(57)【要約】【課題】弾性変形超合金タービンブレードへの穿孔のための方法を提供する。【解決手段】方法は、超合金タービンブレード（１０２）の少なくとも一部分（１２２）を弛緩した初期位置（１２４Ｒ）から弾性変形位置（１２４Ｄ）に弾性変形させる力を加えることを含む。超合金タービンブレード（１０２）の少なくとも一部分（１２２）は、弾性変形位置（１２４Ｄ）で弛緩した初期位置（１２４Ｒ）には存在しない湾曲を有する。孔（１４６）は、弾性変形位置（１２４Ｄ）で超合金タービンブレード（１０２）の少なくとも一部分（１２２）を略スパン方向に通して穿孔され、力が解放されると、超合金タービンブレード（１０２）は、弛緩した初期位置（１２４Ｒ）に戻り、孔（１４６）は、超合金タービンブレード（１０２）の少なくとも一部分（１２２）内の孔（１４６）湾曲をとる。【選択図】図１
2019007477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弛緩した初期位置（１２４Ｒ）から弾性変形位置（１２４Ｄ）に超合金タービンブレード（１０２）の少なくとも一部分（１２２）を弾性変形させる力を加えることであって、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）は、前記弾性変形位置（１２４Ｄ）で前記弛緩した初期位置（１２４Ｒ）には存在しない湾曲を有する力を加えることと、
前記弾性変形位置（１２４Ｄ）で前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）を略スパン方向に通して孔（１４６）を穿孔することと、
前記超合金タービンブレード（１０２）が前記弛緩した初期位置（１２４Ｒ）に戻り、前記孔（１４６）が前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）内の孔（１４６）湾曲をとることを可能にする前記力を解放することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記穿孔することが、成形管電解加工（ＳＴＥＭ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記穿孔することが、一定の曲率半径で穿孔することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記穿孔することが、線状の経路に沿って穿孔することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記孔（１４６）湾曲が、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）に沿って変化する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記力を加えることが、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）に沿って分散して前記力を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記力を加えることが、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）に沿って多数の位置で前記力を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
変形の量を測定することによって、または前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）の位置を感知することによって、前記超合金タービンブレード（１０２）が前記穿孔の前に前記弾性変形位置（１２４Ｄ）にあることを保証することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記力を加えることが、
前記超合金タービンブレード（１０２）に一対のクランプ部材（２２２、２２４）を適用することを含み、前記クランプ部材（２２２、２２４）の少なくとも１つが、前記適用中に前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）を弾性変形させる前記力を加えるように構成された要素（２２８）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記超合金タービンブレード（１０２）上の位置（２３２）に保護部材（１３０、２３０）を取り付けることをさらに含み、前記クランプ部材（２２２、２２４）の少なくとも１つが、前記保護部材（１３０、２３０）を収容するための凹部（２３４）を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記一対のクランプ部材（２２２、２２４）を適用することによって前記弾性変形位置（１２４Ｄ）が達成されたかどうかを感知することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記一対のクランプ部材（２２２、２２４）と前記超合金タービンブレード（１０２）の表面（２５２）との間にシール（２５０）を形成することをさらに含み、前記クランプ部材（２２２、２２４）の少なくとも１つが、部材を通る排水孔（２５４）を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記力を加えることが、
前記超合金タービンブレード（１０２）の第１の端部（１０４）を固定具（１００）に保持することと、
前記超合金タービンブレード（１０２）の第２の対向する端部（１０８）に前記力を加えることと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記超合金タービンブレード（１０２）の一部分（１２２）に保護部材（１３０、２３０）を結合することをさらに含み、前記力を加えることが、前記力を前記保護部材（１３０、２３０）に加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記力が、ターボ機械の前記超合金タービンブレード（１０２）の動作中に前記超合金タービンブレード（１０２）に加えられる力に実質的に類似する、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性変形超合金タービンブレードへの穿孔に関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、一般に、タービンブレード機械加工に関し、より具体的には、弾性変形超合金タービンブレードへの穿孔のための方法および固定具に関する。
