CN102031476A - 用于喷涂工艺的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于喷涂工艺的方法及装置。具体地，提供了一种用于为喷涂工艺准备涡轮机叶片(10)的方法，该方法包括：提供柔性材料片材(20)，该片材被成形为使得当其被沿着叶片(10)的纵向轴线(18)周向地弯曲在该叶片(10)的叶片根部(16)周围时，该片材(20)在该叶片根部(16)表面上形成周向覆盖物；以及，将片材(10)弯曲在叶片根部(16)周围以便形成覆盖物。片材(20)被设置在叶片根部(16)上，使得该片材(20)在叶片根部(16)周围形成周向封闭的结构。

Description

用于喷涂工艺的方法及装置

技术领域

本发明涉及用于涡轮叶片的喷涂工艺的方法和装置。

背景技术

气体涡轮发动机包括一个或多个从可旋转的毂径向向外延伸的涡轮叶片。每个叶片均具有与毂内的槽接合的叶片根部和跨工作介质气体流动路径而径向延伸的气翼。涡轮叶片还包括位于叶片根部和气翼之间的平台。在发动机操作期间，涡轮叶片部分(例如气翼)与工作介质气体直接接触。因而，气翼可能会由于在发动机操作期间气体的高温而遭受损伤。

通常，在暴露给工作介质气体的叶片的翼剖面上施用保护涂层，以便改善其抗高温性和/或抗磨损性。使用常规的喷涂技术对涡轮叶片进行喷涂可能会在很大区域上以高沉积率形成厚涂层。这种喷涂方法的示例包括大气等离子喷涂(APS)、高速氧燃料喷涂(HVOF)、电弧喷涂，等等。

在对涡轮叶片的喷涂应用中，那些不希望涂覆的区域应当通过控制过喷的结构性措施和工艺保护起来。由于喷涂点的尺寸大小，造成机械已加工表面上喷涂材料沉积。该喷涂材料的沉积被称作过喷。因此，与喷涂应用联系起来使用涂装夹具以帮助覆盖需要被保护以免过喷的叶片根部是一种常见做法。

US20070110910公开了一种适于对涡轮叶片的过喷区域进行覆盖的装备。该安装装置是限定了内部的盒状结构，其中该内部具有接纳涡轮叶片的开口。涡轮叶片被插入到安装装置的内部中，使得该涡轮叶片的根部被该内部围绕。遮蔽层被布置在该内部的边缘与毗邻该叶片根部的叶片区域部分之间，使得该根部区域被完全遮蔽以避免过喷。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于保护涡轮叶片的叶片根部避免过喷的改进的覆盖措施。

上述目的通过如权利要求1所述的方法以及如权利要求11所述的装置(或称布局或布置结构，arrangement)得以实现。

在独立权利要求中对本发明进行了阐述和表征，同时在从属权利要求中对本发明的其它特征进行了描述。

本发明的根本思路是提供一种覆盖物，以便在喷涂期间保护涡轮叶片的叶片根部，从而避免喷涂沉积。对叶片根部进行覆盖的柔性材料片材的使用有助于沿着叶片根部周界来放置该片材，从而提供改进的覆盖。材料的柔性使得其易于将该片材成形为叶片根部的形态，从而紧密地覆盖叶片根部。这减少了在叶片根部与片材之间留下任何间隙的可能性，这转而又防止了在叶片根部上的喷涂沉积。

根据本文中的实施例，片材被定位在叶片根部上，使得该片材接触位于气翼和该叶片根部之间的平台。这避免了在毗邻平台的叶片根部的表面区域上(在该处最可能发生沉积)的任何涂层喷涂沉积。

