JP2013522526A - 少なくとも１つのプラットフォームを有しているタービンブレード又はタービン羽根を再仕上げするための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのプラットフォーム側面（９，１１）が腐食攻撃に起因して標準寸法より小さくなった、少なくともプラットフォーム（７）を有している、タービンブレードを再生するための方法に関する。当該方法では、プラットフォーム（７）の目標寸法が、材料（１２）を塗布した後にプラットフォーム（７）が標準寸法より大きくなり、その後にプラットフォーム（７）が少なくとも１つのプラットフォーム側面（９，１１）を機械加工することによって目標寸法となるように、材料を少なくとも１つのプラットフォーム側面（９，１１）に塗布することによって再生される。材料（１２）は、溶着促進層の材料に塗布される。

Description

本発明は、少なくとも１つのプラットフォームを有しているタービンブレード又はタービン翼を再仕上げするための方法、特にガスタービンブレード又はガスタービン翼として形成されているタービンブレード又はタービン翼を再仕上げするための方法に関する。

ガスタービンでは、液体燃料又はガス燃料が燃焼室内で燃焼され、燃焼中に生成される高圧高温のガスが、タービンに供給され、当該タービンでは、当該高圧高温のガスが、膨張工程及び冷却工程によってタービンのロータブレードを加速させる。この場合には、ロータブレードの加速は案内羽根によって最適化される。

高温の燃焼ガスは強い酸化作用及び強い腐食作用を有しているので、タービンブレード又はタービン羽根は、特に高温のガスが特に周囲を流れているタービンブレード又はタービン羽根から成る第１の列のタービンブレード又はタービン羽根は、高温に耐えることができる超合金から作られており、さらには、遮熱コーティングシステムによってコーティングされているので、高温のガス中における酸化作用及び腐食作用に対するタービンブレード又はタービン羽根の耐性が一層高められている。一般に、このような遮熱コーティングは、セラミック遮熱コーティングであり、タービンブレード又はタービン羽根を成す超合金材料に溶着促進層を介して結合されている。一般的な溶着促進層は、いわゆるＭＣｒＡｌＸ層である。ここで、Ｍは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、又はこれら金属の組み合わせを表わす。Ｘは、活性元素であり、イットリウム（Ｙ）及び／又はケイ素（Ｓｉ）及び／又は少なくとも１つの希土類元素又はハフニウム（Ｈｆ）を表わす。このような合金は、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４に開示されている。

当該合金が高温のガスによる攻撃に対して高い耐性を有しているにもかかわらず、運転負荷によって、その結果として発生する高温下における酸化によって、腐食がタービンブレード又はタービン羽根に発生する。また、このことはタービンブレード又はタービン羽根に悪影響を及ぼす。従って、所定の時間が経過した後に、タービンブレード又はタービン羽根が再仕上げ工程を受ける必要がある。再仕上げ工程では、ガスタービン内で再利用するために、コーティングが取り除かれ、腐食によって損傷した部分は補修され、その後にタービンブレード又はタービン羽根が再コーティングされる。

しかしながら、特に最も高温の燃焼ガスが通過するタービン段において、一般には最初の２段のタービン段において、腐食攻撃に起因して、プラットフォームの側面が基準寸法より小さくなってしまう。

特許文献５は、タービンブレード又はタービン羽根の後縁の領域における腐食によって損傷したプラットフォームの領域を取り除き、その後に、積層溶着した後に正しい寸法となるように研削することによって、取り除かれた領域を復元することを開示している。基準寸法より小さくなったプラットフォームの側面は、原理上、このようにして構築される。しかしながら、超合金材料の上に積層溶着することは困難である。特に、超合金材料の望ましくない構造的特性、すなわち材料を弱化させる特性が、加熱されることによって顕在化する。

欧州特許第０４８６４８９号明細書 欧州特許第０７８６０１７号明細書 欧州特許第０４１２３９７号明細書 欧州特許第１３０６４５４号明細書 欧州特許出願公開第１８０８２６６号明細書 欧州特許第１２０４７７６号明細書 欧州特許出願公開第１３０６４５４号明細書 欧州特許出願公開第１３１９７２９号明細書 国際公開第９９／６７４３５号 国際公開第００／４４９４９号 欧州特許出願公開１３０６４５４号明細書 米国特許出願公開６０２４７９２号明細書 欧州特許出願公開第０８９２０９０号明細書

従って、本発明の目的は、少なくとも１つのプラットフォームを有しているタービンブレード又はタービン羽根を再仕上げするための、優位な方法を提供することである。
当該目的は、請求項１に規定されるタービンブレード又はタービン羽根を再仕上げするための方法によって達成される。従属請求項は、本発明の優位な構成を含んでいる。

