(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形部（１０、６０）内の少なくとも１つの冷却通路（１０１）を活性化させる電気化学的加工方法であって、
電気化学的加工のために、冷却通路の内面（３６）に、該内面から残留物を取り除くことを含む準備を施し、
導電性コア（１１６）と、前記導電性コアの複数の露出部分（１５０）を露出させる絶縁皮膜（１１８）とを含む電極（１１０）を前記冷却通路内に配置し、
前記冷却通路を通して電解液を循環させながら、前記電極と前記翼形部との間に電流を通すことによって、前記導電性コアの前記露出部分を用いて前記内面上に溝パターン（３８、３９）を加工し、  該加工によって活性化された冷却通路（２０１）を形成する、段階を含み、
前記電極（１１０）が、先端部（１３０）と端部（１４０）とを更に含み、前記導電性コア（１１６）が前記先端部と前記端部との間に延び、前記露出部分が、前記電極（１１０）の前記先端部と前記端部との間に延びる前記導電性コアの導電性ストリップ（１５０）を含み、前記絶縁皮膜（１１８）が、前記電極の前記先端部と前記端部との間を実質的に延びる複数の絶縁部分（１６０）を含み、前記絶縁部分が、交互配置されたパターンを形成するように前記導電性ストリップの間に置かれ、前記溝パターン（３８、３９）の前記加工が、前記交互配置されたパターンを使用し、該溝パターンが、交互配置された複数の溝（３２）及びフィン（３４）を含むことを特徴とする電気化学的加工方法。
【請求項２】
前記内面（３６）の前記準備処理が、非導電性の残留物を取り除く工程を行う段階を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電気化学的加工方法。
【請求項３】
前記絶縁皮膜（１１８）が、前記導電性コア（１１６）の複数のスペーサ部分（１３３）を更に露出させ、前記スペーサ部分が、前記絶縁部分（１６０）の間に長手方向に置かれ、前記溝パターン（３９）が、複数のコネクタ（３３）を更に含み、各々のコネクタが、２つの前記フィン（３４）の間で長手方向に置かれ、２つの前記溝（３２）を接続していることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学的加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に翼形部内の冷却通路に関し、より具体的には、ガスタービンブレード及びガスタービン羽根（即ちタービン翼形部）内の冷却通路を活性化させ、該翼形部の対流冷却を向上させることに関する。ここで用いられる「ブレード」という用語は、ブレードとバケットの双方を含み、一般にこれらの２つの用語は、航空機用エンジン及び陸上用用途のそれぞれに用いられる。ここで用いられる「羽根」という用語は、ノズルの翼形部部分を意味し、航空機用エンジン及び陸上用用途の双方を含む。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジンにおいて、燃焼器からの高温ガスがタービンを駆動するために用いられ、この高温ガスにより高圧タービンノズルにおける固定羽根及びタービンブレードのような多くの部品が高い温度及び応力に曝される。エンジンの最大出力は、大部分は、結果として生じる温度及び応力に耐えるタービン羽根及びタービンブレードの能力によって制限される。
【０００３】
典型的なタービン羽根及びブレードは、燃焼ガスが上を流れる翼形部を含んでいる。羽根翼形部は、外側バンドと内側バンドとの間に配置され、タービンノズルを形成する。羽根及びブレードの温度を下げ、それにより熱容量を改善するために、タービン翼形部内の中空のキャビティに冷却空気を供給することが知られている。典型的には１つ又はそれ以上の冷却通路がタービン翼形部内に形成されており、冷却媒体（圧縮機の吐出空気のような）が、翼形部の開口部を通して供給され、該翼形部の外面に要所要所に配置された冷却孔を通って出ていくことができる。冷却通路は、翼形部内部に対流冷却をもたらし、該翼形部の表面上にフィルム形式の冷却をもたらす。翼形部内部の冷却空気への熱伝達を改善するために、キャビティについての多くの異なる幾何学的形状が用いられてきた。例えば、冷却通路は、一般的に、円形、レーストラック形、矩形、正方形、又は長円形の横断面形状を有する。
【０００４】
１つの公知のタービンブレード翼形部の冷却回路は、例えばタービンロータブレード翼形部を貫通する、接続されていない長手方向を向いた多数の通路（以下、「半径方向冷却通路」）を含む。各半径方向冷却通路は、翼形部の根元部近くから冷却空気を受け、この空気を該翼形部の先端部に向けて長手方向に流す。他の冷却回路は蛇行形状であり、蛇行流を生成するように直列接続された多数の長手方向を向いた通路を含む。どちらの冷却回路についても、一部の空気は翼形部の前縁近くにあるフィルム冷却孔を通して翼形部を出ていき、一部の空気は後縁の冷却孔を通して翼形部を出ていく。
【０００５】
