专利名称：涡轮机叶轮涂装方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及涡轮机。确切地说，本发明的ー个或多个方面涉及方法和设备，以将保护涂层涂装到燃气涡轮机叶轮。
背景技术：
涡轮机通常包括转子，其包括多个转子涡轮机叶轮，每个转子涡轮机叶轮中安装有多片周向排列的桨叶。每片桨叶包括翼型、平台、柄和鸠尾榫，所述鸠尾榫可收纳于涡轮机叶轮的相应鸠尾槽中。翼型伸到涡轮机燃烧室下游的热气通道内，并将动能转化为转动机械能。通常，出于各种原因而将保护涂层涂装到涡轮机叶轮。例如，为涡轮机叶轮安装仪器进行部件和开发测试(⑶わ。在⑶T中，要将传感器或仪器附接到涡轮机叶轮-通常通过将传感器电阻焊接到涡轮机叶轮。与其将传感器直接电阻焊接到涡轮机叶轮本身，还不如使用等离子喷涂等将镍铬(NiCr)涂层涂装到涡轮机叶轮。随后可将传感器焊接到保护涂层。这样，涡轮机叶轮可安装仪器，而不在涡轮机叶轮的基础/母体材料中产生或制造应カ梯级。然而，有必要防止涂装到鸠尾槽。这些对涡轮机叶轮的使用寿命非常关键的槽，经机械加工成精确成形的轮廓和表面抛光。桨叶的互补成形的鸠尾榫(也精确地经机械加エ)与这些槽相配合，以组装成涡轮机。很大一部分是出于鸠尾榫和槽的精确的机械加工的原因，对槽进行涂装将损害涡轮机的使用寿命。可移除涂层，但移除过程通常需要研磨装置，这将破坏表面抛光。鸠尾榫表面的任何破坏可减少涡轮机叶轮的使用寿命并且使喷丸等任何涂装的金属处理无效。防止槽被涂装的先前尝试包括使用高温胶带来屏蔽鸠尾槽和其他关键区域。这是劳动密集和耗时的过程。并且，这些带可产生锐缘，这些锐缘可产生涂层碎屑和碎片，这些涂层碎屑和碎片需要大量的细节和混合后处理，以消除这些缺陷。此外，等离子喷涂在高压下涂装，例如90 PSI。这样会导致带的脱离,从而使超范围的喷涂(overspray)接触到鸠尾榫表面。因此，需要提供ー种方法和ー种装置，以在更好地控制图案形成、涂层表面抛光的情况下涂装保护涂层，并且消除或极大地減少过程损害的发生以及这些发生之后的必要再加工。
发明内容
本发明的非限制性方面涉及鸠尾塞(plug)，所述鸠尾塞适于插入涡轮机叶轮的鸠尾槽中。所述塞包括插入部分和突出部分。当塞完全插入涡轮机叶轮中时，插入部分经成形以从涡轮机叶轮表面轴向地插入鸠尾槽中，而到预定的插入深度，并且当塞完全插入涡轮机叶轮中时，突出部分经成形以从涡轮机叶轮表面轴向地突出。突出部分包括连接到插入部分的爆炸部分(blast portion)，以及在爆炸部分外面的阴影部分。阴影部分使得阴影部分的第一轮廓在涡轮机叶轮表面形成并且阴影部分的第二轮廓在距离涡轮机叶轮表面的预定突出距离处成形。第二轮廓在第一轮廓的外面。阴影表面是第一与第二轮廓之间的阴影部分的表面，并且阴影表面与涡轮机叶轮表面之间形成的阴影角小于直角。本发明的另ー非限制性方面涉及形成鸠尾塞的方法，所述鸠尾塞将插入涡轮机叶轮的鸠尾槽中。所述方法包括将插入部分形成一定的形状，使得当塞完全插入涡轮机叶轮时，插入部分从涡轮机叶轮表面轴向地插入鸠尾槽中，而到预定的插入深度。所述方法还包括将突出部分形成一定的形状，使得当塞完全插入涡轮机叶轮时，突出部分从涡轮机叶轮表面轴向地突出。形成突出部分的步骤包括形成连接到插入部分的爆炸部分，以及形成在爆炸部分外面的阴影部分。形成阴影部分使得阴影部分的第一轮廓成形于涡轮机叶轮表面并且阴影部分的第二轮廓在距离涡轮机叶轮表面的预定突出距离处成形。第二轮廓在第一轮廓的外面。阴影表面是第一与第二轮廓之间的阴影部分的表面，并且阴影表面与涡轮机叶轮表面之间形成的阴影角小于直角。