(57)【要約】  内部キャビティ幅を画定する半径方向に延在する外壁（１８）およびブレード先端（１２）を有するタービンブレード（１）を修理する方法。方法は、補修面（４６）を形成するためにブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、内部キャビティ幅（４４）未満とすることができる外幅（９５）を有する半径方向外側（５０）と、内部キャビティ幅（４４）に略等しいか、またはそれ以上の内幅（９３）を有する半径方向内側とを有する先端キャップ（４８）を提供するステップとを備える。先端キャップは、補修面に配置され、先端キャップは、延性溶接材料を用いて補修面に溶接される。キャップ周辺部（５６）は、肉盛溶接によって先端キャップの周りに形成され、かつスキーラ部分（６２）は、肉盛溶接によってキャップ周辺部の上に形成される。
2015517625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部キャビティ幅を画定する半径方向に延在する外壁と、ブレード先端とを有するタービンブレードを修理する方法であって、
補修面を形成するために前記ブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、
前記内部キャビティの幅未満の外幅を有する半径方向外側と、前記内部キャビティの幅と略等しいか、またはそれ以上の内幅を有する半径方向内側とを有する先端キャップを提供するステップと、
前記半径方向外側が前記外壁に重ならないように前記補修面に前記先端キャップを配置するステップと、
前記先端キャップを前記補修面に溶接するステップと、
溶接によってキャップ周辺部を形成するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記先端キャップを溶接するステップが、前記キャップ周辺部の延性より高い延性を有する材料によって、前記先端キャップおよび前記補修面の間に継手を溶接するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶接によって前記キャップ周辺部の上に交換スキーラ部を形成するステップを含み、前記交換スキーラ部は、前記溶接によってキャップ周辺部を形成するステップに使用される材料とは異なる材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記先端キャップを提供するステップが、半径方向外側面と、半径方向内側面と、正圧側面と、負圧側面とを提供するステップを備え、前記半径方向外側面および前記半径方向内側面は、略平行であり、かつ前記正圧側面および前記負圧側面は、略非平行に半径方向に延在する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記先端キャップを提供するステップが、半径方向外側面と、半径方向内側面と、複数の正圧側面および負圧側面とを提供するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記正圧側面の１つが前記補修面に隣接して配置されるとともに前記負圧側面の１つが前記補修面に隣接して配置され、かつ前記補修面に隣接して配置された前記正圧側面および負圧側面が互いに対して略非平行に半径方向に延在する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記先端キャップが、前記補修面と重複関係にある半径方向内側周辺部分と、前記補修面と非重複関係にある半径方向外側周辺部分とを含むトップハット断面を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記先端キャップを溶接するステップが、前記キャップ周辺部の延性より高い延性を有する溶加材によって、前記先端キャップおよび前記補修面の間に継手を溶接するステップを備え、かつ
前記溶加材は、前記正圧側面および負圧側面に沿って半径距離に略延在し、前記半径距離は、前記半径方向内側周辺部分の半径方向の範囲以下である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
半径方向に延在する外壁およびブレード先端を有するタービンブレードを修理する方法であって、
補修面を形成するためにブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、
重複部分および非重複部分を備える周辺部を有する先端キャップを提供するステップと、
前記先端キャップが前記重複部分で前記外壁と重なり、かつ前記先端キャップが前記非重複部分で前記外壁と重ならないように、前記先端キャップを前記補修面に配置するステップと、
前記先端キャップを前記補修面に溶接するステップと、
溶接によってキャップ周辺部を形成するステップと、
を備える方法。
【請求項１０】
前記重複部分および非重複部分が前記先端キャップの前記周辺部の周りに位置する交互の部分を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記重複部分および非重複部分が前記先端キャップの前記周辺部の周りに鋸歯状端部を形成する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記先端キャップを溶接するステップが、前記キャップ周辺部の延性より高い延性を有する材料によって、前記先端キャップおよび前記補修面の間に継手を溶接するステップを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
溶接によって前記キャップ周辺部の上に交換スキーラ部を形成するステップを含み、前記交換スキーラ部は、前記溶接によってキャップ周辺部を形成するステップに使用される材料とは異なる材料を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
翼形を画定し、かつブレード先端を有するタービンブレードを修理する方法であって、
補修面を形成するために前記ブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、
