(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンエンジン構成部品（１６）を貫通して前記構成部品（１６）の内部表面から前記構成部品（１６）の外部表面（３４）まで延びる複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を調節する方法であって、
前記複数の冷却孔（３２）をマスキングすることなく物理蒸着法により前記構成部品（１６）の前記外部表面（３４）及び前記内部表面のうちの少なくとも１つに断熱皮膜（３６）を蒸着し、それによって前記断熱皮膜（３６）の１部（３８）が前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流を部分的に妨げることができ、前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を減少させる段階と、
前記構成部品（１６）に前記断熱皮膜（３６）を蒸着した後に、加圧された上流側ダクト（４８）と端部が大気に解放された下流側ダクト（５０）と前記上流側及び下流側ダクトの間に設置された隔壁（４６）とを備える所定の圧力流量スタンド（４０）の前記隔壁に、前記構成部品を取り付ける段階と、
前記複数の冷却孔（３２）を通しての所定の圧力降下を生じさせ、前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を測定する段階と、
前記複数の冷却孔（３２）を通るその測定された空気流量を前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量と比較する段階と、
前記測定された空気流量が、前記前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量の範囲内になるまで、前記断熱皮膜（３６）を蒸着し、前記所定の圧力降下を生じさせ、空気流量を算定し、そしてその測定された空気流量を前記前もって選定された範囲と比較する前記各段階を繰り返す段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量は、前記構成部品（１６）を前記構成部品（１６）の寿命要求が満たされる最高温度より低く維持するために、前記複数の冷却孔（３２）を通して充分な空気流量を供給するように選定された最小空気流量を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量は、前記ガスタービンエンジン内部の他の構成部品をそれらの個々の寿命要求が満たされる最高温度より低く維持するために、前記他の構成部品を通る充分な冷却空気流量を確保するように選定された最大空気流量を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記各段階を繰り返す前記段階は、１度しか実行されないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記各段階を繰り返すとき、前記断熱皮膜（３６）は、前記複数の冷却孔（３２）を通る前記測定された空気流量に基づいて選定される時間の間、蒸着されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ガスタービンエンジン構成部品（１６）を貫通して前記構成部品（１６）の内部表面から前記構成部品（１６）の外部表面（３４）まで延びる複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を調節する方法であって、
前記複数の冷却孔（３２）をマスキングすることなく物理蒸着法により前記構成部品（１６）の前記外部表面（３４）及び前記内部表面のうちの少なくとも１つに断熱皮膜（３６）を蒸着し、それによって前記断熱皮膜（３６）の１部（３８）が前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流を部分的に妨げることができ、前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を減少させる段階と、
前記構成部品（１６）に前記断熱皮膜（３６）を蒸着した後に、加圧された上流側ダクト（４８）と端部が大気に解放された下流側ダクト（５０）と前記上流側及び下流側ダクトの間に設置された隔壁（４６）とを備える所定の圧力流量スタンド（４０）の前記隔壁に、前記構成部品を取り付ける段階と、
前記複数の冷却孔（３２）を通しての所定の圧力降下を生じさせ、前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を測定する段階と、
第２断熱皮膜（３６）を蒸着した後の前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量が、前もって選定された範囲の冷却孔空気流量の範囲内になるように、前記複数の冷却孔（３２）を通るその測定された空気流量に基づいて前記第２断熱皮膜（３６）を蒸着する時間を選定する段階と、