本发明的另ー非限制性方面涉及涂装保护涂层到涡轮机叶轮的方法。所述方法包括将塞插入涡轮机叶轮的鸠尾槽中，并且随后将保护涂层涂装到涡轮机叶轮上。插入鸠尾槽中的每个塞包括插入部分和突出部分。当塞完全插入涡轮机叶轮中时，插入部分经成形以从涡轮机叶轮表面轴向地插入鸠尾槽中，而到预定的插入深度，并且当塞完全插入涡轮机叶轮中时，突出部分经成形以从涡轮机叶轮表面轴向地突出。突出部分包括连接到插入部分的爆炸部分，以及在爆炸部分外面的阴影部分。阴影部分使得阴影部分的第一轮廓成形于涡轮机叶轮表面并且阴影部分的第二轮廓在距离涡轮机叶轮表面的预定突出距离处成形。第二轮廓在第一轮廓的外面。阴影表面是第一与第二轮廓之间的阴影部分的表面，并且阴影表面与涡轮机叶轮表面之间形成的阴影角小于直角。
通过以下结合附图对非限制性实例实施例的详细描述，将更好地理解本发明的这些和其他特征，在附图中:图1图示了实例涡轮机叶轮，其中多个塞插入相应的鸠尾槽中；图2图示了插入涡轮机叶轮中的塞的透视图；图3图示了插入涡轮机叶轮的鸠尾槽中的塞的更详细的透视图；图4图示了根据本发明的非限制性实施例的塞的轴向图；图5图示了沿着线'j'-丨的图4中图示的塞截面的圆周图；图6图示了图5中圈出部分的细节图；图7图示了沿着线'jj' jj'的图4中图示的塞截面的圆周图；图8图示了图7中圈出部分的细节图；图9图示了沿着线'jjj' jjj的图4中图示的塞截面的径向图；图10图示了图9中圈出部分的细节图；图11图示了根据本发明的非限制性实施例的塞的透视图；图12图示了形成塞的方法的非限制性实例流程图；图13图示了形成塞的突出部分的方法的非限制性实例流程图；以及图14图示了将保护涂层涂装到涡轮机叶轮上的方法的非限制性实例流程图。
具体实施例方式本说明书描述了在涂装保护涂层到涡轮机叶轮上时所使用的新的塞。还描述了形成以及使用所述塞的方法。图1图示了实例涡轮机叶轮10，其中多个塞20插入相应的鸠尾槽中。图1是朝向涡轮机叶轮表面110的叶轮10的轴向图。图2图示了插入涡轮机叶轮10中的塞20的透视图，以及图3图示了所插入的塞20的更详细的图并且对应于图2中的圈出部分。在此特定实施例中，塞20经成形以匹配鸠尾槽120的轮廓。当完全插入时，塞20覆盖涡轮机叶轮10的圆周表面130的至少一部分。如图5所示，当塞20完全插入吋，塞20经成形使得塞20的一部分仍然从涡轮机叶轮表面110轴向地突出距离'a'，并且在本说明书中称为突出部分22。塞20插到预定深度'd'的部分称为插入部分24。因此，可以说当塞20完全插入涡轮机叶轮10中时，插入部分24经成形以从涡轮机叶轮表面110轴向地插入鸠尾槽120中，而到预定的插入深度，d/。图4是塞20的轴向图，如參考坐标方向箭头R(径向)、Z(圆周的)以及A(轴向)所指示。在此图中，轴向坐标參考'A'被圈出，以指示轴向方向是进入页面内。确切地说，图4是突出部分22的轴向图。如图所示，突出部分22包括中心的爆炸部分210以及在爆炸部分210外面的阴影部分230。阴影部分230由第一轮廓232 (长虚线)和第二轮廓234(实线)界定。当看到突出部分22时，第一轮廓232不一定是可见的。在图4中将其画出是为了区分塞20的不同部分以用于说明目的。如图所示，第二轮廓234在第一轮廓232的外面。第一轮廓232与第二轮廓234之间的距离'h'表示阴影部分230的宽度。在进ー步说明之前，应注意以下方面。出于说明目的，塞20描述为包括突出部分22和插入部分24并且突出部分22本身描述为包括各部分,将塞20分成各部分和部段是为了简化说明。但是完全可预想，实际的塞20的各部分和部段，至少在一方面，是一体化形成为ー个部件的，例如通过模制エ序。