專利名稱：燃?xì)馔钙降目赡サ舫跏济芊馔繉拥闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)馔钙降目赡サ裘芊猓淠康氖菧p少在可磨掉密封體系中的有害的初始相互作用。
燃?xì)馔钙绞菑V泛應(yīng)用的動力源，特別是廣用于飛機(jī)工業(yè)。這種發(fā)動機(jī)中包括壓縮機(jī)段，將空氣壓縮至中等壓力和中等溫度條件;還包括燃燒段，使燃料與壓縮空氣化合;最后是透平段，在此從燃燒產(chǎn)物得取有用功。由透平段向壓縮機(jī)送回動力，同時還可向外部負(fù)載輸送動力。在常規(guī)式燃?xì)馔钙街?，還由透平段向一個風(fēng)扇段提供動力，由風(fēng)扇段提供附加的推力。
借助于保證空氣只在需要的部位流過，并盡量減少漏泄例如輪葉尖和末端周圍的漏泄，即可提高發(fā)動機(jī)的效率。因?yàn)槠降牟考S溫度而脹縮并且間隙隨著負(fù)載條件而變化，所述密封任務(wù)是很困難的。目前廣泛應(yīng)用的是可磨掉式密封。一種可磨掉密封是由脆性易碎的材料組成，通常是使用粘結(jié)不牢的顆粒狀復(fù)合材料，從理論上講，它們在與運(yùn)動中的輪葉尖或末端相互作用而破裂時是清潔地脫掉，而不是流動或涂抹。該種可磨掉密封體系包括一種可磨掉結(jié)構(gòu)(通常為固定狀態(tài))并與一個運(yùn)動部件相組合，它與該可磨掉材料相互作用，從而在其中切出一道溝槽。在正常操作時，這個運(yùn)動部件就在該溝槽中運(yùn)行，于是達(dá)到良好的密封效果。
尋找適于在高溫操作的適當(dāng)可磨掉和磨蝕性材料的組合是一項(xiàng)迫切任務(wù)，尤其在要求合理造價的條件下。
USP3413136、3879831、3844011、3147087描述了典型的可磨掉密封體系，這些體系是設(shè)計用于與多種運(yùn)動部件相互作用。加上磨蝕性材料的目的是保證在可磨掉部件上發(fā)生磨損，而不是在運(yùn)動中使輪葉尖或刀刃密封上發(fā)生磨損。迄今尚未找到可磨掉和磨蝕性材料的最優(yōu)組合。當(dāng)可磨掉和磨蝕性材料的相互作用不適當(dāng)時仍存在相當(dāng)大問題，即發(fā)生涂抹或韌性結(jié)果，使磨蝕表面上發(fā)生粘附和積聚沉積物。這類現(xiàn)象一開始，就會繼續(xù)下去，因?yàn)樵谀ノg表面上的沉積物能被該可磨掉密封成分所潤濕，并且對該可磨掉密封成分有吸引力。密封材料對轉(zhuǎn)動部件有任何潤濕作用，其結(jié)果都是不良效應(yīng)-甚致達(dá)到影響其平衡而使機(jī)件振動，最終發(fā)生疲勞開裂。
本發(fā)明的目的是提供一種可磨掉和磨蝕性材料體系以及一種暫時中間涂層，該涂層能產(chǎn)生最少的相互作用，同時從密封材料向轉(zhuǎn)動件的物質(zhì)傳遞最少，尤其在該磨蝕性表面與該可磨掉密封初始接觸時傳遞最少。
前已指出，大部分磨蝕性-可磨掉材料的相互作用是發(fā)生在透平操作的最初若干秒鐘或分鐘。就在這個短的最初期間，磨下來大量的可磨掉材料，并且就在這個期間的磨蝕性與可磨掉材料的相互作用決定了其后透平操作和密封性的好壞。
按本發(fā)明，可以在透平初始操作之前在運(yùn)動部件的表面加上一層暫時性涂層而使該磨蝕性表面性質(zhì)大大改變，然后使之與常規(guī)式可磨掉密封材料相互作用。
