專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和研磨層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在互相面對(duì)的可移動(dòng)部分和不可移動(dòng)部分之一的表面上，諸如設(shè)置于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等中的在透平轉(zhuǎn)子葉片頂端處或圍繞轉(zhuǎn)子葉片形成的護(hù)罩，形成有研磨層的內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)以及一研磨層。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子葉片的頂端和面對(duì)轉(zhuǎn)子葉片頂端的護(hù)罩之間，提供了一個(gè)預(yù)定尺寸的間隙，以防止轉(zhuǎn)子葉片頂端在運(yùn)行期間與護(hù)罩接觸。如果間隙太大，燃燒氣體從壓力表面?zhèn)认蜣D(zhuǎn)子葉片的負(fù)壓表面?zhèn)刃孤?，以致壓力損失增加了，燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行效率因此下降。為了防止這種現(xiàn)象并因此改善燃?xì)廨啓C(jī)的性能，已經(jīng)提出了一些建議，將間隙設(shè)置到最小限度。
如果間隙太小，在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行起動(dòng)的早期階段，由于轉(zhuǎn)子葉片的熱膨脹、透平轉(zhuǎn)子的偏心、整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)中發(fā)生的振動(dòng)等原因，轉(zhuǎn)子葉片的頂端和護(hù)罩在彼此上滑動(dòng)(被稱(chēng)為初始滑動(dòng))。此外，如果燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行了較長(zhǎng)一段時(shí)間，暴露于高溫氣體的護(hù)罩會(huì)逐漸發(fā)生熱變形，它有時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片的頂端和護(hù)罩的滑動(dòng)(被稱(chēng)為二次滑動(dòng))。轉(zhuǎn)子葉片的頂端和護(hù)罩的猛烈滑動(dòng)發(fā)生在初始滑動(dòng)時(shí)。相反，二次滑動(dòng)相對(duì)緩和。
通常，護(hù)罩在其內(nèi)周面上配有一個(gè)涂層，它的形成旨在排除熱或防止氧化。例如，為了熱絕緣的目的，提供了TBC(熱絕緣層)，或設(shè)置由M-Cr-Al-Y形成的抗氧化涂層(下文稱(chēng)為MCrAly)。在許多情況下，這些涂層具有較高的硬度。因此，如果轉(zhuǎn)子葉片的頂端在護(hù)罩的內(nèi)周面上滑動(dòng)，轉(zhuǎn)子葉片會(huì)大受損壞。
日本專(zhuān)利刊物No.4-218698(No.218698/1992)，國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)家公開(kāi)物No.9-504340(No.504340/1997)，日本專(zhuān)利刊物No.10-30403(No.30403/1998)，以及美國(guó)專(zhuān)利No.5702574公開(kāi)了一種具有研磨層的轉(zhuǎn)子葉片，其中研磨顆粒分散在由身為抗氧化材料的MCrALY構(gòu)成的基體中。對(duì)于這種轉(zhuǎn)子葉片，作為研磨顆粒，比如，使用了立方一氮化硼(CBN)。立方一氮化硼是一種硬材料。因此，如果轉(zhuǎn)子葉片的頂端在護(hù)罩的內(nèi)周面上滑動(dòng)，由立方一氮化硼構(gòu)成的研磨顆粒磨削護(hù)罩的內(nèi)周面。因此，在轉(zhuǎn)子葉片和護(hù)罩之間保持了適當(dāng)?shù)拈g隙。
