JP6209058B2 - Component with a reentrant shaped cooling channel and manufacturing method - Google Patents

Component with a reentrant shaped cooling channel and manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、一般にガスタービンエンジンに関し、より詳細には、その中のマイクロチャネル冷却に関する。   The present invention relates generally to gas turbine engines, and more particularly to microchannel cooling therein.

ガスタービンエンジンでは、空気が圧縮機内で圧縮され、高温の燃焼ガスを発生させるために燃焼器内で燃料と混合される。そのガスから、圧縮機を駆動する高圧タービン(HPT)内で、また航空機のターボファンエンジン用途ではファンを駆動し、または海運および工業用途では外部シャフトを駆動する低圧タービン(LPT)内で、エネルギーが抽出される。   In a gas turbine engine, air is compressed in a compressor and mixed with fuel in a combustor to generate hot combustion gases. From that gas, the energy in the high pressure turbine (HPT) that drives the compressor, and in the low pressure turbine (LPT) that drives the fan in aircraft turbofan engine applications or the external shaft in shipping and industrial applications. Is extracted.

エンジン効率は燃焼ガスの温度と共に上昇する。しかしながら、燃焼ガスはその流路に沿って様々な構成部品を加熱し、これは、許容できる長いエンジン寿命を達成するためにこれらの構成部品を冷却することを必要とする。通常、高温ガス経路の構成部品は、圧縮機から空気を流すことによって冷却される。この冷却処理は、流出ガスが燃焼過程に使用されないのでエンジン効率を下げる。   Engine efficiency increases with combustion gas temperature. However, the combustion gas heats various components along its flow path, which necessitates cooling of these components to achieve an acceptable long engine life. Usually, the hot gas path components are cooled by flowing air from the compressor. This cooling process reduces engine efficiency because the effluent gas is not used in the combustion process.

ガスタービンエンジンの冷却技術は成熟しており、様々な高温ガス経路の構成部品における冷却用回路および特徴の様々な態様のための数多くの特許を含む。例えば、燃焼器は半径方向で外側と内側のライナを含み、これらは運転中に冷却を必要とする。タービンノズルは外側と内側のバンドの間に支持される中空のベーンを含み、これもやはり冷却を必要とする。タービンのロータブレードは中空であり、通常ではその中に冷却用回路を含み、これらのブレードはやはり冷却を必要とするタービンシュラウドによって取り囲まれる。高温の燃焼ガスは、やはり裏張りされて適切に冷却することができる排気口を通じて吐出される。   Gas turbine engine cooling technology is mature and includes numerous patents for various aspects of cooling circuits and features in various hot gas path components. For example, the combustor includes radially outer and inner liners that require cooling during operation. The turbine nozzle includes a hollow vane supported between the outer and inner bands, which also requires cooling. Turbine rotor blades are hollow and typically contain cooling circuits therein that are surrounded by a turbine shroud that also requires cooling. The hot combustion gases are discharged through an exhaust port that is also lined and can be properly cooled.

これらの例示的なガスタービンエンジン構成部品の全てにおいて、構成部品重量を減らしてその冷却の必要性を最少にするために高強度の超合金金属の薄壁が通常では使用される。エンジン内のそれぞれ対応する環境にあるこれら個々の構成部品のために、様々な冷却用回路および特徴が調整される。例えば、一連の内部冷却用通路または屈曲通路が高温ガス経路の構成部品に形成されてもよい。冷却用流体はプレナムからこれら屈曲通路に供給されてもよく、冷却用流体は通路を通って流れて高温ガス経路の構成部品の基材およびいずれかの付随するコーティングを冷却してもよい。しかしながら、この冷却策は通常、比較的低い熱伝達率および不均一な構成部品温度プロファイルという結果につながる。   In all of these exemplary gas turbine engine components, high strength superalloy metal thin walls are typically used to reduce component weight and minimize its cooling needs. Various cooling circuits and features are tailored for these individual components in each corresponding environment within the engine. For example, a series of internal cooling passages or bend passages may be formed in the components of the hot gas path. Cooling fluid may be supplied from the plenum to these bent passages, and the cooling fluid may flow through the passages to cool the substrate of the hot gas path component and any associated coatings. However, this cooling strategy usually results in a relatively low heat transfer coefficient and a non-uniform component temperature profile.

マイクロチャネル冷却は、加熱された領域に可能な限り近接して冷却を設け、それにより所与の熱伝達率について主要な耐荷基材材料の高温側と低温側との間の温度差を減少させることによって、冷却要件を大幅に低減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ための現行の技術は、犠牲となる充填物を使用することで、マイクロチャネル内にコーティングが堆積しないようにし、堆積する際にコーティングを支えるだけでなく、コーティングシステムが堆積した後、犠牲となる充填物を除去する必要があるのが典型的である。しかしながら一時的な材料によるチャネルの充填、およびその後の材料の除去は共に、現行のマイクロチャネル加工処理技術に関する潜在的な問題を提示している。例えば充填材は、基材およびコーティングと適合可能である必要があり、さらに収縮度は最小限であるが十分な強度を有する必要もある。犠牲となる充填物の除去には、抽出、エッチングまたは気化という、損傷させる可能性がある工程が伴い、通常、長時間を要する。残留した充填材の材料もまた問題である。   Microchannel cooling provides cooling as close as possible to the heated area, thereby reducing the temperature difference between the hot and cold sides of the primary load-bearing substrate material for a given heat transfer coefficient. This has the potential to significantly reduce the cooling requirements. However, current technology for forming microchannels uses sacrificial filling to prevent the coating from depositing within the microchannel and not only support the coating as it is deposited, but also the coating system After that, typically the sacrificial filling needs to be removed. However, filling the channel with temporary material, and subsequent material removal, both present potential problems with current microchannel processing techniques. For example, the filler must be compatible with the substrate and the coating, and must have sufficient strength with minimal shrinkage. Removal of the sacrificial filling is accompanied by potentially damaging steps such as extraction, etching or vaporization and usually takes a long time. Residual filler material is also a problem.

したがって、高温ガス経路の構成部品内に、充填および除去工程の必要性をさらになくす冷却チャネルを形成するための方法を提供することが望ましい。   Accordingly, it is desirable to provide a method for forming a cooling channel in a hot gas path component that further eliminates the need for fill and removal steps.

米国特許第8147196号明細書US Pat. No. 8,147,196

本発明の一態様は、特定の構成部品の製造方法に在る。構成部品は、少なくとも1つの内部空間を有する基材を含む。方法は、構成部品の中に1つまたは複数の溝を形成する工程を含んでおり、この場合各々の溝は、少なくとも部分的に基材の外側表面に沿って延在し、その開口で狭まることによって各々の溝がリエントラント形状の溝を含む。各々の溝の断面積Aは、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、リエントラント形状の溝の開口の幅であり、Dは、リエントラント形状の溝の深さである。   One aspect of the present invention resides in a method for manufacturing a specific component. The component includes a substrate having at least one interior space. The method includes forming one or more grooves in the component, where each groove extends at least partially along the outer surface of the substrate and narrows at the opening. Thus, each groove includes a reentrant groove. The cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the width of the reentrant groove opening and D is the reentrant The depth of the shape groove.

本発明の別の態様は、外側表面と内側表面を有する基材を含む構成部品に在り、内側表面は少なくとも1つの内部空間を画定し、外側表面は1つまたは複数の溝を画定する。各々の溝は基材の表面に少なくとも部分的に沿って延び、その開口で狭まることによって各々の溝がリエントラント形状の溝を含む。各々の溝の断面積Aは、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、リエントラント形状の溝の開口の幅であり、Dは、リエントラント形状の溝の深さである。構成部品はさらに、基材の外側表面の少なくとも一部分上に堆積させた少なくとも1つのコーティングを含んでおり、溝およびコーティングが共に構成部品を冷却するための1つまたは複数のリエントラント形状のチャネルを画定する。   Another aspect of the invention resides in a component that includes a substrate having an outer surface and an inner surface, the inner surface defining at least one interior space and the outer surface defining one or more grooves. Each groove extends at least partially along the surface of the substrate, and each groove comprises a reentrant-shaped groove by narrowing at the opening. The cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the width of the reentrant groove opening and D is the reentrant The depth of the shape groove. The component further includes at least one coating deposited on at least a portion of the outer surface of the substrate, the groove and the coating together defining one or more reentrant shaped channels for cooling the component. To do.

本発明のさらに別の態様は、外側表面と内側表面を有する基材を含む構成部品に在り、内側表面は、少なくとも1つの内部空間を画定する。構成部品はさらに、基材の表面の少なくとも一部分上に配置された少なくとも1つのコーティングを含んでおり、コーティングは、基材の外側表面に堆積させた構造上のコーティングと、追加的なコーティングとの少なくとも1つの内側の層を含む。1つまたは複数の溝が、構造上のコーティングの中に少なくとも部分的に形成され、各々の溝は、基材の表面に少なくとも部分的に沿って延び、その開口で狭まることによって各々の溝がリエントラント形状の溝を含む。各々の溝の断面積Aは、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、リエントラント形状の溝の開口の幅であり、Dは、リエントラント形状の溝の深さである。溝および付加的なコーティングが共に構成部品を冷却するための1つまたは複数のリエントラント形状のチャネルを画定する。   Yet another aspect of the invention resides in a component that includes a substrate having an outer surface and an inner surface, the inner surface defining at least one interior space. The component further includes at least one coating disposed on at least a portion of the surface of the substrate, the coating comprising: a structural coating deposited on the outer surface of the substrate; and an additional coating. Including at least one inner layer. One or more grooves are at least partially formed in the structural coating, each groove extending at least partially along the surface of the substrate and narrowing at its opening to narrow each groove. Includes reentrant shaped grooves. The cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the width of the reentrant groove opening and D is the reentrant The depth of the shape groove. The groove and additional coating together define one or more reentrant shaped channels for cooling the component.

