JP2015013362A - 流体冷却部品のマイクロチャネルを製作する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械部品の表面にマイクロチャネル冷却通路を製造する。【解決手段】機械部品の表面に長尺開口チャネル１５５を形成するステップであって、開口チャネルは、口部及び床部とその間に画定された中間領域とを有する断面プロファイルを備える、ステップと；方向バイアスを有する対応する長尺電極１５０をチャネル内に挿入するステップと；電解加工プロセスにおいて電極を工具片として使用し、開口チャネルの中間領域を拡張するステップと、により、機械部品の表面にマイクロチャネル冷却通路を製造する。【選択図】図７

Description

本明細書に開示される内容は、運転中に高温に曝される、ターボ機械類等の産業機械類に関する。より具体的には、ただし限定的ではなく、対象内容は、具体的にはタービンロータ及びステータブレード等、タービンエンジンの高温ガス路部品における、表面冷却通路及び表面冷却通路の形成に関する。

タービンエンジンにおいて、燃料は圧縮空気と合わせられ、これは一般的に軸流圧縮機によって供給されて、燃焼器内で燃焼されることは、理解されるだろう。燃焼によって放出された熱エネルギーは動力学的に満たされた高温ガスの流れを形成し、これはエンジンのタービンセクション内の翼又はブレードの複数の段を通される。高温ガスは中心シャフトの周りで回転するようにロータブレードを誘導し、これによって燃料の化学エネルギーを回転シャフトの運動エネルギーに変換し、これは後に発電又はその他何らかの目的のための発生器を駆動するために使用されてもよい。

動作温度が高い方が効率が改善するので、常にガス・タービン・エンジンの高温ガス路を通じて温度を上昇させるように奨励される。その結果、エンジンのこの領域を通る高温ガス路部品の弾力性を改善する技術の需要が存在する。しかしながら、その領域を通る極端な熱及び機械負荷並びに利用可能な材料の制限は、更なる利得を実現する挑戦が重要であることを意味している
熱負荷が低減されるやり方の１つは、運転中に部品内で冷却剤を循環させることであり、これは一般的に圧縮機から吹き出される圧縮空気である。この技術の有効性には限界がある。第一に、冷却剤の供給は主要ガス路から分岐する圧縮空気なので、その使用量はエンジンの効率を低下させる。従って、その使用量を可能な限り制限することが推奨される。第二に、ロータブレード及びその他の高温ガス路部品を形成するために使用される鋳造プロセスは、冷却回路が高温の外面にどれほど近く形成され得るかに関して、制限される。これにより、チャネルの冷却効率を低下させる。

この問題に対処する周知のやり方の１つは、その鋳造の後に部品の表面内に、加工された開口チャネルを封入することである。例えば、開口チャネルが形成されて、その後表面被膜によって封入されてもよい。このような場合、チャネルを充填して被膜が硬化する間にこれを支持するために、充填剤が使用されてもよい。一旦硬化すると、部品の表面に非常に近接して位置する中空の封入された冷却チャネルが形成されるように、充填剤はチャネルから浸出される。しかしながら、この方法は一定の成功とともに使用されてきたものの、充填剤／浸出プロセスは時間がかかって高額であり、チャネルは被膜の層のみによって封入されているので耐久性の問題が生じることは、理解されるだろう。

類似の周知の方法において、充填剤を必要とせずに被膜を支持する、部品の表面に狭い頸状部を有する開口チャネルが形成されてもよい。この手法は時間のかかる充填／浸出のプロセスを回避し、その一方でチャネルを封入する被膜の範囲距離が減少するので、部品表面のより狭い頸状部はより耐久性のある製品を作り出す。とはいえ、このタイプのチャネル幾何形状は形成するのが困難であり、加工プロセスを大いに複雑化してその費用を増加させることは、理解されるだろう。

米国特許第８３９５３７２号

このため、高温ガス路部品の表面の近傍に位置する堅牢な冷却通路を製造するための改良されたプロセスの需要が存在する。

このため本願は、機械部品の表面にマイクロチャネル冷却通路を製造する方法において：機械部品の表面に長尺開口チャネルを形成するステップであって、開口チャネルは、口部及び床部とその間に画定された中間領域とを有する断面プロファイルを備える、ステップと；方向バイアスを有する対応する長尺電極をチャネル内に挿入するステップと；電解加工プロセスにおいて電極を工具片として使用し、開口チャネルの中間領域を拡張するステップと、を含む方法を開示する。

