(57)【要約】【課題】ハイブリッド金属の圧縮機ブレードを提供する。【解決手段】異なる２つのセクション間にある１以上の遷移領域を含み、圧縮機ブレードの所定のセクションにそれぞれ配置されている１以上の種類の材料からなる外側ケーシングを含む、翼形部及び根元部を含むハイブリッド圧縮機ブレード。遷移領域は、隣接するセクションの材料に基づいた組成勾配を有する１以上の層を含み、あるセクションから別のセクションへの緩やかな遷移を作り出す。【選択図】図１
2017101652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンハイブリッド圧縮機ブレードであって、
正圧側面と負圧側面とで連結された前縁及び後縁と、翼形部の半径方向内側の根元部とを含む翼形部と、
翼形部内部の内側コアと、
内側コアを覆う遷移部と、
遷移部を覆うとともに内側コアを囲繞する外側ケーシングであって、前縁表面と、後縁表面と、翼形部の正圧側面及び負圧側面とを含んでいて、各々異なる材料で形成された複数のセクションを含んでいる外側ケーシングと、
外側ケーシングに含まれる１以上の遷移領域であって、外側ケーシングのセクション間にある遷移領域と
を備える、ガスタービンハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項２】
遷移領域が、セクションの第１セクションに隣接する第１面と、セクションの第２セクションに隣接する第２面とを含む、請求項１に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項３】
遷移領域を形成する材料の組成が、遷移領域の第１面において第１セクションを形成する材料から、遷移領域の第２面において第２セクションを形成する材料へと遷移する、請求項２に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項４】
遷移領域の遷移が、材料の線形的な遷移である、請求項３に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項５】
遷移領域の中心が、約５０重量％又は体積％の第１セクションを形成する材料と、約５０重量％又は体積％の第２セクションを形成する材料との割合を有する、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項６】
遷移部が、内側コアに隣接する第１表面と、外側ケーシングに隣接し、第１表面の反対側にある第２表面とを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項７】
遷移部が、遷移部の一方の側から遷移部の他方の側に向かって広がる材料の量が線形的に漸減している材料の１以上の層を含む、請求項６に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項８】
遷移領域が、第１セクションを形成する材料及び第２セクションを形成する材料の非線形的な勾配組成を含む、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項９】
遷移部が、遷移部の一方の表面から、遷移部の反対の表面へと広がる、非線形的な組成勾配を有する材料の１以上の層から構成されている、請求項６又は請求項７に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項１０】
外側ケーシングの各セクションの材料が、超合金、鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、チタン基合金、金属間チタン合金及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項１１】
内側コアが、超合金、鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、チタン基合金、金属間チタン合金及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項１２】
所定のセクション及び遷移領域が、圧縮機ブレードの翼形部及び根元部の半径方向に広がっている、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のハイブリッド圧縮機ブレード。
【請求項１３】
各セクションが異なる種類の材料で形成されているセクションを含む内側コア及び外側ケーシングを含んでいる圧縮機ブレードを製造する方法であって、
外側ケーシングの第１セクションと、外側ケーシングの第２セクションと、外側ケーシングの第１セクション及び第２セクションの遷移領域との位置を決定するステップと、
第１外側ケーシングのための第１の材料組成と、第２外側ケーシングのための第２の材料組成とを選択するステップであって、第２の材料組成が第１の材料組成とは異なり、選択が、対応する第１外側ケーシングセクション及び第２外側ケーシングセクションで強化すべき望まれる材料特性に基づいてなされる、ステップと、
