを含むことを特徴とする請求項１３記載のプロセス。
【請求項１８】
前記の分離ステップは、被覆ガスの前記流入する流れを前記第一の流れと前記第二の流れとに分離するように前記マニホールド内に流れダイバータを配置することを含むことを特徴とする請求項１３記載のプロセス。
【請求項１９】
前記の配置するステップは、前記マニホールド内で前記流れダイバータを移動させることを含むことを特徴とする請求項１８記載のプロセス。
【請求項２０】
ワークピースの内部通路を被覆するためのシステムであって、
被覆ガスの少なくとも一つの供給源と、
前記被覆ガスの少なくとも一つの供給源に接続され、被覆ガスの第一の流れを前記内部通路の第一の組に供給する第一のマニホールド手段と、
前記被覆ガスの少なくとも一つの供給源に接続され、被覆ガスの第二の流れを前記内部通路の第二の組に供給する第二のマニホールド手段と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２１】
前記第一のマニホールド手段は、前記被覆ガスの第一の供給源に接続され、前記第二のマニホールド手段は、前記被覆ガスの第二の供給源に接続されることを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
前記第一のマニホールド手段は、第一のマニホールドを備え、前記第二のマニホールド手段は、前記第一のマニホールドから分離された第二のマニホールドを備えることを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２３】
前記第一のマニホールド手段は、チャンバーの第一ののセクションを含み、前記第二のマニホールド手段は、前記第一のセクションから分離された前記チャンバーの第二のセクションを含むことを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２４】
前記第一のセクションと第二のセクションとは、流れダイバータにより分離されることを特徴とする請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記少なくとも一つの供給源は、ハロゲン化アルミニウムガスの供給源を含むことを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部通路を有するタービンブレードおよびベーンのようなワークピースの内部表面を被覆するための改良されたプロセスと、このプロセスに使用されるマニホールドとに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニド被覆は、ガスタービンエンジンに使用されるニッケルおよびコバルト基超合金物品に酸化および腐食による劣化に対する保護を提供する。一般に、アルミニド被覆は、被覆する物品の存在下、アルミニウム供給源、活性剤、および不活性緩衝剤または希釈剤を含有する粉末混合物を加熱することにより形成される。物品は、粉末混合物と接触しない関係で配置することができ、そのため、このプロセスは、気相プロセスと呼ばれる。
【０００３】
タービンブレードおよびベーンの内部表面を保護するためこれらの内部表面を被覆するときは、必要な厚みおよび組成のＮｉＡｌ拡散被覆を作成するために十分な量のアルミニド被覆ガスをこれらの表面と接触させて通過させる必要がある。内部表面を効果的かつ均一に被覆する被覆プロセスの能力は、内部通路を通るハロゲン化アルミニウムキャリヤーガスの分布および流れの直接の関数である。内部被覆適用範囲をより困難にする要因は、（１）複雑な蛇行した通路、（２）長い距離および／または高いアスペクト比（長さ対幅／断面）の通路、（３）非常に狭い通路、および（４）さまざまな大きさの通路開口部の列、などである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなプロセスの一つは、ＡｌＦ3などのハロゲン化アルミニウムガスを、加圧下、ワークピースの根元にある開口部を通して流し、このガスを全ての内部通路に通すことを含む。ワークピースの設計に応じて、流れをさまざまな内部通路内へ通すための複数の開口部がワークピースの基部に通常は存在する。ガスは、全ての流れを内部キャビティに導きかつ外部への漏れを防止するためにブレードの基部にシールされたマニホールドを通してブレード内へ導入される。長く狭い通路または非常に曲がりくねった長く蛇行した通路を被覆するハロゲン化アルミニウムガスの能力は、通路の全長に十分なガス流をもたらすマニホールド設計の能力に直接関係する。現在、ブレード根元の基部にある開口部のそれぞれに流入する流量を制御するマニホールド設計は与えられていない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明の目的は、所定の位置に対して被覆ガスの流れを選択的に高くするマニホールドを提供することである。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、ワークピースの内部通路を被覆するための改良されたプロセスを提要することである。