腐食攻撃に起因して少なくとも１つのプラットフォームの側面において寸法が基準寸法より小さくなっている、少なくとも１つのプラットフォームを有しているタービンブレード又はタービン羽根を再仕上げするための、本発明における方法では、材料を塗布した後のプラットフォームの寸法が基準寸法より大きくなるように、少なくとも１つのプラットフォームの側面に材料を塗布した後に、当該少なくとも１つのプラットフォームの側面を機械加工することによって、プラットフォームを所望の寸法とすることによって、プラットフォームの所望の寸法が復元される。本発明では、溶着促進層の材料によって、材料の塗布が可能となる。このような材料としては、特にＭＣｒＡｌＸ材料が挙げられる。

例えば積層溶着の場合には、高い熱伝導が超合金材料に対して発生するが、本発明のように溶着促進材料、特にＭＣｒＡｌＸ材料を塗布することによって、そのような高い熱伝導が発生しないので、本発明は積層溶着と比較して優位である。側面が積層されているので、溶着促進材料によって塗布した場合における超合金材料の微細構造は、積層溶着によって塗布した場合における超合金材料の微細構造ほど乱されない。さらに、材料の塗布が、タービンブレード又はタービン羽根を再コーティングするプロセスに組み込まれている場合がある。遮熱コーティングシステムを再塗布する場合に、溶着促進層も塗布されるからである。従って、本発明における方法は、費用効率が高く簡易な手法によって、運転時に圧力を加えられたタービンブレード又はタービン羽根におけるプラットフォームの側面の寸法を所望の寸法に復元することができるので、その結果として、運転時に圧力を加えられたタービンブレード又はタービン羽根の不良品率を低減することができる。

本発明における方法では、特に溶着促進剤を繰り返し塗布することによって材料の塗布が可能となる。特に溶着促進材料が繰り返し塗布されている場合には、材料の塗膜が少なくとも１０μｍ、好ましくは３０μｍとなる。

溶着促進材料を超合金材料に良好に結合させるために、溶着促進材料を塗布した後に接着熱処理が実施される。

本発明における方法では、特にタービンブレード又はタービン羽根のプラットフォームの反対側に配設された２つの表面について、材料の塗布及び機械加工が実施される。具体的には、腐食によって基準寸法より小さくなった領域が、タービンブレード又はタービン羽根のプラットフォームの反対側に配設された２つの側面に同時に発生する場合がある。

一般に、タービンブレード又はタービン羽根は中心軸線を有している。従って、材料を塗布した後に、再びプラットフォームが中心軸線に関して所望の寸法となるように、プラットフォームの側面を機械加工する場合に、このことは優位である。これにより、プラットフォームの幅のみならず、プラットフォームの側面とタービンの主ブレード部分又は主羽根部分との間の距離も、再び所望の寸法とすることができる。この目的を達成するためには、例えばプラットフォームの両側面において少なくとも５つの計測点を調査することによって、プラットフォームの現在の寸法を把握することができる。その後に、現在の寸法に基づいて、機械加工することによって除去する必要がある材料の量が決定される。本願発明では、２つの反対側に位置するプラットフォームの表面は、特に正圧側及び負圧側を有している主ブレード又は主羽根に関連して当該正圧側及び当該負圧側に配置されている、フラットフォームの側面である。ガスタービンの運転中においては、一般に、これら側面は、流入側及び流出側に配置されているプラットフォームの側面より強く、高温のガスによる酸化作用に及びその結果として生じる腐食作用に曝露されている。

本発明における方法では、機械加工として表面研削が実施される。

タービンブレード又はタービン羽根の遮熱コーティングシステムを再生する方法に従って溶着促進材料が塗布される場合には、当該方法は、遮熱コーティングシステムが再生される前に幾つかの層をタービンブレード又はタービン羽根から取り除くステップを備えている。さらに、幾つかの層が取り除かれた後、且つ、遮熱コーティングシステムが再生される前において、ブラスト処理が実施される。特にブラスト処理の対象には、材料が塗布されるプラットフォームの両側面が含まれている。このようなブラスト処理が実施されると、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）のようなブラスト処理剤が表面に照射され、その結果として、表面が粗くなり、塗布すべき溶着促進材料の付着性が改善される。

溶着促進材料は、例えばプラズマ溶射やフレーム溶射等のような溶射プロセスを利用することによって塗布することができる。このようなプロセスは、溶着促進層を塗布するための実施可能なプロセスとして知られているので、基準寸法より小さくなったプラットフォームの両側面に材料を塗布するための容易且つ管理可能な手法で利用可能とされる。

