(57)【要約】      （修正有）【課題】タービンブレードを修理する方法を提供する。【解決手段】タービンブレード１００の全部または一部から、既存の先端キャップ１９０を取り除くステップと、加工された溝を形成するためにタービンブレード１００を加工するステップと、加工された溝内にインサートを位置させるステップと、インサートをタービンブレード１００に溶接するステップと、タービンブレード１００をろう付けするステップとを含むことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレード（１００）を修理する方法であって、
前記タービンブレード（１００）の全部または一部から、既存の先端キャップ（１９０）を取り除くことと、
加工された溝（２２０）を形成するために前記タービンブレード（１００）を加工することと、
前記加工された溝（２２０）内にインサート（２３０）を位置させることと、
前記インサート（２３０）を前記タービンブレード（１００）に溶接することと、
前記タービンブレード（１００）をろう付けすることと
を含む方法。
【請求項２】
既存の先端キャップ（１９０）を取り除くステップは、前記先端キャップ（１９０）を加工することを備える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記タービンブレード（１００）上の前記先端キャップ（１９０）を取り替えるステップをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記インサート（２３０）を形成するステップをさらに備える、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記インサート（２３０）を形成するステップは、予め焼結した予備形成材料から前記インサート（２３０）を形成することを備える、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記インサート（２３０）を形成するステップは、超合金材料から前記インサート（２３０）を形成することを備える、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記インサート（２３０）を形成するステップは、ベース材料から前記インサート（２３０）を形成することを備える、請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記インサート（２３０）を形成するステップは、付加的な製造工程を備える、請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記タービンブレード（１００）を加工するステップは、割れ（２１０）を取り除くために前記タービンブレード（１００）を加工することを備える、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
加工された溝（２２０）を形成するために前記タービンブレード（１００）を加工するステップは、前記インサート（２３０）を合わせるために前記加工された溝（２２０）を加工することを備える、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
加工された溝（２２０）を形成するために前記タービンブレード（１００）を加工するステップは、前記インサート（２３０）および溶接合金（２５０）を合わせるために前記加工された溝（２２０）を加工することを備える、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記インサート（２３０）を前記タービンブレード（１００）に溶接するステップは、前記インサート（２３０）の頂部に溶接合金（２５０）を備える、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記タービンブレード（１００）をろう付けするステップは、前記タービンブレード（１００）上に、ろう付け可能なペースト（２６０）をろう付けすることを備える、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記タービンブレード（１００）は１段動翼を備える、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
ガスタービンエンジン（１０）に使用するためのタービンブレード（１００）であって、
エーロフォイル（１１０）と、
前記エーロフォイル（１１０）の端部の先端キャップ（１９０）と、
前記先端キャップ（１９０）の周りで前記エーロフォイル（１１０）に溶接されたインサート（２３０）と、
前記インサート（２３０）の周りでろう付けされたろう付け可能なペースト（２６０）と
を備えるタービンブレード（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願およびその結果としての特許は概して、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、タービンエーロフォイルおよび関連する構成要素において深い先端の割れを修理するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造されたタービンブレードは多くの場合、その遠端において先端キャップとして知られる構造を含んでいる。先端キャップは、ブレードの比較的小さい延長部分である。先端キャップは、ブレードの断面と適合する断面を有してもよく、ブレードの半径方向外側の端部と一体または端部に取り付けられてもよい。使用期間後、先端キャップは、熱い燃焼ガスの衝撃によって浸食、酸化および／または腐食されることがある。タービンブレードは製造するのに費用がかかるので、可能であれば、損傷したブレードを修理するまたは再びみがくことが好まれる可能性がある。タービンブレードの先端キャップを修理することは、損傷した材料を摩滅させ、その後、代わりの材料を溶接またはその他の方法で取り付けることによって行うことができる。先端キャップを冷却することも、全体的に有効な構成要素の寿命を延ばすことができる。しかし、冷却は、製造上の制約のため難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第９０５７２７１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