【０００３】
発電タービン用の大型タービンブレードは、スパンおよびコードに対して、特に半径方向外側スパン位置の後縁付近に、非常に薄い長さが１メートルを超えるタービンブレードを含むことができる。そのようなタービンブレードはまた、スパン方向およびコード方向に湾曲を有することができる。高い動作温度のために、タービンブレードは、典型的には、ブレードを通って延びる多数の冷却通路を含み、これらはとりわけ、ブレードのクリープ寿命を延ばすために設けられる。クリープは、実際上は最終的に破裂に至る長期的な塑性ひずみの蓄積である。しかし、タービンブレードの薄さおよび湾曲は、ブレードの翼形部内に冷却通路または孔を製造することを困難にし得、これは翼形部の湾曲へと続くスパン方向の冷却通路を含む。可変湾曲を有する長い冷却通路、特に広く用いられている成形管電解加工（ＳＴＥＭ）穿孔を使用して形成される、正確に配置された長い可変湾曲通路を製造する方法は、開発されていない。
【０００４】
曲線状の孔を形成する１つの手法は、孔が必要な領域でブレードの翼形部を平らにし、直線状の孔を穿孔し、次に穿孔した領域を必要な湾曲部に曲げることである。したがって、このプロセスは、翼形部の塑性変形および再形成を必要とする。しかし、ターボ機械技術の進歩は、このように変形することができない高ガンマプライム超合金のような超合金などのより高度な材料の使用につながる。特に、塑性変形する超合金、すなわち自動的に元の状態に戻らないように材料を曲げることは、超合金を曲げて元の位置に戻す場合に修復されない材料に塑性ひずみおよび転位を誘発する。従来の材料は、ひずみおよび転位がクリープ寿命に及ぼす影響を打ち消すために、高温熱プロセスに曝される可能性がある。しかし、高い塑性ひずみに曝された超合金の場合、高温熱プロセスは再結晶粒を生成し、材料を弱くする可能性がある。タービンブレードに塑性ひずみを誘発する製造プロセスは、実際上はクリープを開始させ、ブレードの全体的な寿命を短縮する。その結果、この手法は、超合金で作られる現在のタービンブレードには適用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９２００５２３  Ｂ２号
【発明の概要】
【０００６】
本開示の第１の態様は、弛緩した初期位置から弾性変形位置に超合金タービンブレードの少なくとも一部分を弾性変形させる力を加えることであって、超合金タービンブレードの少なくとも一部分は、弾性変形位置で弛緩した初期位置には存在しない湾曲を有する力を加えることと、弾性変形位置で超合金タービンブレードの少なくとも一部分を略スパン方向に通して孔を穿孔することと、超合金タービンブレードが弛緩した初期位置に戻り、孔が超合金タービンブレードの少なくとも一部分内の孔湾曲をとることを可能にする力を解放することとを含む方法を提供する。
【０００７】
本開示の第２の態様は、超合金タービンブレードの第１の部分に保護部材を結合することと、弛緩した初期位置から弾性変形位置に超合金タービンブレードの少なくとも第２の部分を弾性変形させるように保護部材に力を加えることであって、超合金タービンブレードの少なくとも第２の部分は、弾性変形位置で弛緩した初期位置には存在しない湾曲を有する力を加えることと、成形管電解加工（ＳＴＥＭ）を使用して、弾性変形位置で超合金タービンブレードの少なくとも第２の部分を略スパン方向に通して孔を穿孔することと、超合金タービンブレードが弛緩した初期位置に戻り、孔が超合金タービンブレードの少なくとも一部分内の孔湾曲をとることを可能にする力を解放することとを含む方法を提供する。
【０００８】
本開示の第３の態様は、超合金タービンブレードに孔を穿孔するための固定具であって、超合金タービンブレードの根元部を選択的に保持するマウントであって、超合金タービンブレードは、マウントから延びるマウントと、弛緩した初期位置から弾性変形位置にマウントによって保持されたときに超合金タービンブレードの少なくとも一部分を弾性変形させる力を加えるアクチュエータであって、超合金タービンブレードの少なくとも一部分は、弾性変形位置で弛緩した初期位置には存在しない湾曲を有するアクチュエータと、弾性変形位置で超合金タービンブレード内に穿孔要素を導くように構成されたドリルガイドとを含む固定具を提供する。
【０００９】
本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または検討されていない他の問題を解決するように設計される。
【００１０】
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態による、穿孔のために超合金タービンブレードを弾性変形させて保持するための固定具の斜視図である。
【図２】図１の固定具の一端の拡大斜視図である。
【図３】本開示の実施形態による、その弾性変形を含む超合金タービンブレードの側面図である。
【図４】本開示の一実施形態による、固定具のアクチュエータの斜視図である。
【図５】本開示の別の実施形態による、固定具のアクチュエータの斜視図である。
【図６】本開示のさらに別の実施形態による、固定具のアクチュエータの斜視図である。
【図７】本開示のさらなる実施形態による、穿孔のために超合金タービンブレードを弾性変形させて保持するための固定具の斜視図である。
【図８】本開示の一実施形態による、それぞれ開および閉位置にある図７の固定具の一対のクランプ部材の側面図である。
【図９】本開示の一実施形態による、それぞれ開および閉位置にある図７の固定具の一対のクランプ部材の側面図である。
【図１０】代替の実施形態による、閉位置にある図７の固定具の一対のクランプ部材の側面図である。
【図１１】本開示の別の実施形態による、それぞれ開および閉位置にある図７の固定具の一対のクランプ部材の側面図である。
【図１２】本開示の別の実施形態による、それぞれ開および閉位置にある図７の固定具の一対のクランプ部材の側面図である。
【図１３】本開示の一実施形態による、図７の固定具のセンサの側面図である。
【図１４】本開示の一実施形態による、図７の固定具の一対のクランプ部材のシールの部分断面図である。
【図１５】本開示の一実施形態による、超合金タービンブレードの周囲の図１４のシールの概略斜視図である。
【図１６】本開示の実施形態による、超合金タービンブレードの多数の位置に力を加えている側面図である。
【図１７】本開示の実施形態に従って形成された冷却通路の孔を含む、超合金タービンブレードの側面図である。
【００１２】