本発明のさらなる特徴、利点、及び特性は、添付図面を参照しつつ、典型的な実施例に関する以下の説明を精読すれば明らかとなる。

ガスタービンの概略的な長手方向における部分断面図である。 例示的なガスタービンの燃焼室の、部分的に断面化された斜視図である。 例示的なタービンブレード又はタービン羽根の斜視図である。 プラットフォームの両側面が腐食された結果として基準寸法より小さくなったタービンブレード又はタービン羽根の概略的な平面図である。 溶着促進材料を塗布している最中の、図４に表わすタービンブレード又はタービン羽根を表わす。 塗布された溶着促進材料を所望の寸法に至るまで研削している最中の、図４に表わすタービンブレード又はタービン羽根を表わす。

図１は、例えばガスタービン１００の長手方向における部分的な断面図である。

ガスタービン１００の内部には、シャフト１０１が回転軸線１０２を中心として回転可能なように取り付けられている、シャフト１０１を具備するロータ１０３が配設されている。ロータ１０３は、タービンロータとも呼称されている。
吸気ハウジング１０４と、コンプレッサ１０５と、例えば一のトロイダル燃焼室１１０、特に同軸に配置された複数のバーナー１０７を具備する環状燃焼室と、タービン１０８と、排出ガスハウジング１０９とが、ロータ１０３に沿って順番に配設されている。
環状燃焼室１１０は、例えば一の高温のガスのための環状流路１１１と連通しており、環状流路１１１では、例えば４つの連続するタービン段がタービン１０８を形成している。
タービン段１１２それぞれが、例えば２つのタービンブレードリング又はタービン羽根リングから形成されている。作動媒体１１３の流れる方向で見ると、高温のガスのための環状流路１１１では、一列の案内羽根１１５がロータブレード１２０から成る列１２５と隣接している。
案内羽根１３０は、ステータ１４３の内部ハウジング１３８に固定されており、列１２５のロータブレード１２０が、例えばタービンディスク１３３を介して、ロータ１０３に装着されている。
発電機（図示しない）は、ロータ１０３に結合されている。

ガスタービン１００が動作している際には、コンプレッサ１０５が吸気ハウジング１０４を通じて空気１３５を吸引し、空気１３５を圧縮する。コンプレッサ１０５のタービン側の端部において生成された圧縮空気がバーナー１０７に至り、圧縮空気が燃料と混合される。その後に、厚縮空気と燃料との混合体が燃焼室１１０内で燃焼され、作動媒体１１３を形成する。作動媒体１１３は、当該燃焼室から、高温のガスのための環状流路１１１に沿って、案内羽根１３０及びロータブレード１２０を通過して流れる。作動媒体１１３は、ロータブレード１２０において膨張され、当該ロータブレードの運動量に変換され、これにより順番に、ロータブレード１２０がロータ１０３を駆動させ、ロータ１０３が自身に結合されている発電機を駆動させる。

ガスタービン１００が運転している際には、高温の作動媒体１１３に対して曝露している構成部品には、熱応力が作用する。作動媒体１１３の流れ方向で見ると、環状燃焼室１１０の内側を覆っている遮熱要素と共に、第１のタービン段１１２の案内羽根１３０及びロータブレード１２０には、最も大きい熱応力が作用する。

遮熱要素は、当該環状燃焼室内の温度に耐えることができるように、冷却剤によって冷却される場合がある。

さらに、構成部品の基材は方向性構造を有している。すなわち、構成部品の基材は単結晶形態（ＳＸ構造）であるか、又は長手方向のみに方向づけられている結晶粒（ＤＳ構造）を有している。

例えば、鉄基超合金、ニッケル基超合金、又はコバルト基超合金が、構成部品のための材料として、特にタービンブレード１２０又は案内羽根１３０と燃焼室１１０とのための材料として利用される。
例えば特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、又は特許文献１０には、このタイプの超合金が開示されている。

さらに、タービンブレード１２０又は案内羽根１３０には、腐食から保護するためのコーティング（ＭＣｒＡｌＸ：Ｍは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）から成る群のうち少なくとも１つの要素であり、Ｘは、イットリウム（Ｙ）及び／又はケイ素（Ｓｉ）及び／又は少なくとも１つの希土類元素又はハフニウム（Ｈｆ）に代表される活性元素である）が施されている。このタイプの合金は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、又は特許文献１１に開示されている。