積層造形法、鍛造、及び鋳造の１つを用いて内側コアを製造するステップと、
積層造形法を用いて第１遷移部を形成するために、内側コアの表面に、選択された材料組成を積層させるステップであって、第１遷移部が、内側コアと外側ケーシングとの間にある、ステップと、
外側ケーシングの第１セクションの場所で第１遷移部に第１の材料組成を積層させることと、外側ケーシングの第２セクションの場所で第１遷移部に第２の材料組成を積層させることとによって、外側ケーシングを形成するステップであって、第１の組成及び第２の組成を積層させることが、積層造形法によって行われる、ステップと、
積層造形法を用いて、遷移領域に第１材料及び第２材料の組成勾配を形成するステップと
を含む方法。
【請求項１４】
圧縮機ブレードにおいて付加的な外側ケーシングセクション及び遷移領域を提供するために、請求項１３のステップを繰り返すことをさらに含む、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
積層造形法が、電子ビーム溶融、直接金属レーザ溶融、直接金属レーザ焼結、レーザ堆積又はこれらの組合せを含む、請求項１３又は請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
外側ケーシングセクションのための材料が、超合金、鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、チタン基合金、金属間チタン合金及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１３乃至請求項１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
内側コア材料が、超合金、鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、チタン基合金、金属間チタン合金及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１３乃至請求項１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１８】
遷移領域における組成勾配が、あるセクションから別のセクションへと遷移する勾配組成を作り出すための、非線形的な材料の組合せを含む、請求項１３乃至請求項１７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１９】
遷移領域における組成勾配が、あるセクションから別のセクションへの材料の線形的な漸減を作り出す、請求項１３乃至請求項１８のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドガスタービン部品、特に、異なる材料の領域を２以上含んでいる内側コア及び外側ケーシングを含むハイブリッド圧縮機ブレードを開示する。外側ケーシングは、ハイブリッド圧縮機ブレードの特定の領域に計画的に配置されている、１以上の金属又は合金を含む。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、ガスタービンの中に空気を取り込むことを可能にする入口セクションと、ロータホイール及びステータホイールを含む圧縮機セクションとを含む。入口セクション及び圧縮機セクションで取り込まれ圧縮された空気は、圧縮機セクションの下流で、燃焼器セクションの燃料と混合される。燃焼器セクションで生成された燃焼ガスは、タービンセクション内のタービンホイールを回転させて発電するために用いられる。ガスタービン圧縮機ブレードが、圧縮機のロータホイール及びステータホイールに配置されている場合、ブレードは、吸気と、圧縮機の動作中に発生する熱とにさらされるような配置になる。圧縮機ブレードは、吸気を引き込み圧縮することを助ける翼形部セクションと、圧縮機ホイールでブレードを保持する根元セクションとを含む。
【０００３】
動作中、圧縮機ブレードは腐食にさらされることがある。圧縮機ブレードの主要なセクションのうち、圧縮機ブレードの翼形部セクションは、苛酷な環境に最もさらされるセクションであり、最も損傷を受けやすい。
【０００４】
圧縮機ブレードにおける翼形部の効率及び耐久性の向上が、常に望まれている。従来、圧縮機ブレードは、翼形部が耐久性及び効率に関する性能要求を満たすように選択された、単一の材料で作られている。この材料は、理想的には、経年によるブレードの侵食、腐食、及び疲労に対処する能力を有する。しかしながら、翼形部の領域の一部は、翼形部の他の領域よりも、より高い強度及び／又は異なる物理的特性を必要とすることがある。例えば、翼形部の前縁は、後縁よりも侵食及び腐食に耐え得ることがあり、他の部分は、前縁よりもより高い強度を有する材料を必要とすることがある。
