JP2016070276A - 段部付きアパーチャを有するタービン構成要素 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン構成要素の改善されたコーティングプロセスを提供すること。
【解決手段】タービン構成要素は、少なくとも１つの流体流通路と、タービン構成要素の表面上に配置され且つ少なくとも１つの流体流通路に流体接続された少なくとも１つのアパーチャとを含む。少なくとも１つのアパーチャは、少なくとも１つの流体流通路から表面まで延びるフロアと、フロアの内側部分と外側部分との間に配置され、内側部分と外側部分が単一の平面を構成しないようにする段部と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タービン構成要素コーティングプロセス並びにタービン構成要素に関する。より具体的には、本発明は、複数のマスキング材及びコーティングを含むタービン構成要素コーティングプロセスのためのマスキング、並びに複数のコーティングを含むタービン構成要素に関する。

タービン構成要素は、作動効率を最大にするために高温で稼働されることが多い。しかしながら、タービンが稼働することができる温度は、個々のタービン構成要素の温度性能により制限される可能性がある。タービン構成要素の温度性能を高めるために、様々な方法が開発されてきた。タービン構成要素の温度性能を高める１つの方法は、タービンエンジン稼働中に冷却空気が送り込まれる内部冷却孔の組み込みを含む。冷却空気が構成要素の低温側から高温側の冷却孔出口を通って送給されると、急進する空気が高温の金属表面温度を低下させるのを助ける。

タービン構成要素の温度性能を高める別の方法は、ボンドコート及び熱障壁コーティング（ＴＢＣ）などのコーティングの施工を含む。多くの場合、タービン構成要素は、冷却孔と、構成要素の表面上に施工されるコーティングの両方を含む。通常、コーティングの施工（再施工）の前に構成要素に冷却孔が形成又は修正（例えば、補修）されるときには、コーティングの前に冷却孔がマスキングされるか、又は施工後に冷却孔からコーティングが除去される。現行のマスキング法は、単一のマスキング材料を施工して、次いで、構成要素に１又はそれ以上のコーティングを施工することに制限されることが多い。複数のコーティング施工は、特に複数の施工技術が使用されるときにはマスキング材料が減少する可能性があり、従って、マスキングプロセスの有効性が低下する場合がある。

当該技術分野においてタービン構成要素の改善されたコーティングプロセスが望ましいことになる。

１つの実施形態において、タービン構成要素が開示される。タービン構成要素は、少なくとも１つの流体流通路と、タービン構成要素の表面上に配置され且つ少なくとも１つの流体流通路に流体接続された少なくとも１つのアパーチャとを含む。少なくとも１つのアパーチャは、少なくとも１つの流体流通路から表面まで延びるフロアと、フロアの内側部分と外側部分との間に配置され、内側部分と外側部分が単一の平面を構成しないようにする段部と、を含む。

別の実施形態において、タービン構成要素のコーティング方法が開示される。タービン構成要素のコーティング方法は、タービン構成要素の表面内の１又はそれ以上の流体流通路の１又はそれ以上のアパーチャに可鍛性マスキング材料を施工するステップと、可鍛性マスキング材料を覆って且つタービン構成要素の表面上に第１のコーティングを施工するステップと、を含み、可鍛性マスキング材料により、第１のコーティングの少なくとも一部が１又はそれ以上の流体流通路の１又はそれ以上のアパーチャのうちの少なくとも１つに段部を形成するようになる。タービン構成要素のコーティング方法は更に、１又はそれ以上の流体流通路の１又はそれ以上のアパーチャに局所マスキング材料を局所的に施工するステップと、局所マスキング材料を覆って及び第１のコーティングの上に第２のコーティングを施工するステップと、を含む。

本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を参照しながら、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。

本開示の１つの実施形態による、タービン構成要素の斜視図。 タービン構成要素のコーティングプロセスのフロー図。 タービン構成要素のコーティングプロセスの概略図。 タービン構成要素の流体流通路及びアパーチャの断面図。 図４のタービン構成要素の上から見た図。

可能な限り、図面全体を通じて同じ要素を示すために同じ参照符号が使用される。

タービン構成要素のコーティングプロセス及びタービン構成要素が提供される。本開示の実施形態は、本明細書で開示される特徴の１又はそれ以上を用いていない物品及び方法と比較して、アパーチャの複雑度が高く、マスキング効率が高く、マスキングの有効性が向上し、マスキングの限定性が高く、アパーチャ内へのコーティング蓄積が減少し、自動化孔位置の可視化が向上し、プロセス後の冷却孔清浄化後に残る残留コーティングの量を低減し、プロセス後の孔清浄化の困難性が低下し、又はこれらの組み合わせとなる。

