專利名稱：用于渦輪機(jī)的涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)的表面處理。具體而言，本發(fā)明涉及可顯示出應(yīng)力的 用于燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件的表面處理，且更具體而言，本發(fā)明涉及用于燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)葉片構(gòu) 件在它們與壓縮機(jī)葉輪(wheel)的界面(接觸面，interface)處的表面處理，在該處，它們 可能顯示出應(yīng)力。
背景技術(shù)：
先前的燃?xì)廨啓C(jī)的壓縮機(jī)葉片構(gòu)件的構(gòu)造可提供裸露或未處理的壓縮機(jī)葉片，在 壓縮機(jī)葉輪處具有界面。例如，壓縮機(jī)的壓縮機(jī)葉片可接觸抵靠壓縮機(jī)葉輪，或抵靠壓縮機(jī) 葉輪而限定界面，該壓縮機(jī)葉輪例如但不限于CrMoV葉輪。這些接觸區(qū)域位于元件之間的 高接觸應(yīng)力區(qū)域處。這些應(yīng)力可導(dǎo)致不合需要的效果，例如但不限于磨蝕(fretting)和擦 傷(galling)。這些不合需要的效果如果留下而不解決，則可導(dǎo)致構(gòu)件故障以及相關(guān)燃?xì)廨?機(jī)單元可能停機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于渦輪機(jī)的涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑 (sold film lubricant)材料。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于渦輪機(jī)的涂層，且該涂層包括基于石墨的 市售膜潤滑劑材料；其中，該渦輪機(jī)至少包括包含槽口的葉輪和包含燕尾部的輪葉，該涂層 施加到槽口和燕尾部中的至少一個(gè)上；且涂層包括以下中的至少一種基于石墨的干燥膜 潤滑劑、基于填充金屬的樹脂的系統(tǒng)、具有石墨的硅酸鹽粘結(jié)劑(binder)；以及高溫潤滑 添加劑。此外，在本發(fā)明的又一非限制性方面，一種使用于渦輪機(jī)的涂層提供抗縫隙腐蝕 和抗磨蝕中的至少一種的方法，該方法包括提供涂層；以及將涂層施加到槽口和燕尾部中 的至少一個(gè)上；其中，涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑材料；該渦輪機(jī)至少包括包含槽 口的葉輪和包含燕尾部的輪葉，該涂層施加到其上；以及該涂層包括以下中的至少一種 基于石墨的干燥膜潤滑劑、基于填充金屬的樹脂的系統(tǒng)、具有石墨的硅酸鹽粘結(jié)劑；以及高 溫潤滑添加劑。


當(dāng)參照附圖閱讀如下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得 更容易理解，其中，所有附圖中的相似標(biāo)號(hào)表示相似的零件，在附圖中圖1為如由本發(fā)明所實(shí)施的使用平衡設(shè)備的渦輪或壓縮機(jī)盤(disc)的一部分的 透視圖；圖2為如由本發(fā)明所實(shí)施的兩個(gè)相鄰壓縮機(jī)級(jí)的一部分的詳細(xì)側(cè)視圖，該部分容 許在組裝相鄰級(jí)之后徑向插入平衡配重；以及
圖3為如由本發(fā)明所實(shí)施的兩個(gè)相鄰壓縮機(jī)級(jí)的一部分的另一側(cè)視圖，該部分容 許在組裝相鄰級(jí)之后徑向插入平衡配重。
具體實(shí)施例方式盡管本發(fā)明可通用于兩種渦輪機(jī)(例如但不限于尤其是用于燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪 機(jī)的渦輪葉輪和壓縮機(jī)葉輪)，但以下實(shí)施例針對燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)的壓縮機(jī)級(jí)進(jìn)行具 體描述。該描述并非意圖以任何方式限制本發(fā)明。壓縮機(jī)級(jí)通常制造成具有與軸向軸附連或一體形成的葉輪或盤。母燕尾部區(qū)域加 工在葉輪的表面中，而壓縮機(jī)葉片的公燕尾部區(qū)域則裝配在該母燕尾部中。圖1中所示的是壓縮機(jī)10(例如，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī))的一部分。壓縮機(jī) 10包括入口 ；設(shè)置在圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)或壓縮機(jī)縱向中心線16的多個(gè)沿周向間隔開的定子導(dǎo)葉 14的上游且與該定子導(dǎo)葉14同軸的第一級(jí)葉片盤(bladed disk)組件12。葉片盤組件12 包括附接到轉(zhuǎn)子葉輪或盤20上的多個(gè)沿周向間隔開的轉(zhuǎn)子葉片18。更具體而言，且參看圖1和圖2兩者，葉片18包括相對較薄的堅(jiān)固翼型件部分22， 該部分22具有末梢24、根部26、前緣28和后緣30。葉片18還包括從翼型件根部26沿橫 向向外延伸的大致矩形的平臺(tái)部32。該平臺(tái)部32向上朝末梢24從前緣28到后緣30相對 較大地傾斜，且提供在壓縮機(jī)10中的內(nèi)部空氣流邊界。平臺(tái)部32包括上游前端34和下游 后端36，該后端36設(shè)置為半徑大于前端34的半徑。葉片18還包括在平臺(tái)部32處從翼型 件22同軸地延伸的柄部38，以及從柄部38延伸的常規(guī)形狀的軸向進(jìn)入燕尾部40。