本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は添付の図面を参照しながら下記の詳細な説明を読むとさらによく理解され、図中、同様の記号は図面全部にわたって同様の部分を表わす。   These and other features, aspects, and advantages of the present invention will be better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which like symbols represent like parts throughout the views.

ガスタービンシステムの概略図である。1 is a schematic view of a gas turbine system. 本発明の態様による、リエントラントの冷却用チャネルを備えた一例のエーロフォイル構造の概略の断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an example airfoil structure with a reentrant cooling channel in accordance with aspects of the present invention. FIG. リエントラント溝を形成するための角度φでの研磨性液体ジェットの第1の通過を示す図である。FIG. 6 shows a first pass of an abrasive liquid jet at an angle φ to form a reentrant groove. リエントラント溝を形成するための対頂角180−φでの研磨性液体ジェットの第2の通過を示す図である。It is a figure which shows the 2nd passage of the abrasive liquid jet by the vertical angle 180-phi for forming a reentrant groove | channel. リエントラント溝を形成するための溝に垂直な研磨性液体ジェットの任意選択の第3の通過を示す図である。FIG. 6 shows an optional third pass of an abrasive liquid jet perpendicular to the groove for forming a reentrant groove. リエントラント冷却チャネルを備えた冷却用回路の一部の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a portion of a cooling circuit with a reentrant cooling channel. 例示的なリエントラント形状の溝の概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an exemplary reentrant shaped groove. 基材の表面に部分的に沿って延び、各々のフィルム冷却穴に冷却剤を通す3つの例示的なマイクロチャネルの概略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view of three exemplary microchannels that extend partially along the surface of the substrate and pass coolant through each film cooling hole. 図8の1つの例示的なマイクロチャネルの断面図であり、マイクロチャネルが進入穴からフィルム冷却穴に冷却剤を運ぶところを示す図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of one exemplary microchannel of FIG. 8, showing the microchannel carrying coolant from an entry hole to a film cooling hole. A=RからA=2.33Rまで変動する断面積を有する5つの冷却チャネルA−Eの概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of five cooling channels AE having a cross-sectional area that varies from A = R to A = 2.33R. 本発明の態様による例示的な涙型の冷却チャネルの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an exemplary tear-shaped cooling channel in accordance with aspects of the present invention. 図10の5つの冷却チャネルA−Eの中に堆積されたコーティングの量(各々の冷却チャネルの全体の断面積に対する)を示す図である。FIG. 11 shows the amount of coating (relative to the overall cross-sectional area of each cooling channel) deposited in the five cooling channels AE of FIG. 非対称の断面を有する例示的な冷却チャネルの概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of an exemplary cooling channel having an asymmetric cross section. FIG. 構造的コーティングの中に形成された浸透性のスロットを備えた冷却チャネルの図である。FIG. 3 is a cooling channel with permeable slots formed in a structural coating. 4つの円形の冷却チャネルG−Jの中に堆積されたコーティングの量(各々冷却チャネルの全体の断面積に対する)を示す図である。FIG. 3 shows the amount of coating deposited in each of four circular cooling channels GJ (relative to the overall cross-sectional area of the cooling channel).

本明細書の「第1」、「第2」などの用語はいずれかの順序、量、または重要性を意味するものではなく、むしろ1つの要素を他から区別するために使用される。本明細書の「1つの」(「a」および「an」)という用語は量の限定を意味するものではなく、言及された事物が少なくとも1つ存在することを意味する。量に結び付けて使用される修飾語句「約」は述べられた値を包含し、前後関係によって指示される意味を有する(例えば、特定の量の測定に付随する誤差の程度を含む)。さらに、「組み合わせ」という用語は配合、混合、合金、反応生成物などを包含する。   The terms “first”, “second”, etc. herein do not imply any order, amount, or importance, but rather are used to distinguish one element from another. As used herein, the term “one” (“a” and “an”) does not imply a limit of quantity, but means that there is at least one thing mentioned. The modifier “about” used in connection with a quantity includes the stated value and has a meaning indicated by the context (eg, including the degree of error associated with the measurement of the particular quantity). Further, the term “combination” includes blends, blends, alloys, reaction products, and the like.

さらに、本明細書では、(1つまたは複数の)(接尾辞「(s)」)は通常、それが修飾する用語の単数形と複数形の両方を含み、したがってその用語の1つまたは複数を含むことを意図する(例えば「通過穴」は別途特定しない限り1つまたは複数の通過穴を含み得る)。「一実施形態」、「他の実施形態」、「或る実施形態」などへの本明細書全体にわたる言及は、その実施形態と結び付けて述べられる特定の要素(例えば特徴、構造、および/または特性)が本明細書に述べられる少なくとも1つの実施形態に含まれ、他の実施形態に有っても無くてもよいことを意味する。同様に、「特定の構成」という言及はその構成と結び付けて述べられる特定の要素(例えば特徴、構造、および/または特性)が本明細書に述べられる少なくとも1つの構成の中に含まれ、他の構成の中に有っても無くてもよいことを意味する。さらに、述べられる発明性のある特徴が様々な実施形態および構成でいずれの適切な方式で組み合わされてもよいことは理解されるはずである。   Further, as used herein, the (s) (suffix “(s)”) typically includes both the singular and plural of the terms it modifies, and thus one or more of the terms (E.g., "pass hole" may include one or more pass holes unless otherwise specified). References throughout this specification to “one embodiment,” “another embodiment,” “an embodiment,” and the like include certain elements (eg, features, structures, and / or features) described in connection with that embodiment. Characteristic) is included in at least one embodiment described herein and may or may not be present in other embodiments. Similarly, reference to “a particular configuration” includes a particular element (eg, feature, structure, and / or property) described in connection with that configuration within at least one configuration described herein, and others This means that it may or may not be included in the configuration. Further, it is to be understood that the inventive features described may be combined in any suitable manner in the various embodiments and configurations.

図1はガスタービンシステム10の概略図である。このシステム10は1つまたは複数の圧縮機12、燃焼器14、タービン16、および燃料ノズル20を含んでもよい。圧縮機12およびタービン16は1つまたは複数のシャフト18によって連結されてもよい。   FIG. 1 is a schematic diagram of a gas turbine system 10. The system 10 may include one or more compressors 12, a combustor 14, a turbine 16, and a fuel nozzle 20. The compressor 12 and the turbine 16 may be connected by one or more shafts 18.

ガスタービンシステム10はいくつかの高温ガス経路の構成部品100を含んでよい。高温ガス経路の構成部品は、システム10を通る高い温度のガスの流れに少なくとも部分的に曝露されるシステム10のいずれかの構成部品である。例えば、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)、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、保持リング、およびタービン排気構成部品は全て高温ガス経路の構成部品である。しかしながら、本発明の高温ガス経路の構成部品100が上記の実例に限定されず、高い温度のガスの流れに少なくとも部分的に曝露されるいずれの構成部品であってもよいことを理解されたい。さらに、本開示の高温ガス経路の構成部品100がガスタービンシステム10の構成部品に限定されず、高い温度の流れに曝露されるいずれかの機械装置またはその構成部品であってもよいことを理解されたい。   The gas turbine system 10 may include several hot gas path components 100. A hot gas path component is any component of the system 10 that is at least partially exposed to a high temperature gas flow through the system 10. For example, bucket assemblies (also known as blades or blade assemblies), nozzle assemblies (also known as vanes or vane assemblies), shroud assemblies, transition pieces, retaining rings, and turbine exhaust components are all hot gas path components. It is. However, it should be understood that the hot gas path component 100 of the present invention is not limited to the above examples, and may be any component that is at least partially exposed to a high temperature gas flow. Further, it is understood that the hot gas path component 100 of the present disclosure is not limited to components of the gas turbine system 10 and may be any mechanical device or component thereof that is exposed to high temperature flow. I want to be.

高温ガス経路の構成部品100が高温ガスの流れに曝露されると、高温ガス経路の構成部品100は高温ガスの流れによって加熱され、高温ガス経路の構成部品100が大幅に劣化または故障する温度に到達する可能性がある。したがって、システム10が、システム10の所望の効率、性能および/または寿命を達成するために必要な高い温度の高温ガス流で動作することを可能にするために、高温ガス経路の構成部品100のための冷却システムが必要とされる。   When the hot gas path component 100 is exposed to a hot gas flow, the hot gas path component 100 is heated by the hot gas flow to a temperature at which the hot gas path component 100 is significantly degraded or failed. There is a possibility to reach. Thus, in order to allow the system 10 to operate with the high temperature hot gas flow necessary to achieve the desired efficiency, performance and / or lifetime of the system 10, the hot gas path components 100 A cooling system is needed.