図１に示すように、１つの実施形態において、構成要素１００は、少なくとも１つの流体流通路１０４に流体接続された少なくとも１つのアパーチャ１０５を備えた表面１０３を有する基材１０１を含む。構成要素１００がタービン構成要素を含むような一部の実施形態において、少なくとも１つのアパーチャ１０５は、冷却孔を含むことができ、少なくとも１つの流体流通路１０４は、冷却チャンネルを含むことができる。流体流通路１０４及びアパーチャ１０５の各々は、ある断面幾何形状を備えることができ、該断面幾何形状は、一定断面幾何形状、変化する断面幾何形状、拡散断面幾何形状、円筒断面幾何形状、非円筒断面幾何形状、長円断面幾何形状、Ｖ字形幾何形状、集束幾何形状、発散幾何形状、及び／又は他の何れかの好適な幾何形状、又はこれらの組み合わせを含むことができる。流体流通路１０４及びアパーチャ１０５は更に、様々な他の変動構成を備えることができる。例えば、アパーチャ１０５及び流体流通路１０４は、約５°〜約１７５°のような変動する半径方向角度及び表面１０３に対して約５°〜約９０°の軸方向角度で表面１０３に入る中心線を有して形成することができる。一部の実施形態において、このような中心線は、半径方向及び軸方向角度の両方を含む合成角をなすことができる。更に、流体流通路１０４及びアパーチャ１０５は、平坦状、凹凸状、又はこれらの組み合わせとすることができるフロア（図４の要素１１０）を含むことができる。

開示の実施形態における好適な構成要素１００は、例えば、ブレード又はバケット、シュラウド、ノズル、ベーン、移行部品、ライナ、燃焼器、移行部品、アパーチャを有する他の構成要素（冷却孔など）、又はこれらの組み合わせを含む。タービン構成要素１００は、例えば、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、ガンマプライム超合金、ステンレス鋼、又はこれらの組み合わせを含む、高温耐酸化及び耐腐食材料から製作することができる。一部の実施形態において、タービンノズル又は他のタービン構成要素は、表面１０３上に施工されるコーティングを含むことができる。コーティングは、単一の層、１つよりも多い層すなわち複数の層とすることができる。好適なコーティングは、限定ではないが、ボンドコート、熱障壁コーティング（ＴＢＣ）、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）又はこれらの組み合わせを含むことができる。

図２〜３を参照すると、タービン構成要素のコーティングプロセス２００は一般に、最初にステップ２１０において、タービン構成要素１００の表面１０３内の１又はそれ以上の少なくとも１つのアパーチャ１０５（例えば、冷却孔）に可鍛性マスキング材料２０１を施工するステップを含む。一部の実施形態において、ステップ２１５にて、可鍛性マスキング材料２０１の一部を除去することができる。次に、タービン構成要素のコーティングプロセス２００は、一般に、ステップ２２０において、可鍛性マスキング材料２０１を覆って及びタービン構成要素の表面１０３上に第１のコーティング２０３を施工するステップを含む。可鍛性マスキング材料２０１は、少なくとも１つのアパーチャ１０５を少なくとも部分的に覆い、少なくとも１つのアパーチャ１０５における第１のコーティング２０３の堆積を低減又は排除する。ステップ２２０において第１のコーティング２０３を施工した後、タービン構成要素のコーティングプロセス２００は一般に、ステップ２３０において、１又はそれ以上のアパーチャ１０５に局所マスキング材料２０５を局所的に施工するステップと、次いで、ステップ２４０において、局所マスキング材料２０５を覆って及び第１のコーティング２０３上に第２のコーティング２０７を施工するステップとを含む。次に、ステップ２５０において、任意選択的に何らかの残りのマスキング材を除去することができる。ステップ２３０における局所マスキング材料２０５の局所的施工は、非局所的マスキング材施工の間にグリットブラスト処理への第１のコーティング２０３又は他の何れかの既存のコーティングの暴露を低減又は排除することができる。その後、追加のマスキング材料及びコーティングを施工して、構成要素１００の表面１０３を覆って所望のコーティング組成及び／又は厚さを形成することができる。

具体的に、可鍛性マスキング材料２０１と局所マスキング材料２０５を組み合わせることにより、１又はそれ以上のアパーチャ１０５における第１のコーティング２０３及び／又は第２のコーティング２０７及び／又は何らかの追加のコーティングの堆積を低減又は排除しながら、可能であれば広範囲のマスキング施工を可能にすることにより労働集約度の低いプロセスを可能にすることができる。更に、一部の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１は、アパーチャ１０５内のコーティング材料２０３及び２０７の制限された堆積を可能にして、流体流通路１０４（図４及び図５に示す）から流出する流体流れ１０９を妨害する段部１１５を形成することができる。本明細書で理解されるように、このような妨害は、早期分離をすることなくタービン構成要素１００の表面１０３に沿った空気流を促進し、タービン構成要素１００に対する冷却効果を増大させることができる。個々のタービン構成要素のコーティングプロセスのステップ、マスキング材料及びコーティング材料についてより詳細に説明する。

