專利名稱：借助獨(dú)特而簡(jiǎn)單的測(cè)量方法無(wú)損地檢測(cè)構(gòu)件(分層系統(tǒng)、透平葉片、燃燒室襯墊)的微結(jié)構(gòu)變化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1所述的檢測(cè)構(gòu)件的微結(jié)構(gòu)變化的方法。
承受機(jī)械和負(fù)荷/或熱負(fù)荷的構(gòu)件其機(jī)械、化學(xué)或受熱特性出現(xiàn)一種退化，因?yàn)槠湮⒔Y(jié)構(gòu)在負(fù)荷作用下發(fā)生改變。在透平，如燃?xì)廨啓C(jī)或汽輪機(jī)內(nèi)的構(gòu)件，不僅承受機(jī)械負(fù)荷而且承受熱負(fù)荷。尤其在燃燒室內(nèi)或在透平的第一級(jí)內(nèi)，這樣的構(gòu)件均設(shè)計(jì)為分層系統(tǒng)。在這里，在底物亦即支承結(jié)構(gòu)上存在一個(gè)或多個(gè)中間層，它們防止氧化/腐蝕和傳入過(guò)多的熱量。
為了隔熱采用陶瓷層。
US6200088和US6455173公開(kāi)了，在運(yùn)行中監(jiān)測(cè)構(gòu)件。
US6544665公開(kāi)了隔熱層的燒結(jié)。
US6553318B2公開(kāi)了一種快速同時(shí)測(cè)量許多試件的特性的方法。
US6577141B2公開(kāi)了一種確定瀝青密度的電容法。
US6512379B2公開(kāi)了一種監(jiān)測(cè)隔熱層狀態(tài)的設(shè)備，其中例如通過(guò)壓電效應(yīng)在隔熱層內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)部電流。
US4408294A公開(kāi)了一種檢測(cè)因振動(dòng)引起的裂紋的方法。
EP0773359A1公開(kāi)了一種監(jiān)測(cè)陶瓷件損壞的設(shè)備，其中加入用作檢測(cè)器的附加的電印制導(dǎo)線。
WO02/079774A2公開(kāi)了一種無(wú)損檢驗(yàn)的方法，其中采用渦流法。
US5552711A公開(kāi)了一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中檢測(cè)來(lái)自磨損構(gòu)件的離子的電磁信號(hào)。
US5588034A公開(kāi)了一種用于借助X射線檢驗(yàn)晶體的設(shè)備以方法。
DE2442639A-OS公開(kāi)了一種監(jiān)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)葉片腐蝕狀態(tài)的方法，其中利用一個(gè)樣品的線路電阻來(lái)確定腐蝕狀態(tài)。
US6517236B2公開(kāi)了一種溫度記錄方法。
迄今由許多構(gòu)件組成的設(shè)備中一些構(gòu)件的微結(jié)構(gòu)必須有損傷地檢查，以便能判定剩下的另外那些構(gòu)件是否能繼續(xù)使用。
因此本發(fā)明的目的是解決上述的問(wèn)題。
此目的通過(guò)一種按照權(quán)利要求1所述的檢測(cè)構(gòu)件的微結(jié)構(gòu)變化的方法達(dá)到，據(jù)此通過(guò)至少兩次，尤其更多次地借助恰當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法確定構(gòu)件的材料參數(shù)。
在從屬權(quán)利要求中開(kāi)列了按照本發(fā)明的方法其他有利的措施和方案。在從屬權(quán)利要求中開(kāi)列的措施可以有利地互相組合。
在按照本發(fā)明所采用的測(cè)量方法中，必須從外部將形式上為電壓的能量、熱能或機(jī)械能施加到材料內(nèi)，以便獲得測(cè)量信號(hào)。這與US6512379不同，在那里沒(méi)有外部作用地在隔熱層內(nèi)部產(chǎn)生電流。
與EP0773359A1相反，不涉及例如形式上為印制導(dǎo)線的附加措施便可以實(shí)施一種測(cè)量方法。
對(duì)于在本申請(qǐng)中所述的構(gòu)件不可能實(shí)施按US6517236B2所述的溫度記錄檢驗(yàn)，因?yàn)檫@些構(gòu)件不能從背面加熱。
附圖中