本開示の図面は、原寸に比例して示されていないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面において、図面間で類似する番号は類似する要素を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初の問題として、本開示を明確に説明するために、ターボ機械内の、またはそのタービンブレードに関連した関連する機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。単一の部品であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。
【００１４】
さらに、本明細書ではいくつかの記述上の用語を定常的に使用する場合があり、この点についてこれらの用語を定義することが有用であることが証明されるはずである。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、タービンエンジンを通る作動流体または、たとえば、燃焼器を通る空気の流れ、またはタービンの構成要素システムの１つを通る冷却剤のような流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に相当し、「上流」という用語は、流れの反対の方向を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前方または圧縮機端部を指し、「後方」はエンジンの後方またはタービン端部を指す。タービンブレードに関しては、「前端」および「後端」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前端」はブレードの前部上流縁部を指し、「後端」はブレードの後部下流縁部を指す。多くの場合、中心軸線に関して異なる半径方向位置にある部品を記述することが要求される。「半径方向」という用語は、軸線に垂直な移動または位置を指す。このような場合、第１の構成要素が第２の構成要素より軸線に近接して位置する場合、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内側」にあると述べることになる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素より軸線から遠くに位置する場合、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外側」にあると述べることができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線周りの移動または位置を指す。このような用語は、タービンの中心軸線に関連して適用することができることは理解されよう。「略スパン方向」とは、超合金タービンブレードに対する穿孔の方向に関係し、超合金タービンブレードの主に長さ、または主に縦方向の貫通を意味し、場合によっては穿孔時にある程度の曲率半径を有し、場合によってはブレードの軸線からある程度オフセットされる。
【００１５】
上述したように、本開示は、大型超合金タービンブレード、特にその翼形部に冷却通路を形成するための方法および固定具を提供する。冷却通路は、大型超合金タービンブレードに長い可変湾曲を有する孔として形成することができる。本開示では、タービンブレードの少なくとも一部分は、様々なタイプの固定具を使用して弾性変形され、その後、長い冷却通路を形成するための孔が穿孔される。ここで、超合金タービンブレードは、恒久的または塑性的に変形されない。弾性変形は、既知の方法を用いるＳＴＥＭ穿孔を使用した直線状または線状の孔および／または一定の湾曲の孔を穿孔することを可能にする。弾性変形を引き起こす力が除去されると、超合金タービンブレードはその製造された状態に戻り、冷却通路を形成するブレードの孔は、一定であるかまたはその長さにわたって変化することができる孔湾曲を有する。方法は、超合金タービンブレードに冷却通路を設置して、塑性ひずみを生じさせることなくクリープ寿命を高めることができる。
【００１６】
図１の斜視図を参照すると、本開示の一実施形態による、超合金タービンブレード１０２に孔を穿孔するための固定具１００が示されている。超合金タービンブレード１０２は、任意の公知のまたは今後開発される形態のタービンブレードを含むことができる。上記のように、本開示の教示は、比較的長い長さ、たとえば、約１メートルのタービンブレード１０２に特に適用可能であるが、任意の長さのタービンブレードに適用することができる。超合金タービンブレード１０２は、一般に：ターボ機械のロータホイール（図示せず）にタービンブレード１０２を装着するための任意の公知のまたは今後開発される構造を含む根元部１０４と、翼形部１０６と、先端端部１０８とを含むことができる。先端端部１０８は、先端シュラウドまたはカバー（図示せず）を含むことができる。超合金タービンブレード１０２はまた、中間スパンシュラウド１１４を含むことができるが、これは必ずしもすべての例において必要ではない。本明細書で使用する場合、「超合金」は、限定はしないが、４％〜１５％の引張り伸び率（２インチゲージ長さに基づく）などの従来の合金と比較して、数多くの優れた物理的特性を有する金属合金を指す。例示的な超合金は、限定はしないが：ニッケルまたはコバルト基超合金を含んでもよい。超合金タービンブレード１０２のすべてが超合金である必要はなく、本開示の教示が適用される部分のみであることに留意されたい。
【００１７】
引き続き図１を参照すると、固定具１００は、超合金タービンブレード１０２の根元部１０４を選択的に保持するためのマウント１１０を含む。超合金タービンブレード１０２は、たとえば、片持ち梁状にマウント１１０から延びる。一実施形態では、マウント１１０は、固定具１００の他の部品も装着することができる基部１１２によって定位置に保持され得る。基部１１２は、固定具１００の部品を位置決めし、超合金タービンブレード１０２に本明細書に記載されるような力を加えることができる任意の形態の基礎要素、たとえば、金属プレート、スタンド、床、テーブルなどを含んでもよい。しかし、マウント１１０および固定具１００の他の部品は、たとえば、別々の床基礎を使用して、互いに対して別々に配置されてもよいことが理解される。一実施形態では、マウント１１０は、根元部１０４を基部１１２に保持するための複数のクランプ１１６を含むことができる。クランプ１１６は、任意の形態の調整可能なクランプ、たとえば、保持要素を有するねじボルトなどを含むことができる。あるいは、マウント１１０は、超合金タービンブレード１０２を保持する任意の様々なシステム、たとえば、根元部１０４のダブテールが装着されるロータホイール（図示せず）と同様のダブテールスロット１１８（図３）を含むことができる。
