(57)【要約】【課題】バリ及び／又は非対称縁部を生じない電解切断システム及び方法を提供する。【解決手段】  システムの電解切断工具（８０）は、加工物（８２）の第１の側部から離れた第１のギャップ（９９）に位置する第１のカソード（８４）と、加工物（８２）の第２の側部から離れた第２のギャップ（１０１）に位置し、第１のカソード（８４）と反対側に位置する第２のカソード（８６）とを備える。電解切断工具（８０）は、第１のカソード（８４）と加工物（８２）との間の第１のギャップ（９９）を通って第１の電解質を流す第１の電解質通路（２２６）と、第２のカソード（８６）と加工物（８２）との間の第２のギャップ（１０１）を通って第２の電解質を流す第２の電解質通路（２２６）と、第１のギャップ（９９）及び第２のギャップ（１０１）に通電して第１及び第２の側部の両側から加工物（８２）を通して電解溶解させる電源（１４４）とを備える。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解切断工具（８０）を備えるシステムであって、上記電解切断工具（８０）が、
加工物（８２）の第１の側部から離れた第１のギャップ（９９）に位置するように構成される第１のカソード（８４）と、
前記加工物（８２）の第２の側部から離れた第２のギャップ（１０１）に位置するように構成され、第１のカソード（８４）と互いに反対側に位置する第２のカソード（８６）と、
第１のカソード（８４）と前記加工物（８２）との間の第１のギャップ（９９）を通って第１の電解質を流すように構成された第１の電解質通路（２２６）と、
第２のカソード（８６）と前記加工物（８２）との間の第２のギャップ（１０１）を通って第２の電解質を流すように構成された第２の電解質通路（２２６）と、
第１のギャップ（９９）及び第２のギャップ（１０１）を通って電流を流し、第１の側部及び第２の側部の両方から前記加工物（８２）を通して電解溶解させるように構成された電源（１４４）と
を備えている、システム。
【請求項２】
前記電解切断工具（８０）がシール切断工具であり、前記加工物（８２）がシール本体（６２）である、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
第１のカソード（８４）が第１の絶縁構造（２２２）内に配置され、第２のカソード（８６）が第２の絶縁構造（２２２）内に配置される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
第１の電解質通路（２２６）が、第１のギャップ（９９）に向かう向きにされた第１の内向き経路（９８）と、第１のギャップ（９９）から離れる向きにされた第１の外向き経路（１０２）とを含み、第２の電解質通路（２２６）が、第２のギャップ（１０１）に向かう向きにされた第２の内向き経路（１００）と、第２のギャップ（１０１）から離れる向きにされた第２の外向き経路（１０４）とを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
第１の内向き経路（９８）及び第１の外向き経路（１０２）が、前記加工物（８２）の第１の側部にほぼ平行であり、第２の内向き経路（１００）及び第２の外向き経路（１０４）が、前記加工物（８２）の第２の側部にほぼ平行である、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
第１の内向き経路（９８）及び第１の外向き経路（１０２）が、前記加工物（８２）の第１の側部に対して第１の角度（２３０）で配置され、第２の内向き経路（１００）及び第２の外向き経路（１０４）が、前記加工物（８２）の第２の側部に対して第２の角度（２３０）で配置され、第１及び第２の角度（２３０）が０度超９０度以下である、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
第１の内向き経路（９８）、第１の外向き経路（１０２）、第２の内向き経路（１００）、又は第２の外向き経路（１０４）のうちの第１のものが、前記加工物（８２）の第１及び第２の側部に平行であり、第１の内向き経路（９８）、第１の外向き経路（１０２）、第２の内向き経路（１００）、又は第２の外向き経路（１０４）のうちの第２のものが、前記加工物（８２）の第１及び第２の側部に非平行である、請求項４記載のシステム。
【請求項８】
第１のカソード（８４）が、第１のギャップ（９９）を低減するよう第１の表面に向かって移動するように構成され、第２のカソード（８６）が、第２のギャップ（１０１）を低減するよう第２の表面に向かって移動するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
第１のギャップ（９９）において第１の被覆されていない部分（１５０）を除いて、前記加工物（８２）の第１の側部を覆うように構成された第１の保護層（１４６）と、第２のギャップ（１０１）において第２の被覆されていない部分（１５０）を除いて、前記加工物（８２）の第２の側部を覆うように構成された第２の保護層（１４８）と、
を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