前記翼形に略整合する形に構成された周辺部を有する先端キャップを提供するステップであって、前記周辺部は、前記タービンブレードの半径方向と略垂直方向に延在する突出部を含む、ステップと、
前記先端キャップの少なくとも一部分が前記外壁に重なるように前記先端キャップを前記補修面に配置するステップと、
前記先端キャップを前記補修面に溶接するステップと、
溶接によってキャップ周辺部を形成するステップと、
を備える、方法。
【請求項１５】
前記先端キャップを提供するステップが、半径方向外側面と、半径方向内側面と、正圧側面と、負圧側面とを提供するステップを備え、前記半径方向外側面および前記半径方向内側面は、略平行であり、かつ前記突出部は、前記半径方向外側面から前記半径方向内側面へ延在する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記突出部が、前記周辺部の波状面を画定する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記周辺部の前記波状面が、重複部分および非重複部分を備え、かつ前記先端キャップを前記補修面に配置するステップが、前記周辺部が前記重複部分で前記外壁に重なるとともに、前記先端キャップが前記非重複部分で前記外壁に重ならないように前記先端キャップを配置するステップを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記先端キャップを溶接するステップが、前記キャップ周辺部の延性より高い延性を有する材料によって前記先端キャップおよび前記補修面の間に継手を溶接するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
溶接によって前記キャップ周辺部の上に交換スキーラ部を形成するステップを含み、前記交換スキーラ部が、前記溶接によってキャップ周辺部を形成するステップに使用される材料とは異なる材料を備える、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この本発明は、概してタービンエンジンのブレード、およびより具体的にはタービンブレードの先端部分の修理に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスタービンエンジンは、複数列の圧縮機ブレード、複数列の回転タービンブレード、および回転シャフトを含む。タービンブレードは、ガスタービンエンジンの熱い作動ガスをエンジンのタービンセクション内のシャフトの回転エネルギーに変換するよう設計される。各タービンブレードは、翼形を形成する半径方向に延在する外壁と、ブレード先端を備える。タービンブレードは通常、ニッケル基超合金材料などの超合金材料で形成される。内部キャビティは、外壁によって形成され、かつ先端キャップによって閉じられる半径方向外端部を有し、先端キャップは通常、スキーラ構造によって囲まれる。外壁およびブレード先端を冷却するために内部キャビティを通り冷却流体が流れる。
【０００３】
ガスタービンエンジンの通常運転中、タービンブレードの熱および機械的な応力は、ブレード材料のクラックなどの欠陥の形成をもたらす場合がある。ガスタービン部品、特にタービンブレードは、必要な場合に定期的に点検され、交換される。部品の運用年数を延ばすために、可能な限りそれらは改修され、その後ガスタービンで再利用される場合がある。このようなタービンブレードの改修は、例えば先端キャップの交換、およびブレード先端を肉盛溶接等することによるスキーラ構造の再形成を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の態様によると、タービンブレードの修理方法が提供され、タービンブレードは、内部キャビティ幅を画定する、半径方向に延在する外壁と、ブレード先端とを含む。方法は、補修面を形成するためにブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、内部キャビティの幅未満の外幅を有する半径方向外側と、内部キャビティの幅に実質的に等しいか、またはそれ以上の内幅を有する半径方向内側とを有する先端キャップを提供するステップと、半径方向外側が外壁に重ならないように補修面に先端キャップを配置するステップと、先端キャップを補修面に溶接するステップと、溶接によってキャップ周辺部を形成するステップとを備える。
【０００５】
本発明のさらなる態様は、先端キャップの溶接をさらに備えることができる方法を含み、それは、キャップ周辺部の延性よりも高い延性を有する材料で先端キャップおよび補修面の間の継手を溶接するステップを備える。方法は、溶接によってキャップ周辺部に交換スキーラ部を形成するステップをさらに含むことができ、交換スキーラ部は、溶接によるキャップ交換部の形成に使用される材料とは異なる材料を含む。先端キャップは、半径方向外側面と、半径方向内側面と、正圧側面と、負圧側面とを備えることができ、半径方向外側面および半径方向内側面は、実質的に平行とすることができ、かつ正圧側面および負圧側面は、実質的に非平行に半径方向に延在することができる。
【０００６】
先端キャップはそのうえ、半径方向外側面と、半径方向内側面と、複数の正圧側面および負圧側面とを備えることができる。正圧側面の１つは、補修面に隣接して配置されることができ、かつ負圧側面の１つは、補修面に隣接して配置されることができ、補修面に隣接して配置される正圧および負圧側面は、互いに対して実質的に非平行とすることができ、半径方向に延在する。先端キャップは、補修面と重複関係にある半径方向内側周辺部分と、補修面と非重複関係にある半径方向外側周辺部分とを含むトップハット断面を有することができる。先端キャップを溶接するステップは、先端キャップおよび補修面の間の継手をキャップ周辺部の延性よりも高い延性を有する溶加材で溶接するステップを備えることができ、溶加材は、概して正圧および負圧側面に沿って半径距離延在し、半径距離は、半径方向内側周辺部の半径方向の範囲以下である。
【０００７】
