專利名稱：用于調(diào)節(jié)在主動(dòng)冷卻的構(gòu)件內(nèi)的冷卻劑消耗的方法和構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于調(diào)節(jié)在主動(dòng)冷卻的構(gòu)件內(nèi)的冷卻劑消耗的方法和構(gòu)件。
背景技術(shù)：
在高溫中使用的構(gòu)件，例如在燃?xì)廨啓C(jī)中的渦輪葉片，具有主動(dòng)冷卻器，其中冷卻劑被引入到內(nèi)部中并且通過冷卻劑通道流經(jīng)渦輪葉片，并且必要時(shí)從薄膜冷卻孔中流出。在此重要的是，不過強(qiáng)地冷卻渦輪葉片，因?yàn)橛纱舜蟠筇岣吡死鋮s劑消耗，這會(huì)降低渦輪的效率，因?yàn)槔鋮s空氣主要取自壓縮機(jī)。因此重要的是，通過最佳地調(diào)節(jié)通流率來調(diào)節(jié)冷卻劑消耗。

發(fā)明內(nèi)容
通過ー種用于調(diào)節(jié)在空心構(gòu)件內(nèi)的介質(zhì)的流量的方法，所述構(gòu)件在內(nèi)部具有至少一個(gè)帶有不同的區(qū)域的通道，所述區(qū)域具有不同的流動(dòng)橫截面，其中，在帶有較小的流動(dòng)橫截面的所述區(qū)域中，通過第一擴(kuò)散覆層過程來調(diào)節(jié)較大的壁增厚，并且在帶有較大的流動(dòng)橫截面的區(qū)域中，尤其通過不同于所述第一擴(kuò)散覆層過程的第二擴(kuò)散覆層過程來調(diào)節(jié)較小的壁增厚，以及ー種空心構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)該目的，所述空心構(gòu)件尤其根據(jù)上述方法制造，所述空心構(gòu)件在內(nèi)部覆鋁并且在所述內(nèi)部中具有帶有不同的覆鋁的層厚度的區(qū)域。在下文中列出了其他有利措施，這些有利措施可以任意彼此組合，以實(shí)現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)。


附圖示出圖1、2、3示出了本發(fā)明的示意圖；圖4示出了渦輪葉片；圖5示出了燃?xì)廨啓C(jī)；圖6不出了超合金列表。附圖和描述僅代表本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在圖I中示意地示出空心構(gòu)件I的內(nèi)部通道10的至少一部分。通道10尤其是冷卻通道10，并且劃分成不同的區(qū)域，在此優(yōu)選劃分成兩個(gè)區(qū)域4和7，所述兩個(gè)區(qū)域初始在入口 9處具有比在出口 11處更大的橫截面。相應(yīng)地，存在帶有不同流動(dòng)橫截面的區(qū)域4、7。區(qū)域4、7不必須位于入口 9或出口 11處。在渦輪葉片中，入口 9優(yōu)選位于根部400(圖4)的區(qū)域中并且出11優(yōu)選位于流出棱邊412(圖4)的區(qū)域中。構(gòu)件1、120、130可以具有多個(gè)冷卻通道或者具有兩個(gè)以上的區(qū)域。本發(fā)明提出，不同的區(qū)域4、7設(shè)有擴(kuò)散覆層，這導(dǎo)致冷卻通道10的在不同區(qū)域4、7上的貫通孔增厚，進(jìn)而導(dǎo)致冷卻通道10的在不同區(qū)域4、7上的貫通孔變窄。對(duì)此，圖2示出了第一方法。在此，通過第一擴(kuò)散覆層過程借助第一覆層材料16僅在帶有較小橫截面的第一區(qū)域7中產(chǎn)生擴(kuò)散覆層22，所述擴(kuò)散覆層導(dǎo)致壁增厚(+T)。在第二步驟中，在第一區(qū)域7和第二區(qū)域4中施加另ー覆層材料13，以便同樣在區(qū)域4中產(chǎn)生擴(kuò)散覆層，所述第二步驟導(dǎo)致在第二區(qū)域4中的第二擴(kuò)散覆層19。尤其由于基于另ー覆層材料16的另ー覆層過程而在帶有較小橫截面的區(qū)域7中形成比在第一擴(kuò)散覆層過程中更大的壁增厚。由此，也還改變層區(qū)域22并且形成更厚的層區(qū)域22’。材料16可以相當(dāng)于或不同于第二覆層過程的材料13。擴(kuò)散覆層19和22’優(yōu)選形成連續(xù)的擴(kuò)散覆層25。對(duì)于區(qū)域4、7，這優(yōu)選是滲鋁過程，所述滲鋁過程對(duì)于帶有較大橫截面的區(qū)域4優(yōu)選使用NiAl用于擴(kuò)散覆層過程和/或?qū)τ趲в休^小橫截面的區(qū)域7使用Ni2Al3用于擴(kuò)散覆層，其中Ni2Al3的活化溫度較低。 如在圖3中示出，也可以同時(shí)應(yīng)用這兩個(gè)覆層過程。覆層材料16存在于帶有較小橫截面的區(qū)域7中。覆層材料13存在于帶有較大橫截面的區(qū)域4中。