更に図２及び３を参照すると、ステップ２１０において施工された可鍛性マスキング材料２０１は、表面１０３から力が加わったときに１又はそれ以上のアパーチャ１０５に流入し且つ後続の第１のコーティング２０３との結合を抑制又は阻止するのに好適な何らかの可鍛性材料を含むことができる。本明細書でより理解されるように、可鍛性マスキング材料２０１の可鍛性の性質は、少なくとも、労働集約度の低いプロセスを促進するため第１のマスキングステップの広範囲な施工を可能にすることができる。その上、一部の実施形態においても、鍛性マスキング材料２０１の可鍛性の性質は、第１のコーティング材料２０１の広範囲の施工を除去（例えば、グリットブラスト処理を介して）及び／又は第１のコーティング２０３の施工（例えば、ＨＶＯＦを介して）の結果として、１又はそれ以上のアパーチャ１０５内に少なくとも僅かに陥凹状態になることができる。１又はそれ以上のアパーチャ１０５内での鍛性マスキング材料２０１のこのような陥凹は、アパーチャ１０５内のコーティング材料２０３及び２０７の制限された堆積を可能にして、流体流通路１０４（図４及び図５に示す）から流出する流体流れ１０９を妨害する段部１１５を形成することができる。

一部の実施形態において、従って、可鍛性マスキング材料２０１は、第１のコーティング２０３の組成及び／又は施工法に基づいて選択される。一部の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１は、後続のコーティング層を施工することなくマスキング材の減少を制御するよう選択される。本明細書で使用される場合、「減少」は、アパーチャ１０５内のマスキング材の劣化、除去、収縮、及び／又は埋込などによって、表面１０３に対するマスキング材の水平高さの低下を指す。更に一部の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１は、施工されるコーティングの汚染及び／又は損傷（例えば、過度のマスキング材除去の際の欠損）を低減又は排除するマスキング材の施工法に基づいて選択される。

可鍛性マスキング材料２０１用の好適な材料は、限定ではないが、シリコーン・エラストマー、エポキシ、延性材料、又はこれらの組み合わせを含むことができる。一部の特定の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１は、シリコーン・エラストマーのような、ＨＶＯＦ溶射プロセスに対して耐性のある（すなわち、減少を低減又は排除する）延性特性を有する材料を含む。一部の実施形態において、シリコーン・エラストマーは、グリッドブラスト処理及び／又は高速粒子に耐える何らかのエラストマーを含むことができる。このような好適な例示的なシリコーン・エラストマーの１つは、ＭａｃｈＢｌｏｃとして市販されており、中温の融点／沸点を有し、その組成が重量で、約２０％〜３０％のメチルビニル／ジ−メチルビニル／ビニル末端シロキサン、約２０％〜３０％のビニルシリコーン液、約１５％〜３０％の粉末シリカ、約１５％〜２５％の二酸化ケイ素、約３％〜９％のシラノール末端ＰＤＭＳ、最大で約０．５％のスルホケイ酸アルミノナトリウム、最大で約１％のビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、最大で約１％の二酸化チタン、最大で約２％の沈降シリカ、最大で約１％のストダード溶剤、最大で約０．５％のネオデカン酸の希土類塩、最大で約０．５％の希土類の２−エチルヘキサノアト、及び最大で約０．２％のマグネシウムフェライトである、延性（例えば、ゴム、パテ様の）材料を含む。

ステップ２１０において、可鍛性マスキング材料２０１は、少なくとも１つのアパーチャ１０５を少なくとも部分的に覆うのに十分な何らかの量及び／又は厚さで構成要素１００に施工することができる。例えば、可鍛性マスキング材料２０１は、表面１０３の水平高さよりも僅かに低い、同じ水平高さ、実質的に同じ水平高さ、又は表面１０３より上方に延びる突出部を形成することができる。１つの実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１は、流体流通路１０４の１又はそれ以上のアパーチャ１０５を含むタービン構成要素表面１０３の広範囲にわたって表面１０３に施工される。例えば、可鍛性マスキング材料２０１は、広い表面領域にわたってローラ塗布を介して施工することができる。