圖1表示一個(gè)分層系統(tǒng)；圖2表示分層系統(tǒng)的一個(gè)層或一個(gè)底物的微結(jié)構(gòu)變化；圖3表示有鍍層的底物因氧化造成的退化；圖4表示分層系統(tǒng)底物的微結(jié)構(gòu)變化；圖5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15表示用于確定分層系統(tǒng)材料參數(shù)的不同的示范性測(cè)量裝置；圖16表示材料參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線；圖17表示汽輪機(jī)；圖18表示燃?xì)廨啓C(jī)；圖19表示透平葉片；以及圖20表示燃燒室。
圖1舉例表示一個(gè)設(shè)計(jì)為分層系統(tǒng)1的構(gòu)件1。
分層系統(tǒng)1由底物4組成，在底物上敷設(shè)至少一層7。在此層7上例如敷設(shè)另一個(gè)外層10，此時(shí)層7成為中間層。
底物4可以是金屬或陶瓷。尤其在用于渦輪機(jī)(航空發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電用的透平、壓縮機(jī)，例如燃?xì)廨啓C(jī)100(圖18)或汽輪機(jī)300、303(圖17))的構(gòu)件中，例如透平葉片120、130(圖19)、汽缸或燃燒室襯墊(圖20)，底物4是金屬并優(yōu)選地由一種鐵基、鈷基或鎳基的超級(jí)高溫合金制成。
在底物4上可存在一個(gè)連接層，尤其金屬層7，例如一種MCrAlX層，其中M代表元素組鐵、鈷或鎳中至少一種元素，以及X代表釔、硅和/或代表至少一種稀土元素(活性元素)。
外層10仍可以是金屬或陶瓷。在透平構(gòu)件120、130、155的情況下，外層往往是陶瓷隔熱層。
可以設(shè)想分層系統(tǒng)1的其他結(jié)構(gòu)方式。例如，一個(gè)陶瓷層可以直接涂覆在底物4上。尤其對(duì)于在透平100、300、303不是太熱的部位上的構(gòu)件，并不需要設(shè)有陶瓷隔熱層，所以此時(shí)層7已經(jīng)意味著是外層。
按照本發(fā)明的方法同樣可應(yīng)用于只由底物4組成的構(gòu)件1。
發(fā)生微結(jié)構(gòu)變化尤其是由于a)裂紋，b)細(xì)孔，c)相變(晶格結(jié)構(gòu))，d)化學(xué)成分改變，e)離析改變，f)應(yīng)力(內(nèi)應(yīng)力)。
圖2舉例表示分層系統(tǒng)1的底物4和/或?qū)?、10的一種微結(jié)構(gòu)變化。
在這里作為范例提及的陶瓷隔熱層10應(yīng)有良好的溫度突變(Thermoschock)特性，這尤其通過(guò)一定的多孔性達(dá)到。因此在層10內(nèi)存在細(xì)孔13，它們有一定的尺寸(圖2左)。由于層10例如在透平100、300、303運(yùn)行時(shí)使用，隔熱層10受到加熱和/或受到機(jī)械應(yīng)力σ。通過(guò)溫度T和/或機(jī)械應(yīng)力σ的影響，多孔隔熱層10燒結(jié)，從而從大的細(xì)孔13變成較小的細(xì)孔16(圖2右)。由于細(xì)孔13變小而降低了多孔性，由此使陶瓷隔熱層10的溫度突變特性變差。也就是說(shuō)，這種微結(jié)構(gòu)變化，亦即在這里的多孔性改變，引起溫度突變特性的惡化。
圖3表示底物4上一個(gè)金屬防護(hù)層7的微結(jié)構(gòu)變化。
在用作防氧化或防腐蝕層的防護(hù)層7上，例如在MCrAlX層的情況下(圖18)形成一個(gè)氧化鋁層19，或一般而言形成一個(gè)氧化或腐蝕層19。因此，根據(jù)所使用的合金，這導(dǎo)致層7或底物4合金中一種元素的貧化，這種元素構(gòu)成了一種氧化或腐蝕產(chǎn)物。在MCrAlX層7的情況下，這導(dǎo)致在層19下面的MCrAlX層7內(nèi)鋁的貧化。
對(duì)于層7同樣可以涉及底物4的一種滲鋁或滲鉻區(qū)。在這種情況下鋁和/或鉻傳播到底物4上并容它們擴(kuò)散到底物內(nèi)。于是底物4富集鋁或鉻。在這里由于氧化或腐蝕通過(guò)生成氧化鋁或氧化鉻也會(huì)導(dǎo)致鋁或鉻的貧化。
圖4表示分層系統(tǒng)、尤其底物4的另一種微結(jié)構(gòu)變化。
這種尤其由超級(jí)高溫合金組成的底物4有離析22(γ′-相)，它們對(duì)機(jī)械性能有正面的影響(圖4左)。
由于溫度T和/或應(yīng)力σ改變了離析22，從而至少明顯減小對(duì)機(jī)械性能的正面影響。這是通過(guò)增大離析25造成的(圖4右)。
同樣，在底物4內(nèi)和/或在層7、10內(nèi)可能存在裂紋，它們提高了多孔性。