前記第２断熱皮膜（３６）を前記選定された時間の間蒸着し、それによって前記前もって選定された範囲の冷却孔空気流量の範囲内の前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を得る段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量は、構成部品（１６）を前記構成部品（１６）の寿命要求が満たされる最高温度より低く維持するために、前記複数の冷却孔（３２）を通して充分な空気流量を供給するように選定された最小空気流量を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量は、ガスタービンエンジン内部の他の構成部品をそれらの個々の寿命要求が満たされる最高温度より低く維持するために、前記他の構成部品を通る充分な冷却空気流量を確保するように選定された最大空気流量を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ガスタービンエンジン構成部品（１６）を貫通して前記構成部品（１６）の内部表面から前記構成部品（１６）の外部表面（３４）まで延びる複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を調節する方法であって、
加圧された上流側ダクト（４８）と端部が大気に解放された下流側ダクト（５０）と前記上流側及び下流側ダクトの間に設置された隔壁（４６）とを備える所定の圧力流量スタンド（４０）の前記隔壁に、前記構成部品を取り付ける段階と、
前記複数の冷却孔（３２）を通しての所定の圧力降下を生じさせ、前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を測定する段階と、
断熱皮膜（３６）を蒸着した後の前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量が、前もって選定された範囲の冷却孔空気流量の範囲内になるように、前記複数の冷却孔（３２）を通るその測定された空気流量に基づいて前記断熱皮膜（３６）を蒸着する時間を選定する段階と、
前記複数の冷却孔（３２）をマスキングすることなく、物理蒸着法により前記選定された時間の間、前記構成部品（１６）の前記外部表面（３４）及び前記内部表面のうちの少なくとも１つに前記断熱皮膜（３６）を蒸着し、それによって前記断熱皮膜（３６）の１部（３８）が前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流を部分的に妨げることができ、前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を減少させ、それによって前記前もって選定された範囲の冷却孔空気流量の範囲内の前記複数の冷却孔（３２）を通る空気流量を得る段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にガスタービンエンジン構成部品の冷却孔空気流量に関し、より具体的には、冷却孔空気流量を調節する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷却孔は、多くのガスタービン構成部品中に形成され、構成部品を貫通してフィルム冷却空気を運び、構成部品を冷却しまた構成部品とエンジンの主流路を通って流れる高温ガスとの間に流体障壁を形成する。さらに、燃焼チャンバの中央部本体のような構成部品の中には、中央部本体が燃焼チャンバを通って流れる高温ガスによる腐食作用で侵されるのを防止するために、慣用のフレーム溶射により腐食防止皮膜で被覆されるものもある。中央部本体は、また中央部本体を断熱するために慣用の物理蒸着法により断熱皮膜で被覆される。或る期間使用された後、中央部本体は、交換または修理のためにエンジンから取り外される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
