专利名称：用于涡轮机的涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于旋转涡轮机的表面处理。具体而言，本发明涉及可显示出应力的 用于燃气轮机构件的表面处理，且更具体而言，本发明涉及用于燃气轮机的压缩机叶片构 件在它们与压缩机叶轮(wheel)的界面(接触面，interface)处的表面处理，在该处，它们 可能显示出应力。
背景技术：
先前的燃气轮机的压缩机叶片构件的构造可提供裸露或未处理的压缩机叶片，在 压缩机叶轮处具有界面。例如，压缩机的压缩机叶片可接触抵靠压缩机叶轮，或抵靠压缩机 叶轮而限定界面，该压缩机叶轮例如但不限于CrMoV叶轮。这些接触区域位于元件之间的 高接触应力区域处。这些应力可导致不合需要的效果，例如但不限于磨蚀(fretting)和擦 伤(galling)。这些不合需要的效果如果留下而不解决，则可导致构件故障以及相关燃气轮 机单元可能停机。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种用于涡轮机的涂层包括基于石墨的市售膜润滑剂 (sold film lubricant)材料。在本发明的另一方面，提供了一种用于涡轮机的涂层，且该涂层包括基于石墨的 市售膜润滑剂材料；其中，该涡轮机至少包括包含槽口的叶轮和包含燕尾部的轮叶，该涂层 施加到槽口和燕尾部中的至少一个上；且涂层包括以下中的至少一种基于石墨的干燥膜 润滑剂、基于填充金属的树脂的系统、具有石墨的硅酸盐粘结剂(binder)；以及高温润滑 添加剂。此外，在本发明的又一非限制性方面，一种使用于涡轮机的涂层提供抗缝隙腐蚀 和抗磨蚀中的至少一种的方法，该方法包括提供涂层；以及将涂层施加到槽口和燕尾部中 的至少一个上；其中，涂层包括基于石墨的市售膜润滑剂材料；该涡轮机至少包括包含槽 口的叶轮和包含燕尾部的轮叶，该涂层施加到其上；以及该涂层包括以下中的至少一种 基于石墨的干燥膜润滑剂、基于填充金属的树脂的系统、具有石墨的硅酸盐粘结剂；以及高 温润滑添加剂。
当参照附图阅读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得 更容易理解，其中，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中图1为如由本发明所实施的使用平衡设备的涡轮或压缩机盘(disc)的一部分的 透视图；图2为如由本发明所实施的两个相邻压缩机级的一部分的详细侧视图，该部分容 许在组装相邻级之后径向插入平衡配重；以及
图3为如由本发明所实施的两个相邻压缩机级的一部分的另一侧视图，该部分容 许在组装相邻级之后径向插入平衡配重。
具体实施例方式尽管本发明可通用于两种涡轮机(例如但不限于尤其是用于燃气轮机或蒸汽轮 机的涡轮叶轮和压缩机叶轮)，但以下实施例针对燃气轮机或蒸汽轮机的压缩机级进行具 体描述。该描述并非意图以任何方式限制本发明。压缩机级通常制造成具有与轴向轴附连或一体形成的叶轮或盘。母燕尾部区域加 工在叶轮的表面中，而压缩机叶片的公燕尾部区域则装配在该母燕尾部中。图1中所示的是压缩机10(例如，燃气涡轮发动机的压缩机)的一部分。压缩机 10包括入口 ；设置在围绕发动机或压缩机纵向中心线16的多个沿周向间隔开的定子导叶 14的上游且与该定子导叶14同轴的第一级叶片盘(bladed disk)组件12。叶片盘组件12 包括附接到转子叶轮或盘20上的多个沿周向间隔开的转子叶片18。更具体而言，且参看图1和图2两者，叶片18包括相对较薄的坚固翼型件部分22， 该部分22具有末梢24、根部26、前缘28和后缘30。叶片18还包括从翼型件根部26沿横 向向外延伸的大致矩形的平台部32。该平台部32向上朝末梢24从前缘28到后缘30相对 较大地倾斜，且提供在压缩机10中的内部空气流边界。平台部32包括上游前端34和下游 后端36，该后端36设置为半径大于前端34的半径。叶片18还包括在平台部32处从翼型 件22同轴地延伸的柄部38，以及从柄部38延伸的常规形状的轴向进入燕尾部40。