本願は、ガス・タービン・エンジンの高温ガス路部品の表面にマイクロチャネル冷却通路を製造する方法であって：非張り出し断面プロファイルを有する開口チャネルを形成するステップと；所望の張り出し断面プロファイルに関連する形成済み開口チャネルの壁内の除去領域及び非除去領域を決定するステップと；電極の方向バイアスが、ａ）形成済み開口チャネルの除去領域の反対側の電気的露出領域、及びｂ）形成済み開口チャネルの非除去領域の反対側の電気的絶縁領域に一致するように、形成済み開口チャネル内に挿入するように電極を構成するステップと；非張り出し断面プロファイルから張り出し断面プロファイルに形成済み開口チャネルを電解加工ために、電極を工具として使用するステップと、を含む方法を、更に開示する。

本願のこれら及びその他の特徴は、図面及び添付請求項と併せて好適な実施形態の以下の詳細な記述を精査すると、明らかになるだろう。

本発明として見なされる対象内容は、本明細書の終わりの請求項において、具体的に指摘され、明確に権利請求される。本明細書の上記及びその他の特徴及び利点は、以下の添付図面と併せて下記の詳細な記述より明らかになる。
ターボ機械システムの実施形態の模式図である。 本発明の実施形態が使用されてもよい、例示的な高温ガス路部品であるタービン・ロータ・ブレードの斜視図である。 従来のチャネルが形成された高温ガス路部品の例示的な表面の斜視図である。 図３のチャネルの断面図である。 図３のチャネルの正面図である。 代替プロファイルを有する従来のチャネルの正面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。 本発明の態様によるマイクロチャネル製作プロセスのステップを描写する断面図である。

詳細な記述は、図面を参照した例示により、利点及び特徴とともに、本発明の実施形態を説明する。

図１は、ガス・タービン・システム１００等のターボ機械システムの実施形態の模式図である。システム１００は、圧縮機１０２、燃焼器１０４、タービン１０６、シャフト１０８、及び燃料ノズル１１０を含む。一実施形態において、システム１００は、複数の圧縮機１０２、燃焼器１０４、タービン１０６、シャフト１０８、及び燃料ノズル１１０を含んでもよい。圧縮機１０２及びタービン１０６は、シャフト１０８によって連結されている。シャフト１０８は、単一のシャフトであってもよく、或いはシャフト１０８を形成するために互いに連結された複数のシャフトセグメントであってもよい。

一態様において、燃焼器１０４は、エンジンを動かすために、天然ガス又は富水素合成ガス等の、液体及び／又は気体燃料を使用する。例えば、燃料ノズル１１０は、空気供給源及び燃料供給源１１２と流体連絡している。燃料ノズル１１０は、空気燃料混合物を生成して空気燃料混合物を燃焼器１０４内に排出し、これによって高温加圧排ガスを生成する燃焼を発生させる。燃焼器１０４は、遷移片を通じて高温加圧ガスをタービンノズル（又は「一段目ノズル」）内に、そしてその他の段のバケット及びノズル内に仕向けて、タービン１０６を回転させる。タービン１０６の回転はシャフト１０８を回転させ、これによって圧縮機１０２内に流れ込む際に空気を圧縮する。一実施形態において、シュラウド、隔壁、ノズル、バケット、及び遷移片を含むがこれらに限定されない高温ガス路部品はタービン１０６内に配置されており、ここで部品を横断する高温ガス流は、タービン部品の変形、酸化、摩耗、及び熱疲労を引き起こす。高温ガス路部品の温度を制御することで、部品の苦痛モードを低減することができる。ガスタービンの効率は、タービンシステム１００の焼成温度が上昇するに連れて向上する。焼成温度が上昇すると、高温ガス路部品は耐用年数に見合うように適切に冷却される必要がある。高温ガス路に近接する領域の冷却のために改良された配置の部品、及びこのような部品を作成する方法は、図２から図１５を参照して以下に詳細に論じられる。以下の議論は主にガスタービンに焦点を当てているものの、論じられる概念はこれに限定されるものではない。

図２は、例示的な高温ガス路部品である、ガスタービン又は燃焼エンジンのタービン内に位置するタービン・ロータ・ブレード１１５の斜視図である。タービンは、高温の燃焼ガス１１６をそこから受け取るために、燃焼器のすぐ下流に実装されていることは、理解されるだろう。軸方向中心軸の周りで軸対称なタービンは、ロータディスク１１７と、放射軸に沿ってロータディスク１１７から半径方向外向きに延在している複数の周方向に離間したタービン・ロータ・ブレード（そのうちの１つのみが図示される）とを含む。環状タービンシュラウド１２０は、静止ステータケーシング（図示せず）に適切に接合されており、運転中の燃焼ガスの漏れを制限する比較的小さいクリアランス又は間隙がその間に残るように、ロータブレード１１５を包囲する。