一般的に、本開示の冷却システムは高温ガス経路の構成部品100の表面に形成された一連の小チャネルまたはマイクロチャネルを含む。工業的規模の動力発生タービン構成部品については、「小」または「マイクロ」チャネルの寸法は0.25mmから1.5mmの範囲のおよその深さと幅を包含すると考えられ、その一方で航空機産業規模のタービン構成部品のチャネル寸法は0.1mmから0.5mmの範囲のおよその深さと幅を包含することになる。高温ガス経路の構成部品は保護コーティングを施されてもよい。冷却用流体はプレナムからチャネルへ供給されてもよく、冷却用流体はチャネルを通って流れて高温ガス経路の構成部品を冷却してもよい。   In general, the cooling system of the present disclosure includes a series of small channels or microchannels formed on the surface of the hot gas path component 100. For industrial scale power generation turbine components, the dimensions of the “small” or “micro” channel are considered to encompass approximate depths and widths in the range of 0.25 mm to 1.5 mm, while the aircraft industry scale The turbine component channel dimensions will encompass an approximate depth and width in the range of 0.1 mm to 0.5 mm. The hot gas path components may be provided with a protective coating. A cooling fluid may be supplied from the plenum to the channel, and the cooling fluid may flow through the channel to cool the components of the hot gas path.

図2〜15を参照して製造方法が述べられる。例えば図2に示されるように、この方法は、少なくとも1つの内部空間114を有する基材110を含む構成部品100を製造することを目的としている。基材110は通常では(1つまたは複数の)溝132を形成する前に鋳造される。本願明細書にその全体が参照によって組み入れられるMelvin R.Jacksonらの米国特許第5,626,462号、“Double−wall airfoil”で検討されるように、基材110はいずれの適切な材料から形成されてもよい。構成部品100について意図される用途に応じて、これはNi主成分、Co主成分、およびFe主成分の超合金を含み得る。Ni主成分の超合金はγ相とγ’相の両方を含むもの、特に、γ’相が超合金の体積で少なくとも40%を占めるγ相とγ’相の両方を含むものであってよい。そのような合金は、高温強度および高温クリープ耐性を含む望ましい特性が組み合わせられているため好都合であることが知られている。基材材料はまたNiAlの金属間合金を含んでもよく、その理由は、これらの合金もまた、航空機に使用されるタービンエンジン用途での使用に好都合である、高温強度および高温クリープ耐性を含む優れた特性の組み合わせを有することが知られているからである。Nb主成分合金の事例では、優れた抗酸化性を有するコーティングされたNb主成分合金が好ましく、特に、Nb−(27〜40)Ti−(4.5〜10.5)Al−(4.5〜7.9)Cr−(1.5〜5.5)Hf−(0〜6)Vを含む合金が好ましく、ここで組成範囲の単位は原子パーセントである。基材材料はケイ化物、炭化物、またはホウ化物を含むNb含有金属間化合物などの、少なくとも1つの二次相を含むNb主成分合金も含み得る。そのような合金は延性相(すなわちNb主成分合金)と強化相(すなわちNb含有金属間化合物)の複合材である。他の構成としては、基材材料はMo5SiB2および/またはMo3Siの第2相を伴うモリブデンを主成分とする合金(固溶体)などのモリブデン主成分の合金を含む。他の構成としては、基材材料は炭化ケイ素(SiC)繊維で強化されたSiCマトリックスなどのセラミックマトリックス複合材(CMC)を含む。他の構成としては、基材材料はTiAl主成分の金属間化合物を含む。 The manufacturing method will be described with reference to FIGS. For example, as shown in FIG. 2, the method is directed to manufacturing a component 100 that includes a substrate 110 having at least one interior space 114. The substrate 110 is typically cast prior to forming the groove (s) 132. Melvin R., which is incorporated herein by reference in its entirety. As discussed in Jackson et al., US Pat. No. 5,626,462, “Double-wall airfoil”, substrate 110 may be formed from any suitable material. Depending on the intended use for component 100, this can include Ni-based, Co-based, and Fe-based superalloys. Ni-based superalloys may include both γ and γ ′ phases, and in particular may include both γ and γ ′ phases in which the γ ′ phase occupies at least 40% of the volume of the superalloy. . Such alloys are known to be advantageous due to the combination of desirable properties including high temperature strength and high temperature creep resistance. The substrate material may also include NiAl intermetallic alloys because these alloys are also excellent for high temperature strength and high temperature creep resistance, which is also convenient for use in aircraft turbine engine applications. This is because it is known to have a combination of characteristics. In the case of the Nb main component alloy, a coated Nb main component alloy having excellent anti-oxidation property is preferable, and in particular, Nb- (27-40) Ti- (4.5-10.5) Al- (4. Alloys containing 5-7.9) Cr- (1.5-5.5) Hf- (0-6) V are preferred, where the compositional range units are atomic percent. The substrate material may also include Nb-based alloys that include at least one secondary phase, such as Nb-containing intermetallics including silicides, carbides, or borides. Such an alloy is a composite of a ductile phase (ie, a Nb-based alloy) and a reinforcing phase (ie, an Nb-containing intermetallic compound). In another configuration, the base material includes a molybdenum-based alloy such as a molybdenum-based alloy (solid solution) with a second phase of Mo 5 SiB 2 and / or Mo 3 Si. In another configuration, the substrate material comprises a ceramic matrix composite (CMC), such as a SiC matrix reinforced with silicon carbide (SiC) fibers. As another configuration, the base material includes an intermetallic compound containing TiAl as a main component.

ここで図3、図4および図6〜図8を参照すると、製造方法は、構成部品100内に1つまたは複数の溝132を形成する工程を含んでいる。示されるように、例えば図8では、各々の溝132は、基材110の外側表面112に少なくとも部分的に沿って延び、その開口136において狭くなることで、各々の溝132はリエントラント形状の溝132である。図3に示される構成に関して、溝は、冷却剤を各々のフィルム冷却穴172に流す。溝132を形成するための例示的な技術には、限定するものではないが、研磨性液体ジェット、プランジ電解加工(ECM)、放電加工(EDM)、回転電極を備えた放電加工(ミリングEDM)およびレーザ加工が含まれる。例示的なレーザ加工技術は、本発明の譲受人に譲渡された、2010年1月29日出願の米国特許出願公開第12/697,005号、“Process and system for forming shaped air holes”に述べられており、これは本願明細書にその全体が参照によって組み入れられる。例示的なEDM技術は、本発明の譲受人に譲渡された、2010年5月28日出願の米国特許出願公開第12/790,675号、“Articles which include chevron film cooling holes,and related processes”に述べられており、これは本願明細書にその全体が参照によって組み入れられる。特定の処理では、溝132は、研磨性液体ジェットを使用して形成され、これは図3〜図5を参照して以下でより詳細に検討される。   With reference now to FIGS. 3, 4, and 6-8, the manufacturing method includes forming one or more grooves 132 in the component 100. As shown, for example in FIG. 8, each groove 132 extends at least partially along the outer surface 112 of the substrate 110 and narrows at its opening 136 such that each groove 132 is a reentrant-shaped groove. 132. With respect to the configuration shown in FIG. 3, the grooves flow coolant through each film cooling hole 172. Exemplary techniques for forming the grooves 132 include, but are not limited to, abrasive liquid jets, plunge electrolytic machining (ECM), electrical discharge machining (EDM), electrical discharge machining with rotating electrodes (milling EDM). And laser processing. Exemplary laser processing techniques are described in U.S. Patent Application Publication No. 12 / 697,005, "Process and system forming shaped air holes", filed January 29, 2010, assigned to the assignee of the present invention. Which is incorporated herein by reference in its entirety. Exemplary EDM techniques are described in U.S. Patent Application Publication No. 12 / 790,675, filed May 28, 2010, "Articles which include chevrons film cooling holes, and related processes", assigned to the assignee of the present invention. Which is incorporated herein by reference in its entirety. In certain processes, the grooves 132 are formed using an abrasive liquid jet, which will be discussed in more detail below with reference to FIGS.

ここで図7および図10を参照すると、例えば各々の溝の断面積Aは、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、リエントラント形状の溝132の開口136の幅であり、Dは、リエントラント形状の溝132の深さである。換言すると、面積Rは、開口においてリエントラント形状の溝と同一の幅を有し、それと同一の深さを有する仮想の方形の溝の断面積である。例えば、図10のチャネルAおよびチャネルBは、2.33Rおよび2Rの面積をそれぞれ有する。有利なことにR=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内にある断面積Aを有する冷却チャネルは、コーティング処理においてごくわずかなコーティングがチャネルに内に堆積される可能性があり、犠牲となる充填物を使用する必要がない。   Referring now to FIGS. 7 and 10, for example, the cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the reentrant shape. The width of the opening 136 of the groove 132, and D is the depth of the reentrant groove 132. In other words, the area R is a cross-sectional area of an imaginary rectangular groove having the same width and the same depth as the reentrant groove in the opening. For example, channel A and channel B in FIG. 10 have an area of 2.33R and 2R, respectively. Advantageously, a cooling channel having a cross-sectional area A that is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D can cause very little coating to be deposited in the channel during the coating process. There is no need to use sacrificial filling.

