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_2

文档序号:8547729阅读:来源:国知局

[0026]根据另一个示例性实施例,所述的隔热涂层和/或所述的另一隔热涂层包括变薄段,其中,在变薄段中,隔热涂层的厚度在朝相应涂覆表面段和/或另一涂覆表面段的边缘的方向上平滑地减小。变薄段(渐变段)在叶片的表面上形成在涂覆表面段与一侧的内围带之间和/或涂覆表面段与另一侧的外围带之间。在变薄段中,TBC涂层(即,陶瓷涂层)的厚度从涂覆表面段的边缘分别至内围带和外围带平滑地减小。换言之,隔热涂层的厚度从涂覆表面段的边缘分别至内围带和外围带逐渐变薄(更准确地说,直到零厚度),从而受涡轮机的工作流体冲刷的第一内平台和/或第二内平台大部分没有TBC。因此,从涂覆表面段的一端分别至内围带和外围带,涂层厚度可平滑地减小。
[0027]在渐变段(变薄段)处,TBC涂层逐渐变薄为零厚度,例如在圆角半径(即,叶片表面的涂覆段与围带(平台)表面之间的弯曲部分)处变为零厚度。这是因为围带表面可大部分没有TBC涂层。在TBC涂层从全厚变为零的渐变段中,TBC涂层自然地逐渐变薄,而不是厚度陡变。
[0028]第一叶片和第二叶片部分地限定喉口区域或平面,其中,第一压力面和第二压力面在喉口区域或平面上可没有隔热涂层。
[0029]涂覆表面段从后缘开始朝向前缘的延伸可位于叶片的后缘与前缘之间的该方向的尺寸的50%至80%的区域中。
[0030]隔热涂层补片可与内围带和外围带相距第一距离,在TBC的末端处距相应平台的第一距离可在内围带与外围带之间的叶片的总长度(100% )的大约0%和大约45%之间。
[0031]第一距离可在内围带与外围带之间的叶片的总长度的大约5%和大约25%之间。
[0032]所述另一涂覆表面段从平台后缘延伸的宽度所延伸的距离可在从平台后缘至叶片后缘的尺寸的大约50%至大约80%之间。
[0033]根据另一个示例性实施例,涂覆表面段是与内围带和/或外围带分开的。在渐变段中,TBC涂层的厚度从完整厚度逐渐变为无厚度。因此,TBC涂层可覆盖叶片表面和/或相应叶片与内围带或外围带之间的渐变段(例如,在与叶片/围带邻接的半径部分中)。
[0034]而且,根据本发明的另一个示例性实施例,叶片的基体上的涂覆表面段(S卩,隔热涂层补片)例如与内围带和外围带相距第一距离。在TBC的末端处,至相应平台的第一距离可在内围带与外围带之间的叶片的总长度(100% )的(大约)0%和(大约)45%之间,更精确地说,在(大约)5%和(大约)25%之间。在涂覆表面段和内围带或外围带之间仍可有涂层变薄段。在变薄段中,涂层的厚度沿朝向内围带或外围带的方向持续地减小,在内围带或外围带处不再有涂层。
[0035]尤其是,在另一个示例性实施例中,所述距离可在(大约)0.5厘米和(大约)5.0厘米之间,更精确地说,在(大约)1.5厘米和(大约)2.5厘米之间。在涂覆表面段与内围带或外围带之间仍可有变薄段。
[0036]在另一个示例性实施例中,隔热涂层的厚度在(大约)0.05毫米至(大约)0.75毫米之间,更精确地说,在(大约)0.15毫米至(大约)0.50毫米之间。
[0037]MCrAlY涂覆表面段可通过包渗法或VPA等方法覆铝来提供附加的抗氧化和防腐蚀能力,但不局限于这些工艺。
[0038]在所述涂覆表面段和另一涂覆表面段处对叶片进行涂覆的过程中或涂覆后,可对导叶装置进行热处理,以便在涂层之间(尤其是铝层)发生扩散。另外,可对部件的基体材料进行最终时效热处理。
[0039]最后,如果需要,可对所述的涂覆表面段和/或另一涂覆表面段进行涂覆前表面抛光,以达到大约Ra = 1.0微米至Ra = 8微米的光洁度,以便进行涂覆,但这不是必须的。