修理の間、腐食防止皮膜、断熱皮膜及び汚染物質（例えば、燃焼生成物）が、慣用の酸剥離法により中央部本体から除去される。剥離法は、皮膜及び汚染物質だけでなく多少の基材も除去するので、その結果冷却孔が拡大されることになる。構造検査に続いて、中央部本体は腐食防止皮膜を再被覆され、次いで断熱皮膜を再被覆される。被覆された中央部本体は、流量の点検をされて冷却孔空気流量が、前もって選定された限度内であるかどうかを測定される。中央部本体が流量の点検に合格すれば、再使用に回される。従来は、修理の間または初めに製作される間に流量の点検に合格しなかった場合に、空気流量を修正するのに利用できる処置は全くなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の幾つかある特徴の中で、物理蒸着法により構成部品の外部表面及び／または内部表面に断熱皮膜を蒸着することにより、複数の冷却孔を通る空気流量を調節する方法を提供することに注目することができる。冷却孔は、マスキングされない。従って、断熱皮膜の１部は、冷却孔を通る空気流を部分的に妨げ、冷却孔を通る空気流量を減少させる。所定の圧力降下が冷却孔を通して発生され、冷却孔を通しての空気流量が測定される。測定された空気流量は、前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量と比較され、測定された空気流量が前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量の範囲内になるまで、断熱皮膜を蒸着し、所定の圧力降下を生じさせ、空気流量を算定し、そしてその測定された空気流量を前もって選定した範囲と比較する段階が繰り返される。
【０００５】
別の態様では、本発明の方法は、第２断熱皮膜を蒸着した後の冷却孔を通る空気流量が、前もって選定された範囲の冷却孔空気流量の範囲内であるように、測定された空気流量に基づいて第２断熱皮膜を蒸着する時間を選定する段階を含む。第２断熱皮膜は、次いで選定された時間の間、蒸着される。
【０００６】
さらに別の態様において、本発明の方法は、冷却孔を通しての所定の圧力降下を生じさせ、この所定の圧力降下により生ずる冷却孔を通る空気流量を算定する段階を含む。その方法はまた、断熱皮膜を蒸着した後の冷却孔を通る空気流量が、前もって選定された範囲内の冷却孔空気流量の範囲内になるように、冷却孔を通る測定された空気流量に基づいて断熱皮膜を蒸着する時間を選定する段階を含む。断熱皮膜が、冷却孔をマスキングすることなく物理蒸着法により選定された時間の間、構成部品の外部表面または内部表面のどちらかに被覆される。従って、断熱皮膜の１部が、冷却孔を通る空気流を部分的に妨げ、冷却孔を通る空気流量を減少させ、それによって前もって選定された範囲の冷却孔空気流量の範囲内の冷却孔を通る空気流量を得る。
【０００７】
さらに、本発明は、中に複数の冷却孔を有する本体を含むガスタービンエンジン構成部品を含む。構成部品は、構成部品の内部表面及び／または外部表面の少なくとも１部を覆って延びる複数の層の断熱皮膜を有する。断熱皮膜の各層は、冷却孔を通る空気流を少なくとも部分的に妨げ、冷却孔を通る空気流量を減少させる。
【０００８】
本発明の他の特徴は、一部は自明であり、また一部は以下で明らかにされるであろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】
同じ参照符号は、図面の幾つかの図を通じて同じ部分を表わす。
【００１０】
ここで図面、特に図１を参照して、物理蒸着法により断熱皮膜を蒸着するための装置が、参照符号１０でその全体が表わされている。装置１０は、燃焼チャンバ中央部本体のような全体が１６で表わされたガスタービンエンジン構成部品を受け入れられる寸法と形状に作られた内部チャンバ１４を有する加圧されたエンクロージャ１２を含む。エンクロージャ１２の上部に設けられた電子ビーム銃２０が、エンクロージャ１２の底部に取り付けられた消耗インゴット２２に狙いが定められ、インゴット材料を気化させる。気化された材料は、内部チャンバ１４を通って上昇し、構成部品１６に蒸着する。装置の運転を制御するための計装、制御、及び要素を含む装置１０の他の構成は、従来通りのものであるので図１から省略した。
【００１１】
装置１０を用いるためには、構成部品１６が、エンクロージャ１２の内部チャンバ１４中に装填される。装置１０の内部チャンバ１４は、従来のプロセスガス（例えば、５０％酸素と５０％アルゴン、または１００％酸素）を充填されて、ガスは加熱（例えば、摂氏約１０００度まで）され、チャンバは加圧（例えば、約０．００６ミリバールから約０．０１２ミリバールの間の範囲の圧力まで）される。次いで、電子ビーム銃２０が、一定の時間の間（例えば、約５５分から約７０分の間）電圧を印加されてインゴット材料を気化し、その後エンクロージャ１２がガス抜きをされてから構成部品１６がチャンバ１４から取出される。
【００１２】
図２に示すように、ガスタービンエンジン構成部品１６は、構成部品の内部表面（図示せず）から構成部品の外部表面３４まで延びる冷却孔３２を備える本体３０を有する。装置１０（図１）は、全体が３６で表わされる断熱皮膜の層を物理蒸着法により構成部品１６の外部表面３４及び内部表面上に蒸着する。冷却孔３２は、物理蒸着法の間はマスキングされないので、断熱皮膜３６の１部（３８）は、冷却孔を通る空気流を部分的に妨げ、冷却孔の内側を被覆する。断熱皮膜３６のこの部分３８が、冷却孔を通る空気流量を減少させる。
【００１３】
