本申請及所得專利大體上涉及蒸汽渦輪發(fā)動機，并且更具體地涉及用于渦輪構(gòu)件的超疏水表面增強的系統(tǒng)及方法，其用于以降低的腐蝕風險顯著地自清潔表面。

背景技術(shù)：

發(fā)電系統(tǒng)中的構(gòu)件如渦輪轉(zhuǎn)子葉片和渦輪定子葉片經(jīng)常暴露于苛刻的侵蝕性工作環(huán)境。這些工作環(huán)境可導致由例如水滴和/或細塵引起的構(gòu)件侵蝕。其中冷凝的水可包含已知有助于環(huán)境協(xié)助侵蝕的元素。這些問題可在渦輪停止和啟動時由不斷的濕/干循環(huán)加劇。因此，渦輪葉片的侵蝕可為成問題的，并且可導致葉片變薄、疲勞故障等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本申請及所得專利提供了一種用于與蒸汽渦輪發(fā)動機一起使用的構(gòu)件。構(gòu)件可包括金屬表面和形成在金屬表面中用于顯著自清潔表面的超疏水表面圖案。

本申請及所得專利還提供了一種在渦輪構(gòu)件的金屬表面上產(chǎn)生超疏水表面圖案的方法。該方法可包括以下步驟：繞著激光器定位渦輪構(gòu)件、將脈沖能量束從激光器發(fā)射至渦輪構(gòu)件的金屬表面，以及在渦輪構(gòu)件的金屬表面上形成超疏水表面圖案。

本申請及所得專利還提供了一種超疏水表面增強系統(tǒng)。超疏水表面增強系統(tǒng)可包括短脈沖激光器和渦輪構(gòu)件。短脈沖激光器在渦輪構(gòu)件的金屬表面上產(chǎn)生超疏水表面圖案用于顯著自清潔表面。

技術(shù)方案1.一種用于與蒸汽渦輪發(fā)動機一起使用的構(gòu)件，包括：

金屬表面；以及

形成在所述金屬表面中的超疏水表面圖案。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件包括轉(zhuǎn)子葉片。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件包括定子葉片。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述超疏水表面圖案包括納米結(jié)構(gòu)圖案。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的構(gòu)件，其特征在于，所述納米結(jié)構(gòu)圖案包括大約200nm到2μm的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述超疏水表面圖案包括微結(jié)構(gòu)圖案。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的構(gòu)件，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)圖案包括大約10到50μm的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述超疏水表面圖案包括分層圖案。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述超疏水表面圖案由能量束形成在所述金屬表面中。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述超疏水表面圖案由激光器形成在所述金屬表面中。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案1所述的構(gòu)件，其特征在于，所述超疏水表面圖案由超短脈沖激光器形成在所述金屬表面中。

技術(shù)方案12.一種產(chǎn)生渦輪構(gòu)件的金屬表面上的超疏水表面圖案的方法，包括：

繞著激光器定位所述渦輪構(gòu)件；

將脈沖能量束從所述激光器發(fā)射至所述渦輪構(gòu)件的所述金屬表面；以及

將所述超疏水表面圖案形成在所述渦輪構(gòu)件的所述金屬表面上。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案12所述的方法，其特征在于，將所述超疏水表面圖案形成在所述渦輪構(gòu)件的所述金屬表面上的步驟包括將納米結(jié)構(gòu)圖案形成在所述渦輪構(gòu)件的所述金屬表面上。

技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案12所述的方法，其特征在于，將所述超疏水表面圖案形成在所述渦輪構(gòu)件的所述金屬表面上的步驟包括將微結(jié)構(gòu)圖案形成在所述渦輪構(gòu)件的所述金屬表面上。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案12所述的方法，其特征在于，將所述超疏水表面圖案形成在所述渦輪構(gòu)件的所述金屬表面上的步驟包括將分層圖案形成在所述渦輪構(gòu)件的所述金屬表面上。

技術(shù)方案16.一種超疏水表面增強系統(tǒng)，包括：

短脈沖激光器；以及

渦輪構(gòu)件；

其中所述激光器產(chǎn)生所述渦輪構(gòu)件的金屬表面上的超疏水表面圖案。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案16所述的超疏水表面增強系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件包括轉(zhuǎn)子葉片或定子葉片。

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案16所述的超疏水表面增強系統(tǒng)，其特征在于，所述超疏水表面圖案包括納米結(jié)構(gòu)圖案。

技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案16所述的超疏水表面增強系統(tǒng)，其特征在于，所述超疏水表面圖案包括微結(jié)構(gòu)圖案。

技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案16所述的超疏水表面增強系統(tǒng)，其特征在于，所述超疏水表面圖案包括分層圖案。

在審閱連同若干附圖進行時的以下詳細描述和所附權(quán)利要求時，本申請及所得專利的這些及其它的特征和改進將對本領域技術(shù)人員而言變得顯而易見。

附圖說明

圖1為用于驅(qū)動負載的蒸汽渦輪發(fā)動機的示意圖。

圖2為如可在本文中描述的超疏水表面增強系統(tǒng)的示意圖。

圖3a為超疏水表面處理圖案的實例的示意圖。

圖3b為超疏水表面處理圖案的實例的示意圖。

圖3c為超疏水表面處理圖案的實例的示意圖。

部件列表

10蒸汽渦輪發(fā)動機

20蒸汽發(fā)生器

30高壓區(qū)段

40低壓區(qū)段

50冷凝器

60軸

70負載

100超疏水表面增強系統(tǒng)