タービン羽根は、相対的に薄い後縁に向かって厚さが薄くなる。従って、後縁の冷却は困難である。タービン羽根を冷却するために、羽根翼形部は、一般的には１つ又はそれ以上の中央通路と、タービン羽根翼形部の後縁に形成された吐出孔の列とを含む。また、羽根翼形部の前縁に吐出孔を設けることもできる。冷却媒体は、羽根翼形部の先端部及び／又は根元部から中央通路に流入し、吐出孔から出る。更に、羽根翼形部の正圧側壁に沿って、１つ又はそれ以上の列のフィルム冷却孔を設けることができる。更に、羽根翼形部分の負圧側壁は、羽根翼形部の前縁と該羽根翼形部の最大厚領域との間に数列のフィルム冷却孔を含むことができる。
【０００６】
現代のタービン翼形部は、熱伝達を高めるために、乱流促進装置（「タービュレータ」）、及び他の冷却改良装置を含むことが多い。しかしながら、１９６０年代及び１９７０年代において、発電用タービンに用いられたタービン翼形部におけるタービン冷却技術は、一般的に成形管式電気化学的加工（ＳＴＥＭ）を用いて、タービン翼形部内に円形又は楕円形の冷却通路を穿孔することを要した。これらの古いＳＴＥＭによって穿孔された冷却通路の表面は、典型的にはタービュレータが全くない滑らかなものである。
【０００７】
古いＳＴＥＭによって穿孔された冷却通路を組み入れた多数のタービン翼形部が、今日も使用されている。これらのタービン翼形部は、発電用タービンの定期保守オーバホール中に修理されることが多い。このような保守オーバホールは、例えば、１万（１０，０００）使用時間毎といった、現場での稼動期間後に行われる。オーバホールの際には、通常、多数のタービン翼形部が、該タービン翼形部を継続して使用するために修理を必要とするような著しい劣化を示す。現在、タービン翼形部の修理には、表面の清浄化、皮膜の剥し、亀裂の検査、亀裂の修理、先端部の修理、及び再皮膜形成が含まれる。これらの修理工程は、磨耗によって翼形部の耐用年数が短くならないように、該翼形部を最初の状態に戻すために行われるものである。しかしながら、現在の修理工程は、タービン翼形部内の冷却通路を改良するものではなく、従って、冷却通路から冷却媒体への熱伝達を高めるものではない。その結果、修理されたタービン翼形部は、最初の作動条件の下では耐用年数が延びないし、オーバホールされたタービンエンジンの効率を改善するために、作動温度を高めるか又は冷却流を減少させることもできない。
【特許文献１】
米国特許第６５５４５７１号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、エンジン保守オーバホール中に、修理工程の一部としてタービン翼形部内の冷却通路を活性化させる方法への当該分野における必要性がある。冷却通路を活性化させることにより、タービン翼形部の熱伝達係数が高められるのが有利である。改善された熱伝達により、タービン翼形部の耐用年数の向上及びタービンエンジンの効率の上昇という２つの関連した利点がもたらされる。より具体的には、改善された熱伝達は、より低温のタービン翼形部（同じ冷却媒体流量に対して）をもたらし、該翼形部により長い耐用年数をもたらすか、又は代わりに、冷却流を減少させることを助け（即ち、抽気する圧縮空気が少なくなる）、タービンのエンジン効率を増大させる。それに対応して、活性化された半径方向冷却通路を有するタービン翼形部、及び該冷却通路を効果的に活性化させる工具への必要性がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
手短に述べると、本発明の実施形態によると、翼形部内の冷却通路を活性化させるための電極が開示される。この電極は、先端部と、端部と、該先端部と該端部との間に延びる導電性コアと、該導電性コア上に設けられた絶縁皮膜とを含む。絶縁皮膜は、先端部と端部との間に延びる導電性コアの多数の導電性ストリップを露出させる。絶縁皮膜は、多数の絶縁部分を形成し、該絶縁部分の間に長手方向に置かれた導電性コアの多数のスペーサ部分を更に露出させる。絶縁部分は、先端部と端部の間の距離に実質的にわたって延び、導電性ストリップの間に置かれる。
【００１０】
別の実施形態によると、翼形部内の少なくとも１つの冷却通路を活性化させる電気化学的加工方法が開示される。冷却通路の内面には、電気化学的加工のために、該内面から残留物を取り除くことを含む準備がなされる。電極が冷却通路内に配置される。電極は、導電性コアと絶縁皮膜とを含み、該絶縁皮膜は、該導電性コアの多数の露出部分を露出させる。冷却通路を通して電解液を循環させながら電極と翼形部との間に電流を通すことによって、導電性コアの露出部分を用いて、冷却通路の内面に溝パターンが加工される。この加工が、活性化された冷却通路を形成する。
【００１１】