第１の保護層（１４６）が第１のクランプ（１９２）を含み、第２の保護層（１４８）が第２のクランプ（１９４）を含み、第１及び第２のクランプ（１９２、１９４）が、前記加工物（８２）を保持するように互いに向かって移動するように構成される、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、金属切断に関し、より詳細には、電解切断に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械は、精油所、石油化学プラント、天然ガス処理プラントその他の産業で用いることができる。例えば、蒸気タービンは、加圧蒸気からの熱エネルギーを回転運動に変換することができる。蒸気の大気への漏れ又は蒸気タービンのあるセクションから別のセクションへの漏れの低減に資するために、蒸気タービン内の種々の場所にシールを配置することができる。シールの幾つかのタイプは、蒸気漏れの低減を助けるため、蒸気タービンの回転要素を中心として円周方向に配置される薄い金属プレートを含むことができる。金属プレートは、金属シールのロールその他のタイプの薄い金属から切断することができる。金属シートを切断するために複数の方法を用いることができる。特定の方法の選択は、切断速度、精度、バリの形成、並びに機械及び製造コストなど、様々な考慮事項によって決めることができる。残念なことに、既存の方法は、こうした面で１以上の欠点を有しており、過剰なバリ及び／又は非対称縁部を生じることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４１９１６４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明の幾つかの実施形態について要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲を限定するものではなく、本発明の可能な形態を簡単にまとめたものである。実際、本発明は、以下に記載する実施形態と同様のものだけでなく、異なる様々な実施形態を包含する。
【０００５】
第１の実施形態では、システムは、電解切断工具を含む。該電解切断工具は、加工物の第１の側部から離れた第１のギャップに位置するように構成される第１のカソードと、加工物の第２の側部から離れた第２のギャップに位置するように構成され、第１のカソードと互いに反対側に位置する第２のカソードとを備える。第１及び第２のカソードは、互いに反対側に位置する。電解切断工具はまた、第１のカソードと加工物との間の第１のギャップを通って第１の電解質を流すように構成された第１の電解質通路と、第２のカソードと加工物との間の第２のギャップを通って第２の電解質を流すように構成された第２の電解質通路と、第１のギャップ及び第２のギャップを通って電流を流し、第１の側部及び第２の側部の両方から加工物を通して電解溶解させるように構成された電源とを含む。
【０００６】
第２の実施形態では、方法は、第１のカソードと加工物の第１の側部との間の第１のギャップにわたる第１の電解質通路を通って第１の電解質を流す段階と、第２のカソードと加工物の第２の側部との間の第２のギャップを通って第２の電解質を流す段階とを含む。第１及び第２のカソードは、互いに反対側に位置する。本方法はまた、第１のギャップ及び第２のギャップを通って電流を流し、第１及び第２の側部の両方から加工物を通して電解溶解させる段階を含む。
【０００７】
第３の実施形態では、システムは、回転機械と、該回転機械において円周方向配列で配置された複数のコンプライアントプレートシールとを含む。各コンプライアントプレートシールは、金属シートを通る中心平面に対して対称的な電解質ピンチ切断部を有する金属シートを含む。
【０００８】
本発明の上記その他の特徴、態様及び利点については、図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって理解を深めることができるであろう。図面を通して、同様の部材には同様の符号を付した。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係るコンプライアントプレートシールを備えた蒸気タービンの側断面図。
【図２】一実施形態に係るコンプライアントプレートシールの部分斜視図。
【図３】一実施形態に係る電解切断システムの斜視図。
【図４】一実施形態に係る電解切断システムによって生成されるコンプライアントプレートシール部材の正面図。
【図５】電解質が加工物に平行に流れる電解切断システムの一実施形態の切り欠き斜視図。
【図６】加工物が絶縁クランプにより保持される電解切断システムの一実施形態の切り欠き斜視図。
【図７】絶縁クランプが加工物の所望の縁部を得るように成形される電解切断システムの一実施形態の切り欠き斜視図。
【図８】加工物が中間絶縁層を有する金属クランプにより保持される電解切断システムの一実施形態の切り欠き斜視図。
【図９】加工物の所望の縁部を得るためにカソードが移動可能な電解切断システムの一実施形態の切り欠き斜視図。
【図１０】電解質がある角度で加工物に配向される電解切断システムの一実施形態の断面図。
【図１１】切断後に加工物の一部がスクらプロセスとして取り除かれる電解切断システムの一実施形態の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１以上の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するため、現実の実施に際してのあらゆる特徴について本明細書に記載しないこともある。実施化に向けての開発に際して、あらゆるエンジニアリング又は設計プロジェクトの場合と同様に、実施毎に異なる開発者の特定の目標（システム及び業務に関連した制約に従うことなど）を達成すべく、実施に特有の多くの決定を行う必要があることは明らかであろう。さらに、かかる開発努力は複雑で時間を要することもあるが、本明細書の開示内容に接した当業者にとっては日常的な設計、組立及び製造にすぎないことも明らかである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素について紹介する際、単数形で記載したものは、その構成要素が１以上存在することを意味する。「含む」、「備える」及び「有する」という用語は内包的なものであり、記載した構成要素以外の追加の要素が存在していてもよいことを意味する。
【００１２】
