JP2022519571A

JP2022519571A - Ｔｂｃシート破砕の程度の制御

Info

Publication number: JP2022519571A
Application number: JP2021544804A
Authority: JP
Inventors: コンラッドシェイファー、ジョン; ヴィンセントブッチ、デビット; ウスルハードウィック、カナン; チャンドゥルドゥコッティリンガム、シリカンス; ブランシュモーレイ、キャスリーン; リンシュワブ、レイシー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2022-03-24
Also published as: US20200256201A1; US11156106B2; KR20210124249A; WO2020167635A1; EP3924531A1; CN113286914A

Abstract

遮熱コーティング（ＴＢＣ）シート破砕の程度を制御する方法および高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素が開示される。本方法は、外面を有する本体を有するＨＧＰ構成要素を提供する。ＴＢＣシート破砕の程度を制御することは、本体の外面の選択された部分の上にＴＢＣを形成することを含む。ＴＢＣは、セル状パターンの複数のセグメントを含む。各セグメントは、ＴＢＣ内の１つまたは複数のスロットによって画定され、各セグメントは、ＴＢＣシート破砕の程度が、ＴＢＣシート破砕を構成する複数のセグメントの各々の所定の領域によって制限されるように、所定の領域を有する。
【選択図】図４

Description

本開示は、一般にターボ機械に関し、より詳細には、遮熱コーティング（ＴＢＣ）シート破砕の程度を制御するための高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素および方法に関する。

ガスタービンシステムなどのターボ機械は、多種多様な機器に動力を供給するために使用される。高効率ガスタービンシステムは、１５００℃を超える焼成温度を必要とする。温度が高いほど、ガスタービンシステムはより効率的である。現在、ニッケルまたはコバルト基超合金が、高温ガス経路に曝される高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素を作製するために使用されている。

遮熱コーティング（ＴＢＣ）は、高温ガスに曝されるＨＧＰ構成要素の上に適用され、下地の金属を高温から保護し、および／または下地の金属が曝される温度変化を低減する。ＴＢＣは、下地の金属に付着し、ガスタービンシステム内の様々な熱サイクルに耐えるように構成される。破砕は、動作中の熱的、機械的（例えば、衝撃）および／または化学的理由のために起こり得る。特に、熱サイクルは、破砕をもたらす可能性のある応力をＴＢＣ内に生じさせる可能性がある。破砕は、以前は存在しなかった、作動流体のためのＨＧＰ構成要素の外面への熱経路を生成するＴＢＣの任意の変化を含み得る。応力誘起破砕に対処するために、ＴＢＣにサブミクロンサイズの亀裂を形成して、広範な破砕なしに熱膨張を可能にする。このような亀裂は、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の電子ビーム物理蒸着（ＥＢ－ＰＶＤ）、または高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）ＴＢＣによって形成され得る。微細亀裂は、改善された応力耐性を提供する。それにもかかわらず、破砕が依然として発生する可能性がある。ＴＢＣシート破砕は、より小さな亀裂型の破砕よりも外面へのより大きな熱経路を生成する、ＴＢＣの一部の変位または分離を含み得る。ＴＢＣシート破砕が大きいほど、下地のＨＧＰ構成要素に起こり得る損傷が大きくなる。

米国特許出願公開第２０１８３７１９２３号明細書

本開示の第１の態様は、外面を有する本体と、本体の外面の選択された部分の上にＴＢＣ層を含む遮熱コーティング（ＴＢＣ）システムであって、ＴＢＣ層は、本体の外面の選択された部分内にセル状パターンの複数のセグメントを含み、各セグメントは、ＴＢＣ層内に少なくとも部分的に延在する１つまたは複数のスロットによって画定され、ＴＢＣシステムのＴＢＣシート破砕がＴＢＣシート破砕を構成する複数のセグメントの各々の所定の領域によって制限されるように、所定の領域を有する、遮熱コーティング（ＴＢＣ）システムと、を備える高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素を提供する。

本開示の第２の態様は、遮熱コーティング（ＴＢＣ）シート破砕の程度を制御するための方法を提供し、本方法は、外面を有する本体を有する高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素を提供するステップと、本体の外面の選択された部分の上にＴＢＣ層を含むＴＢＣシステムを形成することによってＴＢＣシート破砕の程度を制御するステップであって、ＴＢＣ層は、セル状パターンの複数のセグメントを含み、各セグメントは、ＴＢＣ層内に少なくとも部分的に延在する１つまたは複数のスロットによって画定され、各セグメントは、ＴＢＣシート破砕の程度がＴＢＣシート破砕を構成する複数のセグメントの各々の所定の領域によって制限されるように、所定の領域を有する、ステップと、を含む。

本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または論じられていない他の問題を解決するように設計されている。

本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示する添付の図面と併せて、本開示の様々な態様に関する以下の詳細な説明から、さらに容易に理解されよう。