したがって、本願およびその結果としての特許は、タービンブレードを修理する方法を提供する。この方法は、タービンブレードの全部または一部から既存の先端キャップを取り除くステップと、加工された溝を形成するためにタービンブレードを加工するステップと、加工された溝にインサートを位置させるステップと、インサートをタービンブレードに溶接するステップと、タービンブレードをろう付けするステップとを含んでもよい。
【０００５】
本願およびその結果としての特許はさらに、ガスタービンエンジンで使用するためのタービンブレードを提供する。このタービンブレードは、エーロフォイルと、エーロフォイルの端部の先端キャップと、先端キャップの周りでエーロフォイルに溶接されたインサートと、インサートの周りにろう付けされるろう付け可能なペーストとを含んでもよい。
【０００６】
本願およびその結果としての特許はさらに、タービンブレードを修理する方法を提供する。この方法は、タービンブレードの全部または一部から既存の先端キャップを取り除くステップと、加工された溝を形成するためにタービンブレードに割れを加工するステップと、加工された溝に、予め焼結した予備形成インサートを位置させるステップと、予め焼結した予備形成インサートをタービンブレードに溶接するステップと、タービンブレードをろう付けするステップとを含んでもよい。
【０００７】
本願およびその結果としての特許のこれらおよび他の特徴および改善は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と共に考慮すると、以下の詳細な説明を検討することで当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】コンプレッサーと、燃焼器と、タービンと、負荷とを示す、ガスタービンエンジンの模式図である。
【図２】いくつかの割れが延びているタービンブレードの斜視図である。
【図３】加工された領域を有する図２のタービンブレードの部分斜視図である。
【図４】インサートおよび溶接合金でふさがれた加工された領域を有する図２のタービンブレードの部分斜視図である。
【図５】本明細書で記載され得るようなタービンブレードを修理する例示的なステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照すると、いくつかの図面を通して同様の構成要件を同様の番号で指しており、図１は、本明細書で使用することのできるガスタービンエンジン１０の模式図を示している。ガスタービンエンジン１０はコンプレッサー１５を含むことができる。コンプレッサー１５は空気２０の入ってくる流れを圧縮する。コンプレッサー１５は、空気２０の圧縮した流れを燃焼器２５に送る。燃焼器２５は、空気２０の圧縮した流れに燃料３０の圧縮した流れを混合し、その混合物に点火して燃焼ガス３５の流れを作る。１つの燃焼器２５のみが示されているが、ガスタービンエンジン１０は、円周の配列等で位置するいくつかの燃焼器２５を含んでもよい。燃焼ガス３５の流れもタービン４０に送られる。燃焼ガス３５の流れは、機械的仕事を生成するようにタービン４０を駆動する。タービン４０で生成された機械的仕事は、軸４５を介してコンプレッサー１５を駆動し、発電機等のような外部負荷５０を駆動する。
【００１０】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、様々なタイプの合成ガス、液化燃料、および／または他のタイプの燃料並びにこれらの混合物を使用できる。ガスタービンエンジン１０は、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラルエレクトリック社によって提供される異なるいくつかのガスタービンエンジンの１つであってもよく、限定はしないが、７系列または９系列の重荷重ガスタービンエンジン等のようなものであってもよい。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有してもよく、他のタイプの構成要件を使用してもよい。他のタイプのガスタービンエンジンも本明細書で使用できる。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、および他のタイプの発電機器も共に、本明細書で使用できる。
【００１１】
図２は、タービンブレード１００の例の斜視図である。この例において、タービンブレード１００は、本明細書では任意のタイプのブレードを使用可能であるが、１段動翼とすることができる。概して記載されるように、タービンブレード１００はエーロフォイル１１０を含んでいる。エーロフォイル１１０は、凹状の圧力側の外壁１４０と、凸状の吸引側の外壁１５０とを有しながら、前縁１２０から後縁１３０まで延びることができる。タービンブレード１００は、下方に延びる柄１６０と、ありつぎの形状の取り付け部１７０とを含むこともできる。プラットフォーム１８０は、エーロフォイル１１０と柄１６０とありつぎ１７０との間を横向きに延びることができる。エーロフォイル１１０の半径方向の端部は先端キャップ１９０を含むことができる。先端キャップ１９０は、外側壁１４０、１５０の延長部分であってもよい。先端キャップ１９０は、窪んだ領域２００を画定することができる。本明細書で記載されたタービンブレード１００および先端キャップ１９０は、例示のみを目的としている。多くの他の設計および構造が知られ得る。
【００１２】
