CN104937217A - 在涡轮机中使用的密封系统及其制造方法 - Google Patents

在涡轮机中使用的密封系统及其制造方法 Download PDF

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I.焦文内蒂
M.吉亚诺兹
K.阿南
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L.S.勒布朗
W.C.哈什
W.A.奈尔逊
P.M.托马斯
D.M.格雷
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Abstract

用于包括具有与其联结的翼形件的可旋转部分和具有内表面(188)的静止部分的设备的密封系统(200)包括可磨损部分(202)，所述可磨损部分(202)包括在所述内表面(188)之上形成的可磨损材料的至少一个可磨损层。所述密封系统(200)还包括布置在所述翼形件的基底的至少一部分之上的磨损部分(204)。所述磨损部分(204)包括在所述基底的至少一部分上形成的至少一个磨损层(212)和包埋在所述磨损层(212)内的多个磨粒(218)。所述多个磨粒(218)包含以下的至少一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)和氧化锆(ZrO2)；以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3；以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2；以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2；和以预定比率的TaC和Al2O3。

Description

在涡轮机中使用的密封系统及其制造方法
背景
本发明的领域通常涉及涡轮机，且更特定地涉及包括施用到翼形件尖端的研磨材料和施用到静止部分的耐高温且耐侵蚀的材料的涡轮机密封系统及其施用方法。
至少一些已知的涡轮机为包括在至少一个转子组件之上延伸的至少一个静止组件的涡轮发动机。该转子组件包括至少一排周向隔开可旋转的金属涡轮机动叶(blade)或叶片(bucket)。并且，至少一些已知的涡轮发动机为还包括至少一排周向隔开可旋转的金属压缩机动叶的燃气涡轮发动机。叶片和动叶包括从平台向外径向延伸到金属尖端的金属翼形件。这类金属翼形件中的许多由例如镍(Ni)和钴(Co)合金的材料制造。
涡轮发动机的一些已知的静止组件包括形成通常可暴露于热气体熔剂(gas flux)的金属护罩的表面。这类金属表面中的一些包括在静止组件之上形成护罩的施用的金属基MCrAlY涂层和/或施用的陶瓷热障涂层(TBC)。或者，一些这样的金属表面包含具有或没有保护性热障涂层的施用的陶瓷基质复合材料(CMC)。
金属尖端和金属护罩限定在其间的尖端间隙。然而，包括金属护罩和金属叶片两者的这类涡轮发动机构造成具有充分大以足以促进在可用发动机操作条件范围内的无摩擦发动机操作的尖端间隙。然而，所述尖端间隙仅适合于低温且低效的涡轮发动机，并且将不适合于需要较高效率的高温单元。
其它已知的涡轮机中的一些包括在静止组件之上形成的可磨损护罩。通常，形成这类护罩，其具有图案化可磨损热障涂层(TBC)，包括致密垂直开裂(dense vertical cracking, DVC)形式的TBC。尖端未被涂覆并且随着转子组件在静止组件内转动，它们磨损护罩，因为尖端的硬度值大于护罩涂层的硬度值。接着，可磨损护罩和尖端限定在其间的尖端间隙。硬度相对较小的可磨损TBC护罩涂层降低损坏相对较硬的叶片/动叶的潜在性。然而，因为相对较软，所以这类护罩涂层趋向于由于特别是沿图案化轮廓的微粒侵蚀而造成的材料损耗。为了对抗微粒侵蚀，一些涡轮发动机包含被金属叶片/动叶磨损的更强烈耐侵蚀的DVC-TBC。然而，由于硬度增加，这类DVC-TBC涂覆的护罩促进在摩擦期间叶片/动叶尖端磨耗增加，并且显示出由于摩擦诱发的温度升高造成的裂开的倾向。
其它已知涡轮发动机中的一些包括在静止组件之上形成的类似可磨损TBC护罩涂层且叶片/动叶尖端包括在其上形成的具有比叶片/动叶材料和可磨损涂层大的硬度值的磨损材料。随着转子组件在静止组件内转动，该磨损材料磨损护罩涂层。可磨损护罩涂层和磨损尖端限定在其间的尖端间隙。该尖端间隙足够小以促进减少流经涡轮发动机的轴向流，其绕过动叶和叶片，由此促进涡轮发动机的效率和性能增加。该尖端间隙也足够大，从而促进在可用发动机操作条件范围内的无摩擦发动机操作。此外，如上所述，许多这样的TBC材料为耐侵蚀的DVC-TBC并且显示由于摩擦诱发的温度升高造成的裂开的倾向。
