(57)【要約】【課題】タービン部品シールランドの補修方法を提供する。【解決手段】本方法は、（ａ）シールランドの実質的に全域で材料を除去して、プリフォーム受け面を形成する段階と、（ｂ）プリフォーム受け面に沿ってかつプリフォーム受け面と接触させて補修プリフォームを設置する段階と、（ｃ）プリフォーム受け面にプリフォームをろう付けする段階と、（ｄ）プリフォームの露出面を仕様に合わせて仕上げ加工して、補修シールランドを形成する段階とを含む。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン部品シールランド（３２）の補修方法であって、
シールランド（３２）の実質的に全域で材料を除去して、プリフォーム受け面（３３）を形成する段階と、
プリフォーム受け面（３３）に沿ってかつプリフォーム受け面（３３）と接触させて補修プリフォーム（４４）を設置する段階と、
プリフォーム受け面（３３）にプリフォーム（４４）をろう付けする段階と、
プリフォームの露出面（４６）を仕様に合わせて仕上げ加工して、補修シールランドを形成する段階と
を含んでなる方法。
【請求項２】
タービン部品がガスタービントランジションピース（１０）を含んでおり、シールランドがトランジションピースの出口端部（２２）に位置する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
シールランド（３２）が、出口端部の半径方向外側端縁に沿って延びる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
シールランド（３０）が、出口端部の半径方向内側端縁に沿って延びる、請求項２記載の方法。
【請求項５】
シールランドが、略Ｕ字状溝（２８）の一側面を含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
補修プリフォーム（４４）が、第１のニッケル−クロム−コバルト合金及び第２のニッケル−クロム−ホウ素合金の混合物を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
第１の合金対第２の合金の比率が、約６０／４０である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
露出面が、プリフォーム（４４）の少なくとも一部分上に施工されたクラッディング（４８）を含む、請求項６記載の方法。
【請求項９】
クラッディング（４８）が、コバルト基合金を含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
燃焼器（１２）と第１段ノズル（１４）との間で延びるガスタービントランジションピース（１０）の下流つまり出口端部に位置しかつＵ字状溝（２８）の一側壁によって形成されたシールランド（３２）の補修方法であって、
シールランド（３２）の実質的に全域で材料を除去して、プリフォーム受け面（３３）を形成する段階と、
プリフォーム受け面（３３）に沿ってかつプリフォーム受け面（３３）と接触させて補修プリフォーム（４４）を設置する段階と、
プリフォーム受け面（３３）にプリフォーム（４４）をろう付けする段階と、
プリフォームの露出面（４６）を仕様に合わせて仕上げ加工して、Ｕ字状溝内に補修シールランドを形成する段階と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはタービン部品補修方法に関し、より具体的には、タービン部品におけるシールランド表面の補修に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン燃焼器と第１段ノズルと間で延びるＮｉｍｏｎｉｃ（登録商標）製の後方トランジションピースは、トランジションピース後方フレームと第１段ノズルと間のシールにより大きな摩耗を受ける。一般に、内側及び外側シールランドは、後方フレームをその部品の許容可能な形状寸法に回復させ実使用に戻すために溶接補修を必要とする。
【特許文献１】米国特許第４４６５２８４号明細書
【特許文献２】米国特許第５１２５７９６号明細書
【特許文献３】米国特許第５４１４９９９号明細書
【特許文献４】米国特許第５７６１８９８号明細書
【特許文献５】米国特許第６５４７２５７号明細書
【特許文献６】米国特許第７０１０９２１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、従来の溶接補修よりも良好な効率的サイクルをもたらす方法並びにより耐摩耗性がある補修シールランドを開発する必要性が生じてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に記載した例示的ではあるが非限定的な実施形態は、摩耗したトランジションピースシールランドの補修方法を提供し、本方法は、摩耗シールランド表面から材料を機械加工又はその他の方法で除去する段階と、機械加工した表面上にクラッド合金プリフォームをろう付けする段階とを含む。プリフォーム基材は、本明細書でさらに記載したような超合金混合物を含む。プリフォームの露出表面は次に、適当なコバルト基合金で被覆（クラッド処理）される。ろう付け後に、クラッド表面は、最終仕様に合わせて機械加工される。この補修方法は、溶接補修よりも効率的でありかつ安価であり、溶接補修によって導入される歪みを回避し、かつシールランド区域の摩耗特性を向上させる。
【０００５】