【０００７】
上述の目的は、本発明のマニホールドおよびプロセスによって達成される。
【０００８】
本発明によれば、ワークピース内のさまざまな大きさの通路を被覆するためのプロセスに使用するためのマニホールドが提供される。このマニホールドは概略、内部チャンバーと、被覆ガスの流れを受け入れるための入口と、内部チャンバー内にあり、第一の断面寸法を有する第一の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第一の流れと、第一の断面寸法より小さな第二の断面寸法を有する第二の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第二の流れとに、被覆ガスの流れを分離する手段とを備える。
【０００９】
さらに本発明によれば、ワークピース内の内部通路を被覆するためのプロセスが提供される。このプロセスは概略、被覆ガスの供給源を用意し、被覆ガスの供給源およびワークピースに接続されたマニホールドを用意し、第一の断面寸法を有する第一の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第一の流れと、第一の断面寸法より小さな第二の断面寸法を有する第二の内部通路の組の表面の全長を被覆するのに十分な第二の流れとに、マニホールド内の被覆ガスの流れを分離する、各ステップを含む。
【００１０】
本発明の蒸気アルミニド被覆ガスマニホールドの他の詳細、およびそれに付随する他の目的および手段は、以下の詳細な説明中に、および同様の参照符号が同様の部材を図示している添付の図面中に述べられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
ここで図１を参照すると、タービンエンジンに使用されるブレードまたはベーンなどのワークピース１４の内部通路１２を被覆するためのシステム１０が示される。ワークピース１４は、根元部１６と、プラットホーム１８と、エーロフォイル部２０とを有することができる。複数の内部通路１２は、ワークピースの基部２４にある開口部２２からエーロフォイル部２０の翼端２８にある出口冷却孔２６へ延在することができる。通路１２は、直線通路として示されているとはいえ、通路１２が蛇行したものまたはその他の非直線形のものとすることができることは理解されるはずである。通路１２の直径などの断面寸法はしばしば、エーロフォイル部２０の幅に亘って変化する。例えば、エーロフォイル部２０の前縁３０に隣接する通路１２は、相対的に大きな断面寸法を有することができ、一方、エーロフォイル部２０の後縁３２に隣接する通路１２は、相対的に小さな断面寸法を有することができる。その結果、前縁３０に隣接する冷却孔２６は、後縁３２に隣接する冷却孔２６の断面寸法より大きな断面寸法を有することができる。
【００１２】
システム１０は、ＡｌＦ3ガスなどのアルミニド被覆ガスの供給源３４を含む。このガスは、被覆プロセス温度におけるアルミニウムに富む供給源金属（すなわち、ＣｒＡｌ、Ｃｏ2Ａｌ5、ＮｉＡｌ、純Ａｌ、その他）とのハロゲン化物活性剤（すなわち、ＡｌＦ3、ＮＨ4Ｆ．ＨＦ、ＮＨ3Ｃｌ、ＡｌＣｌ3、その他）の反応によって離れた位置で生成され、Ａｒキャリヤーガスによってマニホールドの入口に供給されることができる。通常のアルミニド被覆プロセスは、１７００〜２１００°Ｆの範囲の温度において約２から８時間である。内部被覆のためのガス流は、１．０から１５．０ｃｆｈ毎部（ｃｆｈ  ｐｅｒ  ｐａｒｔ）の範囲であり、より長いかまたはより複雑な通路に対しては、より高い圧力が使用される。
【００１３】
システム１０はさらに、供給源３４からアルミニド被覆ガスを受け入れるための入口３８を有する流れマニホールド３６を含む。入口３８は、当業技術内で知られる任意の適切な手段を用いて供給源３４と連通できる。マニホールド３６は、当業技術内で知られる任意の適切な手段によってワークピース１２の基部２４に取り付けることができる。好ましくは、マニホールド３６は、マニホールド３６と基部２４との間のガス漏れを防止する仕方で基部２４に取り付ける。
【００１４】
図１から理解できるように、マニホールド３６は、内部チャンバー４０を第一のセクション４４と、第二のセクション４６とに分離する流れダイバータ（ｆｌｏｗ  ｄｉｖｅｒｔｅｒ）または分流器４２を備える内部チャンバー４０を有する。より小さな断面寸法の通路が所望の厚みおよび所望の均一性で被覆されるのを確実にするために、流れダイバータ４２は、流入被覆ガスの制御された部分が、より小さな断面寸法の一つまたは複数の通路の開口部２２内へ流入するように、設定される。分流（ｄｉｖｅｒｔ）され得る流れの実際の割合は、通路の大きさおよび構成の関数である。
【００１５】