另外，包括可磨损TBC护罩和在叶片/动叶上形成的磨损材料的那些已知涡轮发动机中的一些使用碳化硅(SiC)或立方氮化硼(cBN)用于磨损材料，这是由于其硬度特性。然而，对于高于约927摄氏度(℃)(1700华氏度(℉))的温度，cBN变得不稳定并且易于氧化。并且，虽然SiC更适合于在超过约927℃(1700℉)的温度下存在，但是SiC磨料包含可能侵蚀Ni/Co合金基底的游离硅。
发明简述
一方面，提供密封系统。该密封系统用于包括具有与其联结的翼形件的可旋转部分和具有内表面的静止部分的设备。所述密封系统包括可磨损部分，所述可磨损部分包括在所述内表面之上形成的可磨损材料的至少一个可磨损层。所述密封系统还包括在所述翼形件的基底的至少一部分之上布置的磨损部分。所述磨损部分包括在所述基底的至少一部分上形成的至少一个磨损层和包埋在所述磨损层内的多个磨粒。所述多个磨粒可包含基本上全为以下的一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)或氧化锆(ZrO2)。并且，所述多个磨粒可包含以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3。另外，所述多个磨粒可包含以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2。此外，所述多个磨粒可包含以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2。并且，所述多个磨粒可包含以预定比率的TaC和Al2O3。
另一方面，组装用于设备的密封系统的方法包括提供可旋转部分。所述可旋转部分包括至少一个与其联结的翼形组件且所述至少一个翼形组件包括基底。所述方法包括在所述可旋转部分的至少一部分之上延伸静止部分。所述静止部分包括内表面。所述方法还包括在所述内表面的至少一部分上形成至少一个可磨损材料层。所述方法还包括在所述基底的至少一部分上形成至少一个基质层。所述至少一个基质层包括包埋在所述至少一个基质层内的多个磨粒。所述多个磨粒可包含基本上全为以下的一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)或氧化锆(ZrO2)。并且，所述多个磨粒可包含以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3。另外，所述多个磨粒可包含以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2。此外，所述多个磨粒可包含以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2。并且，所述多个磨粒可包含以预定比率的TaC和Al2O3。
另一方面，提供操作包括可旋转部分和在所述可旋转部分的至少一部分之上延伸的静止部分的设备的方法。所述静止部分包括内表面且所述可旋转部分包括至少一个与其联结的翼形组件。所述方法包括诱发在所述可旋转构件中的转动使得密封系统的磨损部分相对于所述密封系统的可磨损部分摩擦。所述可磨损部分包括在所述静止部分上形成的致密垂直开裂(DVC)的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和致密垂直开裂(DVC)的氧化镝稳定的氧化锆(DySZ)中的至少一种的至少一层。所述可磨损部分具有第一硬度值。所述磨损部分包括包埋在至少一个基质层内的多个磨粒。所述多个磨粒具有大于所述第一硬度值的第二硬度值。所述多个磨粒可包含基本上全为以下的一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)或氧化锆(ZrO2)。并且，所述多个磨粒可包含以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3。另外，所述多个磨粒可包含以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2。此外，所述多个磨粒可包含以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2。并且，所述多个磨粒可包含以预定比率的TaC和Al2O3。所述方法还包括用所述磨损部分除去所述可磨损部分的至少一部分。
附图
在参考附图阅读以下详述时，本发明的这些和其它特征、方面和优势将得到更好的理解，在整个附图中，相同的符号表示相同的部分，其中：
图1为例示性燃气涡轮发动机的示意图；
图2为可供在图1中示出的燃气涡轮发动机使用的例示性涡轮机叶片的示意图；
图3为可供在图1中示出的燃气涡轮发动机使用的例示性密封系统的示意图；
图4为在图3中示出的例示性密封系统的放大示意图；
图5为可供在图3中示出的燃气涡轮发动机使用的备选例示性密封系统的放大示意图；