因?yàn)閷?duì)于這種微結(jié)構(gòu)(裂紋、細(xì)孔、離析等)沒(méi)有直接和唯一性的參數(shù)，所以這種微結(jié)構(gòu)間接地通過(guò)一種或多種受裂紋、細(xì)孔和離析等影響的材料參數(shù)綜合確定。這些測(cè)量例如都是無(wú)損測(cè)量。
圖5表示一種作為范例的測(cè)量裝置，用于確定底物4和/或?qū)?、10的一種材料參數(shù)。在這里，在底物4或?qū)?、10的恰當(dāng)位置上安置電極28。借助測(cè)量?jī)x31可以確定電容C[F]。
當(dāng)?shù)孜?或?qū)?、10由陶瓷組成時(shí)這種電容測(cè)量是最適宜的，因?yàn)樘沾捎写蟮慕殡姵?shù)ε以及預(yù)料會(huì)降低多孔性。
當(dāng)在底物4上面的那些層已除去時(shí)(圖6)，或即使在底物4上面的那些層尚存在時(shí)(圖7)，都可以測(cè)量底物4的所述材料參數(shù)。
取代電容，也可以確定尤其陶瓷的電特性、鐵電特性和熱電特性。
圖8表示作為范例的另一種測(cè)量裝置，用于確定層7、10的材料參數(shù)。
例如由于層7內(nèi)鋁含量的貧化(圖3)改變了電導(dǎo)率σ，該電導(dǎo)率例如可以借助一種四點(diǎn)法確定。另一些可以測(cè)量的、以得知微結(jié)構(gòu)化學(xué)變化的材料參數(shù)，在這里是熱導(dǎo)率或磁特性。
按四點(diǎn)法，在層7或底物4的兩個(gè)地方施加恒定的電流I(直流電)。在處于電流觸點(diǎn)接通點(diǎn)之間的兩個(gè)位置上量取電壓降U。由此確定電阻值R＝U/I(σ∽1/R)。此電導(dǎo)率也可以借助感應(yīng)電阻(交流電)確定。
組織內(nèi)的變化可以借助電和/或電磁的材料參數(shù)確定。它們?nèi)允请妼?dǎo)率、感應(yīng)電阻和/或磁特性如磁導(dǎo)率。
圖9表示用于確定陶瓷隔熱層10的材料參數(shù)的另一種方法。
在這種情況下確定層10的熱導(dǎo)率λ。這通過(guò)激光閃爍法或通過(guò)熱波分析進(jìn)行。
按激光閃爍法，在層10的外側(cè)11上短時(shí)輸入熱量E。隔熱層10的熱導(dǎo)率λ通過(guò)以此方式加入的熱量E經(jīng)若干時(shí)間后沿整個(gè)試件分布并導(dǎo)致試件背面和底物4的中間層7加熱來(lái)確定。通過(guò)隨時(shí)間的變化過(guò)程確定熱導(dǎo)率λ。所述的加熱借助紅外探測(cè)器D或高溫計(jì)D測(cè)量。
層10的層厚可以事先確定(渦流法)，因?yàn)樵谑褂弥兴鰧?0的層厚可由于腐蝕而改變?？赡軠p小的層厚在計(jì)算熱導(dǎo)率時(shí)要考慮在內(nèi)。
由于中間防護(hù)層7的化學(xué)成分的變化，同時(shí)也改變了加熱隨時(shí)間的變化過(guò)程，因?yàn)樵谶@種情況下也改變了中間防護(hù)層7的熱導(dǎo)率。
在進(jìn)行熱波分析時(shí)要檢查的試件用一種強(qiáng)度調(diào)制的光束，通常為激光束照射。通過(guò)具有強(qiáng)度I的這種射束在試件表面內(nèi)的吸收，電磁場(chǎng)耗散成熱能的能量形成了與時(shí)間有關(guān)的溫度場(chǎng)T，該溫度場(chǎng)由一個(gè)隨時(shí)間不變的溫度場(chǎng)和一個(gè)隨時(shí)間調(diào)制的溫度場(chǎng)組成。此隨時(shí)間改變的溫度場(chǎng)部分稱為熱波。表明熱波特征的是調(diào)制頻率W及其相位移F，熱波通過(guò)此相位移跟隨其激勵(lì)。它作為非齊次的熱傳導(dǎo)方程的解得出。
此被衰減的熱波的傳播取決于要測(cè)量的試件特性，例如熱導(dǎo)率。
通過(guò)對(duì)一種由隔熱層10和中間防護(hù)層7組成的復(fù)合層的比較測(cè)量，可以檢測(cè)兩個(gè)層7、10的微結(jié)構(gòu)變化。
單位熱容量也可以作為材料參數(shù)來(lái)確定。
同樣可以利用珀?duì)柼?yīng)來(lái)檢測(cè)材料的變化。在珀?duì)柼?yīng)中電流I流過(guò)金屬層7和金屬底物4，由此在底物4與層7之間產(chǎn)生溫度差ΔT(圖10)。該溫度差ΔT取決于底物4和層7的材料。同樣可以變換為利用熱電效應(yīng)(圖11)。
在這里通過(guò)溫度差ΔT＝T1-T2產(chǎn)生電壓U。此溫度差ΔT在底物4和層7工作期間存在并可以測(cè)量。
