JP2022546227A - 構成要素の内部通路のための拡張部を有する閉鎖要素 - Google Patents

Abstract

構成要素内の内部通路のための閉鎖要素、ならびに関連する方法およびタービンブレードまたはノズルが開示される。閉鎖要素は、第１の超合金から作成された球状体と、球状体の表面から拡張する複数の拡張部とを含む。複数の拡張部は、第１の超合金以外の同じ、類似の、または異なる材料から作成される。構成要素に少なくとも１つの熱サイクルを受けさせることによって、ろう付け材料が、球状体、複数の拡張部、および通路壁と金属結合を形成して内部通路を封止する。【選択図】図３

Description

本開示は、概して、内部通路を有する構成要素に関し、より詳細には、構成要素内の不規則な内部通路を閉じるために球状体の表面上に複数の拡張部を有する球状体を含む閉鎖要素を使用する方法に関する。閉鎖要素、およびろう付けされた閉鎖要素を内部に含むタービンブレードまたはノズルも提供される。

一部の構成要素は、例えば意図する機能を実行するために、内部に画定される内部通路を必要とする。例えば、ガスタービンの高温ガス経路構成要素は、高温に曝され、冷却流体の流れを受け入れるために内部に画定された内部通路を有することができ、それにより構成要素は高温に十分に耐えることができる。

内部に画定された内部通路を有する構成要素は、セラミック材料のコアが金型キャビティ内に延びた状態で金型内で、すなわち、焼き流し鋳造工程の一部として形成することができる。溶融した金属合金がセラミックコアの周囲の金型キャビティ内に導入され、冷却されて構成要素を形成した後、セラミックコアは化学浸出などによって除去される。内部通路（「ボールシュート」と呼ばれることもある）を設けて、浸出液を排出することができる。代替的にまたは付加的に、内部に画定された内部通路を有する少なくとも一部の構成要素は、まず内部通路を設けずに形成され、内部通路は後のプロセスで形成される。例えば、内部通路は、限定はしないが、電気化学的穿孔プロセスなどを用いて、構成要素内に予備通路を穿孔することによって形成することができる。

場合によっては、内部通路の選択された最終構成を生成するために、内部通路内に内部閉鎖部を形成することが必要である。例えば、形成された予備内部通路は、成形プロセスを単純化するために構成要素の外側壁を通過することができ、選択された最終構成を適切に画定するために、内部通路を外側壁の内部に封止しなければならない。付加的にまたは代替的に、内部通路は、構成要素内に画定された内部通路のネットワークの一部とすることができ、内部通路のネットワークを介して選択された流れパターンを生成するために、内部閉鎖部が必要である。

このような内部閉鎖部を形成する１つの手法は、選択された閉鎖位置で通路内に金属閉鎖要素を挿入し、例えばろう付け継手を使用して閉鎖要素を通路壁に結合して封止を行うことである。金属閉鎖要素は、典型的には、標準サイズで製造された金属製の球またはボールである。標準サイズの金属ボールは、閉鎖部位の寸法、例えば直径または形状が許容範囲外である内部通路の閉鎖部位では使用することができない場合がある。寸法は、いくつかの理由で許容範囲外になる場合がある。例えば、通路を封止するためにろう付けの前にアルミナイドコーティングが内部通路内に形成される場合がある。アルミナイドコーティングは、閉鎖要素およびろう付け材の挿入前に閉鎖部位において除去されなければならない。この除去工程は、例えば、手動の機械的洗浄方法を使用して遂行され得、これにより、閉鎖部位の寸法が大きくなりすぎる場合がある。この場合、標準サイズのボールは閉鎖部位に着座せず、より大きい寸法を有する非標準金属ボールを得なければならない。閉鎖部位の通路壁に単に欠陥が形成される場合もあり、それを封止するためには非標準金属ボールが必要となる。いずれの場合でも、非標準金属ボールを得る時間および費用が大きくなる可能性があり、構成要素の製造を大幅に遅延させる可能性がある。

欧州特許出願公開第３３０５４６４号明細書

本開示の第１の態様は、構成要素内の内部通路のための閉鎖要素であって、閉鎖要素は、第１の超合金から作成されている球状体と、球状体の表面から拡張し、第１の超合金以外の材料から作成された複数の拡張部とを備える、閉鎖要素を提供する。

