(57)【要約】ガスタービンの高温部品（１０）を得るための製造方法を提供する。本方法は、部品（１０）の本体（１２）の内部に、少なくとも１つの要素又は挿入部材（１４）を組み込むことを含む。この要素又は挿入部材（１４）は、前記要素又は挿入部材（１４）が配置されるゾーンにおいて、前記部品（１０）は、耐応力機械特性を有する。部品（１０）の本体（１２）に要素又は挿入部材（１４）を接合するための少なくとも１つの固定工程を含む。また、本発明は、その方法により得られる高温部品にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの高温部品（１０）を得るための製造方法において、前記方法は、前記部品（１０）の本体（１２）の内部に、少なくとも１つの要素又は挿入部材（１４）を組み込むことを含み、前記要素又は挿入部材（１４）は、前記要素又は挿入部材（１４）が配置されるゾーンにおいて、前記部品（１０）は、耐応力機械特性を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
方法は、前記部品（１０）の前記本体（１２）に前記要素又は挿入部材（１４）を接合するための少なくとも１つの固定工程を意図することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
ガスタービンの高温部品（１０）において、前記部品（１０）は、前記部品（１０）の本体（１２）の内部に、少なくとも１つの要素又は挿入部材（１４）を組み込むことにより得られ、前記要素又は挿入部材（１４）は、前記要素又は挿入部材（１４）が配置されるゾーンにおいて、前記部品（１０）は、耐応力機械特性を有することを特徴とする部品（１０）。
【請求項４】
前記要素又は挿入部材（１４）は、モジュール型であることを特徴とする請求項３記載の部品（１０）。
【請求項５】
前記要素又は挿入部材（１４）は、ブレードの入口ゾーンに配置されることを特徴とする請求項３記載の部品（１０）。
【請求項６】
前記要素又は挿入部材（１４）は、ブレードの出口ゾーンに配置されることを特徴とする請求項３記載の部品（１０）。
【請求項７】
前記要素又は挿入部材（１４）は、前記本体（１２）の材料より、高温に対する耐性が高い材料から製造されることを特徴とする請求項３記載の部品（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの高温部品を得るための製造方法に関する。また、本発明は、その方法により得られる高温部品にも関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ガスタービンは、圧縮機と単段又は多段タービンとから構成される機械である。これらの構成要素は、回転軸により一体に結合され、圧縮機とタービンとの間に、燃焼室が設けられる。圧縮機を加圧するために、外部環境から圧縮機に空気が供給される。  加圧空気は、一連の予混合チャンバを通過する。予混合チャンバは、先細部分で終わり、各々の予混合チャンバの内部で、噴射器は、燃料を供給する。燃料は、空気と混合され、燃焼されるべき空気／燃料混合物を形成する。燃料は、燃焼室の内部へ導入され、適切な点火プラグによって点火され、燃焼を発生する。この燃焼は、ガスの温度及び圧力を増加させ、従って、ガスのエンタルピーを増加させることを目的とする。同時に、圧縮機は、加圧空気を供給する。燃料注入燃焼に加圧空気を利用できるように、加圧空気は、バーナと燃焼室のライニングとを通過するように導かれる。その後、高温、高圧のガスは、適切な導管によって、タービンの様々に異なる段に到達する。タービンは、ガスのエンタルピーを、ユーザが利用できる機械的エネルギーに変換する。
【０００３】
また、所定のガスタービンから最大限の効率を引き出すために、他のサイクルパラメータに加えて、ガスの温度をできる限り高くしなければならないことも公知である。しかし、タービンの使用中に到達できる最大温度値は、使用される材料の強度と、適用できる冷却技法により制限される。ガスタービンのサイクルが単サイクルであるか、又は複合サイクルであるかに関わらず、圧縮比の増加と燃焼温度の上昇は、ガスタービンサイクルの性能特性に対して相乗効果をもたらす。メーカー側は、この点に関して、市場における競争力が、進歩の度合いに依存していることを認識している。
【０００４】
これら２つのパラメータは、コスト面での利点を得るために、機械の設計中に使用される技術及び材料に関連して、明確に定義されなければならない。
