(57)【要約】ＭＣｒＡｌＹ系防食被覆層付きのガスタービン翼（１）の表面（１４）の平滑化方法に関し、ガスタービン翼の表面を、牽引研削過程、特に多軸運動下で平滑処理する。第１環状容器（２３）内に第１液状研削媒体（２７）、隣接する第２容器（２５）内に第２液状研削媒体（２９）を充填し、両研削媒体は所定の平均粒度の乳液状研削体を含んでいる。第２研削媒体は、第１研削媒体の研削体より小さな平均粒度の乳液状研削体を含む。第１、第２の両容器上に揺動アーム（３１）を配置し、このアームを両容器間で揺動させる。揺動アームに牽引装置が配置され、該装置は、支持アーム（３９）でガスタービン翼を第１研削媒体の中を経て案内する。ガスタービン翼の運動の第１軸（３５）は牽引装置の回転、第２軸（３７）は、支持アーム（４１）の傾動運動により各々規定される。ガスタービン翼の運動に対する第３軸は、支持アームの回転によって規定される。
2004516159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン翼（１）の表面（１４）を平滑化する方法において、ガスタービン翼（１）を牽引装置（３３）によって牽引方向（３６）に沿って研削媒体（２７）の中を通して牽引することを特徴とする方法。
【請求項２】
ガスタービン翼（１）が熱噴射により設けた外側防食被覆層（１５）を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
防食被覆層（１５）がＭＣｒＡｌＸ系合金から成り、ここで、Ｍは「鉄、コバルト、ニッケル」の群の１つ又は複数の元素、Ｃｒはクロム、Ａｌはアルミニウム、Ｘは「スカンジウム、ハフニウム、ランタン、希土類元素」の群の１つ又は複数の元素であることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
ガスタービン翼（１）の内部から導出する冷却媒体（１８）に対する冷却通路（１７）を翼表面（１４）に開口させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
ガスタービン翼（１）を多軸運動で牽引することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
ガスタービン翼（１）を、牽引運動中に回転させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
ガスタービン翼（１）を円軌道（４３）上で牽引することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
ガスタービン翼（１）を牽引方向（３６）に対し垂直に周期的に傾斜運動させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
翼表面（１４）が平滑処理前にＲａ＝５〜１３μｍ、平滑処理後にＲａ＝０．０５〜１μｍの表面粗さを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
第１研削媒体（２７）での第１平滑処理後に、第２研削媒体（２９）での第２平滑処理を行い、第２研削媒体（２９）により得られる最終表面粗さを、第１研削媒体（２７）により得られる最終表面粗さより細かくすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ガスタービン翼、特に防食被覆層付きガスタービン翼の表面を平滑化する方法に関する。
【０００２】
独国特許出願公開第３９１８８２４号明細書および米国特許第５１０５５２５号明細書に、特に引っ掻きに強く、良好な滑り性を有し、容易に清浄できる表面を有するアイロン底板が示されている。該底板はニッケル硬質合金で被覆され、牽引研削法で研削・研摩されている。
【０００３】
米国特許第４３２１３１０号明細書に、ガスタービン翼上に被覆を設ける方法が記載されている。この翼はコバルト基又はニッケル基の耐熱合金から成る本体を備え、該本体材料上にＭＣｒＡｌＹ合金から成る接着仲介層を有する。ここでＭは例えばニッケルとコバルトの組合せであり、Ｃｒはクロム、Ａｌはアルミニウム、Ｙはイットリウムである。接着仲介層上に酸化ジルコンから成るセラミック層があり、該層は茎状に成長し、その茎は主に本体の表面に対し垂直に向いている。断熱層として使用する酸化ジルコン層を接着仲介層上に設ける前に、その層は、約１μｍの表面粗さに研摩される。
【０００４】
米国特許第５６８３８２５号明細書により、同様にガスタービンの部品上に断熱層を設ける方法が公知である。部品本体上に、低圧プラズマ噴射によりＮｉＣｒＡｌＹ接着仲介層を設ける。この仲介層の表面を、約２μｍの表面粗さとなる迄研摩する。そのように研摩した接着仲介層上に、物理蒸着法（ＰＶＤ＝Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で、イットリウム安定化酸化ジルコン付きのセラミック断熱層を設ける。この断熱層は、好適には所謂電子ビームＰＶＤ法で設ける。該断熱層はまたプラズマ噴射で設けてもよい。