【０００５】
翼形部の異なる領域において異なる要求が存在するという問題を解決する試みには、材料の異なるコーティングを翼形部に提供することで、腐食及び／又は侵食の問題を解決することが含まれる。しかし、一部のコーティングは、通常は翼形部全体に用いられるため、異なる領域の問題に対応するという課題に関して、最適な解決策とはならないことがある。コーティングは、すき間腐食の可能性、又はコーティングの層の間における材料境界面の適合性に関する問題を有することもある。
【０００６】
さらに、圧縮機ブレードの翼形部のあらゆる領域に最適な耐久性、侵食性、腐食性、強度、及び効率を提供し得る材料は、製造し、産業用ガスタービンにおいて使用するためには、費用の点で実現可能ではない。したがって、侵食性、強度、腐食性、及び疲労性能などに関する、翼形部の局部的な性能要求を十分に満たすことができる、改良されたブレードが必要である。本発明は、圧縮機ブレードの翼形部の耐久性について説明された問題に解決策を提供する（又は、解決するための代替策を示す）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７９６３７４５号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、圧縮機ブレードの翼形部セクションにおける領域性の侵食及び腐食の問題が最小限になり得るような、ガスタービン用途のブレードを提供する。本発明の別の態様は、所望の耐侵食性及び耐腐食性と、圧縮機ブレードの特定の領域に必要に応じた機械的特性とを提供することができる圧縮機ブレード翼形部を製造するための、より効果的な方法を提供する。
【０００９】
従来の製造方法は、実施形態の圧縮機ブレードを製造するために複数のプロセスが必要となり、説明されるように異なる領域の材料を含み得る。従来の製造方法は、圧縮機ブレードの形成において用いられる異なる材料間の境界面で生じる不適合性の問題に対応していないことがある。
【００１０】
本発明は、適合性の問題を最小化しながら、特定の領域の各々で必要とされるの性能を獲得するために、圧縮機ブレードの特定の領域で、異なる所望の材料を定着させる積層造形（ＡＭ）法を用いる。
【００１１】
本発明の概念を具体化するハイブリッド圧縮機ブレードは、複数の材料を含む内側コア及び外側ケーシングを含んでいる。圧縮機ブレードの翼形部は、圧力面側及び負圧面側によって連結されている前縁及び後縁を含む。外側ケーシングは、２以上の領域を含み、各領域は、１以上の金属又は合金を含む１以上の材料を含む。それぞれの材料の組成は、翼形部の所定の領域で所望の特性を提供するように調整されている。
【００１２】
本発明の別の態様は、内側コアと外側ケーシングとの間に存在する、１以上の遷移部と、外側ケーシングの異なるセクションの各々の間にある、１以上の遷移領域とに関係する。勾配組成は、積層造形法を用いることで、遷移部及び遷移領域に作られる。遷移部及び遷移領域は、材料の１以上の層を積層させることによって形成されており、各層の組成は、あるセクションから別のセクションへと徐々に遷移させて、材料が領域と層との間の境界面で適合性のある付着を形成するのを確実にする。
【００１３】
実施形態の圧縮機ブレードを製造する方法は、内側コアを定義することを必要とする。内側コアは、従来の鍛造方法、又は積層造形法を用いることで処理され得る。内側コアの材料は、この領域で強化されることが望まれる特性によって決定される。この方法は、積層造形法を用いて内側コア表面に１以上の遷移部を配置することも含む。遷移部は、内側コア及び対応する外側ケーシングセクションで用いられる材料の組成に従って選択された組成勾配を有する、１以上の層で構成されていてもよい。この方法は、外側ケーシングの特定のセクションを強化させるために望まれる特性を提供し得る、粉末形状の第２の材料組成を選択すること、及び、積層造形法を用いて先行する遷移層に選ばれた材料を配置することも含む。外側ケーシングの遷移層及びセクションを形成するために材料を積層させるプロセスは、所望の構成が得られるまで繰り返してもよい。
【００１４】
本明細書で開示される新たなハイブリッド圧縮機ブレードの顕著な利点は、各領域で望まれる強度、侵食性、及び腐食性の特性を満たし、それによって圧縮機ブレードの損傷許容性、耐侵食性、及び耐腐食性を強化し、圧縮機ブレードの寿命を延ばすことを目的として、圧縮機ブレードの特定の領域で調整された材料組成を提供することを含む。本明細書で開示される新たな製造方法の利点は、ＡＭ法が単一の部品の異なる領域において複数の材料組成を有する性能を実現すること、及び、異なる材料間の遷移部及び遷移領域を用いることで、材料境界面の適合性の問題に対処することである。さらなる利点は、従来の方法を用いることによっては製造可能ではない、又は製造が困難であるような、圧縮機ブレードを製造する方法を提供することを含む。従来の方法では、同じ効果を得るために複数の製造プロセスを用いることが必要となり、製造費用が増加することになる。単一プロセスの製造方法は、時間的及び経済的により効率が良いと考えられている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】内側コア基材と、これに続く遷移部と、複数のセクション及びセクション間の各遷移領域から成る外側ケーシングとを含む圧縮機ブレード翼形部の概略断面図である。
