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JP6847059B2 - Blades of turbomachines with protective structures, turbomachines, and methods of forming protective structures - Google Patents

Blades of turbomachines with protective structures, turbomachines, and methods of forming protective structures Download PDF

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JP6847059B2 JP2017567771A JP2017567771A JP6847059B2 JP 6847059 B2 JP6847059 B2 JP 6847059B2 JP 2017567771 A JP2017567771 A JP 2017567771A JP 2017567771 A JP2017567771 A JP 2017567771A JP 6847059 B2 JP6847059 B2 JP 6847059B2
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Description

本明細書に開示される主題の実施形態は、保護構造を有するターボ機械のブレード、ターボ機械(とくには、蒸気タービン)、および保護構造を形成する方法に対応する。 Embodiments of the subject matter disclosed herein correspond to blades of turbomachinery with protective structures, turbomachinery (particularly steam turbines), and methods of forming protective structures.

運転中に、ターボ機械のブレードは、しばしば浸食を被る。 During operation, the blades of turbomachinery often suffer from erosion.

とくに、蒸気タービンのブレードは、液滴による浸食を被ることが多い。 In particular, the blades of steam turbines are often eroded by droplets.

ターボ機械のブレードを浸食、腐食、または摩耗から保護するための構造を、ブレードの表面に形成された層またはブレードの本体にはめ込まれたインサートで構成することができる。 Structures for protecting turbomachinery blades from erosion, corrosion, or wear can consist of layers formed on the surface of the blades or inserts fitted into the body of the blades.

保護層を、例えばレーザクラッディングまたはコールドスプレーによって形成することができる。これらの技術は、どちらも有効である。いずれにせよ、レーザクラッディングは、ブレードを加熱し、例えばブレードにおける残留応力および/またはブレードの歪みを引き起こす可能性があり、「応力腐食割れ」を助長し得る一方で、コールドスプレーは、ブレードに衝突し、例えば層の形成時にブレードのエッジの浸食を引き起こす可能性がある。レーザクラッディングは、コールドスプレーよりも高価であるが、より高速であることに留意されたい。 The protective layer can be formed, for example, by laser cladding or cold spraying. Both of these techniques are effective. In any case, laser cladding can heat the blade and cause, for example, residual stress and / or distortion of the blade, which can contribute to "stress corrosion cracking", while cold spraying on the blade Collisions can cause, for example, erosion of the blade edges during layer formation. Note that laser cladding is more expensive than cold spray, but faster.

米国特許出願公開第2014/272166号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2014/272166

したがって、ターボ機械のブレードの保護構造およびその形成方法を改善することが、一般的に必要とされている。 Therefore, it is generally required to improve the protective structure of the blades of turbomachinery and the method of forming the same.

このニーズは、「石油およびガス」(すなわち、石油および/またはガスの探査、生産、貯蔵、精製、および流通のための機械および施設)および「エネルギ」(すなわち、発電用の機械および施設)の分野の蒸気タービンのブレードについて、きわめて強い。 This need is for "oil and gas" (ie, machinery and facilities for oil and / or gas exploration, production, storage, refining, and distribution) and "energy" (ie, machinery and facilities for power generation). Extremely strong for steam turbine blades in the field.

本明細書において開示される主題の第1の実施形態は、ターボ機械のブレードに関する。 A first embodiment of the subject matter disclosed herein relates to a blade of a turbomachine.

そのような実施形態によれば、前縁および後縁と、前縁と後縁とを接続する第1および第2の側面とを有する翼形部を備えているターボ機械のブレードであって、保護縁と第1および第2の保護ストライプとを含む保護構造を備えており、保護縁は、前縁に位置し、第1の保護ストライプは、第1の側面に位置して縁に隣接し、第2の保護ストライプは、第2の側面に位置して縁に隣接し、縁は、レーザクラッディングまたは溶接、プラズマ溶射、デトネーション溶射、ワイヤアーク溶射、火炎溶射、高速酸素燃料被膜溶射、またはウォームスプレーによって形成され、第1および第2のストライプは、コールドスプレーによって形成されている、ターボ機械のブレードが提供される。 According to such an embodiment, a blade of a turbomachine having a wing-shaped portion having front and trailing edges and first and second sides connecting the leading and trailing edges. It has a protective structure that includes a protective edge and first and second protective stripes, the protective edge is located on the front edge and the first protective stripe is located on the first side surface and adjacent to the edge. , The second protective stripe is located on the second side and adjacent to the edge, the edge is laser cladding or welding, plasma spraying, detonation spraying, wire arc spraying, flame spraying, fast oxygen fuel coating spraying, or The blades of a turbomachine, formed by warm spraying and the first and second stripes are formed by cold spraying, are provided.

本明細書において開示される主題の第2の実施形態は、ターボ機械に関する。 A second embodiment of the subject matter disclosed herein relates to a turbomachine.

そのような実施形態によれば、ターボ機械、とくには蒸気タービンが、上述のとおりの複数のターボ機械のブレードを含む。 According to such an embodiment, the turbomachinery, in particular the steam turbine, comprises the blades of the plurality of turbomachinery as described above.

本明細書において開示される主題の第3の実施形態は、保護構造を形成する方法に関する。 A third embodiment of the subject matter disclosed herein relates to a method of forming a protective structure.

そのような実施形態によれば、ターボ機械のブレード上に保護構造を形成する方法が、以下の連続するステップ、すなわち(A)前縁および後縁と、前縁と後縁とを接続する第1および第2の側面とを有する翼形部を備えるターボ機械のブレードを用意するステップ、(B)レーザクラッディングによって前縁上に保護縁を形成するステップ、および(C)少なくとも1つのスプレーノズルによるコールドスプレーによって、縁に隣接して第1および第2の側面上に第1および第2の保護ストライプを形成するステップを含む。 According to such an embodiment, the method of forming a protective structure on the blades of a turbomachinery involves the following consecutive steps: (A) connecting the front and trailing edges and the leading and trailing edges. A step of preparing a blade of a turbomachine with an airfoil having one and a second side surface, (B) a step of forming a protective edge on the front edge by laser cladding, and (C) at least one spray nozzle. Includes the step of forming first and second protective stripes on the first and second flanks adjacent to the edges by cold spraying by.