本発明のさらなる態様によると、タービンブレードの修理方法が提供され、タービンブレードは、半径方向に延在する外壁およびブレード先端を含む。方法は、補修面を形成するためにブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、重複部分および非重複部分を備える周辺部を有する先端キャップを提供するステップと、先端キャップが重複部分で外壁と重なり、かつ先端キャップが非重複部分で外壁と重ならないように先端キャップを補修面に配置するステップと、先端キャップを補修面に溶接するステップと、溶接によってキャップ周辺部を形成するステップとを備える。
【０００８】
本発明のさらなる態様によると、重複および非重複部分は、先端キャップの周辺部の周りに位置する交互の部分を備えることができる。重複および非重複部分は、先端キャップの周辺部に鋸歯状端部を形成することができる。先端キャップを溶接するステップは、キャップ周辺部の延性よりも高い延性を有する材料で先端キャップおよび補修面の間に継手を溶接するステップを備えることができる。方法は、溶接によりキャップ周辺部に交換スキーラ部を形成するステップをさらに含むことができ、交換スキーラ部は、溶接によるキャップ交換部の形成に用いられる材料とは異なる材料を備える。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によると、タービンブレードの修理方法が提供され、タービンブレードは、翼形を画定し、かつブレード先端を有する。方法は、補修面を形成するためにブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、翼形に略整合する形に構成された周辺部を有する先端キャップを設けるステップであって、周辺部は、タービンブレードの半径方向に略垂直の方向に延在する突出部を含むステップと、先端キャップの少なくとも一部分が外壁に重なるように先端キャップを補修面に配置するステップと、先端キャップを補修面に溶接するステップと、溶接によってキャップ周辺部を形成するステップとを備える。
【００１０】
本発明のさらなる態様は、半径方向外側面、半径方向内側面、正圧側面および負圧側面を備えることができる先端キャップを設けるステップを含み、半径方向外側面および半径方向内側面は、実質的に平行であり、かつ突出部は、半径方向外側面から半径方向内側面へ延在する。突出部は、周辺部の波状面を形成する。周辺部の波状面は、重複部分および非重複部分を備えることができ、かつ先端キャップを補修面に配置するステップは、周辺部が重複部分で外壁に重なり、かつ先端キャップが非重複部分で外壁に重ならないように先端キャップを配置するステップを備えることができる。先端キャップを溶接するステップは、キャップ周辺部の延性より高い延性を有する材料で先端キャップおよび補修面の間の継手を溶接するステップを備えることができる。方法は、溶接によって交換スキーラ部をキャップ周辺部に形成するステップをさらに含むことができ、交換スキーラ部は、溶接によるキャップ周辺部の形成に用いられる材料と異なる材料を備える。
【００１１】
本明細書は、本発明を具体的に指摘し、かつ明確に主張する請求項をもって結論とするが、本発明は、添付図面と関連する以下の説明によってより良く理解されるだろう。添付図面においては、類似の参照符号は、類似の部材を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ブレード先端に形成されたクラックを有する従来技術のタービンブレードの斜視図である。
【図２Ａ】交換タービンブレード先端および本発明の態様によるブレード先端修理方法のステップを示す横断面図である。
【図２Ｂ】交換タービンブレード先端および本発明の態様によるブレード先端修理方法のステップを示す横断面図である。
【図２Ｃ】交換タービンブレード先端および本発明の態様によるブレード先端修理方法のステップを示す横断面図である。
【図２Ｄ】交換タービンブレード先端および本発明の態様によるブレード先端修理方法のステップを示す横断面図である。
【図２Ｅ】交換タービンブレード先端および本発明の態様によるブレード先端修理方法のステップを示す横断面図である。
【図２Ｆ】交換タービンブレード先端および本発明の態様によるブレード先端修理方法のステップを示す横断面図である。
【図２Ｇ】交換タービンブレード先端および本発明の態様によるブレード先端修理方法のステップを示す横断面図である。
【図３】本発明のさらなる態様による交換タービンブレード先端の横断面図である。
【図４】本発明のさらに他の態様による交換タービンブレード先端の横断面図である。
【図５】本発明のさらに他の態様による交換タービンブレード先端の横断面図である。
【図６】本発明のさらに別の態様による交換タービンブレード先端の横断面図である。
【図７】図２Ｇに示す交換タービンブレード先端に対応する交換先端キャップの平面図であり、取り付けより前にタービンブレードの外壁に配置された状態で示されている。
【図８】図６に示す交換タービンブレード先端に対応する交換先端キャップの平面図であり、取り付けより前にタービンブレードの外壁に配置された状態で示されている。
【図９】図８に示す交換先端キャップの変化形である交換先端キャップの平面図であり、取り付けより前にタービンブレードの外壁に配置された状態で示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成する添付図面への参照がなされ、これは、限定としてではなく、本発明が実行される特定の好ましい実施形態の例示のために示されている。他の実施形態を用いることができ、かつ本発明の精神と技術範囲を逸脱することなく変更することができることが理解されるべきである。
【００１４】
