(57)【要約】      （修正有）【課題】高温ガス経路構成部品の冷却経路用の適応カバーを提供する。【解決手段】産業機械の高温ガス経路構成部品（１００）は、冷却経路（２００）用の適応カバー（２１０，２２０）を含む。この構成部品および適応カバー（２１０，２２０）は、付加製造によって製造される。この構成部品は、高温の作動流体にさらされる外面（１８０）、内部冷却回路（１６０）、および内部冷却回路（１６０）と連通し、外面（１８０）に向かって延びる冷却経路（２００）を含む。適応カバー（２１０，２２０）は、外面（１８０）において冷却経路（２００）内に配置される。適応カバー（２１０，２２０）は、外面（１８０）に伝熱促進面（２３０）を含み、適応カバー（２１０，２２０）が外面（１８０）よりも早く熱を吸収するようにしてもよい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業機械の高温ガス経路（５６）において使用するための構成部品であって、
高温の作動流体にさらされる外面（１８０）と、
内部冷却回路（１６０）と、
前記内部冷却回路（１６０）と連通し、前記外面（１８０）に向かって延びる冷却経路（１７０、２００）と、
前記外面（１８０）において前記冷却経路（１７０、２００）内にある適応カバー（２１０、２２０）であって、前記適応カバー（２１０、２２０）の所定の温度に達し、または超えて高温になったこと応じて、冷却経路（１７０、２００）を開くように構成された適応カバー（２１０、２２０）とを備え、
前記適応カバー（２１０、２２０）が、前記外面（１８０）および前記冷却経路（１７０、２００）と一体的に形成されるように、付加製造される、構成部品。
【請求項２】
前記適応カバー（２１０、２２０）が、前記外面（１８０）に伝熱促進面（２３０）を含み、前記適応カバー（２１０、２２０）が前記外面（１８０）よりも早く熱を吸収するようにする、請求項１に記載の構成部品。
【請求項３】
前記伝熱促進面（２３０）が、ディンプル面（２３４）、膨出面（２３２）、および縞状面（２３６）のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の構成部品。
【請求項４】
前記伝熱促進面（２３０）が、前記外面（１８０）より滑らかでない、請求項２に記載の構成部品。
【請求項５】
前記適応カバー（２１０、２２０）が弱化領域（２４０）を含む、請求項１に記載の構成部品。
【請求項６】
前記弱化領域（２４０）が、その内側部分（２４４）にノッチ（２４２）または溝（２４６）のうちの１つを含む、請求項５に記載の構成部品。
【請求項７】
前記冷却経路（１７０、２００）が、前記外面（１８０）に対して直交しない角度にある、請求項１に記載の構成部品。
【請求項８】
前記冷却経路（１７０、２００）および前記適応カバー（２１０、２２０）が、前記外面（１８０）に非丸形の断面を有する、請求項１に記載の構成部品。
【請求項９】
産業機械の高温ガス経路（５６）において使用するための構成部品であって、
高温の作動流体にさらされる外面（１８０）と、
内部冷却回路（１６０）と、
前記内部冷却回路（１６０）と連通し、前記外面（１８０）に向かって延びる冷却経路（１７０、２００）と、
前記外面（１８０）において冷却経路（１７０、２００）内にある適応カバー（２１０、２２０）であって、前記適応カバー（２１０、２２０）が前記外面（１８０）よりも早く熱を吸収するようにする伝熱促進面（２３０）を前記外面（１８０）に含む適応カバー（２１０、２２０）とを備える構成部品。
【請求項１０】
前記伝熱促進面（２３０）が、ディンプル面（２３４）、膨出面（２３２）および縞状面（２３６）のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の構成部品。
【請求項１１】
前記伝熱促進面（２３０）が、前記外面（１８０）より滑らかでない、請求項９に記載の構成部品。
【請求項１２】
前記適応カバー（２１０、２２０）が弱化領域（２４０）を含む、請求項９に記載の構成部品。
【請求項１３】
前記弱化領域（２４０）が、前記適応カバー（２１０、２２０）の内側部分（２４４）に、ノッチ（２４２）または溝（２４６）のうちの１つを含む、請求項１２に記載の構成部品。
【請求項１４】
前記冷却経路（１７０、２００）が、前記外面（１８０）に対して直交しない角度にある、請求項９に記載の構成部品。
【請求項１５】
前記冷却経路（１７０、２００）および前記適応カバー（２１０、２２０）が、前記外面（１８０）に非丸形の断面を有する、請求項９に記載の構成部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、構成部品を冷却することに関し、より詳細には、高温ガス経路構成部品の冷却経路用の適応カバーに関する。適応カバーは、付加製造によって製造される。
【背景技術】
【０００２】
高温の作動流体にさらされる高温ガス経路構成部品は、産業機械において広く使用されている。例えば、ガスタービンシステムは、いくつかの段からなるタービンを含み、段は、支持ロータディスクから外側に延びるブレードを有する。各ブレードは翼形部を含み、翼形部の周りを高温の燃焼ガスが流れる。翼形部は、燃焼ガスによって生成された高温に耐えるために、冷却されなければならない。冷却が不十分であると、翼形部に、冷却が不十分なことによる応力および酸化が生じ、疲労および／または損傷を引き起こす場合がある。したがって、翼形部は、いくつかの冷却孔等に通じる１以上の内部冷却流回路を有するように、概して中空である。冷却空気は、冷却孔を通って排出され、翼形部の外面に、フィルム冷却を提供する。他のタイプの高温ガス経路構成部品および他のタイプのタービン構成部品も、同様の方法で冷却することができる。
