带有MCrAlY涂层和隔热涂层补片的燃气轮机导叶组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有MCrAH涂层和TBC(隔热涂层)的燃气轮机导叶组件，并涉及一种制造燃气轮机的叶片构造的方法。
【背景技术】
[0002]燃气轮机的定子导叶和转子轮叶承受流过导叶和轮叶的工作流体的高温。由于这种高温，在定子导叶或转子轮叶的叶片前缘可能发生基体合金的严重氧化。而且，定子导叶或转子轮叶的内围带和/或外围带的内平台处也可能发生氧化。这种劣化目前是影响此部件的寿命的机制。
[0003]EP O 980 960 A2公开了一种具有选择性的隔热涂层的弓形导向器叶片。涡轮导向器包括外环带和内环带，在它们之间延伸有多个导叶。导叶包括各自的前缘和后缘。而且，各个导叶的一面是压力面，而相对面是吸力面，它们在前缘和后缘之间延伸。
[0004]EP 2 362 068 Al公开了一种涡轮叶片，该涡轮叶片包括叶片本体，该叶片本体具有前缘、后缘和外表面，外表面包括从前缘延伸至后缘的吸力面和从前缘延伸至后缘的压力面。而且，在涂覆表面段上有隔热涂层系统，而没有隔热涂层系统的无涂层表层区是露出的。隔热涂层系统位于涡轮叶片的吸力面上。
[0005]US 6，126，400A1公开了一种用于涡轮叶片的隔热涂层包层。叶片本体包括前缘和后缘。而且，叶片本体包括在前缘和后缘之间延伸的凸面。叶片本体在径向外环带和包括基部的径向内环带之间延伸。隔热涂层涂装在叶片本体的两面上。
[0006]DE 10 2006 048 685公开了一种具有隔热涂层的涡轮导叶。吸力面上的隔热涂层的厚度在朝向涡轮导叶内的流道的窄点方向上连续减小，在经过该点后重新不断增大。
[0007]US 6，106，231A公开了一种局部涂装的叶片，该叶片包括前缘和后缘。凹面、凸面、前缘和后缘的表面限定叶片的外表面。
[0008]US 2009/0074961A1包括一种为发动机的一个或多个部件或部分(例如涡轮发动机的轮叶、导叶和围带)赋予一种或多种不同的功能特性的陶瓷涂层。部件的表面可局部涂有陶瓷涂层。
【发明内容】
[0009]本发明的一个目的是提供一种造价更低、重量更轻、更耐热的燃气轮机导叶组件。
[0010]此目的是通过一种燃气轮机导叶组件和一种制造燃气轮机的导叶组件构造的方法来实现的。
[0011]根据本发明的第一方面，提供一种燃气轮机的导叶装置(组件)。该导叶装置包括第一叶片、第二叶片、内围带和外围带，第一叶片包括第一吸力面和第一压力面，第二叶片包括第二吸力面和第二压力面。第一叶片和第二叶片布置在内围带和外围带之间。第一叶片和第二叶片(以及例如内围带和/或外围带)至少局部涂有MCrA:LY涂层。至少第一吸力面包括第一涂覆表面段(例如，涂覆的“补片”)，第一涂覆表面段涂有隔热涂层，并代表第一吸力面的总表面的至少一部分。至少内围带或外围带包括涂有另一隔热涂层的另一涂覆表面段(例如，另一块涂覆的“补片”)。所述的另一涂覆表面段代表相应的内围带或相应的外围带的总表面的至少一部分。
[0012]根据本发明的另一个方面，提供一种制造上述导叶组件的方法。该导叶组件例如固定至燃气轮机的壳体上。
[0013]相应的第一或第二叶片包括前缘和后缘。例如，叶片在前缘处具有最大曲率。一般来说，正对相应的叶片流动的流体首先与前缘接触，并且该流体被分为沿叶片的吸力面流动的第一部分和沿叶片的压力面流动的第二部分。吸力面通常与较高速度和较低静压相关。与吸力面相比，压力面具有较高的静压。后缘限定沿吸力面流动的流体与沿压力面流动的流体在该处重新汇流为一体的叶片边缘。