また、遮熱コーティングは、例えばＺｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２から成るＭＣｒＡｌＸ上に施すことができる。すなわち、遮熱コーティングは、酸化イットリウム及び／又は酸化カルシウム及び／又は酸化マグネシウムによって、不安定化及び／又は部分的に安定化及び／又は完全に安定化させることができる。

柱状粒子が、例えば電子ビームを利用した物理的気相成長法（ＥＢ−ＰＶＤ）のような適切なコーティング方法によって遮熱コーティング内に生成される。

案内羽根１３０は、タービン１０８の内部ハウジング１３８に面している案内羽根の根元部（図示しない）と、案内羽根の根元部の反対側の端部に位置している案内羽根の先頭部とを有している。案内羽根の先頭部は、ロータ１０３に面しており、ステータ１４３の固定リング１４０に固定されている。

図２は、ガスタービンの燃焼室１１０を表わす。
燃焼室１１０は、例えば環状燃焼室として知られている構成要素として構成されている。環状燃焼室内には、火炎１５６を発生させる多数のバーナー１０７が、共通する燃焼室空間１５４を貫通している回転軸線１０２を中心として周方向に配置されている。この目的を達成するために、燃焼室１１０全体が回転軸線１０２を中心として位置決めされている環状構造体とされる。

燃焼室１１０は、比較的高い効率を達成させるために、約１０００℃〜約１６００℃という比較的高温の作動媒体Ｍのために構成されている。材料にとって望ましくない当該運転パラメータであっても比較的長い耐用寿命を実現するために、燃焼室壁１５３は、作動媒体Ｍに面している側に、遮熱要素１５５から成る内層を備えている。

合金から作られている遮熱要素１５５はそれぞれ、作動媒体側に、特に耐熱性保護層（ＭＣｒＡｌＸ層及び／又はセラミックコーティング）を備えているか、又は高温に耐えることができる材料（中実のセラミック製煉瓦）から作られている。
これら保護層は、タービンブレード又はタービン羽根に類似している場合がある。すなわち、これら保護層が、例えばＭＣｒＡｌＸから作られている場合がある。ＭＣｒＡｌＸにおいて：Ｍは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）から成る群のうち少なくとも１つの要素であり、Ｘが、イットリウム（Ｙ）及び／又はケイ素及び／又は少なくとも１つの希土類元素又はハフニウム（Ｈｆ）に代表される活性元素である。特許文献１、特許文献２、特許文献３、又は特許文献１１から、このタイプの合金が知られている。

また、例えばセラミック製の遮熱コーティングが、例えばＺｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２から成るＭＣｒＡｌＸ上に施されている場合がある。すなわち、遮熱コーティングは、酸化イットリウム及び／又は酸化カルシウム及び／又は酸化マグネシウムによって、不安定化及び／又は部分的に安定化及び／又は完全に安定化させることができる。

柱状粒子は、例えば電子ビームを利用した物理的気相成長法（ＥＢ−ＰＶＤ）のような適切なコーティング方法によって遮熱コーティング内に生成される。
他のコーティング方法としては、例えば大気プラズマ溶射法（ＡＰＳ）、ＬＰＰＳ、ＶＰＳやＣＶＤが挙げられる。遮熱コーティングには粒子が含まれている。当該粒子は、耐熱衝撃性を改善するために、多孔性を有しているか、又は微視亀裂若しくは巨視亀裂を有している。

再仕上げは、これらコーティング方法を利用した後に（例えばサンドブラストによって）遮熱要素１５５から保護層を取り除く必要がある場合があることを意味する。その後に、腐食層及び／又は酸化層と生成物とが取り除かれる。適切な場合には、遮熱要素１５５中の亀裂も修復される。続いて、遮熱要素１５５が再コーティングされ、その後に、遮熱要素１５５が再利用可能となる。

さらに、燃焼室１１０内部の高温を考慮して、冷却システムが、遮熱要素１５５及び／又はその保持要素に設けられている。この場合には、遮熱要素１５５は、例えば中空であり、燃焼室空間１５４を貫通している冷却用穴（図示しない）も有している場合がある。

図３は、長手方向軸線１２１に沿って延在しているターボ機械のロータブレード１２０又は案内羽根１３０の斜視図である。

ターボ機械は、航空機のガスタービン、発電するための発電所のガスタービン、蒸気タービン、又はコンプレッサとされる場合がある。

ロータブレード１２０又はロータ羽根１３０は、長手軸線１２１に沿って順番に、固定領域４００と、隣接しているブレード領域又は羽根領域４０３と、ブレード本体又は羽根本体４０６と、ブレード先端部又は羽根先端部４１５とを有している。案内羽根１３０として、案内羽根１３０は、その羽根先端部４１５に、さらなるプラットフォーム（図示しない）を有している場合がある。