ガスタービンシステムの形態の例示的なターボ機械の概略図である。図１のガスタービンシステムと共に使用され得る例示的なガスタービンアセンブリの断面図である。本開示の実施形態を採用することができるタービンロータブレードの形態の例示的なＨＧＰ構成要素の斜視図である。本開示の実施形態を採用することができるタービンノズルの形態の例示的なＨＧＰ構成要素の斜視図である。本開示の実施形態による、セグメント化されたＴＢＣ層を有するＴＢＣシステムを含むＨＧＰ構成要素の選択された部分の断面図である。本開示の実施形態による、セグメント化されたＴＢＣを含むＨＧＰ構成要素の選択された部分の斜視図である。２つのＴＢＣ層中にセグメント化されたＴＢＣ層を有するＴＢＣシステムを含むＨＧＰシステムの選択された部分の断面図である。３つのＴＢＣ層中にセグメント化されたＴＢＣ層を有するＴＢＣシステムを含むＨＧＰシステムの選択された部分の断面図である。本開示の実施形態による、ＴＢＣシート破砕を経験しているＨＧＰ構成要素の選択された部分の断面図である。ＴＢＣセグメント形状の一実施形態の概略図である。ＴＢＣセグメント形状の別の実施形態の概略図である。ＴＢＣセグメント形状のさらに別の実施形態の概略図である。ＴＢＣセグメント形状のさらに別の実施形態の概略図である。ＴＢＣセグメント形状のさらに別の実施形態の概略図である。ＴＢＣセグメント形状のさらに別の実施形態の概略図である。ＴＢＣセグメント形状のさらに別の実施形態の概略図である。ＴＢＣセグメント形状のさらに別の実施形態の概略図である。ＴＢＣセグメント形状のさらに別の実施形態の概略図である。本開示の一実施形態による、ＴＢＣ層内にセグメントを形成するステップの概略図である。本開示の別の実施形態による、ＴＢＣ層内にセグメントを形成するステップの概略図である。本開示の別の実施形態による、ＴＢＣ層内にセグメントを形成するステップの概略図である。本開示の実施形態による、付加製造を使用してＴＢＣ層にセグメントを形成するステップの概略図である。本開示の実施形態による、セグメント形成メッシュを形成するステップの斜視図である。本開示の実施形態による、図１５のセグメント形成メッシュを使用してＴＢＣ層にセグメントを形成するステップの斜視図である。

本開示の図面は、原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面において、同じ符号は、図面を通して同じ要素を表している。

最初の問題として、現在の開示を明確に説明するために、ガスタービンシステム内の関連する機械部品を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語には、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲の技術的範囲に矛盾しない広い解釈が与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して言及され得ることを理解されよう。本明細書において単一の部品であるとして記載されているものは、複数の構成要素を含む場合があり、別の文脈では複数の構成要素からなるものとして言及される場合がある。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載され得るものは、単一の部品として他の場所で言及されてもよい。

また、本明細書ではいくつかの記述上の用語を繰り返し使用する場合があり、本項の始めでこれらの用語を定義することが有用であるはずである。これらの用語およびその定義は、別途記載のない限り、以下の通りである。本明細書で使用する場合、「下流」および「上流」とは、タービンエンジンを通る作動流体、または例えば、燃焼器を通る空気の流れ、もしくはタービンのコンポーネントシステムの１つを通る冷却材などの流体の流れに対する方向を示す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れの反対の方向を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」はエンジンの前方または圧縮機端を指し、「後方」はエンジンの後方またはタービン端を指す。多くの場合、中心軸線に関して異なる半径方向位置にある部品を記述することが要求される。「半径方向」という用語は、軸線に垂直な移動または位置を指す。このような場合、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線に近接して位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内方」にあると述べる。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線から遠くに位置する場合には、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外方」にあると述べることができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線周りの移動または位置を指す。このような用語は、タービンの中心軸線に関連して適用することができることが理解されよう。

ある要素または層が別の要素または層に対して「上にある」、「係合される」、「係合解除される」、「接続される」または「結合される」と言及される場合には、この要素または層は他の要素または層に対して直接上にある、係合される、接続される、または結合されてもよく、あるいは介在する要素または層が存在してもよい。逆に、ある要素が別の要素または層に対して「直接上にある」、「直接係合される」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言及される場合には、介在する要素または層は存在し得ない。要素間の関係について説明するために使用される他の語も、同様に解釈されるべきである（例えば、「～の間に」に対して「直接～の間に」、「～に隣接して」に対して「直接～に隣接して」など）。本明細書で使用する場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目のいずれかおよび１つまたは複数のすべての組み合わせを含む。

図１は、その構成要素が本開示の教示を使用することができる例示的な産業機械の概略図を示している。この例では、機械は、燃焼システムまたはガスタービンシステムの形態のターボ機械１００を含む。ターボ機械１００は、圧縮機１０２と、燃焼器１０４とを含む。燃焼器１０４は、燃焼領域１０６と、燃料ノズルアセンブリ１０８とを含む。ターボ機械１００はまた、タービン１１０と、共通の圧縮機／タービンシャフト１１２（ロータ１１２と呼ばれることもある）とを含む。一実施形態では、燃焼タービンシステムは、米国サウスカロライナ州グリーンビルのゼネラルエレクトリック社から市販されている、７ＦＢエンジンと呼ばれることもあるＭＳ７００１ＦＢエンジンである。本開示は、特定の産業機械に限定されるものではなく、特定のガスタービンシステムに限定されるものでもなく、例えばゼネラルエレクトリック社のＭＳ７００１ＦＡ（７ＦＡ）、ＭＳ９００１ＦＡ（９ＦＡ）、７ＨＡおよび９ＨＡエンジンモデルを含む他のエンジンに関連して埋め込まれてもよい。さらに、本開示は、特定のターボ機械に限定されず、例えば、蒸気タービン、ジェットエンジン、圧縮機、ターボファンなどに適用可能とすることができる。