以下で検討するように、開示される実施形態は、種々の加工物、プレート、ほぼ平坦な構造体、ほぼ湾曲した構造体、又は均一な厚みの他の何れかの構造体など、種々の加工物を電解ピンチ切断するシステム及び方法を提供する。詳細には、電解ピンチ切断技法は、電解質の流れを加工物の両側に加え、これにより加工物を両側から溶解させて、該加工物をより対称的に、均一に、及び滑らかに切り通すようにする。コンプライアントプレートシールは、開示される実施形態により電解ピンチ切断することができる加工物の１つの実施例である。コンプライアントプレートシールは、圧縮機、タービン、又はポンプなどの回転機械の回転部材と静止要素との間の軸方向の漏れを阻止するように構成することができる。各コンプライアントプレートシールは、リーフとも呼ばれ、単一の金属シートとすることができ、多数のコンプライアントプレートシールを回転要素の周りで円周状に積み重ねることができる。コンプライアントプレートシールの群は、設置及び取り外しを容易にするためにパック状態で配置することができる。コンプライアントプレートシールは、回転要素に対して軸方向に漏れする可能性がある流体（例えば、ガス又は液体）に対する障壁を形成するのを助ける。加えて、コンプライアントプレートシールは、半径方向で移動及び／又は撓むことができ、従って、回転要素が移動している間の漏れの低減を助けることができる。
【００１３】
幾つかの実施形態では、コンプライアントプレートシールのパックは、１０００個のシール、５０００個のシール、又は更に１００００個のシールを含むことができる。各コンプライアントプレートシールの厚みは、約２．５〜２５００μｍ、１０〜１５００μｍ、又は２５〜２５０μｍとすることができる。しかしながら、コンプライアントプレートシールの数、幾何形状、及び構成は、適用毎に変わる可能性がある。コンプライアントプレートシールは、回転機械内に特定の幾何形状を収容するために様々な形状に切断することができる。加えて、ある切断プロセスに起因して浮き出した縁部又は付着して残る金属の小要素であるバリが存在しないコンプライアントプレートシールの縁部を切断プロセスが生成することが望ましいとすることができる。バリ無し縁部は、回転要素への可能性のある損傷を阻止するのを助け、回転機械へのデブリの導入を低減し、及び／又は積み重なったコンプライアントプレートシールの整然と並んだ可撓性のパックを生成するのを助けることができる。次に、デバリングと呼ばれる処理により、バリを除去することができるが、これは、コンプライアントプレートシールの製造において追加のステップ及びコストを導入することになる。
【００１４】
現在開示されている実施形態は、パンチング、レーザ切断、水ジェット切断、及びフォトエッチングなど、他の切断方法の欠点を避けるために、電解ピンチ切断又は単なる電解切断を利用して金属シートを切断している。例えば、電解切断は、パンチング及びレーザ切断とは異なり、バリの無い縁部をもたらす。加えて、電解切断は、水ジェット切断及びフォトエッチングよりも迅速とすることができる。更に、電解切断は、パンチングのように工具摩耗が無く精密で繰り返し可能な切断を提供することができる。更にまた、電解切断は、レーザ切断又はフォトエッチングよりも安価とすることができる。最後に、電解質は加工物の両側に加えられるので、電解切断は、加工物の片側から切断する方法が実施することができない対称的で均一な切断を提供することができる。電解切断は、コンプライアントプレートシール用に金属シートを切断するのに理想的に適している。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る電解ピンチ切断で製造されるコンプライアントプレートシールを備えた蒸気タービン１０の側断面図である。蒸気タービンは、高圧セクション１２及び中圧セクション１４を含む。蒸気タービンはまた、外側ケーシング１６を含む。外側ケーシングの中央セクション１８は、高圧蒸気入口２０を含むことができ、ここを通る高圧蒸気を蒸気タービン１０の高圧セクション１２が受け取ることができる。同様に、外側ケーシングの中央セクション１８は、中圧蒸気入口２２を含むことができ、ここを通る中圧蒸気を蒸気タービン１０の中圧セクション１４が受け取ることができる。
【００１６】
作動中、高圧蒸気入口２０は、高圧タービン段２４を通して高圧蒸気を受け取り且つ配送して、ブレードを駆動し、蒸気タービン１０の共通回転シャフトの回転を引き起こす。高圧蒸気は、高圧蒸気出口２６を介して蒸気タービン１０の高圧セクション１２から流出する。流出する高圧蒸気は、蒸気タービン１０の中圧セクション１４で用いることができる。
【００１７】
中圧蒸気入口２２は、中圧タービン段２８を通して中圧蒸気を受け取り且つ配送して、ブレードを駆動し、蒸気タービン１０の共通シャフトの回転を引き起こす。中圧蒸気は、中圧蒸気出口３０を介して蒸気タービン１０の中圧セクション１４から流出する。流出する中圧蒸気は、蒸気タービン１０の低圧セクションに配向することができる。
【００１８】
蒸気タービン１０は、複数のシャフトパッキング位置を含むことができ、該位置は一般に、蒸気タービン１０のセクションからの蒸気の漏れを最小限にするのに利用される。コンプライアントプレートシールの特定の実施形態は、これらのシャフトパッキング位置の何れかに設置することができる。例えば、３つのこのような位置は、高圧パッキング位置３２、中間ケーシングパッキング位置３４、及び中圧パッキング位置３６を含むことができる。一般に、高圧パッキング位置３２は、蒸気タービン１０の高圧セクション１２の高圧蒸気出口２６付近に位置付けられ、高圧セクション１２からの高圧蒸気漏れ量を低減することができる。同様に、中圧パッキング位置３６は、蒸気タービン１０の中圧セクション１４の中圧蒸気出口３０付近に位置付けられ、中圧セクション１４からの中圧蒸気漏れ量を低減することができる。中間ケーシングパッキング位置３４は、蒸気タービン１０の中央セクション１８付近に位置付けられ、高圧セクション１２から中圧セクション１４への高圧蒸気漏れ量を低減することができる。他のシャフトパッキング位置は、蒸気タービン１０の低圧セクションと関連付けることができる。
【００１９】