然而，由于立方一氮化硼具有不充分的熱阻，經(jīng)過(guò)在氧化環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行，其轉(zhuǎn)化為氧化硼并被升華，以致研磨顆粒有時(shí)消失了。此外，由于MCrAlY由于氧化而消耗時(shí)，研磨顆粒有時(shí)逐漸脫落。因此，在初始滑動(dòng)時(shí)，護(hù)罩被研磨顆粒磨削。然而，在研磨層已經(jīng)消耗后的二次滑動(dòng)中，磨削是不充分的，以致轉(zhuǎn)子葉片可能大受損壞。特別是，在最近幾年，發(fā)現(xiàn)了一種趨勢(shì)，即從改善能量效率的角度，燃?xì)廨啓C(jī)中的燃燒溫度增加，這使得研磨層中熱消耗問(wèn)題變得明顯。在象噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)那樣的內(nèi)燃機(jī)中，可以發(fā)現(xiàn)同樣的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是著眼于上述問(wèn)題提出的，因此其目的就是，提供一種內(nèi)燃機(jī)(如燃?xì)廨啓C(jī))，其中在可移動(dòng)部分(如轉(zhuǎn)子葉片)和不可移動(dòng)部分(如護(hù)罩)之間從運(yùn)行起動(dòng)開(kāi)始長(zhǎng)時(shí)間保持適當(dāng)?shù)拈g隙；具有適合上述內(nèi)燃機(jī)的研磨層的內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，及用于這些機(jī)器的研磨層。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)壓縮器，一個(gè)燃燒室和一個(gè)透平部分，所述透平具有轉(zhuǎn)子葉片和面對(duì)所述轉(zhuǎn)子葉片頂端的護(hù)罩，其特征在于在所述轉(zhuǎn)子葉片的頂端形成的具有一基體和許多散布在所述基體中的研磨顆粒的研磨層，以及一些所述研磨顆粒散布成從所述基體凸出，而剩余的研磨顆粒散布成嵌入在所述基體中。
內(nèi)燃機(jī)的研磨層具有一部分從一開(kāi)始就從基體表面凸出的顆粒(也被稱(chēng)為“凸出顆?！?和在開(kāi)始時(shí)被嵌入基體的顆粒(也被稱(chēng)為“嵌入顆?！?。因此，在初始滑動(dòng)時(shí)，凸出顆粒磨削護(hù)罩的內(nèi)周面。此外，在凸出顆粒已經(jīng)消失或脫落之后，基體由于氧化等原因而消失并由在匹配的護(hù)罩的涂層上的滑動(dòng)而磨損，因此，嵌入顆粒部分地出現(xiàn)在研磨層的表面上，護(hù)罩的內(nèi)周面由此被磨削。因此，在轉(zhuǎn)子葉片和護(hù)罩之間自運(yùn)行起動(dòng)開(kāi)始長(zhǎng)時(shí)間保持適當(dāng)間隙，因此阻止了對(duì)轉(zhuǎn)子葉片的損壞。
凸出顆粒數(shù)量(Np)對(duì)嵌入顆粒數(shù)量(Nb)的比率(Np/Nb)，最好不低于30/70，不高于80/20。由此，高磨削性能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)顯現(xiàn)。