各ロータブレード１１５は通常、ロータディスク１１７の外周の対応するダブテイルスロット内に実装されるように構成された軸方向ダブテイル等、いずれの従来型形状を有してもよい根元又はダブテイル１２２を含む。中空の翼１２４は、ダブテイル１２２と一体に接合されており、そこから半径方向又は縦方向で外向きに延在する。ロータブレード１１５は、燃焼ガス１１６の半径方向内側流路の一部を画定するために、翼１２４とダブテイル１２２との接合部に設けられた一体型プラットフォーム１２６も含む。ロータブレード１１５は従来のいずれのやり方で形成されてもよく、一般的には１ピース鋳造であることは、理解されるだろう。翼１２４は好ましくは、それぞれ対向する前縁及び後縁１３２及び１３４の間で軸方向に延在する、略凹状の圧力側壁１２８及び周方向又は横方向に反対側の、略凸状の吸入側壁１３０を含むことが、わかるだろう。側壁１２８及び１３０は、プラットフォーム１２６から半径方向外側先端又はブレード先端１３７まで、半径方向にも延在する。多数の表面出口１２１は、翼上に位置してもよく、ロータブレード内を循環している冷却剤の出口を提供してもよい。

更に、圧力及び吸入側壁１２８及び１３０は、その冷却のために翼１２４に冷却空気を通すための少なくとも１つの内部フローチャンバ又はチャネルを画定するため、翼１２４の半径方向全範囲にわたって周方向に離間している。冷却空気は通常、従来のいずれかのやり方で、圧縮機から吹き出される。翼１２４の内側は、例えば冷却空気の有効性を強化するために様々な撹拌器を内蔵する曲がりくねったフローチャネルを含む、いずれの構成を有してもよく、冷却空気は従来のフィルム冷却孔及び／又は後縁排出孔等、翼１２４の様々な孔を通じて排出される。このような内部冷却通路は、内部冷却通路を形成された表面チャネルに接続する通路を加工することを通じて、本発明の表面冷却チャネルと併せて構成又は使用されてもよいことは、理解されるだろう。これは従来のいずれかのやり方で行われてもよい。加えて、以下により詳細に論じられるように、本発明による表面チャネルは、表面チャネルが封入されると、加圧された冷却剤が表面チャネル内で冷却剤の流れを強制するように、既存の冷却剤出口と交差するように形成されてもよい。既述のように、図２のロータ・ブレード・アセンブリは例示的であり、その他のタービン部品又はその他の産業機械類の部品での本発明の使用を除外するように意図されるものではない。図２のロータブレード１１５の場合、本発明の表面冷却チャネルが、例えば翼、固定翼、プラットフォーム、シュラウド、端壁、ブレード先端等を含む、タービンを通る流路の高温ガスと接触するいずれの部品に採用されてもよいことは、理解されるだろう。

上記で論じられたように、マイクロチャネル冷却は、冷却を表面加熱帯に可能な限り近付けることによって、冷却要件を著しく減少させ、こうして任意の熱伝達率で高温側と低温側との温度差を縮小する可能性を有する。しかしながら、マイクロチャネルを形成する現在の技術は一般的に、堆積の間に被膜を支持するために、被膜がマイクロチャネル内に堆積されないようにするための犠牲充填剤の使用、並びに被膜システムの堆積後の犠牲充填剤の除去を、必要とする。しかしながら、充填剤物質によるチャネルの充填、及びこの物質のその後の除去のいずれも、現在のマイクロチャネル処理技術の潜在的な問題を呈する。例えば、充填剤は、収縮が最小でありながら基板及び被膜と適合し、更に十分な強度も有していなければならない。犠牲充填剤の除去は、浸出、エッチング、又は蒸発の、損傷可能性のあるプロセスを伴い、一般的に長時間を要する。残留充填剤物質も、問題である。

