(57)【要約】      （修正有）【課題】タービン構成要素の冷却装置を作製する方法、および冷却装置が提供される。【解決手段】タービン構成要素（１０１）は、内部に形成された内部冷却通路を含む。方法は、タービン構成要素（１０１）の側壁を通してスロット（１０２）を形成するステップを含む。方法はさらに、１つまたは複数の冷却機構（１０５）と、キャビティ（１０６）とを有するインサート（１０４）を形成するステップを含む。方法はさらに、インサート（１０４）をスロット（１０２）内に配置するステップを含む。方法はさらに、インサート（１０４）をスロット（１０２）内に固定するステップを含む。方法はさらに、内部冷却通路、インサート（１０４）、およびタービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する少なくとも１つの通路（１０７）を形成するステップを含む。【選択図】図１
2019023465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有するタービン構成要素（１０１）の冷却装置（１００）を作製する方法（３００）であって、前記タービン構成要素（１０１）は、内部に形成された内部冷却通路（２０１）を含み、前記方法（３００）は、
前記タービン構成要素（１０１）の側壁（１０３）を通してスロット（１０２）を形成するステップと、
１つまたは複数の冷却機構（１０５）と、キャビティ（１０６）とを有するインサート（１０４）を形成するステップと、
前記インサート（１０４）を前記スロット（１０２）内に配置するステップと、
前記インサート（１０４）を前記スロット（１０２）内に固定するステップと、
前記内部冷却通路（２０１）、前記インサート（１０４）、および前記タービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する少なくとも１つの通路（１０７）を形成するステップと
を含む、方法（３００）。
【請求項２】
前記側壁（１０３）が、スラッシュ面以外の側壁（１０３）である、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項３】
前記インサート（１０４）を形成するステップが、直接金属レーザ溶融、直接金属レーザ焼結、鋳造、３Ｄ印刷、製作、およびそれらの組合せからなる群から選択される付加製造プロセスを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項４】
前記インサート（１０４）を前記スロット（１０２）内に固定するステップが、機械的接合、ろう付け、溶接、およびそれらの組合せからなる群から選択されるプロセスを含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項５】
前記インサート（１０４）が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、チタン基超合金、およびそれらの組合せから選択される金属を含む、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項６】
前記インサート（１０４）が、前記スロット（１０２）の内側表面（１１２）にインピンジメント冷却を行うように構成および配置される、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項７】
前記インサート（１０４）が、インピンジメント表面（１１１）を備え、前記インピンジメント表面（１１１）が、前記１つまたは複数の冷却機構（１０５）を備える、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項８】
前記インサート（１０４）が、少なくとも１つの通路（１０７）を通って前記タービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する、請求項７に記載の方法（３００）。
【請求項９】
前記タービン構成要素（１０１）が、ノズル、ブレード、シュラウド、燃焼器ライナ、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項１０】
表面を有するタービン構成要素（１０１）の冷却装置（１００）であって、前記タービン構成要素（１０１）は、内部に形成された内部冷却通路（２０１）を含み、前記冷却装置（１００）は、
前記タービン構成要素（１０１）の側壁（１０３）を通して形成されたスロット（１０２）と、
前記スロット（１０２）内に固定されたインサート（１０４）であって、１つまたは複数の冷却機構（１０５）と、キャビティ（１０６）とを有するインサート（１０４）と、
前記内部冷却通路（２０１）、前記インサート（１０４）、および前記タービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する少なくとも１つの通路（１０７）と