通過(guò)使用兩種或更多種具有不同顆粒尺寸分布的研磨顆粒，很容易實(shí)現(xiàn)凸出顆粒和嵌入顆粒的混合。特別是，超過(guò)80號(hào)但不超過(guò)100號(hào)的研磨顆粒和超過(guò)100號(hào)但不超過(guò)120號(hào)的研磨顆粒被混合使用。此外，從另一個(gè)角度看，只需對(duì)顆粒尺寸分布進(jìn)行調(diào)整，就可使凸出顆粒的平均顆粒直徑不小于150μm，不大于200μm，嵌入顆粒的平均顆粒直徑不小于80μm，不大于150μm。
設(shè)從基體凸出的研磨顆粒的平均顆粒直徑為D，設(shè)其凸出尺寸為P，平均顆粒直徑D對(duì)凸出尺寸P的比率最好不低于25％，不高于70％。因此，即使轉(zhuǎn)子葉片的頂端在初始滑時(shí)在護(hù)罩上猛烈滑動(dòng)，護(hù)罩的內(nèi)周面也被有效地磨削。
研磨顆粒具有的硬度高于形成護(hù)罩的內(nèi)周面的材料的硬度。因此，護(hù)罩的內(nèi)周面被可靠地磨削。特別是，在護(hù)罩的內(nèi)周面是主要由氧化鋯(ZrO2)形成的的涂層的情況下，立方一氮化硼顆粒、氧化鋁顆粒、碳化硅顆粒以及燒結(jié)金剛石顆粒是很適用的。對(duì)這些顆粒來(lái)說(shuō)，一種或兩種或多種可以聯(lián)合使用。然而，對(duì)氧化鋁顆粒來(lái)說(shuō)，具有接近1的縱橫比(aspect ratio)的塊狀是所希望的，雖然它們通常是平狀的。
基體的孔隙率最好不高于1％。因此，由于氧化而導(dǎo)致的基體中的消耗更可靠地防止了，研磨顆粒的脫落因此受到抑制?；w最好主要由MCrAlY形成。MCrAlY中的“M”指一種或兩種或多種選自鐵、鎳、鈷的金屬元素。特別是，MCrAlY是主要由鐵、鎳或鈷、鉻(CR)、鋁(AL)和釔(Y)構(gòu)成的合金。
還有一種內(nèi)燃機(jī)，其中轉(zhuǎn)子葉片帶有一個(gè)隆起部，它在其頂端徑向地向外凸出。在這種類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī)中，隆起部和護(hù)罩的內(nèi)周面的滑動(dòng)產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題。因此，研磨層只需在隆起的頂端形成。
以上所述研磨層應(yīng)用于其中透平部分帶有互相面對(duì)的可移動(dòng)部分和不可移動(dòng)部分的所有類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī)。特別是，研磨層在可移動(dòng)部分的面向不可移動(dòng)部分的表面和不可移動(dòng)部分的面向可移動(dòng)部分的表面之一上形成。例如，研磨層可以在護(hù)罩的內(nèi)周面上形成。在這種情況下，轉(zhuǎn)子葉片的頂端通過(guò)滑動(dòng)被磨削。
此外，以上所述的研磨層非常適用于具有以下趨勢(shì)的燃?xì)廨啓C(jī)，即在內(nèi)燃機(jī)中燃燒氣體的溫度很高。特別是，在其中燃燒室中產(chǎn)生的燃燒氣體的溫度(在透平入口處的溫度)不低于1200℃的燃?xì)廨啓C(jī)中，可以明顯地達(dá)到保持間隙的有效性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)的透平部分的局部剖面視圖，其中，透平部分沿軸線切開(kāi)；圖2是圖1所示透平部分的局部放大剖面視圖；圖3是圖1所示轉(zhuǎn)子葉片頂端部分的局部放大剖面視圖；圖4是圖3所示的研磨層的進(jìn)一步放大的剖面視圖；圖5(a)是表明在研磨層形成過(guò)程中基底在基體材料上形成的狀態(tài)的示意剖面視圖，圖5(b)是表明基底涂敷用以暫時(shí)將凸出顆粒固定在基底上的鎳涂層的狀態(tài)的示意剖面視圖；圖6根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的局部剖面透視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)(combustion engine)、燃?xì)廨啓C(jī)和研磨層進(jìn)行描述。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)的透平部分1的局部剖面視圖，其中，透平部分1沿軸線切開(kāi)。