図３、図４、及び図５は、従来のマイクロチャネル１４３の構成を示す。図示されるように、高温ガス路部品壁１４０は、高温ガス路に面する高温側１４１と、供給口１４５を通じてそこから冷却剤の供給量が供給される、対向する低温側１４２と、を有してもよい。熱障壁被膜等、被覆又は被膜１４４の下に、いくつかのマイクロチャネル１４３が形成されてもよい。マイクロチャネル１４３は、供給口１４５と表面出口１２１との間に延在してもよい。図５に最もわかりやすく示されるように、チャネルを封入するように被膜１４４が覆う範囲の長さのため、マイクロチャネル１４３のサイズは限定されている。本明細書で使用される際、マイクロチャネル１４３の口部部分の壁は、チャネル１４３の内側部分の壁を先細らせたり張り出させたりしないので、図５のマイクロチャネル１４３の構成は、「非張り出し構成」を有するものと見なされる。つまり、マイクロチャネル１４３の壁１４０は、狭幅口部に向かって先細っていない。図６が、狭幅口部又は張り出し断面構成１４７を有するマイクロチャネル１４３を示していることは、理解されるだろう。このタイプの構成は、既述のように、形成済みマイクロチャネル１４３内にまだ十分な流量を許容しながらより堅牢なチャネル被覆を形成するという点において、有用である。

既述のように、張り出しプロファイルの狭幅口部は更なる支持を用いずに被膜を架橋することができる狭幅口部を形成するので、狭幅口部を形成する張り出しプロファイルは、被膜プロセスの間の充填剤の必要性を回避するために使用されてもよい。このため、この手法は、チャネルを封入する被膜の範囲距離を短縮することによって、部品表面のより狭幅な頸状部がより耐久性のある製品を作り出しながら、充填／浸出の時間がかかるプロセスを回避する。とはいえ、部品のコアと表面との間に必要な公差のため、このタイプのチャネル幾何形状を鋳造プロセスで形成するのが困難であることは、理解されるだろう。更に、従来の鋳造後加工プロセスは、必要な機械加工を大いに複雑化してその費用を増大させることなくこのような幾何形状を形成することができない。図７から図１６に関連して以下に論じられるように、本発明は、それによって狭幅口部／張り出しマイクロチャネル構成が効率的で費用効率の良い方法で形成される、改良型プロセスを記載する。

本発明による方法は、電解加工プロセス（「ＥＣＭ」）を含む。別途明記されない限り、以下に記載される機能性を満たすことができる、いずれのタイプのＥＣＭが使用されてもよい。後に理解されるように、ＥＣＭシステムは通常、電源、陰極又は工具片（下記で壁１４０として描写）、陽極又は加工片（工具片又は電極１５０として描写）、電解質ポンプ、及び電解質タンクを含む。動作中、当業者なら理解するように、工具片又は加工片は、その間に比較的狭い電極間間隙が画定されるように配置される（そして加工プロセスが継続されると再配置される）。その後電源は形成される電解槽の加工片及び工具片、すなわち陽極及び陰極に、それぞれ電圧を印加するために使用される。ＥＣＭシステムは、図示されるように、加圧電解質の連続ストリームを電極間間隙内にポンプ注入するために動作する、電解質システムを含んでもよい。工具片の形状が加工プロセスの間に実質的に変わらないままとなるように、適切な電解質、例えば塩化ナトリウム（食卓塩）水溶液が選択される。電解質は、電解質タンクからポンプ注入されて、比較的高速及び高圧で工具片に送達される。工具片は、加工プロセスが継続する間、これと加工片との間に必要な電極間間隙が維持されるように、配置される。これは通常、加工される際に工具片を加工片の方へ徐々に移動させる、制御システムを含む。これは、単軸又は二軸に沿った移動を含んでもよい。本発明が、特定の構成を有する工具片電極の使用を含むことは、理解されるだろう。別途明記されない限り、本願のＥＣＭシステムのその他の部品は、本明細書に記載される機能性に忠実な、従来のいずれかの形状を含んでもよい。

動作中、既述のように、ＥＣＭ内の電解槽の一部である、陽極分極された加工片の電気化学的溶解によって、金属除去が実現される。硬質金属はＥＣＭの使用によって電気分解で成形されることが可能であり、加工速度は一般的にその硬度に依存しない。プロセスで使用される工具片、すなわちＥＣＭ内の電解槽の他方の電極は摩耗せず、従って、従来の加工法とは異なり、より硬質の加工片の形状を形成するための工具として、軟質金属が使用されてもよい。当業者なら理解するように、ＥＣＭは、表面を平滑化するため、孔を穿孔するため、複雑な形状を形成するため、及び鋼構造の疲労クラックを除去するために、使用されてもよい。陽極（すなわち、加工片）から金属が除去される速度は、電極間の距離にほぼ反比例する。加工が進み、一定の速度で陽極に向かって陰極が同時に移動すると、電極の長さに沿った電極間間隙の幅は、徐々に定常値に向かう。典型的な間隙幅は、約０．０００４メートルであってもよい。