特定の構成では、各々の溝132は中心線に対して対称である。本明細書で使用されるように「対称」とは、機械加工の精度により生じる溝の輪郭における軽微な偏差を包含するものと理解すべきである。例えば図6〜図8および図10〜図12に示される溝は、中心線に対して対称である。溝は、図6〜図8および図10に示されるように平坦な基部134を有する場合もある。他の構成の場合、溝132の基部134が円形の場合もある。例えば溝は、図11に示されるように涙型の場合もある。有利なことに、基本的に中心線に対して対称なチャネルは、例えば図13に示されるものなどの非対称のチャネルに対して相対的により大きな断面積を有する(同一の深さと同一の開口幅の場合)。   In a particular configuration, each groove 132 is symmetric about the centerline. As used herein, “symmetric” should be understood to encompass minor deviations in the groove profile caused by machining accuracy. For example, the grooves shown in FIGS. 6 to 8 and FIGS. 10 to 12 are symmetrical with respect to the center line. The groove may have a flat base 134 as shown in FIGS. 6-8 and 10. In other configurations, the base 134 of the groove 132 may be circular. For example, the groove may have a teardrop shape as shown in FIG. Advantageously, channels that are essentially symmetrical about the centerline have a relatively larger cross-sectional area (same depth and same opening width) than asymmetric channels such as those shown in FIG. in the case of).

しかしながら他の構成では、例えば図13に示されるように、各々の溝132が非対称の断面を有する場合もある。非対称の溝は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第13/664,458号で検討されており、その全体が参照によって本明細書に組み入れられる。非対称の断面は、構成部品の機械加工が難しい領域において、あるいは構成部品内に他の機能および/または制約を適応させるのに必要な場合がある。   However, in other configurations, each groove 132 may have an asymmetric cross section, for example as shown in FIG. Asymmetric grooves are discussed in US Patent Application Publication No. 13 / 664,458, assigned to the assignee of the present invention, which is incorporated herein by reference in its entirety. Asymmetric cross-sections may be necessary in areas where component machining is difficult or to accommodate other functions and / or constraints within the component.

上記で指摘したように、いくつかの技術を使用して溝132を形成することができる。図3および図4に示される例示の処理に関して、各々の溝132は、基材110の外側表面112に研磨性液体ジェット160を向けることによって形成される。図3および図4に示される処理に関して、研磨性液体ジェット160を1回または複数回通過させる間に基材110の面112に対して水平方向の角度で研磨性液体ジェット160を向けることによって、少なくとも1つの溝132が形成される。   As pointed out above, the grooves 132 can be formed using several techniques. With respect to the exemplary process shown in FIGS. 3 and 4, each groove 132 is formed by directing an abrasive liquid jet 160 to the outer surface 112 of the substrate 110. With respect to the process shown in FIGS. 3 and 4, by directing the abrasive liquid jet 160 at a horizontal angle relative to the surface 112 of the substrate 110 during one or more passes of the abrasive liquid jet 160, At least one groove 132 is formed.

例示的な研磨性液体ジェットによる研削処理およびシステムは、本発明の譲受人に譲渡された、2010年5月28日出願の米国特許出願公開第12/790,675号、“Articles which include chevron film cooling holes,and related processes”に提供されており、これは本願明細書にその全体が参照によって組み入れられる。米国特許出願公開第12/790,675号に説明されているように、研磨性液体ジェット処理は通常、高圧水流中に懸濁した研磨性の粒子(例えば研磨性の「グリット」)の高速流を利用する。液体の圧力は大幅に異なり得るが、多くの場合約35〜620MPaの範囲内にある。ガーネット、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、およびガラスビーズなどのいくつかの研磨性材料を使用することができる。有利なことに、研磨性液体ジェット加工技術の能力は様々な深さの段階で、加工される造作の形状を制御しながら材料を除去することを容易にする。   An exemplary abrasive liquid jet grinding process and system is described in US Patent Application Publication No. 12 / 790,675, filed May 28, 2010, “Articles who include chevron film, assigned to the assignee of the present invention. Cooling holes, and related processes ", which is incorporated herein by reference in its entirety. As described in US patent application Ser. No. 12 / 790,675, abrasive liquid jet processing typically involves a high velocity stream of abrasive particles (eg, abrasive “grit”) suspended in a high pressure water stream. Is used. The pressure of the liquid can vary greatly, but is often in the range of about 35-620 MPa. Several abrasive materials such as garnet, aluminum oxide, silicon carbide, and glass beads can be used. Advantageously, the ability of the abrasive liquid jet processing technique facilitates material removal at various depth stages while controlling the shape of the feature being processed.

加えて、米国特許出願公開第12/790,675号に説明されているように、ウォータージェットシステムは多軸のコンピュータ数値制御(CNC)ユニット210(図4)を含んでもよい。CNCシステム自体は当技術分野で知られており、例えば、本願明細書にその全体が参照によって組み入れられる、米国特許出願公開第1005/0013926号(S.Rutkowskiら)に述べられている。CNCシステムはX、Y、およびZ軸、ならびに傾斜軸のいくつかに沿った切削工具の移動を可能にする。   In addition, the water jet system may include a multi-axis computer numerical control (CNC) unit 210 (FIG. 4), as described in US Patent Application Publication No. 12 / 790,675. CNC systems themselves are known in the art and are described, for example, in US Patent Application Publication No. 1005/0013926 (S. Rutkowski et al.), Which is incorporated herein by reference in its entirety. The CNC system allows movement of the cutting tool along the X, Y, and Z axes and some of the tilt axes.

加えて、溝132を形成する工程はさらに、少なくとも1つの追加的な通過を実施する工程を含む場合があり、この場合研磨性液体ジェット160は、基材110の外側表面112に水平方向の角度と、この面に対してほぼ垂直な方向52の間の1つまたは複数の角度で溝132の基部134に向けられることで、溝132の基部134から材料が除去される(図5を参照)。本明細書で使用されるように「基部」は、溝の下部であり、湾曲していても(図11)あるいは平坦でも(図10)よいことに留意されたい。   In addition, forming the groove 132 may further include performing at least one additional pass, in which the abrasive liquid jet 160 is at a horizontal angle to the outer surface 112 of the substrate 110. And is directed to the base 134 of the groove 132 at one or more angles between the directions 52 substantially perpendicular to this plane, thereby removing material from the base 134 of the groove 132 (see FIG. 5). . Note that as used herein, the “base” is the bottom of the groove and may be curved (FIG. 11) or flat (FIG. 10).

ここで図8および図9を参照すると、製造方法はさらに、基材110内に1つまたは複数の進入穴140を形成する工程を含む場合がある。示されるように例えば図14では、各々の進入穴140は、それぞれの溝132をそれぞれの内部空間114と流体連絡で接続する。図8に示される穴140は、示される断面図に位置する別個の穴であり、基材を貫いて溝132の長さに沿って延びていないことに留意されたい。   With reference now to FIGS. 8 and 9, the manufacturing method may further include forming one or more entry holes 140 in the substrate 110. As shown, for example, in FIG. 14, each entry hole 140 connects a respective groove 132 with a respective interior space 114 in fluid communication. It should be noted that the holes 140 shown in FIG. 8 are separate holes located in the cross-sectional view shown and do not extend through the substrate along the length of the groove 132.

それぞれの溝を供給する内部進入穴140は、一定の断面の直線的な穴、成形した(例えば楕円形の)穴、あるいは集束もしくは散開する穴(図示せず)のいずれかとして研削されてよい。進入穴を形成するための方法は、本発明の譲受人に譲渡された、米国特許出願公開第13/210,697号(Ronald S. Bunker等)、“Components with cooling channels and methods of manufacture”に提供されており、これは本願明細書にその全体が参照によって組み入れられる。特定の処理では、進入穴140は、研磨性液体ジェットを使用して形成される場合があり、これは上記で述べられている。指摘されるように、有利なことに研磨性液体ジェット加工は、様々な深さの段階で、加工される造作の形状を制御しながら材料を除去することを容易にする。これはチャネルを供給する内部進入穴140を上記で指摘した形状に、すなわち一定の断面の直線的な穴、成形した穴、または集束もしくは散開する穴に研削することも可能にする。   The internal entry holes 140 that supply each groove may be ground as either a straight hole of constant cross-section, a shaped (eg, elliptical) hole, or a converging or spreading hole (not shown). . Methods for forming access holes are described in U.S. Patent Application Publication No. 13 / 210,697 (Ronald S. Bunker et al.), “Components with cooling of channels and methods of manufacture”, assigned to the assignee of the present invention. Which is incorporated herein by reference in its entirety. In certain processes, the entry hole 140 may be formed using an abrasive liquid jet, as described above. As indicated, abrasive liquid jet processing advantageously facilitates material removal at various depth stages while controlling the shape of the feature being processed. This also makes it possible to grind the internal entry hole 140 that feeds the channel into the shape indicated above, i.e. a straight hole of constant cross-section, a shaped hole, or a hole that converges or spreads.

