用于加工燃?xì)廨啓C(jī)葉片的方法以及具有這種葉片的燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造靈活設(shè)計的燃?xì)廨啓C(jī)的方法，一種燃?xì)廨啓C(jī)和一種用于運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)廨啓C(jī)能夠在基本負(fù)荷運(yùn)行中或尤其在峰值負(fù)荷運(yùn)行中在產(chǎn)生電流的情況下運(yùn)行。
[0003]對于相應(yīng)條件的要求是不同的。
[0004]燃?xì)廨啓C(jī)的滿足這兩個要求的優(yōu)化的配置總是表現(xiàn)為折衷的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的是，解決這個問題。
[0006]所述目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造燃?xì)廨啓C(jī)的方法、根據(jù)權(quán)利要求19或21的燃?xì)廨啓C(jī)和根據(jù)權(quán)利要求26的方法來實現(xiàn)。
[0007]在從屬權(quán)利要求中列出其他有利的措施，所述措施能夠彼此任意地組合以便實現(xiàn)其他的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0008]附圖示出:
[0009]圖1-3示出本發(fā)明的實施例，
[0010]圖4示出陶瓷層的孔分布，
[0011]圖5示出渦輪機(jī)葉片以及
[0012]圖6示出燃?xì)廨啓C(jī)。
【具體實施方式】
[0013]說明書僅描述本發(fā)明的實施例。
[0014]燃?xì)廨啓C(jī)100 (圖6)的維護(hù)的間隔通過檢測運(yùn)行小時和啟動來確定，所述啟動和運(yùn)行小時與特定因素和運(yùn)行方式相關(guān)。維護(hù)總是能夠在達(dá)到小時或啟動限制之后執(zhí)行。
[0015]如果現(xiàn)在根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的使用領(lǐng)域維護(hù)是必需的或使用事先要求翻修或其他的使用，那么改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)100的配置。
[0016]術(shù)語定義:
[0017]第一燃?xì)廨啓C(jī)具有帶有第一隔熱層的第一渦輪機(jī)葉片。第二燃?xì)廨啓C(jī)具有帶有陶瓷隔熱層的渦輪機(jī)葉片。其中應(yīng)用
[0018]a)第一渦輪機(jī)葉片(=第二渦輪機(jī)葉片)和/或
[0019]b)新的未使用的渦輪機(jī)葉片(=新的第二渦輪機(jī)葉片)，
[0020]并且分別具有與第一隔熱層顯著不同的第二隔熱層。
[0021]如果事先在該第一燃?xì)廨啓C(jī)中在運(yùn)行中存在如上描述的單覆層的隔熱層，那么為了在基本負(fù)荷運(yùn)行中重新使用而為渦輪機(jī)葉片120、130應(yīng)用雙覆層的(圖3)、較厚(圖1)或多孔的陶瓷隔熱層.
[0022]用于第二燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪機(jī)葉片能夠在初始時(相同的基底)是第一燃?xì)廨啓C(jī)的或另外的燃?xì)廨啓C(jī)的第一渦輪機(jī)葉片，所述另外的燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)被使用、被相應(yīng)地翻新(再處理)并且通過再覆層得到第二渦輪機(jī)葉片或者是新的第二渦輪機(jī)葉片，其中新制造的(新鑄造的)、尚未應(yīng)用的渦輪機(jī)葉片與第一燃?xì)廨啓C(jī)的第一渦輪機(jī)葉片不同地覆層。
[0023]同樣可行的是，燃?xì)廨啓C(jī)100在基本負(fù)荷運(yùn)行中在渦輪機(jī)葉片120、130上的雙覆層的陶瓷隔熱層表現(xiàn)出:施加單覆層的TBC (熱障涂層)，使得其于是能夠使用在峰值負(fù)荷運(yùn)行(每日啟動)中(圖2)。
[0024]對于峰值負(fù)荷運(yùn)行，優(yōu)選僅應(yīng)用具有一致的孔隙率的單覆層的陶瓷層。對于峰值負(fù)荷運(yùn)行，渦輪機(jī)葉片120、130上的陶瓷隔熱層優(yōu)選具有18% ±4%的高的孔隙率。
[0025]然而在基本負(fù)荷運(yùn)行(基本載荷base loader)中，使用雙覆層的隔熱層13 (圖3)。
[0026]優(yōu)選將凝聚的、燒結(jié)的粉末用作為用于陶瓷層7’、7”、7”’、10’、13’的初始粉末。