一部の実施形態において、ステップ２２０において第１のコーティング２０３の施工を行う前に、ステップ２１５において、可鍛性マスキング材料２０１が表面１０３から除去される。このような除去は、１又はそれ以上のアパーチャ１０５をマスキングしたまま、タービン構成要素１００の表面１０３を再暴露することができる。例えば、一部の実施形態において、グリッドブラスト処理又は同様のものにより除去を実施することができる。上記で検討したように、このような実施形態は、構成要素１００の表面１０３の下方に着座するように実際に可鍛性マスキング材料２０１をアパーチャ１０５内に更に押し込むことができる。別の実施形態において、ステップ２２０における第１のコーティング２０３の施工は、代替として又はこれに加えて、可鍛性マスキング材料２０１を１又はそれ以上のアパーチャ１０５内に埋め込むことができる点に留意されたい。

しかしながら、一部の実施形態において、この除去により、可鍛性マスキング材料が構成要素１００の表面１０３と実質的に同じ水平高さ又は表面１０３から更に突出するようなマスキングされたアパーチャをもたらすことができる。更に一部の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１は、１又はそれ以上のアパーチャ１０５にのみ施工され、可鍛性マスキング材料２０１の堆積及び／又は表面１０３からの後続の除去を低減又は排除することができる。

図２及び３を更に参照すると、ステップ２２０において施工された第１のコーティング２０３は、可鍛性マスキング材料２０１自体に対してあまり接着することなく、タービン構成要素１００の表面１０３に対する接着（例えば、化学／機械結合又は同様のもの）を促進する何らかの好適なコーティング及び何らかの好適な施工法を含むことができる。例えば、一部の実施形態において、第１のコーティング２０３は、溶射コーティング、酸化保護コーティング、金属コーティング、ボンドコート、オーバーレイコーティング、又はボンドコート、熱障壁コーティング（ＴＢＣ）、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）又はこれらの組み合わせで用いることができるような他の何れかのタイプのコーティングを含むことができる。一部の例示的な実施形態において、第１のコーティング２０３は、ＨＶＯＦ溶射施工法により施工されるボンドコートを含む。このような実施形態は、第２のコーティング２０７がＡＰＳ施工法により施工されるボンドコート又はＴＢＣを含むように予定されている場合に特に好適とすることができる。例えば、一部の特定の実施形態において、第１のコーティングは、ＨＶＯＦにより施工されたボンドコートを含むことができ、第２のコーティングは、ＡＰＳにより施工されたボンドコートを含むことができ、第３のコーティングは、ＡＰＳにより施工されたＴＢＣ（例えば、ＤＶＣ ＴＢＣ）を含むことができる。

一部の特定の実施形態において、第１のコーティング２０３は、何らかの運動エネルギープロセス（例えば、ＨＶＯＦ）を通じて施工することができる。運動エネルギープロセスを通じて可鍛性マスキング材料２０１に突き当たる第１のコーティング２０３の力により、１又はそれ以上のアパーチャ１０５のうちの少なくとも１つのアパーチャ内に可鍛性マスキング材料２０１を陥凹させるよう開始又は継続し、可鍛性マスキング材料２０１が構成要素１００の表面１０３よりも下方で着座するようにすることができる。他の実施形態において、第１のコーティング２０３は、溶射、空気プラズマスプレー（ＡＰＳ）、高速空気燃料溶射（ＨＶＡＦ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）、電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、イオンプラズマ蒸着（ＩＰＤ）、粉体又はロッドを用いた燃焼溶射、コールドスプレー、ゾルゲル、電気泳動堆積、テープ成形、高分子由来のセラミックコーティング、スラリーコーティング、浸漬施工、真空コーティング施工、カーテンコーティング施工、ブラシ施工、ロール塗工、凝集及び焼結後の噴霧乾燥、又はこれらの組み合わせなど、他の何れかの好適なプロセスを通じて施工することができる。

上記で検討したように、一部の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１は、第１のコーティング２０３の少なくとも一部に対して、１又はそれ以上の流体流通路１０４の１又はそれ以上のアパーチャ１０５のうちの少なくとも１つのアパーチャにおいて段部（図４及び５における要素１１５）を形成させることができる。このような実施形態は、第１のコーティング２０３の一部がアパーチャ１０５に部分的に入るように可鍛性マスキング材料２０１が表面１０３の水平高さより下方に陥凹される場合に想起することができる。

更に図２及び３を参照すると、ステップ２３０において施工された局所マスキング材料２０５は、後続の第２のコーティング２０７との結合を更に抑制又は阻止すると共に１又はそれ以上のアパーチャ１０５に局所施工するのに好適な何らかの材料を含むことができる。ステップ２３０における局所マスキング材料２０５の局所的施工は、第１のコーティング２０３の上部での追加のマスキング材料の何らかの除去を制限又は排除し、第１のコーティング２０３に対する何らかの付帯的損傷を制限又は排除することができる。