本明細書に組み込まれ、本明細書の不可欠な一部を構成する添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示しており、詳細な説明と併せて、これらの実施形態を説明する。 The accompanying drawings incorporated herein and forming an integral part of the present specification show typical embodiments of the present invention, and these embodiments will be described in conjunction with a detailed description. ..

保護構造を形成する前のターボ機械のブレードの一実施形態の概略の側面図を示している。A schematic side view of an embodiment of a turbomachinery blade before forming a protective structure is shown. 保護構造の形成中のターボ機械のブレードの一実施形態の概略の側面図を示している。A schematic side view of an embodiment of a turbomachinery blade during the formation of a protective structure is shown. 保護構造の形成後のターボ機械のブレードの一実施形態の概略の側面図を示している。A schematic side view of an embodiment of a turbomachinery blade after the formation of a protective structure is shown. 図3の細部を概略的に示している。The details of FIG. 3 are shown schematically. 図4の断面図を概略的に示している。The cross-sectional view of FIG. 4 is shown schematically. 保護構造を形成する前のターボ機械のブレードの一実施形態の一部分の概略の断面図を示している。A schematic cross-sectional view of a portion of an embodiment of a turbomachinery blade before forming a protective structure is shown. 保護構造の形成中(第1の中間段階)のターボ機械のブレードの一実施形態の一部分の概略の断面図を示している。A schematic cross-sectional view of a portion of an embodiment of a turbomachinery blade during the formation of a protective structure (first intermediate stage) is shown. 保護構造の形成中(第2の中間段階)のターボ機械のブレードの一実施形態の一部分の概略の断面図を示している。A schematic cross-sectional view of a portion of an embodiment of a turbomachinery blade during the formation of a protective structure (second intermediate stage) is shown. 保護構造の形成後のターボ機械のブレードの一実施形態の一部分の概略の断面図を示している。A schematic cross-sectional view of a portion of an embodiment of a turbomachinery blade after the formation of a protective structure is shown. 図3の代替案のやり方で保護構造を形成した後のターボ機械のブレードの一実施形態の概略の側面図を示している。A schematic side view of an embodiment of a turbomachinery blade after forming a protective structure in the alternative manner of FIG. 3 is shown. 保護構造の形成後のターボ機械のブレードの一実施形態について考えられる第1の一部分の概略の断面図を示している。A schematic cross-sectional view of a first portion considered for an embodiment of a turbomachinery blade after the formation of a protective structure is shown. 保護構造の形成後のターボ機械のブレードの一実施形態について考えられる第2の一部分の概略の断面図を示している。A schematic cross-sectional view of a second portion considered for one embodiment of a turbomachinery blade after the formation of a protective structure is shown. 保護構造の形成後のターボ機械のブレードの一実施形態について考えられる第3の一部分の概略の断面図を示している。A schematic cross-sectional view of a third portion considered for one embodiment of a turbomachinery blade after the formation of a protective structure is shown. 保護構造の形成後のターボ機械のブレードの一実施形態について考えられる第4の一部分の概略の断面図を示している。A schematic cross-sectional view of a fourth portion considered for one embodiment of a turbomachinery blade after the formation of a protective structure is shown.

以下の典型的な実施形態の説明は、添付の図面を参照する。 For a description of typical embodiments below, reference is made to the accompanying drawings.

以下の説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。 The following description is not limited to the present invention. Instead, the scope of the invention is defined by the appended claims.

本明細書の全体を通して、「一実施形態」または「実施形態」への言及は、或る実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも1つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、明細書全体の種々の場所における「一実施形態において」または「実施形態において」の出現は、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、個々の特徴、構造、または特性が、1つ以上の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせられてよい。 Throughout this specification, reference to "one embodiment" or "embodiment" is at least one of the subjects in which a particular feature, structure, or property described in connection with an embodiment is disclosed. Means included in one embodiment. Therefore, the appearance of "in one embodiment" or "in an embodiment" in various places throughout the specification does not necessarily refer to the same embodiment. In addition, individual features, structures, or properties may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

図1が、保護構造を形成する前のターボ機械のブレード1の概略の側面図を示している。ブレード1は、前縁3および後縁4と、前縁3と後縁4とを接続する第1の側面5および第2の側面6(図5にのみ示されている)とを有する翼形部2を備えている。翼形部2は、先端領域21と基部領域22とを有し、翼形部2の基部領域22は、ブレード1の基部10に隣接している。 FIG. 1 shows a schematic side view of a blade 1 of a turbomachine before forming a protective structure. The blade 1 is an airfoil having a front edge 3 and a trailing edge 4 and a first side surface 5 and a second side surface 6 (shown only in FIG. 5) connecting the front edge 3 and the trailing edge 4. It has a part 2. The airfoil portion 2 has a tip region 21 and a base region 22, and the base region 22 of the airfoil portion 2 is adjacent to the base 10 of the blade 1.

図3、図4、および図5が、保護構造の形成後のブレード1を示している。保護構造は、保護縁7(「バンパー」または「バッファ」とも呼ばれ得る)ならびに第1の保護ストライプ8および第2の保護ストライプ9(図5にのみに示されている)を備え、保護縁7は、前縁3に位置し、第1の保護ストライプ8は、第1の側面5上に位置して縁7に隣接し、第2の保護ストライプ9は、好ましくは第2の側面6上にのみ位置して縁7に隣接している。 3, FIG. 4, and FIG. 5 show the blade 1 after the protective structure is formed. The protective structure comprises a protective edge 7 (which may also be referred to as a "bumper" or "buffer") and a first protective stripe 8 and a second protective stripe 9 (shown only in FIG. 5). 7 is located on the front edge 3, the first protective stripe 8 is located on the first side surface 5 and adjacent to the edge 7, and the second protective stripe 9 is preferably on the second side surface 6. It is located only in and adjacent to the edge 7.

図5の実施形態において、ストライプ8および9は、縁7を覆っておらず、それぞれ側面5および6にのみ位置している。 In the embodiment of FIG. 5, the stripes 8 and 9 do not cover the edge 7 and are located only on the sides 5 and 6, respectively.