【００１８】
図１および図２の拡大斜視図に示すように、固定具１００はまた、マウント１１０によって保持されたときに超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分を弾性変形させる力Ｆを加えるアクチュエータ１２０を含むこともできる。図３の概略平面図に示すように、力Ｆは、超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分１２２を弛緩した初期位置１２４Ｒから弾性変形位置１２４Ｄに押し付ける（仮想線で示す）。弛緩した初期位置では、超合金タービンブレード１０２は、湾曲した表面またはスパンを含むことができ、そのような特徴はその完成した形状であることに留意されたい。部分１２２の範囲は、たとえば、ブレード、アクチュエータの使用、力Ｆの量、および力Ｆがどこに／どのように加えられるかに依存し得る。本開示の実施形態によれば、力Ｆは、ターボ機械のブレードの動作中に超合金タービンブレード１０２に加えられる力に実質的に類似し得る。すなわち、力Ｆは、ブレードを弾性変形させる（すなわち、弛緩した初期位置１２４Ｒから一時的に偏向させる）のに十分であるが、ブレードを恒久的に曲げるかまたは恒久的に変形させたりするものではない。したがって、弾性変形位置では、超合金タービンブレードは、恒久的または塑性的に形が悪くなったり変形したりすることはない。さらに、力Ｆが解放されると、ブレードは弛緩した初期位置１２４Ｒに戻る。図３に示すように、超合金タービンブレード１０２の部分１２２は、弾性変形位置１２４Ｄで弛緩した初期位置１２４Ｒには存在しない湾曲を有する。さらに、図３に示すように、弾性変形位置１２４Ｄは、超合金タービンブレード１０２の長手方向軸線Ａに垂直な横方向変形ＬＤ、および／または超合金タービンブレード１０２の長手方向軸線Ａの周囲のねじれＲを含むことができる。横方向変形ＬＤおよび／または回転Ｒが弾性変形位置１２４Ｄに存在するかどうかは、超合金タービンブレード１０２の形状、サイズなど、および力Ｆがどのように加えられるか（本明細書で説明する）によって変化する。所望の孔湾曲を達成するために各ブレードに適用可能な力Ｆは、限定はしないが：使用される超合金、ブレードの長さ、力Ｆの適用位置、力Ｆの分布、および孔が所望される部分１２２の構成などの多数の要素に依存する。本明細書で使用する場合、「孔湾曲」は、力Ｆがどのように加えられるかに応じて平面の湾曲、または非平面もしくは螺旋の湾曲を含むことができる。弾性変形位置１２４Ｄのブレードの湾曲の量は、前述の力率と、たとえば翼形部１０６に形成される冷却通路孔に所望される孔湾曲の量とに基づいて計算することができる。図１〜図２に示す例では、部分１２２は、その先端端部１０８から半径方向内側に延びる超合金タービンブレード１０２の長さを含むが、根元部１０４から半径方向外側の翼形部１０６の領域は含まない。しかし、部分１２２は、所望の孔湾曲に応じて変更することができる。
【００１９】
図１および図２に示すように、固定具１００は、任意選択で、アクチュエータ１２０が超合金タービンブレード１０２に係合する超合金タービンブレード１０２の部分１２２の位置に結合するための保護部材１３０を含むことができる。図１および図２では、保護部材１３０は、超合金タービンブレード１０２の先端端部１０８、たとえば、そのシュラウドに着座するように構成された開口部１３４を有するブロック１３２を含む。ブロック１３２は、好ましくは、先端端部１０８を保護するために先端端部１０８と嵌合し、破損することなく超合金タービンブレード１０２に力Ｆを伝達することを可能にする。保護部材１３０は、力Ｆに耐え、超合金タービンブレード１０２を保護し、任意の穿孔に関連する電解質に耐えることができる任意の材料、たとえば、強金属合金、炭素、セラミック、鋼または鋼合金を含むことができる。保護部材１３０は、必ずしもすべての例において必要ではない。
【００２０】
固定具１００はまた、弾性変形位置１２４Ｄで超合金タービンブレード１０２内に穿孔要素１４２を導くように構成されたドリルガイド１４０を含むことができる。一実施形態では、ドリルガイド１４０は、成形管電解加工（ＳＴＥＭ）システム１４４の穿孔要素１４２を導いて孔１４６（図２）を形成するように構成される。ＳＴＥＭシステム１４４は、酸電解穿孔技術を用いる、たとえば、耐腐食性超合金に長い精密な孔を開けるための、任意の公知のまたは今後開発されるシステムを含むことができる。当技術分野で理解されているように、ＳＴＥＭシステム１４４は、電解質がブレード内に通される１つまたは複数の管状穿孔要素を提供する。高い電流が、導電性ブレードと電極として作用する穿孔要素との間に通される。電解質が穿孔要素を通過すると、穿孔要素の断面のような形状の孔が超合金タービンブレード１０２内に穿孔され、材料が電解質によって除去される。穿孔要素１４２は、直線状、すなわち、線状の経路に沿っていてもよく、または湾曲していてもよい。後者の場合、ＳＴＥＭシステム１４４は、ブレード内に一定の曲率半径で穿孔することができる。
【００２１】
固定具１００はまた、超合金タービンブレード１０２が所望の弾性変形位置１２４Ｄにあるかどうかを識別する機構を含むことができる。図１および図２に示す一実施形態では、超合金タービンブレード１０２が弾性変形位置１２４Ｄにあることを識別するように構成されるセンサ１５０が設けられてもよい。センサ１５０は、たとえば、タッチセンサ、レーザセンサ、ボタンセンサなど、位置トリガが可能な任意の形態の電子センサを含むことができる。センサ１５０は、たとえば、可視または可聴インジケータ、またはたとえば、ＳＴＥＭシステム１４４、もしくはアクチュエータ１２０の制御システムへの電気信号などの任意の公知の方法で適切な配置を示すことができる。動作中、超合金タービンブレード１０２は、センサ１５０が弾性変形位置１２４Ｄにあることが示されるまで、アクチュエータ１２０を使用して弾性変形する。図３に示す代替の実施形態では、センサ１５０ではなく、弾性変形位置１２４Ｄの超合金タービンブレード１０２の場所を特定するように構成された位置決め要素１５２を用いることができる。位置決め要素１５２は、たとえば、基部１１２のマウント１１０に対して制御された態様で装着された任意の形態の固定式または調整可能なストップであってもよい。一実施形態では、アクチュエータ１２０は、部分１２２が弾性変形位置１２４Ｄにあることを示す位置決め要素１５２から所定の距離、たとえば１ミリメートルに部分１２２が達するまで、超合金タービンブレード１０２を弾性変形させる力Ｆを加えることができる。所定の距離は、ユーザによって容易に測定可能な任意の距離とすることができ、任意の公知の方法、たとえば、ルーラ、キャリパ、電子的になどで測定することができる。