該透平部分1包括一個(gè)護(hù)罩3，一個(gè)轉(zhuǎn)子5，多個(gè)定子葉片7，和多個(gè)設(shè)置在轉(zhuǎn)子5上的轉(zhuǎn)子葉片9。定子葉片7和轉(zhuǎn)子葉片9沿軸線方向(圖1中的右-和-左方向)交替設(shè)置。雖然在圖中沒(méi)有表明，燃?xì)廨啓C(jī)在透平部分1的上游側(cè)(即左側(cè))設(shè)置有一個(gè)壓縮器和燃燒室。
氣體在壓縮器compressor)中被壓縮，被壓縮的氣體被送入燃燒室(combuster)。在燃燒室中，燃油與被壓縮的氣體混合，燃油-氣體混合物連續(xù)燃燒。燃燒產(chǎn)生高溫和高壓燃燒氣體，被供到透平部分1。燃燒氣體在圖1中從左向右流動(dòng)，由此轉(zhuǎn)子葉片9和轉(zhuǎn)子5被旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電。在透平部分1入口處的燃燒氣體的溫度到目前為止一直是約1000℃。然而，從改善能量效率的角度看，有提高所述溫度的趨勢(shì)。在最近幾年，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了燃燒氣體溫度達(dá)到1300℃的燃?xì)廨啓C(jī)，而且還提出了燃燒氣體溫度達(dá)到1500℃的燃?xì)廨啓C(jī)。
圖2是圖1所示的透平部分1的局部放大剖面視圖，其中表明了轉(zhuǎn)子葉片9和護(hù)罩3。轉(zhuǎn)子葉片9在其頂端配有一個(gè)研磨層11。護(hù)罩3在其內(nèi)周面上配有主要由氧化鋯形成的熱絕緣層或MCrALY層13。研磨層11和熱絕緣層13之間的距離(在圖1中由箭頭標(biāo)志C所示)為間隙C。
圖3是圖2所示的轉(zhuǎn)子葉片9的頂端部分的局部放大剖面視圖，其中，表明了轉(zhuǎn)子葉片9的基體材料15和研磨層11。雖然在圖中沒(méi)有表明，護(hù)罩3位于該圖的上部，形成有間隔C。
研磨層11是由基體17和分散在基體17中的研磨顆粒19構(gòu)成的。研磨顆粒19包括其上端從基體17凸出的凸出顆粒19a和整個(gè)嵌入基體17中的嵌入顆粒19b。在操作早期階段轉(zhuǎn)子葉片9的初始滑動(dòng)時(shí)，凸出顆粒19a與護(hù)罩3的內(nèi)周面接觸。通過(guò)這一接觸，護(hù)罩3的內(nèi)周面被磨削，由此在轉(zhuǎn)子葉片9的頂端和護(hù)罩3的內(nèi)周面之間保持一適當(dāng)?shù)拈g隙C。在長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于升華等原因，凸出顆粒19a會(huì)消失。而且，由于護(hù)罩3的內(nèi)部處于氧化環(huán)境，基體17消耗并消失，因此凸出顆粒19a會(huì)逐漸脫落。即使在這種情況下，由于受到基體17的保護(hù)，嵌入顆粒19b很少消耗并得以保持。
不久，由于與匹配的護(hù)罩接觸并在上面滑動(dòng)，基體17氧化或消失，由此，嵌入顆粒19b的上端從基體17凸出。即使當(dāng)凸出顆粒19a在二次滑動(dòng)中已經(jīng)消失了，護(hù)罩3的內(nèi)周面也被嵌入顆粒19b磨削。嵌入顆粒19b的凸出尺寸不那么大。然而，由于二次滑動(dòng)相對(duì)緩和，護(hù)罩3的內(nèi)周面也被嵌入顆粒19b充分磨削。這樣，從操作伊始適當(dāng)?shù)拈g隙C長(zhǎng)時(shí)間得以保持，因此防止了轉(zhuǎn)子葉片9的損壞。在如上所述的研磨層11中，由于CBN的氧化等原因，消失容易地進(jìn)行著。因此，上述研磨層11對(duì)于在燃燒室中產(chǎn)生的燃燒氣體溫度(在透平部分1入口處的溫度)為1200℃或更高的燃?xì)廨啓C(jī)來(lái)說(shuō)特別有效。