【０００３】
所与の構成部品が現場で運転に供される前に、多くのモデルおよびシミュレーションを実行することができるが、構成部品特有の高温および低温の場所によって、構成部品または構成部品の任意の領域が到達し得る正確な温度は大きく変化する。具体的には、構成部品は、過熱によって悪影響を受ける温度依存特性を有することがある。その結果、多くの高温ガス経路構成部品が過冷却されて、構成部品上に発生し得る局所的なホットスポットを補償することができる。しかしながら、過度の過冷却は、産業機械全体の出力および効率に悪影響をおよぼし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許９６１７８５９号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示の第１の態様は、産業機械の高温ガス経路において使用するための構成部品であって、高温の作動流体にさらされる外面と、内部冷却回路と、内部冷却回路と連通し、外面に向かって延びる冷却経路と、外面において、冷却経路内にある適応カバーであって、適応カバーの所定の温度に達する、または超えて高温になったこと応じて、冷却経路を開くように構成された適応カバーとを備え、適応カバーが、外面および冷却経路と一体的に形成されるように、付加製造される、構成部品を提供する。
【０００６】
本開示の第２の態様は、産業機械の高温ガス経路において使用するための構成部品であって、高温の作動流体にさらされる外面と、外面上にある遮熱コーティングと、内部冷却回路と、内部冷却回路と連通し、外面に向かって延びる冷却経路と、外面において冷却経路内にある適応カバーであって、適応カバーが外面よりも早く熱を吸収するようにする伝熱促進面を外面に含む適応カバーとを備える構成部品を提供する。
【０００７】
本開示の第３の態様は、高温ガス経路（ＨＧＰ）構成部品を表すコードであって、コンピュータ化された付加製造システムによって実行されると、ＨＧＰ構成部品が物理的に生成されるコードを格納する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、コードが、ＨＧＰ構成部品を表すコードを含み、ＨＧＰ構成部品が、外面と、内部冷却回路と、内部冷却回路と連通し、外面に向かって延びる冷却経路と、外面において冷却経路内にある適応カバーであって、外面に伝熱促進面を含み、適応カバーが外面よりも早く熱を吸収するようにする適応カバーとを備える、コンピュータ可読記憶媒体を提供する。
【０００８】
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。
【０００９】
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を併せて参照することにより、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】
【００１０】
【図１】ガスタービンシステムの形態の高温ガス経路構成部品を有する例示的な産業機械の概略図である。
【図２】タービンブレードの形態の既知の高温ガス経路構成部品の斜視図である。
【図３】本開示の実施形態に従った、高温ガス経路構成部品の一部分の斜視図である。
【図４】本開示の実施形態に従った、適応カバーを含む図３のＨＧＰ構成部品の一部分の断面図である。
【図５】本開示の実施形態による適応カバーを除去する温度のＨＧＰ構成部品の一部分の断面図である。
【図６】本開示の実施形態に従った、伝熱促進面を含む適応カバーを含むＨＧＰ構成部品の一部分の断面図である。
【図７】本開示の他の実施形態に従った、伝熱促進面を含む適応カバーを含むＨＧＰ構成部品の一部分の断面図である。
【図８】本開示の他の実施形態に従った、伝熱促進面を含む適応カバーを含むＨＧＰ構成部品の一部分の断面図である。
【図９】本開示の実施形態に従った、弱化領域を有する適応カバーを含むＨＧＰ構成部品の一部分の断面図である。
【図１０】本開示の他の実施形態に従った、弱化領域および伝熱促進面を有する適応カバーを含むＨＧＰ構成部品の一部分の断面図である。
【図１１】本開示の実施形態に従った、様々な形態の冷却経路および適応カバーの上面図である。
【図１２】本開示の実施形態に従った、ＨＧＰ構成部品を表すコードを記憶する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含む付加製造プロセスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の図面は、原寸に比例し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、類似する符号は、図面を通して類似する要素を表している。
【００１２】
最初の問題として、本開示を明確に説明するために、ガスタービンシステム等の産業機械内の、関連する機械構成部品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。その際、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その用語が受け入れられている意味と同じ意味で用いられる。別途記載のない限り、このような専門用語には、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が与えられるべきである。当業者であれば、特定の構成部品がいくつかの異なるまたは重複する用語を用いて参照されることが多く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で説明され得るものは、別の文脈では、複数の構成部品を含み、複数の構成部品からなるものとして参照されてもよい。あるいは、複数の構成部品を含むものとして本明細書で説明され得るものは、別の箇所では単一の部品として参照されてもよい。