局所マスキング材料２０５は、後続の第１のコーティング２０３との結合を更に抑制又は阻止すると共に１又はそれ以上のアパーチャ１０５上又はその内部に局所施工するのに好適な何らかの材料を含むことができる。

局所マスキング材料２０５に好適な材料は、限定ではないが、紫外線（ＵＶ）硬化性材料、電子ビーム（ＥＢ）硬化性材料、エポキシ、脆性材料、又はこれらの組み合わせを含むことができる。一部の実施形態において、局所マスキング材料２０５は、ＵＶ硬化性材料のようなＡＰＳプロセスにおいて示される高温に耐える脆性特性を有する材料を含む。一部の実施形態において、ＵＶ硬化性材料及び／又はＥＢ硬化性材料は、シリンジを通って流動する及び／又は高温（例えば、少なくとも５００°Ｆ、少なくとも６００°Ｆ、少なくとも７００°Ｆ、少なくとも８００°Ｆ、５００°Ｆ〜８００°Ｆ、又は何らかの組み合わせ、部分的組み合わせ、範囲、又はその部分範囲）に耐えるのに好適な何らかの材料を含む。別の実施形態において、ＵＶ硬化性材料は、例えば、最大で８００°Ｆまでの選択温度での熱硬化特性がないか又は実質的に存在しない可能性がある。このような好適な材料の１つは、限定ではないが、アクリル化ウレタンのような高温融点／沸点のエポキシである。高温融点／沸点は、例えば、エポキシが焼却灰化される少なくとも１，２００°Ｆの温度を含む。

一部の実施形態において、局所マスキング材料２０５は、可鍛性マスキング材料２０１を覆って、及び／又は可鍛性マスキング材料２０１の埋込によって露出される少なくとも１つのアパーチャ１０５の一部に局所的に施工される。一部の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１は、ステップ２３０における局所マスキング材料２０５の局所的施工の前に少なくとも１つのアパーチャ１０５から除去される。局所マスキング材料２０５は、表面１０３及び／又は第１のコーティング２０３の水平高さよりも僅かに低い、同じ水平高さ、実質的に同じ水平高さ、又は表面１０３及び／又は第１のコーティング２０３より上方に延びる突出部を形成することができる。局所マスキング材料２０５の好適な施工法は、シリンジを用いた手動施工、シリンジ、ペイントブラシ、又は表面１０３から遠位の領域から少なくとも１つのアパーチャ１０５を通って局所マスキング材料２０５を突出させるフィンガーを用いた自動化施工、或いはこれらの組み合わせを含む。

図２及び３を更に参照すると、ステップ２４０において施工された第２のコーティング２０７は、局所マスキング材料２０５自体に対してあまり接着することなく、タービン構成要素１００の表面１０３上に事前に施工されていた第１のコーティング２０３上への接着（例えば、化学／機械結合又は同様のもの）を促進する何らかの好適なコーティング及び何らかの好適な施工法を含むことができる。例えば、一部の実施形態において、第２のコーティング２０７は、溶射コーティング、酸化保護コーティング、金属コーティング、ボンドコート、オーバーレイコーティング、又はボンドコート、熱障壁コーティング（ＴＢＣ）、環境障壁コーティング（ＥＢＣ）又はこれらの組み合わせで用いることができるような他の何れかのタイプのコーティングを含むことができる。一部の例示的な実施形態において、第２のコーティング２０７は、ＡＰＳ施工法により施工されるボンドコート及び／又は熱障壁コーティングを含む。このような実施形態は、第２のコーティング２０７がＨＶＯＦ溶射施工法により施工されるボンドコートを含む場合に特に好適とすることができる。

第２のコーティング２０７及び／又は何らかの追加のコーティングを何れかの好適な施工法により施工することができる。溶射、空気プラズマスプレー（ＡＰＳ）、高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射、高速空気燃料溶射（ＨＶＡＦ）、真空プラズマ溶射（ＶＰＳ）、電子ビーム物理蒸着（ＥＢＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、イオンプラズマ蒸着（ＩＰＤ）、粉体又はロッドを用いた燃焼溶射、コールドスプレー、ゾルゲル、電気泳動堆積、テープ成形、高分子由来のセラミックコーティング、スラリーコーティング、浸漬施工、真空コーティング施工、カーテンコーティング施工、ブラシ施工、ロール塗工、凝集及び焼結後の噴霧乾燥、又はこれらの組み合わせを含む。１つの実施例において、第２のコーティング２０７は、上述のＡＰＳにより施工されるボンドコート及び／又は熱障壁コーティングを含む。

