專利名稱：渦輪葉片平臺(tái)側(cè)面的熱屏障涂層及其涂敷方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及涂敷于渦輪葉片的平臺(tái)側(cè)面上的熱屏障涂層及其涂敷方法。
近年來，燃?xì)鉁u輪趨向于提高入口點(diǎn)火溫度，以改善輸出和發(fā)動(dòng)機(jī)效率。當(dāng)氣體通道溫度增加時(shí)，葉片平臺(tái)越來越多地出現(xiàn)包括氧化，蠕變和低循環(huán)的疲勞裂紋的應(yīng)力。在最初二級(jí)葉片和噴嘴中采用封閉循環(huán)蒸汽冷卻的一些渦輪中，入口溫度分布使得平臺(tái)持續(xù)接近于葉片排的峰值入口溫度。當(dāng)該平臺(tái)運(yùn)行更熱時(shí)，這會(huì)使葉片平臺(tái)上的潛在損壞加劇。
在許多較老的渦輪設(shè)計(jì)中，葉片平臺(tái)不要求防止由于點(diǎn)火溫度引起的氧化損壞。該點(diǎn)火溫度并足以引起重大損壞那么高。另外，自上游噴嘴側(cè)壁的薄膜冷卻轉(zhuǎn)移由于所產(chǎn)生的該入口溫度分布的中心線偏移會(huì)降低平臺(tái)附近的溫度。然而，由于提高點(diǎn)火溫度的趨勢(shì)，暴露在該熱氣體通道中的平臺(tái)表面已設(shè)置一熱屏障涂層。然而，業(yè)已發(fā)現(xiàn)需要與相鄰葉片平臺(tái)的側(cè)面沿圓周大致對(duì)齊的平臺(tái)這些側(cè)面的損壞減至最少。
發(fā)明概述在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提供了一個(gè)渦輪的葉片。該葉片包括一個(gè)翼面，一個(gè)根部和在該翼面和根部中間的一個(gè)平臺(tái)。該平臺(tái)具有大致沿圓周相面對(duì)的與相鄰的葉片的相應(yīng)側(cè)面大致對(duì)齊的一些側(cè)面。每一個(gè)平臺(tái)側(cè)面具有一條沿圓周方向經(jīng)這些側(cè)面通向外的槽；和在該槽中沿該平臺(tái)的一些側(cè)面而露出的一熱屏障涂層。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，提供了保護(hù)渦輪葉片的平臺(tái)的側(cè)面的方法。該方法包括下列步驟沿該平臺(tái)的側(cè)面，形成一條沿圓周方向徑這些側(cè)面通向外的槽；將一粘接涂層涂敷于該槽；將一熱屏障涂層涂敷在該粘接涂層；和沿該側(cè)面除去一部分熱屏障涂層，使該涂有熱屏障涂層的側(cè)面部分和裸露金屬彼此齊平。
附圖簡(jiǎn)述

圖1為表示將熱屏障涂層涂敷于葉片平臺(tái)表面和葉片平臺(tái)側(cè)面上的一個(gè)渦輪葉片的透視圖；圖2為沿著圖1中的2-2線所取的，表示將粘接涂層和熱屏障涂層涂敷于葉片上的葉片的部分橫截面圖；和圖3為與圖2相同的，表示帶有涂上的熱屏障涂層的完成的葉片的圖。
優(yōu)選實(shí)施例說明現(xiàn)參見圖1，圖中表示一個(gè)渦輪葉片10，它具有一個(gè)翼面12，一個(gè)平臺(tái)14和包括一個(gè)柄部18和榫20的根部16。該渦輪葉片10在渦輪的轉(zhuǎn)子飛輪上排列成相同的渦輪葉片的一組圓環(huán)形狀，使平臺(tái)14的側(cè)面22在圓周上與圓周方向相鄰的葉片平臺(tái)的相應(yīng)側(cè)面對(duì)齊。一般，該葉片表面由裸露金屬制成。
雖然例如圖1所示的平臺(tái)表面24一類的平臺(tái)表面預(yù)先有熱屏障涂層，但據(jù)申請(qǐng)人所知，沿圓周與相鄰的葉片平臺(tái)的側(cè)面對(duì)齊的平臺(tái)的側(cè)面22預(yù)先沒有涂上熱屏障涂層。在過去已經(jīng)使用了熱屏障涂層。例如，在美國專利6 432 487，6 047 539和5 830 586號(hào)中。如以下詳細(xì)說明的那樣，在本發(fā)明中可以使用任何數(shù)目的不同形式的熱屏障涂層。例如，可以使用在美國專利6 432 487號(hào)中所述的氧化釔穩(wěn)定的二氧化鋯。一般，可利用等離子體噴射方法將熱屏障涂層涂多個(gè)層和涂至所需要的厚度。
可以理解，在葉片之間或平臺(tái)之間限定了表面間隙，這是為排除這些葉片的拱形粘接所必需保持的。即，當(dāng)葉片處于冷態(tài)下葉片之間沒有間隙，而忍受高的工作溫度時(shí)，葉片會(huì)粘接和扭曲。為了滿足這些要求，以及為了減少形成側(cè)邊緣的金屬的損壞，即這些平臺(tái)的削減表面，該側(cè)面上可設(shè)置熱屏障涂層。為了做到這點(diǎn)，沿著平臺(tái)的相對(duì)的側(cè)邊緣的每一個(gè)側(cè)邊緣作出一條槽26。如圖2所示，該槽26通向該平臺(tái)的上表面。為了將熱屏障涂層涂敷于相對(duì)的側(cè)邊緣上，即葉片平臺(tái)削減表面上，首先將一個(gè)粘接涂層28涂敷于裸露金屬上，以增強(qiáng)該葉片平臺(tái)的金屬表面和該熱屏障涂層之間的粘接力。該粘接涂層28可以包括任何擁有的涂層，例如MCRALY一類的抗氧化合金，其中M為鐵，鈷和/或鎳，或者由擴(kuò)散鋁化物或鋁化鉑制成。