を備える、冷却装置（１００）。
【請求項１１】
前記側壁（１０３）が、スラッシュ面以外の側壁（１０３）である、請求項１０に記載の冷却装置（１００）。
【請求項１２】
前記インサート（１０４）が、前記スロット（１０２）の内側表面（１１２）にインピンジメント冷却を行うように構成および配置される、請求項１０に記載の冷却装置（１００）。
【請求項１３】
前記インサート（１０４）が、インピンジメント表面（１１１）を備え、前記インピンジメント表面（１１１）が、前記１つまたは複数の冷却機構（１０５）を備える、請求項１０に記載の冷却装置（１００）。
【請求項１４】
前記インサート（１０４）が、少なくとも１つの通路（１０７）を通って前記タービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する、請求項１３に記載の冷却装置（１００）。
【請求項１５】
前記タービン構成要素（１０１）が、ノズル、ブレード、シュラウド、燃焼器ライナ、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１０に記載の冷却装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷却装置、および冷却装置を作製する方法に関する。より具体的には、本発明は、タービン構成要素の冷却装置、およびタービン構成要素の冷却装置を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン構成要素などのある特定の構成要素は、高温および過酷な条件下で動作する。冷却通路は、ガスタービン構成要素に形成され、これらの構成要素の耐用年数を延ばすために冷却剤を循環させるのを助けることができる。しかし、鋳造などによって冷却通路を組み込むことは、高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６００８９５８９号明細書
【発明の概要】
【０００４】
例示的な実施形態では、表面を有するタービン構成要素の冷却装置を作製する方法が提供される。前記タービン構成要素は、内部に形成された内部冷却通路を含む。前記方法は、前記タービン構成要素の側壁を通してスロットを形成するステップを含む。前記方法はさらに、１つまたは複数の冷却機構と、キャビティとを有するインサートを形成するステップを含む。前記方法はさらに、前記インサートを前記スロット内に配置するステップを含む。前記方法はさらに、前記インサートを前記スロット内に固定するステップを含む。前記方法はさらに、前記内部冷却通路、前記インサート、および前記タービン構成要素の外部表面と流体連通する少なくとも１つの通路を形成するステップを含む。
【０００５】
別の例示的な実施形態では、表面を有するタービン構成要素の冷却装置が提供される。前記タービン構成要素は、内部に形成された内部冷却通路を含む。前記冷却装置は、前記タービン構成要素の側壁を通して形成されたスロットを備える。前記冷却装置はさらに、前記スロット内に固定されたインサートを備える。前記インサートは、１つまたは複数の冷却機構と、キャビティとを有する。前記冷却装置はさらに、前記内部冷却通路、前記インサート、および前記タービン構成要素の外部表面と流体連通する少なくとも１つの通路を備える。
【０００６】
本発明の他の特徴および利点は、例えば、本発明の原理を図示する添付の図面と合わせて、好適な実施形態についての以下のより詳細な説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の例示的な実施形態による分解された状態のタービン構成要素およびインサートの斜視図である。
【図２】本開示の例示的な実施形態による組み立てられた状態の図１の２−２部分断面図である。
【図３】本開示の例示的な実施形態による方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
可能な限り、同一の参照符号が同一の部品を表すために図面の全体にわたって使用される。
【０００９】
以下で述べる詳細な説明は、同じ番号が同じ要素を参照する添付の図面と共に、開示される主題の各種の実施形態を記述することを意図しており、唯一の実施形態を表すことを意図していない。本開示に記述される各実施形態は、単なる例または例示として提示されており、他の実施形態よりも好ましい、または有利であると理解されるものではない。本明細書で提示される例は、排他的であること、または特許請求される主題を開示される厳密な形態に限定することを意図するものではない。
【００１０】
例示的な方法およびプラットフォーム冷却装置が提供される。本開示の実施形態は、本明細書に開示される１つまたは複数の特徴を利用しない方法およびプラットフォーム冷却装置と比較して、より複雑な内部形状を可能にすることにより、コストを低減し、熱伝達係数を増大し、エンジン性能を高め、かつ冷却流を少なくすることを可能にする。
【００１１】