【０００５】
一般に、工業用ガスタービンの熱力学サイクルを定義するときの出発点は、燃焼温度Ｔ３（現実には、さほど均一ではないと想定される）の定義であり、その後、適切に使用されるべき材料及び冷却技法が選択される。従って、タービン入口におけるガスのエンタルピー含有量、すなわち、熱力学サイクルの効率を最大限にすることの目的は、現在の技術により提供される材料を保ちつつ、燃焼室の出口で、徐々に高くなる温度を実現することを伴う。
【０００６】
従来の技術によれば、常に冷却手段と関連させて、例えば、ガスタービンの第１の膨張段のステータブレードを、通常はニッケル系又はコバルト系である超合金によって製造することが考えられる。後続する段も、超合金の微小融解によって製造される。それらの超合金は、全てコバルト系又はニッケル系の材料であり、少なくとも約８００℃までの温度で、優れた酸化耐性及び妥当な機械特性を有する。従って、８００℃を超える高温の場合には、適切な冷却が必要になる。関連する温度を考慮すると、冷却空気の膜によって表面を冷却し、遮蔽することを考えなければ、高温状態におけるこれらの超合金の酸化耐性及び腐食強度が不適切であることは、明らかであろう。
【０００７】
しかし、どれほど高度な冷却技術であっても、耐熱性及び酸化防止特性を有するバリア層を塗布することにより、金属表面を保護する技術を導入しなければ、部品の適切な耐用年数を保証することは不可能になるであろう。現時点では、ブレードの材料として、精巧さを増す基本材料を使用するのではなく、耐熱・酸化防止バリア層、一般には、更に最適に近い性能を提供する被覆膜又はライニングを開発することによって、現在の性能特性を向上することが求められている。そのような保護バリア層は、単一の本体から構成される部品の表面に、その幾何学的形状に倣って被覆膜を追加する方法などの、様々な方法を使用して塗布される。
【０００８】
それらのバリア層は、本質的には、一般にボンドコートの均質な層を塗布し、その後、表面ライニング又はトップコートを塗布することを含むプラズマスプレー法によって形成される表面被覆膜である。今日、これらのバリア層は、徐々にその厚さを増しており、その結果、バリア層が塗布される超合金本体と関連する挙動上のあらゆる問題を生み出している。更に、耐熱バリア層の開発は、製造技術及び塗布技術に関して、限界に近づきつつある。
【０００９】
基本的には、非常に高い燃焼温度で工業用ガスタービンが使用される間、高温熱機械応力に対するガスタービンの部品の耐性は、低いことが指摘される。
【００１０】
従って、使用される冷却空気の流量を多くすることが必要であるが、それにより、機械サイクルの負荷が増加し、効率及び放出量に悪影響が及ぶ。更に、その結果として、使用される金属部品の酸化を制限するのに適する冷却空気の流れを発生することが困難である。
【００１１】
実際、要求される効率レベルが更に増すにつれて、サイクル温度は上昇する。従って、高温に晒される部品、いわゆる高温部品の耐用年数を延長し且つ／又は維持するという観点から言えば、従来から解決策として採用されてきた構成は、そのような高温に適さなくなっている。
【００１２】
また、利用可能な修理作業の数が限られているため、損傷した部品を復元するのも困難であるのは明らかである。
【特許文献１】特開２００１−１０４５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は、上述の欠点を克服すること、特に、より高温に耐えることができるガスタービンの高温部品を得るための製造方法を示すことである。
【００１４】
本発明の別の目的は、従来の部品では経済的に実現できないような、非常に高い圧縮比を実現できるガスタービンの高温部品を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、要求される冷却流体の流量が少ない高温部品を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、特に信頼性が高く、保守が容易であり且つ相対的に低コストであるガスタービンの高温部品を得るための製造方法を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、上記の目的及びその他の目的は、特許請求の範囲第１項に記載されるような、ガスタービンの高温部品を得るための製造方法を示すことにより達成される。また、特許請求の範囲第３項は、そのようなガスタービンの高温部品がどのようにして得られるかを特定する。本発明のその他の特徴は、それ以外の特許請求の範囲に記載される。本発明に従ってガスタービンの高温部品を得るための製造方法及びその方法により得られる部品の特徴及び利点は、添付の図面を参照して、限定的な意味を持たない一例として提供される以下の実施形態の説明により、更に明らかになり且つ更によく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図を参照すると、図１において、図中符号１０は、ガスタービンの高温ステータ部品の一部を示す。