優(yōu)選的是，材料13還存在于材料16之上。在此，優(yōu)選首先將溫度提高到用于第一擴(kuò)散覆層過程的溫度，并且然后直接提高到第二擴(kuò)散覆層過程的溫度。擴(kuò)散覆層19和22優(yōu)選形成連續(xù)的擴(kuò)散覆層25。優(yōu)選將渦輪葉片120、130的整個(gè)內(nèi)部區(qū)域覆層，尤其是覆鋁。圖5以局部縱剖面圖舉例地示出燃?xì)廨啓C(jī)100。燃?xì)廨啓C(jī)100在內(nèi)部具有帶有軸的、可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝的轉(zhuǎn)子103，該轉(zhuǎn)子也稱為渦輪機(jī)電樞。沿著轉(zhuǎn)子103依次為進(jìn)氣殼體104、壓縮機(jī)105、帶有多個(gè)同軸設(shè)置的燃燒器107的尤其為環(huán)形燃燒室的例如環(huán)面狀的燃燒室110、渦輪機(jī)108和排氣殼體109。環(huán)形燃燒室110與例如環(huán)型的熱氣體通道111連通。在環(huán)型的熱氣體通道111中例如四個(gè)相繼連接的渦輪級(jí)112形成渦輪機(jī)108。每個(gè)渦輪級(jí)112例如由兩個(gè)葉片環(huán)形成。沿エ質(zhì)113的流動(dòng)方向觀察，在熱氣體通道111中，由轉(zhuǎn)子葉片120形成的排125跟隨導(dǎo)向葉片排115。在此，導(dǎo)向葉片130固定在定子143的內(nèi)殼體138上，而該排125的轉(zhuǎn)子葉片120例如借助渦輪盤133安裝在轉(zhuǎn)子103上。發(fā)電機(jī)或者做功機(jī)械(未示出)耦接于轉(zhuǎn)子103。在燃?xì)廨啓C(jī)100工作期間，壓縮機(jī)105通過進(jìn)氣殼體104將空氣135吸入并且壓縮。在壓縮機(jī)105的渦輪側(cè)端部處提供的壓縮空氣被引至燃燒器107并且在那里與燃料混合。接著混合物在燃燒室110中燃燒，從而形成エ質(zhì)113。エ質(zhì)113從那里起沿著熱氣體通道111流過導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120。エ質(zhì)113在轉(zhuǎn)子葉片120處以傳遞動(dòng)量的方式膨脹，使得轉(zhuǎn)子葉片120驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子103而該轉(zhuǎn)子又驅(qū)動(dòng)耦接在其上的做功機(jī)械。暴露于熱エ質(zhì)113的構(gòu)件在燃?xì)廨啓C(jī)100工作期間承受熱負(fù)荷。除了內(nèi)襯于環(huán)形燃燒室Iio的熱屏蔽元件之外，沿エ質(zhì)113的流動(dòng)方向觀察的第一渦輪機(jī)級(jí)112的導(dǎo)向葉片130和轉(zhuǎn)子葉片120承受最高的熱負(fù)荷。為了經(jīng)受住那里存在的溫度，第一渦輪機(jī)級(jí)的導(dǎo)向葉片和轉(zhuǎn)子葉片可借助冷卻劑來冷卻。同樣，構(gòu)件的基質(zhì)可以具有定向結(jié)構(gòu)，這就是說它們是單晶的(SX結(jié)構(gòu))或僅具有縱向定向的晶粒(DS結(jié)構(gòu))。例如，鐵基、鎮(zhèn)基或鉆基超 合金用作構(gòu)件的材料，特別是用作渦輪葉片120、130和燃燒室110的構(gòu)件的材料。例如由EP I 204 776 BUEP I 306 454、EP I 319 729 AUffO 99/67435 或 WO 00/44949 公知這樣的超合金。導(dǎo)向葉片130具有朝向渦輪機(jī)108的內(nèi)殼體138的導(dǎo)向葉片根部(這里未示出)，以及與導(dǎo)向葉片根部相對(duì)置的導(dǎo)向葉片頭部。導(dǎo)向葉片頭部朝向轉(zhuǎn)子103并固定在定子143的固定環(huán)140處。圖4在立體圖中示出流體機(jī)械的沿著縱軸線121延伸的轉(zhuǎn)子葉片120或?qū)蛉~片130。所述流體機(jī)械可以是飛機(jī)的或用于發(fā)電的發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)或壓縮機(jī)。葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有固定區(qū)域400·、鄰接于固定區(qū)域的葉片平臺(tái)403以及葉身406和葉片梢部415。作為導(dǎo)向葉片130，葉片130可以在其葉片梢部415處具有另一平臺(tái)(未示出)。在固定區(qū)域400中形成有用于將轉(zhuǎn)子葉片120、130固定在軸或盤上的葉片根部183(未示出)。