幾つかの実施形態では、コンプライアントプレートシールは、上述以外の蒸気タービン１０の位置に設置してもよい。例えば、コンプライアントプレートシールは、蒸気タービン１０の段間位置のバケット先端又はシャフトシール位置にて用いることができる。加えて、コンプライアントプレートシールは、パッキングリングで用いることができ、パッキングヘッド又はステータ構造において直接用いることができる。コンプライアントプレートシールは、ノズル組立体、ダイアフラム、又はシングレットもしくはブリングレット（ｂｌｉｎｇｌｅｔ）組立体に設置することができる。更に、コンプライアントプレートシールは、ガスタービンエンジン、ハイドロタービン、圧縮機、ポンプその他の何れかのタイプの回転機械において用いることができる。以下で検討するように、コンプライアントプレートシールの各々は、種々の開口及び／又は縁部の電解ピンチ切断によって製造される。プレートの両側から材料が電解溶解した結果として得られたプレートは、より均一で、対称性のある滑らかな切断を有する。
【００２０】
蒸気タービン１０のシャフトパッキング位置の１つを詳細に参照すると、図２は、一実施形態に係る電解ピンチ切断されたコンプライアントプレートシールパック５０の部分斜視図である。図示の実施形態では、半径方向は軸線５２で示され、軸方向は軸線５４で示される。回転要素５６は、軸線５４の周りを矢印５８の方向に回転する。ステータ６０は、回転要素５６を円周方向に囲み、蒸気タービン１０の作動中に回転要素５６に対して静止状態を保つ。ステータ６０には、１以上のコンプライアントプレートシール６２が取り付けられる。コンプライアントプレートシール６２の一方の端部は、溶接、ボルト締めその他の好適なファスナーによって接合面６４でステータ６０に取り付けることができる。上記で詳細に検討したように、コンプライアントプレートシール６２は、極めて薄くすることができるが、図２では明確にするために遙かに厚く示している。設置及び取り外しを容易にするために、コンプライアントプレートシール６２は、約１０００〜５００００個のシール、２５００〜２５０００個のシール、又は５０００〜５００００個のシールからなるパックで構成することができる。従って、多数の個別のコンプライアントプレートシール６２ではなく、コンプライアントプレートシール６２の２〜１０パックなど、より少ない数のパックを設置することができる。コンプライアントプレートシール６２は、半径方向軸線５２から角度６６でステータ６０に結合され、これにより、コンプライアントプレートシール６２が半径方向に動き、蒸気タービン１０の作動中に回転要素５６の移動に対応できるようになる。例えば、角度６６は、約０〜９０度、５〜７５度、１０〜６０度、又は１５〜３０度の間の範囲にわたることができる。加えて、コンプライアントプレートシール６２は薄いので、半径方向に撓むこともできる。更に、コンプライアントプレートシール６２は、ギャップ６８がコンプライアントプレートシール６２の先端と回転要素５６の表面との間に存在するように配列される。換言すると、作動中にコンプライアントプレートシール６２の先端は、通常は回転要素５６に接触しない。例えば、ギャップ６８は、約５０〜３００μｍ、１００〜２５０μｍ、又は１５０〜２００μｍとすることができる。
【００２１】
図２の図示の実施形態では、コンプライアントプレートシール６２はＴ字型であり、Ｔ字の垂直部分から一部分（例えば、開口又はスロット）が取り除かれている。コンプライアントプレートシール６２の取り除き部分は、垂直部材７０に一致し、ステータ６０に結合される環状リングとして構成することができる。垂直部材７０は、コンプライアントプレートシール６２に軸方向５４で安定性を提供することができる。還元すると、垂直部材７０は、軸方向蒸気圧力に起因して軸方向５４のコンプライアントプレートシール６２の撓み又は曲げを低減するのを助ける。加えて、垂直部材７０は、軸方向蒸気漏れに対する障壁として機能することができる。他の実施形態では、コンプライアントプレートシール６２は、異なる形状及び／又は異なる構成にすることができ、ステータ６０は、コンプライアントプレートシール６２に安定性をもたらすために、追加の垂直部材７０及び／その他の構造を有することができる。例えば、コンプライアントプレートシール６２は、追加の取り除き部分を有し、追加の垂直部材７０に一致することができる。
【００２２】
上記のことを考慮して、図３は、コンプライアントプレートシール６２その他の何れかのシール本体、シール構造、プレートタイプ構図、或いは均一な厚みの他の何れかの構造を作製するのに用いることができる電解切断システム８０の一実施形態の斜視図である。電解切断システム８０はまた、電解切断工具とも呼ばれる場合がある。図示の実施形態では、加工物８２は、限定ではないが、ステンレス鋼その他のコバルト又はニッケルベースの合金鋼の薄板とすることができる。金属の個々のシートは、電解切断システム８０に導入することができ、金属シートの連続ロールは、電解切断システム８０を介して一度に１つのセグメントに展開され移動することができる。上側カソード８４は、加工物８２の一方側に構成され、下側カソード８６は、加工物８２の反対側に構成される。上側及び下側カソード８４及び８６は、限定ではないが、ステンレス、銅、黄銅、グラファイト、又は銅−タングステンなどの導電性材料から作ることができる。加えて、上側及び下側カソード８４及び８６は、加工物８２から切断されることになるコンプライアントプレートシール６２の所望の形状で構成することができる。図示の実施形態では、上側及び下側カソード８４及び８６は、電解切断プロセス中に加工物８２に対して静止状態を保つことができる。しかしながら、幾つかの実施形態では、上側及び下側カソード８４及び８６は、以下に詳細に説明するように加工物８２に近接して移動することができる。接続部９０において正極８８が加工物８２に結合される。同様に、負極９２は、接続部９４にて上側カソード８４に結合され、接続部９６において下側カソード８６に結合される。正極８８及び負極９２は、直流（ＤＣ）、パルスＤＣ、又は交流（ＡＣ）を電解切断システム８０に送給する電源に含めることができる。正極８８及び負極９２を通る電流量は、電解切断されることになる加工物８２の面積の関数である。正極８８及び負極９２に送給される電圧電位は、約１〜７５Ｖ、５〜５０Ｖ、又は１０〜３０Ｖとすることができる。しかしながら、電圧及び電流は、加工物材料及び幾何形状に応じて変わることができる。