【００１３】
さらに、本明細書ではいくつかの記述的用語を通常通りに使用することがあり、このセクションの開始時にこれらの用語を定義することが有用であることがわかる。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。用語「半径方向」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構成部品が第２構成部品より軸線に近接して位置する場合、本明細書では、第１構成部品は第２構成部品の「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構成部品が第２構成部品より軸線から遠くに位置する場合、本明細書では、第１構成部品は第２構成部品の「半径方向外側」または「外側」にあると述べる場合がある。このような用語は、タービンの中心軸線に関して適用できることが理解されよう。
【００１４】
上述のように、本開示は、冷却経路用の適応カバーを含む高温ガス経路（ＨＧＰ）構成部品を提供する。ＨＧＰ構成部品および適応カバーは、付加製造によって形成され、適応カバーを除去するのに十分な高温にさらされたときに、適応カバーへの伝熱を高めるために、適応カバー上に伝熱促進面を含んでもよい。伝熱促進面の使用により、適応カバーの所定の温度を超える温度で急速に開く冷却経路が生成される。付加製造プロセスにより、伝熱促進面を有する適応カバーだけでなく、冷却経路を開くことを可能にする他の意図的な弱化領域の形成が可能になる。
【００１５】
ここで図面を参照すると、いくつかの図面を通して同様の符号が同様の要素を指しており、図１は、ガスタービンシステム１０の形態の、例示的な産業機械の概略図を示す。本開示は、ガスタービンシステム１０に関して説明されるが、本開示の教示は、冷却を必要とする高温ガス経路構成部品を有する任意の産業機械に適用可能であることを強調しておく。ガスタービンシステム１０は、圧縮機１５を含んでもよい。圧縮機１５は、入ってくる空気流２０を圧縮し、圧縮空気流２０を燃焼器２５に送る。燃焼器２５は、圧縮空気流２０を圧縮燃料流３０と混合し、混合物を発火させて、燃焼ガス流３５を生成する。単一の燃焼器２５のみが示されているが、ガスタービンシステム１０は、任意の数の燃焼器２５を含んでもよい。燃焼ガス流３５は、次にタービン４０に送られる。燃焼ガス流３５は、機械的仕事を生成するために、タービン４０を駆動する。タービン４０で生成された機械的仕事は、シャフト４５を介して圧縮機１５を駆動し、発電機等の外部負荷５０を駆動する。
【００１６】
ガスタービンシステム１０では、天然ガス、液体燃料、各種合成ガス、および／または他のタイプの燃料、ならびにこれらの配合物を使用することができる。ガスタービンシステム１０は、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラル・エレクトリック社によって提供されるいくつかの異なるガスタービンエンジンのうちのいずれか１つであってもよい。ガスタービンシステム１０は、様々な構成を有していてもよく、他のタイプの構成部品を使用してもよい。本開示の教示は、高温ガス経路を使用する他のタイプのガスタービンシステムおよび／または産業機械に適用可能であってもよい。また、本明細書において、複数のガスタービンシステム、あるタイプのタービン、または、あるタイプの動力生成機器を共に使用していてもよい。
【００１７】
図２は、タービン４０の高温ガス経路（ＨＧＰ）５６等に使用できるタービンブレード５５の形態の高温ガス経路（ＨＧＰ）構成部品５２の一例を示す。本開示は、タービンブレード５５の形態のＨＧＰ構成部品５２、より具体的にはその翼形部６０に関して説明されるが、本開示の教示は、冷却を必要とする任意のＨＧＰ構成部品に適用可能であることを強調しておく。一般的に説明すると、タービンブレード５５は、翼形部６０、シャンク部分６５、および翼形部６０とシャンク部分６５との間に配置されたプラットフォーム７０を含んでもよい。翼形部６０は、概して、プラットフォーム７０から半径方向上方に延び、前縁７２および後縁７４を含む。また、翼形部６０は、正圧面７６を画定する凸面と、負圧面７８を画定する反対側の凹面とを含んでもよい。プラットフォーム７０は、実質的に水平で平面であってもよい。シャンク部分６５は、プラットフォーム７０が、翼形部６０とシャンク部分６５との間の境界面を概して画定するように、プラットフォーム７０から半径方向下方に延びてもよい。シャンク部分６５は、シャンク空洞８０を含んでもよい。また、シャンク部分６５は、１以上のエンジェルウィング８２と、ダブテール等の根元構造８４とを含んでもよい。根元構造８４は、他の構造と共に、タービンブレード５５をシャフト４５（図１）に固定するように構成することができる。任意の数のタービンブレード５５をシャフト４５の周りに周方向に配置することができる。他の構成部品および他の構成も本明細書で用いることができる。
【００１８】
タービンブレード５５は、圧縮機１５（図１）から、または別の供給源からの、空気等の冷却媒体８８を流すために、タービンブレード５５を通って延びる１以上の冷却回路８６を含んでもよい。スチームおよび他のタイプの冷却媒体８８も本明細書で用いることができる。冷却回路８６および冷却媒体８８は、翼形部６０、シャンク部分６５、およびプラットフォーム７０の少なくとも一部を、任意の順序、方向または経路で循環することができる。本明細書では、多くの異なるタイプの冷却回路および冷却媒体を任意の向きで用いることができる。冷却回路８６は、翼形部６０または他の場所の周りのフィルム冷却のために、いくつかの冷却孔９０または他のタイプの冷却経路に通じていてもよい。他のタイプの冷却方法を用いてもよい。他の構成部品および他の構成も本明細書で用いることができる。