本開示の第２の態様は、方法であって、閉鎖要素を構成要素の内部通路に挿入するステップであり、閉鎖要素が、球状体と、球状体の表面から拡張する複数の拡張部とを含み、複数の拡張部のうちの少なくとも１つが、内部通路の通路壁と係合して、球状体を閉鎖部位に位置付ける、挿入するステップと、閉鎖部位にろう付け材料を施与するステップと、ろう付け材料が球状体、複数の拡張部、および通路壁と金属結合を形成して内部通路を封止するように、構成要素に少なくとも１つの熱サイクルを受けさせるステップとを含む、方法を提供する。

本開示の第３の態様は、タービンブレードまたはノズルであって、本体と、本体内の内部通路であって、通路壁を含む、内部通路と、内部通路内の閉鎖部位にある閉鎖要素であり、閉鎖要素は、ろう付けされた球状体と、ろう付けされた球状体の表面内の複数のろう付けされた拡張部とを含み、ろう付けされた球状体および複数のろう付けされた拡張部は、通路壁と金属結合を形成して内部通路を封止する、閉鎖要素とを備える、タービンブレードまたはノズルを提供する。

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

本開示のこれらの特徴および他の特徴は、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明を、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検討することで、より容易に理解されるであろう。

例示的なガスタービンシステムの概略図である。 図１に示すガスタービンシステムの構成要素の一部の概略図である。 本開示の実施形態による閉鎖要素を含む構成要素の一部分の概略断面図である。 本開示の別の実施形態による閉鎖要素を含む構成要素の一部分の概略断面図である。 本開示の実施形態による閉鎖要素の概略断面図である。 本開示の別の実施形態による閉鎖要素の概略断面図である。 本開示の別の実施形態による閉鎖要素の概略断面図である。 本開示の実施形態による、図３の閉鎖要素に適用される熱サイクル（複数可）の概略断面図である。 本開示の実施形態による、図４の閉鎖要素に適用される熱サイクル（複数可）の概略断面図である。

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、例えば、ターボ機械内の関連する機械構成要素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参照されることがあることを理解するであろう。単一の構成要素であるとして本明細書に記載され得るものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。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、単一の構成要素として他の場所で参照されてもよい。

加えて、以下に記載のように、本明細書ではいくつかの記述的用語を規則通りに使用することができる。「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、ある構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することができ、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図するものではない。

本明細書で用いる用語は、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目的とするものではない。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、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、起こらない場合とを含むことを意味する。

ある要素または層が別の要素または層に対して「上に」、「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、例えば、複数の構成要素間の間接的な機械接続、電気接続、および／または連通接続など、接続他の要素または層に対して直接的に上に、係合され、接続され、または結合されてもよいし、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」、「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なくてもよい。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うちの１つまたは複数のありとあらゆる組合せを含む。

本開示は、構成要素の内部通路を封止する公知の方法に関連する欠点の少なくとも一部を克服する閉鎖要素および方法を説明する。閉鎖要素は、第１の超合金から作成された球状体と、球状体の表面から拡張する複数の拡張部とを含む。複数の拡張部は、第１の超合金以外の材料から作成されてもよく、または同じもしくは類似の材料から作成されてもよい。閉鎖要素は閉鎖部位に挿入され、構成要素は、ろう付け材料に球状体、複数の拡張部、および通路壁と金属結合を形成させて内部通路を封止させる少なくとも１つの熱サイクルを受ける。閉鎖要素を含むタービンブレードまたはノズルも、例示的な構成要素として開示されている。

図１は、回転機械、すなわち、ターボ機械の概略図である。例示的な実施形態では、回転機械はガスタービンシステム１０である。あるいは、回転機械は、これらに限定されないが、蒸気タービンエンジン、遠心圧縮機、およびターボチャージャを含む任意の他のタービンエンジンおよび／または回転機械であってもよい。例示的な実施形態では、ガスタービンシステム１０は、圧縮機１２、燃焼器１４、タービン１６、および燃料ノズル２０の各々の少なくとも１つを含む。燃料ノズル２０は、燃料（図示せず）を燃焼器１４の加圧空気２４と混合して噴射するように構成される。燃焼器１４は、燃料空気混合物（図示せず）を点火し燃焼させた後、高温ガス流２２をタービン１６に送る。タービン１６は、固定ノズルまたはベーン（図１には図示せず）を有する１つまたは複数のステータと、ステータに対して回転するブレードまたはバケット（図１には図示せず）を有する１つまたは複数のロータとを含む。高温ガス流２２がタービンロータブレードを通過し、それによってタービンロータを駆動して回転させる。タービン１６は、単一の回転可能なシャフト１８に結合され、それにより高温ガス流２２がタービンブレードを通過する際にシャフトを回転させる。代替の実施形態では、回転可能なシャフト１８は、回転可能なシャフト１８を形成するように共に結合された複数のシャフトセグメントである。例示的な実施形態では、回転可能なシャフト１８は、圧縮機１２に結合される。圧縮機１２は、回転可能なシャフト１８によって回転するように駆動されるロータ（図示せず）に堅固に取り付けられたブレード（図示せず）を含む。空気が回転ブレードを通過するとき、空気圧力が増加し、それによって燃焼器１４に適切な燃焼のための十分な加圧空気２４が供給される。