ここで図７から図１６を見ると、本発明によるマイクロチャネル冷却通路を製造する方法が描写されている。このようなマイクロチャネルは、ガス・タービン・エンジン又はその他の産業機械の高温ガス路部品の表面に形成されてもよい。特定の実施形態において、マイクロチャネル１５７は、ガス・タービン・エンジンのステータブレード又はロータブレードに形成されてもよい。

好適な一実施形態において、図７から図９に示されるように、方法は、ａ）機械部品の表面に長尺開口チャネル１５５を形成するステップであって、開口チャネル１５５は口部及び床部とその間に画定された中間領域とを有する断面プロファイルを含む、ステップと；ｂ）方向バイアスを有する対応する長尺工具片又は電極１５０を開口チャネル１５５内に挿入するステップと；ｃ）電解加工プロセスにおいて電極１５０を工具片として使用し、開口チャネル１５５の中間領域を拡張するステップと、を含む。図７に示されるように、開口チャネル１５５の中間領域は、対向する側壁を含む。電極１５０は、開口チャネル１５５内に挿入されたときに、開口チャネル１５５の口部に位置する近位末端と、チャネル１５５の床部に位置する遠位末端と、チャネル１５５の床部と口部との間に延在する対向する側面とを含む、断面プロファイルを含んでもよい。

図示されるように、方向バイアスがかかった電極１５０の断面プロファイルは、少なくとも１つの露出領域１５１及び１つの絶縁領域１５２を含む。露出領域１５１が、電極１５０の導電性表面が電気絶縁性材料によって覆われていない領域であることは、理解されるだろう。絶縁領域１５２は、電気絶縁性材料が電極１５０の導電性表面を覆っている領域である。いずれの適切な従来型電気絶縁性材料が使用されてもよい。一実施形態において、図７及び図８に示されるように、絶縁領域１５２は、電極１５０の近い又は近位末端にある領域及び遠い又は遠位末端にある領域であり、露出領域１５１は、電極１５０の対向する側面の各々の領域である。代替実施形態（図示せず）において、側面のうちの１つのみが露出される。

別の実施形態において、図９から図１６に示されるように、露出領域１５１は電極１５０の遠位末端にある領域であり、絶縁領域１５２は電極１５０の近位末端にある領域を含む。このような場合、図示されるように、露出領域１５１は、電極１５０の遠位末端に隣接する帯状領域も含んでよい。

長尺開口チャネル１５５を形成するステップは、いずれの従来型加工又は鋳造プロセスを含んでもよい。例えば、その単純なプロファイルのため、開口チャネル１５５は、費用効率良く機械加工されてもよい。別の事例では、以下に論じられるように、開口チャネル１５５は電解加工プロセスを通じて形成されてもよい。開口チャネル１５５は又、部品が形成されるときに部品内に成型されてもよい。

好適な一実施形態の一部として、長尺開口チャネル１５５を形成するステップは、複数の平行な長尺開口チャネル１５５を形成することを含んでもよい。この場合、方向バイアスを有する対応する長尺電極１５０を挿入するステップは、方向バイアスを有する対応する複数の長尺電極１５０を複数の平行な長尺開口チャネル１５５内に挿入することを含んでもよい。図９から図１６に示されるように、電極１５０が、並行してチャネル１５５を加工することによってプロセスを加速するために、互いに平行に固定的に取り付けられてもよいことは、理解されるだろう。この方法は、加工プロセスの間に所望のチャネルアライメントも促進する。

本発明によれば、製作プロセスの別のステップは、加工されたチャネル１５５を封入するために被膜１４４を適用することを含んでもよい。加えて、チャネル１５５の一端において、供給口１４５が従来のいずれかの方法で形成されてもよい。チャネル１５５の他端において供給口１４５の反対側には、一端通過した冷却流体をチャネル１５５から出す表面出口１２１が、被膜１４４を通じて形成されてもよい。

