[發明專利]具有PTAL結合涂層和熱障涂層的翼型件裝置及相應制造方法

有效

• 申請號: 201380022757.4
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN104271889B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: D.巴特勒;P.詹金森;P.帕德利;P.M.沃克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F01D5/28
• 分類號: F01D5/28;C23C28/00;F01D9/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 曲瑩

技術領域

本發明涉及一種用于具有PTAL(Platinum Aluminide，鉑鋁化物)涂層和TBC(Thermal Barrier Coating，熱障涂層)的燃氣渦輪機的翼型件、翼型件裝置，并且涉及一種制造用于燃氣渦輪機的翼型件裝置的方法。

背景技術

燃氣渦輪機中的定子葉輪和轉子葉片暴露于通過葉輪和葉片的工作流體的高溫。由于高溫，基體合金的顯著氧化作用可以發生在定子葉輪或轉子葉片的翼型件的前緣處。此外，在定子葉輪或轉子葉片的內護罩和/或外護罩的內平臺處，也可以發生氧化作用。這樣的劣化目前成為該部件的壽命限制機制。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于燃氣渦輪機的更健壯的翼型件。

該目的可以由一種用于燃氣渦輪機的翼型件、翼型件裝置和一種制造用于燃氣渦輪機的翼型件裝置的方法來解決。

根據本發明的第一方面，提出了一種用于燃氣渦輪機的翼型件，諸如定子葉輪還是轉子葉片。翼型件包括一被涂覆表面部分(例如被涂覆的“補丁”)，其涂覆有鉑鋁化物涂層和熱障涂層，并且至少表示翼型件的總表面的一部分。

根據本發明的另一方面，提出了一種制造用于燃氣渦輪機的翼型件裝置的方法。翼型件裝置包括翼型件。根據該方法，翼型件涂覆有包括PTAL涂層的表面部分，其中該表面部分至少表示翼型件的總表面的一部分。

翼型件裝置可以描述為轉子葉片裝置或定子葉輪裝置。在定子葉輪裝置中，如上面描述的翼型件例如是葉輪，其中定子葉輪裝置固定到燃氣渦輪機的外殼。

轉子葉片裝置固定到燃氣渦輪機的旋轉軸，并且相對于定子葉輪裝置旋轉。轉子葉片裝置的翼型件是由燃氣渦輪機的工作流體驅動的葉片。

翼型件包括前緣和后緣。例如，在前緣處，翼型件具有最大曲率。通常，抵靠翼型件流動的流體首先接觸前緣，并且流體在沿著翼型件的抽吸側流動的第一部分中和沿著翼型件的壓力側流動的第二部分中分離。抽吸側通常與較高的速度相關聯，因而靜壓力較小。相比抽吸側，壓力側具有相對更高的靜壓力。

后緣限定出翼型件的邊緣，其中沿著抽吸表面流動的流體和沿著壓力表面流動的流體再次出現成為一個流動流。

翼型件裝置可以包括一個翼型或相對于燃氣渦輪機的旋轉軸沿著圓周方向彼此間隔開的多個其它翼型件。

翼型件裝置還包括內護罩和外護罩。翼型件布置在內護罩和外護罩之間。特別地，前緣和后緣在內護罩和外護罩之間延伸。

內護罩比外護罩更靠近燃氣渦輪機的旋轉軸。內護罩包括第一內平臺，并且外護罩包括第二內平臺，其中第一內平臺和第二內平臺各自的內表面面對燃氣渦輪機的內部容積，熱工作氣體流過該內部容積。因此，第一內平臺和第二內平臺各自的內表面由燃氣渦輪機的熱工作氣體進行氣體沖洗。

在沿著抽吸側或壓力側以層流方式流動到后緣部分之前，熱工作氣體首先接觸翼型件的全部前緣部分。出于這個原因，前緣部分比后緣部分更受工作流體影響。

因此，由于工作氣體的高溫，翼型件，特別是前緣，可能會經歷更大的氧化作用。根據本方法，翼型件包括涂覆有PTAL涂層的被涂覆表面部分。被涂覆部分進一步涂覆有TBC，特別是含有陶瓷成分的TBC。PTAL涂層位于翼型件的表面和TBC之間。TBC涂層可以通過諸如電子束物理氣相沉積(EBPVD)等方法進行沉積，但并不限于這種技術。

在被涂覆表面部分(例如，TBC)與一側的內護罩之間和/或被涂覆表面部分與另一側的外護罩之間，稀薄部分(過渡部分)形成到翼型件的表面上。在稀薄部分中，TBC即陶瓷涂層的厚度分別從被涂覆表面部分的邊緣到內護罩和外護罩平滑地減小。換言之，熱障涂層的厚度分別從被涂覆表面部分的邊緣到內護罩和外護罩變得稀薄(特別是厚度直到零)，即，使得由渦輪機的工作流體沖洗的第一內平臺和/或第二內平臺大致沒有TBC。因而，可以分別從被涂覆表面部分的端部到內護罩和外護罩平滑地減少涂層厚度。

被涂覆部分的PTAL涂層的厚度在部件的被涂覆表面部分上是一致的。例如陶瓷涂層的TBC涂層在翼型件前緣和相鄰的翼型件表面(壓力表面和抽吸表面)處大致具有全厚度，但是可以在任何“視線”涂層應用“盲點”之中且逐步朝向翼型件后緣自然地漸縮(漸細)。在過渡部分(稀薄部分)處，TBC涂層漸縮至圓角半徑(即翼型件表面的被涂覆部分和護罩(平臺)表面之間的曲率)厚度為零。這樣做的原因在于，護罩表面應當很大程度上沒有TBC涂層。不是在TBC涂層從全厚度變為零的過渡部分中具有陡峭的厚度臺階，TBC涂層自然地漸縮(猶如羽毛)而出。