図２は、図１に示すガスタービンシステム１０のタービン１６の一部分の概略図である。内部に画定された内部通路が適切に形成されたガスタービンシステム１０の構成要素は、構成要素３８として示されている。例えば、構成要素３８は、高温ガス流２２の経路に近接する構成要素を含む。このような高温ガス経路構成要素は、ガスタービンシステム１０の動作中に高温に曝され、例えば、高温ガス流２２の動作温度は、一例では、華氏２５００度（摂氏約１３７１度）を超えている。付加的にまたは代替的に、構成要素３８は、内部に画定された内部通路が適切に形成された任意の構成要素を含む。特に、構成要素３８は、ガスタービンシステム１０のコンテキストにおいて示されているが、本明細書に記載のシステムおよび方法は、内部に画定された内部通路が適切に形成された構成要素を利用する任意の状況で使用する構成要素に適用可能であることを理解されたい。

例示的な実施形態では、ガスタービンシステム１０は、構成要素３８を冷却する冷却システム４２を含む。例えば、例示的な実施形態では、タービン１６は、少なくとも１つのタービンブレード２６と、少なくとも１つのステータノズルまたはベーン２８とを含み、構成要素３８は、タービンブレード２６およびステータノズル２８のうちの少なくとも一方である。代替の実施形態では、構成要素３８は、これらに限定されないが、他のタービンバケットアセンブリ（ブレードまたはブレードアセンブリとしても知られる）、他のノズルアセンブリ（ベーンまたはベーンアセンブリとしても知られる）、シュラウドアセンブリ、トランジションピース、リテーニングリング、および圧縮機排気構成要素のうちの任意のものを含む。一般に、冷却システム４２は、構成要素３８内に画定された複数の内部通路３０を含む。例示的な実施形態では、冷却流体、例えば加圧空気２４はプレナムから内部通路３０に供給され、冷却流体が内部通路３０の各々を通って流れ、構成要素３８を冷却する。代替の実施形態では、加圧空気２４以外の流体を使用して、高温ガス流２２に曝された構成要素を冷却することができる。本明細書で使用する「流体」という用語は、限定はしないが、ガス、蒸気、および空気を含む、流れる任意の媒体または材料を含むことを理解されたい。例示的な実施形態では、少なくとも１つの冷却システム４２が各構成要素３８に画定され、ガスタービンシステム１０のケーシング３４に形成された冷却流体供給導管４４と流れ連通して結合される。例示的な実施形態では、冷却流体供給導管４４は、圧縮機１２に流体結合される。

図３および図４は、ガスタービンシステム１０（図１に示す）と共に使用するためなどの、構成要素３８の例示的な実施形態の一部の概略断面図である。例示的な実施形態では、構成要素３８は、基板３０２から形成される。ある特定の実施形態では、基板３０２は、これらに限定されないが、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、鉄基超合金、ニッケル－アルミニウム金属間合金、チタン－アルミニウム基金属間化合物、ニオブ基合金、およびモリブデン基合金の少なくとも１つなどの、高強度超合金金属から形成される。本明細書で使用する場合、「超合金」は、限定はしないが、Ｒｅｎｅ １０８、ＣＭ２４７、Ｈａｙｎｅｓ合金、Ｉｎｃａｌｌｏｙ、ＭＰ９８Ｔ、ＴＭＳ合金、ＣＭＳＸ単結晶合金のような高い機械的強度、高い熱クリープ変形抵抗など、従来の合金と比較して多数の優れた物理的特性を有する合金を指す。より具体的な例では、基板３０２はＲｅｎｅ １０８を含むことができる。代替の実施形態では、基板３０２は、構成要素３８が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な材料から形成される。

上述したように、内部通路３０は、構成要素３８内に画定される。より具体的には、内部通路３０は、基板３０２の少なくとも一部を通って内部に延在する少なくとも１つの通路壁３０４によって画定される。ある特定の実施形態では、図４に示すように、コーティング３２２が、少なくとも１つの通路壁３０４に存在する。例えば、アルミナイドコーティングなどの酸化防止層を、１つ以上の通路壁３０４に沿って基板３０２の露出面上に形成することができる。代替の実施形態では、通路壁（複数可）３０４には、任意の適切なコーティングが存在するか、またはコーティングが存在しない。