図9の実施形態においては、ストライプ8および9が、それぞれ側面5および6に位置するが、縁7の全体も覆っており、ストライプ8および9の厚さは、縁7上で徐々に減少し、縁7の中央においてゼロ(または、ほぼゼロ)である。 In the embodiment of FIG. 9, the stripes 8 and 9 are located on the sides 5 and 6, respectively, but also cover the entire edge 7, and the thickness of the stripes 8 and 9 gradually decreases on the edge 7. , Zero (or nearly zero) at the center of edge 7.

図11(図5に類似)の実施形態においては、2つのストライプが、縁171を覆っておらず、それぞれ翼形の2つの側面にのみ位置している。 In the embodiment of FIG. 11 (similar to FIG. 5), the two stripes do not cover the edge 171 and are each located only on the two sides of the airfoil.

図12(図9に類似)の実施形態においては、2つのストライプが、それぞれ翼形の2つの側面に位置しているが、部分的に縁172も覆っており、ストライプの厚さは、縁上で徐々に減少し、縁の中央においてゼロ(または、ほぼゼロ)である。 In the embodiment of FIG. 12 (similar to FIG. 9), the two stripes are located on the two sides of the airfoil, respectively, but also partially cover the edge 172, and the thickness of the stripe is the edge. It gradually decreases above and is zero (or nearly zero) in the center of the rim.

図13の実施形態においては、2つのストライプが、それぞれ翼形の2つの側面に位置しているが、縁173も完全に覆っており、ストライプの厚さは、縁上で徐々に減少し、縁の中央において最小かつ小さい。 In the embodiment of FIG. 13, the two stripes are located on the two sides of the airfoil, respectively, but also completely cover the edge 173, with the stripe thickness gradually decreasing on the edge. The smallest and smallest in the center of the rim.

図14の実施形態においては、2つのストライプが、それぞれ翼形の2つの側面に位置しているが、縁173も完全に覆っており、ストライプの厚さは、縁上で徐々に減少し、縁の中央において最小かつ大きい。 In the embodiment of FIG. 14, the two stripes are located on the two sides of the airfoil, respectively, but also completely cover the edge 173, with the stripe thickness gradually decreasing on the edge. Smallest and largest in the center of the rim.

これらの実施形態によれば、保護構造の縁は、ブレードの翼形部の前縁から突出する。(ブレードの製造の終わりにおける)突出は、製造プロセス(例えば、コールドスプレーによる浸食の程度)によって異なる。翼形部の反り線(図11〜図14における100)およびその延長を考慮すると、突出は、例えば0.05〜1mmの範囲内であってよい。 According to these embodiments, the edges of the protective structure project from the anterior edge of the airfoil portion of the blade. The protrusion (at the end of blade manufacturing) depends on the manufacturing process (eg, the degree of cold spray erosion). Considering the warp line of the airfoil (100 in FIGS. 11-14) and its extension, the protrusion may be, for example, in the range of 0.05 to 1 mm.

縁の断面積(例えばコールドスプレー前など、形成の直後)は、製造プロセス(例えば、コールドスプレーによる浸食の程度)を考慮に入れなければならず、1mm2〜20mm2の範囲内であってよく、より典型的には4mm2〜10mm2の範囲内であってよい。縁の断面積(例えばコールドスプレー前など、形成の直後)は、製造プロセス(例えば、コールドスプレーによる浸食の程度)を考慮に入れなければならず、膨出部のように見えてよい。 (Such as previous example cold spray, immediately after forming) the cross-sectional area of the edges, the manufacturing process (e.g., the degree of erosion cold spray) must take into account the, be in a range of 1 mm 2 to 20 mm 2 it may be more typically in the range of 4 mm 2 to 10 mm 2. The cross-sectional area of the edges (eg, before cold spray, immediately after formation) must take into account the manufacturing process (eg, the degree of erosion by cold spray) and may look like a bulge.

ブレードの製造の終わりにおけるブレードの翼形部の外形は、保護構造の形成前のブレードの翼形部の外形、およびこれを覆う保護構造に依存し、とくには保護縁および保護ストライプの形成時の保護縁の浸食に依存する。したがって、保護構造の形成前のブレードの翼形部の少なくとも前縁は、ブレードの製造の終わりにおけるブレードの翼形部の前縁の理想的な位置に対して、少し凹まされて製造されるべきである。 The outer shape of the blade airfoil at the end of blade manufacturing depends on the outer shape of the blade airfoil before the formation of the protective structure and the protective structure covering it, especially during the formation of protective edges and protective stripes. Depends on protective edge erosion. Therefore, at least the front edge of the blade airfoil before the formation of the protective structure should be manufactured slightly recessed with respect to the ideal position of the blade airfoil front edge at the end of blade manufacturing. Is.

上述の実施形態による技術的解決策は、例えば4〜8mmの範囲内の薄い前縁を有するブレードなど、薄いブレードにとくに有用である。 The technical solution according to the above-described embodiment is particularly useful for thin blades, for example blades with a thin leading edge in the range of 4-8 mm.

後でよりよく説明されるように、保護構造の縁が、レーザクラッディングまたは溶接、プラズマ溶射、デトネーション溶射、ワイヤアーク溶射、火炎溶射、高速酸素燃料被膜溶射、またはウォームスプレー(好ましくは、レーザクラッディング)によって形成される一方で、保護構造の第1および第2のストライプは、コールドスプレーによって形成される。 As will be better described later, the edges of the protective structure can be laser cladding or welding, plasma spraying, detonation spraying, wire arc spraying, flame spraying, fast oxygen fuel coating spraying, or warm spraying (preferably laser cracking). The first and second stripes of the protective structure are formed by cold spraying, while they are formed by the ding).

ブレードの翼形部は、鉄、チタン、ニッケル基合金、またはステンレス鋼で製作されてよく、好ましくはステンレス鋼、例えばAISI420で製作される。 The airfoil portion of the blade may be made of iron, titanium, nickel-based alloy, or stainless steel, preferably made of stainless steel, such as AISI 420.