此外， 葉片18可由適于渦輪構(gòu)件葉片的任何適合的材料形成。例如且決非限制本發(fā)明，壓縮機(jī)葉 片可包括石墨、含有石墨的材料以及其它此類碳纖維材料中的至少一種。此外，如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，渦輪機(jī)的葉片18可由超級(jí)合金(例如，可析出硬化 的鎳基合金(InCOrme1718))形成，或由不銹鋼材料形成。葉輪或盤20包括在其外周邊44中的多個(gè)沿軸向設(shè)置的周向間隔開的槽口 42，槽 口 42在形狀上與葉片燕尾部40互補(bǔ)，且收容燕尾部40以便將葉片18附接到其上?？諝?46適于經(jīng)引導(dǎo)穿過葉片18和導(dǎo)葉14，且由此受到壓縮。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)子和葉片盤組件12旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)葉片燕尾部40與葉輪20之間的接觸 應(yīng)力與葉輪槽口 42中的機(jī)件(part)的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合。這些接觸應(yīng)力可導(dǎo)致葉片盤組件12 較高的接觸應(yīng)力磨蝕和擦傷磨損。為了減小接觸表面處的摩擦系數(shù)和降低其間的磨損率， 如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，涂層50施加到葉片盤組件12和槽口 42中的至少一個(gè)上。優(yōu)選的是，如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，涂層50施加到槽口 42中的葉片盤組件12表 面上；然而，涂層50可施加到葉輪槽口 42上。涂層50可施加到葉片盤組件12和/或槽口 42的相鄰表面中的一個(gè)或兩者上。由于這些構(gòu)件的幾何形狀，故可能難以將涂層施加到形成葉片盤組件12和葉輪 20的材料(如包括雙相不銹鋼材料的材料)上。例如且決非限制本發(fā)明，一些涂層可在這 些材料上引起縫隙腐蝕問題。因此，如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，如本發(fā)明所實(shí)施的涂層50包 括基于石墨的市售膜潤滑劑涂層。此外，涂層50可包括可施加到葉片盤組件12和葉輪槽 口 42中的至少一個(gè)上的基于石墨的干燥膜潤滑劑或基于填充金屬的樹脂的系統(tǒng)中的至少 一種。如本發(fā)明所實(shí)施的這些涂層材料可用于降低摩擦系數(shù)和減小葉片盤組件12與葉輪槽口 42之間的磨損。如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，涂層50提供耐磨蝕的抵抗力和抗縫隙腐蝕中的至少一 種。涂層50可包括石墨材料，且涂層包括石墨脂也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，如本發(fā) 明所實(shí)施的涂層50可包括單獨(dú)的或與其它基于石墨的市售膜潤滑劑涂層材料結(jié)合的鉬 脂。例如，如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，用于涂層的材料包括有限的產(chǎn)品，例如但不限于 潤滑劑；干燥潤滑劑(干膜潤滑劑)；在適合的溶劑中的潤滑劑和粘結(jié)材料；可溶于油的 磺酸鹽型表面活性劑/潤濕劑(例如，得自HOHMAN PLATING & MFG. INC.的SurfKote L0B-1800-G)；含鈦潤滑劑，例如但不限于Alumazite ZDA (得自Tiodize Co. , Inc.)以及它 們的組合。通常，涂層包括潤滑材料，潤滑材料可與提供所期望的材料特征的其它成分相結(jié) 合。例如，一種非限制的涂層材料可包括具有石墨的硅酸鹽粘結(jié)劑和其它高溫潤滑添加劑。 取決于葉片的預(yù)計(jì)用途、葉片和相關(guān)渦輪機(jī)的環(huán)境，也可能期望其它的添加劑。如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，涂層50優(yōu)選的是施加到葉片18的壓縮機(jī)葉片燕尾部40 上，在該處，其接觸葉輪槽口 42。然而，如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，涂層50可施加到燕尾部40 和/或槽口 42的任何壓力面表面上，如果需要的話。如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，涂層50以范圍從大約0.0005"(英寸)至大約0. 002“
的厚度進(jìn)行施加。涂層50以一定的厚度進(jìn)行施加，該厚度可防止燕尾部基礎(chǔ)金屬/基底的 擦傷、咬住和磨蝕。如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，涂層50可通過任何適合的涂覆工藝施加。此外，示例性 涂覆工藝包括但不限于涂抹；沉積，例如但不限于物理氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積以及化學(xué)氣相沉積；濺射，如蝕刻和化學(xué)濺射；粉末涂覆；空氣等離子體噴涂、冷噴涂、電 鍍；以及它們的組合。在常規(guī)渦輪機(jī)中，裸露的壓縮機(jī)葉片以較高接觸應(yīng)力壓靠葉輪(例如但不限于由 CrMoV形成的葉輪)，這可導(dǎo)致過大的磨蝕和擦傷，以及其它不合需要的效果。