[0014]导叶组件可包括第一和第二叶片或多个相对于燃气轮机的转动轴沿圆周方向彼此相隔布置的更多叶片。
[0015]导叶组件还包括内围带和外围带。各个叶片布置在内围带和外围带之间。特别是，各个前缘和各个后缘在内围带和外围带之间延伸。
[0016]内围带比外围带更靠近燃气轮机的转动轴。内围带包括具有内表面的内平台，夕卜围带包括具有另一个内表面的另一个内平台，其中，内平台的相应内表面朝向燃气轮机的内腔体，高温工作气流流过该内腔体。因此，内平台的相应内表面被燃气轮机的高温工作气体冲刷。
[0017]在以优选的层流方式沿吸力面或压力面流至后缘段之前，高温工作气体首先与叶片的前缘段接触。因此，由于工作气体的高温，叶片可能受到严重氧化。
[0018]根据现有方式，至少导叶组件的某些部分(例如第一和第二叶片或内围带和外围带的部分)涂有MCrAH涂层。在MCrAH涂层或粘结涂层上直接贴装就地确定的涂有隔热涂层(TBC)的涂覆表面段，即，TBC补片。具体而言，涂覆表面段贴装在各个第一和第二叶片的最热区域中。为此，涂有TBC涂层的涂覆表面段布置在第一和/或第二叶片的吸力面上。涂覆表面段可覆盖整个吸力面，也可仅部分地覆盖相应叶片的吸力面。特别是，隔热涂层布置在相对于前缘来说更靠近后缘的吸力面上。涂覆表面可包括多块TBC补片，它们彼此相隔布置，并且在涂覆表面段内以所需的模式涂覆。
[0019]而且，在内围带和外围带的表面上(例如相应围带的内平台的内表面上)至少局部地直接涂装MCrAH涂层。而且，还贴装就地确定的另一涂有隔热涂层(TBC)的涂覆表面段，即，所谓的另一块TBC补片。具体而言，所述的另一涂覆表面段贴装在内平台的最热区域中。为此，所述的涂有另一 TBC涂层的另一涂覆表面段可在内平台的相应内表面上相对于叶片的后缘布置在下游位置。所述的另一涂覆表面段在内平台和/或外平台上布置在处于第一后缘和第二后缘下游的一段处。
[0020]因此，根据本发明，在导叶组件的表面的最热处涂装隔热涂层，尤其是在围带的内平台和叶片的吸力面上涂装。导叶的吸力面处的和内平台处的所谓的TBC补片的组合实现了适当的耐热性，并且使导叶装置的总重量较轻，材料成本较低。具体而言，叶片的压力面可没有TBC涂层。
[0021]隔热涂层可包括陶瓷成分。TBC涂层可通过电子束物理汽相淀积(EBPVD)或空气等离子体喷涂(APS)等方法来沉积，但不局限于这种技术。TBC涂层能够降低叶片和相应的内平台上的温度，从而延长叶片的寿命。
[0022]在叶片上可能需要TBC。(陶瓷)TBC能降低叶片的温度。但是，(陶瓷)TBC可能需要粘合层，以便它能够附着到导叶装置的基体上，即，附着到叶片和/或内围带或外围带上。在此情况中，例如可使用PtAl涂层或MCrAH涂层作为粘合层。粘结涂层能防止TBC(陶瓷)涂层从叶片的基体上剥落，因为它能减轻叶片的金属材料与隔热涂层的陶瓷材料之间的热膨胀差异。另外，叶片还可具有内涂层，以防止氧化和腐蚀。
[0023]导叶装置的基体(即，叶片和/或内围带或外围带)例如可包括MAR-M-247合金。
[0024]MCrAlY成分具体包括由“M”所指的镍(Ni)、钴(Co)或它们的混合材料。MCrAlY涂层可通过电镀、热喷涂技术或电子束汽相沉积(EBPVD)等涂装技术涂装在涂覆表面段上。但是，也可使用其它涂装方法和其它工艺。
[0025]而且，为了提供适当的防氧化能力，MCrAH涂层的厚度可在(约)0.025毫米至(约)0.3毫米之间，更精确地说在(约)0.05毫米至(约)0.25毫米之间。