特定の構成では、溝132は、基材110の外側表面112内に形成される。例えば図8および図9を参照されたい。ここで図8、図9および図12を参照すると、製造方法はさらに、基材110の表面112の少なくとも一部分上にコーティング150を堆積させる工程を含む場合がある。このような構成では、溝132およびコーティング150が共に、構成部品100を冷却するための1つまたは複数のリエントラント形状のチャネル130を画定する。コーティング150は、構造的コーティング層を備え、さらに任意選択で追加的コーティング層を含む場合がある。コーティング層は、多様な技術を使用して堆積させることができる。特定の処理では、構造的コーティングはイオンプラズマ蒸着(やはり当技術分野で陰極アーク蒸着として知られている)を実行することによって堆積させてもよい。イオンプラズマ蒸着の装置および方法の実例は、本発明の譲受人に譲渡された、Weaverらの米国特許出願公開第2008/0138529号、“Method and apparatus for cathodic arc ion plasma deposition”に提供されており、これは本願明細書にその全体が参照によって組み入れられる。簡単に述べると、イオンプラズマ蒸着は、所望のコーティング材料を作り出すための組成を有する消耗性の陰極を真空チャンバ内に配置する工程、基材110を真空環境の中に供給する工程、電流を陰極に供給して陰極表面上に陰極アークを形成し、結果としてアークで誘発される陰極表面からのコーティング材料の浸食を生じさせる工程、および陰極からのコーティング材料を基材表面112上に蒸着させる工程を含む。   In certain configurations, the grooves 132 are formed in the outer surface 112 of the substrate 110. See, for example, FIGS. 8 and 9. With reference now to FIGS. 8, 9, and 12, the manufacturing method may further include depositing a coating 150 on at least a portion of the surface 112 of the substrate 110. In such a configuration, the groove 132 and the coating 150 together define one or more reentrant shaped channels 130 for cooling the component 100. The coating 150 includes a structural coating layer and may optionally include additional coating layers. The coating layer can be deposited using a variety of techniques. In certain processes, the structural coating may be deposited by performing ion plasma deposition (also known in the art as cathodic arc deposition). An example of an apparatus and method for ion plasma deposition is provided in Weaver et al., US Patent Application Publication No. 2008/0138529, “Method and Apparatus for Cathodic Arcion Plasma Deposition”, assigned to the assignee of the present invention. Which is incorporated herein by reference in its entirety. Briefly, ion plasma deposition involves placing a consumable cathode in a vacuum chamber having a composition to create a desired coating material, supplying a substrate 110 into a vacuum environment, and applying current to the cathode. To form a cathodic arc on the cathode surface, resulting in arc-induced erosion of the coating material from the cathode surface, and depositing the coating material from the cathode on the substrate surface 112 including.

イオンプラズマ蒸着を使用して蒸着される構造的コーティングの非限定の実例はJacksonらの米国特許第5,626,462号、“Double−wall airfoil”に述べられている。或る高温ガス経路の構成部品100では、構造的コーティング54はニッケル主成分またはコバルト主成分の合金を含み、さらに具体的には超合金または(Ni,Co)CrAlY合金を含む。基材材料がγ相とγ’相の両方を含むNi主成分の超合金である場合、構造的コーティングは米国特許第5,626,462号で検討されているものと同様の材料組成を含んでもよい。さらに、超合金としては、構造的コーティング54はγ’−Ni3Al系の合金を主成分とする組成を含んでもよい。 Non-limiting examples of structural coatings deposited using ion plasma deposition are described in Jackson et al. US Pat. No. 5,626,462, “Double-wall airfoil”. In some hot gas path components 100, the structural coating 54 includes a nickel-based or cobalt-based alloy, and more specifically, a superalloy or a (Ni, Co) CrAlY alloy. If the substrate material is a Ni-based superalloy containing both a γ phase and a γ ′ phase, the structural coating includes a material composition similar to that discussed in US Pat. No. 5,626,462. But you can. Further, as a superalloy, the structural coating 54 may include a composition based on a γ′-Ni 3 Al alloy.

さらに一般的には、構造的コーティングの組成は下層に在る基材の組成によって決定づけられると考えられる。例えば、炭化ケイ素(SiC)繊維で強化されたSiCマトリックスなどのCMC基材では、構造的コーティングは典型的にはケイ素を含むと考えられる。   More generally, it is believed that the composition of the structural coating is determined by the composition of the underlying substrate. For example, in a CMC substrate such as a SiC matrix reinforced with silicon carbide (SiC) fibers, the structural coating is typically considered to comprise silicon.

他の処理構成では、構造的コーティングは熱溶射処理およびコールドスプレー処理のうちの少なくとも1つを実行することによって堆積させられる。例えば、熱溶射処理は燃焼溶射またはプラズマ溶射を含んでもよく、燃焼溶射は高速酸素燃料溶射(HVOF)または高速空気燃料溶射(HVAF)を含んでもよく、プラズマ溶射は大気圧(空気または不活性ガスなど)プラズマ溶射または減圧プラズマ溶射(LPPS、真空プラズマ溶射またはVPSとしても知られている)を含んでもよい。1つの限定されない実例では、(Ni,Co)CrAlYコーティングはHVOFまたはHYAFによって堆積させられる。構造的コーティングを堆積させるための他の例示的な技術は、限定しないが、スパッタリング、電子ビーム物理蒸着、エントラップメントメッキ、および電気メッキを含む。   In other processing configurations, the structural coating is deposited by performing at least one of a thermal spray process and a cold spray process. For example, the thermal spray process may include combustion spray or plasma spray, the combustion spray may include high velocity oxygen fuel spray (HVOF) or high velocity air fuel spray (HVAF), and the plasma spray may be atmospheric pressure (air or inert gas). Etc.) Plasma spraying or reduced pressure plasma spraying (also known as LPPS, vacuum plasma spraying or VPS). In one non-limiting example, the (Ni, Co) CrAlY coating is deposited by HVOF or HYAF. Other exemplary techniques for depositing the structural coating include, but are not limited to, sputtering, electron beam physical vapor deposition, entrapment plating, and electroplating.

米国特許出願公開第12/943,624号(Bunker等)、“Components with re−entrant shaped cooling channels and methods of manufacture”で検討されるように、マイクロチャネルを形成するための現行の技術は典型的には、犠牲となる充填物を利用することで、コーティングがマイクロチャネル内に堆積しないようにし、堆積する際にコーティングを支えるだけでなく、コーティングシステムが堆積した後、犠牲となる充填物を除去する必要がある。しかしながら一時的な材料でチャネル充填すること、およびその材料を後に除去することは共に、現行のマイクロチャネル加工処理技術に関する潜在的な問題を提示している。例えば充填物は、基材およびコーティングと適合可能である必要があり、さらに収縮度は最小限であるが十分な強度を有する必要もある。犠牲となる充填物の除去には、抽出、エッチングまたは気化という、損傷させる可能性がある工程が伴い、通常、長時間を要する。残留した充填材の材料もまた問題である。   As discussed in US Patent Application Publication No. 12 / 943,624 (Bunker et al.), “Components with re-entrant shaped cooling channels and methods of manufacture”, current techniques for forming microchannels are typical. Uses sacrificial filling to prevent the coating from depositing in the microchannel and not only supports the coating as it is deposited, but also removes the sacrificial filling after the coating system is deposited There is a need to. However, both channel filling with temporary material and subsequent removal of the material present potential problems with current microchannel processing technology. For example, the filler needs to be compatible with the substrate and the coating, and should have sufficient strength with minimal shrinkage. Removal of the sacrificial filling is accompanied by potentially damaging steps such as extraction, etching or vaporization and usually takes a long time. Residual filler material is also a problem.

リエントラント形状の幾何学形状と、小さな頂部面の開口幅を有するチャネルを成形することで、コーティングの堆積物をチャネルの外に維持する助けをする。しかしながら充填物が利用されない場合、チャネルの開口幅は、コーティング材の堆積物をチャネルの外に維持するのに十分でない場合がある。図12は、異なる断面積Aのチャネルに関する例示的な充填比を描いている。本明細書で使用されるように「充填比」は、チャネル内に堆積されるコーティング(図12では参照番号162によって示される)が占めるチャネル領域の割合である。例えばコーティングがチャネル内に全く堆積されない場合、充填比は0である。同様にチャネルの断面積全体が堆積されたコーティングで充填される場合、充填比は100%である。図12に示される例では、チャネルA〜Eは、均等な開口幅を有することに留意されたい。しかしながら図12に示されるように、方形のチャネルの有意な部分がコーティングで充填されるのに対して、リエントラント形状のチャネルは、チャネルの外形がよりリエントラント形状になるにつれて(すなわちDからAに進むにつれて)、チャネルの断面積のごく一部として次第に少なくなるコーティング堆積物を有する。ゼロに近づくより小さな開口幅は、コーティング堆積物をチャネルの外に維持するのを助けることになるが、これは本明細書に見られる性質を説明していない。   Forming a channel with a reentrant geometry and a small top face opening width helps keep the coating deposits out of the channel. However, if no filling is utilized, the channel opening width may not be sufficient to keep the coating material deposit out of the channel. FIG. 12 depicts exemplary fill ratios for channels with different cross-sectional areas A. As used herein, “fill ratio” is the fraction of the channel area occupied by the coating deposited in the channel (shown by reference numeral 162 in FIG. 12). For example, if no coating is deposited in the channel, the fill ratio is zero. Similarly, if the entire cross-sectional area of the channel is filled with the deposited coating, the filling ratio is 100%. Note that in the example shown in FIG. 12, channels A-E have equal opening widths. However, as shown in FIG. 12, a significant portion of a square channel is filled with a coating, whereas a reentrant shaped channel progresses from D to A as the channel profile becomes more reentrant. ) With progressively less coating deposits as a fraction of the channel cross-sectional area. A smaller aperture width approaching zero will help keep the coating deposit out of the channel, but this does not explain the properties found herein.