従来、閉鎖要素は、閉鎖部位に近接した内部通路３０内に結合され、閉鎖要素は、閉鎖部位３０８に近接した少なくとも１つの通路壁３０４に対して受容されるようなサイズおよび形状である。具体的には、従来、少なくとも１つの通路壁３０４は、閉鎖部位３０８に近接して内部通路３０の略円形の断面を画定し、閉鎖要素は、略球形またはボール形状であり、閉鎖部位３０８に近接して内部通路３０の直径にほぼ等しい直径を有する。このように、少なくとも１つの通路壁３０４は、閉鎖部位３０８に近接して閉鎖要素を位置付けることを容易にするような形状である。動作時、閉鎖要素は、内部通路３０を通って閉鎖部位３０８に挿入可能であり、それにより閉鎖要素が閉鎖部位３０８に近接して締まりばめで受容される。閉鎖部位３０８の第１の側３１０の少なくとも１つの通路壁３０４は、内部通路３０を通した閉鎖要素の挿入を可能にするように成形され、反対側の第２の側３１２の少なくとも１つの通路壁３０４の形状は、締まりばめで閉鎖要素に対して結合するように構成される。

しかしながら、本開示の実施形態によれば、図３および図４に示すように、少なくとも１つの通路壁３０４は不規則である。本明細書において使用される場合、「不規則」は、内部通路３０および通路壁３０４が略円形でなくてもよく、従来のボール形状閉鎖要素の直径に近似する所望の直径を有しなくてもよいことを示す。この状況では、従来の閉鎖要素、例えば金属ボールは、反対の第２の側３１２において内部通路３０の底部を通って落下するか、または意図された閉鎖部位３０８と一致しない位置に留まることができる。これが発生すると、内部通路３０の封止が不十分になるか、または存在しなくなる可能性がある。不規則性は、欠陥３２０に起因し得る。「欠陥」３２０は、従来の、典型的には球形の閉鎖要素の使用を可能にすることを最初に意図したものからの、少なくとも１つの通路壁３０４および／または閉鎖部位３０８の形状およびサイズの任意の変化を含み得る。例えば、図３に示すように、少なくとも１つの通路壁３０４は、例えば、焼き流し鋳造中の異形セラミックコアまたは積層造形中の不適切な形成によって、その中に欠陥３２０を有して形成される場合がある。コーティング３２２が設けられている場合、図４に示すように、閉鎖部位３０８にあるコーティング３２２の除去が、例えば、大きすぎるかまたは異形の閉鎖部位を形成するコーティング３２２の除去によって、少なくとも１つの通路壁３０４に欠陥３２０をもたらし得る。欠陥３２０は、通路壁（複数可）３０４およびコーティング３２２の両方の変化を含む場合がある。欠陥３２０は、形態にかかわらず、閉鎖部位３０８の周りに完全に延在し得、またはその周りに部分的にのみ延在し得る。

欠陥３２０の不規則性によって提示される課題に対処するために、図５～図７の斜視図に示すように、本開示の実施形態による閉鎖要素３０６は、略球状体３５０と、後述するように、球状体３５０の表面３５４から拡張する複数の拡張部３５２とを含む。例示的な実施形態では、球状体３５０は、高温および／または腐食環境での使用に適した材料から形成される。なお、球状体３５０は、超合金から構成されてもよい。例えば、球状体３５０は、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、および鉄基超合金などの第１の超合金から構成されてもよい。非限定的な例では、球状体３５０は、ハステロイ材料、すなわち、ニッケル－クロム－鉄－モリブデン超合金、インコネル６２４、またはＨａｙｎｅｓ ２５から形成されてもよい。代替の実施形態では、球状体３５０は、例えば、基板３０２について本明細書において列挙されている任意の超合金など、球状体３５０が、本明細書で説明されるように機能することを可能にする、任意の適切な材料または材料の組合せから形成される。球状体３５０は、閉鎖部位３０８における構成要素３８内の内部通路３０の封止に対応するための任意の直径を有することができるが、典型的には、欠陥３２０が存在しない閉鎖部位３０８で内部通路３０を封止するように意図された直径を有する。すなわち、球状体３５０の直径は、閉鎖部位３０８に着座するには小さすぎる。非限定的な一例では、球状体３５０は、欠陥３２０のない閉鎖部位３０８の意図されたサイズに応じて、３ミリメートル～１０ミリメートルの範囲内の直径を有することができる。