保護構造の縁は、コバルト基合金またはコバルト−クロム合金で製作されてよく、好ましくは、ステライト(Stellite)型の材料、とくにはステライト6、ステライト12、またはステライト21、ウルティメット(Ultimet)、特許出願EP1403397に記載されて特許請求されている材料のいずれか、あるいは特許出願EP1403398に記載されて特許請求されている材料のいずれかで製作される。縁の材料は、コールドスプレーによる機械的な浸食により良好に抵抗するために、翼形の材料よりも固体粒子による浸食によりよく耐える。 The edges of the protective structure may be made of a cobalt-based alloy or a cobalt-chromium alloy, preferably a Stellite-type material, in particular Stellite 6, Stellite 12, or Stellite 21, Ultimate, patent application. It is made of either the material described in EP14033397 and claimed for patent, or the material described in patent application EP1403398 and claimed for patent. The edge material is more resistant to solid particle erosion than the airfoil material because it is better resistant to mechanical erosion by cold spray.

保護構造の第1および第2のストライプは、コバルト基合金またはコバルト−クロム合金で製作されてよく、好ましくは、ステライト型の材料、とくにはステライト6、ステライト12、またはステライト21、ウルティメット、特許出願EP1403397に記載されて特許請求されている材料のいずれか、あるいは特許出願EP1403398に記載されて特許請求されている材料のいずれかで製作される。第1および第2のストライプの材料は、液滴による浸食に抵抗する。第1および第2のストライプの材料は、縁の材料と同じであっても、異なっていてもよい。 The first and second stripes of the protective structure may be made of a cobalt-based alloy or a cobalt-chromium alloy, preferably a stellite-type material, in particular Stellite 6, Stellite 12, or Stellite 21, Ultimate, patent application. It is made of either the material described in EP14033397 and claimed for patent, or the material described in patent application EP1403398 and claimed for patent. The material of the first and second stripes resists erosion by droplets. The material of the first and second stripes may be the same as or different from the material of the edges.

保護構造の縁ならびに保護構造の第1および第2のストライプは、ブレードの翼形部の高さの一部分(すなわち、好ましくは20%から好ましくは50%まで)に及ぶことができる(例えば、図3および図10を参照)。典型的には、ストライプの上端が、翼形部の先端に位置し、ストライプの下端が、翼形部の中間位置に位置する。好ましくは、保護構造の縁は、保護構造の第1および第2のストライプと同じ長さであり、あるいは保護構造の第1および第2のストライプよりもわずかに長い。翼形部の高さは、ブレードのうちのブレードの先端から根元まで延びる部分である。 The edges of the protective structure and the first and second stripes of the protective structure can extend over a portion of the height of the airfoil of the blade (ie, preferably from 20% to preferably 50%) (eg, figure). 3 and FIG. 10). Typically, the upper end of the stripe is located at the tip of the airfoil and the lower end of the stripe is located in the middle of the airfoil. Preferably, the edges of the protective structure are the same length as the first and second stripes of the protective structure, or slightly longer than the first and second stripes of the protective structure. The height of the airfoil is the portion of the blade that extends from the tip to the base of the blade.

保護構造の第1および第2のストライプは、ブレードの翼形部の幅の一部分(すなわち、好ましくは5%から好ましくは50%まで)に及ぶことができる(例えば、図3および図10を参照)。典型的には、ストライプは、ブレードの翼形部の前縁から延びている。翼形部の幅は、ブレードのうちの前縁から後縁まで延びる部分である。 The first and second stripes of the protective structure can extend over a portion of the width of the airfoil of the blade (ie, preferably from 5% to preferably 50%) (see, eg, FIGS. 3 and 10). ). Typically, the stripes extend from the anterior edge of the airfoil of the blade. The width of the airfoil is the portion of the blade that extends from the front edge to the trailing edge.

今まさに説明したブレードと同一または類似のブレードは、「石油およびガス」ならびに「エネルギ」の分野におけるターボ機械に好都合に使用され得る。とくには、液滴による浸食に対する耐性ゆえに、蒸気タービンが理想的な用途である。 Blades that are the same as or similar to the blades just described can be conveniently used in turbomachinery in the fields of "oil and gas" and "energy". In particular, steam turbines are ideal applications because of their resistance to droplet erosion.

今まさに説明した保護構造(図3および図4ならびに図10を参照)と同一または類似の保護構造は、以下の連続するステップ、すなわち
A)前縁および後縁と、前縁と後縁とを接続する第1および第2の側面とを有する翼形部を備えるターボ機械のブレード(例えば、図1および図6を参照)を用意するステップ、
B)レーザクラッディングによって前縁上に保護縁を形成するステップ(例えば、図2および図7を参照)、および、
C)浸食に耐える薄くてかつ良好な付着の材料層を形成するきわめて効果的なやり方である少なくとも1つのスプレーノズルによるコールドスプレーによって、縁に隣接して第1および第2の側面上に第1および第2の保護ストライプを形成するステップ(例えば、図3ならびに図5または図9を参照)
によって、ターボ機械のブレード上に形成され得る。
Protective structures that are the same as or similar to the protective structures just described (see FIGS. 3 and 4 and 10) have the following consecutive steps: A) leading and trailing edges and leading and trailing edges. A step of preparing a blade of a turbomachine (see, eg, FIGS. 1 and 6) having an airfoil having first and second sides to be connected.
B) The step of forming a protective edge on the leading edge by laser cladding (see, eg, FIGS. 2 and 7), and
C) First on the first and second sides adjacent to the edges by cold spraying with at least one spray nozzle, which is a highly effective way to form a thin and well-adhered material layer that withstands erosion. And the step of forming the second protective stripe (see, eg, FIG. 3 and FIG. 5 or FIG. 9).
Can be formed on the blades of turbomachinery.

このようにして、翼形部の前縁が、縁によって保護され、翼形部の断面が、横方向および前方の両方についてコールドスプレーによって良好に覆われる。 In this way, the anterior edge of the airfoil is protected by the edge and the cross section of the airfoil is well covered by cold spray both laterally and anteriorly.

これは、薄いブレード、より詳細には薄い前縁を有するブレードの場合にとくに有利であり、「薄い前縁」は、例えば2〜10mmの範囲内の厚さを有することができ、前縁の断面が半円に似ている場合、「薄い前縁」は、例えば1〜5mmの範囲内の半径を有することができる。 This is especially advantageous for thin blades, more specifically for blades with a thin leading edge, where the "thin leading edge" can have a thickness in the range of, for example, 2-10 mm and of the leading edge. If the cross section resembles a semicircle, the "thin leading edge" can have radii in the range of, for example, 1-5 mm.