【００１９】
図３〜図４は、本明細書で説明され得るＨＧＰ構成部品１００の一部分の例を示している。図３はＨＧＰ構成部品１００の斜視図であり、図４はＨＧＰ構成部品の一部分の断面図である。本例では、ＨＧＰ構成部品１００は、翼形部１１０であってもよく、より具体的には翼形部１１０の側壁であってもよい。ＨＧＰ構成部品１００は、ブレードまたはベーン等の一部であってもよい。ＨＧＰ構成部品１００はまた、シャンク、プラットフォーム、または任意のタイプの高温ガス経路構成部品を含む、任意のタイプの空冷される構成部品であってもよい。上述したように、他のタイプのＨＧＰ構成部品および他の構成を本明細書で用いることができる。上述した翼形部と同様に、翼形部１１０は、前縁１２０、および後縁１３０を含んでもよい。同様に、翼形部１１０は、正圧面１４０および負圧面１５０を含んでもよい。翼形部１１０は、内部に１つまたは複数の内部冷却回路１６０（図３および図４）も含んでもよい。図４に示すように、内部冷却回路１６０は、いくつかの冷却孔１７５等の、いくつかの冷却経路１７０に通じてもよい。冷却孔１７５は、翼形部１１０の外面１８０または他の場所を通って延びてもよい。外面１８０は、高温の作動流体にさらされる。本明細書で使用する場合、「高温」は、産業機械の形態に依存し、例えば、ガスタービンシステム１０の場合には、高温は１００℃より高い任意の温度であり得る。内部冷却回路１６０および冷却孔１７５は、その内部の冷却媒体１９０で、翼形部１１０、および翼形部１１０の構成部品を冷却する働きをする（図４）。本明細書では、任意の供給源からの、空気、スチーム等、任意のタイプの冷却媒体１９０を用いることができる。冷却孔１７５は、任意のサイズ、形状、または構成を有してもよい。任意の数の冷却孔１７５を本明細書で用いることができる。冷却孔１７５は、直交する、または直交しない態様で外面１８０まで延びてもよい。他のタイプの冷却経路１７０を本明細書で用いてもよい。他の構成部品および他の構成を本明細書で用いてもよい。
【００２０】
図３および図４に示すように、ＨＧＰ構成部品１００、例えば翼形部１１０はまた、本開示の実施形態による、いくつかの他の冷却経路２００を含んでもよい。冷却経路２００は、内部冷却回路１６０と連通し、外面１８０に向かって延び、本開示の実施形態による適応カバー２２０を採用する任意の冷却経路を含んでもよい。適応カバー２２０は、除去されるまで、冷却経路２００を閉じる。したがって、冷却経路２００は、外面１８０に永久的に開口する、冷却経路１７０および冷却孔１７５とは区別可能である。
【００２１】
図４〜図１０に示すように、冷却経路２００は、いくつかの適応冷却孔２１０の形態であってもよい。内部冷却回路１６０は、適応冷却孔２１０に流体的に結合されており、開くと、その内部の冷却媒体１９０で翼形部１１０およびその構成部品を冷却する働きをする。上述したように、本明細書では、任意の供給源からの、空気、スチーム等、任意のタイプの冷却媒体１９０を用いることができる。適応冷却孔２１０は、任意のサイズ、形状（例えば、円形、丸形、多角形等）、または構成を有することができる。任意の数の適応冷却孔２１０を本明細書で用いることができる。図４に最も良く示されているように、適応冷却孔２１０は、冷却孔１７５と同様に外面１８０に向かって延びていてもよいが、適応冷却孔２１０は、本開示の実施形態に係る適応カバー２２０によって覆われ、すなわち閉じられている。適応冷却孔２１０は、外面１８０に対して直交する（図４）または直交しない（図６）態様で外面１８０に向かって延びてもよい。他のタイプの冷却経路２００を本明細書で用いてもよい。他の構成部品および他の構成を本明細書で用いてもよい。
【００２２】
図４に示すように、適応カバー２２０は、外面１８０において冷却経路２００内にある。本明細書で使用する場合、「外面１８０において」は、適応カバー２２０が外面１８０と接触して冷却経路２００、例えば冷却孔２１０を閉じることを示す。図６に示すように、適応カバー２２０は、適応カバー２２０の所定の温度に達するかまたはそれを超える例えばＨＧＰ５６等の高温に応じて、冷却経路２００を開くように構成されている。適応カバー２２０は、他のＨＧＰ構成部品１００と同じ材料で作られている。すなわち、適応カバー２２０は、ポリマーのような他の材料のプラグではなく、単一の材料を含む。除去される前、適応カバー２２０は冷却媒体１９０に対して不浸透性である。本明細書で使用する場合、「適応カバーの所定の温度」は、適応カバー２２０がその除去を可能にするように状態を変化させる温度である。多くの場合、図４および図５に示すように、適応カバー２２０をＨＧＰ５６環境にさらすだけで、適応カバー２２０の除去（例えば、昇華、灰化、酸化または溶融による）、または割れ、または高温による飛び出しに十分な所定の温度が得られる。図４において、適応カバー２２０は、ＨＧＰ構成部品１００の外面１８０と同様の平坦な面２２６を含む。
【００２３】
図６〜図８に示すように、いくつかの実施形態では、外面１８０よりも早く適応カバー２２０が熱を吸収するように、適応カバー２２０は、外面１８０に伝熱促進面２３０を含んでもよい。伝熱促進面２３０は、ＨＧＰ構成部品１００に組み込まれているもの、すなわち、ＨＧＰ構成部品１００が最初に有するものであり、使用によって存在しなくなる。伝熱促進面２３０は、ＨＧＰ５６から適応カバー２２０への伝熱を増加させる任意の形態をとることができる。例えば、伝熱促進面２３０は、外面１８０より滑らかでない、すなわち外面１８０よりも高い表面粗さを有する任意の面２２８（図５）を含んでもよい。表面２２８（図５）は、付加製造中に任意の方法で作成することができ、例えば外面１８０より粗い表面を形成するビルドパラメータを用いることによって作成することができる。図６〜図８にそれぞれ示すように、他の実施形態では、伝熱促進面２３０は、膨出面２３２、ディンプル面２３４または縞状面２３６を含んでもよい。これらの実施形態の任意の組み合わせも採用することができる。外面１８０とは異なる他の伝熱促進面も可能である。