【００２３】
上述の構造に加え、電解質は、経路９８で示されるように上側カソード８４に向かって流れ、上側カソード８４と下側カソード８６との間の上側ギャップ９９に配向される。上側ギャップ９９を通過した後、電解質は、経路１０２で示されるように加工物８２から離れて流れる。同様に、電解質は、経路１００で示されるように下側カソード８６に向かって流れ、下側カソード８６と加工物８２との間の下側ギャップ１０１に配向される。続いて、電解質は、経路１０４で示されるように加工物８２から離れて流れる。電解質の実施例は、限定ではないが、水溶性塩化ナトリウム及び水溶性硝酸ナトリウムを含む。加工物の両側で同じ電解質を用いることができ、或いは、幾つかの実施形態では、電解質は異なっていてもよい。電流が上側ギャップ９９又は下側ギャップ１０１において電解質を通過すると、加工物８２からの金属は、金属水酸化物に電界溶解され、経路１０２又は１０４により示されるように、電解質によって加工物８２から洗い流される。金属が電界溶解されたときに水素の泡も生成され、この水素の泡は金属水酸化物と共に洗い流される。従って、金属は、上側カソード８４及び下側カソード８６の縁部付近の加工物８２の上側及び下側表面から漸次的に溶解される。自明であろうが、加工物８２の両側に対する電界切断（又は金属の溶解）は、切断速度を増大させ、切断の対称性及び均一性を高め、切断部に沿った望ましくない表面の凹凸を低減する。
【００２４】
電界切断（又は電界溶解とも呼ばれる）中、上側カソード８４と下側カソード８６との間の上側及び下側ギャップ９９及び１０１がそれぞれ維持され、上側カソード８４及び下側カソード８６は加工物８２とは接触しない。上側カソード８４又は下側カソード８６と加工物８２との間の接触が生じた場合、結果として生じる短絡に起因して電解切断が中断されることになる。加工物８２の両側から十分な金属が電界溶解すると、加工物に開口が形成され、結果として上側カソード８４と下側カソード８６の形状に電解切断部が生じる。電解切断は、所望の金属量が取り除かれるまで継続し、要する時間は約２０秒、１０秒、又は３秒にも満たない。しかしながら、切断時間は、加工物の材料及び厚み、電源、電解質、並びに他の要因に応じて変わる可能性がある。電源が接続解除されると、電界切断が停止し、加工物８２を取り出すことができる。上側カソード８４及び下側カソード８６の１つだけを用いて電解切断を行うことができるが、上側カソード８４及び下側カソード８６の両方を用いることにより、ほぼ同じ速度で加工物８２の両側から金属が溶解し、以下で検討するように対照的縁部が得られる結果となる。加えて、以下でより詳細に検討するように、加工物８２に対して保護層を用いて、特定部分が電解切断されるのを防ぐことができる。
【００２５】
図４は、図３に示すもののような電解切断システム８０の一実施形態を用いて生成されるコンプライアントプレートシール６２の正面図を示す。コンプライアントプレートシール６２は、軸線１２２の周りに対称とすることができる。他の実施形態では、コンプライアントプレートシール６２は、対称的でなくてもよく、又は不規則な形状であってもよい。図示の実施形態では、コンプライアントプレートシール６２の外側部分１２４は、電解切断プロセスにより溶解されない金属シートを含む。加えて、コンプライアントプレートシール６２は、電解溶解し、従って、コンプライアントプレートシール６２内に開口、孔、又はスロットのように見える内側部分１２６を含むことができる。内側部分１２６は、直線又は湾曲した側部を有して構成することができ、該内側部分１２６は、方形、楕円、三角形、矩形その他の規則的もしくは不規則的形状など、好適な形状で構成することができる。コンプライアントプレートシール６２の上側部分１２８は、ステータ６０への結合を可能にするよう、コンプライアントプレートシール６２の残りの部分よりも幅広に及び／又は異なる形状にすることができる。コンプライアントプレートシール６２の先端１３０は、回転要素５６に向けることができ、コンプライアントプレートシール６２の他の縁部全てと共にバリが存在しない。換言すると、図４に示す縁部全てはバリが存在しない。図示の実施形態では、コンプライアントプレートシール６２の高さは約３ｃｍとすることができ、幅は約２ｃｍとすることができる。他の実施形態では、コンプライアントプレートシール６２は、異なる寸法を有して異なる形状で構成することができ、及び／又は特定の用途に合わせて内側部分１２６を有さない場合もある。更にまた、電解切断システム８０により生成される切断部は、カソード及び／又は保護層の形状に応じて直線又は曲線にすることができる。
【００２６】
次に、電解切断システムの種々の構成を参照すると、図５は、電解質の平行流路を備えた電解切断システム１４０の一実施形態の部分斜視図である。図３に示すものと共通する要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態では、軸線１４１は、加工物８２を通る平面に平行な向きにされ、軸線１４２は、加工物８２を通る平面に垂直な向きにされる。電源１４４において正極８８及び負極９２を構成することができる。上側保護層１４６は、加工物８２の上側表面の一部を覆い、下側保護層１４８は、加工物８２の下側表面の一部を覆う。上側及び下側保護層１４６及び１４８は、限定ではないが、プラスチックその他の絶縁材料を含むことができる非導電性材料から作られ、限定ではないが、接着、クランプその他のファスナーなどの方法を用いて加工物８２に固定される。上側及び下側保護層１４６及び１４８により覆われない加工物８２の部分は、切り溝１５０と呼ばれる。切り溝１５０の幅１５２は、約１５〜８００μｍ、２０〜６００μｍ、又は２５〜４００μｍとすることができる。上側及び下側保護層１４６及び１４８は共に非導電性であるので、加工物８２の覆われた部分が電解溶解されるのを防ぐ。従って、切り溝１５０だけが電解溶解され、これが加工物８２を通る切断部を形成する。保護層を用いることにより、上側及び下側カソード８４及び８６は、コンプライアントプレートシール６２に対する所望のパターンのような正確な形状にする必要はない。