第２のコーティング２０７及び／又は他の何れかの追加のコーティングを施工した後、ステップ２５０において、任意選択的に局所マスキング材料２０５（及び何らかの残りの可鍛性マスキング材料２０１）を除去することができる。一部の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１及び／又は局所マスキング材料２０５は、マスキング材料がタービン構成要素から溶け出すように加熱工程により除去することができる。一部の実施形態において、可鍛性マスキング材料２０１及び／又は局所マスキング材料２０５は、水ジェット、手作業の清浄化、又はこれらの組み合わせにより除去することができる。

一部の実施形態において、局所マスキング材料２０５は、第２のコーティング２０７の接着を低下させ、水ジェット又は手作業の清浄化によって少なくとも１つのアパーチャ１０５の効果的な清浄化を提供する。一部の実施形態において、局所マスキング材料２０５の除去は、局所マスキング材料２０５の沸点温度を上回る温度に局所マスキング材料２０５を暴露することを含む。一部の実施形態において、沸点温度を上回る温度に局所マスキング材料２０５を暴露することにより、局所マスキング材料２０５が溶解し、局所マスキング材料２０５が少なくとも１つのアパーチャ１０５を通って流れ出るようになる。沸点温度を上回る温度への局所マスキング材料２０５の暴露（すなわち、加熱工程）は、例えば、炉中に構成要素１００を位置決めし、沸点温度を上回る動作温度下で構成要素１００を作動状態にすること、又は局所マスキング材料２０５を局所的に加熱（例えば、集束レーザビーム）することを含む。

更に一部の実施形態において、構成要素のコーティングプロセス２００は、可鍛性マスキング材料２０１の施工（ステップ２１０）の前に、構成要素１００の表面１０３から既存のコーティングを除去するステップを含む。既存のコーティングは、限定ではないが、運用上使用済みのコーティング、損傷を受けたコーティング、又は欠陥のあるコーティングなどの何れかの既存のコーティングを含む。例えば、コーティングプロセス２００は、運用上使用済みのコーティングを除去し、既存のコーティングを新しいコーティングと置き換える、構成要素１００を補修する、構成要素１００の保守整備中に構成要素１００を検査する、又はこれらの組み合わせを含むことができる。１つの実施形態において、既存のコーティングの少なくとも一部は、手動で、化学溶液を用いて、又はこれらの組み合わせで除去される。

ここで図４及び５を参照すると、少なくとも１つの流体流通路１０４と、タービン構成要素１００の表面１０３上に配置され且つ少なくとも１つの流体流通路１０４に流体接続された少なくとも１つのアパーチャ１０５とを含むタービン構成要素１００が示されている。上述のように、タービン構成要素１００は、例えば、ブレード又はバケット；シュラウド；ノズル；ベーン；移行部品；ライナ；冷却孔などのアパーチャを有する他の構成要素；又はこれらの組み合わせを含むことができる。タービン構成要素１００は、例えば、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、ガンマプライム超合金、ステンレス鋼、又はこれらの組み合わせを含む、高温耐酸化及び耐腐食性材料から製作することができる。タービン構成要素１００は、例えば、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、ガンマプライム超合金、ステンレス鋼、又はこれらの組み合わせを含む、高温耐酸化及び耐腐食性材料から製作することができる。

アパーチャ１０５（例えば、冷却孔）は更に、様々な構成を含むことができる。例えば、アパーチャ１０５は、ある断面幾何形状を備えることができ、該断面幾何形状は、一定断面幾何形状、変化する断面幾何形状、拡散断面幾何形状（図５に例示される）、円形断面幾何形状、長円断面幾何形状、Ｖ字形幾何形状、集束幾何形状、発散幾何形状、及び／又は他の何れかの好適な幾何形状、又はこれらの組み合わせを含むことができる。

少なくとも１つのアパーチャ１０５は、一般に、流体流れ１０９がタービン構成要素１００から流出するときに流体流れ１０９の底部を案内するフロア１１０を含むことができる。流体流通路１０４及びアパーチャ１０５の特定の構成に応じて、１又はそれ以上の側壁１１７及び／又はシーリング部１１９が更に、流出する流体流れ１０９を境界付けることができる。更に一部の実施形態において、シーリング部１１９及び／又は側壁１１７は、表面１０３に向かうテーパ１２０を含むことができる。このような実施形態において、テーパは、例えば、製造法に応じて、約０．０インチ（例えば、鋭利な縁部）〜約０．０４５インチ又はそれ以上の高さを含む。