【００２４】
図９および図１０に示す別の実施形態では、適応カバー２２０は弱化領域２４０を含んでもよい。弱化領域２４０は、冷却経路２００からの適応カバー２２０の除去を促進し得る任意の構造的弱点を含んでもよい。すなわち、弱化領域２４０は、組み込まれた意図的な弱点を含み、適応カバー２２０の所定の温度に達するかまたはそれを超える高温になると、適応カバー２２０の弱化領域２４０が最初に機能しなくなる。これらの弱点には、適応カバー２２０の内側部分２４４の気孔率、および／または穿孔、ノッチまたは溝等の応力集中部が含まれる。図９では、弱化領域２４０は、適応カバー２２０の内側部分２４４にノッチ２４２を含んでもよい。図１０に示す別の実施形態では、弱化領域２４０は、適応カバー２２０の内側部分２４４に溝２４６を含んでもよい。弱化領域２４０の各形態は、内側部分２４４の一部分または全体の周りに延びることができる。異なる形態の弱化領域２４０は、単独で、または組み合わせて用いることができる。図１０に示すように、主に別々に用いるように示されているが、任意の形態の伝熱促進面２３０を任意の形態の弱化領域２４０と共に用いることができる。
【００２５】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、外面１８０における適応冷却孔２１０または適応カバー２２０の様々な形態を示す。図示されているように、各々は、外面１８０において、丸形（図１１Ａでは円形、または図１１Ｂでは楕円形）または非丸形断面（図１１Ｃで正方形または長方形）を有することができる。任意の非丸形断面、例えば正方形、長方形または他の多角形を採用することができる。図１１Ｄに示すように、適応カバー２２０はまた、任意の様々なディフューザに適合する断面を有してもよく、ディフューザに通じる冷却孔は任意の断面を有することができる。冷却経路２００はまた、異なる内部寸法、形状等をとることができる。
【００２６】
図１２を参照すると、本開示の実施形態によれば、適応カバー２２０が外面１８０および冷却経路２００と一体的に形成されるように、ＨＧＰ構成部品１００および適応カバー２２０を付加製造することができる。付加製造はまた、本明細書に記載された構造の多くを、非常に複雑な加工無しに、容易に形成することを可能にする。本明細書で使用する場合、付加製造（ＡＭ）は、従来のプロセスの場合である材料の除去ではなく、材料の連続した層形成によって物体を製造する任意のプロセスを含み得る。付加製造は、あらゆる種類の工具、金型または器具を使用することなく、かつ廃棄材料をほとんどまたは全く伴わずに複雑な幾何学的形状を形成することができる。その多くは切り取られて廃棄されるプラスチックまたは金属の固体ビレットから構成部品を機械加工する代わりに、付加製造に使用される唯一の材料が、部品を成形するために要求される材料である。付加製造プロセスには、３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、直接デジタル製造（ＤＤＭ）、バインダージェッティング、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、および直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）が含まれ得るが、これらに限定されない。
【００２７】
付加製造プロセスの例を説明するために、図１２は、物体３０２、すなわちＨＧＰ構成部品１００を生成するための例示的なコンピュータ化された付加製造システム３００の概略図／ブロック図を示している。この例では、システム３００は、ＤＭＬＭ用に構成される。本開示の一般的な教示は、他の形態の付加製造に同様に適用可能であることが理解されよう。ＡＭシステム３００は、一般に、コンピュータによる付加製造（ＡＭ）制御システム３０４およびＡＭプリンタ３０６を含む。ＡＭシステム３００は、後述するように、適応カバー２２０を含むＨＧＰ構成部品１００（図４〜図１１Ｃ）を定義する１セットのコンピュータ実行可能命令を含む実行コード３２０を実行して、ＡＭプリンタ３０６を用いて構成部品を物理的に生成する。各ＡＭプロセスは、例えば、細粒粉末、液体（例えば、ポリマー）、シート等の形態の、異なる原材料を用いることができ、そのストックは、ＡＭプリンタ３０６のチャンバ３１０に保持することができる。この場合、ＨＧＰ構成部品１００（図４〜図１１Ｃ）は、金属粉末または同様の材料から製造されてもよい。図示されているように、アプリケータ３１２は、空白のキャンバスとして広がる原材料３１４の薄層を形成することができ、この空白のキャンバスから、最終的な物体の連続的なスライスの各々が形成される。他の場合では、アプリケータ３１２は、例えば材料がポリマーである場合、または金属バインダージェッティングプロセスが用いられる場合、コード３２０によって定義されるように、先の層上に次の層を直接被覆、すなわち印刷することができる。図示されている例では、レーザまたは電子ビーム３１６が、コード３２０によって定義されるように、各スライスの粒子を融着させるが、これは急結液状プラスチック／ポリマーが採用される場合には必要ではない。ＡＭプリンタ３０６の様々な部品を、新しい層の各々の追加に対応するように移動させることができ、例えば各層の後に、ビルドプラットフォーム３１８を下降させ、ならびに／またはチャンバ３１０および／もしくはアプリケータ３１２を上昇させることができる。