圖12、13表示另一些用來(lái)確定材料參數(shù)的裝置。在底物4上(圖12)和/或在層7、10(圖13)上安置超聲探頭34，用于確定材料內(nèi)的聲速。聲速取決于力學(xué)上的彈性模量(E-Modul)和密度。在底物4內(nèi)聲速的確定可以與或不與位于底物上面的層7、10一起進(jìn)行。同樣，可以確定位于底物4上面的層7、10內(nèi)的聲速。同樣，可以測(cè)量穿過(guò)層7、10和底物4的聲速。因?yàn)槁曀偃Q于彈性模量和密度，所以聲速通過(guò)多孔性的變化、裂紋的形成、相變和/或離析確定。
圖14表示另一種確定材料參數(shù)的裝置。在這里借助微壓頭(Mikroindenter)確定在底物4內(nèi)(圖14)或在層7、10內(nèi)(圖15)的侵入深度。在這里，可以用規(guī)定的時(shí)間將微壓頭預(yù)定的力F作用到底物4或?qū)?、10的表面上。壓痕的大小取決于底物4或?qū)?、10的材料的彈性模量。所述的E模量又通過(guò)多孔性的變化和/或離析的變化確定。
圖16表示多種材料參數(shù)的作為范例的隨時(shí)間變化曲線，這些材料參數(shù)按不同的時(shí)間間隔測(cè)量。一種材料參數(shù)可隨時(shí)間連續(xù)或不連續(xù)地減小(圖16X)或增大(圖16)，因?yàn)榇瞬牧蠀?shù)與初始狀態(tài)相比增大或減小了。
在首次使用前當(dāng)t＝0時(shí)的初始值標(biāo)準(zhǔn)化為100％，在這里若例如在構(gòu)件1裝入前進(jìn)行測(cè)量，則將t＝0看成是首次使用的開(kāi)始一樣。在投入使用后構(gòu)件1的一種或多種材料參數(shù)依次的所有值均按時(shí)間間隔與初始值比較。取代一種參數(shù)也可以確定兩種或更多種參數(shù)，它們例如等于乘積或商，亦即例如電容乘熱導(dǎo)率λ(圖16，C*λ)或電導(dǎo)率乘熱導(dǎo)率(圖16，σ*λ)。若這些材料參數(shù)按類似的方式隨時(shí)間發(fā)展，亦即或增或減，則形成乘積是恰當(dāng)?shù)摹．?dāng)隨時(shí)間逆向發(fā)展時(shí)形成商是合理的。對(duì)于單個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化過(guò)程也可得出與圖16中所示類似的變化曲線。
借助事先確定的校準(zhǔn)曲線，可借助材料參數(shù)的改變來(lái)檢測(cè)微結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的變化。
借助基準(zhǔn)試件或借助具有尚未退化的微結(jié)構(gòu)的新制構(gòu)件，以及借助基準(zhǔn)試件或已使用并意味著微結(jié)構(gòu)已退化此時(shí)要求更換或更新的構(gòu)件，確定一個(gè)時(shí)刻，在此時(shí)刻應(yīng)檢驗(yàn)或再加工一個(gè)實(shí)際構(gòu)件，或它已達(dá)到其壽命的終點(diǎn)。所述的基準(zhǔn)試件也可以是實(shí)際構(gòu)件1。
至少第二次或隨后的測(cè)量，在第一次測(cè)量后按時(shí)間間隔進(jìn)行，或在首次工作使用期間進(jìn)行。材料參數(shù)的測(cè)量可以在線和自動(dòng)進(jìn)行。從而可以隨時(shí)檢查構(gòu)件1的微結(jié)構(gòu)狀態(tài)。從變化的一個(gè)規(guī)定的百分?jǐn)?shù)起，亦即在t＝0后經(jīng)過(guò)一定的延續(xù)時(shí)間后，可以確定從何時(shí)起構(gòu)件1應(yīng)再加工或必須實(shí)施整體更換。當(dāng)可以判定構(gòu)件1還可以再加工，但推遲維修又使再加工顯得不太合算時(shí)，則合理的例如是應(yīng)實(shí)施一次維修。
材料參數(shù)的測(cè)量可以在構(gòu)件1的使用期間進(jìn)行。
如果不可能這么做，那么測(cè)量也可以在構(gòu)件1，例如透平葉片120、130，安裝在一個(gè)尚未處于運(yùn)行中的設(shè)備，例如透平100、300、303內(nèi)時(shí)實(shí)施。
圖17舉例表示汽輪機(jī)300、303，它包括一根沿旋轉(zhuǎn)軸線306延伸的透平軸309。