翼形部の実施形態によると、翼形部は、先端部と、根元部と、該先端部と該根元部との間に延びる本体と、該本体内に形成された少なくとも１つの冷却通路とを含む。冷却通路は、内面と、該内面に形成された溝パターンとを有し、冷却媒体を受けるように構成されている。溝パターンは、冷却通路の長さに沿って延びる多数の溝と、該溝と交互に配置され、冷却通路の距離に実質的にわたって延びる多数のフィンと、多数のコネクタとを含む。各コネクタは、２つのフィンの間に長手方向に置かれ、２つの溝を接続する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、同じ符号が図面の全体にわたって同じ部分を表している添付図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことにより、一層よく理解されるであろう。
【００１３】
翼形部１０又は６０内の少なくとも１つの冷却通路３０又は６４、６５、６６を活性化させるための電極１１０の実施形態及び電気化学的加工方法の実施形態を、図１乃至図４に示した翼形部に関して説明する。背景として、タービンブレード翼形部１０（即ち「ブレード翼形部」）が、図１及び図２に示され、タービン羽根翼形部６０（即ち「羽根翼形部」）が、図３及び図４に示される。
【００１４】
図１及び図２に示すように、ブレード翼形部１０は、先端部１２と根元部１４とを含む。先端部は、空気のような冷却媒体のための少なくとも１つの出口孔１８を含む。本体１６は、先端部と根元部との間に延びる。本体１６は、正圧側２２と負圧側２０とを含む。図１に示すように、負圧側２０は凸形状であり、正圧側２２は凹形状である。長手方向軸線２４は、先端部１２と根元部１４との間を半径方向外向きに延びる。翼形部１０は更に、図１に示すように、前縁５２と後縁５０とを含む。
【００１５】
羽根翼形部６０は、ブレード翼形部１０について説明されたものに類似した要素を含んでおり、適用可能な場所には同じ参照符号が用いられる。図３に示すように、羽根翼形部は、先端部６２と根元部６３とを含む。本体１６は、先端部６２と根元部６３との間に延び、例えば図３の斜視図（単一の中央通路）及び図１２の断面図（２つの中央通路）に示されるように、１つ又はそれ以上の中央通路６５を含む。図３に示すように、冷却媒体は、先端部６２を通り、代替的に又はこれに加えて、端部６３を通って単一の中央通路６５に流入する。図１２に示すような多数の中央通路構成については、中央通路６５への入口（及び冷却媒体流）が、先端部６２又は端部６３のいずれかに形成される。図３に示すように、羽根翼形部６０は更に、前縁５２及び後縁５０を含む。
【００１６】
図２及び図４から分かるように、ブレード翼形部１０及び羽根翼形部６０は、それぞれ冷却通路３０及び冷却通路６４、６５、６６を含む。より具体的には、ブレード翼形部１０は、先端部１２と根元部１４との間で本体１６を貫通して延びる少なくとも１つの半径方向冷却通路３０を含む。半径方向冷却通路３０は、ブレード翼形部１０を通る冷却空気又は冷却媒体の流れを指向させる。図２の矢印によって示されるように、半径方向冷却通路３０は、空気をブレード翼形部の先端部の方に（「半径方向外向きに」）指向させる。冷却媒体は、半径方向冷却通路３０を通過した後、先端部１２にある出口孔１８を通ってブレード翼形部１０を出る。対照的に、冷却媒体は、中央通路６５から羽根翼形部６０に入り、前縁５２の吐出孔６４及び後縁５０の吐出孔６６を通って羽根翼形部６０を出る。図１２に示される２つの中央通路６５の構成については、冷却媒体は、１つの中央通路６５を通り、吐出孔６６を通って後縁５０に流れ、また、冷却媒体は、他方の中央通路６５を通り、吐出孔６４（図１２の断面図には示されていない）を通って前縁５２に流れる。半径方向冷却通路３０、中央通路６５及び吐出孔６４、６６は、ここでは「冷却通路」と呼ばれ、全体が参照符号１０１によって示される。更に、当業者により理解されるように、「冷却通路」という用語は、本明細書においては、羽根翼形部６０か又はブレード翼形部１０のいずれかの中に形成されたあらゆる冷却孔を指すものとして用いられる。
【００１７】
翼形部１０、６０内の冷却通路を活性化させるための電極１１０の実施形態が、図５に概略的に示され、線１で切り取られた電極の断面が図６に示される。例えば図５及び図６に示すように、電極１１０は、先端部１４０と、端部１３０と、導電性コア１１６と、該導電性コア１１６上に設けられた絶縁皮膜１１８とを含む。絶縁皮膜１１８は、導電性コア１１６の多数の導電性ストリップ１５０を露出させ、多数の絶縁部分１６０を形成する。導電性ストリップは、電極１１０の先端部１４０と端部１３０との間に延びる。絶縁部分１６０は、先端部１４０と端部１３０の間の距離に実質的にわたって延び、導電性ストリップ１５０の間に置かれる。ここで用いられる「実質的にわたる」という語句は、例えば図５に示すように、電極１１０（図示せず）の長さに沿って延びるか、又は該電極の長さに沿って断続的に延びるかのいずれかを意味する。絶縁皮膜１１８は更に、例えば図５に示すように絶縁部分１６０の間に長手方向に配かれた導電性コア１１６の多数のスペーサ部分１３３を露出させる。ここで用いられる「長手方向に置かれた」という語句は、スペーサ部分１３３が、絶縁部分１６０の間で、電極１１０の長さに沿った方向に置かれることを意味する。
【００１８】