従って、１つの態様では、本発明は、タービン部品シールランドの補修方法に関し、本方法は、（ａ）シールランドの実質的に全域で材料を除去して、プリフォーム受け面を形成する段階と、（ｂ）プリフォーム受け面に沿ってかつプリフォーム受け面と接触させて補修プリフォームを設置する段階と、（ｃ）プリフォーム受け面にプリフォームをろう付けする段階と、（ｄ）プリフォームの露出面を仕様に合わせて仕上げ加工して、補修シールランドを形成する段階とを含む。
【０００６】
別の態様では、本発明は、燃焼器と第１段ノズルとの間で延びるガスタービントランジションピースの下流つまり出口端部に位置しかつＵ字状溝の一側壁によって形成されたシールランドの補修方法に関し、本方法は、（ａ）シールランドの実質的に全域で材料を除去して、プリフォーム受け面を形成する段階と、（ｂ）プリフォーム受け面に沿ってかつプリフォーム受け面と接触させて補修プリフォームを設置する段階と、（ｃ）プリフォーム受け面にプリフォームをろう付けする段階と、（ｄ）プリフォームの露出面を仕様に合わせて仕上げ加工して、Ｕ字状溝内に補修シールランドを形成する段階とを含む。
【０００７】
さらに別の態様では、本発明は、ガスタービン部品に関し、本ガスタービン部品は、シール要素が係合するようになったシールランドを有する端部構成を含み、シールランドは、部品に対してろう付けされたクラッドプリフォームを含む。
【０００８】
添付の図面に関連させて、本発明を詳しく説明することにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に図面、特に図１及び図２を参照すると、その全体を符号１０で表したトランジションピースを示しており、このトランジションピース１０は、燃焼生成物を囲みかつ閉じ込めてガスタービンの燃焼器１２から第１段ノズルアセンブリ１４まで流すようにするためのものである。高温ガスを発生させかつ高温ガスを第１段ノズルアセンブリ１４に流すようになった環状の燃焼器列が設けられており、図１には、そのような燃焼器１２及びトランジションピースの各１つを示していることが分かるであろう。
【００１０】
図示するように、トランジションピース１０は、入口端部２０及び出口端部２２を備えた本体又はエンクロージャ１８を含み、入口端部２０及び出口端部２２はそれぞれ、燃焼ガスを受けかつガスをノズルアセンブリ１４内に流すようになっている。トランジションピース１０の入口端部２０は、略円形であるが、トランジションピース本体１８は、円形入口端部からタービン軸線に対して略軸方向かつ半径方向内向きに移行し、第１段ノズルアセンブリ（又は、単に「ノズル」）１４に隣接した僅かに円弧状の略直線形出口端部２２で終端する。
【００１１】
出口つまり後方端部２２は、内側シール受け溝２６（図２）及び外側シール受け溝２８を備えたフレーム２４と組合される。内側溝２６内のシールランドは、図２に符号３０で示しており、また外側溝２８上のシールランドは、図３に符号３２で示している。内側及び外側フレーム構成は同一ではないが、本明細書に記載したシールランド補修方法は、両者で同じであり、従って、この方法は、図４に示す外側シールランド３２に対してのみ説明することにする。
【００１２】
図３もまた、公知のシール装置３４を示しており、このシール装置３４では、シールホルダ又はブラケット３６が、その一端部３８において、第１段ノズル１４に固定された支持部品４０に対して固定されている。シールホルダ３６は、布シール４２を、シールが溝２８内に受けられるように取付ける。シール４２は、溝の一側面側の表面つまりシールランド３２と係合するように配向される。この表面は、タービン運転中における第１段ノズル１４に対するトランジションピース１０の一定の運動及び振動の結果として、またシール４２がランド３２に沿って前後に移動するにつれて、摩耗を生じることが分かるであろう。
【００１３】
過度な摩耗によりランド３２の補修が必要であるような時には、図４〜図６に関連して下記する以下の補修方法が有効であることが判った。最初に、ランド表面３２を事前に機械加工して、シールランドに沿って材料を溝２８の全深さまで除去する。１つの非限定的な実施例では、図４に示すように、ランド３２から０．０６０インチほどが除去される。次に溝２８（或いは、特に内側シールランド３０を同時に補修する場合には、フレーム２４全体）は、蒸気洗浄しかつ乾燥させ、次に、例えばアセトン又はその他の適当な化学薬品で、溝をさらに清浄化させる（選択した化学薬品がろう付け補修を妨げるものでないことが重要である）。次に、溝内に補修プリフォーム４４を設置しかつ所定の位置にシム固定する。図７及び図８で最もよく分かるプリフォーム４４は、トランジションピース後方フレーム２４の半径方向外側面内のスロット又は溝２８の形状と一致するように、その長さ全体にわたり湾曲している。プリフォーム基材又はベース４３は、適当な合金材料、好ましくはＮｉｍｏｎｉｃ（登録商標）２６３、Ｈａｙｎｅｓ２３０、Ｉｎｃｏｎｅｌ６１７、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘ又はその他の適当な超合金のいずれかとＢＮｉ−９（その商品形態はＡｍｄｒｙ７７５である）又はＡＭＳ４７７６〜４７７９のような適当なろう付け粉末との混合物で構成することができる。これら２つの成分の比率は、２０／８０〜８０／２０の範囲内とすることができ、６０／４０の比率が好ましい。この例示的な実施形態では、プリフォーム基材４３の露出面４６は、Ｌ６０５（図５及び図６のクラッディング４８を参照）、Ｈａｙｎｅｓ１８８又はその他の適当なコバルト基合金で被覆することができる。