ガスタービンエンジン（図示せず）のタービンブレード１０を示す図１を参照する。ブレード１０は、エンジンの定例整備検査中に特定され得る損傷を受けたブレード先端１２を含んでいる。タービンブレード１０は、ガスタービンエンジン内で円周方向に整列された複数のタービンブレード１４の１つである。タービンブレード１０は、ローターアセンブリ（図示せず）のローターディスクなどの取付け位置から半径方向に外向きに延在する翼１６を備える。翼１６は、ブレードプラットフォーム２０から半径方向に延在する翼外壁１８を含む。翼１６の外壁１８は、ガスタービンエンジンの高温の作動ガスにさらされ、かつ正圧側壁２２および対向する負圧側壁２４を備える。正圧および負圧側壁２２，２４は共に翼弦方向に離間した翼１６の前端および後縁２６，２８を結合する。タービンブレード１０のブレード先端１２は、プラットフォーム２０から離れた外壁１８の半径方向外側端部に位置する。ブレード先端１２は、翼外壁１８の外向き拡張部を形成するスキーラ部３０を含む。ブレード先端１２は、図１および図２Ａに示すように、スキーラ部３０の半径方向外側端部から凹んだ先端キャップ３２をさらに備える。図２Ａおよび図２Ｃ〜図２Ｇに示すように、先端キャップ３２は、ブレード先端１２で閉鎖内部キャビティ３４を形成するように、翼外壁１８の半径方向外側端部にて形成された開口部の上に閉鎖部を形成する。
【００１５】
ガスタービンエンジンの運転中、タービンブレード１０の外壁１８およびブレード先端１２を冷却するために、冷却空気が内部キャビティ３４を通り循環する。冷却空気の一部は、外壁１８のフィルム冷却穴３６を通り、先端キャップ３２を通り延在する対流冷却穴３８を通り、内部キャビティ３４から分配されることができる。そのうえ、図２Ａに示すように、タービンブレード１０は、翼外壁１８およびスキーラ部３０の外面に熱バリアコーティング４０を備えることができる。
【００１６】
再度図１を参照すると、ガスタービンエンジンの通常運転中に存在し得る熱および機械的に引き起こされる応力は、スキーラ部３０およびタービンブレード１０の先端キャップ３２に対してブレード先端１２におけるクラック４２の形で損傷をもたらす場合がある。エンジンの定例検査中に観察され得るこのようなクラックを示すタービンブレード１０は、通常エンジンから取り外され、エンジンに再取付けするために修理、または改修される。本発明の態様によると、タービンブレードの修理方法が記載され、先端キャップにおける応力クラックを制限、または低減する耐久性先端キャップ構造を設けるステップを含み、それによってブレードの耐用年数を延ばすことができる。
【００１７】
図２Ａ〜図２Ｇを参照すると、本発明の特定の態様が記載されている。図２Ａは、図１に示すようなタービンブレード１０などのブレード先端の修理が必要なタービンブレードの代表的なものを示しており、および例えばＩＮ−７３８などの超合金材料を備える鋳造部品として形成されることができる。しかし、本発明は、ここに参照される特定の部品材料に限定される必要はない。
【００１８】
本発明の態様による方法は、図２Ｂに示すように補修面４６を形成するためにブレード先端１２の少なくとも一部分を除去するステップを備える。ブレード先端１２の除去は、例えば損傷を受けたスキーラ部３０および先端キャップ３２の研磨などの任意の既知の工程によって完了することができ、外壁１８の外縁を備える補修面４６を形成する。補修面４６の場所は、次の溶接作業の準備のために過時効熱処理されることができる。
【００１９】
補修面４６の準備に続き、図２Ｃに示すように内部キャビティ３４の上に交換先端キャップ４８が配置される。本発明の本態様によると、交換キャップ４８は、平坦な外面７４を備える半径方向外側５０と、外面７４に略平行に配向される平坦な内面７６を備える対向する半径方向内側５２を有し、半径方向内面７６は、補修面４６と略同一平面上に位置する。
【００２０】
交換先端キャップ４８は、内部キャビティ３４の内周３５に略一致するよう構成された内側周辺９２（図７）を備える先端キャップの周辺部を画定する。特に、交換先端キャップ４８の周辺９２は、内部キャビティ３４によって画定された翼形状開口部に略一致するよう構成された翼形を有することができ、先端キャップ４８の内側５２の幅９３、すなわち任意の所定の位置における翼弦線９７に垂直な寸法が内部キャビティ３４に沿った対応する翼弦位置における内部キャビティ３４の幅４４（図１）に等しいか、またはそれ以上である。補修面４６との先端キャップ周辺９２の任意の重なりは、外壁１８の幅の４０％未満で延在させることができる。しかし、さらに以下に述べるように、本発明の態様は、応力集中を低減するよう構成された溶接ビード充填剤を提供し、先端キャップ４８および補修面４６の間の接合点における許容できない応力を生じることなく４０％以上の重なりが可能となる。例えば、本願の溶接手順は、接合点において約４５％の応力減少を提供し、十分な構造の完全性を提供しながら、周辺部５６のために使用される肉盛溶接材料の減少量を許容することができるだろう。
【００２１】
さらに、半径方向外側５０が外壁１８と重ならないように、先端キャップ４８の半径方向外側５０は、任意の所定の位置において、内側の幅９３未満、かつ内部キャビティの幅４４未満の幅９５（図７）を画定する。つまり、先端キャップ４８の半径方向外側５０の位置を通過する半径方向に延在するラインは、外壁１８の補修面４６と交差しない。したがって、外側および内側５０，５２の間に延在する先端キャップ４８の正圧側面７８、および外側および内側５０，５２の間に延在する先端キャップ４８の負圧側面８０は、互いに向かって内向きにテーパー状、または斜めに、半径方向外向きに延在する先端キャップ４８（図２Ｃ）の非平行側面を備える。
【００２２】
外壁１８との先端キャップ４８の限定された重なり、および内側周辺９２のテーパー状の、または減少する材料の厚みは、先端キャップ４８から外壁１８への影響を誘発する制限された応力を提供する。特に、内側５２および補修面４６の間の関連する限定された、または減少した応力接触領域を有する内側５２および補修面４６の間の限定された重なり、および先端キャップ４８の周辺接触領域におけるより広い溶接接合領域を提供する正圧および負圧側面７８，８０におけるテーパー状の縁は、さらに以下に述べるように、先端キャップ４８および外壁１８の間の継手に通常関連し得る応力集中を回避、または制限する。
【００２３】
交換先端キャップ４８は、好ましくは外壁１８の材料に対応する材料からなり、本実施例においては、ＩＮ−７３８を備えることがある。また、さらに以下に述べるように、これらの部品の間に形成された溶接継手５４の領域にクラックを生じ得る応力を最小にする、または低減する方法で、先端キャップ４８を外壁１８の補修面４６に取り付けるために溶加材および肉盛溶接材料を提供することができる。
【００２４】