動作中、空気は圧縮機１０２を通って流れ、圧縮空気が燃焼器１０４に供給される。具体的には、圧縮空気は、燃焼器１０４に一体化された燃料ノズルアセンブリ１０８に供給される。アセンブリ１０８は、燃焼領域１０６と流れ連通する。燃料ノズルアセンブリ１０８はまた、燃料源（図１には示さず）と流れ連通し、燃料および空気を燃焼領域１０６に導く。燃焼器１０４は、燃料に点火して、燃料を燃焼させる。燃焼器１０４は、ガス流熱エネルギーが機械的回転エネルギーに変換されるタービンアセンブリ１１０と流れ連通している。タービンアセンブリ１１０は、ロータ１１２に回転可能に結合し、ロータ１１２を駆動するタービン１１１（図２）を含む。圧縮機１０２はまた、ロータ１１２に回転可能に結合される。例示的な実施形態では、複数の燃焼器１０４および燃料ノズルアセンブリ１０８が存在する。

図２は、ターボ機械１００（図１）の例示的なタービンアセンブリ１１０の断面図を示している。タービンアセンブリ１１０のタービン１１１は、ターボ機械１００の静止ケーシング１２２に結合され、回転ブレード１２４の列に軸方向に隣接するノズルまたはベーン１２０の列を含む。ノズルまたはベーン１２６は、半径方向外側プラットフォーム１２８および半径方向内側プラットフォーム１３０によってタービンアセンブリ１１０に保持され得る。タービンアセンブリ１１０におけるブレード１２４の列は、ロータ１１２に結合され、ロータと共に回転する回転ブレード１３２を含む。回転ブレード１３２は、ロータ１１２に結合された半径方向内側プラットフォーム１３４（ブレードの根元にある）と、半径方向外側先端シュラウド１３６（ブレードの先端にある）とを含むことができる。本明細書で使用する場合、「ブレード」または「高温ガス経路構成要素」という用語は、別途記載のない限り、静止ベーンまたはノズル１２６および回転ブレード１３２を集合的に指すものとする。

図３および図４は、本開示の教示を採用することができるターボ機械の例示的な高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素を示している。図３は、本開示の実施形態を採用することができるタイプのタービンロータブレード１３２の斜視図を示している。タービンロータブレード１３２は、ロータブレード１３２がロータ１１２（図２）に取り付けられる根元１４０を含む。根元１４０は、ロータ１１２（図２）のロータホイール１４４（図２）の周囲の対応するダブテールスロットに装着するように構成されたダブテール１４２を含むことができる。根元１４０は、ダブテール１４２と、翼形部１５０と根元１４０の接合部に配置され、タービンアセンブリ１１０を通る流路の内方境界の一部を画定するプラットフォーム１４８との間に延びるシャンク１４６をさらに含むことができる。翼形部１５０は、作動流体の流れを遮断してロータディスクを回転させるロータブレード１３２の能動構成要素であることが理解されよう。ロータブレード１３２の翼形部１５０は、対向する前縁１５６と後縁１５８との間にそれぞれ軸方向に延びる、凹状正圧側（ＰＳ）外壁１５２と、円周方向または横方向に対向する凸状負圧側（ＳＳ）外壁１５４とを含むことがわかる。側壁１５２および１５４もまた、プラットフォーム１４８から外方先端１６０に半径方向に延びる。

図４は、本開示の実施形態を採用することができるタイプの静止ベーンまたはノズル１２６の斜視図を示している。ノズル１２６は、ノズル１２６をターボ機械の静止ケーシング１２２（図２）に取り付けるための外側プラットフォーム１７２を含む。外側プラットフォーム１７２は、ケーシング内の対応するマウントに装着するための、任意の現在知られているまたは後に開発されるマウント構成を含むことができる。ノズル１２６は、隣接するタービンロータブレード１３２（図３）のプラットフォーム１４８（図３）の間に位置決めするための内側プラットフォーム１７４をさらに含むことができる。プラットフォーム１７２、１７４は、タービンアセンブリ１１０を通る流路の外方境界および内方境界のそれぞれの部分を画定する。翼形部１７６は、作動流体の流れを遮断してタービンロータブレード１３２（図３）に向けて誘導するノズル１２６の能動構成要素であることが理解されよう。ノズル１２６の翼形部１７６は、対向する前縁１８２と後縁１８４との間にそれぞれ軸方向に延在する、凹状正圧側（ＰＳ）外壁１７８と、円周方向または横方向に対向する凸状負圧側（ＳＳ）外壁１８０とを含むことがわかる。側壁１７８および１８０もまた、プラットフォーム１７２からプラットフォーム１７４に半径方向に延びる。

本明細書に記載の開示の実施形態は、タービンロータブレード１３２および／またはノズル１２６のいずれかに適用可能な態様を含むことができる。限定はしないが、内部冷却構造、切欠き部形状、外壁角度／形状などの本明細書に記載されていないブレード１３２またはノズル１２６の他の特徴は、特定の用途、すなわちロータブレードまたはベーンに合わせてカスタマイズされてもよいことが理解されよう。さらに、本開示の実施形態は、ブレード１３２および／またはノズル１２６の形態のＨＧＰ構成要素に関して説明されているが、本教示は、産業機械内の任意のＨＧＰ構成要素に適用することができる。

