專利名稱：渦輪機(jī)翼面和用于熱障涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠用在燃?xì)鉁u輪機(jī)風(fēng)標(biāo)(或稱導(dǎo)流片)或葉片中的渦輪機(jī)翼面。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于渦輪機(jī)翼面的熱障涂層的方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)鉁u輪機(jī)的翼面典型地由基于鎳或鈷的超耐熱合金制成，該超耐熱合金顯示出對存在于燃?xì)鉁u輪機(jī)中的熱的、腐蝕性的燃燒氣體具有較高的抵抗力。然而，盡管這類超耐熱合金具有相當(dāng)高的耐腐蝕性和耐氧化性，但燃?xì)鉁u輪機(jī)中燃燒氣體的高溫需要采取措施來進(jìn)一步改進(jìn)耐腐蝕性和/或耐氧化性。因此，燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片和風(fēng)標(biāo)的翼面典型地至少部分地涂覆有熱障涂層系統(tǒng)，以延長對熱和腐蝕性環(huán)境的抵抗力。另外，翼面主體典型地是中空的，以便允許冷卻流體(典型地是來自壓縮機(jī)的放氣)流動通過翼面。存在于翼面主體的壁中的冷卻孔允許一定量的冷卻空氣離開內(nèi)部通路，以便在翼面表面上形成冷卻膜，這進(jìn)一步保護(hù)了超耐熱合金材料和施加于其上的涂層免受熱和腐蝕性環(huán)境的影響。特別地，冷卻孔存在于翼面的尾緣，例如，入US 6，077，036、US 6，126，400、US 2009/0194356A1和WO 98/10174 中所示。尾緣損失是渦輪機(jī)械葉片裝置的總損失的主要部分。特別地，厚的尾緣產(chǎn)生更高損失。為此，已研發(fā)出在尾緣處具有削減設(shè)計的冷卻翼面。此設(shè)計通過將翼面的壓力側(cè)上的材料從尾緣朝向前緣切除幾毫米而實現(xiàn)。此措施提供了非常薄的尾緣，這對葉片裝置效率提供了較大改進(jìn)。具有削減設(shè)計和熱障涂層的翼面，例如，被公開在WO 98/10174A1中。然而，對效率的有益影響只有在尾緣的厚度相當(dāng)小時才能實現(xiàn)。另一方面，對于具有熱障涂層的葉片，鑄造的翼面主體壁和所施加的熱障涂層系統(tǒng)的組合厚度超過設(shè)計的最佳厚度。另夕卜，由于氣體的流動速度在翼面的尾緣處最高，因而施加到尾緣的熱障涂層容易受到高度腐蝕。已知，對翼面選擇性地提供熱障涂層系統(tǒng)，特別是使得翼面的尾緣和翼面的相鄰區(qū)域保持未被涂覆。選擇性的涂層例如描述在US 6，126，400、US 6，077，036中，關(guān)于涂覆方法描述在US 2009/0104356A1中描述。然而，在US 6，077，036中，翼面的壓力側(cè)完全未涂覆，這意味著，不存在鑄造翼面主體和施加于其上的涂層的較高組合厚度缺點的區(qū)域也未被保護(hù)以免受到溫度和熱的燃燒氣體的影響。WO 2008/043340 Al和US 2010/0014962 Al描述了具有熱障涂層的渦輪機(jī)翼面，
熱障涂層的厚度在翼面表面上變化。從流動入口邊緣開始，壓力側(cè)上的熱障涂層的層厚沿著流動出口邊緣的方向連續(xù)減小，其中優(yōu)選地，沒有熱障涂層被涂覆到與流動出口邊緣直接相鄰的壓力側(cè)，使得在壓力側(cè)的一部分(其通常被提供有冷卻空氣出口)中，熱障涂層的層厚近似為零。壓力側(cè)的靠近削減部的部分或者壓力側(cè)與吸力側(cè)之間的氣隙仍未被涂覆。在US 6，126,400中，當(dāng)從前緣朝向尾緣觀察時，熱障涂層僅覆蓋大約一半的翼面。