根据本文中的实施例，片材被放置在叶片根部上，使得该片材在叶片根部周围形成周向封闭结构。这提供了对叶片进行喷涂而不必考虑任何喷涂方向的灵活性。

根据本文中的另一个实施例，该方法提供了将片材互锁在叶片根部周围的连接机构。这防止了片材从其在叶片根部周围的位置中移位。

根据本文中的另一个实施例，将粘结带设置在位于片材和气翼之间的叶片根部上。这有助于对叶片根部和气翼之间可能存在的甚至很窄的间隔进行密封。

本文中的另一个实施例包括：提供具有开口的盒，该开口接纳带有片材的叶片根部，其中该开口被布置成，当叶片根部被插入到盒中时，该开口封闭叶片根部周围的容积；以及，将该叶片根部插入到盒中，使得该叶片根部被该盒包围。尺寸大小和构形使得易于将叶片放入到盒中，从而提供了改善的掩蔽，这是因为喷涂物在沉积到片材之前先沉积到盒上，由此减少了可能沉积在片材上的喷涂物量。

根据另一个优选实施例，该柔性材料是弹性材料。该材料的弹性施加张力，从而提供了该片材在叶片根部表面上的紧密配合。

根据另一个优选实施例，该柔性材料是金属。该材料易于获得，并且相对便宜。

根据另一个优选实施例，该柔性材料是聚合物材料。该材料能够很容易地对喷涂物进行清洁，因此能够很容易被重新使用，从而减少了成本。

根据另一个优选实施例，该柔性材料具有低的热膨胀系数。这防止了片材由于加热所致膨胀而导致的松弛，从而即使当喷涂工艺发生在高温环境中时也能提供良好的保护以避免过喷。

本发明的另一方面描述了一种用于喷涂工艺的装置，该装置包括涡轮叶片和柔性材料片材，该涡轮叶片具有气翼、叶片根部、以及位于气翼和叶片根部之间的平台，该柔性材料片材被成形成当被沿着叶片的纵向轴线周向弯曲在该叶片的叶片根部周围时，其形成位于叶片根部表面上的周向覆盖物。该材料的柔性使得其易于将片材成形为叶片根部的形态，以便紧密覆盖该叶片根部。这减少了在叶片根部和片材之间留下任何间隙的可能性，其转而又防止了在叶片根部上的喷涂物的沉积。

附图说明

以下参照在附图中示出的例示实施例来对本发明进行更加详细的描述，附图中：

图1示出了涡轮叶片的前透视图，其中该涡轮叶片具有根据本文实施例安装在叶片根部上的柔性材料片材；

图2示出了图1实施例的后透视图；

图3示出了柔性材料片材的示意图；

图4示出了为涂覆工艺准备涡轮叶片的替代性实施例；以及

图5示出了图4实施例的剖视图。

具体实施方式

参照附图对各个实施例进行了描述，其中相同的附图标记在所有附图中均被用来指示相同的元件。在以下说明中，出于进行解释的目的，对大量具体细节进行了阐述，以便提供对一个或多个实施例的充分理解。要清楚的是，这些实施例可以无需这些具体细节而被实施。

本发明因而提供了一种为喷涂工艺准备机械部件的方法。本发明可以被特别(但不是专门)用于涡轮机的叶片。因此，应当认识到，尽管以下特别参照在涡轮发动机的涡轮部分中使用的叶片对实施例进行了例示，但是本发明也可等同地应用于其它机械部件的修理。这里，涡轮机是指结合有涡轮的任何旋转机械装置，所述涡轮由连续稳定地流动的流体流来增加或去除机械功率。

涡轮机通过附接到圆形转子的数排叶片的动作来进行操作，其中圆形转子被安装在旋转的轴上。涡轮机的示例包括某些种类的压缩机、以及涡轮泵、涡轮、液压传动叶轮，等等。涡轮叶片通常包括固定的叶片，其被设计成随着气体流动穿过发动机而接纳工作介质气体，与其相互作用，以及将其排出。涡轮叶片通过将叶片根部装配在转子盘中从而被附接到该盘，由此锁定叶片的运动以避免任何运动。