図３に示すように、全体が４０で表わされる圧力流量スタンドが、断熱皮膜３６を構成部品に蒸着した後の構成部品１６の流量を点検するのに用いられる。スタンド４０は、ダクト４４に接続された圧縮機４２を含む。構成部品１６は、ダクト４４に沿って設置された隔壁４６に取り付けられる。圧縮機４２の反対側のダクトの端部は、解放されている。従って、隔壁４６から上流のダクト４８の端部は加圧されていて、その一方で隔壁４６から下流のダクト５０の端部は、大気圧になっている。上流と下流の圧力差の結果として、圧力降下が、構成部品１６中の冷却孔３２を通して生じる。ダクト４８に接続された圧力プローブ５２が、隔壁４６から上流の圧力を測定する。隔壁４６の各々の側の圧力が解るので、冷却孔を通る空気流量を算定することができる。この空気流量は、前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量と比較される。この空気流量が前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量の範囲内であり、かつ構成部品１６が他の点では構成部品仕様に合致すれば、再使用に回される。
【００１４】
しかしながら、空気流量が前もって選定された所望の冷却孔空気流量を超えれば、構成部品１６は、物理蒸着装置１０中に装填されて、追加の断熱皮膜３６が構成部品に蒸着される。一般に、この第２蒸着段階の間に、電子ビーム銃２０は、最初の蒸着段階の間よりも短い時間の間（例えば、約１５分から３０分の間）電圧を印加される。被覆された構成部品１６は、物理蒸着装置１０から取出されて、圧力スタンド４０中に装填される。冷却孔３２を通る空気流量が、前と同様に測定され、測定された空気流量は再び前もって選定された範囲と比較される。本発明の１つの好ましい実施形態においては、測定された空気流量が前もって選定された範囲の所望の冷却孔空気流量の範囲内になるまで、これらの段階は繰り返される。本発明の第２の好ましい実施形態においては、この段階を繰り返す場合に断熱皮膜が蒸着される時間は、測定された空気流量に基づいて選定される。この時間は経験から決めることが可能であり、また実験式を用いて得ることができるということが想定される。第２の好ましい実施形態の間に、断熱皮膜を蒸着する段階は、1度しか繰り返す必要がないのが好ましい。本発明の第３の好ましい実施形態においては、断熱皮膜が蒸着される時間が決められてから断熱皮膜を蒸着すると、断熱皮膜を蒸着する段階がわずか1回しか実施されない。
【００１５】
前もって選定された範囲の所望の冷却空気流量の最小空気流量は、エンジンの運転中に構成部品１６を選定された最高温度より低く維持するために、冷却孔３２を通して充分な空気流量を供給するように選定される。この最高温度は、構成部品の寿命要求が満たされるであろう環境を実現するように算定される。この範囲の最大空気流量は、ガスタービンエンジン内部の他の構成部品をそれらの個々の寿命要求が満たされる最高温度より低く維持するために、他の構成部品を通る充分な冷却空気流量を確保するように選定される。
【００１６】
図４に示すように、上述の方法は、構成部品の表面のうちの少なくとも１つの少なくとも１部に施される１つより多い（好ましくは２つのみ）層の断熱皮膜３６を有するガスタービンエンジン構成部品１６（図２）を提供する。断熱皮膜３６のこれらの層の各々は、少なくとも部分的に冷却孔３２を妨げ、それによって冷却孔を通る空気流量を減少させる。例えば、最初の試験の間、試験された中央部本体の８０％が、最初の皮膜３６が施された後で最大許容流量を公称で５％超える空気流量であった。第２皮膜３６が施された後では、中央部本体空気流量は約８％減少して仕様の範囲内であった。
【００１７】
本発明又はその好ましい実施形態の構成要素を説明するとき、１つ又はそれ以上の要素があることを意味し、挙げられている要素以外に他の要素を含むことができることを意味する。
【００１８】
本発明の技術的範囲から離れることなく、上記の構成において様々な変更を行なうことができるので、上記説明に含まれ、あるいは添付図面に示される全ての事項は、例示として解釈されべきものであって、限定的意味をもたない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  物理蒸着によりガスタービンエンジン構成部品に断熱皮膜を蒸着するための装置の概略断面図。
【図２】  冷却孔を通る流れを部分的に妨げる１つの層の断熱皮膜を示す構成部品の断面図。
【図３】  ガスタービンエンジン構成部品の冷却孔を通る空気流量を測定するための装置の概略断面図。
【図４】  ２つの層の断熱皮膜を示す構成部品の断面図。
【符号の説明】
１６  構成部品
３０  本体
３２  冷却孔
３４  構成部品の外部表面
３６  断熱皮膜
３８  断熱皮膜の１部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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