葉片根部183例如構(gòu)成為錘頭。作為揪樹形根部或燕尾形根部的其他構(gòu)形是可行的。葉片120、130對(duì)于流過葉身406的介質(zhì)具有迎流棱邊409和流出棱邊412。在傳統(tǒng)葉片120、130中，葉片120、130的所有區(qū)域400、403、406中使用例如實(shí)心的金屬材料、尤其是超合金。例如由EP I 204 776 BI、EP I 306 454、EP I 319 729 Al、WO 99/67435或WO 00/44949公知這樣的超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過鑄造法，也可以借助定向凝固、通過鍛造法、通過銑削法或其組合來制造。 將帶有一個(gè)單晶結(jié)構(gòu)或多個(gè)單晶結(jié)構(gòu)的エ件用作用于在運(yùn)行中承受高的機(jī)械的、熱的和/或化學(xué)的負(fù)荷的機(jī)器的構(gòu)件。這種單晶エ件的制造例如通過由熔融物的定向凝固來進(jìn)行。在此，這涉及一種澆注法，其中液態(tài)金屬合金凝固為單晶構(gòu)造物、即單晶エ件，或者定向凝固。在這種情況下，枝狀晶體沿?zé)崃鞫ㄏ?，并且形成柱狀晶體的晶粒結(jié)構(gòu)(柱狀地，這就是說在エ件的整個(gè)長度上分布的晶粒，并且在此根據(jù)一般的語言習(xí)慣稱為定向凝固)，或者形成單晶結(jié)構(gòu)，這就是說整個(gè)エ件由唯一的晶體構(gòu)成。在這些方法中，必須避免過渡成球形(多晶的)凝固，因?yàn)橥ㄟ^非定向的生長不可避免地構(gòu)成橫向和縱向晶界，所述橫向和縱向晶界使定向凝固的或單晶的構(gòu)件的良好特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固組織，則是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的單晶和確實(shí)具有沿縱向方向分布的晶界但不具有橫向晶界的柱狀晶體結(jié)構(gòu)。第二種所提到的晶體結(jié)構(gòu)也稱為定向凝固組織。由US-PS6，024，792和EP O 892 090 Al公知這樣的方法。葉片120、130同樣可以具有抗腐蝕或抗氧化的覆層，例如(MCrAlX ；M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少ー種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅和/或至少ー種稀土元素，或鉿(Hf))?？捎?EP O 486 489 BI、EP O 786 017 BI、EP O 412 397 BI 或 EPI 306454 Al公知這樣的合金。密度優(yōu)選地是理論密度的95%。在MCrAlX層上形成保護(hù)性氧化招層(TGO = thermal grown oxide layer (熱生長氧化層))(作為中間層或最外層)。優(yōu)選地，層成分具有Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y_0.7Si 或Co-28Ni-24Cr-10Al-0. 6Y。除這些鈷基保護(hù)覆層タト，也優(yōu)選地使用鎳基保護(hù)層，例如 Ni-10Cr-12Al-0. 6Y-3Re 或 Ni-12Co_2ICr-11A1-0. 4Y_2Re 或Ni-25Co-17Cr-10Al-0. 4Y-1. 5Re。在MCrAlX上還可以有隔熱層，隔熱層優(yōu)選是最外層并例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2組成，即，隔熱層由于氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。隔熱層覆蓋整個(gè)MCrAlX層。通過例如電子束氣相淀積(EB-PVD)的適當(dāng)?shù)母矊臃椒ㄔ诟魺釋又挟a(chǎn)生柱狀晶粒。其他覆層方法也是可以考慮的，例如氣相等離子噴涂(APS)、LPPS(低壓等離子噴涂)、VPS(真空等離子噴涂)或CVD(化學(xué)氣相電積)。隔熱層可以具有多孔的、有微觀裂縫或宏觀裂縫的晶粒，用于更好地耐熱沖擊。因此，隔熱層優(yōu)選地比MCrAlX層更為多孔。葉片120、130可以構(gòu)成空心的或?qū)嵭牡?。如?要冷卻葉片120、130，則葉片為空心的并且必要時(shí)還具有薄膜冷卻孔418 (由虛線表示)。
權(quán)利要求