图5图示了塞20的圆周图，如參考坐标方向箭头所指示,其中圆周的參考方向Z被圈出。确切地说，图5是沿着图4中的线'デJ1截取的塞20的截面图。图6是图5中圈出部分的细节图。如这些图中所示，第一轮廓232是在涡轮机叶轮表面110上的阴影部分230的轮廓，并且第二轮廓234是距离涡轮机叶轮表面110预定突出距离的阴影部分230的轮廓。如上所述，当轴向地看时，第二轮廓234在第一轮廓232的外面。第一轮廓232与第二轮廓234之间的阴影部分230的表面称为阴影表面236，所述阴影表面236与涡轮机叶轮表面110形成阴影角a，如图6所示。在一项实施例中，优选的是阴影角a小于90°，即，小于直角。阴影角a小于直角至少出于以下原因是有利的。当喷涂保护涂层时，阴影部分230防止形成具有锐缘(即涂层厚度中急剧变化)的保护涂层。相反，在阴影表面236与涡轮机叶轮表面110之间形成具有逐步厚度转变的涂层。这样就不需要后处理来形成保护涂层的轮廓。此外，由于逐步厚度转变是有可能的，所以可运用具有足够厚度的单次涂装，而不是运用多次涂装的传统方法。这样节约了时间和费用。应注意第二轮廓234的预定突出距离不一定总是突出部分22的厚度'a'。第二轮廓234只需要距离涡轮机叶轮表面110某一距离而形成，即使小于'a'也可，使得阴影表面236与涡轮机叶轮表面110形成适当的角a。第二轮廓234的预定距离突出距离、阴影部分230的厚度'b'以及阴影角α的任何组合可根据情况而调整。在本说明书的以下部分中，出于方便而假定第二轮廓234是以距离'a'的阴影部分230的轮廓。优选地，塞20的形状轮廓自始至终都是一致的，从而可一直保持对涂装过程的保护。这可通过使塞20成形以具有各种特性而实现。例如，优选的是角α在整个阴影表面236上基本上是恒定的。图7图示了塞20的另一截面的圆周图，这次是沿着图4中的线'jj'」jj'，而图8是图7中圈出部分的细节图。图6图示了塞20在靠近其中心处的截面，而图7图示了塞20在靠近其末端处的截面。但是，如图7所示，形成阴影部分230使得阴影表面236形成阴影角，所述阴影角基本上与图5和6中的角α相同。此外，阴影部分230的宽度'b'，第二轮廓234的预定突出距离以及从鸠尾槽边缘125到第一轮廓232的距离'c'基本上与图7和8中的相同。图9图示了沿着线'jjj/ -丨jjj/的图4中所图示的塞截面的径向图，而图10是图9中圈出部分的细节图。同样，可看到形成阴影部分230使得阴影角α、宽度'b'、第二轮廓234的预定突出距离以及距离'c'基本上与图5、6、7和8相同。可以说如果可能，那么第二轮廓234的预定突出距离、阴影部分230的宽度'b/、距离，c'以及阴影角α中的一些或全部都优选为自始至终基本上都是恒定的。图11图示了塞20的透视图。注意在整个塞20中，保持一致的形状轮廓。还优选的是遵照鸠尾槽120的形状，使得涡轮机叶轮110的表面尽可能多的能受到保护。至于插入部分24，如上所示，插入部分24经成形以轴向地插入鸠尾槽120中。再次参照图4，参考数字215表示插入部分24的轮廓。优选的是插入部分轮廓215沿着预定的插入深度，d'的至少一部分而匹配鸠尾槽120的轮廓。在图11中，可看到插入部分轮廓215经成形以沿着整个预定的插入深度'd'而匹配鸠尾槽120的轮廓。如图3所示，参考数字125表示涡轮机叶轮表面110处的鸠尾槽120的轮廓的边缘。在一项实施例中，第一轮廓232在鸠尾槽边缘125处或在其外面。在图4中，所示第一轮廓232在插入部分轮廓215外面,所述插入部分轮廓215转而与鸠尾槽边缘125重叠。