特定の理論に縛られることなく、有向の衝撃性の噴霧が、空気をチャネル空間内に閉じ込め、ある程度加圧する(恐らく加熱することによって)ものと考えられおり、この捕捉された空気は、コーティング粒子(ほとんどまたは全て)がチャネルの内部に進入するのを拒否する逆圧および妨害物として機能する。観察される現象に関するこのような物理的な説明は、例えば熱噴霧コーティングなど空気中で行われる何らかの処理に特に適用可能である。衝突性の噴霧は、チャネルの開口の大きさよりずっと大きな有効径を有するが、これは単独で観測される効果を提供するには十分ではない。加圧された妨害空気の十分な内部空間が必要であり、この空気はまたこの空間内で循環することができるため、観測される結果を提供するある範囲の望ましくかつ必要な比率のチャネルの断面積になる。   Without being bound by any particular theory, it is believed that directed impulsive sprays trap the air in the channel space and pressurize to some extent (possibly by heating), and this trapped air is the coating Acts as a back pressure and blockage that refuses particles (most or all) to enter the interior of the channel. Such a physical explanation for the observed phenomenon is particularly applicable to any processing performed in air, such as thermal spray coating. Impinging sprays have an effective diameter much larger than the size of the channel opening, but this is not sufficient to provide the effect observed alone. Since sufficient internal space of pressurized disturbing air is required and this air can also circulate in this space, it will break a range of desirable and necessary ratio channels that provide the observed results. It becomes an area.

特定の処理では、各々の溝の中に堆積されたコーティングの充填比は、20パーセント未満であり、より詳細には10パーセント未満である。例えば図12のチャネルAおよびチャネルB、ならびに図15のチャネルGを参照されたい。簡潔に言えば、図15は、4つの円形の冷却チャネルG〜Jの中に堆積されたコーティングの量(それぞれの冷却チャネルの全体の断面積に対する)を示している。図15に見ることができるように、冷却チャネルGに関してA>2であり、冷却チャネルHに関してA〜2であり、冷却チャネルIおよびJに関してA<2Rである。チャネルG〜Jの中に堆積されるコーティング162の量は、各々の冷却チャネルにおいてほぼ同じであるが、コーティング堆積物162が占める断面積の割合は、冷却チャネルJのものと比べて、冷却チャネルGではずっと小さくなる。有利なことには、相対的に塞がっていないチャネルを有することでチャネルを通る冷却流が改善される。   In certain processes, the fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 20 percent, and more particularly less than 10 percent. See, for example, channel A and channel B in FIG. 12 and channel G in FIG. Briefly, FIG. 15 shows the amount of coating (relative to the overall cross-sectional area of each cooling channel) deposited in the four circular cooling channels GJ. As can be seen in FIG. 15, A> 2 for cooling channel G, A-2 for cooling channel H, and A <2R for cooling channels I and J. The amount of coating 162 deposited in channels GJ is approximately the same in each cooling channel, but the percentage of cross-sectional area occupied by coating deposit 162 is less than that of cooling channel J. G is much smaller. Advantageously, having a relatively unblocked channel improves the cooling flow through the channel.

ここで図14を参照すると、コーティングは、少なくとも1つの構造的コーティング54と、追加的コーティング56とを含んでおり、各々の溝132は、構造的コーティング54の中に少なくとも部分的に形成される。特定の構成では(図14)、溝は完全に構造的コーティング54の中に形成される。しかしながら他の構成では(図示せず)、溝は、構造的コーティングを貫いて基材110へと延びている。   Referring now to FIG. 14, the coating includes at least one structural coating 54 and an additional coating 56, and each groove 132 is at least partially formed in the structural coating 54. . In a particular configuration (FIG. 14), the groove is completely formed in the structural coating 54. However, in other configurations (not shown), the grooves extend through the structural coating to the substrate 110.

有利なことには、上記に述べた方法によって、犠牲となる充填物を使用せずに被冷却構成部品をコーティングすることが容易になる。開口136を犠牲となる充填物を使用せずにコーティング150によって橋渡しすることによって、従来のチャネル形成技術に関する2つの主要な処理工程(充填および抽出工程)をなくすことができる。   Advantageously, the method described above facilitates coating the cooled component without using sacrificial filling. By bridging opening 136 with coating 150 without the use of sacrificial filling, two major processing steps (filling and extraction steps) associated with conventional channel formation techniques can be eliminated.

本発明の構成部品100の実施形態が、図2〜図15を参照して述べられている。図2に示されるように、構成部品100は、外側表面112と内側表面116とを有する基材110を含んでいる。基材110は上記に記載されている。図2に示されるように、例えば内側表面116は、少なくとも1つの内部空間114を画定する。図8に示されるように外側表面112は、1つまたは複数の溝132を画定する。各々の溝132は、基材110の表面112に少なくとも部分的に沿って延び、その開口136において狭くなることで、各々の溝132はリエントラント形状の溝132である。ここで図7および図10を参照すると、例えば各々の溝の断面積Aは、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、リエントラント形状の溝132の開口136の幅であり、Dは、リエントラント形状の溝132の深さである。上記で指摘したように、面積Rは、開口においてリエントラント形状の溝と同一の幅を有し、それと同一の深さを有する仮想の方形の溝の断面積である。   Embodiments of the component 100 of the present invention are described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the component 100 includes a substrate 110 having an outer surface 112 and an inner surface 116. The substrate 110 has been described above. As shown in FIG. 2, for example, the inner surface 116 defines at least one interior space 114. As shown in FIG. 8, the outer surface 112 defines one or more grooves 132. Each groove 132 extends at least partially along the surface 112 of the substrate 110 and narrows at its opening 136 such that each groove 132 is a reentrant groove 132. Referring now to FIGS. 7 and 10, for example, the cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the reentrant shape. The width of the opening 136 of the groove 132, and D is the depth of the reentrant groove 132. As pointed out above, the area R is the cross-sectional area of an imaginary square groove having the same width and the same depth as the reentrant groove in the opening.

図8に示されるように、構成部品100はさらに、基材110の外側表面112の少なくとも一部分上に配置された少なくとも1つのコーティング150を含む。コーティング150は上記に記載されており、単独のまたは異なる組成を有する1つまたは複数のコーティング層を有することができる。図8に示されるように、例えば溝132およびコーティング150は共に、構成部品100を冷却するための1つまたは複数のリエントラント形状のチャネル130を画定する。特定の構成では(図8および図12)、コーティング150が各々の溝132を完全に橋渡しすることで、コーティング150は、それぞれのマイクロチャネル130を密閉している。しかしながら他の構成では(例えば図14を参照されたい、これは溝が構造的コーティングの層54の中に形成された場合の通気性の隙間144を示している)、コーティング150が、1つまたは複数の通気性の隙間144を画定するため、コーティング150は、各々の溝132を完全には橋渡ししていない。   As shown in FIG. 8, the component 100 further includes at least one coating 150 disposed on at least a portion of the outer surface 112 of the substrate 110. The coating 150 has been described above and can have one or more coating layers having a single or different composition. As shown in FIG. 8, for example, the groove 132 and the coating 150 together define one or more reentrant shaped channels 130 for cooling the component 100. In certain configurations (FIGS. 8 and 12), the coating 150 completely bridges each groove 132 so that the coating 150 seals each microchannel 130. However, in other configurations (see, eg, FIG. 14, which shows a breathable gap 144 when a groove is formed in the structural coating layer 54), the coating 150 has one or The coating 150 does not completely bridge each groove 132 to define a plurality of breathable gaps 144.

特定の構成では、各々の溝132は中心線に対して対称である。上記で指摘したように、「対称」とは、機械加工の精度により生じる溝の輪郭における軽微な偏差を包含するものと理解すべきである。例えば図6〜図8および図10〜図12に示される溝は、中心線に対して対称である。例えば図6〜図8に示されるように、溝が平坦な基部を有する場合もある。他の構成では、溝132の基部134が円形の場合もある。例えば溝は、図11に示されるように涙型の場合もある。   In a particular configuration, each groove 132 is symmetric about the centerline. As pointed out above, “symmetric” should be understood to encompass minor deviations in the groove profile caused by machining accuracy. For example, the grooves shown in FIGS. 6 to 8 and FIGS. 10 to 12 are symmetrical with respect to the center line. For example, as shown in FIGS. 6 to 8, the groove may have a flat base. In other configurations, the base 134 of the groove 132 may be circular. For example, the groove may have a teardrop shape as shown in FIG.

しかしながら他の構成では、各々の溝132が、例えば図13に示されるように非対称の断面を有する場合もある。上記で指摘したように、非対称の溝は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第13/664,458号で検討されている。   However, in other configurations, each groove 132 may have an asymmetric cross section, for example as shown in FIG. As pointed out above, asymmetric grooves are discussed in US Patent Application Publication No. 13 / 664,458, assigned to the assignee of the present invention.

ここで図8および図9を参照すると、1つまたは複数の進入穴140を基材110内に形成することができる。図14に示されるように、例えば各々の進入穴は、それぞれの溝132をそれぞれの内部空間114と流体連絡で接続している。上記で指摘したように、図8に示される穴140は、示される断面図に配置された別々の穴であり、溝132の長さに沿って基材を貫いて延びていない。進入穴は、図8および図9を参照して上記で述べられている。   With reference now to FIGS. 8 and 9, one or more entry holes 140 may be formed in the substrate 110. As shown in FIG. 14, for example, each entry hole connects a respective groove 132 with a respective interior space 114 in fluid communication. As noted above, the holes 140 shown in FIG. 8 are separate holes arranged in the cross-sectional view shown and do not extend through the substrate along the length of the groove 132. The entry holes are described above with reference to FIGS.