特定の実施形態による導電性ストリップ１５０及びスペーサ部分１３３を露出させるために、絶縁皮膜１１８は、例えば線１で切り取られた電極１１０の断面について図６に示すように、例えばレーザ切除によって部分的に取り除かれる。１つの例示的なレーザ切除技術が、同一出願人による上に参照された米国特許第６，３０３，１９３号Ｂ１に説明されている。
【００１９】
１つの実施形態によると導電性コア１１６は中空であり、例えば図５に示すように、入口１２０から出口穴１２２へと電解液を冷却通路１０１内に注入することができる。例示的な導電性コアでは形状が円筒形であり、図６に示される円形の断面を有する。しかしながら、他の例示的な導電性コアは、矩形又は非対称の断面（図示せず）を有する。
【００２０】
代替的な中実の電極１１０の実施形態が図７に示される。この中実の電極は、例えば図７に示すように、導電性コア１１６が中実であり、電解液が中実の電極１１０と冷却通路１０１との間隙１０２内の冷却通路１０１の中に注入されることを除いて、中空の電極１１０と類似している。
【００２１】
特定の電極１１０の実施形態によると、導電性ストリップ１５０及びスペーサ部分１３３は幅１５２を有し、絶縁部分１６０は、約０．０１ｃｍから約０．０６ｃｍまで、より具体的には約０．０２ｃｍから約０．０５ｃｍまでの幅１５４を有する。更により具体的には、スペーサ部分１３３は、約０．０１ｃｍから約０．０６ｃｍまで、より具体的には約０．０２ｃｍから約０．０５ｃｍまでの長さ１５６を有する。有利なことに、この例示的な寸法が、冷却通路１０１内の多数の溝３２及びフィン３４を加工しやすくし、内面３６の表面積を増加させ、これに対応して翼形部１０、６０の冷却を向上させる。
【００２２】
電極１１０の１つの例示的な適用では、翼形部はブレード翼形部１０であり、冷却通路１０１は半径方向冷却通路３０である。電極１１０の別の例示的な適用では、翼形部１０は羽根翼形部６０であり、冷却通路６６は、中央通路６５と後縁５０との間に延びる。羽根翼形部６０（又は上述のように「ノズル」６０）に電極１１０を適用することは、「ノズル」の後縁５０に形成された冷却通路６６の長さ及び表面積のために陸上用タービンには特に有益である。
【００２３】
図１３及び図１４を参照して、別の特定の電極の実施形態が説明される。電極（同じく参照符号１１０によって示される）は、上述の電極と類似しているので、２つの実施形態の相違点だけを説明する。図１３に示すように、電極は、羽根翼形部６０の中央通路６５を活性化させるために用いられる。この実施形態については、導電性コア１１６は中央通路６５の形状に合致する。ここで用いられる「中央通路６５の形状に合致する」という語句は、導電性コア１１６が中央通路６５と同じ全体的な形状を有するが、該導電性コア１１６及び絶縁皮膜１１８が、電極１１０と該中央通路６５との間に電解液の流れのための隙間を有した状態で該中央通路６５内部に嵌まるような大きさにされることを意味する。例えば、導電性コア１１６は、絶縁皮膜と中央通路６５の内面３６との間の平均間隔が、約０．００４ｃｍから約０．０３ｃｍまでとなるような大きさにされる。単一の中央通路６５の構成の場合について図１３に示されるが、電極１１０は、多数の中央通路の構成にも適用可能である。望ましくは、この実施形態を中央通路６５を活性化させるために用いることができ、熱伝達のための表面積を増加させること、及び中央通路６５内の乱流促進によって、対流熱伝達を向上させる。
【００２４】
翼形部１０、６０内の少なくとも１つの冷却通路１０１を活性化させるための電気化学的加工方法の実施形態は、電極１１０を用いる。この電気化学的加工方法は、電気化学的加工のために冷却通路１０１の内面３６に準備処理を施すことを含む。この準備処理には、内面３６から汚れ又は皮膜残留物（又は「残留物」）を取り除くことが含まれる。電気化学的加工方法は更に、例えば図５及び図７に示すように、翼形部１０、６０の冷却通路１０１内に電極１１０を配置することを含む。
【００２５】
次に、溝パターン３８、３９が、冷却通路１０１の内面３６に加工され、活性化された冷却通路２０１を形成する。例示的な活性化された冷却通路２０１が断面図で図８に示され、例示的な溝パターン３８、３９は、それぞれ図９及び図１０に示される。溝パターン３８、３９は、例えば図９及び図１０に示すように、フィン３４及び溝３２を含む。フィン３４は、図８に示されるように、内面３６から突出している。例示的な溝パターン３９は更に、図１０に示されるようにコネクタ３３を含むのに対して、例示的な溝パターン３８はコネクタを含まない。より具体的には、溝パターン３９を加工するために、多数のコネクタ３３が活性化された冷却通路２０１の内面３６に形成され、フィン３４が、隣接する溝３２を接続する該コネクタ３３によって断続されるようにする。溝パターン３９を加工するために、電極１１０の絶縁皮膜１１８は更に、例えば図５に示すように、導電性コア１１６のスペーサ部分１３３を露出させる。
【００２６】
