(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械面上にタービュレータを形成する方法及び装置を提供すること。【解決手段】燃焼器ライナの外面、圧縮機面及びタービン面を含む実質的にあらゆるターボ機械面上に複数のタービュレータ６０を形成する方法は、ターボ機械面上に材料６４の一部を堆積させて複数のタービュレータ６０のうちの第１の部分を形成するステップと、第１の部分に追加材料を付加するステップと、複数のタービュレータ６０の所望の寸法を確立するステップとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械面上に複数のタービュレータ（６０）を形成する方法であって、ターボ機械面上に材料の一部を堆積させて複数のタービュレータのうちの１つを形成するステップを含む、方法。
【請求項２】
材料の一部に追加材料（６４）を付加するステップと、
複数のタービュレータの所望の寸法を確立するステップと、
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
所望の寸法を確立するステップが、複数のタービュレータの各々について曲線輪郭（１００）を形成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ターボ機械面上に材料を堆積させるステップが、燃焼器ライナ（４０）に材料を付加するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
ターボ機械面上に材料を堆積させるステップが、溶接部材に対して第１の軸線（７８）に沿ってターボ機械面を並進するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
第１の軸線に沿ってターボ機械面を並進するステップが、ターボ機械面を回転させるステップを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
第１の軸線とは異なる第２の軸線（８０）に沿って溶接部材を並進させるステップを更に含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
第２の軸線に沿って溶接部材を並進させるステップが、第１の軸線に対して角度が付けられた第２の軸線に沿って溶接部材を移動させるステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ターボ機械面上に材料を堆積させるステップが、ターボ機械面に向けて溶接電極（６８）を配向するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
材料の一部に追加材料を付加するステップが、材料の一部よりも小さい複数のタービュレータの各々の別の第２の部分（９４）を形成するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第２の部分よりも小さい複数のタービュレータの各々に第３の部分（９８）を付加するステップを更に含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
ターボ機械面上に材料を堆積させるステップが、ターボ機械面を形成する材料とは異なる材料を堆積させるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
ターボ機械（４）であって、
圧縮機面を含む圧縮機部（６）と、
圧縮機部に動作可能に結合され、タービン面を含むタービン部（８）と、
圧縮機部及びタービン部に流体接続され、燃焼器面を含む燃焼器（２２）と、
を備え、
圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つが、複数のタービュレータ（６０）を含み、複数のタービュレータの各々が、圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つ上に堆積された材料（６４）から形成される、ターボ機械。
【請求項１４】
複数のタービュレータの各々が、曲線輪郭（１００）を含む、請求項１３記載のターボ機械。
【請求項１５】
複数のタービュレータの各々が、圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つを形成する材料とは異なる材料から形成される、請求項１３記載のターボ機械。
【請求項１６】
複数のタービュレータの各々が、圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つに堆積される１以上の層から形成される、請求項１３記載のターボ機械。
【請求項１７】
ターボ機械システム（２）であって、
圧縮機面を含む圧縮機部（６）と、
圧縮機部に流体接続された吸気システム（２４）と、
圧縮機部に動作可能に結合され、タービン面を含むタービン部（８）と、
圧縮機部及びタービン部のうちの１つに動作可能に接続された負荷（２６）と、
圧縮機部及びタービン部に流体接続され、燃焼器面を含む燃焼器（２２）と
を備えており、
圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つが、複数のタービュレータ（６０）を含み、複数のタービュレータの各々が、圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つ上に堆積された材料（６４）から形成される、ターボ機械システム。
【請求項１８】
複数のタービュレータの各々が、曲線輪郭（１００）を含む、請求項１７記載のターボ機械システム。
【請求項１９】