按先有技術(shù)的一種方式，是將磨蝕性材料用等離子體噴涂法涂在輪葉尖和刀刃密封上。這種材料是由耐氧化和耐腐蝕基質(zhì)及磨蝕性材料所組成，所述磨蝕性材料是選自碳化物、氮化物、氧化物。所述磨蝕性材料將與常規(guī)型可磨掉密封材料(如USP3413136、3879831、3844011、3417087所述)相互作用。按照以往采用此技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，由于發(fā)生不利的相互作用，這樣的組合不是完全合要求的。
按照本發(fā)明，通過在該磨蝕性表面上沉積一層膠態(tài)陶瓷材料懸浮物(在高溫相互作用時，該陶瓷材料不被該可磨掉材料所潤濕，從而使可磨掉材料向轉(zhuǎn)動部件的傳遞和粘附減至最少)從而使前述不利的相互作用大大減輕。典型的材料包括Al2O3、MgO、ZrO2、Si3N4、BN。這些材料的相反作用大大減少透平操作最初片刻的相互作用。若是在透平初始操作時可以避免不利的相互作用，則本來是不合格的可磨掉密封體系，而在透平正常使用時對相互作用要求大大減低的情況下，可以成為合乎要求。
相互作用的減輕很明顯是由于減少摩擦熱量(這些細(xì)微顆粒提供一些潤滑作用)以及該等材料的不潤濕特性。
由下面的敘述和附圖
將可明了本發(fā)明的前述及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖為燃?xì)馔钙降牟糠制拭鎴D，用以表示典型的密封結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方案本發(fā)明涉及應(yīng)用于燃?xì)馔钙桨l(fā)動機(jī)更具體講是軸流型燃?xì)馔钙降拿芊?。這類機(jī)中有交替排布的固定式葉片和運(yùn)動的輪葉，輪葉是附裝在主軸上安裝的旋轉(zhuǎn)盤的外周上。
附圖示出現(xiàn)代燃?xì)馔钙降牟糠制拭鎴D。對明了本發(fā)明有重要作用的部件包括多個旋轉(zhuǎn)盤1，在盤的外周上附裝多個輪葉2。這些輪葉在內(nèi)殼體3之內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并與內(nèi)殼體極為靠近。通過附裝在內(nèi)殼體上的密封4(外空氣密封4)而使輪葉與內(nèi)殼體內(nèi)面間的漏泄減至最少。
在內(nèi)殼體內(nèi)面安裝有多個固定葉片5，在葉片的向內(nèi)自由端6上也附裝有密封7(內(nèi)空氣密封7)，它與轉(zhuǎn)盤上所裝的伸出刀刃8的間隔極靠近。刀刃8和內(nèi)空氣密封7一起起到減少漏泄的作用，從而提高效率。在另一種發(fā)動機(jī)構(gòu)型中，轉(zhuǎn)盤沒有整體的投影而是由間隔片所分開，可以在間隔片上附裝刀刃。
按本發(fā)明特別適用的密封是在與輪葉2的自由端相鄰的內(nèi)殼體3上面(外空氣密封)以及在葉片5的自由端6上面(內(nèi)空氣密封)。按本發(fā)明的密封最好是附裝在固定式基體上，并使之與運(yùn)動部件相密合。
本發(fā)明包括對于已在先有技術(shù)中使用效果不佳的常規(guī)式密封材料改進(jìn)其使用效果。在本發(fā)明中，通過外加一層初始中間涂層而大大減少在發(fā)動機(jī)最初運(yùn)轉(zhuǎn)時磨蝕性和可磨掉材料之間的不利作用，從而使原先未獲成功的材料組合獲得成功。所述可磨掉材料例如可選自USP3413136、3879831、3844011、3147087中所述者，這些專利作為本文的參考文獻(xiàn)。