此汽輪機(jī)有一個(gè)高壓透平段300和一個(gè)中壓透平段303，它們各有一個(gè)內(nèi)缸312和一個(gè)圍繞內(nèi)缸的外缸315。高壓透平段300例如按罐形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。中壓透平段303設(shè)計(jì)為雙流道的。同樣可以將中壓透平段303設(shè)計(jì)為單流道的。沿旋轉(zhuǎn)軸線306在高壓透平段300與中壓透平段303之間設(shè)一個(gè)軸承318，透平軸309在軸承318內(nèi)有一個(gè)支承區(qū)321。透平軸309支承在另一個(gè)位于高壓透平段300旁的軸承324上。在軸承324的區(qū)域內(nèi)，高壓透平段300有一個(gè)軸密封裝置345。透平軸309通過(guò)另外兩個(gè)軸密封裝置345相對(duì)于中壓透平段303的外缸315密封。在高壓蒸汽流入?yún)^(qū)348與蒸汽排出區(qū)351之間，在高壓透平段300內(nèi)的透平軸309上有高壓工作葉片安裝裝置354、357。這些高壓工作葉片安裝裝置354、357與相關(guān)的沒(méi)有詳細(xì)表示的工作葉片表示第一葉片區(qū)360。中壓透平段303有一個(gè)中央蒸汽流入?yún)^(qū)333。透平軸309與蒸汽流入?yún)^(qū)333對(duì)應(yīng)地具有一個(gè)徑向?qū)ΨQ的軸屏蔽裝置363，一塊蓋板，它一方面將蒸汽流分成中壓透平段303的兩個(gè)流道，以及另一方面防止熱蒸汽與透平軸309直接接觸。透平軸309在中壓透平段303中有第二葉片區(qū)366，它包括中壓工作葉片354、342。流過(guò)第二葉片區(qū)366的熱蒸汽從中壓透平段303流出排流接管369，流向按流動(dòng)技術(shù)連接在下游的圖中沒(méi)有表示的低壓透平段。
透平軸309由兩根分透平軸309a和309b組成，它們?cè)谳S承318的區(qū)域內(nèi)互相固定連接。
圖18舉例表示燃?xì)廨啓C(jī)100的縱剖面。燃?xì)廨啓C(jī)100在內(nèi)部有一個(gè)繞旋轉(zhuǎn)軸線102旋轉(zhuǎn)地支承的轉(zhuǎn)子103，它也稱為透平轉(zhuǎn)子。沿轉(zhuǎn)子103彼此相繼地有進(jìn)氣機(jī)匣104、壓氣機(jī)105、例如花托狀有多個(gè)同軸排列的燃燒器107的燃燒室110，尤其環(huán)形燃燒室106、透平108和排氣機(jī)匣109。環(huán)形燃燒室106與一個(gè)例如環(huán)形的熱燃?xì)馔ǖ?11連通。在那里例如四個(gè)串聯(lián)的透平級(jí)112構(gòu)成透平108。每個(gè)透平級(jí)112由兩個(gè)葉片圈構(gòu)成。沿工質(zhì)113的流向看，在熱燃?xì)馔ǖ?11內(nèi)隨導(dǎo)向葉片圈115之后的是一個(gè)由工作葉片120組成的葉片圈125。
在這里，導(dǎo)向葉片130固定在定子143的內(nèi)機(jī)匣138上，反之，葉片圈125的工作葉片120例如借助透平盤(pán)133裝在轉(zhuǎn)子103上。在轉(zhuǎn)子103上連接發(fā)電機(jī)或作功機(jī)械(圖中未表示)。
在燃?xì)廨啓C(jī)100運(yùn)行期間，由壓氣機(jī)105通過(guò)進(jìn)氣機(jī)匣104吸入空氣并將其壓縮。壓氣機(jī)105在透平一側(cè)的端部制備好的壓縮空氣被送往燃燒器107，并在那里與燃料混合。然后此混合物為了形成工質(zhì)113在燃燒室110內(nèi)燃燒。工質(zhì)113從那里流出，沿?zé)崛細(xì)馔ㄍ?11經(jīng)過(guò)導(dǎo)向葉片130和工作葉片120。工質(zhì)113在工作葉片120處傳遞沖量地膨脹作功，因此工作葉片120推動(dòng)轉(zhuǎn)子103，以及轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)與它連接的作功機(jī)械。
遭遇熱工質(zhì)113的構(gòu)件在燃?xì)廨啓C(jī)100運(yùn)行期間承受熱負(fù)荷。除了作為環(huán)形燃燒室106內(nèi)襯的熱屏片外，沿工質(zhì)113流向看第一透平級(jí)112的導(dǎo)向葉片130和工作葉片120承受的熱負(fù)荷最大。為了承受住那里存在的溫度，它們借助冷卻劑冷卻。這些底物同樣可以有一種定向結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，它們是單晶體(SX結(jié)構(gòu))或只有縱向晶粒(DS結(jié)構(gòu))。作為材料使用鐵基、鎳基或鈷基的超級(jí)高溫合金。例如使用如由EP1204776、EP1306454、EP1319729、WO99/67435或WO00/44949已知的那些超級(jí)高溫合金；這些文件是本本申請(qǐng)公開(kāi)內(nèi)容的一部分。