このようにして、レーザクラッディングによるブレードの加熱が、非常に少なく、したがってブレードにおける残留応力およびブレードの歪みならびにブレードにおける「応力腐食割れ」が、非常に少ない。 In this way, there is very little heating of the blade by laser cladding, and thus very little residual stress and distortion in the blade and "stress corrosion cracking" in the blade.

レーザクラッディングの代わりに、溶接、プラズマ溶射、デトネーション溶射、ワイヤアーク溶射、火炎溶射、高速酸素燃料被膜溶射、またはウォームスプレーを使用することができる。 Instead of laser cladding, welding, plasma spraying, detonation spraying, wire arc spraying, flame spraying, high speed oxygen fuel coating spraying, or warm spraying can be used.

両方の保護ストライプを形成するために、同じスプレーノズルを使用することができる。あるいは、第1のスプレーノズルを用いて第1の保護ストライプを形成し、第2のスプレーノズルを用いて第2の保護ストライプを形成してもよく、この場合、第1および第2の保護ストライプを同時に形成してもよい。 The same spray nozzle can be used to form both protective stripes. Alternatively, the first spray nozzle may be used to form the first protective stripe and the second spray nozzle may be used to form the second protective stripe, in which case the first and second protective stripes. May be formed at the same time.

保護構造のストライプは、複数の平行(または、実質的に平行)なセグメントを含むことができる。図4〜図9において、セグメント81および91は、前縁3に対して横方向(とくには、垂直)である。図10〜図14において、セグメント181は、前縁103に平行(または、実質的に平行)である。これらのセグメントが、たとえ図4および図10において離れて示されていても、側方において互いに接触することに留意されたい。 The stripes of the protective structure can include multiple parallel (or substantially parallel) segments. In FIGS. 4-9, the segments 81 and 91 are lateral (particularly perpendicular) to the front edge 3. In FIGS. 10-14, the segment 181 is parallel (or substantially parallel) to the leading edge 103. Note that these segments come into contact with each other laterally, even if they are shown apart in FIGS. 4 and 10.

スプレーノズルは、ストライプ(例えば、8または9)を形成するために少なくとも翼形部の側面(例えば、5または6)から縁(例えば、7)に向かって移動し、好ましくは前縁(例えば、3)および縁(例えば、7)に隣接してストライプ(例えば、8または9)を形成するために前縁(例えば、3)の周囲を少なくとも40°回転する。スプレーノズルの移動の最初の部分において、スプレージェットは、翼形部の(側面の)表面に対して高度に傾けられた(好ましくは、垂直な)向きとされ、スプレーノズルが前縁に近づくとき、スプレーノズルは、スプレージェットが翼形部の(前部の)表面に対して高度に傾けられた(好ましくは、垂直な)向きのままであるように、徐々に回転させられる。 The spray nozzle moves from at least the side surface (eg, 5 or 6) of the airfoil to the edge (eg, 7) to form a stripe (eg, 8 or 9), preferably the front edge (eg, 7). Rotate at least 40 ° around the leading edge (eg, 3) to form a stripe (eg, 8 or 9) adjacent to 3) and the edge (eg, 7). In the first part of the spray nozzle movement, the spray jet is oriented highly tilted (preferably perpendicular) to the (side) surface of the airfoil, as the spray nozzle approaches the leading edge. The spray nozzle is gradually rotated so that the spray jet remains in a highly tilted (preferably vertical) orientation with respect to the (front) surface of the airfoil.

第1の選択肢として、ステップC(例えば、図6〜図9を考慮)は、
スプレーノズルが翼形部の第1の側面(例えば、5)から縁(例えば、70、71、72)に向かって移動し、少なくとも40°、好ましくは80〜90°回転することで、第1のストライプ(例えば、8)のセグメント(例えば、81)を形成する第1のサブステップC1A(図8を参照)
を含むことができ、その直後に、
スプレーノズルが翼形部の第2の側面(例えば、6)から縁(例えば、70、71、72)に向かって移動し、少なくとも40°、好ましくは80〜90°回転することで、第2のストライプ(例えば、9)のセグメント(例えば、91)を形成する第2のサブステップC2A(図9を参照)
を含むことができ、
好ましくは、サブステップC1AおよびC2Aの間、スプレーノズルは、翼形部上の一定の長手方向位置を維持する。
As a first option, step C (eg, consider FIGS. 6-9)
The spray nozzle moves from the first side surface (eg, 5) of the airfoil to the edge (eg, 70, 71, 72) and rotates at least 40 °, preferably 80-90 °. First substep C1A (see FIG. 8) forming a segment (eg, 81) of a stripe (eg, 8) of
Can include, immediately after that,
The spray nozzle moves from the second side surface (eg, 6) of the airfoil to the edge (eg, 70, 71, 72) and rotates at least 40 °, preferably 80-90 °, so that the second Second substep C2A (see FIG. 9) forming a segment (eg, 91) of stripes (eg, 9).
Can include,
Preferably, during substeps C1A and C2A, the spray nozzle maintains a constant longitudinal position on the airfoil.

このようにして、2つの別個のセグメントが、翼形部の2つの側面において同じ高さに形成される。 In this way, two separate segments are formed at the same height on the two sides of the airfoil.

サブステップC1AおよびC2Aが異なる高さにおいて何回か繰り返される場合、2つのストライプが翼形部の2つの側面に同時に形成される。 If substeps C1A and C2A are repeated several times at different heights, two stripes will be formed simultaneously on the two sides of the airfoil.