因此，图4是第一轮廓232在鸠尾槽边缘125外面的一项实例。尽管未图示，但是第一轮廓232与鸠尾槽边缘125还可能相配，S卩，距离'c'可能是O。但是只要第一轮廓232在鸠尾槽边缘125处或在其外面，鸠尾槽120就不会被涂装。还优选的是，第二轮廓234遵照鸠尾槽边缘125的轮廓。S卩，从鸠尾槽边缘125到第二轮廓234的偏移(距离'b'力卩'c')优选是基本上恒定的。一些工程需要规定靠近槽边缘125的涡轮机叶轮表面110的区域，即所谓的关键区域不要涂装。通常，这些是高应力区域。对这些区域的任何损害或表面抛光将产生破裂，这转而可在鸠尾槽中产生故障，从而使“桨叶”即涡轮机叶片从燃气涡轮机释放，从而产生灾难性的故障。图4中的塞20包括在爆炸部分210与阴影部分230之间的保护部分220。在这种情况下，假定关键区域是从鸠尾槽边缘125起在关键距离'c'内的涡轮机叶轮表面110的区域。接着，第一轮廓232在插入部分轮廓215外面并且离开鸠尾槽边缘125至少为关键距离，C1。在此实施例中保护部分220经成形以覆盖涡轮机叶轮表面110的关键区域，当塞20完全插入涡轮机叶轮10中时，所述关键区域是从鸠尾槽边缘125到第一轮廓232的区域。在图5到10中，更清晰地图示了关键距离'c'。优选地，从鸠尾槽边缘125到第一轮廓232的偏移基本上是恒定的。S卩，第一轮廓232应遵照鸠尾槽边缘125的轮廓。此偏移至少应为关键距离'c'，并且最优选是'c'。这样使涡轮机叶轮表面110的区域被最大的保护，而仍然满足关键区域要求。这对于常规的胶带方法来说是巨大的进步，在所述常规的胶带方法中，使所述带成形以匹配鸠尾槽120的形状是困难而且无疑是不实际的。并且，从第一轮廓232到第二轮廓234的偏移应基本上是恒定的，同样为了提供好的涂层转变。通常，如果需要关键区域，那么第一轮廓232在鸠尾槽边缘125外面，优选是以恒定的距离，c'。但另一方面，如果不需要关键区域，那么不需要提供保护部分220。如果不提供保护部分220，那么第一轮廓232可与鸠尾槽边缘125重叠。这样同样最大化涡轮机叶轮110被保护的区域，而同时防止鸠尾槽120被涂装。在图4、5和7中，可看到塞20包括连接到插入部分24和连接到突出部分22的法兰部件26。法兰部件26经成形使得当塞20完全插入涡轮机叶轮10中时，沿着预定的插入深度而覆盖涡轮机叶轮表面的至少一部分130。当插入时，法兰部件26在涡轮机叶轮表面130上方高度为'h'处。图12图示了形成塞20的方法1200的非限制性实例流程图。在步骤1210中，塞20的插入部分24以一种形状形成，使得当塞完全插入涡轮机叶轮时，所述插入部分从涡轮机叶轮表面轴向地插入鸠尾槽中，而到预定的插入深度。在步骤1220中，突出部分22形成一定的形状，使得当塞完全插入涡轮机叶轮时，所述突出部分从涡轮机叶轮表面轴向地突出。图13图示了实施步骤1220的实例方法。在步骤1310中，形成爆炸部分210以连接到插入部分24，保护部分220在步骤1320中形成，以及阴影部分230在步骤1330中形成。如果保护部分220不是必需的，那么只能执行步骤1310和1330。如上所讨论，形成阴影部分230使得在阴影表面236与涡轮机叶轮表面110之间形成的阴影角小于90°。根据以上参照图4到10所提供的塞20的详细描述，形成塞20的其他细节简单易懂。图14图示了将保护涂层涂装到涡轮机叶轮上的方法1400的非限制性实例流程图。在步骤1410中，将上述本发明的塞(也可称为插件)20插入涡轮机叶轮10的鸠尾槽120中。随后，在步骤1420中将保护涂层涂装或施加到涡轮机叶轮上。