图6为可供在图3中示出的燃气涡轮发动机使用的另一备选例示性密封系统的放大示意图；
图7为可供在图3中示出的燃气涡轮发动机使用的又一备选例示性密封系统的放大示意图；
图8为组装可供在图3中示出的燃气涡轮发动机使用的密封系统的例示性方法的流程图；
图9为在图8中组装密封系统的方法的续图；
图10为可供在图3中示出的燃气涡轮发动机使用的具有基本光滑表面的例示性可磨损护罩的例示性部分的示意图；
图11为沿线11-11获取的在图10中所示的可磨损护罩的部分的放大示意图；
图12为可供在图3中示出的燃气涡轮发动机使用的具有图案化表面的例示性可磨损护罩的例示性部分的示意图；
图13为沿线13-13获取的在图12中所示的可磨损护罩的部分的放大示意图。
除非另外指出，否则本文提供的图意欲说明本发明的关键发明特征。认为这些关键发明特征适用于包括本发明一个或多个实施方案的各种各样的系统。因此，这些图并非意欲包括本领域的普通技术人员已知对于实施本发明所需要的所有常规特征。
发明详述
在以下说明书中和权利要求书中，将引用许多术语，这些术语将定义为具有以下含义。
除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数对象。
“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生且该描述包括其中该事件发生的情况及其中该事件不发生的情况。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修饰任何定量表述，这些表述可允许在不造成其相关的基本功能发生变化的条件下进行改变。因此，由诸如“约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的数值并不局限于所指定的精确值。至少在某些情况下，近似语言可对应于测量该值的仪器的精度。在此和在整个说明书和权利要求中，范围界限可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指出，否则这样的范围被确定并包括其中所含的所有子范围。
图1为旋转式机器，即涡轮机且更具体为涡轮发动机的示意图。在该例示性实施方案中，该涡轮发动机为燃气涡轮发动机100。备选地，该旋转式机器为任何其它涡轮发动机和/或旋转式机器，包括而不限于蒸汽涡轮发动机、离心式压缩机和涡轮增压器。在该例示性实施方案中，燃气涡轮发动机100包括进气段102，以及自进气段102下游联结并与进气段102流体连通的压缩机段104。压缩机段104封入压缩机外壳105内。燃烧器段106自压缩机段104下游联结并与压缩机段104流体连通且涡轮机段108自燃烧器段106下游联结并与燃烧器段106流体连通。涡轮发动机108封入涡轮机外壳109内并包括在涡轮机段108下游的排出段110。此外，在该例示性实施方案中，涡轮机段108经由转子组件112联结到压缩机段104，所述转子组件112包括而不限于压缩机转子或者驱动轴114和涡轮机转子或者驱动轴115。
在该例示性实施方案中，燃烧器段106包括多个燃烧器组件，即各自与压缩机段104流体连通而联结的燃烧器116。燃烧器段106还包括至少一个燃料喷嘴组件118。各燃烧器116与至少一个燃料喷嘴组件118流体连通。此外，在该例示性实施方案中，涡轮机段108和压缩机段104经由驱动轴114旋转式联结到载荷120。例如，载荷120可包括而不限于发电机和/或机械驱动应用如泵。备选地，燃气涡轮发动机100可为航空器发动机。
并且，在该例示性实施方案中，压缩机段104包括至少一个压缩机动叶组件122和至少一个邻近的静止叶片组件123。压缩机动叶组件122和邻近的静止叶片组件123的各个组合限定压缩机级130。并且，各压缩机动叶组件122包括多个压缩机动叶(未在图1中示出)且各个静止叶片组件123包括多个压缩机叶片(未在图1中示出)。此外，各个压缩机动叶组件122可移动地联结到压缩机驱动轴114且各个静止叶片组件123可移动地联结到压缩机外壳105并由压缩机外壳105支撑。
另外，在该例示性实施方案中，涡轮机段108包括至少一个涡轮机动叶，即叶片组件124，和至少一个邻近的静止喷嘴组件125。涡轮机叶片组件124和邻近的静止喷嘴组件125的各个组合限定涡轮机级140。并且，各个涡轮机叶片组件124包括多个涡轮机叶片(未在图1中示出)且各个静止喷嘴组件125包括多个涡轮机喷嘴(未在图1中示出)。此外，各个涡轮机叶片组件124可移动地联结到涡轮机驱动轴115且各个静止喷嘴组件125可移动地联结到涡轮机外壳109并由涡轮机外壳109支撑。