【図２】中空コアと、内側コアと、遷移部と、セクション間の各遷移領域を備える複数のセクションからなる外側ケーシングとを組み込む代替形状を示す、圧縮機ブレード翼形部の概略断面図である。
【図３】複数のセクションと、異なるセクション間で圧縮機ブレードの長手方向に配置された各遷移領域とを含む圧縮機ブレードを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、圧縮機ブレードの特定の領域に求められる、異なる侵食性、強度、腐食性、及び耐久性を満たすためにそれぞれ選択された異なる材料を含む、複数の外側ケーシング領域を備える圧縮機ブレードを含む。
【００１７】
圧縮機ブレードのコアは、圧縮機ブレードに求められる強度を提供する、１種類の材料又は材料の組合せであり得る。圧縮機ブレードの翼形部セクションの外側ケーシングは、外側ケーシングの異なるセクションにおける様々な材料を含む。この材料は、適合性に基づいて選択されており、翼形部セクションの個別領域の各々における最も重要な要求を満たす。各セクションは、特定のセクションの各々で求められる、耐腐食性及び耐侵食性の所望のレベルを満たすように、１種類の材料、又は異なる種類の材料の組合せを含んでいてもよい。このセクションは、圧縮機ブレードの根元部が翼形部と同一の外側ケーシングセクションも包含するように、圧縮機ブレードに沿って半径方向に広がっていてもよい。
【００１８】
電子ビーム溶融、直接金属レーザ溶融、直接金属レーザ焼結、レーザ堆積、又はそれらの組合せなどの積層造形法は、製造プロセスが時間的及び経済的な効率を向上させるように、実施形態の製造に用いられる。さらに、特定の種類の材料に関しては、積層造形法を用いて作られた部品の機械的特性が、従来の方法によって作られた部品の物理的特性を高めることもできる。
【００１９】
実施形態における同様の部品は、図において同様の符号を振られている。「約」という表現は、本明細書全体で説明される数の上下１０％を含む。本明細書で説明されるハイブリッド圧縮機ブレードは、圧縮機ブレードを形成する材料の複数の層、部分、セクション、及び領域を含む圧縮機ブレードとして定義される。
【００２０】
図１は、実施形態の圧縮機ブレードの翼形部１００の断面図を示す。翼形部１００は、翼形部の形状を提供する内側コア１０１を含む。異なる材料の層が、内側コア１０１の外表面に付加されており、外側ケーシングを形成している。各種の材料は、翼形部１００に有利な保護を提供するために、外側ケーシングのセクションにおいて計画的に用いられている。
【００２１】
内側コア１０１は、超合金、鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、チタン基合金、金属間チタン合金及びこれらの組合せから選択される１種以上の材料を含む。
【００２２】
例えば、翼形部１００の前縁にあるセクション１０７と、翼形部１００の圧力面側にあるセクション１０５と、翼形部１００の後縁にあるセクション１１１と、翼形部１００の負圧面側にあるセクション１０９とのような、外側ケーシングのセクションの各々は、各セクションが置かれている条件に最も適合した特性を有する、異なる材料をそれぞれ含んでいてもよい。外側ケーシングは、超合金、鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、チタン基合金、金属間チタン合金及びこれらの組合せから選択される１種以上の材料を含む。
【００２３】
セクション１０５、１０７、１０９、１１１の各々の間には、外側ケーシングの遷移領域１１３、１１５、１１７、１１９がある。遷移領域の各々は、隣接するセクションの材料に基づいた組成勾配を有する１以上の層を包含しており、あるセクションから別のセクションへの緩やかな遷移を作り出す。例えば、セクション１０５及び１０７の材料組成が、他方に対して漸減し、セクション間に適合性のある付着を形成し得るように、遷移領域１１５が、セクション１０５及び１０７に配置された材料の勾配組成を有していてもよい。同様に、遷移領域１１７は、セクション１０７及び１０９に配置された材料の勾配組成を有し、遷移領域１１９は、セクション１０９及び１１１に配置された材料の勾配組成を有し、遷移領域１１３は、セクション１１１及び１０５に配置された材料の勾配組成を有する。
【００２４】