1.用于調(diào)節(jié)在空心構(gòu)件(1、120、130)內(nèi)的介質(zhì)的流量的方法， 所述構(gòu)件在內(nèi)部具有至少ー個(gè)帶有不同的區(qū)域(4、7)的通道(10)， 所述區(qū)域(4、7)具有不同的流動(dòng)橫截面，其中，在帶有較小的流動(dòng)橫截面的所述區(qū)域(7)中，通過第一擴(kuò)散覆層過程來調(diào)節(jié)較大的壁增厚，并且在帶有較大的流動(dòng)橫截面的區(qū)域(4)中，尤其通過不同于所述第一擴(kuò)散覆層過程的第二擴(kuò)散覆層過程來調(diào)節(jié)較小的壁增厚。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法， 其中，對(duì)于擴(kuò)散覆層使用滲鋁過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法， 其中，對(duì)于所述擴(kuò)散覆層過程，尤其對(duì)于所述滲鋁過程使用兩種不同的覆層材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法， 其中，對(duì)于所述第一擴(kuò)散覆層過程使用Ni2Al3(16)作為鋁源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法， 其中，對(duì)于所述第二擴(kuò)散覆層過程使用NiAl (13)作為鋁源。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法， 其中，依次執(zhí)行不同的擴(kuò)散過程。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法， 其中，同時(shí)地執(zhí)行所述不同的擴(kuò)散過程。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法， 其中，對(duì)于所述擴(kuò)散覆層過程使用不同的覆層材料，并且， 其中，將ー種覆層材料(13)施加到另ー種覆層材料(16)之上。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法， 其中，將首先覆鋁的區(qū)域再次覆鋁。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法， 其中，所述覆層材料具有不同的活化能，并且， 其中，首先對(duì)于所述ー種覆層材料使用較低的溫度，并且然后對(duì)所述另ー種覆層材料使用較高的溫度。
11.空心構(gòu)件， 所述空心構(gòu)件尤其根據(jù)上述權(quán)利要求I至10中的一個(gè)或多個(gè)所述的方法制造， 所述空心構(gòu)件在內(nèi)部覆鋁并且在所述內(nèi)部中具有帶有不同的覆鋁的層厚度的區(qū)域(4、7)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的構(gòu)件， 所述構(gòu)件在帶有較大流動(dòng)橫截面的所述區(qū)域(4)中具有覆鋁的較小的層厚度，尤其是從20 μ m至60 μ m的層厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的構(gòu)件， 所述構(gòu)件在帶有較小流動(dòng)橫截面的區(qū)域(7)中具有覆鋁的較大的層厚度，尤其是從.60 μ m至120 μ m的層厚度，更尤其是從80 μ m至100 μ m的層厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)在主動(dòng)冷卻的構(gòu)件內(nèi)的冷卻劑消耗的方法和構(gòu)件。本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)在空心構(gòu)件(1、120、130)內(nèi)的介質(zhì)的流量的方法，所述構(gòu)件在內(nèi)部具有至少一個(gè)帶有不同的區(qū)域(4、7)的通道(10)，所述區(qū)域(4、7)具有不同的流動(dòng)橫截面，其中，在帶有較小的流動(dòng)橫截面的所述區(qū)域(7)中，通過第一擴(kuò)散覆層過程來調(diào)節(jié)較大的壁增厚，并且在帶有較大的流動(dòng)橫截面的區(qū)域(4)中，尤其通過不同于所述第一擴(kuò)散覆層過程的第二擴(kuò)散覆層過程來調(diào)節(jié)較小的壁增厚。此外，本發(fā)明還涉及一種尤其根據(jù)上述方法制造的空心構(gòu)件，所述空心構(gòu)件在內(nèi)部覆鋁并且在所述內(nèi)部中具有帶有不同的覆鋁的層厚度的區(qū)域(4、7)。
文檔編號(hào)F01D5/18GK102720544SQ20121001478
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者克努特·哈爾貝斯塔特, 克里斯蒂安·勒納, 法蒂·艾哈邁德 申請(qǐng)人:西門子公司