【００１９】
本発明によれば、ガスタービンの部品１０を得るための製造方法は、従来の技術における通常の技法を使用して製造される本体１２を製造することを含む。この本体１２の内部に、少なくとも１つのモジュラー型の要素又は挿入部材１４が組み込まれる。
【００２０】
本発明によれば、それらの要素１４は、挿入が意図される箇所で典型的に発生する応力に合わせて適切に校正された特別な機械特性を有する。
【００２１】
更に、それらの要素１４は、周知の固定方法を使用して、本体１２と組み合わされる。
【００２２】
図１に示される例においては、それらの要素１４は、各ブレードの入口ゾーン及び出口ゾーンに配置される。
【００２３】
その結果、高温の気体柱による影響をより直接的に受けるゾーンにおいて、高温に対する特定の耐性を有する部品を全体として得ることが可能である。それにより、最適の機械特性が維持され、基本的な構造上の役割を有する部品１０の本体１２内部の冷却剤の必要流量も限定される。
【００２４】
更に、モジュール型要素１４を製造することにより、本体１２と挿入部材１４とに異なる材料を使用できるので、技術的な面から見て最も適切であるばかりでなく、製造コストの面からも最も適切である材料を使用できる。
【００２５】
まだ動作に適応する状態にある要素１４を保持したまま、損傷した要素１４を全て除去し、交換することが可能であるので、耐用年数の間に実施される保守や、分解修理の作業に少なからず好都合である。
【００２６】
以上のことから、犠牲要素の機能を果たし、部品１０の場所及び動作が見込まれる動作条件の種類に合わせた特定の特性及び構成を有する実際の要素１４に対して、プラズマスプレー法によって、ボンドコート及びトップコートの均質な層（今日、これらの層は、厚さを増しつつある）を塗布することにより一般に形成される表面被覆膜と比較して、本発明は、技術面での大躍進を表すものであることが明らかである。
【００２７】
本発明の主な成果は、冷却空気を著しく減少し、部品の耐用年数を著しく延長し、且つ要素１４の全体／部分的な交換の後の部品の修理を容易にするように、高温に対して耐性を有する材料から製造される要素１４を有するガスタービンの部品１０を製造することによって、強靭な構造を実現可能な点である。
【００２８】
以上の説明は、本発明に従って、ガスタービンの高温部品を得るための製造方法及びその方法により得られる部品の特徴、並びにその特徴の結果である利点を明確に実証する。
【００２９】
上述の利点を更に精密且つ明確に定義するために、以下に、最終的な考察及び解説を付け加える。
【００３０】
第１に、本発明に従ってガスタービンの高温部品を得るための製造方法によって、非常に高い温度に対する耐性を有する部品を得ることが可能であるという点を指摘する。
【００３１】
これにより、相対的に低価格で、非常に信頼性の高い部品を利用できるという利点を確保しつつ、従来の技術で知られている部品では都合よく得られなかったようなレベルの、ガスタービンの非常に高い圧縮比が実現される。
【００３２】
最後に、ガスタービンの高温部品を得るための製造方法、並びにその方法により得られる部品は、本発明の範囲内に全て含まれる変形及び改変を受けてもよいことが明らかである。更に、全ての詳細は、技術的に等価の要素により置き換えられてもよい。実際、使用される材料、並びに形態及び寸法は、技術的必要条件に従って、どのような種類又は値であってもよい。従って、本発明の保護の範囲は、添付の特許請求の範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の製造方法に従って得られたガスタービンの高温部品の不等角投影図。
【符号の説明】
【００３４】
１０…ガスタービンの高温部品、１２…本体、１４…要素又は挿入部材
【図１】
2006510837.tif 000003
【国際調査報告】
2006510837.tif 000004
2006510837.tif 000005
2006510837.tif 000006