従来の閉鎖要素とは対照的に、閉鎖要素３０６はまた、球状体３５０の表面３５４から拡張する複数の拡張部３５２を含む。複数の拡張部３５２は、閉鎖要素３０６が欠陥３２０を有する閉鎖部位３０８に確実に位置付けられるように構成された任意の様々な形状およびサイズをとることができる。より詳細には、複数の拡張部３５２は、欠陥３２０の存在にもかかわらず閉鎖要素３０６が閉鎖部位３０８に位置付けられることを保証する形状およびサイズを有することができ、欠陥の存在は、少なくとも１つの通路壁３０４および／または閉鎖部位３０８の形状および／またはサイズを、拡張部のない閉鎖要素の使用を可能にすることを最初に意図したものから変更している。拡張部３５２は、閉鎖部位３０８内に閉鎖要素３０６を着座させるように構成された様々な形状のいずれかを有することができる。図５では、拡張部３５２は、ほぼ球状（ボール）の形状を有する。図６において、拡張部３５２は、円板形状である。図７において、拡張部３５２は、円錐形状を有する。拡張部３５２の形状の特定の例が示されているが、多種多様な他の代替形態が可能であり、本開示の一部と考えられることが強調される。

拡張部３５２は、閉鎖部位３０８内に閉鎖要素３０６を着座させることを可能にする任意の様式で分散させることができる。一実施形態では、拡張部３５２は、均一に分散される、すなわち、球状体３０６の周りで均一またはほぼ均一に離間している。例えば、図５～図７に示されるように、拡張部３５２は、６つの均一に分散された拡張部を含むことができ、各拡張部３５２は、球状体３５０にわたって別の拡張部３５２から直径方向に対向する。他の実施形態では、拡張部３５２は、球状体３５０の周りに対称に分散されてもよく、すなわち、図５～図７に示されるように分散されてもよい。

拡張部３５２は、球状体３５０と同じ材料とすることができるが、一実施形態では、拡張部３５２は、球状体３５０の超合金とは異なる第２の超合金を含む。拡張部３５２は、例えば、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、および鉄基超合金を含んでもよい。例えば、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｘ、インコネル６２５、またはＨａｙｎｅｓ ２５を含んでもよい。拡張部３５２は、閉鎖部位３０８における係合を確実にするように構成された任意のサイズを有することができる。例えば、拡張部３５２は、欠陥３２０に対応するように球状体３５０を拡大するように構成されたサイズを有してもよい。例えば、各拡張部３５２は、例えば、球状体３５０に対して半径方向または円周方向において、０．３ミリメートル～５ミリメートルの範囲内の寸法を有することができる。いずれにしても、各拡張部３５２の寸法は、球状体３５０の直径よりも小さく、典型的には著しく小さい（例えば、１５％未満）。図示するように、いくつかの実施形態、例えば図６では、閉鎖要素３０６は、機雷に似た形状を有することができる。

閉鎖要素３０６は、いくつかの方法で形成することができる。球状体３５０は、例えば、研削、鋳造、積層造形など、任意の現在知られているまたは後に開発される技術を使用して形成することができる。欠陥３２０（図３および図４）が存在すると、球状体３５０は、構成要素３８の内部通路３０の閉鎖部位３０８に着座することができない直径Ｄ（例えば、図５を参照されたい）を有し得る。閉鎖要素３０６、特に、拡張部３５２は、拡張部３５２を球状体３５０の表面３５４に取り付けることによってさらに形成されてもよい。拡張部３５２は、例えば、研削、鋳造、積層造形など、任意の現在知られているかまたは今後開発される技術を使用して別個に形成され、使用されている材料に適した任意の様々な溶接技術を使用して取り付けられてもよい。例えば、拡張部３５２は、球状体３５０の表面３５４にタック溶接されてもよい。別の例では、拡張部３５２は、球状体３５０の表面３５４に融接されてもよい。別の実施形態では、球状体３５０および拡張部３５２は、例えば鋳造または積層造形を使用して同時に形成されてもよい。