图1示出了涡轮叶片10的前透视图，涡轮叶片10具有根据本文实施例的安装在叶片根部16上的柔性材料片材20。涡轮叶片10包括构造成单件式的气翼12、叶片根部16、以及位于气翼12和叶片根部16之间的平台14，由此形成为彼此一体的。叶片根部16适于装配在位于转子盘(未示出)周缘中的槽缝中的一个中，其中气翼12从该盘径向向外延伸。气翼12、叶片根部16和平台14也可以是能够被组装在一起的分开的零部件。

参照图1，其示出了放置在叶片根部16周围的柔性材料片材20。柔性材料片材20以这样的方式被提供，即：使其成形成沿着涡轮叶片10的纵向轴线18周向地封闭叶片根部16。片材20被沿着叶片10的周缘弯曲，以便提供与叶片根部16的形状向匹配的形状。通过施力以将片材20装配在叶片根部16的表面上，从而将片材20放置在叶片根部16上并将其覆盖。片材20通常被放置在叶片根部16中预期喷涂物沉积的发生可能性更大的部分上。

片材20是弹性材料的相对薄且平坦的片材，其用于在涂覆的喷涂物和叶片根部16之间起到机械屏障的作用。片材20的弯曲用于增加局部应力，以便使得能够牢固地装配在叶片根部16上。

片材20以这样的方式被布置成，使得其定位成毗邻叶片根部16中与平台14相交的区域，其中平台14位于气翼12和叶片根部16之间。如图1中所示，粘结带24被放置在平台12和叶片根部16中毗邻气翼14的部分之间。粘结带24有助于对位于平台14和片材20毗邻平台14的部分之间的任何间隙进行密封。这防止了喷涂物穿过该间隙而泄漏到叶片根部16的表面上。

例如，粘结带24是应用到或流在叶片根部16的选定区域上的可硬化塑料膜。这种粘结带24的使用提供了对间隙的实质性修整，特别是在叶片根部16毗邻气翼12的部分的周缘的周围。

当放置在叶片根部16上时，片材20在叶片根部16周围形成周向封闭的结构。在被安装的状态中，片材20与叶片根部16间隔的距离小于预定距离。材料的弹性使得片材20紧靠，并且施加压缩力在片材20上。该压缩力抵抗任何运动，并防止片材20从叶片根部16的表面松动。这防止了在叶片根部16和片材20之间存在任何间隔。

图2示出了图1的实施例的后透视图。图2示出了涡轮叶片10中片材20紧靠在叶片根部16表面上的部分。片材20被以这样的方式弯曲，即：沿着叶片10的纵向轴线18限定的片材20的终端段26基本上在叶片根部16的一侧上相接，以便提供相对较紧且牢固、但能够释放的装配。

如该图中所示，片材20被放置在叶片根部16的外表面的一部分上，以便在涂覆工艺期间保护该部分，其中该部分是最有可能遭受过喷的部分。当完全组装时，片材10围绕叶片根部16，仅仅暴露期望被涂覆的叶片10的气翼12。

终端段26可以设置有连接机构以便绕叶片根部16而使片材20互锁。本文中的连接机构是钩22，以便将片材20扣紧到叶片根部16上。这种互锁提供了牢固的装配，并且防止片材20从叶片根部16的变位移动。例如，连接机构还能够是弹性带、螺母、或者能够相对于叶片根部16固定地支撑片材20的任何其它结构。

片材20的终端段26还能够以这样的方式被放置，使得一个终端段与另一个终端段重叠，由此提供完全封闭的结构，而不会沿着叶片根部16的周界留下任何间隙。片材20的该重叠特征被增添，用于将该片材紧固在叶片根部16上，并且还用于防止喷涂物泄漏到叶片根部16上。