這些過大的 磨蝕和擦傷留下不解決，就會(huì)顯示出導(dǎo)致構(gòu)件故障和渦輪機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)單元可能的停機(jī)。 如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，葉片燕尾部上的涂層可有效減小其上的磨損，以便延長渦輪機(jī)構(gòu) 件的壽命。這種改進(jìn)還可導(dǎo)致改善燃?xì)廨啓C(jī)和/或壓縮機(jī)的可靠性。另外，如本發(fā)明所實(shí) 施的那樣，葉片涂覆是比嘗試涂覆渦輪機(jī)中難以到達(dá)的區(qū)域較為簡單、更為便宜和更加穩(wěn) 健的工藝，這些難以到達(dá)的區(qū)域例如但不限于葉片滑入其中的渦輪葉輪的葉輪槽口。如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，具有涂層的葉片提供了不會(huì)引起縫隙腐蝕的耐磨蝕涂層 解決方案。如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，涂層50可被施加和涂覆超級(jí)合金基底，如GTD 450葉 片，這可能很難，因?yàn)樵贕TD450上的涂層會(huì)經(jīng)受縫隙腐蝕的問題。如本發(fā)明所實(shí)施的那樣， 具有涂層的葉片可如所設(shè)計(jì)那樣在較高接觸應(yīng)力的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，這可能是由于渦輪機(jī)操作 的結(jié)果而產(chǎn)生。此外，如本發(fā)明所實(shí)施的那樣，經(jīng)涂覆的構(gòu)件將不會(huì)與未涂覆的類型以相同 的脫落率而損壞。盡管本文僅示出和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)想到 許多修改和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解到，所附權(quán)利要求意圖涵蓋落入本發(fā)明的真正精神內(nèi)的所 有這些修改和變化。
權(quán)利要求
一種用于渦輪機(jī)的涂層，所述涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述涂層提供抗縫隙腐蝕 和抗磨蝕中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，渦輪機(jī)至少包括包含槽口 的葉輪和包含燕尾部的輪葉，所述涂層施加到所述槽口和所述燕尾部中的至少一個(gè)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述涂層施加到所述燕尾 部上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述渦輪機(jī)包括超級(jí)合金 材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述涂層包括基于石墨的 干燥膜潤滑劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述涂層包括基于填充金 屬的樹脂的系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述涂層還包括具有石墨 的硅酸鹽粘結(jié)劑和高溫潤滑添加劑中的至少一種。
9.一種用于渦輪機(jī)的涂層，所述涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑材料；所述渦輪機(jī)至少包括包含槽口的葉輪和包含燕尾部的輪葉，所述涂層施加到所述槽口 和所述燕尾部中的至少一個(gè)上；以及涂層包括以下至少一種基于石墨的干燥膜潤滑劑、基于填充金屬的樹脂的系統(tǒng)，具有石墨的硅酸鹽粘結(jié)劑；以 及高溫潤滑添加劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述涂層施加到所述燕尾 部上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述渦輪機(jī)包括超級(jí)合金 材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于渦輪機(jī)的涂層，其特征在于，所述涂層提供抗縫隙腐蝕 和抗磨蝕中的至少一種。
13.一種用于渦輪機(jī)的涂層以提供抗縫隙腐蝕和抗磨蝕中的至少一種的方法，所述方 法包括提供涂層；以及將所述涂層施加到所述槽口和所述燕尾部中的至少一個(gè)上；其中，所述涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑材料；所述渦輪機(jī)至少包括包含槽口的葉輪和包含燕尾部的輪葉，所述涂層被施加；以及所述涂層包括以下至少一種基于石墨的干燥膜潤滑劑、基于填充金屬的樹脂的系統(tǒng)、 具有石墨的硅酸鹽粘結(jié)劑；以及高溫潤滑添加劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪機(jī)的涂層。具體而言，用于渦輪機(jī)的涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑材料。
文檔編號(hào)F04D29/02GK101956727SQ20101023656
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者D·V·布奇, J·C·摩西, P·S·迪馬斯焦, S·S·帕布拉 申請人:通用電氣公司