在研磨層11中，凸出顆粒19a的數(shù)量(Np)對(duì)嵌入顆粒19b的數(shù)量(Nb)的比率(Np/Nb)最好不低于30/70且不高于80/20。如果比率(Np/Nb)低于30/70，初始滑動(dòng)時(shí)的磨削能力就會(huì)不充分。從這個(gè)角度看，大約50/50的比率(Np/Nb)最好。相反，如果比率(Np/Nb)超過(guò)80/20，二次滑動(dòng)時(shí)的磨削能力就會(huì)不充分。從有效磨削的角度看，研磨顆粒19的密度最好不低于10顆粒/mm2且不高于50顆粒/mm2。
凸出顆粒19a的平均顆粒直徑最好不小于150μm且不大于200μm，嵌入顆粒19b的平均顆粒直徑最好不小于80μm且不大于150μm。如果凸出顆粒19a的平均顆粒直徑超過(guò)了200μm，顆粒密度下降，這不僅影響切割能力，還增加了暴露于燃燒氣體的面積，導(dǎo)致抗氧化能力下降。
當(dāng)具有小于50μm的平均顆粒直徑的凸出顆粒19a的數(shù)量較大，或幾乎所有嵌入顆粒19b具有超過(guò)100μm的平均顆粒直徑時(shí)，有時(shí)會(huì)難以控制基體17的厚度。如果幾乎所有嵌入顆粒19b具有于小80μm的平均顆粒直徑，二次滑動(dòng)中的磨削能力會(huì)不充分。
為了容易地將凸出顆粒19a和嵌入顆粒19b混合在基體17中，只要通過(guò)混合使用兩或多種具有不同顆粒尺寸分布的研磨層11就可以。特別是，優(yōu)選地，將超過(guò)80(#80 mesh)號(hào)但不超過(guò)100號(hào)的研磨顆粒19和超過(guò)100號(hào)但不超過(guò)120號(hào)的研磨顆粒19混合。所使用的顆粒號(hào)應(yīng)符合ANSI B74.16或FEPA標(biāo)準(zhǔn)(歐洲標(biāo)準(zhǔn))。
由于在護(hù)罩3的內(nèi)周面上，主要由氧化鋯形成的熱絕緣層或MCrAlY層13如以上所述那樣形成，作為研磨顆粒19，最好使用其硬度大于涂層13的硬度的研磨顆粒。由此，護(hù)罩3的內(nèi)周面被可靠地磨削。
特別是，最好使用在1000或更高的常規(guī)溫度下，特別是在5000或更高的溫度下具有維氏硬度(Hv)的研磨顆粒19。作為優(yōu)選的研磨顆粒19，可以使用立方一氮化硼顆粒(cubic boron nitride Particles)、氧化鋁顆粒、碳化硅顆粒以及燒結(jié)金剛石顆粒。可以聯(lián)合使用這些顆粒中的兩種或多種。特別優(yōu)選的研磨顆粒19是在常規(guī)溫度下具有5000至6000的非常高的維氏硬度的立方一氮化硼顆粒。
基體17用作將研磨顆粒19保持在一起的粘結(jié)劑。作為基體17，使用了抗氧化材料。因此，由于基體17的氧化或消耗(deterioration)導(dǎo)致的研磨顆粒19的脫落受到抑制。作為優(yōu)選的抗氧化材料，可以采用MCrAlY(主要包括鐵、鎳或鈷、鉻、鋁和釔的合金)。從抗氧化的角度看，基體17的孔隙率(porosity)最好不高于1％。
基體17的厚度應(yīng)該通常不小于50μm且不高于200μm。如果基體17的厚度小于50μm，不僅難以形成嵌入顆粒19b，而且凸出顆粒19a的結(jié)合力也下降了，以致研磨層11的耐久性變得就不充分。相反，如果基體17的厚度超過(guò)了200μm，凸出顆粒19a和嵌入顆粒19b都被嵌入，以致切割能力大大受損。