【０００５】
米国特許第５４９８４８４号明細書は、同様にガスタービン部品の接着仲介層上への断熱層の設置を開示する。接着仲介層の平均表面粗さは少なくとも１０μｍに設定している。
【０００６】
米国特許第５６４５８９３号明細書は、耐熱合金から成る本体に接着仲介層と断熱層を設けた被覆部品を開示する。仲介層は白金アルミニド（Ｐｌａｔｉｎａｌｕｍｉｎｉｄ）とそれに続く薄い酸化層を備える。該酸化層は酸化アルミニウムを含む。その層に断熱層が隣接し、該断熱層は電子ビーム・ＰＶＤ法で設けられる。その際、イットリウムで安定化した酸化ジルコンを接着仲介層上に設ける。接着仲介層の設置前に、本体の表面を粗砂でのサンドブラスト法で浄化している。本体の材料研削加工のために、アルミナ砂が利用される。
【０００７】
本発明の課題は、特に効果的で安価に、ガスタービン翼を十分平滑な表面にすることができるガスタービン翼の表面平滑化方法を提供することにある。
【０００８】
この課題は本発明に従い、ガスタービン翼を牽引装置で牽引方向に沿って研削媒体内を経て牽引するガスタービン翼の表面平滑化方法で解決される。
【０００９】
即ち本発明は、ガスタービン翼を牽引研削法で平滑化することを提案する。かかる牽引研削法によって、新たにガスタービン翼の表面を短時間で高品質に、研削量を不均一にすることなく平滑化できる。そのような牽引研削法では、タービン翼が元来流体力学的に最良の複雑な形状をしているため、研削量が非均一になることが予期される。そのような不均一な研削量は、ＭＣｒＡｌＹ被覆層の保護作用を局所的に許容できない程に害する。
【００１０】
ガスタービン翼に熱噴射で外側防食被覆層を設けるとよい。また、この被覆層がＭＣｒＡｌＸ系合金から成ると有利である。ここで、Ｍは「鉄、コバルト、ニッケル」の群の１つ又は複数の元素、Ｃｒはクロム、Ａｌはアルミニウム、Ｘは「スカンジウム、ハフニウム、ランタン、希土類元素」の群の１つ又は複数の元素である。かかる防食被覆層では、該層上に続いてセラミック断熱層を設けるとき、特にガスタービン翼の表面を極めて高度に平滑化する必要がある。
【００１１】
Ａ）本発明によるこの方法は、ガスタービン翼の内部から導出すべき冷却媒体に対する冷却通路が翼表面に開口するガスタービン翼に好適に利用できる。通常極めて高温での採用を可能とするため、ガスタービン翼を運転中に冷却する必要がある。そのため、中空のガスタービン翼に、冷却媒体、特に冷却空気や水蒸気を導入し、そこから冷却通路を経て翼表面に導出する。そこで冷却媒体は一般に冷却膜を形成する。冷却通路が冷却媒体の流量を減少させてしまう横断面狭窄部が生じないようにすることが特に重要である。かかる横断面狭窄部は、例えばガスタービン翼の表面加工時にも生ずる。例えば冷却通路の穿孔時に生ずるまくれが表面研削の際に除去されず、場合により孔内に押し込まれ、上記横断面狭窄部を生じる危険がある。この危険は牽引研削過程でかなり減少する。
【００１２】
Ｂ）ガスタービン翼を多軸運動で牽引するとよい。即ちガスタービン翼を、牽引方向に沿って静止状態で案内するだけでなく、多軸を中心とした他の重畳運動をさせる。その際、ガスタービン翼を、例えば牽引方向に対し垂直な軸を中心として回転させるか傾斜させる。同時にまた、牽引方向自体を運動軸により規定する。好適には、ガスタービン翼を牽引運動中に回転させる。即ち、ガスタービン翼を直線的に牽引しつつ回転させる。しかし、ガスタービン翼を円軌道上で牽引してもよい。ガスタービン翼を牽引方向に対し直角に周期的に傾斜させると有利である。特にガスタービン翼を多軸運動で牽引するとよく、その際ガスタービン翼を円軌道上で牽引、回転させ、牽引方向に対し垂直に周期的に傾斜させる。
【００１３】
Ｃ）この重畳運動により、ガスタービン翼に均等な研削過程を施すことができる。ガスタービン翼の複雑な形状、特に翼の背と腹の凸面と凹面の相違は、牽引研削時に、翼表面における研削量が不均一になる危険を有する。これは、上述の重畳運動で防止し、これによって特に空気力学的に厳しく設定した表面形状を維持できる。この結果、被着した防食被覆層の一様な層厚を保障できる。
【００１４】
Ｄ）好適には、翼表面は平滑処理前にＲａ＝５〜１３μｍの表面粗さを有し、平滑処理後にＲａ＝０．０５〜１μｍの表面粗さを示す。
【００１５】
Ｅ）第１研削媒体での第１平滑処理後に、第２研削媒体での第２平滑処理を行い、第２研削媒体で得られる最終表面粗さを、第１研削媒体で得られる最終表面粗さより細かくするとよい。そのような、異なる研削媒体で繰り返す研削過程によって、特に高い平滑度が得られる。特に精密に２回の研削過程を行う。２回目の研削過程は研摩過程とも呼べる。研削媒体は、例えば水や水性研削乳液から成り、研削体を含む液状媒体である。第１研削媒体の研削体は、好適には、第２研削媒体の研削体より大きな粒度を有する。