図２Ｄに示すように、先端キャップ４８および外壁１８の補修面４６の間の連結における溶接継手５４は、周辺９２の周りに延在し、好ましくは、低モジュラス弾性を有する比較的延性の溶加材によって形成される。本発明の態様によると、溶接継手５４は、図２Ｄの断面に見られるように略半円形状とすることができる。つまり、先端キャップ４８および補修面４６の間の切欠きにおける溶接ビードまたは溶接継手５の外面は、外向き曲線、すなわち半円形を画定する特定の形状で形成される。溶接継手５４、すなわち溶接ビードの半円断面が先端キャップ４８および補修面４６の間の切欠きにおける応力集中を低減することにより、補修面４６との先端キャップ４８のより大きな重なりを可能とする。例えば、特定の材料に関して以下にさらに述べられるように、溶接継手５４の半円形状および関連する応力集中の減少は、先端キャップ４８のより大きな重なりを可能とし、それに対応して周辺部５６を形成するために必要な構造肉盛溶接材料を減少することが可能となる。例示的な本実施形態において、溶加材は、好ましくは、ＩＮ−６２５またはＨａｓｔａｌｌｏｙ  Ｗを備える低モジュラス材料であり、かつ溶接継手は、周囲溶接作業において形成されることができる。これらの材料は、非常に低いモジュラスを有し、かつ応力およびエンジンの通常運転中に溶接位置において結果的に生じるクラックの可能性を低減するため、好ましいものである。特に、低モジュラス溶接溶加材は、溶接継手５４を形成するために低い熱入力が一般的に必要であり、結果的に下にある材料、すなわち、外壁１８の補修面４６および先端キャップ４８の加熱を低減する。この下にある材料の加熱の低減は、溶接中および修理プロセス中において溶接継手５４の領域においてクラックを生じる外壁１８および先端キャップ４８の傾向を低減する。
【００２５】
さらに、上または内側周辺９２から外向きに続く減少する材料の厚みを有する上述の先端キャップ形状は、溶接継手５４の領域における向上した溶込みを提供する。向上した溶込みは、溶接継手５４におけるひび割れまたは分離に対して増加した抵抗を有する確実な溶接の形成を促進する。内側５２および補修面の間の境界面における分離または切欠きの形成が継手に増加した応力の場所を作り得るため、これらの切欠きの可能性を減らすことは、溶接継手５４の耐久性を向上することができ、エンジン内のブレード１０の動作中に外壁１８から先端キャップ４８が離れることを防ぐ。
【００２６】
図２Ｅに示すように、構造肉盛溶接は、補修面４６の側面７８，８０の周りに形成され、先端キャップ４８の周りに延在するキャップ周辺部５６を形成する。キャップ周辺部５６は、外壁１８の材料と整合し、かつ先端キャップ４８の材料と整合する構造溶接材料によって好ましく形成され、例示的な本実施形態においては、ＩＮ−７３８を備える。肉盛溶接材料は、周辺部５６のクラッキング傾向を低減する延性を備えながら、周辺部５６の構造的機能を提供するのに必要な強度を提供する材料特性を好ましく含む。そのうえ、肉盛溶接材料は、ＩＮ−６２５およびＣＭ−２４７などの材料に類似した範囲内の熱膨張の平均係数を好ましく有する。例えば、溶加材の熱膨張の平均係数は、約１３．４２ｘ１０（−６）ｍ／ｍ−℃（ＣＭ−２４７）および１５．１ｘ１０（−６）ｍ／ｍ−℃（ＩＮ−６２５）の間の範囲とすることができる。
【００２７】
先端キャップ４８および補修面の重なる量は、肉盛溶接材料として外壁１８の材料に関して選択された使用される材料の特定の強度に応じて変えることができる。例えば、肉盛溶接材料がＩＮ−７３８の場合は、重なりの減少量を設けることができ（すなわち４５％未満）、十分な量の構造肉盛溶接材料を適用することができる。あるいは、ＣＭ−２４７などの高い強度の肉盛溶接材料が適用される場合、より少ない量の肉盛溶接材料が要求され、先端キャップ４８および補修面４６の重なりは、５０％の重なり等と、より大きくなる。
【００２８】
肉盛溶接は、先端キャップ４８の外面７４をわずかに越えて延在する高さまで補修面４６および斜めの側面７８，８０に適用されることができ、その後先端キャップ４８の外面７４と同一平面のキャップ周辺部５６を形成するための研磨作業が続き、それにより図２Ｅに示すように盛溶接材料および先端キャップ４８を横切って延在する略平らな外側キャップ面５８を形成する。
【００２９】
そして図２Ｆに示すように、構造肉盛溶接によってキャップ周辺部５６の外側キャップ面５８に交換スキーラ部６２が形成される。本実施形態において、交換スキーラ部６２は、先端キャップ４８およびキャップ周辺部５６とは異なる材料を備える。例えば、スキーラ部６２の材料は、ＩＮ−６２５など、比較的延性を有することができる。スキーラ部６２の肉盛溶接に続く研磨および／またはＥＤＭ機械加工作業は、半径方向外面６４を形成し、かつスキーラ部６２の最終外形を確立するために行うことができ、交換ブレード先端６６の最終形状が得られる。最後に、図２Ｇに示されるように、熱障壁コーティング（ＴＢＣ）６８を交換ブレード先端６６の外面７０に適用することができ、かつ交換ブレード先端６６の外への冷却空気の流れを提供するために、フィルム冷却穴７２および対流冷却穴７３をあけることができる。
【００３０】
図３は、先端キャップ４８の変化形である先端キャップ４８’を示し、図２Ｇのブレード先端６６について記載されたものに対応する要素には、ダッシュがつけられた同じ参照符号が付され、修理方法および材料は、ブレード先端６６について記載されたものと実質的に同じである。先端キャップ４８’は、内部キャビティ幅４４’以上の内側の幅９３’を画定する周辺９２’を含み、かつ外壁１８’の補修面４６’と４０％未満で重なる。特に、先端キャップ４８’は、約１５％の補修面４６’と重なる内側５２’を先端キャップ４８’に対して設けることが示されている。先端キャップ４８’によって形成されるブレード先端６６’の全ての態様は、キャップ４８によって形成されるブレード先端６６に対して上記に説明されたものと実質的に同じ材料を含む。
【００３１】