此外， 叶片18可由适于涡轮构件叶片的任何适合的材料形成。例如且决非限制本发明，压缩机叶 片可包括石墨、含有石墨的材料以及其它此类碳纤维材料中的至少一种。此外，如本发明所实施的那样，涡轮机的叶片18可由超级合金(例如，可析出硬化 的镍基合金(InCOrme1718))形成，或由不锈钢材料形成。叶轮或盘20包括在其外周边44中的多个沿轴向设置的周向间隔开的槽口 42，槽 口 42在形状上与叶片燕尾部40互补，且收容燕尾部40以便将叶片18附接到其上。空气 46适于经引导穿过叶片18和导叶14，且由此受到压缩。当涡轮转子和叶片盘组件12旋转时，压缩机叶片燕尾部40与叶轮20之间的接触 应力与叶轮槽口 42中的机件(part)的运动相结合。这些接触应力可导致叶片盘组件12 较高的接触应力磨蚀和擦伤磨损。为了减小接触表面处的摩擦系数和降低其间的磨损率， 如本发明所实施的那样，涂层50施加到叶片盘组件12和槽口 42中的至少一个上。优选的是，如本发明所实施的那样，涂层50施加到槽口 42中的叶片盘组件12表 面上；然而，涂层50可施加到叶轮槽口 42上。涂层50可施加到叶片盘组件12和/或槽口 42的相邻表面中的一个或两者上。由于这些构件的几何形状，故可能难以将涂层施加到形成叶片盘组件12和叶轮 20的材料(如包括双相不锈钢材料的材料)上。例如且决非限制本发明，一些涂层可在这 些材料上引起缝隙腐蚀问题。因此，如本发明所实施的那样，如本发明所实施的涂层50包 括基于石墨的市售膜润滑剂涂层。此外，涂层50可包括可施加到叶片盘组件12和叶轮槽 口 42中的至少一个上的基于石墨的干燥膜润滑剂或基于填充金属的树脂的系统中的至少 一种。如本发明所实施的这些涂层材料可用于降低摩擦系数和减小叶片盘组件12与叶轮槽口 42之间的磨损。如本发明所实施的那样，涂层50提供耐磨蚀的抵抗力和抗缝隙腐蚀中的至少一 种。涂层50可包括石墨材料，且涂层包括石墨脂也在本发明的范围内。此外，如本发 明所实施的涂层50可包括单独的或与其它基于石墨的市售膜润滑剂涂层材料结合的钼 脂。例如，如本发明所实施的那样，用于涂层的材料包括有限的产品，例如但不限于 润滑剂；干燥润滑剂(干膜润滑剂)；在适合的溶剂中的润滑剂和粘结材料；可溶于油的 磺酸盐型表面活性剂/润湿剂(例如，得自HOHMAN PLATING & MFG. INC.的SurfKote L0B-1800-G)；含钛润滑剂，例如但不限于Alumazite ZDA (得自Tiodize Co. , Inc.)以及它 们的组合。通常，涂层包括润滑材料，润滑材料可与提供所期望的材料特征的其它成分相结 合。例如，一种非限制的涂层材料可包括具有石墨的硅酸盐粘结剂和其它高温润滑添加剂。 取决于叶片的预计用途、叶片和相关涡轮机的环境，也可能期望其它的添加剂。如本发明所实施的那样，涂层50优选的是施加到叶片18的压缩机叶片燕尾部40 上，在该处，其接触叶轮槽口 42。然而，如本发明所实施的那样，涂层50可施加到燕尾部40 和/或槽口 42的任何压力面表面上，如果需要的话。如本发明所实施的那样，涂层50以范围从大约0.0005"(英寸)至大约0. 002“
的厚度进行施加。涂层50以一定的厚度进行施加，该厚度可防止燕尾部基础金属/基底的 擦伤、咬住和磨蚀。如本发明所实施的那样，涂层50可通过任何适合的涂覆工艺施加。此外，示例性 涂覆工艺包括但不限于涂抹；沉积，例如但不限于物理气相沉积、等离子体增强化学气相沉 积以及化学气相沉积；溅射，如蚀刻和化学溅射；粉末涂覆；空气等离子体喷涂、冷喷涂、电 镀；以及它们的组合。在常规涡轮机中，裸露的压缩机叶片以较高接触应力压靠叶轮(例如但不限于由 CrMoV形成的叶轮)，这可导致过大的磨蚀和擦伤，以及其它不合需要的效果。这些过大的 磨蚀和擦伤留下不解决，就会显示出导致构件故障和涡轮机及燃气轮机单元可能的停机。 如本发明所实施的那样，叶片燕尾部上的涂层可有效减小其上的磨损，以便延长涡轮机构 件的寿命。这种改进还可导致改善燃气轮机和/或压缩机的可靠性。另外，如本发明所实 施的那样，叶片涂覆是比尝试涂覆涡轮机中难以到达的区域较为简单、更为便宜和更加稳 健的工艺，这些难以到达的区域例如但不限于叶片滑入其中的涡轮叶轮的叶轮槽口。