上述のように、本開示の実施形態は、遮熱コーティング（ＴＢＣ）シート破砕の程度を制御する。図５は、本開示の実施形態による、ＴＢＣシステム２２０を含む例示的なＨＧＰ構成要素２００（例えば、ブレード１３２（図３）、ノズル１２６（図４））の断面図を示し、図６は、本開示の実施形態による、ＴＢＣシステム２２０を含むＨＧＰ構成要素２００の例示的な部分の斜視図を示している。ＨＧＰ構成要素２００は、外面２１２を有する本体２１０を含むことができる。本体２１０は、限定はしないが、金属、金属合金、超合金などの、高温ガス経路に耐えるように構成された任意の現在知られているまたは後に開発される材料で作られてもよい。ＨＧＰ構成要素２００はまた、その外面２１２の選択された部分２３０の上に遮熱コーティング（ＴＢＣ）システム２２０を含んでもよい。図５に示すように、ＴＢＣシステム２２０は、必要に応じて、ボンドコート層２２２と、１つまたは複数のＴＢＣ層２２４とを含むことができる。図５は、１つのＴＢＣ層２２４を示している。ボンドコート層２２２は、限定はしないが、ニッケルもしくは白金アルミナイド、またはＭＣｒＡｌＹ（クロムアルミニウムイットリウム）などの任意の現在知られているまたは後に開発されるボンドコート材料を含むことができ、ここでＭはニッケル、コバルトおよび／または鉄であってもよく、場合によってはケイ素またはハフニウムを含む。１つまたは複数のＴＢＣ層２２４は、限定はしないが、部分安定化イットリアジルコニア（ＹＳＺ）（例えば、８ＹＳＺ）、２０以上のＹの完全安定化イットリアジルコニア（例えば、２０ＹＳＺ）、または超低誘電率材料（ＵＬＫ）、例えばムライトおよびアルミナなどの任意の現在知られているまたは後に開発されるＴＢＣ材料を含むことができる。ＴＢＣシステム２２０は、熱成長酸化物などの追加の層も含むことができる。

図５および図６の斜視図に示すように、従来のＴＢＣシステムとは対照的に、ＴＢＣシステム２２０は、選択された部分２３０内にセル状パターン２４２の複数のセグメント２４０を含む。各セグメント２４０は、ＴＢＣシステム２２０内の１つまたは複数のスロット２４４によって画定され、例えば平方ミリメートル単位の所定の領域を有する。より詳細に説明するように、セル状パターン２４２およびスロット２４４は、ＴＢＣシステム２２０のＴＢＣシート破砕の程度、例えばその分離が、ＴＢＣシート破砕を構成するセグメント２４０の各々の所定の領域によって制限されるように構成される。

セグメント２４０を作成するスロット２４４は、図５に示すように、ＴＢＣシステム２２０の複数の従来の応力緩和亀裂２６０と対比されるべきである。応力緩和亀裂２６０は、任意の現在知られているまたは後に開発される方法でＴＢＣ層２２４に形成され得る。応力緩和亀裂２６０は、例えば、高密度垂直亀裂（ＤＶＣ）プロセスの一部として形成され得る。この場合、例えば、１平方ミリメートル当たり１００万個の緩和亀裂２６０を設けてもよい。対照的に、スロット２４４は、５０から５００マイクロメートルの範囲の幅を有することができる。さらに、スロット２４４の間に画定された各セグメント２４０の所定の領域は、ＨＧＰ構成要素２００のＴＢＣシート破砕サイズ制限に基づくことができる。例えば、特定のＨＧＰ構成要素２００は、約３．２から６．４ｍｍの直径の最大許容ＴＢＣシート破砕を有することができる。したがって、各セグメント２４０は、そのＨＧＰ構成要素２００に対して約５．０ｍｍ^２から１０ｍｍ^２の領域を有することができる。所定の領域は、ＨＧＰ構成要素２００ごとにカスタマイズされてもよい。さらに、各ＨＧＰ構成要素２００は、各部分に対するそれぞれのセグメント２４０の所定の領域をカスタマイズすることができるように、複数の選択された部分２３０を有することができる。スロット２４４は、ＴＢＣシート破砕として所望の分離を確実にするために必要な任意の深さ、例えば、ＴＢＣ層２２４の厚さの４０％～１００％を有することができる。一実施形態では、スロット２４４は、ＴＢＣ層２２４に部分的にのみ延在してもよいが、他の実施形態では、スロット２４４は、ＴＢＣ層２２４を延在してボンドコート層２２２に達してもよい。