ブレード根元部又は羽根根元部１８３は、ロータブレード１２０，１３０をシャフト又はディスク（図示しない）に固定するために利用され、固定領域４００内に形成されている。

ブレード根元部又は羽根根元部１８３は、例えばハンマーヘッド状（hammerhead）の形態とされる。他の構成としては、例えばモミの木状（fir-tree）の根元部やダブテール状（dovetail）の根元部が挙げられる。

ロータブレード１２０又はロータ羽根１３０は、ブレード本体又は羽根本体４０６を通過して流れる媒体のための、前縁４０９及び後縁４１２を有している。

従来のロータブレード１２０又はロータ羽根１３０の場合には、例えば中実の金属材料、特に超合金が、ロータブレード１２０又はロータ羽根１３０のすべての領域４００，４０３，４０６で利用されている。

このタイプの超合金は、例えば特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、又は特許文献１０に開示されている。

この場合には、ロータブレード１２０又はロータ羽根１３０は、方向性凝固を利用した型成形プロセスによって、鍛造プロセスによって、圧延プロセスによって、又はこれらプロセスの組み合わせによって製造可能とされる。

１つ以上の単結晶構造から成るワークピースが、動作中に高い機械的応力、熱応力、及び／又は化学的ストレスを受ける機械についての構成部品として利用される。

このタイプの単結晶構造から成るワークピースは、例えば溶融体を方向性凝固することによって生成される。このことは、液体金属合金を凝固又は方向性凝固させることによって単結晶構造体すなわち単結晶構造から成るワークピースを形成する、型成形プロセスを必要とする。
この場合には、樹脂状結晶が、熱流の方向に沿って方向付けられており、柱状結晶構造の粒子（すなわち、ワークピースの全長に亘って延在している粒子、本明細書では、方向性凝固された粒子と慣用的に呼称される粒子）、又は単結晶構造体のいずれかを形成している。言い換えれば、ワークピース全体が一の単結晶から成る。これらプロセスでは、球状凝固（多結晶凝固）に遷移することを回避することが必要とされる。無方向性成長が、方向性凝固された成分又は単結晶の成分の好ましい性質を無効にする、横方向及び長手方向の粒界を必然的に形成するからである。

本明細書では、方向性微細構造体について一般論として言及されているにすぎないので、方向性凝固された微細構造体は、粒界を全く有していないか、又はせいぜい小角粒界を有している単結晶と、長手方向に延在した粒界を有しているが、横方向の粒界を全く有していない柱状結晶構造体との両方を意味するものとして理解すべきである。結晶構造体のこのような第２の形態も、方向性凝固された微小構造体（方向性凝固された構造体）として言及されている。
このタイプのプロセスは、特許文献１２及び特許文献１３に開示されている。

同様に、タービンブレード１２０又は案内羽根１３０には、例えば腐食又は酸化から保護するためのコーティング（ＭＣｒＡｌＸ：Ｍは、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、及びニッケル（Ｎｉ）から成る群から選定された少なくとも１つの要素であり、Ｘは、イットリウム（Ｙ）及び／又はケイ素（Ｓｉ）及び／又は少なくとも１つの希土類元素又はハフニウム（Ｈｆ）に代表される活性元素である）が施されている。このタイプの合金は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、又は特許文献１１に開示されている。
これら合金の密度は、好ましくは理論密度の９５％である。

酸化アルミニウムから成る保護層（ＴＧＯ：熱成長酸化物から成る層）が、（中間層又は最外層として）ＭＣｒＡｌＸ層上に形成されている。

好ましくは、当該酸化アルミニウムから成る保護層が、成分として、Ｃｏ−３０Ｎｉ−２８Ｃｒ−８Ａｌ−０．６Ｙ−０．７Ｓｉ又はＣｏ−２８Ｎｉ−２４Ｃｒ−１０Ａｌ−０．６Ｙを有している。これらコバルト基の保護コーティングに加えて、例えばＮｉ−１０Ｃｒ−１２Ａｌ−０．６Ｙ−３Ｒｅ，Ｎｉ−１２Ｃｏ−２１Ｃｒ−１１Ａｌ−０．４Ｙ−２ＲｅやＮｉ−２５Ｃｏ−１７Ｃｒ−１０Ａｌ−０．４Ｙ−１．５Ｒｅのようなニッケル基の保護層を利用することが望ましい。