如本发明所实施的那样，具有涂层的叶片提供了不会引起缝隙腐蚀的耐磨蚀涂层 解决方案。如本发明所实施的那样，涂层50可被施加和涂覆超级合金基底，如GTD 450叶 片，这可能很难，因为在GTD450上的涂层会经受缝隙腐蚀的问题。如本发明所实施的那样， 具有涂层的叶片可如所设计那样在较高接触应力的情况下运转，这可能是由于涡轮机操作 的结果而产生。此外，如本发明所实施的那样，经涂覆的构件将不会与未涂覆的类型以相同 的脱落率而损坏。尽管本文仅示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域普通技术人员将会想到 许多修改和变化。因此，应当理解到，所附权利要求意图涵盖落入本发明的真正精神内的所 有这些修改和变化。
权利要求
一种用于涡轮机的涂层，所述涂层包括基于石墨的市售膜润滑剂材料。
2.根据权利要求1所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涂层提供抗缝隙腐蚀 和抗磨蚀中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，涡轮机至少包括包含槽口 的叶轮和包含燕尾部的轮叶，所述涂层施加到所述槽口和所述燕尾部中的至少一个上。
4.根据权利要求3所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涂层施加到所述燕尾 部上。
5.根据权利要求3所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涡轮机包括超级合金 材料。
6.根据权利要求1所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涂层包括基于石墨的 干燥膜润滑剂。
7.根据权利要求1所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涂层包括基于填充金 属的树脂的系统。
8.根据权利要求1所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涂层还包括具有石墨 的硅酸盐粘结剂和高温润滑添加剂中的至少一种。
9.一种用于涡轮机的涂层，所述涂层包括基于石墨的市售膜润滑剂材料；所述涡轮机至少包括包含槽口的叶轮和包含燕尾部的轮叶，所述涂层施加到所述槽口 和所述燕尾部中的至少一个上；以及涂层包括以下至少一种基于石墨的干燥膜润滑剂、基于填充金属的树脂的系统，具有石墨的硅酸盐粘结剂；以 及高温润滑添加剂。
10.根据权利要求9所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涂层施加到所述燕尾 部上。
11.根据权利要求9所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涡轮机包括超级合金 材料。
12.根据权利要求9所述的用于涡轮机的涂层，其特征在于，所述涂层提供抗缝隙腐蚀 和抗磨蚀中的至少一种。
13.一种用于涡轮机的涂层以提供抗缝隙腐蚀和抗磨蚀中的至少一种的方法，所述方 法包括提供涂层；以及将所述涂层施加到所述槽口和所述燕尾部中的至少一个上；其中，所述涂层包括基于石墨的市售膜润滑剂材料；所述涡轮机至少包括包含槽口的叶轮和包含燕尾部的轮叶，所述涂层被施加；以及所述涂层包括以下至少一种基于石墨的干燥膜润滑剂、基于填充金属的树脂的系统、 具有石墨的硅酸盐粘结剂；以及高温润滑添加剂。
全文摘要
本发明涉及一种用于涡轮机的涂层。具体而言，用于涡轮机的涂层包括基于石墨的市售膜润滑剂材料。
文档编号F04D29/02GK101956727SQ20101023656
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月16日 优先权日2009年7月17日
发明者D·V·布奇, J·C·摩西, P·S·迪马斯焦, S·S·帕布拉 申请人:通用电气公司