図３および図４に示すように、球状体３５０および拡張部３５２は、内部通路３０の閉鎖部位３０８に近接して締まりばめで少なくとも１つの内部通路壁３０４に対して受け入れられるように、集合的にサイジングおよび成形されている。図３および図４にさらに示すように、閉鎖要素３０６は、球状体３５０および拡張部３５２の周りに配置されたろう付け材料３１４をさらに含むことができる。ろう付け材料３１４は、内部通路３０に挿入する前に、または挿入後に閉鎖要素３０６に追加することができる。いずれの場合でも、閉鎖要素３０６は、ろう付け材料３１４によって通路壁（複数可）３０４に固定的に結合することができる。ろう付け材料は、基板３０２および閉鎖要素３０６の融点より低い融点を有する材料であり、基板３０２および閉鎖要素３０６の他の選択された化学特性と実質的に一致する。例えば、閉鎖部位３０８に近接して閉鎖要素３０６を配置する前、後および／または同時に、ろう付け材料３１４は、閉鎖要素３０６および少なくとも１つの通路壁３０４の少なくとも１つに材料として適用され、次いでアセンブリが、ろう付け材料３１４が閉鎖要素３０６および少なくとも１つの通路壁３０４と金属結合するように、適切な熱サイクル（複数可）で加熱される。例えば、限定するものではないが、基板３０２はニッケル合金から形成されてもよく、ろう付け材料３１４はニッケルろう付け合金から少なくとも部分的に形成されてもよい。特定の実施形態では、基板３０２はニッケル合金から形成され、ろう付け材料３１４はニッケルろう付け合金であるＡｍｄｒｙ ＤＦ４Ｂを含む。代替の実施形態では、ろう付け材料３１４は、閉鎖要素３０６が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な材料である。

本開示の実施形態による方法によれば、図３および図４に示すように、閉鎖要素３０６は、構成要素３８の内部通路３０に挿入される。閉鎖要素３０６は、球状体３５０と、球状体の表面３５４から拡張する複数の拡張部３５２とを含む。図示されるように、複数の拡張部３５２のうちの少なくとも１つは、内部通路３０の通路壁（複数可）３０４と係合して、球状体３５０を閉鎖部位３０８に位置付ける。このようにして、欠陥３２０が存在しても、閉鎖要素３０６は、内部通路３０を封止するために必要な場所に着座する。一実施形態では、ろう付け材料３１４は、閉鎖要素３０６が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の適切な方法で閉鎖部位３０８に適用することができる。ある特定の実施形態では、ろう付け材料３１４は、第１の側３１０から挿入されるツール（図示せず）の使用に適用され、それによりろう付け材料３１４は、閉鎖要素３０６とろう付け材料３１４に隣接する少なくとも１つの通路壁３０４との間に画定された空間内に少なくとも部分的に嵌め込まれる。例えば、ツールは、ろう付け材料３１４を、閉鎖要素３０６とろう付け材料３１４に隣接する少なくとも１つの通路壁３０４との間に画定された空間内にしっかりと押し込むために使用される。付加的にまたは代替的に、真空圧力は、閉鎖要素３０６とろう付け材料３１４に隣接する少なくとも１つの通路壁３０４との間に画定された空間内に少なくとも部分的にろう付け材料３１４を位置付けるために使用される。ある特定の実施形態では、ろう付け材料３１４を適用する前に、閉鎖要素３０６の形成および結合が、閉鎖部位３０８に近接した適切な洗浄および汚染除去手順によって容易にされることを理解されたい。例えば、限定するものではないが、ろう付け材料３１４を適用する前に、閉鎖要素３０６から第１の側３１０に沿って拡張する長さの小さい内部通路３０に沿った機械的洗浄が実行されてもよい。

図４に関して、方法の代替の実施形態は、閉鎖要素３０６を挿入する前に、内部通路３０の通路壁（複数可）３０４の上に酸化防止コーティング３２２を適用することと、閉鎖部位３０８において酸化防止コーティング３２２を除去することとを含むことができる。酸化防止コーティング３２２の適用は、例えばアルミナイドコーティングのためのスラリープロセスなど、任意の現在知られているかまたは後に開発される適用手段を使用して行うことができる。除去は、例えば、機械的研削工具を使用して手動で行われてもよい。

図８および図９は、それぞれ図３および図４の実施形態に対応する概略図であり、ろう付け材料３１４が球状体３５０、拡張部３５２および通路壁３０４と金属結合３６０を形成して内部通路３０を封止するように、構成要素３８に少なくとも１つの熱サイクル３５８を受けさせることを示す。金属結合３６０は、異なる部品を１つの部材に溶融し、可能性として、熱サイクル（複数可）３５８への暴露後に依然として見える拡張部３５２（図３および図４）の残部３６２を有する。熱サイクル（複数可）３５８は、金属結合３６０を形成するために使用される材料を十分にろう付けするのに必要な任意の温度であってもよい。非限定的な例では、熱サイクル（複数可）は、２０５０～２３５０°Ｆ（１１２１～１２８７℃）の範囲内の１つまたは複数のサイクルを含むことができる。

