JP2007064212A - ブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法およびブレード外側エアシール - Google Patents

ブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法およびブレード外側エアシール Download PDF

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Abstract

【課題】点検が容易となる冷却用ミクロ回路をブレード外側エアシールに製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明の方法は、第１の露出した内部壁を有するブレード外側エアシールの第１の部分を形成し、第２の露出した内部壁を有するブレード外側エアシールの第２の部分を形成し、第１および第２の露出した内部壁の少なくとも一方に少なくとも１つの冷却用ミクロ回路を形成するステップをそれぞれ含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブレード外側エアシール（ＢＯＡＳ）の製造方法およびこれにより製造されるブレード外側エアシールに関する。
現在、冷却用ミクロ回路を可能とする技術は、二重壁設計における高融点金属コアに依存するとともにこれにより実現されている。高融点金属コアは、高い溶融温度を有するので、溶融流出によりブレード壁内に複雑なミクロ回路通路を形成する（それ故に二重壁設計と呼ばれる）前にインベストメント鋳造中に処理することが望ましい。
この方法で冷却用ミクロ回路を形成する上での難点の１つは、点検のためにミクロ回路に容易に接近する方法がないことである。
従って、本発明の目的は、点検が容易となる冷却用ミクロ回路をブレード外側エアシールに製造する方法を提供することである。
本発明によると、冷却用ミクロ回路をブレード外側エアシールに製造する方法が提供される。この方法は、第１の露出した内部壁を有するブレード外側エアシールの第１の部分を形成し、第２の露出した内部壁を有するブレード外側エアシールの第２の部分を形成し、第１および第２の露出した内部壁の少なくとも一方に少なくとも１つの冷却用ミクロ回路を形成するステップをそれぞれ含む。
さらに、本発明によると、ブレード外側エアシールが提供される。このブレード外側エアシールは、鋳造された第１の部分と、鋳造された第２の部分と、第１の部分と第２の部分との中間に設けられた少なくとも１つの冷却用ミクロ回路と、第１の部分と第２の部分との間に設けられた接合面中間層と、を含む。
ブレード外側エアシールのための製造可能でかつ点検可能な冷却用ミクロ回路の他の詳細およびそれに付随する目的や利点は、以下の実施形態および相当部および対応部に同一番号を付した添付図面に開示されている。
図を参照すると、図１は、ブレード外側エアシール１２の位置を示すガスタービンエンジン１０の部分説明図である。
図２は、ブレード外側エアシール１２で使用可能な典型的な冷却用ミクロ回路５０を示している。このミクロ回路は単に例示的なものであり、ブレード外側エアシール１２に他の種類のミクロ回路を使用することもできる。ミクロ回路５０は、前縁ミクロ回路５２、後縁ミクロ回路５４、および側方ミクロ回路５６，５８を含む。各々のミクロ回路５２は、１つまたは複数の冷却流体入口６０、複数の内部特徴部６４によって形成された複数の通路６２、および複数の流体出口６６を有する。内部特徴部６４は、所望の形状とすることができる。例えば、内部特徴部６４は、円筒形のペデスタルや楕円形のペデスタルであってもよい。特定のミクロ回路の最適な冷却を得るために、異なる形状の内部特徴部６４を使用して冷却通路６２を形成することができる。
図３は、本発明によるブレード外側エアシール１２に冷却用ミクロ回路５０を形成する方法を示している。まず、ブレード外側エアシール１２が２つの部分７０，７２により形成される。これらの部分７０，７２は、ニッケル基合金、コバルト基合金、鉄基合金、またはチタン基合金などの適切な材料で形成可能であり、好ましくは当該技術分野で周知の適切な技術を用いて、それぞれの内部壁７４，７６が露出する方法で鋳造される。図３で示すように、２つの部分７０，７２は、分割線７８に沿って分離することができる。分割線７８は、ミクロ回路の中央を通るように形成可能である。この場合には、ミクロ回路５０の一部が内部壁７４，７６のそれぞれに形成される。好適実施例では、分割線７８はミクロ回路５０のすぐ上を通過している。分割線７８の位置は、接合面にわたって作用する応力によって決定される。分割線は、このような応力が最小化される位置に配置されることが好ましい。
ミクロ回路５０の内部特徴部６４は、当該技術分野で周知の適切な技術によって内部壁７４，７６の一方または両方に形成される。例えば、内部特徴部６４は、プレアロイ粉末のプラズマ溶射による肉盛とこれに続く表面仕上げの調整により金属基複合材料で製造可能である。選択的に、内部特徴部６４は、熱間加工、平面研削、および最終的な厚さへのケミカルミリングの組合せによって製造することができる。内部壁７４，７８が完全に露出していることにより、耐久性および製造に関して最適な冷却特徴部の追求が可能になる。また、これにより、単一の壁を有する製品にミクロ回路５０を実現することも可能になる。
ミクロ回路が、壁７４，７６の一方のみに形成される場合には、カバープレート８０がミクロ回路上に配置される。カバープレート８０は、ブレード外側エアシールと同じ材料、内部特徴部６４と同じ材料、または当該技術で周知の他の適切な材料で形成可能である。カバープレート８０は、当該技術で周知の適切な接合技術を用いて所定の位置に接合可能である。好ましくは、カバープレート８０を内部特徴部６４に接合するために固相拡散接合プロセスが使用される。
続いて、図４を参照すると、最終的なステップにおいて、当該技術で周知の適切な接合プロセスによって部分７０，７２を接合することにより、ブレード外側エアシール１０が分割線７８に沿って組み立てられる。好適実施例では、部分７０，７２の接合に使用される接合プロセスは、液相拡散接合プロセスであり、このプロセスでは母材の組成に近い合金と融点降下剤を含む中間層の薄膜を提供するフォイル８４を使用して接合面中間層８２が形成される。この薄い中間層８２は、元のブレード片と接合されるとともに加熱されて液相の中間層を生じさせる。一定の温度において、急速な拡散が生じる。これにより、中間層の組成が変化し、一定の温度における接合部の等温凝固が引き起こされる。接合後の熱処理によって、さらに追加の拡散が生じ、理想的に母材とミクロ構造的かつ化学的に同等の接合部が得られる。接合線の再溶融温度は、母材であるブレード材料の融点に匹敵する。また、実際的に、接合領域の機械的特性は母材であるブレード材料とほぼ等しい。分割線７８において結果的に得られる特性が低下するため、分割線の位置は作動応力が最小の箇所に配置される。上述したように、ブレード外側エアシールの分割部は、接合面にわたる応力も最小化される領域に配置されることが好ましい。
図３に示すように、部分７０，７２の鋳造時にはセラミックコア９０が存在する。このセラミックコアは、部分７０，７２の接合後に化学的な技術によって取り除かれることが好ましい。
１つの分割線７８のみを図示したが、ブレード外側エアシールの部分は複数の分割線により分離することもできる。
本発明の方法の主な利点の１つは、ブレード外側エアシールおよびその内部の冷却用ミクロ回路の製造が容易なことである。他の主な利点は、ブレード外側エアシールを組み立てる前に内部の冷却用ミクロ回路を製造および点検することができることである。
ブレード外側エアシールの位置を示す断面図である。 冷却通路用のミクロ回路のコアを示す説明図である。 本発明による分割線構造を用いるミクロ回路の製造方法を示す説明図である。 ブレード外側エアシールの部分を接合する液相拡散接合技術を示す説明図である。
符号の説明
５０…冷却用ミクロ回路
６０…流体入口
６６…流体出口
７０，７２…ブレード外側エアシールの部分
７４，７６…内部壁
７８…分割線
８０…カバープレート
９０…セラミックコア