[0027]每個陶瓷的噴射的層以涂覆覆層施加。但是雙覆層表示:第二覆層通過孔隙率和/或微結(jié)構(gòu)和/或化學(xué)組成與其下的第一覆層進(jìn)行區(qū)分。
[0028]優(yōu)選將孔隙率為12% ±4%的陶瓷覆層7用作下覆層，所述陶瓷覆層優(yōu)選具有75ym至150μπι的層厚度。在其上存在作為靠外的陶瓷覆層10配設(shè)或存在25% ±4%的孔隙率。然而，孔隙率的差異為至少2%、尤其至少4%。制造時的孔隙率的波動是已知的。在一批之內(nèi)、即在葉片組之內(nèi)不能夠記錄波動。
[0029]為了在陶瓷層或陶瓷覆層(圖1-3)中產(chǎn)生孔隙率，在噴射時能夠應(yīng)用粗的顆粒并且應(yīng)用聚合物或應(yīng)用具有聚合物的較小的顆粒，其中粗的表示至少大20%的平均微粒直徑。
[0030]雙覆層的陶瓷層7、10能夠借助不同的噴射方法制造:下覆層7不用聚合物噴射并且上覆層10用聚合物噴射。
[0031]由此在上覆層10中得到較大的孔、即平均的孔直徑d1Q相對于下覆層7(圖4)的平均孔直徑d7提高。這因此不是強(qiáng)制的。較高的孔隙率通常僅通過相同孔大小的較高數(shù)量的孔來實現(xiàn)。優(yōu)選地，在此應(yīng)用相同的粉末，即還有相同的粒度分布。
[0032]隔熱層的陶瓷覆層的氧化鋯(ZrO2)優(yōu)選具有< 3%、尤其< 1.5%的單斜晶系份額。于是，渦輪機(jī)葉片120、130上的陶瓷覆層或?qū)?、7’、10、13 (圖1-3)具有于此相應(yīng)的份額。
[0033]單斜晶系相的最小份額為最小I %、尤其0.5%，以便不過強(qiáng)地提高粉末的成本。
[0034]通過改變第一隔熱層7’、7”、13’的配置，在一定程度上制造另外的第二燃?xì)廨啓C(jī)，所述第二燃?xì)廨啓C(jī)對其使用領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)化。
[0035]圖5在立體圖中示出流體機(jī)械的沿著縱軸線121延伸的轉(zhuǎn)子葉片120或?qū)蛉~片130。
[0036]所述流體機(jī)械可以是飛機(jī)的或用于發(fā)電的發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)或壓縮機(jī)。
[0037]葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有:固定區(qū)域400、鄰接于所述固定區(qū)域的葉片平臺403以及葉身406和葉片頂端415。作為導(dǎo)向葉片130，葉片130可以在其葉片頂端415處具有另一平臺(沒有示出)。
[0038]在固定區(qū)域400中形成有用于將轉(zhuǎn)子葉片120、130固定在軸或盤(沒有示出)上的葉片根部183。葉片根部183例如構(gòu)成為T形頭。作為樅樹狀根部或燕尾形根部的其它設(shè)計方案是可行的。
[0039]葉片120、130對于流過葉身406的介質(zhì)具有入流棱邊409和出流棱邊412。
[0040]在傳統(tǒng)葉片120、130中，在葉片120、130的所有區(qū)域400、403、406中使用例如實心的金屬材料、尤其是超合金。例如由EP I 204 776 BUEP I 306 454,EP I 319 729 Al、WO 99/67435或WO 00/44949已知這樣的超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過鑄造法，也可以借助定向凝固、通過鍛造法、通過銑削法或其組合來制造。
[0041]將帶有一個或多個單晶結(jié)構(gòu)的工件用作機(jī)器的在運(yùn)行中承受高的機(jī)械的、熱的和/或化學(xué)的負(fù)荷的構(gòu)件。這種單晶工件的制造例如通過由熔融物的定向凝固來進(jìn)行。在此，這涉及一種鑄造法，其中液態(tài)金屬合金凝固為單晶結(jié)構(gòu)、即單晶工件，或者定向凝固。在這種情況下，枝狀晶體沿?zé)崃鞫ㄏ?，并且形成柱形結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)(柱形地，這就是說在工件的整個長度上分布的晶粒，并且在此根據(jù)一般的語言習(xí)慣稱為定向凝固)，或者形成單晶結(jié)構(gòu)，這就是說整個工件由唯一的晶體構(gòu)成。在這些方法中，必須避免過渡成球形的(多晶的)凝固，因為通過非定向的生長不可避免地構(gòu)成橫向和縱向晶界，所述橫向和縱向晶界使定向凝固的或單晶的構(gòu)件的良好特性不起作用。