別の好適な実施形態によれば、本発明の方法は：非張り出し断面プロファイルを有する開口チャネル１５５を形成するステップと；加工後の開口チャネル１５５のための所望の張り出し断面プロファイルに関連する、形成済み開口チャネル１５５の壁内の除去領域及び非除去領域を決定するステップと；ａ）電気的露出領域１５１が形成済み開口チャネル１５５の除去領域の反対側にあるように、及びｂ）電気的絶縁領域１５２が形成済み開口チャネル１５５の非除去領域の反対側にあるように、電極１５０の方向バイアスが一致するように、形成済み開口チャネル１５５内への挿入のために電極１５０を構成するステップと；その後非張り出し断面プロファイルから所望の張り出し断面プロファイルに形成済み開口チャネル１５５を電解加工ために、電極１５０を工具として使用するステップと、を含む。既述のように、形成済み開口チャネル１５５の非張り出し断面プロファイルは、チャネル１５５の口部が、少なくとも形成済み開口チャネル１５５の内側の最大幅と同じ大きさの幅を有する構成である。これと一致して、張り出し断面プロファイルは、チャネル１５５の内部の最大幅セクションよりも小さい幅を有する狭幅口部を含む。好適な一実施形態によれば、張り出しプロファイルは、チャネル１５５の内部の最大幅の５０％未満の幅を有する口部を含む。従って、非除去領域は一般的に形成済み開口チャネル１５５の口部の周りに画定された領域を含み、その一方で除去領域は、形成済み開口チャネル１５５の内部の一方又は両方の側壁を含む。

電気的にバイアスがかかった電極１５０は、上述のとおりであってもよい。好適な一実施形態において、図９に示されるように、バイアスがかかった電極１５０は、電極の遠位末端の近くの帯状領域の形態の、電気的露出領域１５１を含む。図９から図１１で証明されるように、一構築方法において、その付近に配置された絶縁領域１５２のため、口部がＥＣＭプロセスによる影響を受けないままでいる間、チャネル１５５の内側側方部分が拡張されるように、電極はすでに形成済みの開口チャネル１５５内に配置される。このようにして、非張り出しプロファイルを有するチャネルは第一タイプの加工プロセスを用いて効率的に形成されてもよく、そしてＥＣＭプロセスは、使用時に耐久性のある薄い被膜層で封入するのに好ましい，張り出し又は狭幅口部プロファイルを費用効率良く作成するために、採用される。

図１２から図１６に描かれるように、本発明の別の実施形態は、後にその内部領域を拡張させるために使用される同じ電極を用いて、開口チャネル１５５が電解的に形成されるようにする方法を、含む。この場合、電極の底面は、最初に部品の表面内に電解的に前進させられる電気的露出領域１５１を有する。このステップは、図１３に描写されている。このプロセスは、所望のチャネル深さに到達するまで継続されてもよい。その後電極１５０は中断して、チャネル１５５の両側を拡張するための電解加工に十分な時間だけ、所定位置に保持されてもよい。この時間の間、所望の張り出しプロファイルを作成するように、電極１５０の両側に沿った電気的露出領域１５１がチャネル１５５を加工することは、理解されるだろう。プロセスのこのステップは、図１５に示される。

一旦チャネル１５５の拡張が完了すると、次に開口チャネル１５５は、表面冷却チャネル又はマイクロチャネル１５７が完全に形成されるように、図１６に示されるように被膜１４４を介して封入されてもよい。特定の好適な実施形態において、形成済みマイクロチャネル１５７は、その長さに沿って実質的に一定の最大チャネル深さを有する。このような実施形態によれば、最大チャネル深さは０．０１から０．１インチの間であってもよい。特定の好適な実施形態において、マイクロチャネル１５６は、その長さに沿って実質的に一定の口部領域を通る最大チャネル幅を有する。このような実施形態によれば、口部領域を通るこの最大チャネル幅は０．００５から０．１インチの間である。特定の好適な実施形態において、マイクロチャネル１５６は、その長さに沿って実質的に一定の内部領域を通る最大チャネル幅を有する。このような実施形態によれば、その内部を通るこの最大チャネル幅は０．０２から０．２インチの間である。

上述の発明が、被膜封入の堅牢性を強化する狭幅口部プロファイルも有しながら、冷却能力を強化する、部品の表面に非常に近接したマイクロチャネルの費用効率の高い製作を可能にすることは、理解されるだろう。つまり、非常に狭い表面開口を有するチャネルの効率的な構築を可能にすることによって、チャネルは最小限の困難をもって被覆されてもよく、これにより製造コストを削減する。加えて、被膜の被覆層の厚みを最小化することによって、全体的な冷却効率が改善される。