【００２２】
引き続き図１および図２、ならびに図４〜図６を参照すると、アクチュエータ１２０は、本開示の範囲内で様々な形態をとることができる。図１および図２では、アクチュエータ１２０は、超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分１２２に係合するように構成された、選択的に回転可能なねじ１６２、たとえば、ボルトを含むジャックねじ１６０を含む。ジャックねじ１６０は、たとえば、支持部１６４を介した基部１１２への任意の形態の固定式結合部を含むことができる。ねじ１６２は、超合金タービンブレード１０２に力Ｆを加えるために回転可能に調整され、したがって支持部１６４に対して長さが調整されてもよい。図４の斜視図を参照すると、別の実施形態では、アクチュエータ１２０は、超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分１２２に力Ｆを加えるように構成された表面１７２を含む選択的に回転可能な偏心カム１７０を含むことができる。図５の斜視図に示す別の実施形態では、アクチュエータ１２０は、力Ｆを加えるために保護部材１３０に結合された可撓性コード１７６を含む選択的に回転可能なウインチ１７４を含むことができる。可撓性コード１７６は、加えられる引張力に耐えることができる任意の形態、たとえば、金属ケーブル、チェーンなどをとることができる。可撓性コード１７６を導くのに必要な任意のプーリ１７８を、用いてもよい。選択的に回転可能なウインチ１７４および／またはプーリ１７８は、任意の方法で基部１１２（図示せず）に結合されてもよい。図６に示す斜視図を参照すると、別の実施形態では、保護部材１３０は、その外部表面１８２に第１のギア１８０を含むことができ、アクチュエータ１２０は、超合金タービンブレード１０２の部分１２２に力Ｆを加えるために、第１のギア１８０と噛合するように構成された選択的に回転可能な第２のギア１８４を含むことができる。この場合、力Ｆは、ブレードの部分１２２を回転させ、ねじれＲ（図３）を生成する回転力である。
【００２３】
図１、図２および図４〜図６の実施形態の各々では、力Ｆの適用を引き起こすアクチュエータ１２０の選択的に回転可能な構成要素の回転は、多くの方法で提供され得る。たとえば、図１および図２では、ねじ１６２は、従来のレンチ（図示せず）またはレンチドライバによって旋回するためのボルトヘッド１６６を含む。図４では、モータ１８６を選択的に回転可能な偏心カム１７０に結合してカムを回転させ、力Ｆを少なくとも一部分１２２に加えることができる。図５では、モータ１８８を結合して、ウインチ１７４を選択的に回転させることができる。図６では、ハンドル１９０が回転可能な第２のギア１８４に結合され、第２のギアを選択的に回転させて力Ｆを少なくとも一部分１２２に加える。任意の実施形態では、アクチュエータ１２０の必要な部分を選択的に回転させるための上述した技術のいずれかを適用することができる。図１、図２、図４および図５の実施形態をさらに参照すると、各実施形態では、保護部材１３０に力Ｆを加えるアクチュエータ１２０が示されている。しかし、保護部材１３０が必ずしもすべての例において必要ではなく、力Ｆが部分１２２に直接加えられてもよいことが強調される。
【００２４】
図７〜図１５を参照すると、別の実施形態では、固定具１００は、超合金タービンブレード１０２に係合するように構成された一対のクランプ部材２２２、２２４を含むことができる。図７は、固定具１００の斜視図を示し、図８〜図１４は、固定具１００の様々な断面図を示す。クランプ部材２２２、２２４は、アクチュエータ２２０によって力Ｆを加えるように移動可能である。クランプ部材２２２、２２４は、図９の断面図に示す閉位置で共に、超合金タービンブレード１０２を弾性変形位置１２４Ｄに配置するための力Ｆを加えることができる。すなわち、一方または両方のクランプ部材２２２、２２４の内部表面２２６は、たとえばブレードが移動して変形することを可能にする特定の位置および／またはポケットにブレードを変形させる表面を設けることによって、超合金タービンブレード１０２を弾性変形させる形状を単独でまたは集合的に有することができる。動作中、弛緩した初期位置１２４Ｒの超合金タービンブレード１０２は、図８に示すように、その開位置内でクランプ部材２２２、２２４内に配置される。次に、アクチュエータ２２０は、クランプ部材２２２、２２４を図９に示す閉位置に押し付けて力Ｆを加え、ブレードを弾性変形位置１２４Ｄに弾性変形させる。図９に示すように、弾性変形位置１２４Ｄでは、ドリルガイド１４０は、ＳＴＥＭシステム１４４の穿孔要素１４２を導いてブレードに孔１４６を穿孔することができる。
【００２５】
別の実施形態では、図１０の断面図に示すように、弾性変形を生成する複雑な表面２２６を有するのではなく、クランプ部材２２２、２２４は、ブレード外部を概して模倣するが、わずかに大きくてもよい。この場合、クランプ部材２２２、２２４の少なくとも１つは、超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分１２２を弾性変形させるように力Ｆを加えるように構成された要素２２８を含むことができる。または、クランプ部材２２２、２２４は、超合金タービンブレード１０２の外部表面を概して模倣することができる。要素２２８は、たとえば、表面２２６のバンプまたはリッジであってもよい。アクチュエータ２２０は、超合金タービンブレード１０２の周囲でクランプ部材２２２、２２４の一方（図９）または両方（図１０）に力を加えるために、図１、図２、図４〜図６の任意の前述の機構を含むことができる。
【００２６】
図１１および図１２の断面図を参照すると、別の実施形態では、超合金タービンブレード１０２の位置２３２での結合のための保護部材２３０が、クランプ部材２２２、２２４と共に使用するために設けられてもよい。この場合、クランプ部材２２２、２２４（両方として図示）の少なくとも１つは、保護部材２３０を収容するための凹部２３４を含む。クランプ部材２２２、２２４は、保護部材２３０またはブレードの別の位置に力を加えるための内部表面２２６を含むことができる。保護部材２３０は、力Ｆに耐え、超合金タービンブレード１０２を保護することができる任意の材料、たとえば、強金属合金、鋼または鋼合金を含むことができる。保護部材１３０は、必ずしもすべての例において必要ではない。