【００２７】
加えて、図３に示す電解切断システム８０と同様に、上側及び下側カソード８４及び８６は、加工物８２の両側に面し、切り溝１５０に隣接する対称縁部の生成を助ける。建言すると、軸線１４１上の加工物の縁部の一部は、軸線１４１の下の加工物の縁部の一部と対称である。図５に示すように、加工物８２の縁部は、丸みがあり、切り溝１５０に隣接した軸線１４１の周りに対称である。対称縁部は、金属が加工物８２の両側から電解溶解されることに起因して、及び／又はほぼ同じ量の金属が各側部から電解溶解されることに起因して生じることができる。例えば、上側及び下側カソード８４及び８６がほぼ同じ電流量及び同じ電解質で同時に使用される場合、加工物８２の両側からの金属は、ほぼ同じ速度で電解溶解することができ、その結果、軸線１４１の周りの切り溝１５０に隣接する対称縁部が得られる。或いは、上側カソード８４が特定の時間長の一定の電流で使用され、下側カソード８６が後でほぼ同じ時間長のほぼ同じ電流で使用される場合、切り溝１５０に隣接する結果として得られる縁部もまた軸線１４１の周りに対称とすることができる。しかしながら、両側からの同時に起こる電解切断は、切断の対称性、均一性、円滑性、及び全体品質を実質的に改善することができる。丸みのある対称縁部を備えた加工物８２は、バリ無しである可能性が高い。
【００２８】
電解切断システム１４０と図３に示す電解切断システム８０との１つの相違点は、経路９８及び１００で示すように電解質通路を通って加工物８２及び軸線１４１の表面に平行な方向で電解質が流れることである。更に、加工物８２は、電解切断中に自重を支持するのに十分に剛性があるものとすることができる。幾つかの実施形態では、上側及び下側保護層１４６及び１４８は、加工物８２を支持するのを助けるのに十分に剛性があるものとすることができる。他の実施形態では、非導電性スペーサは、上側カソード８４及び上側及び下側保護層１４６との間のスペーサ、及び下側カソード８６と下側保護層１４８との間のスペーサ内に配置することができる。スペーサは、電解切断プロセス中の上側カソード８４及び加工物８２の重量を支持するのを助けることができる。従って、スペーサは、電解質が流れる経路を維持するのを助けることができる。例えば、上側カソード８４と加工物８２（又は下側カソード８６と加工物８２）との間のスペーサは、約５０〜１０００μｍ、１００〜７５０μｍ、又は２００〜５００μｍとすることができる。電解切断プロセスが完了した後、加工物８２は、上側及び下側カソード８４及び８６の中間から取り外すことができる。この時点で、上側及び下側保護層１４６及び１４８を加工物８２から取り外すことができる。
【００２９】
図６は、電気絶縁クランプを使用する電解切断システム１６０の一実施形態の部分斜視図を示す。上記の図に示すものと共通する要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態では、上側及び下側インシュレータ１６２及び１６４は、加工物８２の両側で構成される。上側及び下側インシュレータ１６２及び１６４は非導電性であり、そのため、電界切断されない加工物８２の部分を保護する。従って、図５に示すような別個の保護層は、図６の実施形態では使用されない。加えて、上側及び下側インシュレータ１６２及び１６４は、電解切断中に加工物８２に対する支持を提供することができる。上側及び下側インシュレータ１６２及び１６４に使用できる材料の実施例には、限定ではないが、Ｇ−１０グレードファイバーグラスその他のエンジニアリングプラスチックが含まれる。支持体１６６は、強度及び支持を付加するために上側及び下側インシュレータ１６２及び１６４に一体化することができる。支持体１６６は、限定ではないが、鋼鉄その他の材料のような材料から作ることができる。支持体１６６は導電性とすることができるが、負極９２に結合され、上側及び下側カソード８４及び８６間に位置付けられないので、電解溶解されない可能性がある。従って、上側及び下側絶縁体１６２及び１６４並びに支持体１６６は共に、加工物８２を所定位置に保持するためのクランプとして機能する。
【００３０】
上側及び下側インシュレータ１６２及び１６４の利点は、これらが加工物８２に固定されず、従って、電解切断後に加工物８２から取り除く必要がない点である。更に、図６の電解切断システム１６０と図５の電解切断システム１４０との間の２つの相違点は、カソードの形状と電解質経路である。図６の図示の実施形態では、上側及び下側カソード８４及び８６が加工物８２に向けられた先鋭な先端１６３及び１６５を有する。先端１６３及び１６５は、図６に示すようにテーパー、楔形、又はＶ字形にすることができ、又は先端１６３及び１６５は、狭い突出部又は湾曲形状とすることができる。上側及び下側カソード８４及び８６の先鋭先端１６３及び１６５は、上側及び下側カソード８４及び８６の先端１６３及び１６５により定められる狭い区域に切断が集中するので、より迅速且つより精密に電解切断を行うことが可能になる。更に、電解質は、経路９８及び１００で示されるように電解質経路を通って加工物８２の表面にほとんど垂直に配向され、経路１０２及び１０４で示されるように電解質経路を通って加工物８２の表面にほとんど垂直に流出する。従って、電解質の完全な経路は、上側及び下側カソード８４及び８６の周りでほぼＵ字形経路又はＶ字形経路に続く。加えて、図６の図示の実施形態では、上側及び下側カソード８４及び８６と、上側及び下側インシュレータ１６２及び１６４との間に生成される電解質通路は、加工物８２に近接して狭くなる。このような狭い電解質通路は、加工物８２の近傍で電流密度及び電解質流量を大きくすることができる。例えば、電解質流量は、約５ｍ／ｓ超、１０ｍ／ｓ超、又は２０ｍ／ｓ超とすることができる。上述の実施形態と同様に、図６の電解質切断は、対称的切断を可能にするために加工物８２の両側から行われる。