本発明は、限られた数の実施形態のみに関連付けて詳細に記載されてきたが、本発明がこのような開示された実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解されるべきである。むしろ、本発明は、これまで記載されていないが本発明の精神及び範囲に見合っている、いくつの変形例、変更例、代替例、又は同等配置を組み込んで修正されることも、可能である。加えて、本発明の様々な実施形態が記載されてきたが、本発明の態様が記載された実施形態のうちの一部のみを含んでもよいことは、理解されるべきである。従って、本発明は、上記記載によって限定されると見なされるべきではなく、添付請求項の範囲によってのみ限定される。

１００ ガス・タービン・システム
１０２ 圧縮機
１０４ 燃焼器
１０６ タービン
１０８ シャフト
１１０ 燃料供給源
１１２ 燃料供給源
１１５ ロータブレード
１１６ 燃焼ガス
１１７ ロータディスク
１２０ シュラウド
１２１ 表面出口
１２２ 根元又はダブテイル
１２４ 翼
１２６ プラットフォーム
１２８ 圧力側壁
１３０ 吸入側壁
１３２ 前縁
１３４ 後縁
１３７ ブレード先端
１４０ 壁
１４１ 高温側
１４２ 低温側
１４３ マイクロチャネル
１４４ 被膜
１４５ 供給口
１４７ 狭幅口部
１５０ 工具片／電極
１５１ 露出領域
１５２ 絶縁領域
１５４ 絶縁
１５５ 開口チャネル
１５７ マイクロチャネル

Claims (20)