【００２７】
さらに、図７〜図１２の実施形態に関して、クランプ部材２２２、２２４が超合金タービンブレード１０２のすべてを包含して示されているが、クランプ部材２２２、２２４は、所望の弾性変形位置１２４Ｄを生成するために必要なブレードの部分、たとえば。翼形部１０６またはその一部のみを包含することができることが認識される。
【００２８】
図１３は、クランプ部材２２２、２２４の別の任意の実施形態の拡大断面図を示す。この実施形態では、センサ２４０は、超合金タービンブレード１０２が弾性変形位置１２４Ｄにあることを識別するために、クランプ部材２２２、２２４の少なくとも１つに動作可能に結合される。センサ２４０は、たとえば、タッチセンサ、レーザセンサ、ボタンセンサなど、位置トリガが可能な任意の形態の電子センサを含むことができる。センサ２４０は、たとえば、可視または可聴インジケータ、またはたとえば、ＳＴＥＭシステム１４４（図示せず）もしくはアクチュエータ２２０の制御システムへの電気信号などの任意の公知の方法で適切な配置を示すことができる。動作中、超合金タービンブレード１０２は、センサ２４０が弾性変形位置１２４Ｄにあることが示されるまで、アクチュエータ２２０を使用して弾性変形する。
【００２９】
図１４は、クランプ部材２２２、２２４と共に使用するためのシール２５０の部分断面図を示し、図１５は、概略斜視図を示す。理解されるように、ＳＴＥＭシステム１４４は、孔１４６を穿孔するプロセスの一部として液体電解質を分散させる。電解質がこぼれたり、および／または従来の方法でリサイクルされないようにするために、シール２５０は、図１４の断面図に示すように、超合金タービンブレード１０２の表面２５２でシールするために一対のクランプ部材２２２、２２４の少なくとも１つに設けられてもよい。図１５は、液体電解質がブレードに沿って半径方向内側に通過するのを防止するために、シール２５０がブレード全体の周囲にどのように延びるかを示す。ここで、一対のクランプ部材２２２、２２４の少なくとも１つは、部材を通る排水孔２５４を含むことができ、すなわち、部材からの液体電解質の制御された排水を可能にする。排水孔２５４はまた、ＳＴＥＭシステム１４４（図７）の任意の公知のまたは今後開発される形態の液体電解質リサイクルシステム（図示せず）に流体結合することができる。
【００３０】
動作中、超合金タービンブレード１０２は、前述の固定具１００のいずれか１つに装着される。次に、力Ｆが固定具１００によって加えられて、弛緩した初期位置１２４Ｒ（図３）から弾性変形位置１２４Ｄ（図３）へブレードの少なくとも一部分１２２を弾性変形させる。たとえば、超合金タービンブレード１０２に一対のクランプ部材２２２、２２４（図９〜図１２）を適用することによって力Ｆを加えることができる。前述のように、クランプ部材２２２、２２４の少なくとも１つは、力Ｆを加えるように構成された要素２２８（図１０）を含むことができる。この設定では、図１１および図１２に示すように、保護部材２３０は、超合金タービンブレード１０２上の位置２３２に取り付けられ、クランプ部材２２２，２２４の少なくとも１つは、保護部材を収容するための凹部２３４を含むことができる。さらに、たとえば、一対のクランプ部材２２２、２２４を適用することによって弾性変形位置１２４Ｄが達成されたかどうかを感知するために、任意の公知のまたは今後開発される解決策を使用して変形の量を測定することによって、またはたとえば、図１３に示すようなセンサ２４０を使用して超合金タービンブレードの少なくとも一部分の位置を感知することによって、超合金タービンブレード１０２が穿孔の前に弾性変形位置１２４Ｄにあることを保証することができる。さらに、図１４および図１５に示すように、シール２５０は、超合金タービンブレード１０２の一対のクランプ部材２２２、２２４と表面２５２との間に形成、たとえば、装着または適用されてもよく、クランプ部材２２２、２２４の少なくとも１つは、部材を通る排水孔２５４を含み、液体電解質を部材から排出またはリサイクルすることを可能にする。別の例では、図１および図２に示すように、超合金タービンブレード１０２の第１の端部（根元部端部１０４）を固定具１００に保持し、ブレードの第２の対向する端部（先端端部１０８  ）に力Ｆを加えることによって、力を加えることができる。保護部材１３０は、超合金タービンブレード１０２の部分１２２に適用され、力Ｆは、保護部材に加えられる。１つの選択肢では、図６に示すような力Ｆをブレードの少なくとも一部分１２２に旋回力として加えることができる。
【００３１】
上述したように、力Ｆは、ターボ機械の超合金タービンブレードの動作中に超合金タービンブレード１０２に加えられる力に実質的に類似しており、すなわち、ブレードを恒久的に変形させない。図３に示すように、弾性変形位置１２４Ｄは：超合金タービンブレード１０２の長手方向軸線Ａに垂直な横方向変形ＬＤおよび／または超合金タービンブレード１０２の長手方向軸線Ａの周囲のねじれＲを含むことができる。いずれにしても、超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分１２２は、弾性変形位置１２４Ｄ（図３）で弛緩した初期位置１２４Ｒ（図３）には存在しない湾曲（図３参照）を有する。特定の固定具およびアクチュエータは、超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分１２２に沿って分散して力Ｆを加えることができる。たとえば、クランプ部材２２２、２２４を含む固定具１００は、図９に示すように、分散された力Ｆを加えることができる。図１および図２に示すように、アクチュエータ１２０はまた、ブレードに沿って選択された位置に複製され、分散された力を与えることができる。たとえば、図１６は、図１に示すものと同様の３つのアクチュエータ１２０が超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分１２２に沿って多数の位置に位置して力Ｆを加える概略図を示す。この例では、アクチュエータ１２０は、ブレードを直線状にすることができる。
【００３２】
どのように弾性変形しても、たとえば図２に示すように、弾性変形位置１２４Ｄで超合金タービンブレード１０２の少なくとも一部分１２２を略スパン方向に通して孔１４６穿孔することができる。上述したように、穿孔は、ＳＴＥＭを含むことができ、図２に示すような直線状の孔、または図９に示すような一定の曲率半径（ＣＣＲ）を穿孔することを含むことができる。１つの孔１４６が示されているが、任意の数の孔１４６を単独でまたは同時に穿孔することができることが強調される。
