[發明專利]有利于耐久性的增強燕尾表面

有效

• 申請號: 201410779870.3
• 申請日: 2006-10-20
• 公開（公告）號: CN104533535A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: M.E.麥坎;樸相榮
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14;F01D5/28;C22C14/00;C22C9/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 譚祐祥

本申請是申請號為200610135684.1、申請日為2006年10月20日、名稱為“有利于耐久性的增強燕尾表面”的專利申請的分案申請。

關于聯邦贊助的研究的聲明

本發明在政府的支持下根據由美國空軍授予的合同F33657-99-D2050而形成。政府對本發明具有當然的權利。

技術領域

本發明總體上涉及減少燃氣渦輪發動機部件之間的裂紋和損壞，尤其涉及減少燃氣渦輪發動機的風扇葉片和壓縮機葉片的燕尾裂紋和損壞。

背景技術

在飛機燃氣渦輪（噴氣）發動機中，空氣由風扇吸入發動機的前部、由軸裝壓縮機壓縮并且與燃料混和。將這種混合物燃燒且使熱廢氣穿過安裝在同一軸上的渦輪。燃燒氣流通過沖擊渦輪葉片的翼型部分使渦輪轉動，渦輪使該軸轉動并向壓縮機提供動力。除了使用整體葉盤（blisk）的某些情況之外，壓縮機葉片和風扇葉片通常是分開的部件，這些分開的部件嵌在附接到軸上的一個或多個圓盤上。

在某些飛機發動機的設計中，鈦或鈦合金圓盤，也稱為轉子，具有沿著其外圓周排列的燕尾槽陣列。也用鈦或鈦合金制成的壓縮機葉片和風扇葉片具有對應的燕尾基座，以允許葉片燕尾基座與各自的轉子燕尾槽配對，這樣，葉片保持在燕尾槽中。當轉子以正常的運行速度運行時，離心力導致葉片徑向向外移動。

已知隨著時間的推移，出于各種各樣的原因包括航空力學響應，裂紋和損壞會在燕尾中進一步發展。超過材料能力的高周期性疲勞一直以來至少是這些損壞的一個因素。

裂紋尤其可在早期風扇葉片中出現，在燕尾的壓力面中開始，并位于葉片與圓盤之間的接觸之處。在發動機運行期間，由于發動機的受迫響應和航空力學激勵，葉片會共振。這些振動導致滑動和由葉片與圓盤之間的法向力所產生的關聯抵抗剪力連同摩擦的出現。局部應力集中的區域在接觸區域至摩擦的邊緣產生，然后這種摩擦導致裂紋的開始。應力集中產生磨蝕疲勞裂紋，由于高周期性疲勞，這種磨蝕疲勞裂紋蔓延而損壞。

已經提出的解決這種問題的一種方法是單噴丸處理，接著是銅-鎳-銦抗磨涂層，然后在葉片燕尾與轉子燕尾槽之間的區域施加含鉛干膜潤滑劑，如以商品名稱MOLYDAG??254出售的含鉛干膜潤滑劑。MOLYDAG?是密歇根州休倫港的Acheson?Colloids公司所擁有的聯邦注冊商標。潤滑劑降低了摩擦系數，并因此而降低了應力集中峰值。不過，普通的干膜潤滑劑包括鉛，所以因為對環境不利而在許多國家受到限制或禁止。

所提出的另一種解決方法包括雙噴丸處理，接著是鋁-青銅抗磨涂層，如美國專利6,267,558所述，該專利已授與了本發明的擁有人，該公開在此通過參考整體結合到本發明之中。

所需要的是一種有利于燃氣渦輪發動機葉片燕尾的耐久性的無鉛表面增強。

發明內容

本發明公開了一種具有有利于耐久性的增強無鉛表面的燃氣渦輪發動機葉片。燃氣渦輪發動機葉片包括翼型部分和與翼型部分相對布置的燕尾部分。燕尾部分包括外表面，外表面的至少一部分具有由多次噴丸處理操作所導致的殘余壓應力。葉片還包括抗磨涂層和潤滑劑涂層，抗磨涂層包括布置在具有殘余壓應力的至少一部分外表面上的銅、鎳和銦，潤滑劑涂層布置在銅-鎳-銦涂層上，且潤滑劑涂層無鉛。

本發明還公開了一種燃氣渦輪發動機轉子組件。轉子組件包括多個葉片，每個葉片包括選自由鈦和鈦基合金所組成的組的材料，每個葉片還包括翼型部分和與之相對的具有外表面的燕尾部分以及銅-鎳-銦涂層，外表面的至少一部分具有殘余壓應力，殘余壓應力由多次噴丸處理操作導致，銅-鎳-銦涂層布置在外表面的至少一部分上。轉子組件的轉子包括選自由鈦和鈦基合金所組成的組的材料，轉子還包括沿著外周邊定位的多個燕尾槽，每個燕尾部分位于槽中，每個銅-鎳-銦涂層起著每個燕尾與對應的每個槽之間的隔離物的作用，每個銅-鎳-銦涂層向在正常的發動機運行期間與轉子燕尾槽接觸的葉片燕尾部分提供降低的摩擦系數。