葉片120、130同樣可以有防腐鍍層(MCrAlX；其中M是元素組鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中至少一種元索，以及X代表釔(Y)和/或代表至少一種稀土元素)以及通過(guò)隔熱層防熱。隔熱層例如由ZrO2、Y2O4-ZrO2組成，也就是說(shuō)，通過(guò)氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂，它是不穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定的。采用恰當(dāng)?shù)腻儗庸に?，例如電子束噴霧(EB-PVD)，在隔熱層內(nèi)生成條狀晶粒。
導(dǎo)向葉片130有一個(gè)面朝透平108內(nèi)機(jī)匣138的導(dǎo)向葉片葉根(圖中未表示)和一個(gè)與導(dǎo)向葉片葉根對(duì)置的導(dǎo)向葉片葉尖。導(dǎo)向葉片葉尖面朝轉(zhuǎn)子103并固定在定子143的固定環(huán)140上。
圖19用透視圖表示葉片120、130，它沿縱軸線121延伸。
葉片120可以是渦輪機(jī)的工作葉片120或?qū)蛉~片130。渦輪機(jī)可以是飛機(jī)或電站的燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)或壓縮機(jī)。
葉片120、130沿縱軸線121彼此相繼地有固定區(qū)400、與之鄰接的葉片平臺(tái)403以及葉身406。作為導(dǎo)向葉片130，葉片在其葉片頂端415可以有另一個(gè)平臺(tái)(圖中沒(méi)有表示)。
在固定區(qū)400內(nèi)構(gòu)成葉片的葉根183，它用于將工作葉片120、130固定在軸或盤(pán)上(圖中沒(méi)有表示)。葉片葉根183例如設(shè)計(jì)為錘頭狀。也可以是其他的構(gòu)型，例如設(shè)計(jì)為樅樹(shù)形或燕尾形葉根。葉片120、130有用于在葉身406上流過(guò)的介質(zhì)的流入棱邊409和流出棱邊412。
在傳統(tǒng)的葉片120、130中，工作葉片120、130的所有的區(qū)域400、403、406例如均使用實(shí)心的金屬材料。
在這里葉片120、130可以通過(guò)借助定向凝固的鑄造法、鍛造法、銑削法或這些方法的組合制成。
有單晶結(jié)構(gòu)的工件用作一些機(jī)器的構(gòu)件，這些機(jī)器在運(yùn)行時(shí)遭受高的機(jī)械、熱和/或化學(xué)負(fù)荷。這種單晶工件的制造例如通過(guò)熔體的定向凝固完成。在這里涉及鑄造法，按照此方法液態(tài)的金屬合金定向凝固為單晶結(jié)構(gòu)，亦即單晶工件。其中樹(shù)枝狀晶體沿?zé)崃鞫ㄏ?，以及，或?gòu)成一種條狀晶體結(jié)構(gòu)(柱狀的，亦即沿工件的全長(zhǎng)延伸的晶粒，以及在這里按一般的習(xí)慣用語(yǔ)稱為定向凝固的晶粒)，或構(gòu)成一種單晶結(jié)構(gòu)，亦即整個(gè)工件由單一晶體組成。在此方法中必須避免轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?多晶的)凝固，因?yàn)橥ㄟ^(guò)不定向生長(zhǎng)必然構(gòu)成橫向和縱向的晶界，這樣的晶界使定向凝固或單晶構(gòu)件的良好特性消失。
若籠統(tǒng)地談?wù)摱ㄏ蚰探M織，則既指沒(méi)有晶界或最多有小角度晶界的單晶體，也指條狀晶體結(jié)構(gòu)，它們雖然有縱向延伸的晶界，但沒(méi)有橫向晶界。對(duì)于上述第二種晶體結(jié)構(gòu)人們還稱其為定向凝固組織(directionally solidified structures)。
由US-PS6024792和EP0892090A1已知這些方法。
再加工(整修)的意思是，構(gòu)件120、130在它們投入使用后必要時(shí)必須除去防護(hù)層(例如通過(guò)噴砂處理)。然后進(jìn)行腐蝕和/或氧化層亦即腐蝕和/或氧化產(chǎn)物的去除。必要時(shí)也還應(yīng)修理構(gòu)件120、130中的裂紋。在這之后進(jìn)行構(gòu)件120、130的再加工和重新使用構(gòu)件120、130。