遷移部１０３は、内側コア１０１と外側ケーシングとの間に配置されている。外側ケーシングは、セクション１０５、１０７、１０９、１１１、及び遷移領域１１３、１１５、１１７、１１９を含む。内側コア１０１と外側ケーシングとの間に配置された遷移部１０３は、内側コア及び外側ケーシングの対応するセクションで用いられている材料の組成に応じて選択された、組成勾配を有する材料の１以上の層から構成されていてもよい。
【００２５】
例えば、内側コア１０１及びセクション１０５の材料組成が、他方に対して漸減し、領域間に適合性のある付着を形成し得るように、内側コア１０１とセクション１０５との間に配置された遷移部１０３のセクションは、内側コア１０１及びセクション１０５における材料の勾配組成を有していてもよい。同様に、遷移領域１１５と内側コア１０１との間の遷移部１０３のセクションは、遷移領域１１５における材料の勾配組成を有する。この勾配組成は、セクション１０５、１０７と、内側コア１０１とに基づく。遷移部１０３の他のセクションは、セクション及び／又は遷移領域及び内側コア１０１に直接隣接する材料に基づく組成勾配も含む。
【００２６】
セクション１０５、１０７、１０９、１１１の各々で用いられている材料は、互いに異なっていてもよい。あるいは、セクション１０５、１０７、１０９、１１１の一部で用いられている材料は、同一であってもよい。各セクションで用いられている材料の種類の決定は、ブレードの特定のセクションにおける所望の性能に依拠している。
【００２７】
セクション１０５、１０７、１０９、１１１、及び遷移領域１１３、１１５、１１７、１１９を含む外側ケーシングの厚みは、性能要求に従って決定されており、圧縮機ブレードの特定の用途によって求められる、侵食性、腐食性、損傷許容性、及び強度を提供するように調整されていてもよい。遷移領域の厚みは、異なる外側ケーシングセクション間に最適な遷移を作り出すために求められる、組成のステップ及び層にも基づいている。セクション１０５、１０７、１０９、１１１の各々の厚みは、同一でもよく、異なっていてもよい。
【００２８】
圧縮機ブレードのコアを構成する内側コア１０１は、本明細書で示される積層造形法を用いる、ここで説明される層を含めて製造されていてもよい。しかし、内側コア１０１は、鍛造及び鋳造などの、様々な技術を用いて製造されていてもよい。
【００２９】
圧縮機ブレードの別の実施形態では、ここで説明される材料の層及び領域が、中空でもあり得る内部セクション２２０を備える翼形部２００に用いられていてもよく、図２で示される内部セクション２２０の内部にある内部冷却径路、又は他の機能的な要素を備えることを含む。内部セクション２２０は、外側ケーシングセクション２０５、２０７、２０９、２１１、及び遷移領域２１３、３１５、２１７、２１９と相互に影響し合う遷移部２０３と相互に影響し合う基材として機能する、内側コア２０１によって囲まれていてもよい。
【００３０】
セクション２０５、２０７、２０９、２１１の各々で用いられる材料は、互いに異なっていてもよい。あるいは、セクション２０５、２０７、２０９、２１１の各々で用いられる材料は、同一であってもよい。翼形部２００のセクションの各々で用いられる材料の種類の決定は、圧縮機ブレードの特定のセクションにおける所望の性能に基づいている。
【００３１】
セクション２０５、２０７、２０９、２１１、及び遷移領域２１３、２１５、２１７、２１９を含む外側ケーシングの厚みは、性能要求に従って決定されており、圧縮機ブレードの特定の用途によって求められる、侵食性、腐食性、損傷許容性、及び強度を提供するように調整されていてもよい。遷移領域の厚みは、異なるブレードセクション間に最適な遷移を作り出すために求められる、組成のステップ及び層にも基づいている。
【００３２】
内側コア２０１は、圧縮機ブレードのコアの製造に従来用いられている材料の１種類又はその組合せであってもよい。内側コア２０１は、超合金、鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、炭素鋼、合金鋼、チタン基合金、金属間チタン合金及びこれらの組合せから選択される１種以上の材料を含む。
【００３３】
図３は、翼形部３００及び根元部３３０を示すハイブリッド圧縮機ブレードの実施形態の側面図を提供する。圧縮機ブレードは、ガスタービンにおける圧縮機ブレードの図における、軸方向Ａ及び半径方向Ｒと共に示されている。根元部３３０は、翼形部３００の半径方向内側にある。翼形部３００の半径方向外側部分の断面図も示されている。
【００３４】
翼形部３００は、翼形部３００の中心部分にある内側コア３０１を含む。遷移部３０３は、内側コア３０１を収めている。遷移部３０３は、内側コア３０１、及び外側ケーシングの対応するセクションにおいて用いられている材料の組成に基づいた組成勾配を有する材料の１以上の層から構成されていてもよい。外側ケーシングは、図３が示すように、セクション３０５、３０７、３０９、３１１、及び遷移領域３１３、３１５、３１７、３１９を含む。
【００３５】