圖4是圖3所示的研磨層11的進(jìn)一步放大的剖面視圖。如上所述，凸出顆粒19a的上端從基體17凸出。該圖中由箭頭標(biāo)志d所示的尺寸就是凸出顆粒19a的凸出尺寸。當(dāng)設(shè)凸出顆粒19a的平均顆粒直徑為D，設(shè)所有凸出顆粒19a的凸出尺寸d(即，平均凸出尺寸)的平均值為P時(shí)，平均顆粒直徑D對(duì)平均凸出尺寸P的比率(d/D)最好不低于25％且不高于70％。如果這一比率低于25％，由于初始滑動(dòng)時(shí)研磨顆粒的嵌入，磨削力會(huì)不充分。從這個(gè)角度看，比率最好為約50％。相反，如果比率超過(guò)了55％，凸出顆粒19a可能會(huì)從基體17脫落。
接下來(lái)，將參考圖5對(duì)圖3中所示的形成研磨層11的方法進(jìn)行說(shuō)明。為了形成研磨層11，首先，轉(zhuǎn)子葉片9基體材料15的、研磨層11有待在其中形成的各部分以外的各部分被遮蔽，且各暴露部分用MCrALY等進(jìn)行電鍍。因此，基底21如圖5(a)所示那樣形成。接下來(lái)，基體材料15被電鍍鎳。因此，如圖5(b)所示，鎳鍍層23在基底21的表面上形成，在電解槽中析出的研磨顆粒19暫時(shí)被固定。鎳鍍層23的厚度被調(diào)整到這樣的程度使得只有研磨顆粒19的下部嵌入在鎳電鍍層23中。代替鎳鍍層23，除鎳以外的金屬(如鉻)的電鍍層可以用來(lái)暫時(shí)固定研磨顆粒19。
接下來(lái)，在鎳電鍍層23上，由MCrAlY等構(gòu)成的表面層(在圖5(a)和5(b)中沒(méi)有表示)通過(guò)電鍍進(jìn)一步形成。表面層的厚度進(jìn)行調(diào)整，以便具有小顆粒直徑的研磨顆粒19被嵌入，而具有大顆粒直徑的研磨顆粒19不被嵌入。這樣，凸出顆粒19a和嵌入顆粒19b在其中混合的研磨層11形成了。此后，研磨層11進(jìn)行熱處理。由于這一熱處理，在基底21、鎳電鍍層23和表面層之間發(fā)生了擴(kuò)散，由此，各層之間的附著強(qiáng)度提高了，各層之間的成分也均質(zhì)化了。這樣，凸出顆粒19a和嵌入顆粒19b在其中混合的研磨層11形成了(見(jiàn)圖3)。通過(guò)這一方法，雖然研磨顆粒19的固定處理僅進(jìn)行一次，凸出顆粒19a和嵌入顆粒19b在其中混合的研磨層11形成了，致使這種方法提供了更高的工作效率。
形成基底21和表面層的方法可以是熱噴涂或釬焊(thermal spraying orbrazing)，但最好是電鍍，因?yàn)閷拥暮穸瓤梢匀菀渍{(diào)整。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子葉片25的局部剖面透視圖。該轉(zhuǎn)子葉片25設(shè)置有一個(gè)脊部27，它在其頂端沿葉片輪廓徑向向外凸出。雖然在圖中沒(méi)有顯示，護(hù)罩3(見(jiàn)圖2)位于圖6的上部。在脊部27的面向護(hù)罩3的部分，形成了一個(gè)研磨層29。圖6中的虛線部分是研磨層29。該研磨層29的結(jié)構(gòu)與圖2中所示的轉(zhuǎn)子葉片9的研磨層11的結(jié)構(gòu)大致相同。特別是，研磨層29包括從基體凸出的凸出顆粒和嵌入基體的嵌入顆粒。
在該轉(zhuǎn)子葉片25中，脊部27首先在護(hù)罩3上滑動(dòng)。由于研磨層29在脊部27上形成，護(hù)罩3的內(nèi)周面從運(yùn)行伊始被長(zhǎng)時(shí)間磨削。
雖然在以上所述中，以在轉(zhuǎn)子葉片的頂端處配有研磨層的情況為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但類(lèi)似的研磨層可以在護(hù)罩的內(nèi)周側(cè)上形成。
在這種情況下，至少轉(zhuǎn)子葉片的頂端部分是由低硬度的材料形成的，因此轉(zhuǎn)子葉片通過(guò)滑動(dòng)被磨削。