図７および図８は、複数のＴＢＣ層２２４を有するＴＢＣシステム２２０を示している。図７は、２つのＴＢＣ層２２４Ａ、２２４Ｂを示し、図８は、３つのＴＢＣ層２２４Ａ、２２４Ｂ、２２４Ｃを示している。図７および図８に示すように、複数のＴＢＣ層２２４が設けられ、スロット２４４は各ＴＢＣ層２２４内に延在してもよい。例えば、２つのＴＢＣ層２２４が使用される場合、スロット２４４は、（図５のように）最も外側のＴＢＣ層２２４に部分的にのみ延在してもよく、または図７に示すように、スロット２４４は、最も外側のＴＢＣ層２２４Ａを通って、最も内側のＴＢＣ層２２４Ｂに部分的に延在してもよい。図８に示す別の例では、３つのＴＢＣ層２２４が使用され、スロット２４４は、（図５のように）最も外側のＴＢＣ層２２４に部分的にのみ延在してもよく、またはスロット２４４は、最も外側のＴＢＣ層２２４Ａを通って、中間のＴＢＣ層２２４Ｂに部分的に延在し、最も内側のＴＢＣ層２２４Ｃ内に延在しなくてもよく、または図８に示すように、スロット２４４は、最も外側のＴＢＣ層２２４Ａおよび中間のＴＢＣ層２２４Ｂを通って、最も内側のＴＢＣ層２２４Ｃに部分的に延在してもよい。いずれにせよ、スロット２４４は、ＴＢＣ層２２４Ａ、２２４Ｂ、および／または２２４Ｃの総厚の特定の割合、例えば、１つ、２つ、または３つのＴＢＣ層２２４の総厚のある割合まで延在することができる。いずれにせよ、スロット２４４の深さは、１つまたは複数のＴＢＣ層２２４の全体的な厚さおよび／または選択された部分２３０の位置の関数とすることができる。

本開示の実施形態による方法は、主に図５および図６に示すように、その上にＴＢＣシステム２２０を備えた外面２１２を有する本体２１０を有するＨＧＰ構成要素２００を提供するステップを含む。図９は、本開示の実施形態による、制御されたＴＢＣシート破砕２５０を経験している例示的なＨＧＰ構成要素２００の断面図を示している。ＴＢＣシート破砕２５０（図９）の程度を制御するステップは、セル状パターン２４２のセグメント２４０を含む本体２１０の外面２１２の選択された部分２３０の上にＴＢＣシステム２２０を形成するステップを含む。上述したように、各セグメント２４０は、ＴＢＣ層２２４内の１つまたは複数のスロット２４４によって画定され、ＴＢＣシート破砕２５０の程度が、ＴＢＣシート破砕を構成するセグメント２４０の各々の所定の領域によって制限されるように、所定の領域を有する。ＴＢＣシート破砕２５０は、１つのセグメント２４０を含んで示されているが、他のセグメント２４０もまた、ＴＢＣシート破砕２５０の一部として、または別のＴＢＣシート破砕の一部として分離し得ることが理解される。図９に示すように、セル状パターン２４２およびスロット２４４は、ＴＢＣシステム２２０のＴＢＣシート破砕２５０の程度、例えばその分離が、ＴＢＣシート破砕２５０を構成する各セグメント２４０の所定の領域によって制限されるように構成される。対照的に、セル状パターン２４２のセグメント２４０がなければ、ＴＢＣシート破砕２５０は、例えば、ＴＢＣシステム２２０（ボンドコート層２２２およびＴＢＣ層２２４）を外面２１２から、および／またはＴＢＣ層２２４をボンドコート層２２２から引き離すことができるＴＢＣシステム２２０の任意の領域を含むことになろう。この場合、破砕するＴＢＣシステム２２０の最初の小さな部分でさえ、非常に大きな領域のＴＢＣシート破砕を生成することができる。本開示の実施形態に従って提供されるセグメント化は、任意のＴＢＣシート破砕２５０の程度を、分離する可能性があるセグメント２４０の所定の領域に制限し、したがって、ＴＢＣシート破砕が発生したときにＨＧＰ構成要素２００に起こり得る損傷の程度を制限する。

選択された部分２３０は、ＨＧＰ構成要素２００（図８～図９）の翼形部の前縁１５６、１８２上にあるように示されているが、ＨＧＰ構成要素上どこにでも、必要な場合にのみ設けることができることが強調される。すなわち、セル状パターン２４２は、ＴＢＣシート破砕が懸念されるＴＢＣシステム２２０に設けられるだけでよい。これに関して、方法は、例えば、既知の温度勾配、以前の破砕、使用された材料などのモデル化および／または経験的データの使用によって、選択された部分で発生すると予想される破砕に基づいて選択された部分２３０を決定するステップを含むことができる。選択された部分２３０は、ＴＢＣシステム２２０のすべてを含む必要はない。それは、ＴＢＣシステム２２０の任意の空中部分を含むことができる。

各セグメント２４０はまた、所定の形状を有することができる。図６では、セル状パターン２４２は、ほぼ垂直なグリッドパターンのスロット２４４で、すなわち、ＨＧＰ構成要素外面２１２の曲率にいくらかの変化を伴って配置される。ここで、セグメント２４０は正方形または長方形である。しかしながら、セグメント２４０は、ＴＢＣシート破砕２５０の程度を制御するのを助けるために、任意の所望の形状を有することができる。図１０Ａ～図１０Ｉは、正方形（図１０Ａ）、長方形（図１０Ｂ）、三角形（図１０Ｃ）、八角形（図１０Ｄ）、台形（図１０Ｅ）、多角形（図１０Ｆ）、細長いダイヤモンド（図１０Ｇ）、ダイヤモンド（図１０Ｈ）、および六角形（図１０Ｉ）を含むがこれらに限定されないいくつかの例を示している。図１０Ｉは、例えば、ハニカムセル状パターンで設けることができる。