図４は、先端キャップ１４８を備える本発明の代替の態様を示し、図２Ｇのブレード先端６６に対して記載されたものと対応する要素は、１００番台の同じ参照符号が付されており、修理方法および材料は、ブレード先端６６に対して記載されたものと実質的に同じである。先端キャップ１４８は、段付き、またはトップハット断面を有するように構成される。特に、正圧側面１７８および負圧側面１８０には、半径方向外側１５０および半径方向内側１５２の間に階段状移行部を形成する複数の側面が形成される。正圧側面１７８は、半径方向外向き面１７８ｃによって接続された第１および第２の半径方向に延在する正圧側面１７８ａ，１７８ｂを含み、かつ負圧側面１８０は、半径方向外向き面１８０ｃによって接続される第１および第２半径方向に延在する負圧側面１８０ａ，１８０ｂを含む。正圧側面１７８ａ，１７８ｂおよび負圧側面１８０ａ，１８０ｂは、補修面１４６に略垂直であり、かつ互いに略平行である。
【００３２】
第１正圧および負圧側面１７８ａ，１８０ａは、半径方向外側周辺部分１８３を画定し、かつ第２正圧および負圧側面１７８ｂ，１８０ｂは、半径方向内側周辺部分１８５を画定する。図４に示すように、半径方向内側周辺部分１８５は、外壁１１８の補修面１４６と重複関係にあり、半径方向外側周辺部分１８３は、補修面１４６と非重複関係にある。ブレード先端６６の形成に関して記載されたように、補修面に対する先端キャップ１４８の重複または非重複関係は、先端キャップ１４８の位置を通り、補修面または内部キャビティ１３４に向かう半径方向内向きの、半径方向に延在するラインに関して決定される。
【００３３】
先端キャップ１４８は、半径方向内側周辺部分１８５の周りに溶接継手１５４を形成する延性溶加材によって補修面１４６に取り付けられる。延性溶加材は、ブレード先端６６の形成方法に関して上述したように、ＩＮ−６２５またはＨａｓｔａｌｌｏｙ  Ｗを備えることができる。溶接継手１５４の溶加材は、第２正圧および負圧側面１７８ｂ，１８０ｂに沿って略延在し、その半径方向の範囲は、第２正圧および負圧側１７８ｂ，１８０ｂによって画定される内側周辺部分１８５の半径方向の範囲にほぼ等しいか、またはそれより小さい。内側周辺部分１８５は、溶接継手１５４の形成のための溶込みを促進する減少した材料の領域を提供する。さらに、第１正圧および負圧側面１７８ａ，１８０ａ、およびそれぞれの外向き面１７８ｃ，１８０ｃは、キャップ周辺部１５６の肉盛溶接材料を受容するための先端キャップ１４８の凹んだ領域を画定し、外壁１１８に対する先端キャップ１４８の保持を促進する。ブレード先端６６に関して上述したように、キャップ周辺部１５６は、ＩＮ−７３８によって形成されることができ、スキーラ部１６２は、ＩＮ−６２５などのより延性を有する材料によって形成されることができる。
【００３４】
図５は、先端キャップ２４８を備える本発明の代替の態様を示し、図２Ｇのブレード先端６６に対して記載されたものに対応する要素には、２００番台の同じ参照符号が付されており、修理方法および材料は、ブレード先端６６に対して記載されたものと実質的に同じである。図５の先端キャップ２４８は、先端キャップ２４８が非平行の第２正圧および負圧側２７８ｂ，２８０ｂを含むことを除けば、図４の先端キャップ１４８と実質的に類似している。特に、第２正圧および負圧側２７８ｂ，２８０ｂは、半径方向に外向きに延在する、互いに向かって内向きにテーパー状、または角度がつけられ、そのうえ半径方向内側周辺部分２８５の領域における材料を減少させている。さらに、半径方向内側周辺２９２は、ブレード先端６６の内側周辺９２に対して記載された方法と類似の方法で内部キャビティ２３４の内周２３５に略一致するように構成することができる。しかし、内側周辺２９２の少なくとも一部分は、補修面２４６に重なることができることを理解されるべきである。
【００３５】
図４に関して記載された構成のように、溶接継手２５４を形成する溶加材は、延性材料を備え、好ましくは、第２正圧および負圧側２７８ｂ，２８０ｂによって画定された内側周辺部分２８５の半径方向範囲に略等しいか、それより少ない半径方向距離だけ延在する。半径方向内側周辺部分２８５に設けられた減少した材料の厚さは、溶接継手２５４の領域において向上した溶込みを提供する。上述のように、向上した溶込みにより、溶接継手２５４のクラック、または分離に対する抵抗が増加した確実な溶接の形成が促進される。
【００３６】
図６および図８を参照すると、先端キャップ３４８を備えた本発明の代替の態様が示され、図２Ｇのブレード先端６６に対して記載されたものに対応する要素には、３００番台の同じ参照符号が付され、修理方法および材料は、ブレード先端６６をタービンブレード１０に提供するために図２Ｂ〜図２Ｇに関して記載されたものと実質的に同じである。
【００３７】
先端キャップ３４８は、先端キャップ３４８の周辺部３８２を画定する正圧側面３７８および負圧側面３８０を備える。本発明の態様によると、周辺部３８２は、タービンブレードの外壁３１８の半径方向に対して略垂直方向に、正圧および負圧側面３７８，３８０から外向きに延在する突出部３８４を含む。さらに、突出部３８４は、先端キャップ３４８の半径方向外側３５０から半径方向内側３５２へ半径方向に延在する長さ寸法を有する。図８に示すように、突出部３８４は、略半円断面の形状を形成し、かつ正圧および負圧側面３７８，３８０から延在するリブ状機構を備えることができる。しかし、突出部３８４に他の断面形状を設けることができる。
【００３８】
図８を参照すると、先端キャップ３４８は、内部キャビティ３３４を覆う位置で示されており、および周辺部３８２の交互部分は、補修面３４６と重複および非重複関係にある。特に、突出部３８４および正圧および負圧側面３７８，３８０は、波状、または鋸歯状の面を形成し、それぞれの正圧側重複部分および非重複部分３７８ａ，３７８ｂおよびそれぞれの負圧側重複部分および非重複部分３８０ａ，３８０ｂを画定する。例えば、先端キャップ３４８の対向面上の２つの突出部３８４の間を計った内側寸法３９５（図６）は、内部キャビティ３３４の内周３３５の幅３４４よりも通常大きくすることができ、かつ正圧および負圧側面３７８，３８０の間の内側寸法３９３は、外壁３１８の対応する位置における内部キャビティ３３４の幅３４４と通常等しいか、または小さくすることができる。
【００３９】