第2の選択肢として、ステップCは、
スプレーノズルが翼形部の第1の側面(例えば、5)から縁(例えば、70、71、72)に向かって移動し、少なくとも40°、好ましくは80〜90°回転することで、第1のストライプ(例えば、8)のセグメント(例えば、81)を形成する第1のサブステップC1B
を含むことができ、その直後に、
同じスプレーノズルが少なくとも40°、好ましくは80〜90°回転し、翼形部の第1の側面(例えば、5)へと縁(例えば、7)から遠ざかる方向に移動することで、同じ第1のストライプ(例えば、8)の別のセグメント(例えば、81)を形成する第2のサブステップC2B(図9を参照)
を含むことができ、
好ましくは、サブステップC1BおよびC2Bの間、スプレーノズルは、翼形部上の一定の長手方向位置を維持し、スプレーノズルは、サブステップC1Bの後かつサブステップC2Bの前に、長手方向にわずかに変位させられる。
As a second option, step C
The spray nozzle moves from the first side surface (eg, 5) of the airfoil to the edge (eg, 70, 71, 72) and rotates at least 40 °, preferably 80-90 °. First substep C1B forming a segment (eg, 81) of a stripe (eg, 8) of
Can include, immediately after that,
The same first spray nozzle is rotated by at least 40 °, preferably 80-90 °, and moves away from the edge (eg, 7) to the first side surface (eg, 5) of the airfoil. Second substep C2B (see FIG. 9) forming another segment (eg 81) of the stripes (eg 8).
Can include,
Preferably, during sub-steps C1B and C2B, the spray nozzle maintains a constant longitudinal position on the airfoil, and the spray nozzle is slightly longitudinally after sub-step C1B and before sub-step C2B. Is displaced to.

このようにして、2つの製造作業において、2つの平行なセグメントが、翼形部の同じ側面において異なる高さに形成される。 In this way, in the two manufacturing operations, two parallel segments are formed at different heights on the same side of the airfoil.

サブステップC1BおよびC2Bが何回か繰り返されると、翼形部の一方の側面に1つのストライプが形成される。その後に、別のストライプが、翼形部の他方の側面に形成される。 When substeps C1B and C2B are repeated several times, one stripe is formed on one side surface of the airfoil portion. After that, another stripe is formed on the other side of the airfoil.

第3の選択肢として、ステップCは、
スプレーノズルが翼形部の第1の側面(例えば、5)から縁(例えば、7)に向かって移動することで、第1のストライプ(例えば、8)のセグメント(例えば、81)を形成する第1のサブステップC3、
同じスプレーノズルが前縁(例えば、3)の周囲を80〜180°回転することで、(典型的には、薄い)接続セグメントを形成する第2のサブステップC4、および
同じスプレーノズルが翼形部の第2の側面(例えば、6)へと縁(例えば、7)から遠ざかる方向に移動することで、第2のストライプ(例えば、9)のセグメント(例えば、91)を形成する第3のサブステップC5
を含むことができ、
好ましくは、サブステップC3、C4、およびC5の間、スプレーノズルは、翼形部上の一定の長手方向位置を維持する。
As a third option, step C
The spray nozzle moves from the first side surface (eg, 5) of the airfoil to the edge (eg, 7) to form a segment (eg, 81) of the first stripe (eg, 8). First substep C3,
A second substep C4 in which the same spray nozzle rotates 80-180 ° around the leading edge (eg, 3) to form a (typically thin) connecting segment, and the same spray nozzle is airfoiled. A third that forms a segment (eg, 91) of the second stripe (eg, 9) by moving away from the edge (eg, 7) towards the second side surface (eg, 6) of the portion. Substep C5
Can include,
Preferably, during substeps C3, C4, and C5, the spray nozzle maintains a constant longitudinal position on the airfoil.

このようにして、2つの連続するセグメントが、翼形部の2つの側面において同じ高さに形成される。 In this way, two consecutive segments are formed at the same height on the two sides of the airfoil.

サブステップC3、C4、およびC5が異なる高さにおいて何回か繰り返されるならば、2つのストライプが翼形部の2つの側面に同時に形成される。 If substeps C3, C4, and C5 are repeated several times at different heights, two stripes will be formed simultaneously on the two sides of the airfoil.

第3の選択肢によれば、ステップCは、サブステップC5の後で、以下のサブステップ、すなわち
同じスプレーノズルが翼形部の第2の側面(例えば、6)から縁(例えば、7)に向かって移動することで、先行のセグメントに隣接する第2のストライプ(例えば、9)のセグメントを形成する第4のサブステップC6、
同じスプレーノズルが前縁(例えば、3)の周囲を80〜180°回転することで、(典型的には、薄い)接続セグメントを形成する第5のサブステップC7、および
同じスプレーノズルが翼形部の第1の側面(例えば、5)へと縁(例えば、7)から遠ざかる方向に移動することで、先行のセグメントに隣接する第1のストライプ(例えば、8)のセグメントを形成する第6のサブステップC8
をさらに含むことができ、
好ましくは、サブステップC5の後かつサブステップC6の前に、スプレーノズルは、長手方向にわずかに変位させられる。
According to the third option, step C, after substep C5, has the following substeps, i.e., the same spray nozzle from the second side surface (eg, 6) to the edge (eg, 7) of the airfoil. Fourth substep C6, which forms a segment of a second stripe (eg, 9) adjacent to the preceding segment by moving towards.
A fifth substep C7, in which the same spray nozzle rotates 80-180 ° around the leading edge (eg, 3) to form a (typically thin) connecting segment, and the same spray nozzle is airfoiled. A sixth segment that forms a segment of the first stripe (eg, 8) adjacent to the preceding segment by moving away from the edge (eg, 7) towards the first side surface (eg, 5) of the portion. Substep C8
Can further include,
Preferably, the spray nozzle is slightly displaced in the longitudinal direction after substep C5 and before substep C6.

好ましくは、サブステップC6、C7、およびC8の間、スプレーノズルは、翼形部における一定の長手方向位置を維持する。 Preferably, during substeps C6, C7, and C8, the spray nozzle maintains a constant longitudinal position in the airfoil.

このようにして、(最初の2つのセグメントに隣接する)さらなる2つのセグメントが、翼形部の2つの側面の同じ高さに形成される。 In this way, two additional segments (adjacent to the first two segments) are formed at the same height on the two sides of the airfoil.

サブステップC3、C4、C5、C6、C7、およびC8が異なる高さで何回か繰り返されるならば、2つのストライプが翼形部の2つの側面に同時に形成される。 If substeps C3, C4, C5, C6, C7, and C8 are repeated several times at different heights, two stripes will be formed simultaneously on the two sides of the airfoil.