此外，雖然在以上所述中將工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的透平部分作為實(shí)例，本發(fā)明可以應(yīng)用于轉(zhuǎn)子葉片在護(hù)罩上滑動(dòng)的所有燃燒室，諸如燃?xì)廨啓C(jī)壓縮器一側(cè)上的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
此外，本發(fā)明的研磨層實(shí)現(xiàn)了在其中設(shè)置有彼此面對(duì)的可移動(dòng)部分和非移動(dòng)部分的所有應(yīng)用場(chǎng)合中保持一適當(dāng)間隔的效果，而可移動(dòng)部分可以在非移動(dòng)部分上滑動(dòng)。
如上所述，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明形成研磨層，一適當(dāng)間隔在可移動(dòng)部分和非移動(dòng)部分之間長(zhǎng)時(shí)間維持。如果該研磨層在內(nèi)燃機(jī)中形成，特別是在燃?xì)廨啓C(jī)中形成，對(duì)轉(zhuǎn)子葉片的損害很少發(fā)生，這樣，內(nèi)燃機(jī)的可靠性得到改善。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)壓縮器，一個(gè)燃燒室和一個(gè)透平部分，所述透平部分具有轉(zhuǎn)子葉片和面對(duì)所述轉(zhuǎn)子葉片頂端的護(hù)罩，其特征在于在所述轉(zhuǎn)子葉片的頂端形成有具有一基體和許多散布在所述基體中的研磨顆粒的研磨層，以及一些所述研磨顆粒散布成從所述基體凸出，而剩余的研磨顆粒散布成嵌入在所述基體中。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，從所述基體凸出的顆粒的數(shù)量(Np)與嵌入在所述基體中的顆粒的數(shù)量(Nb)的比率(Np/Nb)不低于30/70且不高于80/20。
3.如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，兩種或多種具有不同顆粒尺寸分布的研磨顆粒散布在所述研磨層中。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，超過(guò)80號(hào)但不超過(guò)100號(hào)的研磨顆粒和超過(guò)100號(hào)但不超過(guò)120號(hào)的研磨顆粒在所述研磨層中被混合使用。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，從所述基體凸出的研磨顆粒的平均顆粒直徑不小于150μm且不大于200μm，嵌在所述基體中的研磨顆粒的平均顆粒的直徑不小于80μm且不大于150μm。
6.如權(quán)利要求1到5中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，當(dāng)設(shè)從所述基體凸出的研磨顆粒的平均顆粒直徑為D，而設(shè)其平均凸出直徑為P時(shí)，平均顆粒直徑D對(duì)平均凸出尺寸P的比率不低于25％且不高于70％。
7.如權(quán)利要求1到6中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述研磨顆粒具有的硬度高于形成所述護(hù)罩的內(nèi)周面的材料的硬度。
8.如權(quán)利要求7所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述護(hù)罩的內(nèi)周面是一主要由氧化鋯形成的涂層或由M-Cr-Al-Y組成的涂層，選自立方一氮化硼顆粒、氧化鋁顆粒、碳化硅顆粒以及燒結(jié)金剛石顆粒的一種或兩種或多種顆粒用作研磨顆粒。
9.如權(quán)利要求1到8中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述基體的孔隙率不高于1％。