【００３３】
図１７に示すように、穿孔後に力Ｆが解放され、超合金タービンブレード１０２が弛緩した初期位置１２４Ｒおよび孔１４６に戻り、ブレードの少なくとも一部分１２２内の孔湾曲をとることを可能にする。孔１４６は、ブレードに冷却通路２６０を形成するために、任意の公知の方法で他の通路に差し込まれるかまたは相互接続され得る。図１７に示すように、孔１４６の湾曲は、ブレードの少なくとも一部分１２２に沿って変化してもよい。
【００３４】
本明細書に記載のように、本開示の実施形態は、超合金タービンブレードを弾性変形させ、ＳＴＥＭ穿孔方法に適合させるための方法および固定具を提供する。結果として、本開示の教示は、大型の後期超合金タービンブレードに長い可変湾曲冷却通路を製造し、これらのブレードを効果的に冷却することを可能にする。
【００３５】
本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。「任意の」または「任意に」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含むことを意味する。
【００３６】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用される、概略を表す言葉（Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｎｇ  ｌａｎｇｕａｇｅ）は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」および「実質的に」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、概略を表す言葉は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両方の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の＋／−１０％を示し得る。
【００３７】
添付の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を遂行するための、一切の構造、材料、または動作を包含することが意図されている。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されたもので、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図されていない。多くの修正および変形は、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理および実際的な応用を最善に説明し、他の当業者が、意図する特定の用途に適した様々な修正を加えた様々な実施形態のため、本開示を理解できるように選択し、説明されたものである。
［実施態様１］
弛緩した初期位置（１２４Ｒ）から弾性変形位置（１２４Ｄ）に超合金タービンブレード（１０２）の少なくとも一部分（１２２）を弾性変形させる力を加えることであって、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）は、前記弾性変形位置（１２４Ｄ）で前記弛緩した初期位置（１２４Ｒ）には存在しない湾曲を有する力を加えることと、
前記弾性変形位置（１２４Ｄ）で前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）を略スパン方向に通して孔（１４６）を穿孔することと、
前記超合金タービンブレード（１０２）が前記弛緩した初期位置（１２４Ｒ）に戻り、前記孔（１４６）が前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）内の孔（１４６）湾曲をとることを可能にする前記力を解放することと
を含む、方法。
［実施態様２］
前記穿孔することが、成形管電解加工（ＳＴＥＭ）を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記穿孔することが、一定の曲率半径で穿孔することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記穿孔することが、線状の経路に沿って穿孔することを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記孔（１４６）湾曲が、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）に沿って変化する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様６］
前記力を加えることが、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）に沿って分散して前記力を加えることを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様７］
前記力を加えることが、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）に沿って多数の位置で前記力を加えることを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様８］
変形の量を測定することによって、または前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）の位置を感知することによって、前記超合金タービンブレード（１０２）が前記穿孔の前に前記弾性変形位置（１２４Ｄ）にあることを保証することをさらに含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様９］
前記力を加えることが、
前記超合金タービンブレード（１０２）に一対のクランプ部材（２２２、２２４）を適用することを含み、前記クランプ部材（２２２、２２４）の少なくとも１つが、前記適用中に前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）を弾性変形させる前記力を加えるように構成された要素（２２８）を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
前記超合金タービンブレード（１０２）上の位置（２３２）に保護部材（１３０、２３０）を取り付けることをさらに含み、前記クランプ部材（２２２、２２４）の少なくとも１つが、前記保護部材（１３０、２３０）を収容するための凹部（２３４）を含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１１］