葉片120、130可以設(shè)計(jì)為空心或?qū)嵭?。若葉片120、130應(yīng)冷卻，則它們是空心的和必要時(shí)還有氣膜冷卻孔(圖中未表示)。為了防腐，葉片120、130例如相應(yīng)地大多有金屬鍍層，以及為了防熱大多還有陶瓷涂層。
圖20表示燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室110。此燃燒室110例如設(shè)計(jì)為所謂的環(huán)形燃燒室，其中多個(gè)沿周向繞透平軸103排列的燃燒器102匯入到一個(gè)公共的燃燒室腔內(nèi)。為此，燃燒室110總體上設(shè)計(jì)為圍繞著透平軸103定位的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)到比較高的效率，燃燒室110針對(duì)工質(zhì)M比較高的約1000℃至1600℃溫度設(shè)計(jì)。為了即使在這種對(duì)于材料不利的運(yùn)行參數(shù)下仍能有比較長(zhǎng)的工作壽命，燃燒室壁153在其面朝工質(zhì)M那一側(cè)設(shè)置一種由熱屏元件155構(gòu)成的內(nèi)襯。每個(gè)熱屏元件155在工質(zhì)側(cè)設(shè)計(jì)有一種特別耐熱的保護(hù)層，或用耐高溫的材料制成。此外，由于燃燒室110內(nèi)部的高溫，為熱屏元件155或?yàn)槠涔潭O(shè)有冷卻系統(tǒng)。
燃燒室壁及其鍍層的材料可以類似于透平葉片。
燃燒室110尤其設(shè)計(jì)用于檢測(cè)熱屏元件155的缺失。為此，在燃燒室壁153與熱屏元件155之間安裝一些溫度傳感器158。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)構(gòu)件(1)、尤其是分層系統(tǒng)(1)的微結(jié)構(gòu)變化的方法，通過(guò)至少兩次，尤其更多次測(cè)量所述構(gòu)件(1)的至少一種材料參數(shù)，其中，采用一種測(cè)量方法確定一種從參數(shù)組電容、熱導(dǎo)率、單位熱容量、珀?duì)柼禂?shù)、磁導(dǎo)率、鐵電現(xiàn)象、熱電現(xiàn)象、超聲波或機(jī)械壓頭試驗(yàn)中選出的材料參數(shù)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，在一個(gè)新制的構(gòu)件(1)上實(shí)施至少一種材料參數(shù)的首次測(cè)量。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為，在所述構(gòu)件第一次投入工作前實(shí)施首次測(cè)量。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征為，在首次測(cè)量后相隔一段時(shí)間或在笫一次投入使用期間，進(jìn)行至少第二次測(cè)量。
5.按照權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其特征為，此方法包含一種無(wú)損測(cè)量法。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，此方法通過(guò)一種分層系統(tǒng)(1)實(shí)施，該分層系統(tǒng)(1)由底物(4)和至少一個(gè)層(7、10)組成。
7.按照權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征為，此方法通過(guò)一種分層系統(tǒng)(1)實(shí)施，該分層系統(tǒng)(1)由底物(4)、至少一個(gè)第一層(7)和一個(gè)外層(10)組成。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征為，借助本方法檢查所述構(gòu)件(1)的底物(4)和/或?qū)?7、10)內(nèi)微結(jié)構(gòu)的變化，這些變化通過(guò)在底物(4)和/或至少一層(7、10)的材料內(nèi)離析的改變引起。
9.按照權(quán)利要求6至8中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征為，借助本方法檢查所述構(gòu)件(1)的底物(4)和/或?qū)?7、10)內(nèi)微結(jié)構(gòu)的變化，這些變化通過(guò)在底物(4)和/或至少一層(7、10)內(nèi)的裂紋引起。
