[發明專利]用于燃氣渦輪發動機的轉子定子組件

在審

• 申請號: 201380053033.6
• 申請日: 2013-10-07
• 公開（公告）號: CN104718349A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 朱利安·哥爾特桑塔納施;法布里斯·克雷布斯
• 申請（專利權）人: 渦輪梅坎公司
• 主分類號: F01D11/12
• 分類號: F01D11/12;F01D5/28;C04B35/48
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司 11234
• 代理人: 宋義興;卓霖

技術領域

本發明涉及用于燃氣渦輪發動機的轉子-定子組件的總領域。本發明更加具體地涉及優化研磨涂層和磨耗涂層的微觀結構，所述研磨涂層和所述磨耗涂層分別沉積在轉子的末端和包圍轉子的定子的內表面上。

能夠應用本發明的特定領域是用于飛機渦輪機(特別地用于飛機發動機或直升機發動機)的壓縮機。

背景技術

航空發動機壓縮機包括壓縮機殼體，所述壓縮機殼體由一個或者多個環形結構構成，所述環形結構面對一組或者多組葉片，所述葉片在葉片和環形結構之間相對旋轉運動。類似地，航空發動機渦輪機包括渦輪環，所述渦輪環由環形結構構成，所述環形結構構成單個或者多個碰觸環扇形件，所述碰觸環扇形件包圍一組旋轉葉片，由燃燒氣體驅動所述一組旋轉葉片。

為了向航空發動機提供可行最佳效率，必須避免或者至少最小化葉片的末端和壓縮機殼體的飾面之間或者渦輪環的飾面之間的氣體泄漏，原因在于這種泄漏無助于發動機操作。尋求無間隙或者最小化間隙表示在葉片末端和覆面材料之間將存在不可避免的接觸。由于這種材料常有的硬度，這種接觸能夠損壞葉片的末端。

為了解決這個問題，已經建議優化面向葉片的材料的耐磨性，即，優化其由葉片的末端物理磨損的性能而同時又不會顯著磨損末端的能力。為了這個目的的一種已知技術是為壓縮機殼體的內表面或者渦輪環的內表面設置形成由多孔材料制成的磨耗涂層的層，而且同時為葉片的末端設置形成研磨涂層的致密材料的層。

對于沉積在葉片末端的研磨涂層而言，因此已知依賴于這樣的材料，所述材料包含立方碳化硼(cBN)顆粒或者氧化物、碳化鎢或者氮化物類型的其它硬顆粒。這種涂層在它們與磨耗涂層相關時呈現令人滿意的研磨行為，所述磨耗涂層由金屬或者陶瓷制成。然而，當在高溫條件下使用它們時，它們呈現欠佳的耐用性(這些涂層承受氧化并且分散到涂層基底中)，并且它們還呈現有限的、與期望的使用壽命不相配的熱機械行為。而且，沉積這種涂層相對昂貴。

對于沉積在定子的內表面上的多孔磨耗涂層而言，已知使用MCrAlY類型的金屬合金或者使用基于氧化鋯的陶瓷。金屬合金具有易于以低成本制造的優勢。相比之下，其耐磨性能相對欠佳并且其使用受到溫度限制。相反，基于氧化鋯的陶瓷能夠用于實施磨耗涂層功能和隔熱功能。基于氧化物的涂層的性質使得能夠在高溫條件(高于1100℃)下使用所述基于氧化物的涂層，這是因為其保存其物理性質。這種涂層還已知易于制造、具有成本效益(通過熱噴涂沉積)并且對于特定水平的多孔結構而言其呈現良好的耐磨性能。然而，這種多孔涂層因難以使得層中的孔和顆粒成形并且難以控制孔以及顆粒的尺寸，因而在機械加工之后存在這樣的表面狀態問題。不幸的是，氣流中的這種表面狀態有損發動機的性能。

通常，盡管在現有技術中已知磨耗/研磨涂層對，所述已知磨耗/研磨涂層對展示了主要預期性能(即，系統關于解除、承受腐蝕的能力、承受熱循環的能力和良好的表面狀態的行為)中的尤為良好性能，但所述已知磨耗/研磨涂層均不能獨自優化所有預期性能。

因此，需要能夠具有一種涂層對，使得能夠最小化上述缺陷，所述涂層對可用于磨耗材料和研磨材料，所述磨耗材料和所述研磨材料分別沉積在定子的內表面和轉子的末端。

發明內容

本發明的目的因此是提供涂層對，所述涂層尤其在高溫條件下對于所有上述主要性能皆具有一致并且高的性能，而同時制造成本低廉。

通過用于燃氣渦輪機發動機的轉子－定子組件實現這個目的，所述組件包括：

轉子，所述轉子具有陶瓷材料層，所訴陶瓷材料層形成沉積在轉子末端上的研磨涂層，所述層主要由氧化鋯構成并且擁有小于或者等于15％的空隙率；和

定子，所述定子布置在轉子周圍并且設置成面向轉子的具有形成磨耗涂層的陶瓷材料層的轉子的末端，所述層主要由氧化鋯構成并且空隙率處于20％至50％的范圍內，其中，孔的尺寸小于或者等于50微米(μm)。

這種研磨/磨耗涂層對具有多個優勢。特別地，本申請人已經發現的是：由基于氧化鋯的陶瓷材料制成的研磨涂層在其與由基于陶瓷的氧化鋯材料制成的磨耗涂層相關時具有尤為高性能的磨損性能，所述磨耗涂層的空隙率介于20％至50％的范圍內，其中，孔的尺寸小于或者等于50微米(μm)。同樣，本申請人還已經發現的是，由根據本發明的基于氧化鋯的陶瓷材料制成的磨耗涂層在其與由基于氧化鋯的陶瓷材料制成的研磨涂層相關時具有令人滿意的耐磨性能。