專利名稱：用于渦輪機的涂層的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于旋轉渦輪機的表面處理。具體而言，本發明涉及可顯示出應力的 用于燃氣輪機構件的表面處理，且更具體而言，本發明涉及用于燃氣輪機的壓縮機葉片構 件在它們與壓縮機葉輪(wheel)的界面(接觸面，interface)處的表面處理，在該處，它們 可能顯示出應力。
背景技術：
先前的燃氣輪機的壓縮機葉片構件的構造可提供裸露或未處理的壓縮機葉片，在 壓縮機葉輪處具有界面。例如，壓縮機的壓縮機葉片可接觸抵靠壓縮機葉輪，或抵靠壓縮機 葉輪而限定界面，該壓縮機葉輪例如但不限于CrMoV葉輪。這些接觸區域位于元件之間的 高接觸應力區域處。這些應力可導致不合需要的效果，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，則可導致構件故障以及相關燃氣輪 機單元可能停機。
發明內容
根據本發明的一個方面，一種用于渦輪機的涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑 (sold film lubricant)材料。在本發明的另一方面，提供了一種用于渦輪機的涂層，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、具有石墨的硅酸鹽粘結劑(binder)；以及高溫潤滑 添加劑。此外，在本發明的又一非限制性方面，一種使用于渦輪機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 的至少一個上；其中，涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑材料；該渦輪機至少包括包含槽 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、具有石墨的硅酸鹽粘結劑；以及高 溫潤滑添加劑。
當參照附圖閱讀如下詳細描述時，本發明的這些及其它特征、方面和優點將變得 更容易理解，其中，所有附圖中的相似標號表示相似的零件，在附圖中圖1為如由本發明所實施的使用平衡設備的渦輪或壓縮機盤(disc)的一部分的 透視圖；圖2為如由本發明所實施的兩個相鄰壓縮機級的一部分的詳細側視圖，該部分容 許在組裝相鄰級之后徑向插入平衡配重；以及
圖3為如由本發明所實施的兩個相鄰壓縮機級的一部分的另一側視圖，該部分容 許在組裝相鄰級之后徑向插入平衡配重。
具體實施例方式盡管本發明可通用于兩種渦輪機(例如但不限于尤其是用于燃氣輪機或蒸汽輪 機的渦輪葉輪和壓縮機葉輪)，但以下實施例針對燃氣輪機或蒸汽輪機的壓縮機級進行具 體描述。該描述并非意圖以任何方式限制本發明。壓縮機級通常制造成具有與軸向軸附連或一體形成的葉輪或盤。母燕尾部區域加 工在葉輪的表面中，而壓縮機葉片的公燕尾部區域則裝配在該母燕尾部中。圖1中所示的是壓縮機10(例如，燃氣渦輪發動機的壓縮機)的一部分。壓縮機 10包括入口 ；設置在圍繞發動機或壓縮機縱向中心線16的多個沿周向間隔開的定子導葉 14的上游且與該定子導葉14同軸的第一級葉片盤(bladed disk)組件12。葉片盤組件12 包括附接到轉子葉輪或盤20上的多個沿周向間隔開的轉子葉片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部32。該平臺部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10中的內部空氣流邊界。平臺部32包括上游前端34和下游 后端36，該后端36設置為半徑大于前端34的半徑。葉片18還包括在平臺部32處從翼型 件22同軸地延伸的柄部38，以及從柄部38延伸的常規形狀的軸向進入燕尾部40。此外， 葉片18可由適于渦輪構件葉片的任何適合的材料形成。例如且決非限制本發明，壓縮機葉 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，如本發明所實施的那樣，渦輪機的葉片18可由超級合金(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中的多個沿軸向設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，且收容燕尾部40以便將葉片18附接到其上。空氣 46適于經引導穿過葉片18和導葉14，且由此受到壓縮。當渦輪轉子和葉片盤組件12旋轉時，壓縮機葉片燕尾部40與葉輪20之間的接觸 應力與葉輪槽口 42中的機件(part)的運動相結合。這些接觸應力可導致葉片盤組件12 較高的接觸應力磨蝕和擦傷磨損。為了減小接觸表面處的摩擦系數和降低其間的磨損率， 如本發明所實施的那樣，涂層50施加到葉片盤組件12和槽口 42中的至少一個上。優選的是，如本發明所實施的那樣，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或兩者上。由于這些構件的幾何形狀，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，如本發明所實施的那樣，如本發明所實施的涂層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中的至少 一種。