好ましくは、最外層である遮熱コーティングが、例えばＺｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２から成るＭＣｒＡｌＸ上に施されている。すなわち、遮熱コーティングが、酸化イットリウム及び／又は酸化カルシウム及び／又は酸化マグネシウムによって、不安定化及び／又は部分的な安定化及び／又は完全な安定化されている場合がある。
遮熱コーティングは、ＭＣｒＡｌＸ層全体を覆っている。

柱状粒子は、例えば電子ビームを利用した物理的気相成長法（ＥＢ−ＰＶＤ）のような適切なコーティング方法によって遮熱コーティング内に生成される。

他のコーティング方法としては、例えば大気プラズマ溶射法（ＡＰＳ）、ＬＰＰＳ、ＶＰＳやＣＶＤが挙げられる。遮熱コーティングには粒子が含まれている。当該粒子は、耐熱衝撃性を改善するために、多孔性を有しているか、又は微視亀裂若しくは巨視亀裂を有している。従って、遮熱コーティングが、ＭＣｒＡｌＸ層より高い多孔性を有していることが望ましい。

再仕上げは、これらコーティング方法を利用した後に（例えばサンドブラストによって）ロータブレード１２０及びロータ羽根１３０から保護層を取り除く必要がある場合があることを意味する。その後に、腐食層及び／又は酸化層と生成物とが取り除かれる。適切な場合には、ロータブレード１２０及びロータ羽根１３０中の亀裂も修復される。続いて、ロータブレード１２０及びロータ羽根１３０が再コーティングされ、その後に、ロータブレード１２０及びロータ羽根１３０が再利用可能となる。

ロータブレード１２０又はロータ羽根１３０は、中空状の形態又は中実状の形態とされる。ロータブレード１２０又はロータ羽根１３０を冷却する場合には、ロータブレード１２０又はロータ羽根１３０は中空構造であり、（破線で示す）フィルム冷却孔４１８も有している場合がある。

図４は、腐食したタービンブレード又はタービン羽根の概略図である。図４は、負圧側表面３と正圧側表面５とブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７とを有している、ブレード本体又は羽根本体１を表わす。運転時に作用する荷重及びその結果としての高温による酸化作用に起因する腐食攻撃に鑑みて、ブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォームが、負圧側プラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１の両方において基準寸法より小さくなる。プラットフォーム７の理想的な寸法は、図面において破線で示されている。この点において、腐食に起因して基準寸法より小さくなった状態は、図面の明瞭性を高めるために誇張して図示されている。一般には、ブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７の側面９，１１以外の、タービンブレード又はタービン羽根の領域も腐食されているが、図面を無用に複雑化しないように図示されていない。ガスタービンの運転中における劣悪な周囲状況によって腐食されたタービンブレード又はタービン羽根は、本発明によって再仕上げされるので、ブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォームの理想的な寸法が、特に腐食された側面９，１１において復元される。

本発明の典型的な実施例では、所望の寸法に復元することが、新しい遮熱コーティングシステムをタービンブレード又はタービン羽根に適用するための手順に部分的に組み込まれている。このために、最初に、例えば適切な解決手段及び／又は適切なブラスト処理プロセスによって、古いコーティングがタービンブレード又はタービン羽根から取り除かれ、その後に、酸化残留物を取り除くために、ロータブレード又はロータ羽根が清浄される。続いて、例えば酸化アルミニウム粒子（Ａｌ_２Ｏ_３，コランダム）を利用したブラスト処理が実施され、これにより表面が粗くなる。その後に、このように下準備されたタービンブレード又はタービン羽根をコーティング装置内部に導入した後に、ブレード本体又は羽根本体１と、遮熱コーティングシステムを具備する高温負荷経路に向かって面しているブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７の表面１３とをコーティングする。この点において、従来技術では、通常、ブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７の両側面は被覆されているか又は覆われている。当該プラットフォームは遮熱コーティングシステムを備えるように構成されていないからである。しかしながら、本発明におけるプロセスでは、負圧側フラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１は、被覆されていなければ覆われてもおらず、その代わりに何も処理が施されていない。これにより、コーティング材料を負圧側フラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１に塗布することができる。

コーティング方法では、当該実施例ではＭＣｒＡｌＸ層の形態をした溶着促進層を塗布するステップが、最初に実施される。例えばプラズマ溶射やフレーム溶射のような溶射プロセスを利用することによって、溶着促進層が塗布される。ＭＣｒＡｌＸ材料は、ブレード本体又は羽根本体１とブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７の上側表面とのみならず、負圧側プラットフォーム側面９と正圧側プラットフォーム側面１１とにも塗布される。