在WO 99/48837中，提供了一種用于使燃?xì)鉁u輪機(jī)的部件(由陶瓷基體復(fù)合材料制成)絕緣的陶瓷復(fù)合材料。EP I 544 414 Al公開了一種艙內(nèi)冷卻噴嘴對，其中中空風(fēng)標(biāo)對被整體地結(jié)合在渦輪機(jī)噴嘴的兩個帶箍之間。風(fēng)標(biāo)包括成排的尾緣出口。在US 4，121，894中，公開了一種重修復(fù)的渦輪機(jī)風(fēng)標(biāo)或葉片。該重修復(fù)的渦輪機(jī)風(fēng)標(biāo)或葉片包括覆蓋金屬，該覆蓋金屬已通過等離子體噴涂工藝被添加到風(fēng)標(biāo)表面，且隨后被再拋光，以符合對新風(fēng)標(biāo)規(guī)定的原始輪廓。覆蓋金屬能夠被施加成累積高達(dá)千分之30至千分之40英寸的厚度，并且隨著該覆蓋層接近風(fēng)標(biāo)的尾緣而被邊沿刨薄。這意味著，尾緣周圍的區(qū)域沒有被覆蓋金屬覆蓋。翼面的尾緣由于會發(fā)生相當(dāng)大的空氣動力學(xué)損失，因而需要盡可能薄。在冷卻的風(fēng)標(biāo)上，尾緣的目標(biāo)厚度必須包括兩個鑄造壁厚、一氣隙和兩個熱障涂層厚。由于存在最小的鑄造厚度，因而所有厚度的總和超過了總目標(biāo)。以前，類似的部分會被留出來不進(jìn)行涂覆，因而會承受更高的氧化。

發(fā)明內(nèi)容
相對于提到的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的第一個目的是要提供一種有利的翼面。第二個目的是要提供一種有利的渦輪機(jī)葉片或風(fēng)標(biāo)。本發(fā)明的第三個目的是要提供一種用于對渦輪機(jī)翼面進(jìn)行熱障涂覆的有利方法。第一個目的通過如權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)翼面而得以解決。第二個目的通過如權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)風(fēng)標(biāo)或葉片而得以解決。第二個目的通過如權(quán)利要求7所述的對渦輪機(jī)翼面進(jìn)行熱障涂覆的方法而得以解決。各從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)。本發(fā)明的渦輪機(jī)翼面包括翼面主體。所述翼面主體包括前緣、尾緣、削減部和外表面。所述外表面包括從所述前緣延伸到所述尾緣的吸力側(cè)。所述外表面進(jìn)一步包括壓力偵U。所述壓力側(cè)從所述前緣延伸到所述尾緣或延伸到尾端。如果在靠近所述尾緣處，所述壓力側(cè)與所述吸力側(cè)之間不存在削減部或氣隙，則所述尾端與所述尾緣相同。如果在所述壓力側(cè)與所述吸力側(cè)之間包括削減部或氣隙，則所述壓力側(cè)并不完全延伸到所述渦輪機(jī)翼面的尾緣。因此，在本發(fā)明的上下文中，所述壓力側(cè)的靠近所述尾緣的端部被稱為尾端。換言之，所述壓力側(cè)沿弦線方向(其從所述前緣指向所述尾緣)位于所述削減部或氣隙處的端部被稱為尾端。所述削減部可通過將所述翼面的壓力側(cè)上的材料從所述尾緣朝向所述前緣去除例如幾毫米而實現(xiàn)。這提供了非常薄的尾緣，其能夠?qū)θ~片裝置效率提供大的改進(jìn)。所述壓力側(cè)被定位成在所述翼面主體上與所述吸力側(cè)相對。在本發(fā)明的渦輪機(jī)翼面中，所述外表面的整個壓力側(cè)涂覆有熱障涂層。所述熱障涂層包括的厚度朝著所述尾端減小。例如，所述熱障涂層可朝著所述尾端逐漸減小。使用逐漸減小的熱障涂層可導(dǎo)致保持最小的鑄造厚度。同時能夠?qū)崿F(xiàn)總的厚度目標(biāo)。這具有如下優(yōu)點翼面的空氣動力學(xué)效率被保持，并且涂層更加可靠。優(yōu)選地，所述熱障涂層的厚度可朝著所述尾端連續(xù)地(例如線性地)減小。本發(fā)明的渦輪機(jī)翼面包括位于所述壓力側(cè)與所述吸力側(cè)之間的削減部或氣隙。所述削減部或氣隙能夠位于所述尾緣與所述尾端之間。而且，所述外表面的整個吸力側(cè)能夠涂覆有熱障涂層。渦輪機(jī)風(fēng)標(biāo)典型地包括位于兩個平臺之間的翼面或翼面部分。渦輪機(jī)葉片典型地包括被連接到至少一個平臺的翼面或翼面部分。風(fēng)標(biāo)或葉片可進(jìn)一步包括根部。該根部被典型地連接到平臺。本發(fā)明的渦輪機(jī)風(fēng)標(biāo)或渦輪機(jī)葉片包括如前所述的渦輪機(jī)翼面。本發(fā)明的渦輪機(jī)風(fēng)標(biāo)或渦輪機(jī)葉片與本發(fā)明的渦輪機(jī)翼面具有相同的優(yōu)點。