図１から理解できるように、流れダイバータ４２は、好ましくはマニホールド３６の入口３８内に前縁５０を有する第一の部分４８を有する。流れダイバータ４２はまた、第一の部分４８に対して角度の付けられた第二の部分５２を有する。第二の部分５２は、マニホールド３６の出口の非常に近くにあるかまたは隣接した点まで延在する。流れダイバータ４２は、セクション４４と４６との間の被覆ガスのどのような流れも妨げる。
【００１６】
流れダイバータ４２は、固定式、または被覆ガスの流れを必要に応じて配分できるように可動式とすることができる。例えば、流れダイバータの部分４８は、必要に応じてガス流を配分するように入口３８内で横方向に可動とすることができる。代替として、第二の部分５２は、セクション４４と４６の相対的な大きさを変化させて、それによって、最後尾の一つの通路または複数の通路１２への被覆ガス流の量を変化させるように、第一の部分４８に対して可動とすることができる。
【００１７】
流れダイバータ４２を設けることで、より大きな流量の被覆ガスを、被覆の困難な通路へと導くことができ、一方、依然として十分な流量を開口部２２の残りに提供して、全ての内部表面５４に許容可能な被覆を形成することができる。
【００１８】
表１および表２に示す被覆の試行結果が、本発明のマニホールド設計の利点を示している。この試行では、内部通路を有するタービンブレードが、被覆した内部通路を有した。使用したタービンブレードは、前縁に隣接する第１の通路と、０．１３２インチの直径を有する冷却孔とを有しており、第２から第１１の通路と、０．１１８インチの直径を有する冷却孔と、そして、後縁に隣接する第１２の通路と、０．０６９インチの直径を有する冷却孔とを有していた。各出口冷却孔は、マニホールドより約１０インチ上に位置していた。表１に示す試行結果は、マニホールドが本発明による流れダイバータを有していなかったシステムに対するものである。表２に示す試行結果は、マニホールドが本発明による流れダイバータを有したシステムに対するものである。このデータから理解できるように、孔１２は、ダイバータなしでは外側末端において被覆されなかった。
【００１９】
【表１】
2006265733.tif 000003
【００２０】
【表２】
2006265733.tif 000004
【００２１】
ここで図２を参照すると、ワークピース１４内の内部通路を被覆するためのシステム１０’の第二の実施態様が示される。上述したように、タービンエンジンに使用されるブレードまたはベーンなどのワークピース１４は、根元部１６と、プラットホーム１８と、エーロフォイル部２０とを有することができる。ワークピース１４は、一つまたは複数の前縁通路６０と、一つまたは複数の中間本体通路６２と、一つまたは複数の後縁通路６４とを有することができる。上述したように、アルミニド被覆ガスなどの被覆ガスの供給源６６が存在する。
【００２２】
図２から理解できるように、システム１０’は、第一の流れマニホールド６８と、第二の流れマニホールド７０とを有する。第一の流れマニホールド６８は、通路６０および６２のそれぞれの入口へ第一の流入被覆ガス流を提供する。第二の流れマニホールド７０は、一つまたは複数の通路６４に第二の流入被覆ガス流を提供する。弁などといった適切な手段を、マニホールド６８および７０のそれぞれを通って流れるガス量を制御するのに提供できる。この方法によって、各マニホールド６８および７０は異なる流量で流れることができる。
【００２３】
図２においては単一の被覆ガス供給源６６を示したが、二つ以上の被覆ガス供給源を使用できる。例えば、マニホールド６８および７０のそれぞれは、別々の被覆ガス供給源と連通するそれぞれの入口７２を有することができる。
【００２４】
所望ならば、マニホールド６８および７０のうちの一つまたは複数に、上述したような流れダイバータ４２を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明によるマニホールドを用いるワークピースの内部通路を被覆するためのシステムの第一の実施態様の概略図である。
【図２】複数のマニホールドを用いるワークピースの内部通路を被覆するためのシステムの第二の実施態様の概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０、１０’…システム
１２…内部通路
１４…ワークピース
１６…根元部
１８…プラットホーム
２０…エーロフォイル部
２２…開口部
２４…基部
２６…出口冷却孔
２８…翼端
３０…前縁
３２…後縁
３４、６６…アルミニド被覆ガス供給源
３６…流れマニホールド
３８…入口
４０…内部チャンバー
４２…流れダイバータ
４４…第一のセクション
４６…第二のセクション
４８…第一の部分
５０…前縁
５２…第二の部分
５４…内部表面
６０…前縁通路
６２…中間本体通路
６４…後縁通路
６８…第一の流れマニホールド
７０…第二の流れマニホールド
７２…入口
【図１】
2006265733.tif 000005
【図２】
2006265733.tif 000006