10.按照權(quán)利要求6至9中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征為，所述底物(4)和/或?qū)?7、10)是一種合金；以及，借助本方法檢查所述底物(4)和/或?qū)?7、10)的微結(jié)構(gòu)變化，這些變化通過(guò)至少一種合金元素的貧化引起。
11.按照權(quán)利要求6至10中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征為，借助本方法檢查所述底物(4)和/或至少一層(7、10)、尤其多孔陶瓷層(10)的微結(jié)構(gòu)變化，這些變化通過(guò)多孔底物(4)和/或?qū)?7、10)的燒結(jié)引起。
12.按照權(quán)利要求6至11中一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征為，借助本方法檢查所述底物(4)和/或至少一層(7、10)的微結(jié)構(gòu)變化，這些變化通過(guò)底物(4)和/或至少一層(7、10)的材料的相變引起。
13.按照權(quán)利要求1至12所述的方法，其特征為，熱導(dǎo)率(λ)通過(guò)激光閃爍法或通過(guò)熱波分析確定。
14.按照權(quán)利要求1至12所述的方法，其特征為，在所述底物(4)上存在層(7、10)時(shí)確定該底物(4)的材料參數(shù)。
15.按照權(quán)利要求1至13所述的方法，其特征為，共同確定所述底物(4)和層(7、10)的材料參數(shù)。
16.按照權(quán)利要求1、6、7或10所述的方法，其特征為，此方法通過(guò)一種由鐵基、鈷基或鎳基的超級(jí)高溫合金組成的底物(4)實(shí)施。
17.按照權(quán)利要求1、6、7、10或12所述的方法，其特征為，此方法通過(guò)分層系統(tǒng)(1)實(shí)施，其中，層(7)具有MCrAlX層的組分，其中M代表元素組鐵、鈷或鎳中至少一種元素，以及X代表釔、硅和/或至少一種稀土元素。
18.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，此方法通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)(100)或汽輪機(jī)(300、303)的構(gòu)件(1)、尤其透平葉片(120、130、354、357)或燃燒室(110)的襯墊實(shí)施。
19.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，在線地進(jìn)行所述材料參數(shù)的測(cè)量。
20.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為，從所述材料參數(shù)的一個(gè)規(guī)定的百分?jǐn)?shù)變化起確定一個(gè)時(shí)刻，從此時(shí)刻開(kāi)始必須檢驗(yàn)、重新加工或整體更換所述構(gòu)件(1)。
21.按照權(quán)利要求1或18所述的方法，其特征為，所述構(gòu)件(1、120、130)是設(shè)備(100、300、303)的構(gòu)件；以及，在所述構(gòu)件(1、120、130)安裝在設(shè)備(100、300、303)內(nèi)的期間測(cè)量所述材料參數(shù)。
全文摘要
構(gòu)件(4)、尤其分層系統(tǒng)，在承受熱的 和/或機(jī)械的過(guò)負(fù)荷時(shí)其微結(jié)構(gòu)遭遇退化。迄今的測(cè)量方法，通過(guò)從分層系統(tǒng)切下一些部分并檢驗(yàn)其微結(jié)構(gòu)，所以是有損傷的。按照本發(fā)明的方法，借助于按時(shí)間間隔重復(fù)實(shí)施的獨(dú)特而簡(jiǎn)單的無(wú)損測(cè)量來(lái)確定退化。例如利用一種機(jī)械方式的壓頭試驗(yàn)(F)。
文檔編號(hào)F01D21/00GK1930460SQ200580008047
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者邁克爾·丹克特, 馬丁·費(fèi)爾德赫格, 斯蒂芬·艾爾米施, 馬賽厄斯·奧克斯納, ?？ㄌ亍な媛? 沃納·斯坦姆 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司