氧化鋁是一種公知的耐高溫陶瓷，其特性是與所述可磨掉結(jié)構(gòu)和磨蝕性表面所用的合金一般沒有反應(yīng)活性，也沒有潤濕性。借助于在該可磨掉和磨蝕性材料最初擦磨之時保證其間存在有這樣的不潤濕和無反應(yīng)活性的材料，則初始的相互作用將是非潤濕的相互作用，并可使在透平初始運(yùn)轉(zhuǎn)時常發(fā)生的問題減至最小。本發(fā)明還包括在至少3000°F仍為穩(wěn)定的功能等效的陶瓷，包括Al2O3、MgO、ZrO2、Si3N4、BN。其粒度最好小于10微米，涂層厚度應(yīng)大于1密爾。
提供與所述可磨掉密封材料相互作用的磨蝕性表面是將選自以下的磨蝕性材料進(jìn)行等離子體共噴涂碳化物、氧化物，特別是WC、Cr3C2、Si3N4、Al2O3、SiC以及它們的混合物并連同一種粘結(jié)劑材料。
若使用粘結(jié)劑時，可選自實(shí)質(zhì)上非反應(yīng)活性的材料，亦即不被該磨蝕性材料潤濕的材料。在使用碳化鎢時，是使用約88%碳化鎢與約12%(重量)含鈷粘合劑的混合粉末;若使用碳化鉻，是使用約75%Cr3C2和約25%(重量)含80鎳和20%鉻的合金所成的粉末。常發(fā)現(xiàn)需使用一個初始粘結(jié)涂層以保證該磨蝕性材料能粘附到該基材上;此種粘結(jié)涂層例如可包括與該磨蝕性材料一起用作為基質(zhì)材料或粘結(jié)劑材料的相同或相似的合金。其他可用的粘結(jié)涂層包括MCrAl型合金，其中的M是選自鐵、鎳、鈷或它們的混合物;Cr的含量為約5-25%(重量);Al的含量為約5-20%(重量)?？梢约尤肷倭糠磻?yīng)活性金屬，如Y、La、Sc、Hf等等，加入量在0.1-2%范圍。
利用本發(fā)明的暫時性氧化鋯涂層防止了該可磨掉材料與該磨蝕性涂層的初始不利相互作用，也防止了該等磨蝕性及可磨掉材料之間在高溫的反應(yīng)。本發(fā)明的涂層以膠態(tài)懸浮狀施涂最為有利，該懸浮體系可以是水基的或有機(jī)物即硝化纖維素基的;或者可采取這樣的構(gòu)思，即施涂極薄的等離子體噴涂層。本發(fā)明者曾采用液體施涂也獲得成功。
雖然已根據(jù)詳細(xì)實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了說明，不言而喻，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和不超出權(quán)利要求范圍的條件下，可作出多種形式上和細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種可磨掉密封體系的初始組合，該組合包括一個可磨掉的密封并且其位置和配合方式是與作相對運(yùn)動的發(fā)動機(jī)部件互相作用，其改進(jìn)之處包括向該運(yùn)動部件上施涂一薄層膠態(tài)陶瓷顆粒，所述陶瓷組分不被該可磨掉密封成分所潤濕，從而在發(fā)動機(jī)初始操作時在該密封和該運(yùn)動部件之間的不利相互作用減至最小程度。
全文摘要
借助于在運(yùn)動的密封部件上施加一個涂層，使得在初始相互作用時，可磨掉的密封部件之間的不利相互作用盡量減少。該涂層與所述可磨掉材料之間無反應(yīng)活性，并在密封初始操作時提供潤滑作用。
文檔編號F01D5/20GK1043773SQ8910934
公開日1990年7月11日 申請日期1989年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月21日
發(fā)明者查爾斯·卡特·麥康馬斯 申請人:聯(lián)合工藝公司