図５は、概略的に表わすスプレーノズル１５によって実施される溶射プロセスを表わす。しかしながら、他の領域とは異なり、ＭＣｒＡｌＸ材料から成る複数の層が、負圧側プラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１に塗布され、各層の最小厚さは、１０μｍ、好ましくは３０μｍとされる。プラットフォーム７の寸法が、図４〜図６において破線で示すプラットフォーム７の理想的な寸法を越えるまで、ＭＣｒＡｌＸ材料１２が、負圧側プラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１に層状に塗布される。図５は、負圧側プラットフォーム側面９について、このような状態を表わす一方、正圧側プラットフォーム側面１１について、ＭＣｒＡｌＸ材料１２がスプレーノズル１５によって層状に噴霧されていることを表わす。

ＭＣｒＡｌＸ材料１２から成る非常に多数の層が、負圧側プラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１の両方に塗布され、これにより負圧側プラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１の両方について、その寸法が理想的な寸法を越えた場合には、好ましい接着熱処理（bonding heat treatment）が実施され、これによりタービンブレード又はタービン羽根の超合金材料に対する、塗布されたＭＣｒＡｌＸ材料１２の接着性が向上する。続いて、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）のような遮熱コーティングがＭＣｒＡｌＸ層に塗布される。遮熱コーティングの構造は、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）によって少なくとも部分的に安定化される。遮熱コーティングは、特にブレード本体又は羽根本体１とプラットフォーム７の表面１３とに塗布される。しかしながら、本発明では、遮熱コーティングが負圧側プラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１に塗布されたＭＣｒＡｌＸ材料１２にも塗布された場合であっても、その効果が損なわれることはない。上述のように、負圧側プラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１が塗装又は被覆されていないので、このようことは回避することができない場合がある。しかしながら、代替的には、蒸着によって遮熱コーティングを生成することもできる。

遮熱コーティングがタービンブレード又はタービン羽根に塗布されると、タービンブレード又はタービン羽根はコーティング装置から取り外され、機械加工装置内に固定される。その後、当該典型的な実施例では、当該機械加工装置内において、基準寸法より大きな負圧側プラットフォーム側面及び正圧側プラットフォーム側面が研削加工によって機械仕上げされる。当該実施例では、タービンブレード又はタービン羽根は、タービンブレード又はタービン羽根の中心軸線Ａが固定装置の中心軸線と一致するように固定されている。タービンブレード又はタービン羽根は、タービンブレード又はタービン羽根が所定の空間内において中心軸線Ａに関して自由に位置決めされるように、すなわち３６０°に亘って回転可能とされるように、研削するために固定される。

その後に、正圧側プラットフォーム側面９及び負圧側プラットフォーム側面１１それぞれについて少なくとも５つの計測点をサンプリングすることによって、ブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７の現在の幅ｂが得られる。その後に、コンピュータプログラムは、ＭＣｒＡｌＸ材料が塗布されたブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７を所望の寸法にするために必要な、材料の除去量を計算するために利用される。この場合には、負圧側プラットフォーム側面９及び正圧側プラットフォーム側面１１について計算された、機械加工による除去量は、タービンブレード又はタービン羽根７の中心軸線Ａに基づいて決定される。その後に、判明した除去すべき材料が、図６に概略的に表わす研削装置１７を利用して表面を研削することによって除外される（machined off）。研削代が零になる前に、グラインダディスクが取り外され、ツルーイング量が、研削装置のディスク直径に基づいて、プログラムによって補償される。研削プロセスが完了した後に、ブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７の幅ｂは再び所望の寸法となる。

タービンブレード又はタービン羽根が再コーティングされ、且つ、正圧側プラットフォーム側面９及び負圧側プラットフォーム側面１１が再び所望の寸法となると、タービンブレード又はタービン羽根はさらなる運転のためにガスタービン内に再び据え付けられる。

本発明について、説明を目的とする特定の典型的な実施例に基づいて説明した。しかしながら、当該典型的な実施例から逸脱しても良い。例えば、遮熱コーティングシステムをタービンブレード又はタービン羽根に再塗布する工程において、溶着促進材料を塗布することは必ずしも必要ではない。その代りに、溶着促進材料が、独立した工程においてプラットフォーム側面に塗布される場合がある。同様に、正圧側プラットフォーム側面及び負圧側プラットフォーム側面の両方に溶着促進材料を塗布する必要は必ずしもない。一般に、両側面が腐食に起因して標準寸法より小さくなっているが、片方の側面のみが標準寸法より小さくなっている場合もある。この場合には、溶着促進材料を標準寸法より小さくなった側面に塗布すれば十分である。しかしながら、それにも拘らず、溶着促進材料を顕著に標準寸法より小さくなっていない表面に塗布すること、及び、その後に溶着促進材料を研削することも、プラットフォーム側面を改善された表面構造とするために望ましい。