10.如權(quán)利要求1到9中任何一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)，其中，所述基體主要由M-Cr-Al-Y形成。
11.一種內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)壓縮器，一個(gè)燃燒室和一個(gè)透平部分，所述透平部分具有轉(zhuǎn)子葉片和面對(duì)所述轉(zhuǎn)子葉片頂端的護(hù)罩，其特征在于所述轉(zhuǎn)子葉片設(shè)置有一個(gè)脊部，其在轉(zhuǎn)子葉片頂端徑向地向外凸出，所述脊部形成有一具有一基體和許多散布在所述基體中的研磨顆粒的研磨層，以及一些所述研磨顆粒散布成從所述基體凸出，而剩余的研磨顆粒散布成嵌入在所述基體中。
12.一種內(nèi)燃機(jī)，包括一個(gè)壓縮器，一個(gè)燃燒室和一個(gè)透平部分，所述透平部分具有彼此面對(duì)的可移動(dòng)部分和不可移動(dòng)部分，其特征在于在所述可移動(dòng)部分的面對(duì)所述不可移動(dòng)部分的表面以及在所述不可移動(dòng)部分的面對(duì)所述移動(dòng)部分的表面之一上，形成有具有一基體和許多散布在所述基體中的研磨顆粒的研磨層，以及一些所述研磨顆粒散布成從所述基體凸出，而剩余的研磨顆粒散布成嵌入在所述基體中。
13.一種燃?xì)廨啓C(jī)，包括一個(gè)壓縮器，一個(gè)燃燒室和一個(gè)透平部分，所述透平部分具有轉(zhuǎn)子葉片和面對(duì)所述轉(zhuǎn)子葉片頂端的護(hù)罩，其特征在于在所述轉(zhuǎn)子葉片的頂端部分處形成有具有一基體和許多散布在所述基體中的研磨顆粒的研磨層，以及一些所述研磨顆粒散布成從所述基體凸出，而剩余的研磨顆粒散布成嵌入在所述基體中。
14.如權(quán)利要求13所述的燃?xì)廨啓C(jī)，其中，在所述燃燒室中產(chǎn)生的燃燒氣體的在所述透平部分入口處的溫度不低于1200℃。
15.一種研磨層，具有一基體和許多散布在所述基體中的研磨顆粒，并形成在彼此面對(duì)的諸如轉(zhuǎn)子葉片和護(hù)罩等可移動(dòng)部分和不可移動(dòng)部分之一的表面上，其特征在于一些所述研磨顆粒散布成從所述基體凸出，而剩余的研磨顆粒散布成嵌入在所述基體中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃?xì)廨啓C(jī)，其中，在轉(zhuǎn)子葉片和護(hù)罩之間從運(yùn)行起動(dòng)開(kāi)始長(zhǎng)時(shí)間地保持了適當(dāng)?shù)拈g隔，這樣，對(duì)轉(zhuǎn)子葉片的損害極少發(fā)生。在根據(jù)本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)的透平中，轉(zhuǎn)子葉片和護(hù)罩互相面對(duì)。在轉(zhuǎn)子葉片的頂端，形成了一個(gè)研磨層，在護(hù)罩的內(nèi)周邊表面上形成了一個(gè)熱絕緣層。研磨層是由基體和許多在基體中分散的研磨顆粒形成的。研磨顆粒包括從基體凸出的凸出顆粒和嵌入基體中的嵌入顆粒。在運(yùn)行的早期階段，在轉(zhuǎn)子葉片和護(hù)罩的初始滑動(dòng)中，護(hù)罩的的內(nèi)周邊表面被凸出顆粒磨削。在凸出顆粒消失之后，護(hù)罩的內(nèi)周邊表面被嵌入顆粒磨削。
文檔編號(hào)F01D11/08GK1457384SQ02800452
公開(kāi)日2003年11月19日 申請(qǐng)日期2002年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者大原稔, 妻鹿雅彥 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社