アパーチャ１０５は更に、フロア１１０上に配置された段部１１５を含む。段部１１５は、例えば、本明細書で記載されるタービン構成要素のコーティングプロセスを用いて生成することができる。しかしながら、段部１１５、流体流通路１０４及び／又はアパーチャ１０５は、代替として又はこれに加えて、例えば、付加製造、鋳造、水ジェット加工、放電加工、溶接、又は１又はそれ以上の他のコーティングプロセス、或いはこれらの組み合わせなどの他の何れかの好適な方法を用いて生成できる点もまた理解されたい。図４に最もよく示されるように、段部１１５は、平坦なフロア１１０を中断して、フロア１１０を通過する流出する流体流れ１０９が場合によっては段部１１５にて衝突及び／又は停滞し、これにより流出する流体流れ１０９の一部がアパーチャ１０５のスパンにわたってより均一に分布し及び／又は乱流状態になることができる。このような分布及び／又は乱流は、流出する流体流れ１０９が分布及び／又は乱流の発生していない場合の時間期間よりも長い間表面１０３に沿って拡散及び／又は表面１０３に近接して滞留するよう促進させることができる。その結果、これは、表面１０３及びタービン構成要素１００全体の冷却を促進させることができる。

具体的には、段部１１５は、フロア１１０の内側部分１１１と外側部分１１２との間に配置され、内側部分１１１と外側部分１１２が単一の平面を構成しないようにすることができる。一部の実施形態において、段部１１５は、バンプ、リッジ、平面又は同様のものを含むことができる。段部１１５は、別個の箇所にて内側部分１１１及び外側部分１１２と接触し、又は湾曲半径にて交わることができる。

一部の特定の実施形態において、段部１１５は、２つの対向する側壁１１７の間の長さＬ全体に延びることができる。他の実施形態において、段部１１５は、２つの対向する側壁１１７の間の長さＬの一部に延びることができる。更に一部の実施形態において、段部１１５は、その長さに沿って１又はそれ以上のギャップを含むことができる。更に、一部の実施形態において、段部１１５は、流体流れ１０９（図５に例示される）の方向に実質的に垂直な方向に延びることができる。他の実施形態において、段部１１５は、流体流れ１０９の方向に実質的に垂直な方向から約約３０°又は約４５°以内の方向に延びることができる。別の一部の実施形態において、段部１１５は、ギザギザ構成、蛇行構成、Ｖ字形構成又は同様のものなどの非線形構成で延びることができる。一部の実施形態において、段部１１５は、アパーチャ１０５の１又はそれ以上の側壁１１７に沿って上方に延びることができる。

図４において最もよく示されるように、段部１１５は、フロアの内側部分１１１から外側部分１１２に移行するときに高さＨを定めることができる。一部の実施形態において、段部１１５の高さＨは、その全長に沿って均一とすることができる。他の実施形態では、高さＨは、その長さに沿って非均一とすることができる。例えば、高さＨは、段部１１５がその長さに沿って様々なバンプ又はリッジを有するように変わることができる。一部の実施形態において、段部１１５の高さＨは、流体流通路１０４のサイズ及び構成に少なくとも部分的に基づくことができる。例えば、高さＨは、流体流通路１０４の直径Ｄの約１〜約０．１倍のサイズ、流体流通路１０４の直径Ｄの約１〜約０．３倍のサイズ、又は流体流通路１０４の直径Ｄの約１〜約０．５倍のサイズを含むことができる。一部の実施形態において、高さＨは、流体流通路１０４の直径Ｄの約０．５〜約０．７５倍のサイズを含むことができる。

段部１１５は、様々なアパーチャ１０５及び流体流通路１０４構成で利用できるが、拡散構成に特に好適とすることができる。例えば、図５に示すような一部の実施形態において、アパーチャ１０５は、側壁１１７が拡散角度Θで流体流れから離れて延びるような拡散構成を含むことができる。このような実施形態において、Θは、少なくとも５°、少なくとも１０°、少なくとも２０°、又は少なくとも３０°など、０°よりも大きいとすることができる。

１又はそれ以上の実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ、本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は、当業者であれば理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するよう企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の請求項の範囲に属する全ての実施形態を含むことになるものとする。加えて、詳細な説明で特定された全ての数値は、まさしく厳密値又は概算値が明示的に特定されると解釈されるべきである。

１００ タービン構成要素
１０１ 基材
１０３ 表面
１０４ 流体流通路
１０５ アパーチャ（冷却孔）
１０９ 流体流れ
１１０ フロア
１１１ 内側部分（フロアの）
１１２ 外側部分（フロアの）
１１５ 段部
１１７ 側壁
１１９ シーリング
１２０ テーパ
２００ コーティングプロセス
２０１ 可鍛性マスキング材料
２０３ 第１のコーティング
２０５ 局所マスキング材料
２０７ 第２のコーティング
２１０ ステップ（可鍛性マスク）
２１５ ステップ（グリッドブラスト処理）
２２０ ステップ（第１のコーティング）
２３０ ステップ（局所マスク）
２４０ ステップ（第２のコーティング）
２５０ ステップ（除去）
Ｄ 直径
Ｈ 高さ
Ｌ 長さ
Θ 角度