在操作中，进气段102将空气150向压缩机段104引导。压缩机段104将进入空气150压缩到较高压和较高温，之后将压缩空气152向燃烧器段106排放。将压缩空气152引导到燃料喷嘴组件118，使其与燃料(未示出)混合，并在各个燃烧器116内燃烧以产生燃烧气体154，将燃烧气体154向下游涡轮机段108引导。在燃烧器116内产生的燃烧气体154向下游涡轮机段108引导。在撞击涡轮机叶片组件124之后，热能转化成机械旋转能，该机械旋转能用以驱动转子组件112。涡轮机段108经由驱动轴114和115驱动压缩机段104和/或载荷120，且排出气体156经由排出段110排放到环境大气中。
图2为可供燃气涡轮发动机100(在图1中示出)使用的例示性涡轮机叶片160的示意图；涡轮机叶片160包括根部162和联结到根部162的翼形件部分164。翼形件部分164限定翼形件尖端部分166、前缘168和后缘170。各个涡轮机叶片160通过楔形榫系统(未示出)可移动地联结到转子组件112的涡轮机驱动轴115(两者示于图1中)。对于可移动地联结到压缩机驱动轴114(示于图1中)的各个压缩机动叶180，可使用类似的布置和构造。
图3为可供燃气涡轮发动机100使用的例示性密封系统200的示意图。密封系统200可供压缩机段104和涡轮机段108使用。燃气涡轮发动机100包括多个压缩机级130和多个涡轮机级140。各个压缩机级130包括多个压缩机动叶180且各个涡轮机级140包括多个涡轮机叶片160。各个压缩机动叶180包括翼形件尖端基底182且各个涡轮机叶片160包括翼形件尖端基底184。翼形件尖端基底182和184由镍(Ni)基合金和钴(Co)基合金中的一种形成。备选地，翼形件尖端基底182和184由能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统200的操作的任何材料形成。压缩机外壳105包括内表面186且涡轮机外壳109包括内表面188。
在该例示性实施方案中，并且集中在涡轮机段108上，密封系统200包括可磨损部分，即在内表面188之上形成的护罩202。备选地，护罩202可在标准定子(statoric)粘结涂层之上形成。可磨损护罩202具有第一硬度值。密封系统200还包括布置在翼形件尖端基底184之上的磨损部分204。磨损部分204具有大于第一硬度值的第二硬度值。在燃气涡轮发动机100的操作中，在涡轮机驱动轴115中诱发旋转运动206，使得磨损部分204相对于可磨损护罩202摩擦并且在翼形件尖端部分166上形成的磨损部分204和在涡轮机外壳109上形成的可磨损护罩202之间限定间隙208。摩擦可磨损护罩202以限定基本光滑的表面和图案化表面中的一个(两者都未示出)。备选地，该基本光滑的表面和/或图案化表面可在可磨损护罩202的制造(在下文进一步讨论)期间形成。间隙208具有预定的数值范围，其促进降低在涡轮机叶片160和涡轮机外壳109之间工作流体的流动(未在图3中示出)，由此增加燃气涡轮发动机100的效率，同时还降低涡轮机叶片160与涡轮机外壳109的摩擦，由此增加涡轮机叶片160的预期使用寿命。备选地，不是在表面188上直接形成可磨损护罩202，而是在表面188上形成高温材料的第一层。这样的第一层可由包括而不限于铬-铝-钇合金(MCrAlY)的材料形成，其中M包括以任何组合的镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)中的至少一种。接着，可磨损护罩202在该第一层之上形成。
图4为沿区域4(示于图3中)获取的例示性密封系统200的放大示意图。在图4中的对象没有按标度显示。在该例示性实施方案中，并且集中在涡轮机段108(示于图1和图3中)，密封系统200包括在内表面188之上形成的可磨损护罩202。在一些实施方案中，可磨损护罩202由具有小于5%的孔隙度值的致密垂直开裂(DVC)的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)形成。备选地，在其它实施方案中，可磨损护罩202由具有小于5%的孔隙度值的DVC氧化镝稳定的氧化锆(DySZ)形成。并且，备选地，可磨损护罩202由具有小于35%且优选小于25%孔隙度的标准YSZ和DySZ中的一种形成。
在该例示性实施方案中，可磨损护罩202从内表面188朝向涡轮机叶片160延伸且具有至少约500微米(μ)(20密耳，即0.020英寸))的厚度210并且具有表面211。备选地，可磨损护罩202具有能够实现如本文所述的密封系统200的操作的任何厚度值210。并且，在该例示性实施方案中，可磨损护罩202通过在内表面188上喷雾DVC YSZ或DVC DySZ的至少一层(未示出)形成。可磨损护罩202具有在约400和约1200之间的维氏(Vickers)硬度(HV0.3)值范围。