由于塞20的有利特征，所以没有必要执行后处理以形成保护涂层的轮廓。并且，在步骤1420中，可涂装单一涂层。即，没有必要多次涂装。本说明书使用各个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统、并实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并且可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果其他此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则其他此类实例也属于权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于插入涡轮机叶轮的鸠尾槽中的塞，所述塞包括: 插入部分，所述插入部分经成形以当所述塞完全插入所述涡轮机叶轮时，从涡轮机叶轮表面轴向地插入所述鸠尾槽中，而到预定的插入深度；以及 突出部分，所述突出部分经成形以当所述塞完全插入所述涡轮机叶轮时，从所述涡轮机叶轮表面轴向地突出， 其中所述突出部分包括: 连接到所述插入部分的爆炸部分；以及 在所述爆炸部分外面的阴影部分， 其中所述阴影部分的第一轮廓在所述涡轮机叶轮表面处形成， 其中所述阴影部分的第二轮廓在距离所述涡轮机叶轮表面的预定突出距离处形成，所述第二轮廓在所述第一轮廓外面， 其中阴影表面是所述第一与第二轮廓之间的所述阴影部分的表面，并且 其中所述阴影表面与所述涡轮机叶轮表面之间形成的阴影角小于90°。
2.根据权利要求1所述的塞，其中所述阴影角在整个所述阴影表面上基本上恒定。
3.根据权利要求1所述的塞，其中所述插入部分的插入部分轮廓沿所述预定的插入深度的至少一部分上匹配所述鸠尾槽的轮廓。
4.根据权利要求1所述的 塞，其中所述第一轮廓在鸠尾槽边缘处或在所述鸠尾槽边缘外面。
5.根据权利要求4所述的塞，其中从所述鸠尾槽边缘到所述第二轮廓的偏移基本上是恒定的。
6.根据权利要求4所述的塞， 其中所述第一轮廓在所述鸠尾槽边缘的外面，并且 其中所述突出部分进ー步包括在所述爆炸部分与所述阴影部分之间的保护部分，所述保护部分经成形以当所述塞完全插入所述涡轮机叶轮中时，覆盖从所述鸠尾槽边缘到所述第一轮廓的所述涡轮机叶轮表面的区域。
7.根据权利要求6所述的塞，其中从所述鸠尾槽边缘到所述第一轮廓的偏移基本上是恒定的。
8.根据权利要求7所述的塞，其中从所述第一轮廓到所述第二轮廓的偏移基本上是恒定的。
9.根据权利要求1所述的塞，进ー步包括连接到所述插入部分并且经成形以沿所述预定的插入深度覆盖涡轮机叶轮表面的至少一部分的法兰部件。
10.一种形成塞的方法，所述塞用于插入涡轮机叶轮的鸠尾槽中，所述方法包括: 将插入部分形成一定的形状，使得当所述塞完全插入所述涡轮机叶轮时，所述插入部分从涡轮机叶轮表面轴向地插入所述鸠尾槽中，而到预定的插入深度；以及 将突出部分形成一定的形状，使得当所述塞完全插入所述涡轮机叶轮时，所述突出部分从所述涡轮机叶轮表面轴向地突出， 其中形成所述突出部分的步骤包括: 形成连接到所述插入部分的爆炸部分；以及 形成在所述爆炸部分外面的阴影部分，使得所述阴影部分的第一轮廓成形于所述涡轮机叶轮表面处， 所述阴影部分的第二轮廓在距离所述涡轮机叶轮表面的预定突出距离处成形，所述第ニ轮廓在所述第一轮廓外面， 阴影表面是所述第一与第二轮廓之间的所述阴影部分的表面，并且 所述阴影表面与所述涡轮机叶轮表面之间形成的阴影角小于90°。