布シールとトランジションピース後方フレームの両方が同じ材料で構成されている場合には、Ｌ６０５合金が好ましいことになる。従って、プリフォーム４４は、ベース又は基材４３とクラッディング４８とで構成される。それに代えて、プリフォーム４４は、ろう付け粉末と超合金粉末との混合物、又はその粉末が結合剤中に懸濁された純粋なろう付け粉末で構成されたテープの形態で供給することもできる。多くの結合剤が商業的に入手可能であるが、ポリテトラフルオロエチレンを含有した結合剤（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）のような）が最も望ましい。従って、本開示の目的では、「プリフォーム」という用語は、図７及び図８に示す比較的剛性の部品並びに可撓性のろう付けテープを含むことを意図しており、後者の場合、ろう付けテープは、単独のろう付け充填材とすることができ、或いは超合金粉末と混合したものとすることができる。
【００１４】
この例示的な実施形態では、プリフォーム４４は、例えば０．０６２インチのＬ６０５と０．０３５インチのＮｉｍｏｎｉｃ（登録商標）２６３／Ａｍｄｒｙ７７５とを含む、０．０９７インチの全体厚さを有することができる。別の実施形態では、プリフォーム４４は、例えば０．０８４インチ〜０．０９５インチのＬ６０５と対応する０．００２インチのＢＮｉ−９ろう付けテープとを含む、０．０９７インチの全体厚さを有することができる。
【００１５】
さらに別の実施形態では、プリフォーム４４は、例えば０．０６２インチのＬ６０５と０．０３５インチのＮｉｍｏｎｉｃ（登録商標）２６３／Ａｍｄｒｙ７７５ろう付けテープとを含む、０．０９７インチの全体厚さを有することができる。
【００１６】
溝２８内にプリフォーム４４を設置し、かつ機械加工したシールランド表面（つまり、プリフォーム受け面）３３にプリフォーム４４を所定の位置に保持するようにシム固定した後に、図５に示すように、プリフォームの外側端縁に沿ってろう付けペーストのビード５０を塗布することができる。ろう付けペーストは、超合金粉末が添加されていないあらゆる適当な商業的に入手可能なろう付けペーストとすることができ、或いはろう付けペーストと超合金粉末との混合物とすることができる。その後、トランジションピースと後方フレームとは、炉内に置かれる。好ましい方法は、真空ろう付け法であるが、アルゴン、ヘリウム又はその他の適切なガス環境における分圧ろう付け法も可能である。
【００１７】
例示的な方法は、以下の段階を含む。
１）ポンプ減圧して、１０〜３トル又はそれよりも良好な真空レベルを達成する。
２）１０°Ｆ／分の最低速度で１８００°Ｆ±５０°Ｆまで昇温させる。
３）３０分±１５分間にわたり１８００°Ｆ±５０°Ｆに保持する。
４）１０°Ｆ／分の最低速度で２１２５°Ｆ±２５°Ｆまで昇温させる。
５）３０分±１５分間にわたり２１２５°Ｆ±２５°Ｆに保持する。
６）真空下において炉を１９７５°Ｆ±１５０°Ｆまで冷却する。
７）アルゴン又はヘリウムガスを加えて２５０°Ｆまで急冷させる。
８）安全温度、例えば１５０°Ｆにおいて部品を取り出す。
【００１８】
図６に示すように、クラッディング４８の露出面をその後に仕様に合わせて機械加工して、シールに適した溝幅を形成する。
【００１９】
様々な寸法及び材料組成は、特定の用途に応じて変化させることができることが分かるであろう。さらに、本明細書に記載した補修方法は、如何なる特定のシールタイプ又は組成に限定されるものではない。
【００２０】
現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、提出した特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを、理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】後方フレームシールランド区域を示す、一部を断面で示したトランジションピースの概略側面図。
【図２】図１から取った、内側シールランドの拡大詳細図。
【図３】外側シールランド及びシールランドと係合したシールを示す断面図。
【図４】例示的な実施形態による補修方法を順を追って示す断面図。
【図５】例示的な実施形態による補修方法を順を追って示す断面図。
【図６】例示的な実施形態による補修方法を順を追って示す断面図。
【図７】外側シールランド補修プリフォームの前面図。
【図８】図７の線９−９に沿って取った断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１０  トランジションピース
１２  燃焼器
１４  ノズルアセンブリ
１８  トランジションピース本体又はエンクロージャ
２０  入口端部
２２  出口端部
２４  フレーム
２６  内側シール受け溝
２８  外側シール受け溝
３０  シールランド（内側溝内の）
３２  シールランド（外側溝内の）
３３  プリフォーム受け面
３４  シール装置
３６  シールホルダ又はブラケット
３８  一端部
４０  支持部品
４２  シール
４３  プリフォーム基材又はベース
４４  補修プリフォーム
４６  露出面
４８  クラッディング
５０  ビード
【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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