1. 機械部品の表面にマイクロチャネル冷却通路を製造する方法において、
   前記機械部品の表面に長尺開口チャネルを形成するステップであって、前記開口チャネルは口部及び床部と、その間に画定された中間領域とを有する断面プロファイルを備える、ステップと、
   方向バイアスを有する対応する長尺電極を前記チャネル内に挿入するステップと、
   電解加工プロセスにおいて前記電極を工具片として使用し、前記開口チャネルの前記中間領域を拡張するステップと、を含む方法。
2. 前記開口チャネルの前記中間領域は対向する側壁を備え、
   前記電極は、前記開口チャネル内に挿入されたときに、前記口部に位置する近位末端と、前記床部に位置する遠位末端と、その間に延在する対向する側面とを含む、断面プロファイルを備え、
   前記方向バイアスがかかった電極の前記断面プロファイルは、少なくとも１つの露出領域及び１つの絶縁領域を備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記露出領域は、前記電極の導電性表面が電気絶縁性材料によって覆われていない領域を備え、前記絶縁領域は、電気絶縁性材料が前記電極の前記導電性表面を覆う領域を備え、
   前記少なくとも１つの絶縁領域は、前記電極の前記近位末端及び前記遠位末端を備え、
   前記少なくとも１つの露出領域は、前記対向する側面のうちの少なくとも１つを備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの露出領域は、前記対向する側面の両方を備える、請求項３に記載の方法。
5. 前記長尺開口チャネルを形成するステップは、鋳造プロセス、機械加工プロセス、及び電解加工プロセスのうちの１つを備える、請求項２に記載の方法。
6. 前記長尺開口チャネルを形成するステップは、前記開口チャネルを電解加工ために前記工具片を使用するステップを備える、請求項２に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの絶縁領域は、前記電極の前記近位末端を備え、
   前記少なくとも１つの露出領域は、前記電極の前記遠位末端を備える、請求項６に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つの露出領域は、前記電極の前記遠位末端に隣接する側面の帯状領域を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記長尺開口チャネルを形成するステップは、複数の平行な長尺開口チャネルを形成するステップを備え、
   前記方向バイアスを有する対応する長尺電極をチャネル内に挿入するステップは、方向バイアスを有する対応する複数の長尺電極を前記複数の平行な長尺開口チャネル内に挿入するステップを含み、前記複数の長尺電極は互いに平行に固定的に取り付けられており、
   前記電解加工プロセスにおいて電極を工具片として使用して開口チャネルの内部領域を拡張するするステップは、前記複数の開口チャネルの各々の内部領域を並行して拡張するように、電解加工プロセスにおいて前記複数の電極を前記工具片として使用するステップを含む、請求項２に記載の方法。
10. 前記開口チャネルへの供給口を構成するステップと、
    前記機械部品の表面を被覆することによって前記開口チャネルを封入するステップと、
    前記封入開口チャネルの表面出口を構成するステップと、を更に備える、請求項２に記載の方法。
11. ガス・タービン・エンジンの高温ガス路部品の表面にマイクロチャネル冷却通路を製造する方法において、
    非張り出し断面プロファイルを有する開口チャネルを形成するステップと、
    所望の張り出し断面プロファイルに関連する前記形成済み開口チャネルの壁内の除去領域及び非除去領域を決定するステップと、
    前記電極の方向バイアスが、ａ）前記形成済み開口チャネルの前記除去領域の反対側の電気的露出領域、及びｂ）前記形成済み開口チャネルの前記非除去領域の反対側の電気的絶縁領域に一致するように、前記形成済み開口チャネル内に挿入するように電極を構成するステップと、
    前記非張り出し断面プロファイルから前記張り出し断面プロファイルに前記形成済み開口チャネルを電解加工ために、前記電極を工具として使用するステップと、を備えるマイクロチャネル冷却通路製造方法。
12. 前記形成済み開口チャネルの前記非張り出し断面プロファイルは、少なくとも前記形成済み開口チャネルの内部の最大幅と同じ大きさの幅を有する口部を含み、
    前記張り出し断面プロファイルは、前記形成済み開口チャネルの内部の最大幅よりも小さい幅を有する口部を含む、請求項１１に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。
13. 前記張り出しプロファイルは、前記開口チャネルの内部の最大幅の５０％未満の幅を有する口部を含み、
    前記高温ガス路部品は、タービン・ロータ・ブレード及びタービン・ステータ・ブレードのうちの１つを備える、請求項１２に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。
14. 前記非除去領域は、前記形成済み開口チャネルの口部を備え、
    前記除去領域は、前記形成済み開口チャネルの内部の側壁のうちの少なくとも１つを備える、請求項１１に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。
15. 前記電極の前記電気的露出領域は、前記電極の導電性表面が電気絶縁性材料によって覆われていない領域を備え、前記電極の前記電気的絶縁領域は、電気絶縁性材料が前記電極の前記導電性表面を覆っている領域を備え、
    前記除去領域は、前記開口チャネルの前記内部の両方の側壁を備える、請求項１４に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。
16. 前記電極は、前記開口チャネル内に挿入されたときに、前記口部に位置する近位末端と、前記床部に位置する遠位末端と、その間に延在する対向する側面とを含む、断面プロファイルを備え、
    前記電気的絶縁領域は、前記近位末端及び前記遠位末端を備え、
    前記電極の前記電気的露出領域は、前記電極の前記近位末端と前記遠位末端との間に位置する側面を含む、請求項１４に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。
17. 前記電極は、前記開口チャネル内に挿入されたときに、前記口部に位置する近位末端と、前記床部に位置する遠位末端と、その間に延在する対向する側面とを含む、断面プロファイルを備え、
    前記電気的絶縁領域は、前記電極の近位末端と、これに隣接する前記側面の第一帯状領域とを備え、
    前記電気的露出領域は、前記電極の前記遠位末端と、これに隣接する前記側面の第二帯状領域とを備える、請求項１４に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。
18. 前記開口チャネルを形成するステップは、前記電極の前記遠位末端を使用して前記開口チャネルを電気機械的に加工するステップを含む、請求項１７に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。
19. 所望のチャネル深さに対応する第一位置に到達するまで、前記開口チャネルが電解加工される際に前記高温ガス路部品の表面内に前記電極を前進させるステップと、
    前記第一位置に到達したら、前記高温ガス部品の表面内への前記電極の更なる前進を中断するステップと、
    前記側壁を拡張するための前記電極の前記第二帯状領域の電気的露出領域の反対側の側壁を拡張するように電解加工を継続する間、前記電極を前記第一位置に保持するステップと、を更に備える、請求項１８に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。
20. 前記開口チャネルを実質的に封入するように、前記機械部品の表面を被覆するステップを更に備え、
    前記張り出し断面プロファイルが一旦達成されると、
    最大チャネル深さは前記開口チャネルの長さに沿って実質的に一定であって、０．０１から０．１インチの間であり、
    前記開口チャネルの前記口部領域を通る最大チャネル幅は前記開口チャネルの長さに沿って実質的に一定であって、０．００５から０．１インチの間であり、
    前記開口チャネルの前記内部を通る最大チャネル幅は前記チャネルの長さに沿って実質的に一定であって、０．０２から０．２インチの間である、請求項１４に記載のマイクロチャネル冷却通路製造方法。