上述したように、先端キャップ１９０は、高温に曝されることができ、固定側板のようなシール構造に対してこすりつけることができる。その結果、熱的に引き起こされる応力および材料の損失と、酸化等とにより、割れ２１０が先端キャップ１９０内またはその周りに発生し得る。タービンブレード１００を修理するために、割れ２１０、または、他のタイプのすり減った、損傷した、若しくは他の原因で欠陥のある位置を取り除くように、先端キャップ１９０を加工してもよい。先端キャップ材料は、従来の方法で加工してもよい。より深い割れ２１０は、溶接等によって修理することができる。しかし、従来の溶接技術は、限定された深さの割れ２１０しか修理することができない。この限定の深さを超える割れ２１０を有するエーロフォイル１１０は救出可能でない可能性がある。さらに、従来の溶接技術は概して、高度に熟練した作業者を必要とし、時間がかかる可能性がある。
【００１３】
より深い割れ２１０を有するエーロフォイル１１０を修理するために、図３は、加工された先端キャップ１９０の周りに溝２２０を加工したエーロフォイル１１０を示している。特に、エーロフォイル１１０は、割れ２１０を取り除くために精密に加工することができる。加工された溝２２０は、インサート２３０の全部または一部の相対的な大きさと、形状と、構造とに合うことができる。インサート２３０は、予め焼結した予備形成品（ＰＳＰ）２４０および／または他のタイプの材料から作ることができる。予め焼結した予備形成材料２４０は、ろう付け可能な超合金等であってもよい。特に、予め焼結した予備形成材料２４０は、ろう付けパウダーおよび超合金パウダーの混合物であってもよい。代替的に、ベース材料、ベース合金、これらの組合せ、および他の材料を使用することができる。インサート２３０は、固体要素、フォイル、ペースト、ハニカム構造体、それらの組合せ等であってもよい。板および他の構造体のような固体要素の組合せを使用してもよい。インサート２３０は、任意の適当な大きさ、形状、または構造を有することができる。インサート２３０は、従来の方法で作成することができる。付加的な製造工程、すなわち３次元印刷も、インサート２３０を形成するために使用することができる。他の構成要件および他の構成を本明細書で使用できる。
【００１４】
加工された溝２２０内にインサート２３０が一旦位置すると、溶接合金２５０等を介してインサート２３０を適所に溶接（本質的に仮付け溶接）することができる。溶接合金２５０を溝２２０の表面まで延ばす余地を許容するように、インサート２３０をいくぶん小さめにすることができる。一旦設定されると、溶接合金２５０は従来の方法で仕上げることができる。溶接合金２５０は、溶接に適当な従来の材料であってもよい。溶接合金２５０を介してインサート２３０が適所に一旦溶接されると、タービンブレード１００はろう付けサイクルを通ることができる。ろう付けサイクルは、加工された領域２２０、インサート２３０の周りに、およびエーロフォイル１１０の全部または一部に沿って、追加的な量のろう付け可能なペースト２６０または他のタイプのろう付け可能な材料を使用してもよいし、しなくてもよい。従来のろう付け技術を使用することができる。ろう付け可能なペースト２６０は、ろう付けに適当な従来の材料であってもよい。
【００１５】
したがって、エーロフォイル１１０の割れ２１０は、割れ２１０を加工し、インサート２３０を適所に溶接し、エーロフォイル１１０の全部または一部をろう付けすることによって修理することができる。インサート２３０は、溶接合金２５０およびろう付け工程を介して適所に固定することができる。一旦修理されると、従来の方法で先端キャップ１９０を取り替えることができる。特に、インサート２３０は、先端キャップ１９０を再び作るためのプラットフォームとして役割を果たすことができる。複数の割れ２１０を修理するために、複数のインサート２３０を使用することができる。他の構成要件および他の構成を本明細書で使用できる。
【００１６】
図５は、本明細書の全部または一部で記載した方法を実施する例示的なステップのフローチャートを示している。ステップ２６０において、既存の先端キャップ１９０をエーロフォイル１１０に加工することができる。ステップ２７０において、加工された溝２２０を介して割れ２１０を取り除くことができる。ステップ２８０において、インサート２３０を、加工された溝２２０内に位置させることができる。ステップ２９０において、溶接合金２５０を介してインサート２３０を適所に溶接することができる。ステップ３００において、エーロフォイル１１０はろう付けサイクルを受けることができる。ステップ３１０において、先端キャップ１９０を取り替えることができる。改善されたタービンブレード１００は今や、使用および／または他のタイプの処理の準備ができている。本明細書で記載した方法のステップは排他的ではない。タービンブレード１００を修理するために、他のまたは異なる方法のステップを任意の望ましい順序で使用することができる。
【００１７】
したがって、本明細書で記載したシステムおよび方法は、深い先端の割れ２１０を有するタービンブレード１００を迅速に効率的に修理することを提供する。本明細書で記載したシステムおよび方法は、従来の方法で単に溶接またはろう付けを介して修理可能でない可能性があるより深い割れ２１０を有するタービンブレード１００を修理させる。したがって、本明細書で記載したシステムおよび方法は、迅速およびコスト効率のよい方法でタービンブレード１００の有効な寿命を延ばすことができる。本明細書で記載したシステムおよび方法は、他のタイプのホットガス経路構成要素や他のタイプのタービン構成要素等にも適用可能である。
【００１８】
前述のものは、本願およびその結果としての特許のある実施形態のみに関することが明らかであるというべきである。以下の特許請求の範囲およびその等価物によって定義されるような発明の総合的な精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更および修正を本明細書で当業者によって行うことができる。
【００１９】
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
タービンブレード（１００）を修理する方法であって、
前記タービンブレード（１００）の全部または一部から、既存の先端キャップ（１９０）を取り除くことと、
加工された溝（２２０）を形成するために前記タービンブレード（１００）を加工することと、
前記加工された溝（２２０）内にインサート（２３０）を位置させることと、