セル状パターン２４２のセグメント２４０を有するＴＢＣシステム２２０は、いくつかの方法で形成され得る。図１１の概略図に示す一実施形態では、ＴＢＣ形成は、ＴＢＣを層２６２として、すなわちＴＢＣ層２２４として、場合によってはボンドコート層２２２と共に形成することを含むことができる。次いで、層２６２内にスロット２４４を作成することによって、層２６２内のセグメント２４０を作成することができる。スロット２４４を、いくつかの方法で作成することができる。例えば、スロット２４４は、レーザ、放電機械、超音波エッチャ、および／またはウォータージェットのうちの少なくとも１つを使用して作成されてもよい。一般に、これらのスロット形成ツールは、図１１においてツール２６４として示されている。

図１２および図１３は、スロット２４４を作成するための別の方法の概略図を示している。図１２の実施形態では、ボンドコート層２２２は、ＴＢＣ層２２４と本体２１０の外面２１２の選択された部分２３０との間に存在する。ここで、ボンドコート層２２２は、例えばスロット２４４を作成することによって、ＴＢＣ層２２４内に複数のセグメント２４０を作成するように構成された複数のセグメント作成特徴部２６８を用いて形成され得る。セグメント作成特徴部２６８は、ＴＢＣ層２２４にスロット２４４を作成することができる任意の物理的特徴、例えば、引張応力または圧縮応力によってスロット２４４を作成する応力ライザを含むことができる。図示の例では、セグメントスタータ２６８は、ピーク形態またはナイフエッジ形態として示されているが、それらは他の様々な形状を有してもよい。図１３に示す別の実施形態では、ＴＢＣシステム２２０が複数のＴＢＣ層２２４Ａ、２２４Ｂを含み、セグメント作成特徴部２６８は、ＴＢＣ層２２４Ａと２２４Ｂとの間の界面に配置され得る。例えば、最も外側のＴＢＣ層２２４Ａに１つまたは複数のスロット２４４を作成するように構成された複数のセグメント作成特徴部２６８を有する最も外側でないＴＢＣ層２２４Ｂを形成することができる。この実施形態では、セグメント作成特徴部２６８を使用して、スロット２４４の位置を制御し、またＴＢＣ破砕の最大深さを制御することができる。ＴＢＣ破砕が発生した場合、セグメント作成特徴部２６８は内側ＴＢＣ層２２４Ｂに残ることができる。

図１４は、内部に複数のセグメント２４０を有する、すなわち少なくともＴＢＣ層２２４にスロット２４４を有するＴＢＣシステム２２０を形成するための別の実施形態の概略図を示している。この実施形態では、ＴＢＣシステム２２０は、ＴＢＣシステム２２０に適した任意の付加製造プロセスを使用して形成され得る。当該技術分野で理解されているように、付加製造（ＡＭ）は、材料の除去ではなく、材料の連続的な層形成により構成要素を製造する多種多様なプロセスを含む。例えば、付加製造は、ＴＢＣシステム２２０を形成するために、ＡＭツール２７０、例えばフォトリソグラフィ、レーザ、バインダージェット、プラスチックジェットなどを使用して実行され得る。付加製造は、いかなる種類の工具、金型、または固定具も使用することなく、かつ材料をほとんど、または全く無駄にすることなく、複雑な幾何学的形状を生み出すことができる。

図１５および図１６は、ＴＢＣセグメント２４０を形成する別の実施形態の斜視図を示している。この実施形態では、セグメント形成メッシュ２７２は、ＨＧＰ構成要素の本体２１０の外面２１２の選択された部分２３０の上に形成される。セグメント形成メッシュ２７２は、複数のセグメント２４０のためのセル状パターン２４２を含む。すなわち、セグメント形成メッシュ２７２は、ＴＢＣシステム２２０においてスロット２４４が存在する構成となっている。セグメント形成メッシュ２７２は、ＨＧＰ構成要素の本体２１０の外面２１２の選択された部分２３０の上にセグメント形成メッシュ２７２を付加製造するなど、いくつかの方法で形成され得る。あるいは、セグメント形成メッシュ２７２は、他の場所に印刷されるか、そうでなければ形成され、次いでＨＧＰ構成要素の本体２１０の外面２１２の選択された部分２３０に適用され得る。いずれにせよ、図１６に示すように、セグメント形成メッシュ２７２をＴＢＣシステム２２０、例えばＴＢＣ層２２４でオーバーコーティングすることにより、複数のセグメント２４０が作成される。図１６に示すように、セグメント形成メッシュ２７２（図１５）を除去することにより、スロット２４４（図５および図６）が作成される。セグメント形成メッシュ２７２を、いくつかの方法で除去することができる。一実施形態では、セグメント形成メッシュ２７２は、水溶性セラミックまたは水溶性プラスチックなどであるがこれらに限定されない溶解性材料で作ることができる。この場合、セグメント形成メッシュ２７２は、水洗を使用してオーバーコーティングした後に除去され得、セグメント化されたＴＢＣが得られる（図５および図６）。あるいは、セグメント形成メッシュ２７２は、リーチャントまたはエッチングプロセスによって除去することができる他の材料、例えば、苛性溶液で溶解可能な特定の水溶性セラミックまたはシリカコアで作ることができる。別の実施形態では、セグメント形成メッシュ２７２の除去は、ＨＧＰ構成要素２００の使用中に行われてもよい。すなわち、セグメント形成メッシュ２７２は、ＨＧＰ構成要素２００に残すことができ、構成要素が例えばガスタービンシステム１００で使用されるときに除去され得る。この場合、例えば酸化により除去することができる。図１４～図１６は単一のＴＢＣ層を示しているが、任意の数のＴＢＣ層が使用されてもよいことが理解される。