代替的な実施形態では、方法はまた、本明細書で説明するように、閉鎖要素３０６を形成することを含んでもよい。すなわち、拡張部３５２を球状体３５０の表面３５４に取り付けることによって、球状体３５０は、構成要素３８の内部通路３０の閉鎖部位３０８に着座することができない直径Ｄを有する。上述したように、取り付けは、例えば、複数の拡張部を球状体の表面にタック溶接および／または融接することを含んでもよい。

図２に示すように、構成要素３８は、タービンブレードまたはノズル（ベーン）を含むことができる。この場合、構成要素３８は、本体３２と、本体３２内の内部通路３０とを含むことができる。内部通路３０は、通路壁（複数可）３０４を含み、それによって画定される。内部通路３０は、タービンブレードまたはノズルの冷却回路の一部に使用することができる。加えて、または代替的に、内部通路３０は、例えばインベストメント鋳造プロセス中にセラミック中子を形成するために使用されるワックス型を除去するために浸出液が通過することができ、成型された構成要素内に残り、封止されなければならないボールシュートとして形成されてもよい。タービンブレードまたはノズルはまた、内部通路３０内の閉鎖部位３０８に閉鎖要素３０６を含む。図８および図９に示すように、例えば、閉鎖要素３０６が通路壁（複数可）３０４と相互作用しない場合に、閉鎖要素３０６は、ろう付けされた球状体３６４と、ろう付けされた球状体３６４内のろう付けされた拡張部（残部３６２として示す）とを含む。上述したように、ろう付けされた球状体３６４およびろう付けされた拡張部（残部３６２）は、内部通路３０を封止するために通路壁（複数可）３０４と金属結合３６０を形成する。

構成要素の内部通路を封止するための閉鎖要素および方法の例示的な実施形態について、上で詳細に説明している。実施形態は、通路を封止することが不規則な形状のまたは大きすぎる閉鎖部位の存在下であっても達成されるという、このような通路を封止するための少なくとも一部の公知のシステムに優る利点を提供する。

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、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、許容範囲で変動し得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、文脈または文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、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、両方の値に適用され、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。

１０ ガスタービンシステム
１２ 圧縮機
１４ 燃焼器
１６ タービン
１８ 回転可能なシャフト
２０ 燃料ノズル
２２ 高温ガス流
２４ 加圧空気
２６ タービンブレード
２８ ステータノズル、ベーン
３０ 内部通路
３２ 本体
３４ ケーシング
３８ 構成要素
４２ 冷却システム
４４ 冷却流体供給導管
３０２ 基板
３０４ 内部通路壁
３０６ 閉鎖要素、球状体
３０８ 閉鎖部位
３１０ 第１の側
３１２ 第２の側
３１４ ろう付け材料
３２０ 欠陥
３２２ 酸化防止コーティング
３５０ 球状体
３５２ 拡張部
３５４ 表面
３５８ 熱サイクル
３６０ 金属結合
３６２ 残部、拡張部
３６４ ろう付けされた球状体

Claims (20)