片材20可以是单件式的，也可以是多件式的，例如，携带有掩蔽表面和突出物的第一构件与第二或背部构件紧固在一起。以这样的形式，第一构件和第二构件一起形成了掩蔽构件。

图3示出了图1柔性材料片材20的示意图。片材20优选是弹性材料制成的薄且平坦的板，其能够被成形成覆盖叶片根部16的表面，从而保护其在喷涂工艺期间免受过喷的喷雾。

片材20包括两个终端段26，其中当片材20被安装在叶片根部16上时，终端段26沿着叶片10的长度延伸。叶片20被示出为在终端段26处设置有连接机构，以便将片材20紧固到叶片根部16上。这里示出的连接机构是从片材20的纵向终端段延伸的凸缘28，其用于有效地锁定两个终端段26，因此不存在片材20的相对运动。当被连接机构锁定时，片材20产生位于叶片根部16上的周向封闭结构。

柔性材料片材20优选由金属制造，所述金属例如是不锈钢、镍、或金属合金，例如镍铬合金或类似物。一种合适的材料是具有大约10000mm～50000mm厚度的不锈钢。柔性材料片材20还可以是聚合物材料，例如聚丙烯、聚乙烯，等等。这些材料的成本都相对低廉，并且还容易清洗，由此减小了涉及为了多次使用而从片材上清除过喷沉积物的成本。

一般而言，这些材料对于喷涂物、或者其它气体、灰尘或其它磨蚀颗粒而言都是惰性的，这有助于保护叶片根部16。片材20易于快速安装和去除，使得重复劳损的可能性被减小，并且涂覆操作的步骤能够被加快。片材16是便宜的，并且具有高耐用性，其使得该片材可以用于大量次数的重复使用。

片材20在厚度上是基本均匀的，并且除了叶片根部之外还能够与许多不同类型的物体关联起来使用。片材20还能够设置有各种其它的锁定机构，例如，铰链、弹性带等等，以便将片材20牢固地保持在叶片根部16周围。

图4示出了为涂覆工艺准备涡轮叶片10的替代性实施例。该实施例除了柔性材料片材20之外还包括用于涡轮部件的盒30，以便防止在叶片根部16的表面上的喷涂沉积物。这种覆盖叶片根部16的盒状结构的使用是已知的。然而，它并未提供对叶片根部16完全进行密封。因此，使用盒30和片材20比仅仅单独使用该盒提供了针对过喷的更好保护。

盒30具有至少一个开口32，其接纳涡轮根部16以便将涡轮根部16牢固地定位在盒30中。涡轮叶片10以这样的方式被定位，使得盒30围绕叶片根部16，并且气翼12径向向外穿过开口32延伸。

开口32的尺寸大小被选择成使得当叶片根部16被插入到盒30中时开口32在叶片根部16周围封闭一容积。这产生了叶片根部16在盒30内的紧配合。取决于经受涂层的涡轮部件，该尺寸大小能够改变。这种盒30是任选的特征，其提供了对叶片根部16的额外保护。

这里，盒30能够在叶片根部16被覆盖以片材20之前被放置到叶片根部16周围，从而使得片材20在包含叶片根部16的盒30上延伸。盒30也能够在将叶片根部16覆盖以片材20后被放置，从而使得盒30围绕叶片根部16和片材20两者。单独使用片材20覆盖叶片根部16不足以改善该覆盖，因而必需另外还使用盒30。与仅盒30相比，由于不再需要去除过喷，所以这节约了时间，并且还不需要去除过喷。盒30和片材20有助于完全覆盖叶片根部16，从而提供针对过喷沉积物的更好的保护。

如上所述，盒30形成了屏障，并且也由对涂覆材料是惰性的材料构成。盒30可以由金属材料或非金属材料制造。例如，盒30可以部分或者完全由石墨或陶瓷材料或类似物构造成。

图5示出了图4中所示实施例的剖视图。该图示出了涡轮叶片10的剖视图，其中叶片根部16被覆盖以柔性材料片材并且被包围在盒30内。

盒30包围有腔，涡轮叶片10从上面竖直插入到该腔内，也这样的方式使得叶片根部16基本上位于该腔内，并且涡轮叶片10使气翼12延伸在盒30外，其中气翼12在涡轮操作期间遭受流过的介质。