遷移領域３１７は、セクション３０７、３０９の材料組成が、他方に対して漸減し、セクション間に適合性のある付着を形成し得るように、セクション３０７、３０９に配置された材料の勾配組成を有する。遷移領域３１７は、セクション３０７、３０９を含む、翼形部３００及び根元部３３０の長手方向に広がっている。セクション３０７、３０９も、翼形部３００及び根元部３３０の長手方向に広がっている。同様に、遷移領域３１３、３１５、３１９は、翼形部３００及び根元部３３０の長手方向に広がっており、セクション３０５、３０９、３１１の材料の勾配組成を有している。
【００３６】
別の実施形態では、圧縮機ブレードの遷移部、遷移領域、及びセクションが、図１から３までに示されたのとは異なる形状及び大きさを有していてもよい。さらに、圧縮機ブレードで用いられる材料のセクションの数は、圧縮機ブレードの特定の領域で最も重要な所望の特性に依拠して異なっていてもよい。それでも、境界面及び適合性の問題を最小化しながら、あるセクションから別のセクションへの漸進的な遷移を作り出すために、異なる種類の各材料の間には、隣接する材料に基づく組成勾配を有する１以上の層から構成される、遷移部又は遷移領域がある。
【００３７】
本明細書で説明される遷移部及び遷移領域における組成勾配は、それぞれの部分又は領域における材料の線形的な漸減であってもよく、かつ／又は、遷移部及び遷移領域は、隣接する材料の各々を包含する非線形的な勾配組成を有していてもよい。
【００３８】
本明細書で説明される内側コア及びセクションを包含する圧縮機ブレードを製造するための方法は、合金粉末などの粉末形状の材料を選択するステップと、積層造形法を用いて外側ケーシングを形成するために、合金粉末を圧縮機ブレードの内側コアの外表面に積層させることとを含む。
【００３９】
異なる材料のセクション、異なる層間の遷移部、及びセクション間の遷移領域を含むハイブリッド圧縮機ブレードの実施形態を製造する方法は、特定のセクションの各々において強化が望まれる材料特性に基づいて、内側コア、異なるセクション、及び遷移領域を決定することを含む。内側コア及び異なるセクションの材料組成は、各セクションで強化が望まれる材料特性に基づいて選択される。内側コアは、本明細書で示される積層造形法、又は、鍛造及び鋳造などの様々なプロセスを用いて製造されてもよい。この方法は、積層造形法を用いて、内側コアと外側ケーシングとの間に遷移部を形成する材料を付着させることも含む。遷移部は、内側コアと、直接隣接するセクション及び／又は遷移領域とにおいて用いられている材料に従って選択された、同一の組成勾配又は異なる組成勾配を有する１以上の層から構成されていてもよい。この方法は、積層造形法を用いて、遷移部及び／又は遷移領域の表面に、隣接するセクションを形成するために材料を配置することも含む。遷移部、遷移領域、及び連続するセクションを積層させるプロセスは、所望の構成が得られるまで繰り返してもよい。
【００４０】
例えば、遷移部は、材料Ａから作られた内側コアと、材料Ｂから作られた外側ケーシングセクションＢとの間に付着している。内側コアに隣接する遷移部の側では、付着した材料Ａの量が、セクションＢに隣接する側に向かって進むにつれて、漸進的に減少している。同様に、遷移部において用いられた材料Ｂの量は、セクションＢの側に向かって進むにつれて、漸進的に増加している。もし線形的な組成勾配が適用されるならば、遷移部の中心では、Ａ及びＢ両方の材料の量が、それぞれ隣接するセクションにおいて存在する量の５０％であり得る。もし非線形的な組成勾配が適用されるならば、材料Ａ及びＢの量は、遷移部の中心において５０％ではないかもしれず、境界面及び適合性の問題を最小化しながら、あるセクションから別のセクションへの漸進的な遷移を確実なものとするために適用され得る割合であり得る。
【００４１】
圧縮機ブレードの特定の領域において所望の特性を提供し得るように異なる材料を配置することで、高い耐久性及び強度を有する圧縮機ブレードを製造する材料費は、引き下げられ得る。これは、高価な材料が、圧縮機ブレードの領域で必要に応じて使用されるに留まるためである。積層造形法を用いて圧縮機ブレードを製造することは、多くの異なる材料を付着させることができる、単一の製造プロセスを提供することによって、製造費を引き下げることにもなり得る。積層造形法を用いる製造は、圧縮機ブレード上に付着させた材料の、所望の各特性の一部を向上させることにもなり得る。
【００４２】
最も実践的かつ好ましい実施形態であると現在考えられているものとの関連において、本発明を説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるべきではなく、逆に、添付の特許請求の趣旨と範囲に含まれる、多様な修正及び適切な変更を含むように意図されていることが、理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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