前記インサート（２３０）を前記タービンブレード（１００）に溶接することと、
前記タービンブレード（１００）をろう付けすることと
を含む方法。
［実施態様２］
既存の先端キャップ（１９０）を取り除くステップは、前記先端キャップ（１９０）を加工することを備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様３］
前記タービンブレード（１００）上の前記先端キャップ（１９０）を取り替えるステップをさらに備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様４］
前記インサート（２３０）を形成するステップをさらに備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様５］
前記インサート（２３０）を形成するステップは、予め焼結した予備形成材料（２４０）から前記インサート（２３０）を形成することを備える、実施態様４に記載の方法。
［実施態様６］
前記インサート（２３０）を形成するステップは、超合金材料から前記インサート（２３０）を形成することを備える、実施態様４に記載の方法。
［実施態様７］
前記インサート（２３０）を形成するステップは、ベース材料から前記インサート（２３０）を形成することを備える、実施態様４に記載の方法。
［実施態様８］
前記インサート（２３０）を形成するステップは、付加的な製造工程を備える、実施態様４に記載の方法。
［実施態様９］
前記タービンブレード（１００）を加工するステップは、割れ（２１０）を取り除くために前記タービンブレード（１００）を加工することを備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１０］
加工された溝（２２０）を形成するために前記タービンブレード（１００）を加工するステップは、前記インサート（２３０）を合わせるために前記加工された溝（２２０）を加工することを備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１１］
加工された溝（２２０）を形成するために前記タービンブレード（１００）を加工するステップは、前記インサート（２３０）および溶接合金（２５０）を合わせるために前記加工された溝（２２０）を加工することを備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１２］
前記インサート（２３０）を前記タービンブレード（１００）に溶接するステップは、前記インサート（２３０）の頂部に溶接合金（２５０）を備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１３］
前記タービンブレード（１００）をろう付けするステップは、前記タービンブレード（１００）上に、ろう付け可能なペースト（２６０）をろう付けすることを備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１４］
前記タービンブレード（１００）は１段動翼を備える、実施態様１に記載の方法。
［実施態様１５］
ガスタービンエンジン（１０）に使用するためのタービンブレード（１００）であって、
エーロフォイル（１１０）と、
前記エーロフォイル（１１０）の端部の先端キャップ（１９０）と、
前記先端キャップ（１９０）の周りで前記エーロフォイル（１１０）に溶接されたインサート（２３０）と、
前記インサート（２３０）の周りでろう付けされたろう付け可能なペースト（２６０）と
を備えるタービンブレード（１００）。
［実施態様１６］
タービンブレード（１００）を修理する方法であって、
前記タービンブレード（１００）の全部または一部から、既存の先端キャップ（１９０）を取り除くことと、
加工された溝（２２０）を形成するために前記タービンブレード（１００）内の割れ（２１０）を加工することと、
前記加工された溝（２２０）内に、予め焼結した予備形成インサート（２３０）を位置させることと、
前記予め焼結した予備形成インサート（２３０）を前記タービンブレード（１００）に溶接することと、
前記タービンブレード（１００）をろう付けすることと
を含む方法。
［実施態様１７］
既存の先端キャップ（１９０）を取り除くステップは、前記先端キャップ（１９０）を加工することを備える、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記タービンブレード（１００）上の前記先端キャップ（１９０）を取り替えるステップをさらに備える、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１９］
前記インサート（２３０）を前記タービンブレード（１００）に溶接するステップは、前記インサート（２３０）の頂部に溶接合金（２５０）を備える、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様２０］
前記タービンブレード（１００）をろう付けするステップは、ろう付け可能なペースト（２６０）をろう付けすることを備える、実施態様１６に記載の方法。
【符号の説明】
【００２０】
１０  ガスタービンエンジン
１５  コンプレッサー
２０  空気
２５  燃焼器
３０  燃料
３５  燃焼ガス
４０  タービン
４５  軸
５０  負荷
１００  タービンブレード
１１０  エーロフォイル
１２０  前縁
１３０  後縁
１４０  凹状の側部
１５０  凸状の側部
１６０  柄
１７０  ありつぎ
１８０  プラットフォーム
１９０  先端キャップ
２００  窪み
２１０  割れ
２２０  加工された溝
２３０  インサート
２４０  ＰＳＰ
２５０  溶接合金
２６０  ろう付け可能なペースト
【図１】
2017115859.tif 000003
【図２】
2017115859.tif 000004
【図３】
2017115859.tif 000005
【図４】
2017115859.tif 000006
【図５】
2017115859.tif 000007
【外国語明細書】
2017115859000001.pdf