【００３１】
図７は、成形絶縁クランプを備えた電解切断システム１８０の一実施形態の部分斜視図を示す。上記の図に示すものと共通する要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態では、上側及び下側インシュレータ１６２及び１６４は、切り溝１５０に向かって内向きに延びる突出部１８２で成形される。例えば、突出部１８２は、平坦又は湾曲した平面の何れかを備えた加工物８２の軸線１４１に対して角度を付けることができ、該突出部１８２は、加工物８２に向かって好適な角度で電解質流を誘導するようになる。突出部１８２は更に、電解質通路を定め、切断部の幾何形状を定めるようにして、切り溝１５０に電解質を配向するのを助けることができる。例えば、突出部１８２の角度を増減し、加工物８２の両側での切断部の形状を制御（例えば、曲率）することができる。加えて、突出部１８２は、切り溝１５０の縁部を更に丸みを付けて対称的であるようにすることができる。図７の電解切断システム１８０と図６の電解切断システム１６０との間の１つの相違点は、上側及び下側カソード８４及び８６が先鋭な先端を持たない点である。図７に示すような、上側及び下側カソード８４及び８６の幅広の又は非先鋭な先端は、
加工物８２の大きな区域が電解溶解されることになる上側及び下側カソード８４及び８６間に位置するので、幅広の切り溝１５０を切断するときには有用とすることができる。電解切断システム１８０の他の態様は、上記で検討したのと同様である。
【００３２】
金属クランプを備えた電解切断システム１９０の一実施形態の部分斜視図が図８に示される。上記の図に示すものと共通する要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態では、上側及び下側金属支持体１９２及び１９４は、加工物８２を所定位置に保持するためのクランプとして使用される。上側及び下側金属支持体１９２及び１９４のそれぞれの表面上には、上側コーティング１９６及び下側コーティング１９８が設けられ、上側及び下側金属支持体１９２及び１９４が加工物８２に対して電解溶解又は電気的に短絡されないようにする。上側コーティング１９６及び下側コーティング１９８は、非導電性材料から作られ、限定ではないが、ポリマー、セラミックその他の絶縁材料を含むことができる。非導電性層１９６及び１９８は、恒久的コーティングとすることができるが、層１９６及び１９８は除去可能な非導電性シート、保護層、又は加工物８２から支持体１９２及び１９４を電気的に絶縁する他の実施であってもよい。上側及び下側金属支持体１９２及び１９４は、電解質の信頼性を高め、より持続性のあるものにするために、他の非金属材料よりもより強度があり、より剛直で、及び／又はより頑強とすることができる。電解切断システム１９０の１つの態様は、上記で検討したものと同様である。
【００３３】
図９は、移動可能なカソードを備えた電解切断システム２１０の一実施形態の部分斜視図を示す。上記の図に示すものと共通する要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態では、上側及び下側カソード８４及び８６は、加工物８２の付近で互いに向かって移動するように構成される。上側及び下側カソード８４及び８６のこの移動は、切り溝１５０の最初の部分が溶解した後、又は切断プロセスが開始されて直ちに実施することができる。何れの場合においても、カソード８４及び８６は、加工物８２に向かって一定速で又は可変速で移動することができる。加えて、カソード８４及び８６は、同じ速度又は異なる速度で加工物８２に向かって移動することができる。この移動速度は、切断速度、並びに切断特性（例えば、対称性、非対称性、角度、湾曲、その他）を制御するのに用いることができる。互いに接触すると、上側及び下側カソード８４及び８６は本質的に単一のカソードを形成する。続いて、切り溝１５０の残りの部分を電解溶解することができる。このプロセスは、上側コーティング１９６及び下側コーティング１９８付近の加工物８２の一部をより迅速に溶解して、良好な近接縁部仕上げにするのを助けるために、切り溝１５０が幅広にされるときに用いることができる。加えて、このプロセスは、金属の電解溶解時にカソード８４及び８６と加工物８２の表面との間に好適なギャップを維持できるように加工物８２が比較的肉厚であるときに役立つことができる。上側及び下側カソード８４及び８６が接触する前に、電解質は、経路９８及び１００に沿って加工物８２に向かって流れ、経路１０２及び１０４に沿って加工物８２から離れるように流れる。
上側及び下側カソード８４及び８６が接触した後に、２つの別個の電解質通路が加工物８２の両側にはもはや存在しないので、経路１００及び１０２の方向が反転（実線矢印で示す）することにより、経路１００及び１０２は破線で示される。代わりに、接触する上側及び下側カソード８４及び８６の片側に２つの電極通路が存在する。電解切断システム２１０の他の態様は、上記で検討したものと同様である。
【００３４】
図１０は、加工物に対してある角度で電解質が流れる、電解切断システムの一実施形態の断面を示す。上記の図に示すものと共通する要素は、同じ参照符号で表記されている。図示の実施形態では、上側及び下側カソード８４及び８６は、加工物８２に面する先端１６３及び１６５を除いて、絶縁構造２２に配置される。上側及び下側カソード８４及び８６の幅２２４は、より小さな切り溝１５０を電解切断できるように、約５０〜５００μｍ、１００〜４００μｍ、又は２００〜３００μｍとすることができる。上側及び下側カソード８４及び８６の狭い幅２２４は、より集束した電解をもたらし、高速電解切断が可能となる。加えて、上側及び下側金属支持体１９２及び１９４は、切り溝１５０から離れた表面を除いて、絶縁構造２２２内に配置される。上側及び下側金属支持体１９２及び１９４は、加工物８２と正極８８との間で直接接続するのではなく、正極８８に接続することができる。上側及び下側金属支持体１９２及び１９４は全て電気的に導電性であり、互いに接触しているので電気的導通性が維持される。スペーサ２２８は、絶縁構造２２２と上側及び下側金属支持体１９２及び１９４との間の電解質通路の幅を維持する。加えて、スペーサ２２８は、絶縁された上側及び下側カソード８４及び８６から上側及び下側金属支持体１９２及び１９４へ圧縮力を伝達する。圧縮力は、加工物８２を所定値にクランプするのを助ける。スペーサ２２８は、金属、プラスチックその他の絶縁材料のような、導電性又は非導電性材料から作ることができる。スペーサ２２８は、上側及び下側カソード８４及び８６又は上側及び下側金属支持体１９２及び１９４を囲む絶縁構造体２２２の何れかに結合することができる。加えて、電解質通路２２６にホースを接続し、切り溝１５０に電解質を供給することができる。