先端キャップ３４８の波状の周辺部３８２は、内部キャビティ３３４の内周３３５に対してより大きな公差を有して先端キャップ３４８が形成され得る構成を提供し、先端キャップ３４８の非重複部分３７８ａ，３７８ｂは補修面３４６に重ならなくてもよい一方で、先端キャップ３４８の周辺部３８２の周りでの補修面３４６との十分な係合位置を提供する。したがって、先端キャップ３４８および補修面３４６の間の接触領域の最小化、または低減を、応力点における関連する減少と共に提供することができる。さらに、先端キャップ３４８の改善された保持を提供するために、周辺部３８２の波状面は、溶接継手３５４を形成する溶加材との係合のための追加的な表面積を提供することができる。さらに、周辺部３８２全体が補修面３４６と重なるように形成され得ることが理解されるだろう。
【００４０】
図９を参照すると、図６および図８に関して説明された先端キャップ３４８の変化形を備えた先端キャップ４４８が示される。先端キャップ４４８は、先端キャップ４４８の周辺部４８２を画定する正圧側面４７８および負圧側面４８０を備える。本発明の態様によると、周辺部４８２は、波状または鋸歯状の面を形成する交互の重複および非重複部分を含む。特に、周辺部４８２は、それぞれの正圧側重複および非重複部分４７８ａ，４７８ｂ、およびそれぞれの負圧側重複および非重複部分４８０ａ，４８０ｂを含み、重複部分４７８ａ，４８０ａは、周辺部４８２の突出部を画定する。
【００４１】
図９に示す態様によると、交互の重複および非重複部分４７８ａ，４８０ａおよび４７８ｂ，４８０ｂは、正圧および負圧側面４７８，４８０に延びる略半円の溝４８８によって画定され得る。溝４８８は、先端キャップ４４８半径方向外側から半径方向内側に半径方向に延在する長さ寸法を有する。したがって、正圧および負圧側面４７８，４８０は、タービンブレードの外壁４１８の半径方向に略垂直の方向で外向きに延在する周辺部４８４の突出部を形成する。溝４８８は、半円形として示されているが、溝４８８の他の断面形状を設けることができることを理解されるべきである。
【００４２】
先端キャップ４４８は、内部ブレードキャビティの内周４３５を越えて延在して、図６を参照して先端キャップ３４８について上述した方法と類似の方法で補修面４４６と重なる。先端キャップ３４８について上述したように、先端キャップ４４８の波状の周辺部４８２は、内部ブレードキャビティの内周４３５に対して大きい公差を有するように先端キャップ４４８を形成することを可能にする構成を提供し、先端キャップ４４８の非重複部分は、補修面４４６と重ならなくてもよい一方で、先端キャップ４４８の周辺部４８２の周りでの重複部分４７８ａ，４８０ａにおける補修面４４６との十分な係合場所を提供する。また、周辺部３８２の波状面は、先端キャップ４４８の改善された保持を提供する溶接継手を形成する溶加材との係合のために追加的な表面積を提供することができる。
【００４３】
本発明の特定の実施形態が示され、説明されたが、本発明の精神と技術範囲を逸脱することなく様々な他の変更および改良を行うことができることが当業者には明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲において、本発明の範囲内の全てのこのような変更および改良を包含することが意図される。
【符号の説明】
【００４４】
１０  タービンブレード
１２  ブレード先端
１６  翼
１８  外壁
２０  プラットフォーム
２２  正圧側壁
２４  負圧側壁
３０  スキーラ部
３２  先端キャップ
３４  内部キャビティ
４４  幅
４６  補修面
４８  交換先端キャップ
５０  半径方向外側
５２  半径方向内側
５４  溶接継手
５６  キャップ周辺部
５８  外側キャップ面
６２  交換スキーラ部
６４  半径方向外面
６６  交換ブレード先端
６８  熱障壁コーティング（ＴＢＣ）
７２  フィルム冷却穴
７３  対流冷却穴
７８  正圧側面
８０  負圧側面
９２  内側周辺
【図１】
2015517625.tif 000003
【図２Ａ】
2015517625.tif 000004
【図２Ｂ】
2015517625.tif 000005
【図２Ｃ】
2015517625.tif 000006
【図２Ｄ】
2015517625.tif 000007
【図２Ｅ】
2015517625.tif 000008
【図２Ｆ】
2015517625.tif 000009
【図２Ｇ】
2015517625.tif 000010
【図３】
2015517625.tif 000011
【図４】
2015517625.tif 000012
【図５】
2015517625.tif 000013
【図６】
2015517625.tif 000014
【図７】
2015517625.tif 000015
【図８】
2015517625.tif 000016
【図９】
2015517625.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月10日(2014.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部キャビティ幅を画定する半径方向に延在する外壁と、ブレード先端とを有するタービンブレードを修理する方法であって、
補修面を形成するために前記ブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、
前記内部キャビティの幅未満の外幅を有する半径方向外側と、前記内部キャビティの幅と略等しいか、またはそれ以上の内幅を有する半径方向内側とを有する先端キャップを提供するステップと、
前記半径方向外側が前記外壁に重ならないように前記補修面に前記先端キャップを配置するステップと、
前記先端キャップを前記補修面に溶接するステップと、
溶接によってキャップ周辺部を形成するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記先端キャップを溶接するステップが、前記キャップ周辺部の延性より高い延性を有する材料によって、前記先端キャップおよび前記補修面の間に継手を溶接するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