[0042]如果通常提到定向凝固組織，則是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的單晶和確實具有沿縱向方向分布的晶界但不具有橫向晶界的柱形結(jié)晶結(jié)構(gòu)。第二種所提到的晶體結(jié)構(gòu)也稱為定向凝固組織(direct1nally solidified structures)。由 US-PS 6, 024, 792和EP O 892 090 Al已知這樣的方法。
[0043]葉片120、130同樣能夠具有抗腐蝕或抗氧化的覆層，例如(MCrAlX ；M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)的組中的至少一種元素，X是活性元素并且代表釔(Y)和/或硅和/或至少一種稀土元素或鉿(Hf))。這樣的合金從EP O 486 489 BUEP O 786 017 BUEP O 412397 BI或者EP I 306 454 Al中已知。密度優(yōu)選是理論密度的95%。在(作為中間層或最外層的)MCrAlX層上形成保護(hù)性氧化銷層(TGO = thermal grown oxide layer (熱生長氧化層))。
[0044]優(yōu)選地，具有Co-30N1-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si 或者 Co-28N1-24Cr-10Al_0.6Y 的層組成。除了這些鈷基的保護(hù)覆層之外，優(yōu)選也使用鎳基的保護(hù)層如N1-10Cr-12Al-0.6Y_3Re或者 N1-12Co-21Cr-llAl-0.4Y_2Re 或者 N1-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re0
[0045]在MCrAlX上還可以存在隔熱層，隔熱層優(yōu)選是最外層并例如由ZrO2、Y2O3-ZrOji成，即，不將隔熱層通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂穩(wěn)定化，或?qū)⒏魺釋油ㄟ^氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂部分穩(wěn)定化或完全穩(wěn)定化。隔熱層覆蓋整個MCrAlX層。通過例如電子束汽化(EB-PVD)的適當(dāng)?shù)母矊臃椒ㄔ诟魺釋又挟a(chǎn)生柱形結(jié)晶。其它覆層方法也是可以考慮的，例如大氣等離子噴涂(APS)、LPPS(低壓等離子噴涂)、VPS(真空等離子噴涂)或CVD(化學(xué)氣相沉積)。隔熱層可以為了更好的溫度突變穩(wěn)定性具有多孔的、有微觀裂縫或宏觀裂縫的晶粒。因此，隔熱層優(yōu)選是比MCrAlX層更多孔的。
[0046]再翻新(Refurbishment)意味著在使用構(gòu)件120、130之后，必要時必須將保護(hù)層從構(gòu)件120、130上去除(例如通過噴砂)。接著，移除腐蝕層和/或氧化層及腐蝕產(chǎn)物和/或氧化產(chǎn)物。必要時，還修復(fù)在構(gòu)件120、130中的裂縫。然后，進(jìn)行構(gòu)件120、130的再覆層以及構(gòu)件120、130的重新使用。
[0047]葉片120、130可以實施成空心的或?qū)嵭牡摹Ｈ绻鋮s葉片120、130，則所述葉片為空心的并且必要時還具有薄膜冷卻孔418 (由虛線表示)。
[0048]圖6示例性地示出燃?xì)廨啓C(jī)100的縱向部分剖面圖。燃?xì)廨啓C(jī)100在內(nèi)部具有帶有軸101的、可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線102轉(zhuǎn)動地安裝的轉(zhuǎn)子103，該轉(zhuǎn)子也稱為渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子。沿著轉(zhuǎn)子103依次為進(jìn)氣殼體104、壓縮機(jī)105、帶有多個同軸設(shè)置的燃燒器107的尤其為環(huán)形燃燒室的例如環(huán)面狀的燃燒室110、渦輪機(jī)108和排氣殼體109。環(huán)形燃燒室110與例如環(huán)形的熱氣體通道111連通。在那里例如四個相繼連接的渦輪級112形成渦輪機(jī)108。
[0049]每個渦輪級112例如由兩個葉片環(huán)形成。沿工質(zhì)113的流動方向觀察，在熱氣體通道111中，由轉(zhuǎn)子葉片120形成的排125跟隨導(dǎo)向葉片排115。
[0050]在此，導(dǎo)向葉片130固定在定子143的內(nèi)殼體138上，然而，該排125的轉(zhuǎn)子葉片120例如借助渦輪盤133安裝在轉(zhuǎn)子103上。發(fā)電