溝パターン３８、３９は、冷却通路１０１を通して電解液を循環させながら、電極１１０と翼形部１０、６０との間に電流を通すことによって加工される。この電解液は、冷却通路１０１の端部１２４から圧力のもとで注入される。特定の実施形態によると、この電解液は、例えば硫酸（Ｈ2ＳＯ4）又は硝酸、より具体的には、５パーセントから１５パーセントまで（５％から１５％まで）のＨ2ＳＯ4溶液といった酸性である。後者の実施形態は、ニッケル合金を加工するのに有利に適用される。有利なことに、酸性の電解液は、金属水酸化物を中和させることによって電気化学的加工中に狭い冷却通路１０１の詰まりを軽減し、これにより、沈殿剤の形成を防ぐ。代わりに、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の水溶液、より具体的には、１５パーセント（１５％）のＮａＣｌ水溶液のような塩ベースの電解液を、例えば約９０ｐｓｉ又はそれ以上のような適切な電解液の流れとして、本発明の電気化学的加工方法のために用いることもできる。電極と冷却通路との間の間隙に蓄積する金属水酸化物（沈殿物）のために、酸性の電解液よりも塩の電解液には、電解液をより強く流すことが必要とされる。
【００２７】
図５では電極１１０が中空であり、この図に示されるように、電解液は、入口１２０を通って電極１１０に入り、出口穴１２２を通って出ていく。均一な電解液の流れを保証するために、図５に示すように、冷却通路１０１の一端が塞がれる。冷却通路１０１を、例えばゴムのような適切な材料で形成された栓１０４によって塞ぐことができる。代わりに、中実の電極１１０については、電解液は、例えば図７に示されるように、電極１１０と冷却通路１０１との間隙１０２内に流される。
【００２８】
図５及び図７の（＋）及び（−）の記号表示は、電極及び翼形部を通り抜けるパルス電圧を示す。電流は、電極１１０をＳＴＥＭ電源（図示せず）の負端子に接続し、翼形部１０、６０を正端子に接続することによって供給される。特定の実施形態によると、約５Ｖから約１５Ｖまでの電圧差が、酸性電解液の下で、電極１１０と翼形部１０、６０との間にかけられる。一般に、このような低電圧によって溝パターン３８、３９がより良く形成される。典型的には、約２５Ｖまでの電圧のような高電圧が、塩ベースの電解液に用いられる。
【００２９】
溝パターン３８、３９の加工にかかる時間は、加工される材料（即ち、冷却通路１０１の内面３６を形成する材料）、電極１１０と翼形部１０、６０との間にかけられる電圧差、電極１１０と冷却通路１０１との間の間隙１０２、及び溝パターン３８、３９の所望の深さによって決まる。所望の加工時間の決定は、これらの考慮事項に基づいて当業者なら定めることができる。１つの例として、析出硬化されたニッケル基超合金であるＧＴＤ１１１で形成された内面３６の場合には、１０パーセント（１０％）Ｈ2ＳＯ4電解液の存在下で約５から約１５ボルト（ピーク振幅）までの電圧差を印加して０．２５ｃｍの溝の深さを形成するための加工時間は、典型的には約５分から約１２分までの範囲である。
【００３０】
電極１１０は、導電性ストリップ１５０及びスペーサ部分１３３を含むものとして上述されたが、電気化学的方法の実施形態において、電極１１０は、より一般的には、導電性コア１１６の露出部分を含むものである。例示的な露出部分には、同一出願人による同時係属中の米国特許出願第０９／６８３，１８９号の湾曲した露出部分と、これに対し相補的な湾曲した露出部分とが含まれる。他の例示的な露出部分には、長手方向に離間して配設されたリング（図示せず）が含まれる。上述の電極１１０の実施形態においては、露出部分は導電性ストリップ１５０及びスペーサ部分１３３を含む。
【００３１】
電気化学的に冷却通路１０１を加工するためには、冷却通路１０１の内面３６は清浄で、十分に導電性でなければならない。しかしながら、通常の使用中及びタービン翼形部１０、６０に対する修理作業中に一般的に行なわれる処理段階（例えば、皮膜の除去）の両方において、冷却通路１０１はアルミニド皮膜（気相アルミニウム皮膜、即ち「ＶＰＡ」のような）で被覆されている。従って、特定の実施形態による内面３６の準備処理には、非導電性の残留物を取り除くための仕上げ工程を行うことが含まれる。より具体的な実施形態によると、内面の準備処理は、仕上げ工程を行う前に、化学的剥離工程を行うことを含み、この仕上げ工程では、化学的剥離により非導電性の残留物を取り除く。例示的な化学的剥離工程は、例えば、硝酸、リン酸、塩酸、硫酸、又はそれらの組合せなどの１つ又はそれ以上の鉱酸の、更に酢酸又は抑制剤のような１つ又はそれ以上の添加剤を含む混合物を使用する。より特定的な実施形態においては、化学的剥離は、冷却通路１０１からアルミニド皮膜を取り除く。
【００３２】