密封系统200还包括布置在翼形件尖端基底184之上的磨损部分204。在该例示性实施方案中，磨损部分204包括具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ(20密耳)范围内的厚度214的至少一个磨损基质层212。磨损基质层212限定磨损基质层表面216。磨损部分204可在翼形件尖端基底184上直接形成或在标准翼形件粘结涂层上形成。
并且，在该例示性实施方案中，磨损基质层212包括由金属材料和陶瓷材料中的一种形成的单一基质层。备选地，磨损基质层212包括能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统200的操作的许多层。在一些实施方案中，金属基质材料可为MCrAlY。在其它实施方案中，金属基质材料可为铬-铝合金(MCrAlY)，其中M包括以任何组合的镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)中的至少一种，且X包括以任何组合的铪(Hf)、Y、Si和钽(Ta)中的至少一种。另外，在该例示性实施方案中，磨损基质层212通过经由电解法形成MCrAlY基质层或MCrAlX基质层而形成。在一些其它实施方案中，磨损基质层212可通过电解法由金属材料形成，所述金属材料可包括包含以任何组合的Ni、铝(Al)和铂(Pt)中的至少两种的合金。备选地，金属基质材料可为通过能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统200的操作的任何方法在翼形件尖端基底184上形成的任何金属材料。金属磨损基质层212具有在约400和约1200之间的维氏硬度值范围。
此外，在一些实施方案中，磨损基质层212由包括氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化锆增韧的氧化铝、氧化铝增韧的氧化锆、Al2O3和氧化铪(HfO2)中的至少一种的陶瓷材料形成。这类陶瓷基磨损基质层212可通过混合Si、钛(Ti)、钨(W)、硼(B)和锆(Zr)中的至少一种与镍铬合金(NiCr)和Ni中的至少一种形成钎焊基质而形成。备选地，陶瓷基质材料可为通过能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统200的操作的任何方法在翼形件尖端基底184上形成的任何陶瓷材料。陶瓷磨损基质层212具有在约400和约1200之间的维氏硬度值范围。
并且，在该例示性实施方案中，磨损部分204包含包埋在磨损基质层212内的多个磨粒218。磨粒218可包含基本上全为以下的一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)或氧化锆(ZrO2)。并且，磨粒218可包含以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3。另外，磨粒218可包含以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2。此外，磨粒218可包含以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2。并且，磨粒218可包含以预定比率的TaC和Al2O3。另外，磨粒218可包含多晶氧化铝(溶胶-凝胶)。
磨粒218具有在约1000和约4800之间的维氏硬度值范围。磨粒218的硬度值大于磨损基质层212的硬度值，其又大于可磨损护罩202的硬度值。
另外，在该例示性实施方案中，磨粒218具有一定尺寸以具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ(20密耳)范围内的当量直径220。并且，包埋在磨损基质层212内的磨粒218以约20μ(小于1密耳)-约500μ(20密耳)的当量间距222彼此隔开。磨粒218显示为基本球形的。然而，磨粒218可具有能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统200的操作的任何形状和构造，包括而不限于多面的。
备选地，磨损基质层212经由两阶段过程形成。第一阶段包括形成钎焊化合物(未示出)，其包括混合Si、Ti、W、B和Zr中的至少一种与NiCr和Ni中的至少一种。第一阶段还包括将该钎焊化合物施用到基底184上。第一阶段还包括将多个磨粒218钎焊到基底184上。第二阶段包括形成电解化合物(未示出)，其包括形成MCrAlY基质化合物(未示出)。第二阶段还包括将电解化合物施用到钎焊到基底184的磨粒218上并用MCrAlY基质化合物填充在其间的间距的至少一部分。第二阶段还包括使用电解法完成形成具有包埋的磨粒218的磨损基质层212。