溶接によって前記キャップ周辺部の上に交換スキーラ部を形成するステップを含み、前記交換スキーラ部は、前記溶接によってキャップ周辺部を形成するステップに使用される材料とは異なる材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記先端キャップを提供するステップが、半径方向外側面と、半径方向内側面と、正圧側面と、負圧側面とを提供するステップを備え、前記半径方向外側面および前記半径方向内側面は、略平行であり、かつ前記正圧側面および前記負圧側面は、略非平行に半径方向に延在する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記先端キャップを提供するステップが、半径方向外側面と、半径方向内側面と、複数の正圧側面および負圧側面とを提供するステップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記正圧側面の１つが前記補修面に隣接して配置されるとともに前記負圧側面の１つが前記補修面に隣接して配置され、かつ前記補修面に隣接して配置された前記正圧側面および負圧側面が互いに対して略非平行に半径方向に延在する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記先端キャップが、前記補修面と重複関係にある半径方向内側周辺部分と、前記補修面と非重複関係にある半径方向外側周辺部分とを含むトップハット断面を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記先端キャップを溶接するステップが、前記キャップ周辺部の延性より高い延性を有する溶加材によって、前記先端キャップおよび前記補修面の間に継手を溶接するステップを備え、かつ
前記溶加材は、前記正圧側面および負圧側面に沿って半径距離に略延在し、前記半径距離は、前記半径方向内側周辺部分の半径方向の範囲以下である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
半径方向に延在する外壁およびブレード先端を有するタービンブレードを修理する方法であって、
補修面を形成するためにブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、
重複部分および非重複部分を備える周辺部を有する先端キャップを提供するステップと、
前記先端キャップが前記重複部分で前記外壁と重なり、かつ前記先端キャップが前記非重複部分で前記外壁と重ならないように、前記先端キャップを前記補修面に配置するステップと、
前記先端キャップを前記補修面に溶接するステップと、
溶接によってキャップ周辺部を形成するステップと、
を備える方法。
【請求項１０】
前記重複部分および非重複部分が前記先端キャップの前記周辺部の周りに位置する交互の部分を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記重複部分および非重複部分が前記先端キャップの前記周辺部の周りに鋸歯状端部を形成する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記先端キャップを溶接するステップが、前記キャップ周辺部の延性より高い延性を有する材料によって、前記先端キャップおよび前記補修面の間に継手を溶接するステップを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
溶接によって前記キャップ周辺部の上に交換スキーラ部を形成するステップを含み、前記交換スキーラ部は、前記溶接によってキャップ周辺部を形成するステップに使用される材料とは異なる材料を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
翼形を画定し、かつブレード先端を有するタービンブレードを修理する方法であって、
補修面を形成するために前記ブレード先端の少なくとも一部分を除去するステップと、
前記翼形に略整合する形に構成された周辺部を有する先端キャップを提供するステップであって、前記周辺部は、前記タービンブレードの半径方向と略垂直方向に延在する突出部を含む、ステップと、
前記先端キャップの少なくとも一部分が前記タービンブレードの外壁に重なるように前記先端キャップを前記補修面に配置するステップと、
前記先端キャップを前記補修面に溶接するステップと、
溶接によってキャップ周辺部を形成するステップと、
を備える、方法。
【請求項１５】
前記先端キャップを提供するステップが、半径方向外側面と、半径方向内側面と、正圧側面と、負圧側面とを提供するステップを備え、前記半径方向外側面および前記半径方向内側面は、略平行であり、かつ前記突出部は、前記半径方向外側面から前記半径方向内側面へ延在する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記突出部が、前記周辺部の波状面を画定する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記周辺部の前記波状面が、重複部分および非重複部分を備え、かつ前記先端キャップを前記補修面に配置するステップが、前記周辺部が前記重複部分で前記外壁に重なるとともに、前記先端キャップが前記非重複部分で前記外壁に重ならないように前記先端キャップを配置するステップを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記先端キャップを溶接するステップが、前記キャップ周辺部の延性より高い延性を有する材料によって前記先端キャップおよび前記補修面の間に継手を溶接するステップを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
溶接によって前記キャップ周辺部の上に交換スキーラ部を形成するステップを含み、前記交換スキーラ部が、前記溶接によってキャップ周辺部を形成するステップに使用される材料とは異なる材料を備える、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2015517625.tif 000018
2015517625.tif 000019
2015517625.tif 000020