【００２８】
ＡＭ制御システム３０４は、コンピュータプログラムコードとしてコンピュータ３３０に実装されているものとして示されている。この点に関し、コンピュータ３３０は、メモリ３３２、プロセッサ３３４、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース３３６、およびバス３３８を含むものとして示されている。さらに、コンピュータ３３０は、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース３４０および記憶システム３４２と通信するものとして示されている。一般に、プロセッサ３３４は、本明細書に記載のＨＧＰ構成部品１００（図４〜図１１Ｄ）を表すコード３２０からの命令の下で、メモリ３３２および／または記憶システム３４２に記憶されたＡＭ制御システム３０４等のコンピュータプログラムコードを実行する。コンピュータプログラムコードの実行時に、プロセッサ３３４は、メモリ３３２、記憶システム３４２、Ｉ／Ｏデバイス３４０および／またはＡＭプリンタ３０６からデータを読み出すこと、および／またはこれらにデータを書き込むことができる。バス３３８は、コンピュータ３３０の構成部品の各々の間の通信リンクを提供し、Ｉ／Ｏデバイス３４０は、ユーザがコンピュータ３３０と対話できるようにする任意のデバイス（例えば、キーボード、ポインティングデバイス、ディスプレイ等）を備えてもよい。コンピュータ３３０は、ハードウェアおよびソフトウェアの様々な考えられる組み合わせの代表的なものにすぎない。例えば、プロセッサ３３４は、単一のプロセシングユニットを備えてもよいし、例えばクライアント上およびサーバ上の１以上の場所にある１以上のプロセシングユニットに分散していてもよい。同様に、メモリ３３２および／または記憶システム３４２は、１以上の物理的場所に存在してもよい。メモリ３３２および／または記憶システム３４２は、磁気媒体、光学媒体、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等を含む様々な種類の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体の任意の組み合わせを備えてもよい。コンピュータ３３０は、ネットワークサーバ、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、携帯デバイス、携帯電話、ポケットベル、携帯情報端末等の任意の種類のコンピューティングデバイスを備えてもよい。
【００２９】
付加製造プロセスは、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（例えば、メモリ３３２、記憶システム３４２等）にＨＧＰ構成部品１００（図４〜図１１Ｄ）を表すコード３２０を記憶することで始まる。上述のように、コード３２０は、物体３０２を定義する１セットのコンピュータ実行可能命令を含み、この命令は、システム３００によるコード実行時に、物体を物理的に生成するために用いることができる。例えば、コード３２０は、ＨＧＰ構成部品１００（図４〜図１１Ｄ）の正確に定義された３Ｄモデルを含んでいてもよく、ＡｕｔｏＣＡＤ（登録商標）、ＴｕｒｂｏＣＡＤ（登録商標）、ＤｅｓｉｇｎＣＡＤ  ３Ｄ  Ｍａｘ等の多様な周知のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアシステムのうち、任意のもので生成されてもよい。この点において、コード３２０は、現在知られているか、または後に開発される任意のファイルフォーマットとすることができる。例えば、コード３２０は、３ＤシステムのステレオリソグラフィＣＡＤプログラム用に生成された標準テッセレーション言語（ＳＴＬ）で書かれていてもよいし、あるいは任意のＣＡＤソフトウェアが、任意のＡＭプリンタ上で製作される任意の三次元物体の形状および構成を記述することを可能にするように設計された拡張マークアップ言語（ＸＭＬ）ベースのフォーマットである米国機械学会（ＡＳＭＥ）規格の付加製造ファイル（ＡＭＦ）であってもよい。コード３２０は、必要に応じて、異なるフォーマット間で変換すること、１セットのデータ信号に変換すること、１セットのデータ信号として送受信すること、コードに変換すること、記憶すること等が可能であってもよい。コード３２０は、システム３００への入力であってもよく、部品設計者、知的財産（ＩＰ）提供者、設計会社、システム３００のオペレータもしくは所有者、または他の提供源からもたらされてよい。いずれにしても、ＡＭ制御システム３０４は、コード３２０を実行して、ＨＧＰ構成部品１００（図４〜図１１Ｄ）を、一連の薄いスライスに分割し、この一連の薄いスライスは、ＡＭ制御システム３０４によって、液体、粉末、シートまたは他の材料の連続した層としてＡＭプリンタ３０６を使用して組み立てられる。ＤＭＬＭの例において、各層は、コード３２０によって定義される正確な形状に溶融させられ、先の層に融着させられる。
【００３０】
付加製造に続いて、ＨＧＰ構成部品１００（図４〜図１１Ｄ）は、任意の様々な仕上げプロセス、例えば、小さな機械加工、封止、研磨、別の部品への組立等にさらされてもよい。
【００３１】