原料の数量および／または反応条件を表すすべての数字は、特に断らない限り、用語「約」によりすべての事例で修正されるものと理解されたい。
【００１２】
すべての割合および比率は、特に断らない限り、重量で計算されている。すべての割合は、特に断らない限り、組成物の合計重量に基づいて計算されている。すべての構成要素または組成物のレベルは、その構成要素または組成物の有効レベルを参照しており、市販原料中に存在することがある、例えば、残留溶剤または副生成物などの不純物を除いている。
【００１３】
本明細書で使用される冠詞「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」は、明細書および特許請求の範囲に記述される本発明の実施形態の任意の特徴に適用されるときには、１つまたは複数を意味する。「１つの（ａ）」および「１つの（ａｎ）」の使用は、その意味を単一の特徴に限定する旨を特に言及していない限り、その意味を限定しない。単数もしくは複数の名詞または名詞句の前の冠詞「その（ｔｈｅ）」は、具体的に特定された１つまたは複数の特徴を示しており、使用される文脈に応じて単数または複数の意味合いを有することがある。形容詞「任意の（ａｎｙ）」は、数量のいかんにかかわらず、１つ、一部、またはすべてを意味する。
【００１４】
本明細書で使用される用語「少なくとも１つ」は、１つまたは複数を意味し、よって個々の構成要素および混合物／組合せを含む。
【００１５】
本明細書で使用される用語「備える」（およびその文法上の変形）は、「有する」または「含む」という包括的な意味で使用されるものであり、「のみからなる」という排他的な意味で使用されるものではない。
【００１６】
図１を参照すると、分解された状態の表面を有するタービン構成要素１０１の冷却装置１００が示されている。タービン構成要素１０１は、内部に形成された内部冷却通路（図示せず）を含む。タービン構成要素１０１は、高温側１１０と、低温側１０９とをさらに含む。冷却装置１００は、タービン構成要素１０１の側壁１０３を通して形成されたスロット１０２を備える。冷却装置１００は、スロット１０２内に固定された凹状のインサート１０４をさらに備える。インサート１０４は、インピンジメント表面１１１の１つまたは複数の冷却機構１０５と、キャビティ１０６（プレインピンジメント）とを含む。冷却装置１００は、内部冷却通路（図示せず）、インサート１０４、およびタービン構成要素１０１の外部表面１０８と流体連通する少なくとも１つの通路１０７をさらに備える。凹状のインサート１０４は、方向１１３においてタービン構成要素１０１のスロット１０２内に摺動することができる。
【００１７】
図２を参照すると、組み立てられた状態の図１の２−２部分断面図が示されている。インサート１０４は、タービン１０１のスロット１０２に固定される。インサート１０４の外側輪郭は、空気力学的プロファイルが維持されるように、タービン構成要素１０１の側壁１０３に連続的かつ滑らかに接合される。冷却剤ガス経路２０３は、内部冷却通路２０１から高圧コネクタ２０２を通ってキャビティ１０６（プレインピンジメント）に流れる。次に、冷却剤ガス経路２０３は、図示されているように組み立てられたとき、インピンジメント表面１１１の１つまたは複数の冷却機構１０５を通ってインピンジメント表面１１１と内側表面１１２を備える低温側１０９との間に形成された別のキャビティ２０５（ポストインピンジメント）に衝突する。分解されると、キャビティ２０５は、存在しなくてもよい。一実施形態では、冷却機構１０５は、これに限定されないが、１つまたは複数のインピンジメント孔を含むことができる。一実施形態では、冷却機構１０５は、インピンジメント表面１１１に均一に分布している。別の実施形態では、冷却機構１０５は、インピンジメント表面１１１に均一に分布していない。次いで、冷却剤ガス経路２０３は、少なくとも１つの通路１０７を通ってキャビティ２０５の外側に流れる。一実施形態では、通路１０７は、最大の冷却効果を誘発するように位置合わせされる。一実施形態では、冷却剤ガス経路２０３は、冷却流および／または膜をタービン構成要素１０１の表面に形成し、それによってタービン構成要素１０１を高温環境から保護する。
【００１８】
一実施形態では、側壁１０３は、スラッシュ面以外の側壁である。別の実施形態では、側壁１０３は、スラッシュ面である。別の実施形態では、側壁１０３は、側壁とスラッシュ面の両方である。
【００１９】
一実施形態では、タービン構成要素１０１は、２つ以上のインサート１０４が挿入または固定される２つ以上のスロット１０２を含む。
【００２０】
一実施形態では、圧力コネクタ２０２はまた、組み立てられたときにキャビティ２０５に直接接続される。別の実施形態では、圧力コネクタ２０２は、組み立てられたときにキャビティ２０５またはキャビティ２０６のいずれかに接続される。
【００２１】