在涂敷粘接涂層后，最好利用等離子體噴射將熱屏障層澆鑄在該粘接涂層上，將該熱屏障涂層30涂至一定厚度。該厚度在該平臺(tái)的沒有涂層的金屬部分的側(cè)面以外，在該熱屏障涂層的外部延伸。然后，磨耗或磨削該熱屏障涂層的外部，除去該涂層的外表面的一部分，使該熱屏障涂層與平臺(tái)側(cè)面的和合金屬部分齊平。磨削或磨耗該熱屏障涂層可以保持葉片之間側(cè)面設(shè)計(jì)的間隙，同時(shí)可使剩余的熱屏障涂層很好地阻止由于工作過程中葉片暴露在高溫下產(chǎn)生的損壞。
這樣，以上的將熱屏障涂層涂敷于裸露金屬平臺(tái)側(cè)面的一部分上可以保護(hù)不致氧化，還可以減少在瞬態(tài)過程中，削減的表面相對(duì)于薄的平臺(tái)的熱梯度。該熱屏障涂層還可以有效地減少從熱氣體通道中來的吸入在葉片平臺(tái)之間的熱空氣流量。
雖然，本發(fā)明通常應(yīng)用在渦輪葉片中，然而它特別適用于在翼面上游缺少薄膜冷卻的蒸汽冷卻葉片中。這樣，本發(fā)明特別適用于封閉回路蒸汽冷卻葉片，但也可用于空氣冷卻葉片。另外，在平臺(tái)背面冷卻的情況下，該粘接涂層的界面溫度有被降低至排除氧化并增強(qiáng)陶瓷熱屏障涂層與金屬的長期粘接程度的潛力。
雖然，已結(jié)合目前認(rèn)為是最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不是僅限于所述的實(shí)施例，而是相反，它涵蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種改進(jìn)和等同的結(jié)構(gòu)。
零件清單10葉片12翼面16根部14平臺(tái)22側(cè)面26槽30阻擋涂層28粘接涂層
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片(10)，包括一個(gè)翼面(12)，一個(gè)根部(16)和在所述翼面和所述根部中間的一個(gè)平臺(tái)(14)；所述平臺(tái)具有大致沿圓周相面對(duì)的與相鄰葉片的相應(yīng)側(cè)面大致對(duì)齊的一些側(cè)面(22)；每一個(gè)所述平臺(tái)側(cè)面(22)具有一條槽(26)，該槽沿圓周方向經(jīng)所述一些側(cè)面通向外；和在所述槽中并沿該平臺(tái)的一些側(cè)面露出的熱障涂層(30)。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片，其特征為，包括在所述平臺(tái)的一些側(cè)面和該熱屏障涂層之間的一粘接涂層(28)，以便于該熱屏障涂層和該平臺(tái)的一些側(cè)面互相粘接。
3.如權(quán)利要求1所述的葉片，其特征為，所述熱屏障涂層(30)與這些側(cè)面的剩余部分大致齊平。
4.如權(quán)利要求1所述的葉片，其特征為，經(jīng)該渦輪的熱氣體通道的平臺(tái)形成部分的表面包括一熱屏障涂層(30)，在該表面和一些側(cè)面(22)上的該熱屏障涂層彼此形成連續(xù)部分。
5.如權(quán)利要求1所述的葉片，其特征為，該槽經(jīng)該平臺(tái)的所述表面通向外。
6.一種保護(hù)渦輪葉片(10)的平臺(tái)(14)的側(cè)面(22)的方法，包括下列步驟沿該平臺(tái)的側(cè)面，形成一條沿圓周方向經(jīng)所述一些側(cè)面通向外的槽(26)；將一粘接涂層(28)涂敷于該槽；將一熱屏障涂層(30)涂敷于該粘接涂層；和沿所述側(cè)面，去除該熱屏障涂層的一部分，使該涂有熱屏障涂層的側(cè)面部分與裸露金屬互相齊平。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征為，該除去步驟包括磨耗該熱屏障涂層。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征為，包括將粘接涂層(28)和熱屏障涂層(30)涂敷于該平臺(tái)表面，以便沿該平臺(tái)表面和這些側(cè)面的至少一部分形成一連續(xù)的熱屏障涂層表面。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征為，包括將該熱屏障涂層涂敷至一厚度，其中該涂層的一部分突出于所述平臺(tái)側(cè)面的沒有涂層的剩余部分之外，并除去所述突出的部分，留下基本上與該平臺(tái)側(cè)面的所述沒有涂層的剩余部分齊平的熱粘接涂層表面。
全文摘要
沿渦輪葉片平臺(tái)(14)的側(cè)面(22)的一部分作出槽(26)。該槽通向暴露在渦輪的熱氣體通道中的該平臺(tái)的表面的側(cè)邊緣。將一個(gè)粘接涂層(28)涂敷于該槽上，接著是加上一熱屏障涂層(30)。該熱屏障涂層(30)最好利用等離子體噴射在該粘接涂層上。該熱屏障涂層的厚度保護(hù)在該平臺(tái)側(cè)面的裸露金屬的表面以外的涂層，然后被磨耗或磨削、使與該裸金屬表面齊平。這樣，該平臺(tái)的側(cè)面具有一個(gè)熱屏障涂層，可以減小氧化。
文檔編號(hào)C23C2/04GK1782331SQ20051012724
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者G·M·伊策爾, A·C·-P·亞卡拉 申請(qǐng)人:通用電氣公司