通常の化学的剥離工程では、一般的に非導電性の残留物（通常「スマット」と呼ばれる）が残る。１つの実施形態において、仕上げ工程は、冷却通路１０１の内面３６から非導電性の残留物を取り除くように設計されており、電気化学的加工を効果的に行うことができる。例示的な仕上げ工程は、約０パーセント（０％）から約７５パーセント（７５％）までの、リン酸、硝酸又は硫酸のような強い鉱酸を含むことができる、フルオ珪酸（Ｈ2ＳｉＦ6）のような酸性溶液の中に翼形部１０、６０を浸漬することを含む。１つの例によると、酸性溶液は、約７５パーセント（７５％）（ｖｏｌ／ｖｏｌ）のフルオ珪酸（Ｈ2ＳｉＦ6、商業用等級は２３％から２５％（ｗｔ／ｗｔ）まで）を含む。この浸漬は、その間に非導電性の残留物が遊離されるか又は溶解される約３０分から約５時間までの例示的な時間の間、およそ周囲温度から摂氏約８０度までの例示的な温度で行われる。更に、例示的な仕上げ工程には、翼形部１０、６０をすすぐこと、及び超音波を用いて該翼形部を清浄化することが含まれる。例えば、翼形部１０、６０は、約１５分から約１時間までの例示的な時間の間、およそ周囲温度から摂氏約８０度までの例示的な温度で、０．５％のＴｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００、炭酸カルシウム（例えば、Ａｌｃｏｎｏｘ（登録商標））、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００［９００２−９３−１］、ポリオキシエチレン（１０）イソオクチルシクロヘキシルエーテルのような湿潤剤又は界面活性剤を含む通常の超音波浴の中に浸漬される。更に、例示的な仕上げ工程には更に、翼形部１０、６０を再すすぎすることが含まれる。代わりに、仕上げ工程は、超音波を用いて翼形部１０、６０を清浄化し、すすぎ、酸性溶液内に浸漬し、次いで再すすぎすることを含むことができる。
【００３３】
有利なことに、化学的剥離及び仕上げの組合せにより、清浄な導電性の冷却通路１０１の内面３６が得られ、効果的で均一な冷却通路１０１の電気化学的加工が促進される。更により具体的な実施形態によると、仕上げ工程は、残っている残留物を取り除くために、例えば水又は蒸気の高圧噴射により、再すすぎ後に冷却通路１０１をフラッシュ洗浄することを含む。
【００３４】
上述のように、電気化学的加工方法の場合には、電極１１０は、一般に導電性コア１１６の露出部分を含む。しかしながら、より特定の実施形態によると、露出部分が導電性ストリップ１５０から構成され、絶縁皮膜が絶縁部分１６０から構成される。電極１１０の実施形態に関して上述したように、絶縁部分１６０は、導電性ストリップ１５０の間に置かれ、交互配置されたパターンを形成する。従って、この実施形態については、溝パターン３８、３９は、交互配置されたパターンを用いて加工される。この方法では、フィン３４及び溝３２は、例えば拡大図で図８乃至図１１に示されるように、活性化された冷却通路２０１の内面３６上に形成される。基本的には、電極１１０内の導電性コア１１６の導電性ストリップ１５０と一致する冷却通路１０１の領域に通電する際に、材料が冷却通路１０１から取り除かれる。しかしながら、絶縁部分１６０は、通電中に冷却通路の対応する領域を覆い、そのためフィン３４が保護され、その結果、該フィン３４は、活性化された冷却通路２０１の内面３６から突出することになる。
【００３５】
電気化学的加工方法の１つの実施形態によると、電極１１０は、例えば、冷却通路１０１の直径１０３より約０．００８ｃｍから約０．０１５ｃｍの範囲、例えば約０．０１３ｃｍだけ小さい直径１１１となる大きさにされる。例示的な直径１１１及び１０３が、図５及び図６に示される。この実施形態の１つの例によると、翼形部はブレード翼形部１０であり、冷却通路１０１は半径方向冷却通路３０である。この実施形態の別の例については、翼形部は羽根翼形部６０であり、冷却通路１０１は、中央通路６５と後縁５０との間に延びる。後者の実施形態は、陸上用用途における羽根翼形部６０の後縁５０に形成された吐出孔６６の大きな寸法なために、陸上用用途には特に有益である。高精細度の電気化学的加工を行うためには、電極１１０と冷却通路１０１との間隔を小さくすべきである。しかしながら、タービン翼形部１０、６０の使用中に生じることがある冷却通路１０１の歪み及び亀裂のため、電極１１０が該通路内に滑らかに挿入でき、該電極と該通路との間に電解液が流れることができるように、該電極１１０と冷却通路１０１との間に隙間があることが望ましい。隙間を設けることと、活性化された冷却通路２０１内に良好な形態の溝パターンを生成することの両方のために、上述された約０．００８ｃｍから約０．０１５ｃｍまでの隙間が見出された。
【００３６】
翼形部１０、６０内の少なくとも１つの冷却通路１０１を活性化させる別の電気化学的加工方法には、冷却通路１０１内に、上述した電極の実施形態による電極１１０を配置することが含まれる。即ち、電極１１０は、導電性ストリップ１５０と、絶縁部分１６０と、スペーサ部分１３３とを含む。この電気化学的加工方法は更に、活性化された冷却通路２０１を生成するために冷却通路１０１を通して電解液を循環させながら、電極１１０と翼形部１０、６０との間に電流を通すことによって、導電性ストリップ１５０及びスペーサ部分１３３を用いて、該冷却通路１０１の内面３６上に溝パターン３９を加工することを含む。約５Ｖから約１５Ｖまでの例示的な電圧差が、酸性電解液の存在下で電極１１０と翼形部１０、６０との間に加えられる。代替的に、約２５Ｖまでの電圧のような高電圧が、塩ベースの電解液と共に用いられる。