動作時には、図６に示すように、適応カバー２２０が所定の温度に達するか、またはそれを超えてＨＧＰ５６が高温になることに応じて、適応カバー２２０が除去されて冷却経路２００が開く。すなわち、高温により、適応カバー２２０が外れたり、灰化したり、溶融したりし、それによって適応カバーが除去され、冷却媒体１９０によるＨＧＰ構成部品１００の冷却を許容し、そこではＨＧＰ構成部品１００の破損が生じる。本明細書で説明するように、適応カバー２２０は、ディンプル面２３４（図８）、膨出面２３２（図７）、および縞状面２３６（図９）等の様々な伝熱促進面２３０のうち、任意のものを含んでもよい。あるいは、伝熱促進面２３０（図５の２２８）は、外面１８０より滑らかでなくてもよい。これに加えて、またはこれに代えて、適応カバー２２０は、適応カバー２２０の除去を促進する弱化領域２４０を含んでもよい。
【００３２】
本開示の実施形態によるＨＧＰ構成部品１００は、予期される温度よりも高い領域でのみ開いて、その領域を冷却し、下にある金属の損傷を防止する冷却経路２００を提供する。それによって、公称冷却流が、著しく低減される。伝熱促進面２３０および／または弱化領域２４０の使用により、適応カバー２２０の所定の温度に達するかまたはそれを超える高温で急速に開く冷却経路２００が生成される。
【００３３】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを意図とするものではない。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、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品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、構成部品、および／またはそれらの組の存在または追加を除外しないことが、さらに理解されよう。「オプションの」または「任意選択的に」という用語は、その後に記載された事象または状況が起こっても、起こらなくてもよく、かつその記載が、上記の事象または状況が起こる場合および起こらない場合を包含することを意味する。
【００３４】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用する場合、概略を表す言葉（Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｎｇ  ｌａｎｇｕａｇｅ）は、任意の量的表現について、その量的表現が関連する基本的な機能を変化させることなく、許容可能に変化させるように、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」等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、近似する文言は、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、このような範囲は特定され、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。
【００３５】
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、具体的に請求項に記載された他の請求要素と組み合わせてその機能を実行するための、すべての構造、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していない。多くの修正形態および変更形態は、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。本開示の原理および実際の応用を最も良く説明し、かつ想定される特定の使用に適するようにするための様々な変更を伴った、様々な実施形態の開示を他の当業者が理解できるようにするために、実施形態を選択し説明した。
［実施態様１］
産業機械の高温ガス経路（５６）において使用するための構成部品であって、
高温の作動流体にさらされる外面（１８０）と、
内部冷却回路（１６０）と、
前記内部冷却回路（１６０）と連通し、前記外面（１８０）に向かって延びる冷却経路（１７０、２００）と、
前記外面（１８０）において前記冷却経路（１７０、２００）内にある適応カバー（２１０、２２０）であって、前記適応カバー（２１０、２２０）の所定の温度に達し、または超えて高温になったこと応じて、冷却経路（１７０、２００）を開くように構成された適応カバー（２１０、２２０）とを備え、
前記適応カバー（２１０、２２０）が、前記外面（１８０）および前記冷却経路（１７０、２００）と一体的に形成されるように、付加製造される、構成部品。
［実施態様２］
前記適応カバー（２１０、２２０）が、前記外面（１８０）に伝熱促進面（２３０）を含み、前記適応カバー（２１０、２２０）が前記外面（１８０）よりも早く熱を吸収するようにする、実施態様１に記載の構成部品。
［実施態様３］
前記伝熱促進面（２３０）が、ディンプル面（２３４）、膨出面（２３２）、および縞状面（２３６）のうちの少なくとも１つを含む、実施態様２に記載の構成部品。
［実施態様４］
前記伝熱促進面（２３０）が、前記外面（１８０）より滑らかでない、実施態様２に記載の構成部品。
［実施態様５］
前記適応カバー（２１０、２２０）が弱化領域（２４０）を含む、実施態様１に記載の構成部品。
［実施態様６］
前記弱化領域（２４０）が、その内側部分（２４４）にノッチ（２４２）または溝（２４６）のうちの１つを含む、実施態様５に記載の構成部品。
［実施態様７］
前記冷却経路（１７０、２００）が、前記外面（１８０）に対して直交しない角度にある、実施態様１に記載の構成部品。
［実施態様８］
前記冷却経路（１７０、２００）および前記適応カバー（２１０、２２０）が、前記外面（１８０）に非丸形の断面を有する、実施態様１に記載の構成部品。
［実施態様９］
産業機械の高温ガス経路（５６）において使用するための構成部品であって、
高温の作動流体にさらされる外面（１８０）と、
内部冷却回路（１６０）と、