複数のタービュレータの各々が、圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つを形成する材料とは異なる材料から形成される、請求項１７記載のターボ機械システム。
【請求項２０】
複数のタービュレータの各々が、圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つに堆積される１以上の層から形成される、請求項１７記載のターボ機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、ターボ機械に関し、より詳細には、ターボ機械面上にタービュレータを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械システムは通常、吸気システム及び負荷に結合されるターボ機械を含む。ターボ機械は通常、圧縮機部及びタービン部を含む。空気流は、吸気システムを通って圧縮機部に流入する。圧縮機部は、圧縮空気流を形成し、これがタービン部に導入される。ガスターボ機械において、圧縮空気流の一部が燃焼器組立体において燃焼生成物と混合されて高温のガス流を形成し、これがトランジションピースを通ってタービン部に導入される。一部の場合において、ターボ機械は、タービュレータ上を横切って、様々な流れ及び作動特性を増強することができる。
【０００３】
高温ガス流は、燃焼器組立体及びタービン部に流体接続されたトランジションピースから流れる。トランジションピースから渡される高温ガスは、タービン部の第１段に向かって流れる。高温ガスは、第１段ノズルを越えて流れた後、第１段ロータブレードに衝突する。第１段ノズルは、第１段ロータブレードに向けて高温ガスを調整し配向する。高温ガスは、各段が関連するロータブレードを有するタービン部の追加の段を通って膨張した後、排気システムに渡される。
【０００４】
ロータブレードは一般に、ホイールに接続され、該ホイールは、シャフトに接続することができる。通常、シャフトは、負荷に動作可能に接続される。高温ガス流は、ロータブレードに力を与え、シャフトの回転を生じさせる。シャフトの回転は、ロータに伝達される。従って、タービン部は、高温ガス流からの熱エネルギーを、負荷を駆動するのに使用される機械的／回転エネルギーに変換する。負荷は、発電機、ポンプ、航空機、鉄道機関車、又は同様のものを含む様々な形態をとることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７１０４０６７号明細書
【発明の概要】
【０００６】
例示的な実施形態の１つの態様によれば、ターボ機械面上に複数のタービュレータを形成する方法は、ターボ機械面上に材料の一部を堆積させて複数のタービュレータのうちの第１の部分を形成するステップと、第１の部分に追加材料を付加するステップと、複数のタービュレータの所望の寸法を確立するステップとを含む。
【０００７】
例示的な実施形態の別の態様によれば、ターボ機械は、圧縮機面を含む圧縮機部と、圧縮機部に動作可能に結合されたタービン部とを含む。タービン部は、タービン面を含む。燃焼器は、圧縮機部及びタービン部に流体接続される。燃焼器は、燃焼器面を含む。圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つが、複数のタービュレータを含む。複数のタービュレータの各々が、圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つ上に堆積された材料から形成される。
【０００８】
例示的な実施形態の更に別の態様によれば、ターボ機械システムは、圧縮機面を含む圧縮機部と、圧縮機部に動作可能に結合されたタービン部とを含む。タービン部は、タービン面を含む。吸気システムは、圧縮機部に流体接続される。負荷は、圧縮機部及びタービン部のうちの１つに動作可能に接続される。燃焼器は、圧縮機部及びタービン部に流体接続される。燃焼器は、燃焼器面を含む。圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つが、複数のタービュレータを含む。複数のタービュレータの各々が、圧縮機面、タービン面及び燃焼器面のうちの少なくとも１つ上に堆積された材料から形成される。
【０００９】
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。
【００１０】
本発明とみなされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】例示的な実施形態に従って形成された複数のタービュレータを含む表面を有するターボ機械を備えたターボ機械システムの概略図。
【図２】例示的な実施形態に従って形成された複数のタービュレータを含む、図１のターボ機械の燃焼器ライナの概略図。
【図３】例示的な実施形態に従って形成されたタービュレータの第１の部分の図。
【図４】例示的な実施形態に従って形成されたタービュレータの第２の部分の図。
【図５】例示的な実施形態に従って形成されたタービュレータの第３の部分の図。
【図６】例示的な実施形態に従って形成されたタービュレータの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この詳細な説明は、例証として図面を参照しながら、本発明の利点及び特徴と共に例示的な実施形態を説明している。
【００１３】