一実施形態では、インサート１０４は、限定はしないが、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、チタン基超合金、およびそれらの組合せを含む材料を含む。当業者は、インサート１０４の他の材料を理解するであろう。
【００２２】
一実施形態では、インサート１０４は、タービン構成要素１０１と同じ材料である。別の実施形態では、インサート１０４は、タービン構成要素１０１と同じ材料ではない。
【００２３】
一実施形態では、インサート１０４は、スロット１０２の内側表面１１２にインピンジメント冷却を行うように構成および配置される。
【００２４】
一実施形態では、タービン構成要素１０１は、限定はしないが、ノズル、ブレード、シュラウド、燃焼器ライナ、およびそれらの組合せを含む。当業者は、他のタービン構成要素を理解するであろう。
【００２５】
図３を参照すると、表面を有するタービン構成要素１０１の冷却装置１００を作製する方法３００が示されている。タービン構成要素１０１は、内部に形成された内部冷却通路２０１を含む。方法３００は、タービン構成要素１０１の側壁１０３を通してスロット１０２を形成するステップを含む（ステップ３０１）。方法３００はさらに、１つまたは複数の冷却機構１０５と、キャビティ１０６とを有するインサート１０４を形成するステップを含む（ステップ３０２）。方法３００はさらに、インサート１０４をスロット１０２内に配置するステップを含む（ステップ３０３）。方法３００はさらに、インサート１０４をスロット１０２内に固定するステップを含む（ステップ３０４）。方法３００はさらに、内部冷却通路２０１、インサート１０４、およびタービン構成要素１０１の外部表面と流体連通する少なくとも１つの通路１０７を形成するステップを含む（ステップ３０５）。
【００２６】
一実施形態では、インサート１０４は、直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）、直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）、鋳造、３Ｄ印刷、製作、およびそれらの組合せを含む付加製造プロセスによって形成される。当業者は、他の付加製造プロセスを理解するであろう。
【００２７】
一実施形態では、インサート１０４は、機械的接合、溶接、およびそれらの組合せからなる群から選択されるプロセスを介して側壁１０３に固定される。
【００２８】
本発明について好適な実施形態を参照して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、またその要素を等価物で置き換えることができることは、当業者には理解されるであろう。加えて、特定の状況または材料を本発明の教示に適応させるために、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに多くの修正を施してもよい。したがって、本発明が、本発明を実施するために考えられた最良の態様として開示されている特定の実施形態に限定されず、本発明が、添付の特許請求の範囲に含まれるあらゆる実施形態を含むことが意図されている。
［実施態様１］
表面を有するタービン構成要素（１０１）の冷却装置（１００）を作製する方法（３００）であって、前記タービン構成要素（１０１）は、内部に形成された内部冷却通路（２０１）を含み、前記方法（３００）は、
前記タービン構成要素（１０１）の側壁（１０３）を通してスロット（１０２）を形成するステップと、
１つまたは複数の冷却機構（１０５）と、キャビティ（１０６）とを有するインサート（１０４）を形成するステップと、
前記インサート（１０４）を前記スロット（１０２）内に配置するステップと、
前記インサート（１０４）を前記スロット（１０２）内に固定するステップと、
前記内部冷却通路（２０１）、前記インサート（１０４）、および前記タービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する少なくとも１つの通路（１０７）を形成するステップと
を含む、方法（３００）。
［実施態様２］
前記側壁（１０３）が、スラッシュ面以外の側壁（１０３）である、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様３］
前記インサート（１０４）を形成するステップが、直接金属レーザ溶融、直接金属レーザ焼結、鋳造、３Ｄ印刷、製作、およびそれらの組合せからなる群から選択される付加製造プロセスを含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様４］
前記インサート（１０４）を前記スロット（１０２）内に固定するステップが、機械的接合、ろう付け、溶接、およびそれらの組合せからなる群から選択されるプロセスを含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様５］