本發(fā)明的用于對渦輪機(jī)翼面進(jìn)行熱障涂覆的方法與包括翼面主體的渦輪機(jī)翼面有關(guān)。所述翼面主體包括前緣、尾緣、削減部和外表面。所述外表面包括從所述前緣延伸到所述尾緣的吸力側(cè)。所述外表面進(jìn)一步包括從所述前緣延伸到尾端的壓力側(cè)。所述尾端被定義成如先前在針對本發(fā)明的渦輪機(jī)翼面的上下文中提及的那樣。所述壓力側(cè)在所述翼面主體上與所述吸力側(cè)相對。在本發(fā)明的方法中，所述外表面的從所述前緣延伸到所述尾端的整個壓力側(cè)涂覆有熱障涂層，使得涂層厚度朝著所述尾端減小。例如，所述涂層厚度可朝著所述尾緣或所述尾端減小。優(yōu)選地，所述涂層厚度能夠朝著所述尾緣或尾端逐漸減小。優(yōu)選地，所述熱障涂層的厚度可朝著所述尾端連續(xù)地(例如線性地)減小。通常，能夠利用本發(fā)明的方法來制造本發(fā)明的渦輪機(jī)翼面。本發(fā)明的方法與本發(fā)明的渦輪機(jī)翼面具有相同的優(yōu)點。根據(jù)下文結(jié)合附圖對實施例所作的描述，本發(fā)明進(jìn)一步的特征、性能和優(yōu)點將變得清楚。所有提到的特征單獨地或彼此的任何組合均是有利的。


圖1示意性地示出了燃?xì)鉁u輪機(jī)。圖2以剖視圖示意性地示出了渦輪機(jī)翼面。圖3以剖切透視圖示意性地示出了本發(fā)明渦輪機(jī)翼面的一部分。
具體實施例方式圖1示意性地示出了燃?xì)鉁u輪機(jī)5。燃?xì)鉁u輪機(jī)5包括旋轉(zhuǎn)軸線和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括軸107。沿著轉(zhuǎn)子定位有具有殼體的吸入部分109、壓縮機(jī)101、燃燒部分151、渦輪機(jī)105和具有殼體的排氣部分190。燃燒部分151與熱氣體流動通道連通，該熱氣體流動通道例如具有圓形橫截面。渦輪機(jī)105包括多個渦輪機(jī)級。每一個渦輪機(jī)級包括數(shù)圈渦輪機(jī)葉片。沿著熱氣體在熱氣體流動通道中的流動方向，一圈渦輪機(jī)導(dǎo)向風(fēng)標(biāo)117之后是一圈渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片115。渦輪機(jī)導(dǎo)向風(fēng)標(biāo)117被連接到定子的內(nèi)殼。渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片115被連接到轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子被連接到例如發(fā)電機(jī)。在燃?xì)鉁u輪機(jī)操作期間，空氣通過壓縮機(jī)101被吸入和壓縮。壓縮空氣通往燃燒部分151并與燃料混合?？諝夂腿剂系幕旌衔锶缓蟊蝗紵?。得到的熱的燃燒氣體通過熱氣體流動通道流到渦輪機(jī)導(dǎo)向風(fēng)標(biāo)117和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片115，并且致動該轉(zhuǎn)子。穿過翼面117的翼面主體10的弦向橫截面被示意性地示于圖2中。圖2所示的空氣動力學(xué)輪廓包括吸力側(cè)13和壓力側(cè)15。翼面117進(jìn)一步包括前緣9和尾緣11。從前緣9延伸到尾緣11的點劃線示出了該輪廓的弦線2。弦線方向3從前緣9朝著尾緣11前進(jìn)。圖3以剖切透視圖示意性地示出了本發(fā)明渦輪機(jī)翼面的一部分。削減部或氣隙14位于翼面主體10的壓力側(cè)15與吸力側(cè)13之間。吸力側(cè)13從前緣9延伸到尾緣11。壓力側(cè)15從前緣9延伸到尾端12。尾端12限定了壓力側(cè)15沿弦線方向3的端部。吸力側(cè)13和壓力側(cè)15涂覆有熱障涂層20。在壓力側(cè)15上，熱障涂層20包括具有恒定厚度的部分21和具有遞減涂層厚度的部分22。具有遞減涂層厚度的部分22從具有恒定涂層厚度的部分21延伸到尾端12。具有遞減涂層厚度的部分22中的涂層厚度朝著尾端12減小至最小涂層厚度。渦輪機(jī)翼面在尾端12處的厚度由附圖標(biāo)記16標(biāo)示。熱障涂層20朝向尾端12的遞減厚度具有的優(yōu)點在于，壓力側(cè)15的靠近尾端12的部分涂覆有熱障涂層，同時能夠?qū)崿F(xiàn)最小尾緣厚度16。這意味著，壓力側(cè)15的靠近尾端12的部分一定沒有被留出來未進(jìn)行涂覆，以便實現(xiàn)了翼面的最佳空氣動力學(xué)特性。圖3所示的翼面I例如可以是燃?xì)鉁u輪機(jī)5的渦輪機(jī)風(fēng)標(biāo)117或渦輪機(jī)葉片115。具有遞減涂層厚度的部分22中的熱障涂層的厚度可朝著尾端12有利地連續(xù)(例如線性地)減小。