最初に図１を参照すると、ターボ機械システムが全体的に参照符号２で示されている。ターボ機械システム２は、タービン部８に接続された圧縮機部６を有するターボ機械４を含む。圧縮機部６は、入口１０を含む。タービン部８は、出口１４を含む。燃焼器組立体２０は、圧縮機部６及びタービン部８を流体接続する。燃焼器組立体２０は、１以上の燃焼器２２を含む。ターボ機械システム２は更に、入口１０に流体接続された吸気システム２４と、タービン部８に動作可能に接続することができる負荷２６とを含むように図示されている。負荷２６はまた、圧縮機部６に接続することができる点に留意されたい。排気システム２８は、タービン部の出口１４に流体接続される。排気システム２８は、ターボ機械４から渡される排気ガスを受け取り調整する。
【００１４】
燃焼器２２は、燃焼器ライナ４０を含む。図２に示すように、燃焼器ライナ４０は、外面５０及び内面（別個には符号表記されていない）を有する中間部４８を通って第１の端部４４から第２の端部４６まで延びる。例示的な実施形態によれば、複数のタービュレータ（その１つが符号６０で示されている）が外面５０上に設けられる。タービュレータ６０は、燃焼器ライナ４０の周りを囲み、外面５０上に堆積される材料６４から形成される。例示的な実施形態の１つの態様によれば、材料６４は、燃焼器ライナ４０を形成するのに使用される材料と同様とすることができる。例示的な実施形態の他の態様によれば、材料６４は、燃焼器ライナ４０を形成するのに使用される材料と異なっていてもよい。より具体的には、タービュレータ６０を形成するのに使用される材料の特定のタイプは、所望の流れ調整特性に応じて変わることができる。例えば、コスト節減を実現するため、望ましい材料特性を有する安価な材料を利用することができる。
【００１５】
更に例示的な実施形態によれば、材料６４は、溶接プロセスを通じて外面５０上に堆積された導電性ワイヤ６８として図示された溶接電極において具現化することができる。より具体的には、導電性ワイヤ６８は、外面５０に近接して位置付けられた金属不活性ガス（ＭＩＧ）ガン７０の形態で図示される溶接部材から計量供給される消耗電極とすることができる。或いは、材料６４は、ＴＩＧ又はプラズマアーク溶接のような非消耗電極において具現化することができる。更に別の例示的な実施形態の１つの態様によれば、燃焼器ライナ４０は、材料６４が外面５０上に堆積される間に第１の軸線７８の周りに回転される。複数のタービュレータ６０のうちの１つを形成した後、ＭＩＧガン７０は、以下でより詳細に説明するように、第２の軸線８０に沿って並進して、複数のタービュレータ６０のうちの別のタービュレータを形成する。第２の軸線８０は、第１の軸線７８に対して角度が付けられ、ほぼ燃焼器ライナ４０の外形輪郭（別途符号表示なし）に従っている。
【００１６】
図３に示すように、タービュレータ６０は、最初に、材料６４の第１の部分９０又はプールを外面５０上に堆積させて溶融接合部又はボンド９２を形成する。図４に示すように、第２の部分９４を第１の部分９０の上に追加又は堆積させて、材料の組合せプールを形成することができる。当然ながら、第２の部分９４は、タービュレータ６０の所望の寸法に応じて必須ではない場合もある点は理解されたい。図５は、第１の部分９０及び第２の部分９４と組み合わされてタービュレータ６０を形成する材料６４の第３の部分又はプール９８を示している。例示的な実施形態によれば、タービュレータ６０は、材料の１以上の溶融プールを組合せることにより形成され、図６に示すように、曲線輪郭１００を含む。図６に示す実施形態によれば、タービュレータ６０は、約０．０２５インチから約０．０６インチの高さ及び約０．０３０インチ〜約０．１５０インチの幅を含むことができる。更に、曲線輪郭は、約６０°未満の接触角を有することができる。
【００１７】
ここで、例示的な実施形態は、ターボ機械面に１以上のタービュレータを付加する方法を記述している点を理解されたい。より具体的には、表面から材料が取り除き又は除去される従来のプロセスとは対照的に、例示的な実施形態は、ターボ機械面に材料を付加して１以上のタービュレータを形成する。材料の付加は、機械加工法を利用したときに形成される多量の廃棄物を低減又はなくすだけでなく、製造時間も短縮される。更に、材料を付加することにより、タービュレータは、機械加工のような除去プロセスを通じてコスト効果の高い方式ではこれまで得られなかった多くの幾何形状を有して形成することができる。また、タービュレータの数、サイズ、形状及びパターンは多様にすることができることを理解されたい。例えば、タービュレータの寸法は、望ましい熱伝達特性に応じて変わることができる。
【００１８】
更に、燃焼器ライナの外面に付加されて示されているが、タービュレータは、圧縮機面及びタービン面を含む実質的にあらゆるターボ機械面上に形成することができる。
【００１９】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されるとみなすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２０】
２  ターボ機械システム
４  ターボ機械
６  圧縮機部
８  タービン部
１０  入口
１４  出口
２０  燃焼器組立体
２２  燃焼器
２４  吸気システム
２６  負荷
４０  燃焼器ライナ
４４  第１の端部
４６  第２の端部
４８  中間部
５０  外面
６０  タービュレータ
６４  材料
６８  導電性ワイヤ
７０  金属不活性ガス（ＭＩＧ）ガン
７８  第１の軸線
８０  第２の軸線
９０  第１の部分
９４  第２の部分
９８  第３の部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016084806.tif 000007
【図６】
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【外国語明細書】
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