1 ターボ機械のブレード
2 翼形部
3 前縁
4 後縁
5 第1の側面
6 第2の側面
7 保護縁
8 第1の保護ストライプ
9 第2の保護ストライプ
10 基部
21 先端領域
22 基部領域
70 保護縁
71 保護縁
72 保護縁
81 セグメント
91 セグメント
100 反り線
101 ブレード
102 翼形部
103 前縁
104 後縁
107 保護縁
108 第1の保護ストライプ
171 保護縁
172 保護縁
173 保護縁
174 保護縁
181 セグメント
1 Turbomachinery blade 2 Airfoil 3 Front edge 4 Rear edge 5 First side surface 6 Second side surface 7 Protective edge 8 First protective stripe 9 Second protective stripe 10 Base 21 Tip area 22 Base area 70 Protection Edge 71 Protective Edge 72 Protective Edge 81 Segment 91 Segment 100 Warp Line 101 Blade 102 Airfoil 103 Front Edge 104 Rear Edge 107 Protective Edge 108 First Protective Stripe 171 Protective Edge 172 Protective Edge 173 Protective Edge 174 Protective Edge 181 Segment

Claims (20)

前縁(3)および後縁(4)と、前記前縁(3)と前記後縁(4)とを接続する第1および第2の側面(5、6)とを有する翼形部(2)を備えているターボ機械のブレード(1)であって、保護縁(7)と第1および第2の保護ストライプ(8、9)とを含む保護構造を備えており、
前記保護縁(7)は、前記前縁(3)に位置し、
前記第1の保護ストライプ(8)は、前記第1の側面(5)に位置して前記保護縁(7)に隣接し、
前記第2の保護ストライプ(9)は、前記第2の側面(6)に位置して前記保護縁(7)に隣接し、
前記保護縁(7)は、レーザクラッディングまたは溶接、プラズマ溶射、デトネーション溶射、ワイヤアーク溶射、火炎溶射、高速酸素燃料被膜溶射、またはウォームスプレーによって形成され、
前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)は、コールドスプレーによって形成され、前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)の各々は、複数の平行な筋状のセグメントを有する、ターボ機械のブレード(1)。
An airfoil portion (2) having a front edge (3) and a trailing edge (4) and first and second side surfaces (5, 6) connecting the front edge (3) and the trailing edge (4). ) Is a turbomachinery blade (1), comprising a protective structure including a protective edge (7) and first and second protective stripes (8, 9).
The protective edge (7) is located at the front edge (3).
The first protective stripe (8) is located on the first side surface (5) and adjacent to the protective edge (7).
The second protective stripe (9) is located on the second side surface (6) and adjacent to the protective edge (7).
The protective edge (7) is formed by laser cladding or welding, plasma spraying, detonation spraying, wire arc spraying, flame spraying, high speed oxygen fuel coating spraying, or warm spraying.
The first and second protective stripes (8, 9) are formed by cold spray, and each of the first and second protective stripes (8, 9) has a plurality of parallel streaky segments. , Turbomachinery blade (1).
前記翼形部(2)は、鉄、チタン、ニッケル基合金、またはステンレス鋼で製作されている、
請求項1に記載のターボ機械のブレード(1)。
The airfoil portion (2) is made of iron, titanium, nickel-based alloy, or stainless steel.
The blade (1) of the turbomachine according to claim 1.
前記保護縁(7)は、コバルト基合金またはコバルト−クロム合金で製作されている、
請求項1または2に記載のターボ機械のブレード(1)。
The protective edge (7) is made of a cobalt-based alloy or a cobalt-chromium alloy.
The blade (1) of the turbomachine according to claim 1 or 2.
前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)は、コバルト基合金またはコバルト−クロム合金で製作されている、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のターボ機械のブレード(1)。
The first and second protective stripes (8, 9) are made of a cobalt-based alloy or a cobalt-chromium alloy.
The blade (1) of the turbomachine according to any one of claims 1 to 3.
前記保護縁(7)ならびに前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)は、前記翼形部(2)の高さの20%〜50%に及ぶ、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のターボ機械のブレード(1)。
The protective edge (7) and the first and second protective stripes (8, 9) range from 20% to 50% of the height of the airfoil (2).
The blade (1) of the turbomachine according to any one of claims 1 to 4.
前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)は、前記翼形部(2)の幅の5%〜50%に及ぶ、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のターボ機械のブレード(1)。
The first and second protective stripes (8, 9) extend from 5% to 50% of the width of the airfoil (2).
The blade (1) of the turbomachine according to any one of claims 1 to 5.
前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)において、前記複数の平行な筋状のセグメントが、前記前縁(3)に対して横方向または平行に延びる、請求項1乃至6のいずれか1項に記載のターボ機械のブレード(1)。Any of claims 1 to 6, wherein in the first and second protective stripes (8, 9), the plurality of parallel streaky segments extend laterally or parallel to the front edge (3). The blade (1) of the turbomachine according to item 1. 前記翼形部(2)の高さ方向において、前記保護縁(7)の長さが、前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)の長さと同じまたは大きい、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のターボ機械のブレード(1)。Claims 1 to 7 in which the length of the protective edge (7) is equal to or greater than the length of the first and second protective stripes (8, 9) in the height direction of the airfoil portion (2). The blade (1) of the turbomachine according to any one of the above items. 前記第1の保護ストライプ(8)の少なくとも1つの前記セグメントと、前記第2の保護ストライプ(9)の少なくとも1つの前記セグメントとが実質的に同じ高さに形成されている、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のターボ機械のブレード(1)。Claims 1 to 1, wherein at least one segment of the first protective stripe (8) and at least one segment of the second protective stripe (9) are formed at substantially the same height. The blade (1) of the turbomachine according to any one of 8. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の複数のターボ機械のブレード(1)を備えるターボ機Turbo machinery comprising a blade (1) of the plurality of turbomachine according to any one of claims 1 to 9. 蒸気タービンである、請求項10記載のターボ機械。The turbomachine according to claim 10, which is a steam turbine. 前縁(3)および後縁(4)と、前記前縁(3)と前記後縁(4)とを接続する第1および第2の側面(5、6)と、を有する翼形部(2)を備えるターボ機械のブレード(1)上に保護構造を形成する方法であって、以下の連続するステップ、すなわち
ーザクラッディングによって前記前縁(3)上に保護縁(7)を形成するステップ、および、