如图5中所示，涡轮叶片10还包括放置在其叶片根部16上的覆盖片材20。片材20以这样的方式放置，使得其形成在叶片根部16周围的封闭结构。材料的弹性将片材20紧密保持在也叶片根部16的表面上，由此防止在叶片根部16和片材20之间形成任何间隙。

这里，盒30的开口32的直径等于叶片根部16的直径。这是以这样方式来确定，即：当叶片根部16插入在盒30中时，叶片根部16的侧面毗邻该开口。也这样的方式，叶片根部16与盒30内侧之间的距离被桥接。这防止了喷涂物通过间隙泄漏到片材20上。

如图5中所示，粘结带24被示出为放置在平台12和叶片根部16之间，以便桥接盒30和叶片根部16之间的间隙。这里，粘结带24还覆盖叶片根部16至其上边缘，由此防止喷涂物沉积在叶片根部16上的可能性。

本发明提供了一种有效的、迅速且易于应用的、可去除的掩蔽装置，其能够被重复使用。通过使用各种工艺(例如，使用水流冲洗掉喷涂物、以去活化溶液或任何其它溶剂)能够去除沉积在片材上的喷涂物，从而对重新使用的片材的表面径向清洁。

本文提供的叶片根部覆盖片材因而是耐用的、可更换的、对现有涡轮盘参数影响最小的。片材适于被安装在叶片根部上，不会在根部改动上带来的昂贵花费。

Claims (15)

1.一种用于为喷涂工艺准备涡轮机叶片(10)的方法，所述方法包括：

提供柔性材料片材(20)，所述片材(20)被成形为使得当其被沿着所述叶片(10)的纵向轴线(18)被周向地弯曲在所述叶片(10)的叶片根部(16)周围时，所述片材(20)在所述叶片根部(16)表面上形成周向覆盖物；

将所述片材(10)弯曲在所述叶片根部(16)周围以便形成所述覆盖物。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述片材(20)在所述叶片根部(16)上被定位成使得所述片材(20)与位于气翼(12)和所述叶片根部(16)之间的平台(14)接触。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述片材(20)在所述叶片根部(16)上被放置成使得所述片材(20)在所述叶片根部(10)周围形成周向封闭结构。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括提供连接机构(22，28)，以便将所述片材(20)互锁在所述叶片根部(16)周围。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括提供粘结带(24)，所述粘结带(24)被设置在所述片材(20)和所述气翼(12)之间的叶片根部上。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括：

提供盒(30)，所述盒(30)具有接纳带有所述片材(20)的叶片根部(16)的开口(32)，其中，所述开口(32)使得当所述叶片根部(16)被插入到盒(30)中时，封闭叶片根部(16)周围的容积；以及

将所述叶片根部(16)插入到盒(30)中，使得所述叶片根部(16)被所述盒(30)包围。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述柔性材料是弹性材料。

8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述柔性材料是金属。

9.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述柔性材料是聚合物材料。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述柔性材料是具有低热膨胀系数的材料。

11.一种用于喷涂工艺的装置，所述装置包括：

涡轮叶片(10)，其包括气翼(12)、叶片根部(16)、以及位于所述气翼(12)和所述叶片根部(16)之间的平台(14)；以及

柔性材料片材(20)，其被成形为使得当其被沿着所述叶片(10)的纵向轴线周向地弯曲在所述叶片(10)的叶片根部(16)周围时，所述片材(20)在所述叶片根部(16)表面上形成周向覆盖物。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述涡轮叶片(10)根据权利要求1至10中任一项所述的方法被准备好用于用于喷涂工艺。

13.如权利要求11或12所述的装置，其中，所述片材(20)还包括连接机构(22，28)，以便将所述片材(20)互锁在所述叶片根部(16)周围。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述连接机构(22，28)包括条带或钩(22)中的至少一个。

15.如权利要求12至14中任一项所述的装置，进一步包括粘结带(24)，以密封所述气翼(12)与所述片材(16)上毗邻所述气翼(12)的那部分之间的间隙。

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