【００３７】
本発明の翼形部１０、６０の実施形態を、図１から図４まで及び図８から図１１までを参照して説明する。翼形部の実施形態は、タービンブレード翼形部１０とタービン羽根翼形部６０の双方を含み、ここで用いられる「翼形部」という用語は、双方の翼形部の形式を含むものとして理解されるべきである。翼形部１０、６０は、図１及び図３に示すように、先端部１２、６２と、根元部１４、６３と、該先端部１２、６２と該根元部１４、６３との間に延びる本体１６とを含む。翼形部は更に、本体１６内に形成され、冷却媒体を受けるように構成された少なくとも１つの冷却通路（参照符号２０１によって示され、冷却通路が溝パターンを含むことを表す）を含む。例示的な冷却通路２０１は、図２及び図４に示すように、半径方向冷却通路３０と、前縁５２にある吐出孔６４と、後縁５０にある吐出孔６６とを含む。
【００３８】
図８は、内面３６を有する冷却通路２０１の断面を示す。冷却通路２０１は、その表面積を増加させるために、図１０に示すように、内面３６上に形成された溝パターン３９を含む。図８に示すように、溝パターン３９は、例えば図１０に示すように、冷却通路２０１の長さに沿って延びる多数の溝３２を含む。溝パターン３９は更に、図１０及び図８の断面に示すように、溝３２と交互に配置された多数のフィン３４を含む。フィン３４は、図１０に示すように、冷却通路２０１の全長に実質的にわたって延びている。有利なことに、冷却通路２０１は、滑らかな冷却通路１０１（図５及び図７に外形でのみ示される）に比較して広い表面積を有する。即ち、溝パターン３９は、表面積が増加される。従って、冷却通路２０１を有する翼形部１０、６０は、高い熱伝達係数を有し、そのため滑らかな冷却通路１０１を有する翼形部と比べてタービンエンジンの効率が増大される。
【００３９】
図１０に示すように、溝パターン３９は更に、２つのフィン３４の間に長手方向に置かれた多数のコネクタ３３を含む。この方法では、各々のコネクタ３３が２つの溝３２を接続させる。ここで用いられる「長手方向に置かれた」という語句は、コネクタ３３が、フィン３４の間に長手方向軸線２４に沿った方向に置かれることを意味する。有利なことに、コネクタ３３は、冷却通路２０１内部の冷却媒体流を断続させ、翼形部１０、６０に流れの乱れと薄い境界層と高い熱伝達係数とをもたらす。また、滑らかな冷却通路１０１を有する翼形部に対比して高い熱伝達係数を有することにより、タービンエンジン効率が増大される。
【００４０】
代替的な溝パターン３８が図９に示されており、これは溝３２とフィン３４とを含むが、コネクタ３３は含まない。
【００４１】
より具体的な実施形態によると、フィン３４は幅４２を有し、溝３２は、約０．０１ｃｍから約０．０６ｃｍまで、より具体的には、約０．０２ｃｍから約０．０５ｃｍまでの幅４０を有する。例示的なフィン３４及び溝３２は、約０．０１ｃｍから約０．０６ｃｍまで、より具体的には、約０．０２ｃｍから約０．０５ｃｍまでの深さ４４を有する。更に、例示的なコネクタ３３は、幅４２と、深さ４４と、約０．０１ｃｍから約０．０６ｃｍまで、より具体的には、約０．０２ｃｍから約０．０５ｃｍまでの長さとを有する。幅４２、４０、深さ４４、及び長さ４６が、図１１に示される。有利なことに、この例示的な寸法は、一般に直径が小さい活性化された冷却通路２０１内に、多数の溝３２、フィン３４及びコネクタ３３を備えることを可能にする。従って、この例示的な寸法は、内面３６の表面積を増加させ、これにより翼形部１０、６０の冷却が高められる。
【００４２】
別の実施形態による電気化学的加工方法が、図１３及び図１４に関して上述された電極１１０を用いて、羽根翼形部６０の中央通路６５を活性化させるために用いられる。この電気化学的加工方法は、前述した実施形態と類似しているので、相違点だけを説明する。この実施形態において、導電性コア１１６は、図１３及び図１４に関して上述されたように、中央通路６５の形状に合致する。より具体的には、電極１１０が、アクセス可能な中央通路６５に適用される。例えば、中央通路６５は、電気化学的加工方法を実行する前にキャップが取り除かれる。中央通路６５の寸法が大きいため、この実施形態は、該中央通路６５内の表面積を増加させ、乱流を促進させることによって、羽根翼形部６０の対流熱伝達を高める。この方法は、単一の中央通路構成（図３）及び多数の中央通路構成（図１２）を有する羽根翼形部６０に等しく適用することができる。
【００４３】