Claims (20)

1. タービン構成要素（１００）であって、
   少なくとも１つの流体流通路（１０４）と、
   前記タービン構成要素の表面（１０３）上に配置され且つ前記少なくとも１つの流体流通路に流体接続された少なくとも１つのアパーチャ（１０５）と、
   を備え、前記少なくとも１つのアパーチャが、
   前記少なくとも１つの流体流通路から前記表面まで延びるフロア（１１０）と、
   前記フロアの内側部分（１１１）と外側部分（１１２）との間に配置され、前記内側部分と外側部分が単一の平面を構成しないようにする段部（１１５）と、
   を含む、タービン構成要素（１００）。
2. 前記少なくとも１つのアパーチャが更に、２つの対向する側壁（１１７）を含む、請求項１に記載のタービン構成要素（１００）。
3. 前記段部が、前記２つの対向する側壁間の全長を延びる、請求項２に記載のタービン構成要素（１００）。
4. 前記段部が、前記２つの対向する側壁間の長さの一部のみを延びる、請求項２に記載のタービン構成要素（１００）。
5. 前記段部が、その長さに沿って１又はそれ以上のギャップを含む、請求項２に記載のタービン構成要素（１００）。
6. 前記段部が、前記２つの対向する側壁のうちの少なくとも１つに沿って少なくとも部分的に上方に延びる、請求項２に記載のタービン構成要素（１００）。
7. 前記段部が、その全長に沿って実質的に均一な高さ（Ｈ）を含む、請求項１に記載のタービン構成要素（１００）。
8. 前記段部が、その長さに沿って非均一な高さを含む、請求項１に記載のタービン構成要素（１００）。
9. 前記段部が、前記１又はそれ以上の流体流通路の直径（Ｄ）の約１〜約０．１倍の高さを含む、請求項１に記載のタービン構成要素（１００）。
10. 前記段部が、前記１又はそれ以上の流体流通路から流出する流体流れの方向に実質的に垂直な方向で延びる、請求項１に記載のタービン構成要素（１００）。
11. 前記段部が、前記１又はそれ以上の流体流通路から流出する流体流れの方向に実質的に垂直な方向の約３０°以内の方向で延びる、請求項１０に記載のタービン構成要素（１００）。
12. 前記アパーチャが、拡散構成を含み、前記アパーチャの２つの対向する側壁が拡散角度で流体流れ方向から離れて延びる、請求項１に記載のタービン構成要素（１００）。
13. 前記拡散角度が、約１０°以上である、請求項１２に記載のタービン構成要素（１００）。
14. 前記拡散角度が、約３０°以上である、請求項１３に記載のタービン構成要素（１００）。
15. 前記アパーチャが複数の段部を含む、請求項１に記載のタービン構成要素（１００）。
16. 前記タービン構成要素がノズルを含む、請求項１に記載のタービン構成要素（１００）。
17. タービン構成要素（１００）のコーティング方法であって、
    タービン構成要素の表面（１０３）内の１又はそれ以上の流体流通路（１０４）の１又はそれ以上のアパーチャ（１０５）に可鍛性マスキング材料（２０１）を施工するステップ（２１０）と、
    前記可鍛性マスキング材料を覆って且つ前記タービン構成要素の表面上に第１のコーティング（２０３）を施工するステップ（２１０）と、
    を含み、前記可鍛性マスキング材料により、前記第１のコーティングの少なくとも一部が前記１又はそれ以上の流体流通路の１又はそれ以上のアパーチャのうちの少なくとも１つに段部を形成するようにし、
    前記方法が更に、
    前記１又はそれ以上の流体流通路の１又はそれ以上のアパーチャに局所マスキング材料（２０５）を局所的に施工するステップ（２３０）と、
    前記局所マスキング材料を覆って及び前記第１のコーティングの上に第２のコーティング（２０７）を施工するステップ（２４０）と、
    を含む、方法。
18. 前記可鍛性マスキング材料がシリコーン・エラストマーを含む、タービン構成要素のコーティング方法。
19. 前記第１のコーティングが、運動エネルギープロセスによって施工される、請求項１７に記載のタービン構成要素のコーティング方法。
20. 前記１又はそれ以上の流体流通路の１又はそれ以上のアパーチャに前記局所マスキング材料を局所的に施工するステップが、シリンジを介して達成される、請求項１７に記載のタービン構成要素のコーティング方法。