どのように形成されるかにかかわらず、セル状パターン２４２のセグメント２４０を有するＴＢＣシステム２２０の形成は、ＨＧＰ構成要素２００の最初の製造中に、または使用後のその修復中に提供され得る。

本開示の実施形態は、使用されるＴＢＣの種類にかかわらず、ＴＢＣシート破砕２５０（図９）の程度を制御するために適用され得る。セグメント化されたＴＢＣシステム２２０は、損傷が発生する可能性が高い任意の形態の選択された部分２３０に適用され得る。すなわち、セグメント化されたＴＢＣシステム２２０は、ＨＧＰ構成要素２００のすべての領域に適用される必要はない。説明したように、セグメント化されたＴＢＣシステム２２０は、様々な付加的および／または除去的プロセスによって形成され得る。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈からそのようでないことが明らかでない限り、複数形も含むように意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用する場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加されることを除外しないことがさらに理解されよう。「任意の」または「任意に」は、後で述べられる事象または状況が、起こる場合も起こらない場合もあることを意味し、この記述は、その事象が起こる事例と、起こらない事例とを含む。

本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用されるとき、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動できる任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの１つまたは複数の用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は特定され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両端の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。

以下の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実施するための、一切の構造、材料、または動作を包含することを意図している。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの修正および変形が明らかであろう。本開示の原理および実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を伴う様々な実施形態について本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。

１００ターボ機械、ガスタービンシステム
１０２圧縮機
１０４燃焼器
１０６燃焼領域
１０８燃料ノズルアセンブリ
１１０タービンアセンブリ
１１１タービン
１１２ロータ、タービンシャフト
１２０ノズルまたはベーン
１２２静止ケーシング
１２４回転ブレード
１２６ノズルまたはベーン、ノズル
１２８半径方向外側プラットフォーム
１３０半径方向内側プラットフォーム
１３２タービンロータブレード、回転ブレード
１３４半径方向内側プラットフォーム
１３６半径方向外側先端シュラウド
１４０根元
１４２ダブテール
１４４ロータホイール
１４６シャンク
１４８プラットフォーム
１５０翼形部
１５２凹状正圧側外壁
１５４凸状負圧側外壁
１５６前縁
１５８後縁
１６０外方先端
１７２外側プラットフォーム
１７４内側プラットフォーム
１７６翼形部
１７８凹状正圧側外壁
１８０凸状負圧側外壁
１８２前縁
１８４後縁
２００ＨＧＰ構成要素
２１０本体
２１２ＨＧＰ構成要素外面
２２０ＴＢＣシステム
２２２ボンドコート層
２２４ＴＢＣ層
２２４ＡＴＢＣ層
２２４Ｂ内側ＴＢＣ層
２２４ＣＴＢＣ層
２３０選択された部分
２４０ＴＢＣセグメント
２４２セル状パターン
２４４スロット
２５０ＴＢＣシート破砕
２６０応力緩和亀裂
２６２層
２６４ツール
２６８セグメント作成特徴部、セグメントスタータ
２７０ＡＭツール
２７２セグメント形成メッシュ