１つの実施形態によると、翼形部はタービンブレード翼形部１０である。この実施形態においては、図２に示すように、冷却通路２０１は、本体１６を貫通して先端部１２と根元部１４との間に延びる半径方向冷却通路３０である。更に、先端部１２は、少なくとも１つの出口孔１８を含み、該出口孔は、半径方向冷却通路に接続され、冷却媒体が該半径方向冷却通路を通って流れた後に翼形部から該冷却媒体を吐出するように構成される。溝パターン３９が、半径方向冷却通路３０の内面３６上に形成される。より一般的なタービンブレード翼形部の実施態によると、タービンブレード翼形部１０は、例えば図２に示すように、多数の半径方向冷却通路３０を含む。これに対応して、例えば図１及び図２に示すように、多数の出口孔１８が先端部１２に形成される。溝パターン３９は、各々の半径方向冷却通路３０の内面３６上に形成される。有利なことに、この実施形態によるブレード翼形部１０は、滑らかな半径方向冷却通路１０１を有するブレード翼形部１０と比べて著しく低い作動温度を有する。例えば、この温度差が摂氏４０度を超えることがある。この温度差により、ブレード翼形部についての耐用年数が大幅に増加される（同じ冷却媒体流量に対して）か、又は冷却媒体流量の減少によってエンジン効率が増加されるかのいずれかとなる。
【００４４】
別の実施形態によると、翼形部は、前縁５２と後縁５０とを有するタービンブレード翼形部６０である。この実施形態において、例示的な冷却通路２０１は、吐出孔６４の内面３６上に形成された溝パターン３９を有する前縁５２に形成された吐出孔６４である。図４に示すように、この吐出孔６４は、羽根翼形部６０から冷却媒体を吐出するように構成される。別の例示的な冷却通路２０１は、吐出孔６６の内面３６上に形成された溝パターン３９を有する後縁５０に形成された吐出孔６６である。図４に示すように、吐出孔６６は、羽根翼形部６０から冷却媒体を吐出するように構成される。より一般的な実施形態によると、例えば図４に示すように、タービン羽根翼形部６０は、前縁５２にある多数の吐出孔６４を含む。溝パターン３９は、各々の吐出孔６４の内面３６上に形成される。別の一般的な実施形態によると、例えば図４に示すように、タービン羽根翼形部６０は、後縁５０にある多数の吐出孔６６を含む。溝パターン３９は、各々の吐出孔６６の内面３６上に形成される。後縁５０は一般的に狭いため、後縁５０を冷却することは困難である。従って、溝パターン３９を有する吐出孔６６を組み入れることは、上述の溝パターン３９による冷却の利点を考慮すると特に有益である。即ち、この実施形態の羽根翼形部６０は、同じ冷却媒体流量の場合には、滑らかな吐出孔を有する羽根翼形部に比べて低温のままであり、該翼形部により長い耐用年数がもたらされる。或いは、取り出される冷却媒体の必要量が少なくなり、エンジン効率が改善される。
【００４５】
更に別の実施形態によると、冷却通路２０１は、活性化された冷却通路（同じく参照符号２０１によって示される）である。例えば、活性化された冷却通路２０１は、既存の冷却通路１０１上に上述の電気化学的加工方法を用いて形成される。
【００４６】
ここでは本発明の特定の態様のみを示し説明してきたが、当業者であれば多くの修正及び変更を想い付くであろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の技術思想に含まれるそのような修正及び変更の全てを保護しようとしていることを理解されたい。
【００４７】
特許請求の範囲に示される参照符号は、本発明の技術的範囲を制限するためではなく、本発明を容易に理解するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  多数の半径方向冷却通路を含む、タービンブレード翼形部の斜視図。
【図２】  半径方向冷却通路を含む、図１のブレード翼形部の断面図。
【図３】  翼形部の後縁及び前縁に形成された多数の吐出孔を含む、タービン羽根翼形部の斜視図。
【図４】  吐出孔を含む、図３の羽根翼形部の断面図。
【図５】  電気化学的加工によって活性化された冷却通路を形成するために該冷却通路内に配置されている本発明の電極の実施形態の概略図。
【図６】  線１に沿って切り取った、図５の電極の断面図。
【図７】  図５の電極についての、中実電極の実施形態を示す図。
【図８】  本発明の電極及び方法の実施形態を用いて形成された活性化された冷却通路の断面図。
【図９】  連続するフィンの実施の形態による、活性化された冷却通路の内面上に形成された溝パターンを示す、図８に示される活性化された冷却通路の部分断面図。
【図１０】  断続したフィンの実施形態による、この実施形態についての溝パターンを示す、図８に示される活性化された冷却通路の部分断面図。
【図１１】  図８乃至図１０に示される、フィン及び溝の拡大図。
【図１２】  羽根翼形部を冷却するための２つの中央通路を有する羽根翼形部の断面図。
【図１３】  図３の羽根翼形部の中央通路を活性化させるための、別の電極の実施形態を示す図。
【図１４】  図３の羽根翼形部の中央通路によって囲まれる、図１３の電極の断面図。
【符号の説明】
１０、６０  翼形部
３６  冷却通路の内面
１０１  冷却通路
１０４  栓
１１０  電極
１１６  導電性コア
１１８  絶縁皮膜
１２０  入口
１２２  出口穴
１３０  端部
１３３  スペーサ部分
１４０  先端部
１５０  導電性ストリップ
１６０  絶縁部分
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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