Claims (17)

  1. ブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法であって、
    第１の露出した内部壁を有するブレード外側エアシールの第１の部分を形成し、
    第２の露出した内部壁を有するブレード外側エアシールの第２の部分を形成し、
    第１および第２の露出した内部壁の少なくとも一方に少なくとも１つの冷却用ミクロ回路を形成するステップをそれぞれ含むことを特徴とするブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  2. 第１の部分と第２の部分とは、鋳造によって形成されることを特徴とする請求項１記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  3. 第１および第２の露出した内部壁のそれぞれに少なくとも１つの冷却用ミクロ回路を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  4. 少なくとも１つの冷却用ミクロ回路を形成するステップは、該少なくとも１つの冷却用ミクロ回路の内部特徴部をプレアロイ粉末のプラズマ溶射による肉盛とこれに続く表面仕上げの調整により金属基複合材料で形成することを含むことを特徴とする請求項１記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  5. 少なくとも１つの冷却用ミクロ回路を形成するステップは、該少なくとも１つの冷却用ミクロ回路の内部特徴部を熱間加工、平面研削、および最終厚さへのケミカルミリングによって形成することを含むことを特徴とする請求項１記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  6. 前記少なくとも１つの冷却用ミクロ回路上にカバーを配置するとともに、該カバーを前記少なくとも１つの冷却用ミクロ回路の内部特徴部に接合することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  7. 前記カバーの接合は、固相拡散接合プロセスを用いて該カバーを前記内部特徴部に接合することを含むことを特徴とする請求項６記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  8. 前記少なくとも１つの冷却用ミクロ回路を形成した後に、第１の部分と第２の部分とを接合することをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  9. 第１の部分と第２の部分との接合は、液相拡散接合技術を用いて少なくとも１つの分割線に沿って第１の部分と第２の部分とを接合することを含むことを特徴とする請求項８記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  10. ブレード外側エアシールに接合後の熱処理を加えて、追加の拡散を生じさせることをさらに含むことを特徴とする請求項９記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  11. 少なくとも１つのミクロ回路を形成するステップは、前縁冷却用ミクロ回路と後縁冷却用ミクロ回路とを含むミクロ回路を形成することを含むことを特徴とする請求項１記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  12. 少なくとも１つのミクロ回路を形成するステップは、少なくとも１つの側方端冷却用ミクロ回路を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載のブレード外側エアシールの冷却用ミクロ回路の製造方法。
  13. 鋳造された第１の部分と、
    鋳造された第２の部分と、
    第１の部分と第２の部分との中間に設けられた少なくとも１つの冷却用ミクロ回路と、
    第１の部分と第２の部分との間に設けられた接合面中間層と、を有することを特徴とするブレード外側エアシール。
  14. 前記少なくとも１つの冷却用ミクロ回路は、前縁ミクロ回路と後縁ミクロ回路とを含むことを特徴とする請求項１３記載のブレード外側エアシール。
  15. 前記少なくとも１つの冷却用ミクロ回路は、少なくとも１つの側方ミクロ回路を含むことを特徴とする請求項１４記載のブレード外側エアシール。
  16. 前記少なくとも１つの冷却用ミクロ回路上に設けられたカバープレートをさらに有することを特徴とする請求項１３記載のブレード外側エアシール。
  17. 前記カバープレートは、前記少なくとも１つの冷却用ミクロ回路に固相拡散接合されていることを特徴とする請求項１６記載のブレード外側エアシール。
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