【００１６】
上述の各実施態様Ａ）〜Ｅ）は、互いに任意に組み合わせることもできる。
【００１７】
以下図を参照して本発明を詳細に説明する。図は尺度通りでなく概略的に示している。各図において同一部分には同一符号を付してある。
【００１８】
図１は、翼形部（羽根）３と翼台座５と翼脚７とを備えたガスタービン翼１を示す。翼形部３は翼の腹９と背１１とを有し、これら翼の腹９と背１１は、入口縁（前縁）１３と出口縁（後縁）１２で互いに接している。翼形部３は翼台座５の翼形部３側表面と同様に防食被覆層１５を備える。該被覆層１５はＭＣｒＡｌＹ系の合金から成る。翼形部３の表面１４に冷却通路１７が開口している。
【００１９】
ガスタービン翼１は運転中、極めて高温のガスに曝される。該ガスによる腐食と酸化から保護すべく防食被覆層１５を用いる。特に高温下での利用のため、防食被覆層１５上にセラミック断熱層１９も設けている。この際、防食被覆層１５はガスタービン翼１の本体とセラミック断熱層１９の間の接着仲介層としても役立つ。かかるセラミック断熱層１５の設置前に、防食被覆層１５を平滑化処理せねばならない。その効果的で安価な平滑化処理につき、次に図２を参照し詳細に説明する。ガスタービン翼１を冷却するため、冷却通路１７から冷却材１８、特に冷却空気を導出する。冷却材１８は翼表面１４に保護冷却膜を形成する。
【００２０】
図２は研削装置２１を示す。第１環状容器２３内に第１研削媒体２７が、第１環状容器２３のそばに配置された第２環状容器２５内に第２研削媒体２９が各々充填されている。第１研削媒体２７は、所定の平均粒度の第１乳液状研削体、第２研削媒体２９は第２乳液状研削体を含む。第２乳液状研削体２９の平均粒度は第１乳液状研削体２７のそれより小さい。両容器２３、２５上に揺動アーム３１が配置され、該アーム３１は揺動方向３２に両容器２３、２５間を揺動する。揺動アーム３１は揺動方向３２に沿って、第１容器２３の上側位置から第２容器２５の上側位置に揺動できる。揺動アーム３１に牽引装置３３が配置されている。この装置３３は支持アーム３９でガスタービン翼１を、研削媒体２７内を経て案内する。ガスタービン翼１の運動の第１軸３５は、牽引装置３３の回転により規定される。第１軸３５を中心とした回転に伴い、ガスタービン翼１は第１容器２３による円軌道４３に沿って牽引される。第２軸３７は、支持アーム４１とそれに伴うガスタービン翼１の第１軸３５を中心とした回転運動で規定される牽引方向３６に対し直角の傾動運動により規定される。ガスタービン翼１の運動に対する第３軸３９は、支持アーム４１の回転により規定される。
【００２１】
牽引方向３６における牽引運動の速度に応じ、研削量の大きさが調整される。第１軸３５、第２軸３７、第３軸３９を中心とした運動の相対速度によって、ガスタービン翼１の表面１４における研削量の均一性が調整される。
【００２２】
第１研削媒体２７での十分な平滑化処理後、牽引装置３３を揺動アーム３１で第２容器２５の上で揺動させ、研削過程を続行する。もっともこの場合、第２研削媒体２９で研摩過程が行われ、この結果、特に高い平滑度が得られる。
【００２３】
牽引装置３３に複数のガスタービン翼１を配置することも勿論できる。これによって、多数のガスタービン翼１が生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ガスタービン翼の斜視図。
【図２】
ガスタービン翼の表面を平滑にするための平滑化装置の斜視図。
【符号の説明】
１  ガスタービン翼、１４  翼表面、１５  防食被覆層、１７  冷却通路、１８    冷却媒体、２７  第１研削媒体、２９  第２研削媒体、３３  牽引装置、３  ６  牽引方向、４３  円軌道
【国際公開パンフレット】
2004516159.tif 000003
2004516159.tif 000004
2004516159.tif 000005
2004516159.tif 000006
2004516159.tif 000007
2004516159.tif 000008
2004516159.tif 000009
2004516159.tif 000010
2004516159.tif 000011
2004516159.tif 000012
2004516159.tif 000013
2004516159.tif 000014
2004516159.tif 000015
2004516159.tif 000016
【国際調査報告】
2004516159.tif 000017
2004516159.tif 000018
2004516159.tif 000019
2004516159.tif 000020