Claims

外面（２１２）を有する本体（２１０）と、
前記本体（２１０）の前記外面（２１２）の選択された部分（２３０）の上にＴＢＣ層（２２４）を含む遮熱コーティング（ＴＢＣ）システム（２２０）であって、前記ＴＢＣ層（２２４）は、前記本体（２１０）の前記外面（２１２）の前記選択された部分（２３０）内にセル状パターン（２４２）の複数のセグメント（２４０）を含み、各セグメント（２４０）は、前記ＴＢＣ層（２２４）内に少なくとも部分的に延在する１つまたは複数のスロット（２４４）によって画定され、前記ＴＢＣシステム（２２０）のＴＢＣシート破砕（２５０）が前記ＴＢＣシート破砕（２５０）を構成する前記複数のセグメント（２４０）の各々の所定の領域によって制限されるように、前記所定の領域を有する、遮熱コーティング（ＴＢＣ）システム（２２０）と
を備える、高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素（２００）。
前記ＴＢＣ層（２２４）内に複数の応力緩和亀裂（２６０）をさらに含む、請求項１に記載のＨＧＰ構成要素（２００）。
前記ＴＢＣシステム（２２０）が、前記ＴＢＣ層（２２４）と前記本体（２１０）の前記外面（２１２）の前記選択された部分（２３０）との間にボンドコート層（２２２）を含み、前記ボンドコート層（２２２）は、前記ＴＢＣ層（２２４）内に前記複数のセグメント（２４０）を作成するように構成された複数のセグメントスタータ（２６８）を含む、請求項１に記載のＨＧＰ構成要素（２００）。
前記所定の領域が、前記ＨＧＰ構成要素（２００）のＴＢＣシート破砕サイズ制限に基づく、請求項１に記載のＨＧＰ構成要素（２００）。
各スロット（２４４）が、５０から５００マイクロメートルの範囲の幅を有する、請求項１に記載のＨＧＰ構成要素（２００）。
前記ＴＢＣ層（２２４）が複数のＴＢＣ層（２２４）を含み、前記１つまたは複数のスロット（２４４）が、前記複数のＴＢＣ層（２２４）に少なくとも部分的に延在する、請求項１に記載のＨＧＰ構成要素（２００）。
遮熱コーティング（ＴＢＣ）シート破砕（２５０）の程度を制御するための方法であって、前記方法は、
外面（２１２）を有する本体（２１０）を有する高温ガス経路（ＨＧＰ）構成要素（２００）を提供するステップと、
前記本体（２１０）の前記外面（２１２）の選択された部分（２３０）の上にＴＢＣ層（２２４）を含むＴＢＣシステム（２２０）を形成することによって前記ＴＢＣシート破砕（２５０）の前記程度を制御するステップであって、前記ＴＢＣ層（２２４）は、セル状パターン（２４２）の複数のセグメント（２４０）を含み、各セグメント（２４０）は、前記ＴＢＣ層（２２４）内に少なくとも部分的に延在する１つまたは複数のスロット（２４４）によって画定され、各セグメント（２４０）は、前記ＴＢＣシート破砕（２５０）の前記程度が前記ＴＢＣシート破砕（２５０）を構成する前記複数のセグメント（２４０）の各々の所定の領域によって制限されるように、前記所定の領域を有する、ステップと
を含む、方法。
前記ＴＢＣシステム（２２０）を形成する前記ステップが、前記ＴＢＣ層（２２４）に複数の応力緩和亀裂（２６０）を形成するステップを含む、請求項７に記載の方法。
前記所定の領域が、前記ＨＧＰ構成要素（２００）の所定のＴＢＣシート破砕サイズ制限に基づく、請求項７に記載の方法。
各セグメント（２４０）が所定の形状を有する、請求項７に記載の方法。
前記ＴＢＣシステム（２２０）を形成する前記ステップが、前記ＴＢＣ層（２２４）を形成するステップと、次いで、前記ＴＢＣ層（２２４）に前記１つまたは複数のスロット（２４４）を作成することによって前記ＴＢＣ層（２２４）に前記複数のセグメント（２４０）を形成するステップとを含む、請求項７に記載の方法。
前記ＴＢＣ層（２２４）に前記１つまたは複数のスロット（２４４）を作成する前記ステップが、レーザ、放電機械、超音波エッチャ、およびウォータージェットのうちの少なくとも１つを使用することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記ＴＢＣシステム（２２０）を形成する前記ステップが、前記複数のセグメント（２４０）を内部に有する前記ＴＢＣ層（２２４）を形成するステップを含む、請求項７に記載の方法。
前記ＴＢＣシステム（２２０）を形成する前記ステップが、前記複数のセグメント（２４０）を内部に有する前記ＴＢＣ層（２２４）を付加製造するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
前記ＴＢＣシステム（２２０）を形成する前記ステップが、
前記ＨＧＰ構成要素（２００）の前記本体（２１０）の前記外面（２１２）の前記選択された部分（２３０）の上にセグメント形成メッシュ（２７２）を形成するステップであって、前記セグメント形成メッシュ（２７２）は、前記複数のセグメント（２４０）のための前記セル状パターン（２４２）を含む、ステップと、
前記セグメント形成メッシュ（２７２）を前記ＴＢＣ層（２２４）でオーバーコーティングして、前記複数のセグメント（２４０）を作成するステップと、
前記セグメント形成メッシュ（２７２）を除去して、前記１つまたは複数のスロット（２４４）を作成するステップと
を含む、請求項７に記載の方法。
前記セグメント形成メッシュ（２７２）を除去する前記ステップが、前記ＨＧＰ構成要素（２００）の使用中に行われる、請求項１５に記載の方法。
前記セグメント形成メッシュ（２７２）を形成する前記ステップが、前記ＨＧＰ構成要素（２００）の前記本体（２１０）の前記外面（２１２）の前記選択された部分（２３０）の上に前記セグメント形成メッシュ（２７２）を付加製造するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
前記ＴＢＣシステム（２２０）が、前記ＴＢＣ層（２２４）と前記本体（２１０）の前記外面（２１２）の前記選択された部分（２３０）との間にボンドコート層（２２２）を含み、前記複数のセグメント（２４０）を形成するステップは、前記ＴＢＣ層（２２４）に前記１つまたは複数のスロット（２４４）を作成するように構成された複数のセグメント作成特徴部（２６８）を有する前記ボンドコート層（２２２）を形成するステップを含む、請求項７に記載の方法。
前記ＴＢＣシステム（２２０）を形成する前記ステップが、複数のＴＢＣ層（２２４）を形成するステップを含み、前記１つまたは複数のスロット（２４４）は、前記複数のＴＢＣ層（２２４）に少なくとも部分的に延在する、請求項７に記載の方法。
前記複数のセグメント（２４０）を形成する前記ステップが、最も外側のＴＢＣ層（２２４）に前記１つまたは複数のスロット（２４４）を作成するように構成された複数のセグメント作成特徴部（２６８）を有する最も外側でないＴＢＣ層（２２４）を形成するステップを含む、請求項１９に記載の方法。