[0040]应说明的是,通过把TBC的应用限制在特定区域,尤其是包括叶片的吸力面和部件的平台的两个特定区域,导叶装置不会受到未涂覆区域(例如直接位于叶片之间的内围带或叶片的压力面)的意外影响。通过向非常具体的局部区域增加TBC补片,可防止因这些区域产生过高使用温度而缩短部件寿命,能够实现高温防护的优点,并且同时不会过多影响部件的性能。
[0041]增加TBC “补片”可防止由于导叶装置承受过高温度而导致的过早高温氧化,从而延长导叶装置的使用寿命。对于本发明,在实现此目标的同时,不会过多影响导叶装置的“喉口区域”和/或压力面的表面光洁度和空气动力特性,因而不会影响涡轮级和发动机的性能。喉口区域通常定义为相邻叶片之间的最小区域,TBC补片不应用在喉口区域中,换言之,喉口区域没有TBC。在整个部件上涂装TBC涂层会因减小面积而减小喉口区域,因而会影响性能。
[0042]虽然本发明是作为对现有的或使用中的部件的翻新来实施的,但是在所有表面上或导叶装置的一个或多个元件(例如叶片或平台)上涂装TBC可能对部件有害。TBC要求涂层厚度中有温度梯度,才能最好地发挥效能。若没有温度梯度或温度梯度很小,则部件的下层基体可能“吸热”,导致很高的热变形,因而使TBC过早剥落。
[0043]而且,TBC可能耗尽其底层的防护构成元素MCrAlY,并且部件的寿命可能缩短,因为根据降解机理,此时的MCrAH可能无法提供足够的防氧化和/或防腐蚀保护。这意味着底层MCrAH会劣化,导致部件的基材或基体开始攻击。
[0044]而且,TBC涂层从TBC补片之外的“其它”区域过早和/或局部剥落可能影响空气动力特性,例如,由于残余TBC的台阶边的影响。另外,TBC剥落可能导致被气体冲刷的表面变粗糙,这可能提高涂层或基体的氧化速度,因为较粗糙的表面会增加传热量。与未涂装TBC、仅有形成平滑的气体冲刷表面的MCrAH层的部件相比,这种变粗糙的情况可能导致加速氧化更剧烈,部件的寿命更短。
[0045]从本质上说,本发明仅在某些位置涂装TBC补片,以实现延长寿命,并同时避免上述的不利情况。
[0046]优选的MCrAH涂装方法是电镀,电镀没有其它涂装方法中所存在的需要“视线”的缺点。电镀特别适合于多叶片型涡轮导向器导叶,例如本文中所述的导叶。另外,通过电镀来涂装MCrAH涂层的有利之处是,可按较高的公差控制涂层的厚度和范围。
[0047]应说明的是,本发明的实施例是基于不同的主题说明的。尤其是,某些实施例是基于设备类的权利要求说明的,而另一些实施例是基于方法类的权利要求说明的。但是,本领域的专业人员从上述的及下文的说明能够理解,除另有所示外,除了属于某类主题的特征的任何组合,与不同主题相关的特征的任何组合(更精确地说是设备类权利要求的特征和方法类权利要求的特征之间的组合)也应视为属于本申请的公开范围。
【附图说明】
[0048]通过下述实施例的说明,能够更清晰地了解本发明的上述特征和其它特征。下面将参照具体实施例更详细地说明本发明,但本发明不限于这些实施例。
[0049]图1是本发明的一个示例性实施例的包括两个叶片的导叶组件的示意图;
[0050]图2是如图1所示的本发明的一个示例性实施例的叶片的涂覆表面段的放大截面图;
[0051]图3是本发明的一个示例性实施例的包括涂覆表面段的叶片的示意图;
[0052]图4是本发明的一个示例性实施例的包括另一涂覆表面段的导叶组件的内平台的不意图;
[0053]图5是本发明的一个示例性实施例的导叶装置的透视图。
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