特定の構成では、各々の溝に堆積されたコーティングの充填比は、20パーセント未満であり、より詳細には10パーセント未満である。例えば図12のチャネルAおよびチャネルB、ならびに図15のチャネルGを参照されたい。上記で指摘したように、「充填比」は、チャネル内に堆積されたコーティングが占めるチャネルの面積の割合である。有利なことには、比較的低い充填比を有することによって、チャネルは、所与のチャネル断面積に関して十分な冷却剤を運ぶことができる。   In certain configurations, the fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 20 percent, and more particularly less than 10 percent. See, for example, channel A and channel B in FIG. 12 and channel G in FIG. As pointed out above, “fill ratio” is the percentage of the area of the channel occupied by the coating deposited in the channel. Advantageously, having a relatively low fill ratio allows the channel to carry sufficient coolant for a given channel cross-sectional area.

上記に記載した構成部品の利点には、従来のように被冷却構成部品のコーティングに関する費用がかかる2つの処理工程(充填および抽出工程)をなくすことによって製造コストが低下した改善された冷却作用が含まれる。   The advantages of the components described above include an improved cooling effect that reduces manufacturing costs by eliminating the two expensive processing steps (filling and extraction steps) associated with the coating of cooled components as in the prior art. included.

本発明の別の構成部品100の実施形態が、図2〜図15を参照して記載されている。図2に示されるように、構成部品100は、外側表面112と内側表面116とを有する基材110を含んでいる。図2に示されるように、例えば内側表面116は、少なくとも1つの内部空間114を画定する。基材110は上記に記載されている。   Another component 100 embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the component 100 includes a substrate 110 having an outer surface 112 and an inner surface 116. As shown in FIG. 2, for example, the inner surface 116 defines at least one interior space 114. The substrate 110 has been described above.

図14に示されるように、構成部品100はさらに、基材110の表面112の少なくとも一部分上に配置された少なくとも1つのコーティング150を含む。図14に示されるように、コーティング150は、基材110の外側表面112上に配置された構造的コーティング54と、追加的コーティング56の少なくとも1つの内側の層を含む。追加的コーティング56は、1つまたは複数の異なるコーティング層を有する場合がある。例えば追加的コーティング56は、追加の構造的コーティングおよび/または任意選択の追加的コーティング層、例えば接着コーティング、熱障壁コーティング(TBC)および酸化防止コーティングなどを含む場合がある。特定の構成では、追加的コーティング56は外側の構造的コーティング層を含んでもよい(これもやはり参照符号56で表示される)。特定の構成では、構造的コーティング54および追加的コーティング56は工業構成部品では0.1〜2.0ミリメートルの範囲、より具体的には0.2〜1ミリメートルの範囲、さらにより具体的には0.2〜0.5ミリメートルの範囲の組み合わせ後の厚さを有する。航空機構成部品では、この範囲は通常では0.1〜0.25ミリメートルである。しかしながら、特定の構成部品100のための要件に応じて他の厚さが利用されてもよい。   As shown in FIG. 14, the component 100 further includes at least one coating 150 disposed on at least a portion of the surface 112 of the substrate 110. As shown in FIG. 14, the coating 150 includes a structural coating 54 disposed on the outer surface 112 of the substrate 110 and at least one inner layer of an additional coating 56. The additional coating 56 may have one or more different coating layers. For example, the additional coating 56 may include additional structural coatings and / or optional additional coating layers, such as adhesive coatings, thermal barrier coatings (TBCs), and antioxidant coatings. In certain configurations, the additional coating 56 may include an outer structural coating layer (also denoted by reference numeral 56). In certain configurations, structural coating 54 and additional coating 56 are in the range of 0.1 to 2.0 millimeters, more specifically in the range of 0.2 to 1 millimeter, and even more specifically in industrial components. Having a combined thickness in the range of 0.2-0.5 millimeters. For aircraft components, this range is typically 0.1 to 0.25 millimeters. However, other thicknesses may be utilized depending on the requirements for the particular component 100.

図14に示される例示的な構成では、溝132は、構造的コーティング54の中に少なくとも部分的に形成される。各々の溝132は、基材110の表面112に少なくとも部分的に沿って延び、その開口136において狭くなることで、各々の溝132はリエントラント形状の溝(132)である。(このように基材に沿って溝が延在することは、溝が基材の中で形成された場合の図8に示される構成と同様である。)図10を参照して上記で検討したように、各々の溝の断面積Aは、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、リエントラント形状の溝(132)の開口136の幅であり、Dは、リエントラント形状の溝132の深さである。例えば、図10のチャネルAおよびチャネルBは、2.33Rおよび2Rの面積をそれぞれ有する。図14に示されるように、溝132および追加的コーティング56は共に、構成部品100を冷却するための1つまたは複数のリエントラント形状のチャネル130を画定する。   In the exemplary configuration shown in FIG. 14, the groove 132 is at least partially formed in the structural coating 54. Each groove 132 extends at least partially along the surface 112 of the substrate 110 and narrows at its opening 136 so that each groove 132 is a reentrant groove (132). (Thus, the extension of the groove along the base material is the same as the structure shown in FIG. 8 when the groove is formed in the base material.) Examined above with reference to FIG. As such, the cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the opening 136 of the reentrant groove (132). The width is D, and D is the depth of the reentrant groove 132. For example, channel A and channel B in FIG. 10 have an area of 2.33R and 2R, respectively. As shown in FIG. 14, the groove 132 and additional coating 56 together define one or more reentrant shaped channels 130 for cooling the component 100.

特定の構成では、各々の溝132は、構造的コーティング54の中に完全に配置される。例えば図14を参照されたい。他の構成では(明確には示されていない)、各々の溝132は、構造的コーティング54を貫いて基材110へと延びている。特定の構成では、追加的コーティング56が、それぞれの溝132を完全に橋渡しすることで、追加的コーティング56がそれぞれのマイクロチャネル130を密閉する(例えば、溝が基材の中に形成される場合の図6を参照されたい)。しかしながら他の構成では、追加的コーティング56が1つまたは複数の通気性の隙間144を画定することで、追加的コーティング150は、それぞれの溝132を完全には橋渡ししていない(例えば、図14を参照)。   In certain configurations, each groove 132 is completely disposed within the structural coating 54. See, for example, FIG. In other configurations (not explicitly shown), each groove 132 extends through the structural coating 54 to the substrate 110. In certain configurations, the additional coating 56 completely bridges each groove 132 so that the additional coating 56 seals each microchannel 130 (eg, when a groove is formed in the substrate). (See FIG. 6). However, in other configurations, the additional coating 56 defines one or more breathable gaps 144 so that the additional coating 150 does not completely bridge each groove 132 (eg, FIG. 14). See).

溝の幾何学形状が上記に記載される。特定の構成では、各々の溝132は中心線に対して対称である。例えば図6〜図8および図10〜図12に示される溝は、中心線に対して対称である。上記で指摘したように、例えば図14に示されるように、溝が平坦な基部134を有する場合もある。他の構成では、溝132の基部134が円形の場合もある。例えば溝は、図11に示されるように涙型の場合もある。   The groove geometry is described above. In a particular configuration, each groove 132 is symmetric about the centerline. For example, the grooves shown in FIGS. 6 to 8 and FIGS. 10 to 12 are symmetrical with respect to the center line. As pointed out above, the groove may have a flat base 134 as shown, for example, in FIG. In other configurations, the base 134 of the groove 132 may be circular. For example, the groove may have a teardrop shape as shown in FIG.

しかしながら他の構成では、各々の溝132が、例えば図13に示されるように非対称の断面を有する場合もある。上記で指摘したように、非対称の溝は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第13/664,458号で検討されている。   However, in other configurations, each groove 132 may have an asymmetric cross section, for example as shown in FIG. As pointed out above, asymmetric grooves are discussed in US Patent Application Publication No. 13 / 664,458, assigned to the assignee of the present invention.

図8および図9を参照して上記に記載したように、1つまたは複数の進入穴140を基材110の中に形成することができる。図14に示されるように、例えば各々の進入穴は、それぞれの溝132をそれぞれの内部空間114と流体連絡で接続している。上記で指摘したように、図8に示される穴140は、示される断面図に配置された別々の穴であり、溝132の長さに沿って基材を貫いて延びていない。   One or more entry holes 140 may be formed in the substrate 110 as described above with reference to FIGS. 8 and 9. As shown in FIG. 14, for example, each entry hole connects a respective groove 132 with a respective interior space 114 in fluid communication. As noted above, the holes 140 shown in FIG. 8 are separate holes arranged in the cross-sectional view shown and do not extend through the substrate along the length of the groove 132.

特定の構成では、各々の溝に堆積させられたコーティングの充填比は、20パーセント未満であり、より詳細には10パーセント未満である。例えば図12のチャネルAおよびチャネルB、ならびに図15のチャネルGを参照されたい。上記で指摘したように、「充填比」は、チャネル内に堆積させたコーティングが占めるチャネルの面積の割合である。   In certain configurations, the fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 20 percent, and more particularly less than 10 percent. See, for example, channel A and channel B in FIG. 12 and channel G in FIG. As pointed out above, “fill ratio” is the percentage of the area of the channel occupied by the coating deposited in the channel.