110渦輪構(gòu)件

120能量源

130激光器

140脈沖能量束

150表面

160超疏水表面圖案

170納米結(jié)構(gòu)圖案

180微結(jié)構(gòu)圖案

190分層圖案。

具體實施方式

現(xiàn)在參照附圖，其中相似的標記表示若干視圖各處的相似元件，圖1為如可在本文中使用的蒸汽渦輪發(fā)動機10的實例的示意圖。蒸汽渦輪發(fā)動機10可包括蒸汽發(fā)生器20。蒸汽發(fā)生器20可將蒸汽提供至高壓區(qū)段30。蒸汽可在高壓區(qū)段30內(nèi)膨脹，從高壓區(qū)段30排出，并且接著經(jīng)過至低壓區(qū)段40。在低壓區(qū)段40中，蒸汽可再次膨脹，并且接著排出至冷凝器50。高壓區(qū)段30和低壓區(qū)段40可驅(qū)動一個或更多個軸60。軸60可驅(qū)動負載70，如發(fā)電機等。

蒸汽渦輪發(fā)動機10可使用以煤、核反應、天然氣、液體燃料、各種類型的合成氣，和/或其它類型的燃料以及它們的混合物燃燒的鍋爐。蒸汽渦輪發(fā)動機10可在聯(lián)合循環(huán)應用中操作，其中來自燃氣渦輪發(fā)動機的廢熱可收集在余熱回收蒸汽發(fā)生器中以提供蒸汽。蒸汽渦輪發(fā)動機10可為由generalelectric公司(schenectady,newyork)提供的一定數(shù)量的不同燃氣渦輪發(fā)動機中的任何一種。蒸汽渦輪發(fā)動機10可具有不同構(gòu)造，并且可使用其它類型的構(gòu)件。其它類型的蒸汽渦輪發(fā)動機也可在本文中使用。多個蒸汽渦輪發(fā)動機、其它類型的渦輪以及其它類型的發(fā)電裝備也可在本文中一起使用。

圖2示出了如可在本文中描述的超疏水表面增強系統(tǒng)100的實例。超疏水表面增強系統(tǒng)100可與渦輪構(gòu)件110一起使用。渦輪構(gòu)件110可為渦輪轉(zhuǎn)子葉片、渦輪定子葉片，或經(jīng)受苛刻操作狀態(tài)的任何類型的金屬構(gòu)件。金屬構(gòu)件可由超級合金等制成。不同類型的材料可在本文中使用。其它構(gòu)件和其它構(gòu)造可在本文中使用。

超疏水表面增強系統(tǒng)100可包括能量源120。在該實例中，能量源120可為激光器130等。更具體而言，激光器130可為飛秒激光器或超短脈沖激光器等。其它類型的激光器130和其它類型的能量源120可在本文中使用。能量源120可將脈沖能量束140引導到渦輪構(gòu)件110的金屬表面150上。能量束140可在渦輪構(gòu)件110的金屬表面150上產(chǎn)生超疏水表面圖案160，以便修改金屬表面150的潤濕性質(zhì)和其它性質(zhì)。渦輪構(gòu)件110的金屬表面150上的超疏水表面圖案160可延伸用于渦輪構(gòu)件110的全部或部分。不同類型的超疏水表面圖案160可以以任何適合的尺寸、形狀或構(gòu)造產(chǎn)生。

經(jīng)由實例，超疏水表面圖案160可呈如圖3a中所示的納米結(jié)構(gòu)圖案170、如圖3b中所示的微結(jié)構(gòu)圖案180和/或如圖3c中所示的組合分層圖案190的形式。納米結(jié)構(gòu)圖案170可具有大約200nm到大約2μm的范圍中的結(jié)構(gòu)。也可使用其它尺寸。微結(jié)構(gòu)圖案180可具有大約10μm到大約50μm的范圍中的結(jié)構(gòu)。也可使用其它尺寸。超疏水表面圖案160可具有大于大約五十度(50°)左右的接觸角和低輾軋(rolloff)角。具有其它類型的適合尺寸、形狀和構(gòu)造的結(jié)構(gòu)可在本文中使用。不同超疏水表面圖案160的組合可在本文中一起在渦輪構(gòu)件110上使用。

超疏水表面圖案160可使液體粘住或潤濕渦輪構(gòu)件110的金屬表面150的能力改變或變化。假定如此，表面150可不太可能保持液體流中的顆粒。超疏水表面圖案160因此可認作是自清潔的，以便排斥其上的水和灰塵。渦輪構(gòu)件110的金屬表面150的潤濕性的減小或消除可降低暴露于保持在液體流中的化學制品的風險。該減小或消除還可降低腐蝕、生銹和應力腐蝕開裂的風險。較細的水滴的快速消除還可減小液滴能量，并且因此影響下游的侵蝕風險。超疏水表面圖案160的使用還可導致金屬表面150的改進的總體清潔度，并且因此由于表面污染物和/或碎屑的減少的累積而改進性能。超疏水表面圖案160因此可改進渦輪壽命，降低沖擊侵蝕速率，降低環(huán)境協(xié)助腐蝕風險，降低生銹風險，提供較清潔的表面，并且提供總體改進的性能。

將顯而易見的是，前文僅涉及本申請及所得專利的某些實施例。許多變化和改型可由本領域技術(shù)人員在本文中作出，而不脫離如由以下權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的大體精神和范圍。