如本發明所實施的這些涂層材料可用于降低摩擦系數和減小葉片盤組件12與葉輪槽口 42之間的磨損。如本發明所實施的那樣，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明的范圍內。此外，如本發 明所實施的涂層50可包括單獨的或與其它基于石墨的市售膜潤滑劑涂層材料結合的鉬 脂。例如，如本發明所實施的那樣，用于涂層的材料包括有限的產品，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 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劑和其它高溫潤滑添加劑。 取決于葉片的預計用途、葉片和相關渦輪機的環境，也可能期望其它的添加劑。如本發明所實施的那樣，涂層50優選的是施加到葉片18的壓縮機葉片燕尾部40 上，在該處，其接觸葉輪槽口 42。然而，如本發明所實施的那樣，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。如本發明所實施的那樣，涂層50以范圍從大約0.0005"(英寸)至大約0. 002“
的厚度進行施加。涂層50以一定的厚度進行施加，該厚度可防止燕尾部基礎金屬/基底的 擦傷、咬住和磨蝕。如本發明所實施的那樣，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、等離子體增強化學氣相沉 積以及化學氣相沉積；濺射，如蝕刻和化學濺射；粉末涂覆；空氣等離子體噴涂、冷噴涂、電 鍍；以及它們的組合。在常規渦輪機中，裸露的壓縮機葉片以較高接觸應力壓靠葉輪(例如但不限于由 CrMoV形成的葉輪)，這可導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，就會顯示出導致構件故障和渦輪機及燃氣輪機單元可能的停機。 如本發明所實施的那樣，葉片燕尾部上的涂層可有效減小其上的磨損，以便延長渦輪機構 件的壽命。這種改進還可導致改善燃氣輪機和/或壓縮機的可靠性。另外，如本發明所實 施的那樣，葉片涂覆是比嘗試涂覆渦輪機中難以到達的區域較為簡單、更為便宜和更加穩 健的工藝，這些難以到達的區域例如但不限于葉片滑入其中的渦輪葉輪的葉輪槽口。如本發明所實施的那樣，具有涂層的葉片提供了不會引起縫隙腐蝕的耐磨蝕涂層 解決方案。如本發明所實施的那樣，涂層50可被施加和涂覆超級合金基底，如GTD 450葉 片，這可能很難，因為在GTD450上的涂層會經受縫隙腐蝕的問題。如本發明所實施的那樣， 具有涂層的葉片可如所設計那樣在較高接觸應力的情況下運轉，這可能是由于渦輪機操作 的結果而產生。此外，如本發明所實施的那樣，經涂覆的構件將不會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明的一些實施例，但本領域普通技術人員將會想到 許多修改和變化。因此，應當理解到，所附權利要求意圖涵蓋落入本發明的真正精神內的所 有這些修改和變化。
權利要求
一種用于渦輪機的涂層，所述涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑材料。
2.根據權利要求1所述的用于渦輪機的涂層，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.根據權利要求1所述的用于渦輪機的涂層，其特征在于，渦輪機至少包括包含槽口 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上。
4.根據權利要求3所述的用于渦輪機的涂層，其特征在于，所述涂層施加到所述燕尾 部上。
5.根據權利要求3所述的用于渦輪機的涂層，其特征在于，所述渦輪機包括超級合金 材料。
6.根據權利要求1所述的用于渦輪機的涂層，其特征在于，所述涂層包括基于石墨的 干燥膜潤滑劑。
7.根據權利要求1所述的用于渦輪機的涂層，其特征在于，所述涂層包括基于填充金 屬的樹脂的系統。
8.根據權利要求1所述的用于渦輪機的涂層，其特征在于，所述涂層還包括具有石墨 的硅酸鹽粘結劑和高溫潤滑添加劑中的至少一種。
9.一種用于渦輪機的涂層，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，具有石墨的硅酸鹽粘結劑；以 及高溫潤滑添加劑。
10.根據權利要求9所述的用于渦輪機的涂層，其特征在于，所述涂層施加到所述燕尾 部上。
11.根據權利要求9所述的用于渦輪機的涂層，其特征在于，所述渦輪機包括超級合金 材料。
12.根據權利要求9所述的用于渦輪機的涂層，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、 具有石墨的硅酸鹽粘結劑；以及高溫潤滑添加劑。
全文摘要
本發明涉及一種用于渦輪機的涂層。具體而言，用于渦輪機的涂層包括基于石墨的市售膜潤滑劑材料。
文檔編號F04D29/02GK101956727SQ20101023656
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月16日 優先權日2009年7月17日
發明者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