プレーノズルによるコールドスプレーによって、前記保護(7)に隣接して前記第1および第2の側面(5、6)上に第1および第2の保護ストライプ(8、9)を形成するステップ
を含み、前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)の各々は、複数の平行な筋状のセグメントを有する、方法。
An airfoil portion having a front edge (3) and a trailing edge (4) and first and second side surfaces (5, 6) connecting the front edge (3) and the trailing edge (4). A method of forming a protective structure on a blade (1) of a turbomachine provided with 2), the following consecutive steps, ie.
Step of forming a protective edge (7) on the front edge (3) by Les chromatography The cladding and,
The cold spray according SPRAY nozzle, forming first and second protective stripe (8,9) on the adjacent first and second side surfaces (5, 6) in said protective rim (7) ,
Only it contains each of the first and second protective stripe (8,9) has a plurality of parallel stripe-shaped segments, methods.
前記第1の保護ストライプ(8)は、前記第2の保護ストライプ(9)よりも前、前記第2の保護ストライプ(9)よりも後、または前記第2の保護ストライプ(9)と同時に形成される、請求項12に記載の方法。 The first protective stripe (8) is formed before the second protective stripe (9), after the second protective stripe (9), or at the same time as the second protective stripe (9). The method according to claim 12. 前記第1または第2の保護ストライプ(8、9)は、前記前縁(3)に対して横方向の複数の平行なセグメント(81、91)を含む、請求項12または13に記載の方法。 12. The method of claim 12 or 13 , wherein the first or second protective stripe (8, 9) comprises a plurality of parallel segments (81, 91) laterally relative to the front edge (3). .. 前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)を形成するステップにおいて、前記スプレーノズルは、前記翼形部の側面(5、6)から前記保護縁(7)に向かって移動し、少なくとも40°回転する、請求項12乃至14のいずれか1項に記載の方法。 In the step of forming the first and second protective stripes (8, 9) , the spray nozzle moves from the side surface (5, 6) of the airfoil portion toward the protective edge (7), and at least. 40 ° rotation, the method according to any one of claims 12 to 14. 前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)を形成するステップは、
前記スプレーノズルが前記翼形部(2)の前記第1の側面(5)から前記保護縁(7)に向かって移動することで、前記第1の保護ストライプ(8)のセグメント(81)を形成する第1のサブステップC3、
前記スプレーノズルが前記前縁(3)の周囲を80〜180°回転することで、接続セグメントを形成する第2のサブステップC4、および
前記スプレーノズルが前記翼形部(2)の前記第2の側面(6)へと前記保護縁(7)から遠ざかる方向に移動することで、前記第2の保護ストライプ(9)のセグメント(91)を形成する第3のサブステップC5
を含む、請求項12乃至15のいずれか1項に記載の方法。
The steps of forming the first and second protective stripes (8, 9) are
The spray nozzle moves from the first side surface (5) of the airfoil portion (2) toward the protective edge (7) to move the segment (81) of the first protective stripe (8). First substep C3 to form,
A second sub-step C4 in which the spray nozzle rotates around the front edge (3) by 80 to 180 ° to form a connecting segment, and the second sub-step C4 in which the spray nozzle is the airfoil portion (2). A third sub-step C5 that forms a segment (91) of the second protective stripe (9) by moving toward the side surface (6) of the second protective stripe (7) in a direction away from the protective edge (7).
The method according to any one of claims 12 to 15 , which comprises.
前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)を形成するステップは、前記第3のサブステップC5の後に、以下のサブステップ、すなわち
前記スプレーノズルが前記翼形部の前記第2の側面から前記保護縁(7)に向かって移動することで、先行のセグメントに隣接する前記第2の保護ストライプのセグメントを形成する第4のサブステップC6、
前記スプレーノズルが前記前縁の周囲を80〜180°回転することで、接続セグメントを形成する第5のサブステップC7、および
前記スプレーノズルが前記翼形部の前記第1の側面へと前記保護縁(7)から遠ざかる方向に移動することで、行のセグメントに隣接する前記第1の保護ストライプのセグメントを形成する第6のサブステップC8
を含み、
前記スプレーノズルは、前記第3のサブステップC5の後かつ前記第4のサブステップC6の前に、長手方向に変位させられる、請求項16に記載の方法。
The step of forming the first and second protective stripes (8, 9) is the following sub-step after the third sub-step C5, that is, the spray nozzle is the second side surface of the airfoil portion. by moving toward said protective rim (7) from the fourth sub-step of forming a segment of the second protective stripe adjacent segments of earlier line C6,
A fifth sub-step C7, in which the spray nozzle rotates around the front edge by 80-180 ° to form a connecting segment, and the spray nozzle protects the airfoil from the first side surface. by moving away from the edge (7), the sixth sub-step of forming a segment of the first protective stripe adjacent to a segment of previously row C8
Including
16. The method of claim 16, wherein the spray nozzle is displaced in the longitudinal direction after the third substep C5 and before the fourth substep C6.
前記第1または第2の保護ストライプ(108)は、前記前縁(103)に平行な複数の平行なセグメント(181)を含む、請求項12乃至17のいずれか1項に記載の方法。 The first or second protective stripe (108), said front including edge (103) a plurality of parallel segments parallel to the (181) A method according to any one of claims 12 to 17. 前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)は、前記翼形部(2)の高さ方向において、前記保護縁(7)の長さが、前記第1および第2の保護ストライプ(8、9)の長さと同じまたは大きくなるように、形成される、請求項12乃至18のいずれか1項に記載の方法。In the first and second protective stripes (8, 9), the length of the protective edge (7) in the height direction of the airfoil portion (2) is the length of the first and second protective stripes (8, 9). 8. The method of any one of claims 12-18, which is formed to be equal to or greater than the length of 8 and 9). 前記第1の保護ストライプ(8)の少なくとも1つの前記セグメントと、前記第2の保護ストライプ(9)の少なくとも1つの前記セグメントとが実質的に同じ高さに形成される、請求項12乃至19のいずれか1項に記載の方法。Claims 12 to 19 wherein at least one segment of the first protective stripe (8) and at least one segment of the second protective stripe (9) are formed at substantially the same height. The method according to any one of the above.
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