1. 構成要素（３８）内の内部通路（３０）のための閉鎖要素（３０６）であって、
   第１の超合金から作成されている球状体（３５０）と、
   前記球状体（３５０）の表面（３５４）から拡張し、前記第１の超合金以外の材料から作成された複数の拡張部（３５２）と
   を備える、閉鎖要素（３０６）。
2. 前記第１の超合金が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、および鉄基超合金を含む群から選択され、
   前記複数の拡張部（３５２）が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、および鉄基超合金を含む群から選択される第２の超合金を含み、
   前記第１の超合金が、前記第２の超合金とは異なる、請求項１に記載の閉鎖要素（３０６）。
3. 前記複数の拡張部（３５２）が各々、球、円錐、および円板の形状を有する、請求項１に記載の閉鎖要素（３０６）。
4. 前記複数の拡張部（３５２）が、均一に分散された拡張部（３５２）を含む、請求項１に記載の閉鎖要素（３０６）。
5. 前記均一に分散された拡張部（３５２）が、６つの均一に分散された拡張部（３５２）を含む、請求項４に記載の閉鎖要素（３０６）。
6. 前記複数の拡張部（３５２）が、前記球状体（３５０）の周りに対称に分散されている、請求項４に記載の閉鎖要素（３０６）。
7. 前記球状体（３５０）および前記複数の拡張部（３５２）の周りに配置されたろう付け材料（３１４）をさらに備える、請求項１に記載の閉鎖要素（３０６）。
8. 前記球状体（３５０）が３ミリメートル～１０ミリメートルの範囲内の直径を有し、各拡張部（３５２）が０．３ミリメートル～５ミリメートルの範囲内の寸法を有し、各拡張部（３５２）の寸法が前記球状体（３５０）の直径よりも小さい、請求項１に記載の閉鎖要素（３０６）。
9. 前記複数の拡張部（３５２）を有する前記球状体（３５０）が、集合的に、前記内部通路（３０）の閉鎖部位（３０８）に近接して締まりばめで少なくとも１つの内部通路壁（３０４）に対して受容されるような寸法および形状にされる、請求項１に記載の閉鎖要素（３０６）。
10. 方法であって、
    閉鎖要素（３０６）を構成要素（３８）の内部通路（３０）に挿入するステップであり、前記閉鎖要素（３０６）が、球状体（３５０）と、前記球状体（３５０）の表面（３５４）から拡張する複数の拡張部（３５２）とを含み、前記複数の拡張部（３５２）のうちの少なくとも１つが、前記内部通路（３０）の通路壁（３０４）と係合して、前記球状体（３５０）を閉鎖部位（３０８）に位置付ける、挿入するステップと、
    前記閉鎖部位（３０８）にろう付け材料（３１４）を施与するステップと、
    前記ろう付け材料（３１４）が前記球状体（３５０）、前記複数の拡張部（３５２）、および前記通路壁（３０４）と金属結合（３６０）を形成して前記内部通路（３０）を封止するように、前記構成要素（３８）に少なくとも１つの熱サイクル（３５８）を受けさせるステップと
    を含む、方法。
11. 前記複数の拡張部（３５２）を前記球状体（３５０）の表面（３５４）に取り付けることによって前記閉鎖要素（３０６）を形成するステップをさらに含み、前記球状体（３５０）は、前記構成要素（３８）内の前記内部通路（３０）の前記閉鎖部位（３０８）に着座することができない直径を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数の拡張部（３５２）を取り付けるステップが、前記複数の拡張部（３５２）を前記球状体（３５０）の前記表面（３５４）にタック溶接することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の拡張部（３５２）を取り付けるステップが、前記複数の拡張部（３５２）を前記球状体（３５０）の前記表面（３５４）に融接することを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記挿入するステップの前に、
    前記内部通路（３０）の前記通路壁（３０４）の上に酸化防止層を適用するステップと、
    前記閉鎖部位（３０８）において前記酸化防止層を除去するステップと
    をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記球状体（３５０）が３ミリメートル～１０ミリメートルの範囲内の直径を有し、各拡張部（３５２）が０．３ミリメートル～５ミリメートルの範囲内の寸法を有し、各拡張部（３５２）の寸法が前記球状体（３５０）の直径よりも小さい、請求項１０に記載の方法。
16. 前記球状体（３５０）が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、および鉄基超合金を含む群から選択される第１の超合金を含み、
    前記複数の拡張部（３５２）が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、および鉄基超合金を含む群から選択される第２の超合金を含み、
    前記第１の超合金が、前記第２の超合金とは異なる、請求項１５に記載の方法。
17. 前記複数の拡張部（３５２）を有する前記球状体（３５０）が、集合的に、前記内部通路（３０）の前記閉鎖部位（３０８）に近接して締まりばめで前記通路壁（３０４）に対して受容されるような寸法および形状にされる、請求項１４に記載の方法。
18. タービンブレード（２６）またはノズル（２０）であって、
    本体と、
    前記本体内の内部通路（３０）であって、通路壁（３０４）を含む、内部通路（３０）と、
    前記内部通路（３０）内の閉鎖部位（３０８）にある閉鎖要素（３０６）であり、前記閉鎖要素（３０６）は、ろう付けされた球状体（３６４）と、前記ろう付けされた球状体（３６４）の表面（３５４）内の複数のろう付けされた拡張部（３６２）とを含み、前記ろう付けされた球状体（３６４）および前記複数のろう付けされた拡張部（３６２）が、前記通路壁（３０４）と金属結合（３６０）を形成して前記内部通路（３０）を封止する、閉鎖要素（３０６）と
    を備える、タービンブレード（２６）またはノズル（２０）。
19. 前記ろう付けされた球状体（３６４）が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、および鉄基超合金を含む群から選択される第１の超合金を含み、
    前記複数のろう付けされた拡張部（３６２）が、ニッケル基超合金、コバルト基超合金、および鉄基超合金を含む群から選択される第２の超合金を含み、
    前記第１の超合金が、前記第２の超合金とは異なる、請求項１８に記載のタービンブレード（２６）またはノズル（２０）。
20. 前記複数のろう付けされた拡張部（３６２）が、均一に分散された拡張部（３６２）を含む、請求項１８に記載のタービンブレード（２６）またはノズル（２０）。

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