前記内部冷却回路（１６０）と連通し、前記外面（１８０）に向かって延びる冷却経路（１７０、２００）と、
前記外面（１８０）において冷却経路（１７０、２００）内にある適応カバー（２１０、２２０）であって、前記適応カバー（２１０、２２０）が前記外面（１８０）よりも早く熱を吸収するようにする伝熱促進面（２３０）を前記外面（１８０）に含む適応カバー（２１０、２２０）とを備える構成部品。
［実施態様１０］
前記伝熱促進面（２３０）が、ディンプル面（２３４）、膨出面（２３２）および縞状面（２３６）のうちの少なくとも１つを含む、実施態様９に記載の構成部品。
［実施態様１１］
前記伝熱促進面（２３０）が、前記外面（１８０）より滑らかでない、実施態様９に記載の構成部品。
［実施態様１２］
前記適応カバー（２１０、２２０）が弱化領域（２４０）を含む、請求項９に記載の構成部品。
［実施態様１３］
前記弱化領域（２４０）が、前記適応カバー（２１０、２２０）の内側部分（２４４）に、ノッチ（２４２）または溝（２４６）のうちの１つを含む、実施態様１２に記載の構成部品。
［実施態様１４］
前記冷却経路（１７０、２００）が、前記外面（１８０）に対して直交しない角度にある、実施態様９に記載の構成部品。
［実施態様１５］
前記冷却経路（１７０、２００）および前記適応カバー（２１０、２２０）が、前記外面（１８０）に非丸形の断面を有する、実施態様９に記載の構成部品。
［実施態様１６］
高温ガス経路（ＨＧＰ）構成部品を表すコードであって、コンピュータ化された付加製造システムによって実行されると、前記ＨＧＰ構成部品が物理的に生成されるコードを格納する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コードが、
前記ＨＧＰ構成部品を表すコードを含み、前記ＨＧＰ構成部品が、
外面（１８０）と、
内部冷却回路（１６０）と、
前記内部冷却回路（１６０）と連通し、前記外面（１８０）に向かって延びる冷却経路（１７０、２００）と、
前記外面（１８０）において前記冷却経路（１７０、２００）内にある適応カバー（２１０、２２０）であって、前記外面（１８０）に伝熱促進面（２３０）を含み、適応カバー（２１０、２２０）が外面（１８０）よりも早く熱を吸収するようにする適応カバー（２１０、２２０）とを備える、コンピュータ可読記憶媒体。
［実施態様１７］
前記伝熱促進面（２３０）が、ディンプル面（２３４）、膨出面（２３２）、平坦な面、および縞状面（２３６）のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１６に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
［実施態様１８］
前記伝熱促進面（２３０）が、前記外面（１８０）より滑らかでない、実施態様１６に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
［実施態様１９］
前記適応カバー（２１０、２２０）が弱化領域（２４０）を含む、実施態様１６に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ガスタービンシステム
１５  圧縮機
２０  空気
２５  燃焼器
３０  燃料
３５  燃焼ガス
４０  タービン
４５  シャフト
５０  外部負荷
５２  高温ガス経路（ＨＧＰ）構成部品
５５  タービンブレード
５６  高温ガス経路（ＨＧＰ）
６０  翼形部
６５  シャンク部分
７０  プラットフォーム
７２  前縁
７４  後縁
７６  正圧面
７８  負圧面
８０  シャンク空洞
８２  エンジェルウィング
８４  根元構造
８６  冷却回路
８８  冷却媒体
９０  冷却孔
１００  ＨＧＰ構成部品
１１０  翼形部
１２０  前縁
１３０  後縁
１４０  正圧面
１５０  負圧面
１６０  内部冷却回路
１７０  冷却経路
１７５  冷却孔
１８０  外面
１９０  冷却媒体
２００  冷却経路
２１０  適応カバー
２２０  適応カバー
２２６  平坦な面
２２８  面
２３０  伝熱促進面
２３２  膨出面
２３４  ディンプル面
２３６  縞状面
２４０  弱化領域
２４２  ノッチ
２４４  内側部分
２４６  溝
３００  ＡＭシステム
３０２  物体
３０４  ＡＭ制御システム
３０６  ＡＭプリンタ
３１０  チャンバ
３１２  アプリケータ
３１４  原材料
３１６  電子ビーム
３１８  ビルドプラットフォーム
３２０  コード
３３０  コンピュータ
３３２  メモリ
３３４  プロセッサ
３３６  入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース
３３８  バス
３４０  外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース
３４２  記憶システム
【図１】
2019015285.tif 000003
【図２】
2019015285.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019015285.tif 000006
【図５】
2019015285.tif 000007
【図６】
2019015285.tif 000008
【図７】
2019015285.tif 000009
【図８】
2019015285.tif 000010
【図９】
2019015285.tif 000011
【図１０】
2019015285.tif 000012
【図１１】
2019015285.tif 000013
【図１２】
2019015285.tif 000014
【外国語明細書】
2019015285000001.pdf