前記インサート（１０４）が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、チタン基超合金、およびそれらの組合せから選択される金属を含む、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様６］
前記インサート（１０４）が、前記タービン構成要素（１０１）と同じ材料である、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様７］
前記インサート（１０４）が、前記スロット（１０２）の内側表面（１１２）にインピンジメント冷却を行うように構成および配置される、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様８］
前記インサート（１０４）が、インピンジメント表面（１１１）を備え、前記インピンジメント表面（１１１）が、前記１つまたは複数の冷却機構（１０５）を備える、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様９］
前記インサート（１０４）が、少なくとも１つの通路（１０７）を通って前記タービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する、実施態様８に記載の方法（３００）。
［実施態様１０］
前記タービン構成要素（１０１）が、ノズル、ブレード、シュラウド、燃焼器ライナ、およびそれらの組合せからなる群から選択される、実施態様１に記載の方法（３００）。
［実施態様１１］
表面を有するタービン構成要素（１０１）の冷却装置（１００）であって、前記タービン構成要素（１０１）は、内部に形成された内部冷却通路（２０１）を含み、前記冷却装置（１００）は、
前記タービン構成要素（１０１）の側壁（１０３）を通して形成されたスロット（１０２）と、
前記スロット（１０２）内に固定されたインサート（１０４）であって、１つまたは複数の冷却機構（１０５）と、キャビティ（１０６）とを有するインサート（１０４）と、
前記内部冷却通路（２０１）、前記インサート（１０４）、および前記タービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する少なくとも１つの通路（１０７）と
を備える、冷却装置（１００）。
［実施態様１２］
前記側壁（１０３）が、スラッシュ面以外の側壁（１０３）である、実施態様１１に記載の冷却装置（１００）。
［実施態様１３］
前記インサート（１０４）が、直接金属レーザ溶融、直接金属レーザ焼結、鋳造、３Ｄ印刷、製作、およびそれらの組合せからなる群から選択される付加製造プロセスによって形成される、実施態様１１に記載の冷却装置（１００）。
［実施態様１４］
前記インサート（１０４）が、機械的接合、溶接、およびそれらの組合せからなる群から選択されるプロセスを介して前記側壁（１０３）に固定される、実施態様１１に記載の冷却装置（１００）。
［実施態様１５］
前記インサート（１０４）が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、チタン基超合金、およびそれらの組合せから選択される金属を含む、実施態様１１に記載の冷却装置（１００）。
［実施態様１６］
前記インサート（１０４）が、前記タービン構成要素（１０１）と同じ材料である、実施態様１１に記載の冷却装置（１００）。
［実施態様１７］
前記インサート（１０４）が、前記スロット（１０２）の内側表面（１１２）にインピンジメント冷却を行うように構成および配置される、実施態様１１に記載の冷却装置（１００）。
［実施態様１８］
前記インサート（１０４）が、インピンジメント表面（１１１）を備え、前記インピンジメント表面（１１１）が、前記１つまたは複数の冷却機構（１０５）を備える、実施態様１１に記載の冷却装置（１００）。
［実施態様１９］
前記インサート（１０４）が、少なくとも１つの通路（１０７）を通って前記タービン構成要素（１０１）の外部表面（１０８）と流体連通する、実施態様１８に記載の冷却装置（１００）。
［実施態様２０］
前記タービン構成要素（１０１）が、ノズル、ブレード、シュラウド、燃焼器ライナ、およびそれらの組合せからなる群から選択される、実施態様１１に記載の冷却装置（１００）。
【符号の説明】
【００２９】
１００  冷却装置
１０１  タービン構成要素、タービン
１０２  スロット
１０３  側壁
１０４  インサート
１０５  冷却機構
１０６  キャビティ
１０７  通路
１０８  外部表面
１０９  低温側
１１０  高温側
１１１  インピンジメント表面
１１２  内側表面
１１３  方向
２０１  内部冷却通路
２０２  高圧コネクタ、圧力コネクタ
２０３  冷却剤ガス経路
２０５  キャビティ
２０６  キャビティ
３００  方法
【図１】
2019023465.tif 000003
【図２】
2019023465.tif 000004
【図３】
2019023465.tif 000005
【外国語明細書】
2019023465000001.pdf