前記一対のクランプ部材（２２２、２２４）を適用することによって前記弾性変形位置（１２４Ｄ）が達成されたかどうかを感知することをさらに含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１２］
前記一対のクランプ部材（２２２、２２４）と前記超合金タービンブレード（１０２）の表面（２５２）との間にシール（２５０）を形成することをさらに含み、前記クランプ部材（２２２、２２４）の少なくとも１つが、部材を通る排水孔（２５４）を含む、実施態様９に記載の方法。
［実施態様１３］
前記力を加えることが、
前記超合金タービンブレード（１０２）の第１の端部（１０４）を固定具（１００）に保持することと、
前記超合金タービンブレード（１０２）の第２の対向する端部（１０８）に前記力を加えることと
を含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１４］
前記超合金タービンブレード（１０２）の一部分（１２２）に保護部材（１３０、２３０）を結合することをさらに含み、前記力を加えることが、前記力を前記保護部材（１３０、２３０）に加えることを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１５］
前記力が、ターボ機械の前記超合金タービンブレード（１０２）の動作中に前記超合金タービンブレード（１０２）に加えられる力に実質的に類似する、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１６］
前記弾性変形位置（１２４Ｄ）が、前記超合金タービンブレード（１０２）の長手方向軸線に垂直な横方向変形および前記超合金タービンブレードの前記長手方向軸線の周囲のねじれの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１７］
前記力を加えることが、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）に旋回力を加えることを含む、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１８］
超合金タービンブレード（１０２）の第１の部分に保護部材（１３０、２３０）を結合することと、
弛緩した初期位置（１２４Ｒ）から弾性変形位置（１２４Ｄ）に超合金タービンブレード（１０２）の少なくとも第２の部分を弾性変形させるように前記保護部材（１３０、２３０）に力を加えることであって、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも第２の部分は、前記弾性変形位置（１２４Ｄ）で前記弛緩した初期位置（１２４Ｒ）には存在しない湾曲を有する力を加えることと、
成形管電解加工（ＳＴＥＭ）を使用して、前記弾性変形位置（１２４Ｄ）で前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも第２の部分を略スパン方向に通して孔（１４６）を穿孔することと、
前記超合金タービンブレード（１０２）が前記弛緩した初期位置（１２４Ｒ）に戻り、前記孔（１４６）が前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）内の孔（１４６）湾曲をとることを可能にする前記力を解放することと
を含む、方法。
［実施態様１９］
前記力を加えることが、
前記超合金タービンブレード（１０２）の第１の端部（１０４）を固定具（１００）に保持することと、
前記超合金タービンブレード（１０２）の第２の対向する端部（１０８）で前記保護部材（１３０、２３０）に前記力を加えることと
を含む、実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記力を加えることが、前記超合金タービンブレード（１０２）の前記少なくとも一部分（１２２）に旋回力を加えることを含む、実施態様１８に記載の方法。
【符号の説明】
【００３８】
１００  固定具
１０２  タービンブレード
１０４  根元部
１０６  翼形部
１０８  先端端部
１１０  マウント
１１２  基部
１１４  中間スパンシュラウド
１１６  クランプ
１１８  スロット
１２０  アクチュエータ
１２２  部分
１２４Ｄ  弾性変形位置
１２４Ｒ  初期位置
１３０  保護部材
１３２  ブロック
１３４  開口部
１４０  ドリルガイド
１４２  穿孔要素
１４４  管電解加工ＳＴＥＭシステム
１４６  孔
１５０  センサ
１５２  位置決め要素
１６０  ジャックねじ
１６２  ねじ
１６４  支持部
１６６  ボルトヘッド
１７０  偏心カム
１７２  表面
１７４  回転可能なウインチ
１７６  可撓性コード
１７８  プーリ
１８０  第１のギア
１８２  外部表面
１８４  第２のギア
１８６  モータ
１８８  モータ
１９０  ハンドル
２２０  アクチュエータ
２２２  クランプ部材
２２４  クランプ部材
２２６  内部表面
２２８  要素
２３０  保護部材
２３２  位置
２３４  凹部
２４０  センサ
２５０  シール
２５２  表面
２５４  排水孔
２６０  冷却通路
１２４Ｄ  弾性変形位置
１２４Ｒ  初期位置
【図１】
2019007477.tif 000003
【図２】
2019007477.tif 000004
【図３】
2019007477.tif 000005
【図４】
2019007477.tif 000006
【図５】
2019007477.tif 000007
【図６】
2019007477.tif 000008
【図７】
2019007477.tif 000009
【図８】
2019007477.tif 000010
【図９】
2019007477.tif 000011
【図１０】
2019007477.tif 000012
【図１１】
2019007477.tif 000013
【図１２】
2019007477.tif 000014
【図１３】
2019007477.tif 000015
【図１４】
2019007477.tif 000016
【図１５】
2019007477.tif 000017
【図１６】
2019007477.tif 000018
【図１７】
2019007477.tif 000019
【外国語明細書】
2019007477000001.pdf