【００３５】
図１０の図示の実施形態では、電解質通路２２６の幅は、電解質が切り溝１５０に近くなるにつれて狭く又は縮小している。電解質通路２２６のこのような構成により、電解質流量を切り溝１５０に接近するにつれて増大させることが可能になる。更に、電解質通路２２６は、軸線１４１からある角度２３０の向きにされる。従って、通路２２６は、加工物８２の各側部でＶ字形にすることができる。角度２３０は、特にカソード先端１６３及び１６５付近で流体通路２２６を通って流れる電解質の乱流低減に寄与することができる。角度２３０は、約０〜９０度、１５〜７５度、３０〜６０度、又は４０〜５０度とすることができる。乱流は、電解質の渦流及び流れ剥離を引き起こし、結果として縁部の不均一化又は電解質切断の遅延をもたらす可能性がある。従って、図示の電解質通路２２６は、より迅速で精密な電解質切断を達成することができる。図示の実施形態では、電解質は、経路９８及び１００で示すように角度２３０にて電解質通路２２６に流入し、経路１０２及び１０４で示すように同じ角度２３０で電解質通路２２６から流出する。他の実施形態では、入口及び出口電解質通路２３０の角度は互いに異なることができる。電解切断システム２２０の１つの態様は、上記で検討したものと同様である。
【００３６】
図１１は、スクラップを伴う電解切断システム２４０の断面を示す。上記の図に示すものと共通する要素は、同じ参照符号で表記されている。幾つかの電解切断システム２４０において、金属シートの片側は、コンプライアントプレートシール６２として使用され、他方の側はスクラップとして廃棄される。従って、電解切断システム２４０のより簡単な構造を用いて、コンプライアントプレートシール６２を生成することができる。図示の実施形態では、軸線１４２の左側に対する金属シートの一部が加工物８２である。軸線１４２の右側に対する金属シートの一部はスクラップ２４２である。電解質は、経路９８及び１００で示す角度２３０で電解質通路２２６に流入する。しかしながら、切り溝１５０においては、電解質の上側及び下側経路９８及び１００は、経路１０２及び１０４で示すように、転回して軸線１４１に平行に移動する。軸線１４２の左側に対する電解切断システム２４０の構成は、バリ無しで、加工物８２の対称的切断を可能にする。切り溝１５０が電解溶解されると、スクらプロセス２４２を電解切断システム２４０から取り除くことができる。電解切断システム２２０の他の態様は、上記のものと同様である。
【００３７】
本明細書では、本発明を最良の形態を含めて開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用及び方法の実施を始め、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００３８】
１０：蒸気タービン
１２：高圧セクション
１４：中圧セクション
１６：外側ケーシング
１８：中央セクション
２０：高圧蒸気入口
２２：中圧蒸気入口
２４：高圧タービン段
２６：高圧蒸気出口
２８：中圧タービン段
３０：中圧蒸気出口
３２：高圧パッキング位置
３４：中間ケーシングパッキング位置
３６：中圧パッキング位置
５０：コンプライアントプレートシールパック
５２：半径方向軸線
５４：軸方向軸線
５６：回転要素
５８：回転方向矢印
６０：ステータ
６２：コンプライアントプレートシール
６４：接合面
６６：コンプライアントプレートシールの角度
６８：ギャップ
７０：垂直部材
８０：電解切断システム
８２：加工物
８４：上側カソード
８６：下側カソード
８８：正極
９０：正の接続部
９２：負極
９４：上側負の接続部
９６：下側負の接続部
９８：上側入口経路
９９：上側ギャップ
１００：下側入口経路
１０１：下側ギャップ
１０２：上側出口経路
１０４：下側出口経路
１２２：軸線
１２４：外側部分
１２６：内側部分
１２８：上側部分
１３０：先端
１４０：電解質の平行流路を備えた電解切断システム
１４１：加工物を通る平面に平行な軸線
１４２：加工物を通る平面に垂直な軸線
１４４：電源
１４６：上側保護層
１４８：下側保護層
１５０：切り溝
１５２：切り溝の幅
１５４：カソードと加工物との間のスペース
１６０：電気的絶縁クランプを用いる電解切断システム
１６２：上側インシュレータ
１６３：上側カソードの先鋭な先端
１６４：下側インシュレータ
１６５：下側カソードの先鋭な先端
１６６：支持体
１８０：成形絶縁クランプを備えた電解切断システム
１８２：突出部
１９０：金属クランプを備えた電解切断システム
１９２：上側金属支持体
１９４：下側金属支持体
１９６：上側コーティング
１９８：下側コーティング
２１０：移動可能なカソードを備えた電解切断システム
２２０：電解質が加工物に対してある角度で流れる電解切断システム
２２２：絶縁構造体
２２４：カソードの幅
２２６：電解質通路
２２８：スペース
２３０：電解質通路の角度
２４０：スクラップを伴う電解切断システム
２４２：スクラップ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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