１ ブレード本体（羽根本体）
３ 負圧側表面
５ 正圧側表面
７ ブレードプラットフォーム（羽根プラットフォーム）
９ 負圧側プラットフォーム側面
１１ 正圧側プラットフォーム側面
１２ ＭＣｒＡｌＸ材料
１３ 表面
１５ スプレーノズル
１００ ガスタービン
１０１ シャフト
１０２ 回転軸線
１０３ ロータ
１０４ 吸気ハウジング
１０５ コンプレッサ
１０７ バーナー
１０８ タービン
１０９ 排出ハウジング
１１０ 環状燃焼室
１１１ 高温のガスのための環状流路
１１２ （第１の）タービン段
１１３ 作動媒体
１１５ 案内羽根
１２０ ロータブレード
１２１ 長手方向
１２５ ロータブレード１１５から成る列
１３０ 案内羽根
１３５ 空気
１３８ 内部ハウジング
１４０ 固定リング
１４３ ステータ
１５３ 燃焼室壁
１５４ 燃焼室空間
１５５ 遮熱要素
１５６ 火炎
４００ 固定領域
４０３ ブレード領域（羽根領域）
４０６ 主ブレード部分（主羽根領域）
４０９ 前縁
４１２ 後縁
４１５ ブレード先端部（羽根先端部）
Ａ タービンブレード又はタービン羽根７の中心軸線
Ｍ 作動媒体
ｂ ブレードプラットフォーム又は羽根プラットフォーム７の幅

Claims (14)

1. 少なくとも１つのプラットフォーム側面（９，１１）が腐食攻撃に起因して標準寸法より小さくなっている、少なくとも１つのプラットフォーム（７）を有しているタービンブレード又はタービン羽根を再仕上げする方法であって、
   前記プラットフォーム（７）が、
   材料（１２）を塗布した後に前記プラットフォーム（７）が標準寸法より大きくなるように、少なくとも１つの前記プラットフォーム側面（９，１１）に前記材料（１２）を塗布し、
   その後に、少なくとも１つの前記プラットフォーム側面（９，１１）について機械加工を実施することによって、前記プラットフォーム（７）を所望の寸法とすることによって、所望の寸法に回復される前記方法において、
   前記材料（１２）が溶着促進層の材料と共に塗布されることを特徴とする方法。
2. 前記材料（１２）の塗布が、前記溶着促進材料を繰り返し塗布することによって実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記溶着促進材料の塗布が繰り返される度に、少なくとも１０μｍの前記材料（１２）が塗布されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記溶着促進層の材料が、ＭＣｒＡｌＸ材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記溶着促進材料を塗布した後に、接着熱処理が実施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記材料（１２）の塗布と前記機械加工とが、２つの反対側に位置する前記プラットフォーム側面（９，１１）において実施されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記タービンブレード又はタービン羽根が、中心軸線（Ａ）を有しており、
   前記プラットフォーム側面（９，１１）を機械加工することによって、前記プラットフォーム（７）が、前記中心軸線（Ａ）を基準とした所望の寸法となることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記プラットフォーム側面（９，１１）の両方において少なくとも５つの測定点を計測することによって、前記プラットフォームの現在の寸法が収集され、
   前記機械加工によって除去する必要がある材料除去量が、前記現在の寸法から決定されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記タービンブレード又はタービン羽根が、正圧側表面（５）と負圧側表面（３）とを具備する、ブレード本体又は羽根本体（１）を有しており、
   互いに反対側に配置されている前記プラットフォーム側面（９，１１）が、前記ブレード本体又は羽根本体に関して前記正圧側表面及び前記負圧側表面に配置されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記機械加工が、表面研削であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 溶着促進材料が、前記タービンブレード又はタービン羽根の遮熱コーティングシステムを再生するために塗布され、
    前記遮熱コーティングシステムが、前記溶着促進層と遮熱コーティングとを備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記前記遮熱コーティングシステムが再生される前に、層が前記タービンブレード又はタービン羽根から除去されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記層が除去された後に、且つ、前記遮熱コーティングシステムが再生される前に、ブラスト処理が実施されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 溶着促進材料が、溶射プロセスを利用することによって塗布されることを特徴とする請求項１〜１３に記載の方法。

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