上記に記載した製造方法および構成部品の利点には、被冷却構成部品のコーティングに関して費用がかかる2つの処理工程(充填および抽出工程)をなくすことに関連して改善された冷却作用および製造コストの低下が含まれる。   The advantages of the manufacturing methods and components described above include improved cooling and manufacturing costs associated with eliminating the two expensive processing steps (filling and extraction steps) associated with coating the component to be cooled. Includes a decline.

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 シャフト
20 燃料ノズル
52 垂直な方向
54 構造的コーティング
56 (1つまたは複数の)追加的コーティング(外側の構造的コーティング)
100 高温ガス経路の構成部品
110 基材
112 基材の外側表面
114 内部空間
116 基材の内側表面
130 冷却チャネル
132 (1つまたは複数の)溝
134 溝の基部
136 溝の開口
140 (1つまたは複数の)進入穴
144 (1つまたは複数の)通気性の隙間
146 溝の上端部
150 追加的コーティング
160 研磨性液体ジェット
162 コーティング堆積物
172 フィルム冷却穴
D 溝の深さ
W 溝の開口の幅
10 Gas turbine system 12 Compressor 14 Combustor 16 Turbine 18 Shaft 20 Fuel nozzle 52 Vertical direction 54 Structural coating 56 Additional coating (s) (outer structural coating)
100 hot gas path components 110 substrate 112 substrate outer surface 114 interior space 116 substrate inner surface 130 cooling channel 132 groove (s) 134 groove base 136 groove opening 140 (one or Multiple entry holes 144 Breathable gap (s) 146 Groove top 150 Additional coating 160 Abrasive liquid jet 162 Coating deposit 172 Film cooling hole D Groove depth W Groove opening width

Claims (22)

少なくとも1つの内部空間を有する基材を備える構成部品を製造する方法であって、前記構成部品の中に1つまたは複数の溝を形成する工程を含み、
各々の溝が、全体として涙型の溝を画成するように丸められた基部を含み、かつ、前記基材の外側表面に少なくとも部分的に沿って延び、その開口で狭まることによって各々の溝がリエントラント形状の溝を含み、
各々の溝の断面積Aは、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、前記リエントラント形状の溝の前記開口の幅であり、Dは、前記リエントラント形状の溝の深さである方法。
A method of manufacturing a component comprising a substrate having at least one internal space, comprising the step of forming one or more grooves in the component,
Each groove includes a base that is rounded to define a tear-shaped groove as a whole, and extends at least partially along the outer surface of the substrate and narrows at its opening to narrow each groove. Includes reentrant-shaped grooves,
The cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the width of the opening of the reentrant groove and D is The method is a depth of the reentrant groove.
各々の溝が、中心線に対して対称である、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein each groove is symmetric about a centerline. 各々の溝が非対称の断面を有する、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein each groove has an asymmetric cross section. 前記基材の中に1つまたは複数の進入穴を形成する工程をさらに含み、各々の進入穴が、前記溝のうちの1つを前記それぞれの内部空間と流体連絡で接続する、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, further comprising forming one or more entry holes in the substrate, each entry hole connecting one of the grooves in fluid communication with the respective interior space. The method described in 1. 前記溝が、前記基材の前記外側表面内に形成される、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the groove is formed in the outer surface of the substrate. 前記基材の前記表面の少なくとも一部分上にコーティングを配置する工程をさらに含み、前記溝および前記コーティングが共に、前記構成部品を冷却するための1つまたは複数のリエントラント形状のチャネルを画定する、請求項1に記載の方法。   Further comprising disposing a coating on at least a portion of the surface of the substrate, the groove and the coating together defining one or more reentrant shaped channels for cooling the component. Item 2. The method according to Item 1. 各々の溝の中に堆積された前記コーティングの充填比が20パーセント未満である、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein a fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 20 percent. 各々の溝の中に堆積された前記コーティングの前記充填比が10パーセント未満である、請求項7に記載の方法。   The method of claim 7, wherein the fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 10 percent. 前記コーティングが、少なくとも1つの構造的コーティングと、追加的コーティングとを備え、各々の溝が、前記構造的コーティングの中に少なくとも部分的に形成される、請求項6に記載の方法。   The method of claim 6, wherein the coating comprises at least one structural coating and an additional coating, and each groove is at least partially formed in the structural coating. 外側表面と内側表面を有する基材であって、前記内側表面が少なくとも1つの内部空間を画定し、前記外側表面が1つまたは複数の溝を画定しており、各々の溝が、全体として涙型の溝を画成するように丸められた基部を含み、かつ、前記基材の前記表面に少なくとも部分的に沿って延び、その開口で狭まることによって各々の溝がリエントラント形状の溝を含み、各々の溝の断面積Aが、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、前記リエントラント形状の溝の前記開口の幅であり、Dは、前記リエントラント形状の溝の深さである基材と、
前記基材の前記外側表面の少なくとも一部分上に配置された少なくとも1つのコーティングであって、前記溝および前記コーティングが共に、構成部品を冷却するための1つまたは複数のリエントラント形状のチャネルを画定するコーティングとを備える構成部品。
A substrate having an outer surface and an inner surface, wherein the inner surface defines at least one interior space, the outer surface defines one or more grooves, each groove being generally a tear Including a base rounded to define a groove in the mold, and extending at least partially along the surface of the substrate, each groove including a reentrant-shaped groove by narrowing at the opening; The cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the width of the opening of the reentrant groove and D is A base material that is the depth of the reentrant groove;
At least one coating disposed on at least a portion of the outer surface of the substrate, the groove and the coating together defining one or more reentrant shaped channels for cooling a component; A component comprising a coating.
各々の溝が、中心線に対して対称である、請求項10に記載の構成部品。   The component of claim 10, wherein each groove is symmetric about a centerline. 各々の溝が非対称の断面を有する、請求項10に記載の構成部品。   The component of claim 10, wherein each groove has an asymmetric cross section. 前記基材の中に1つまたは複数の進入穴が形成され、各々の進入穴が、前記それぞれの溝を前記それぞれの内部空間と流体連絡で接続する、請求項10に記載の構成部品。   The component of claim 10, wherein one or more entry holes are formed in the substrate, each entry hole connecting the respective groove in fluid communication with the respective interior space. 各々の溝の中に堆積された前記コーティングの充填比が20パーセント未満である、請求項10に記載の構成部品。   The component of claim 10, wherein a fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 20 percent. 前記コーティングが、熱噴霧処理を行うことによって配置される、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein the coating is disposed by performing a thermal spray process. 各々の溝の中に堆積された前記コーティングの前記充填比が10パーセント未満である、請求項14に記載の構成部品。   The component of claim 14, wherein the fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 10 percent. 外側表面と内側表面を有し、前記内側表面が少なくとも1つの内部空間を画定する基材と、
前記基材の前記表面の少なくとも一部分上に配置された少なくとも1つのコーティングであって、前記基材の前記外側表面上に配置された構造的コーティングと、追加的コーティングの少なくとも1つの内側の層を備えるコーティングとを備え、
1つまたは複数の溝が前記構造的コーティングの中に少なくとも部分的に形成され、各々の溝が、全体として涙型の溝を画成するように丸められた基部を含み、かつ、前記基材の前記表面に少なくとも部分的に沿って延び、その開口で狭まることによって各々の溝がリエントラント形状の溝を含み、
各々の溝の断面積Aが、R=W*Dの面積のおよそ2倍からおよそ3倍の範囲内であり、ここでWは、前記リエントラント形状の溝の前記開口の幅であり、Dは、前記リエントラント形状の溝の深さであり、
前記溝および前記追加的コーティングが共に、前記構成部品を冷却するための1つまたは複数のリエントラント形状のチャネルを画定する
構成部品。
A substrate having an outer surface and an inner surface, the inner surface defining at least one interior space;
At least one coating disposed on at least a portion of the surface of the substrate, the structural coating disposed on the outer surface of the substrate, and at least one inner layer of an additional coating. A coating with
One or more grooves are at least partially formed in the structural coating, each groove including a base that is rounded to define a generally tear-shaped groove, and the substrate Each groove includes a reentrant-shaped groove by extending at least partially along the surface of the
The cross-sectional area A of each groove is in the range of about 2 to about 3 times the area of R = W * D, where W is the width of the opening of the reentrant groove and D is , The depth of the reentrant groove,
The component wherein the groove and the additional coating together define one or more reentrant shaped channels for cooling the component.
各々の溝が中心線に対して対称である、請求項17に記載の構成部品。   The component of claim 17, wherein each groove is symmetric about a centerline. 各々の溝が非対称の断面を有する、請求項17に記載の構成部品。   The component of claim 17, wherein each groove has an asymmetric cross section. 前記基材の中に1つまたは複数の進入穴が形成され、各々の進入穴が、前記それぞれの溝を前記それぞれの内部空間と流体連絡で接続する、請求項17に記載の構成部品。   18. The component of claim 17, wherein one or more entry holes are formed in the substrate, each entry hole connecting the respective groove in fluid communication with the respective interior space. 各々の溝の中に堆積された前記コーティングの充填比が20パーセント未満である、請求項17に記載の構成部品。   The component of claim 17, wherein a fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 20 percent. 各々の溝の中に堆積された前記コーティングの前記充填比が10パーセント未満である、請求項21に記載の構成部品。
The component of claim 21, wherein the fill ratio of the coating deposited in each groove is less than 10 percent.
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