權(quán)利要求
1.一種包括翼面主體(10)的渦輪機(jī)翼面(1)，該翼面主體(10)包括前緣(9);尾緣(11)；削減部(14);外表面,所述外表面包括從所述前緣(9)延伸到所述尾緣(11)的吸力側(cè)(13)以及從所述前緣(9)延伸到尾端(12)的壓力側(cè)(15)，所述壓力側(cè)(15)被定位成在所述翼面主體(10)上與所述吸力側(cè)(13)相對， 其特征在于， 所述外表面的整個壓力側(cè)(15)涂覆有熱障涂層(20)，其厚度(22)朝向所述尾端(12)減小。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)翼面(I)，其特征在于， 所述熱障涂層(20)朝向所述尾端(12)逐漸減小。
3.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪機(jī)翼面(I)，其特征在于， 所述熱障涂層(20)的所述厚度朝著所述尾端(12)線性地減小。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的渦輪機(jī)翼面(I)，其特征在于， 所述削減部(14)位于所述尾緣(9)與所述尾端(12)之間。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的渦輪機(jī)翼面(I)，其特征在于， 所述外表面的整個吸力側(cè)(15)涂覆有熱障涂層(20)。
6.一種渦輪機(jī)風(fēng)標(biāo)(117)或葉片(115)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的渦輪機(jī)翼面(I)。
7.一種用于對渦輪機(jī)翼面(I)進(jìn)行熱障涂覆的方法，所述渦輪機(jī)翼面(I)包括翼面主體(10),所述翼面主體(10)包括前緣(9);尾緣(11);削減部(14);外表面,所述外表面包括從所述前緣(9)延伸到所述尾緣(11)的吸力側(cè)(13)和從所述前緣(9)延伸到尾端(12)的壓力側(cè)(15)，所述壓力側(cè)(15)被定位成在所述翼面主體(10)上與所述吸力側(cè)(13)相對， 其特征在于， 利用熱障涂層(20)來涂覆所述外表面的從所述前緣(9)延伸到所述尾端(12)的整個壓力側(cè)(15)，使得涂層厚度朝著所述尾端(12)減小。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， 使所述涂層厚度朝著所述尾端(12)逐漸減小。
9.如權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于， 使所述熱障涂層(20 )的厚度(22 )朝著所述尾端(12 )線性地減小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括翼面主體(10)的渦輪機(jī)翼面(1)。所述翼面(1)包括前緣(9)、尾緣(11)、削減部(14)、外表面，所述外表面包括從所述前緣(9)延伸到所述尾緣(11)的吸力側(cè)(13)和從所述前緣(9)延伸到尾端(12)的壓力側(cè)(15)。所述壓力側(cè)(15)被定位成在所述翼面主體(10)上與所述吸力側(cè)(13)相對。所述外表面的整個壓力側(cè)(15)涂覆有熱障涂層(20)，其厚度(22)朝著所述尾端(12)減小。
文檔編號F01D5/28GK103026003SQ201180038496
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者S.巴特, S.查爾頓 申請人:西門子公司