11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述阴影部分的步骤包括形成所述阴影部分使得所述阴影角在整个所述阴影表面上基本上恒定。
12.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述插入部分的步骤包括形成所述插入部分使得所述插入部分的插入部分轮廓沿所述预定的插入深度的至少一部分上匹配所述鸠尾槽的轮廓。
13.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述阴影部分的步骤包括形成所述阴影部分使得所述第一轮廓在鸠尾槽边缘处或在所述鸠尾槽边缘外面。
14.根据权利要求13所述的方法，其中形成所述阴影部分的步骤包括形成所述阴影部分使得从所述鸠尾槽边缘到所述第二轮廓的偏移基本上是恒定的。
15.根据权利要求13所述的方法， 其中形成所述阴影部分的步骤包括形成所述阴影部分使得所述第一轮廓在所述鸠尾槽边缘外面，并且 其中形成所述突出部分的步骤进一歩包括将位于所述爆炸部分与所述阴影部分之间的保护部分形成一定的形状，使得当所述塞完全插入所述涡轮机叶轮中时，所述保护部分覆盖从所述鸠尾槽边缘到所述第一轮廓的所述涡轮机叶轮表面的区域。
16.根据权利要求15所述的方法，其中形成所述保护部分的步骤包括形成所述保护部分使得从所述鸠尾槽边缘到所述第一轮廓的偏移基本上是恒定的。
17.根据权利要求16所述的方法，其中形成所述阴影部分的步骤包括形成所述阴影部分使得从所述第一轮廓到所述第二轮廓的偏移基本上是恒定的。
18.根据权利要求10所述的方法，进ー步包括形成连接到所述插入部分并且经成形以沿所述预定的插入深度覆盖涡轮机叶轮表面的至少一部分的法兰部件。
19.一种将保护涂层涂装到涡轮机叶轮上的方法，所述方法包括: 将塞插入所述涡轮机叶轮的鸠尾槽中；并且 随后将所述保护涂层涂装到所述涡轮机叶轮上， 其中每个塞包括: 插入部分，所述插入部分经成形以当所述塞完全插入所述涡轮机叶轮中时，从涡轮机叶轮表面轴向地插入所述鸠尾槽中，而到预定的插入深度；以及 突出部分，所述突出部分经成形以当所述塞完全插入所述涡轮机叶轮时，从所述涡轮机叶轮表面轴向地突出， 其中所述突出部分包括: 连接到所述插入部分的爆炸部分，以及 阴影部分，所述阴影部分在所述爆炸部分外面并且经成形使得 所述阴影部分的第一轮廓 成形于所述涡轮机叶轮表面处， 所述阴影部分的第二轮廓在距离所述涡轮机叶轮表面的预定突出距离处成形，所述第ニ轮廓在所述第一轮廓外面， 阴影表面是所述第一与第二轮廓之间的所述阴影部分的表面，并且 所述阴影表面与所述涡轮机叶轮表面之间形成的阴影角小于90°。
20.据权利要求19所述的方法，其中没有执行后处理以形成所述保护涂层的轮廓。
全文摘要
本发明公开一种涡轮机叶轮涂装方法和设备。在为涡轮机叶轮安装仪器进行部件和开发测试之前，所述涡轮机叶轮将涂装上保护涂层，以使传感器可焊接到所述涂层，而不是焊接到所述涡轮机叶轮的基材上。但重要的是要防止将涂料涂装到对所述涡轮机叶轮的使用寿命非常关键的鸠尾槽上。所述塞可在涂装所述涂层之前插到所述鸠尾槽中。每个塞经成形匹配所述鸠尾槽的形状轮廓。所述塞可防止关键区域被涂，不需要后处理，并且允许涂装单一涂层。
文档编号B05D1/32GK103084314SQ201210417739
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月26日 优先权日2011年10月28日
发明者T.J.普法芬罗思, G.奥西克, G.布朗, N.巴特 申请人:通用电气公司