磨损部分204具有大于可磨损护罩202的硬度值的硬度值。在燃气涡轮发动机100的操作中，在涡轮机驱动轴115(示于图3中)中诱发旋转运动206(示于图3中)，使得磨损部分204相对于可磨损护罩202摩擦且在可磨损护罩202和磨损部分204之间限定间隙208。如在图4中所示，磨粒218可在相对于磨损基质层表面216的位置在径向、轴向和圆周上不同。因此，可磨损护罩202可经摩擦以限定基本光滑的表面和图案化表面中的一个(两者都未示出)。间隙208具有预定的数值范围，其促进降低在涡轮机叶片160和涡轮机外壳109(两者示于图3中)之间工作流体的流动(未在图4中示出)，由此增加燃气涡轮发动机100的效率，同时还降低涡轮机叶片160与涡轮机外壳109的摩擦，由此增加涡轮机叶片160的预期使用寿命。
图5为沿区域4获取的可供燃气涡轮发动机100(两者示于图3中)使用的备选例示性密封系统300的放大示意图。在图5中的对象没有按标度显示。在该例示性实施方案中，并且集中在涡轮机段108(示于图1和图3中)，密封系统300包括在内表面188之上形成的可磨损护罩202。可磨损护罩202具有表面211。
密封系统300还包括布置在翼形件尖端基底184之上的备选磨损部分304。磨损部分304可在翼形件尖端基底184上直接形成或在标准翼形件粘结涂层上形成。在该例示性实施方案中，磨损部分304包含具有在约50.8μ (2密耳)和约500μ (20密耳)范围内的厚度314的至少一个磨损基质层312。磨损基质层312限定磨损基质层表面316。并且，在该例示性实施方案中，磨损基质层312包括基本类似于对于磨损基质层212(示于图4中)所述由金属材料和陶瓷材料中的一种形成的单一基质层。备选地，磨损基质层312包括能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统300的操作的许多层。
另外，在该例示性实施方案中，磨损部分304包括包埋在磨损基质层312内的多个磨粒318。磨粒318在材料和粒度方面与磨粒218(示于图4中)基本类似，即磨粒318具有一定尺寸以具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ(20密耳)范围内的当量直径320。并且，包埋在磨损基质层312内的磨粒318以约20μ(小于1密耳)-约500μ(20密耳)的当量间距322彼此隔开。磨粒318显示为基本球形的。然而，磨粒318可具有能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统300的操作的任何形状和构造，包括而不限于多面的。
与密封系统200形成对比，磨粒318包埋在磨损基质层312内，使得至少一部分磨粒318延伸超出磨损基质层表面316距离324。在该例示性实施方案中，距离324在当量直径320的约0%-40%范围内。摩擦可磨损护罩202以限定间隙326，使得在磨损基质层表面316和可磨损表面211之间限定距离328。距离328具有一定尺寸以促进降低在磨损基质层312和可磨损护罩202之间的接触的潜在性。间隙326具有预定的数值范围，其促进降低在涡轮机叶片160和涡轮机外壳109(两者示于图3中)之间工作流体的流动(未在图5中示出)，由此增加燃气涡轮发动机100的效率，同时还降低涡轮机叶片160与涡轮机外壳109的摩擦，由此增加涡轮机叶片160的预期使用寿命。并且，密封系统300促进降低与形成磨损基质层311的较薄层相关的成本。另外，增加距离328促进使用致密性较低的磨损基质层312。
图6为沿区域4获取的可供燃气涡轮发动机100(两者示于图3中)使用的另一备选例示性密封系统400的放大示意图。在图6中的对象没有按标度显示。在该例示性实施方案中，并且集中在涡轮机段108(示于图1和图3中)，密封系统400包括在内表面188之上形成的可磨损护罩202。可磨损护罩202具有表面211。
密封系统400还包括布置在翼形件尖端基底184之上的备选磨损部分404。磨损部分404可在翼形件尖端基底184上直接形成或在标准翼形件粘结涂层上形成。在该例示性实施方案中，磨损部分404包括具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ(20密耳)范围内的厚度414的至少一个磨损基质层412。磨损基质层412限定磨损基质层表面416。并且，在该例示性实施方案中，磨损基质层412包括基本类似于对于磨损基质层212(示于图4中)所述由金属材料和陶瓷材料中的一种形成的单一基质层。
另外，在该备选例示性实施方案中，磨损部分404包括包埋在磨损基质层412内的多个未涂覆的磨粒418。未涂覆的磨粒418在材料和粒度方面与磨粒218(示于图4中)基本类似，即未涂覆的磨粒418具有一定尺寸以具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ (20密耳)范围内的当量直径420。并且，包埋在磨损基质层412内的未涂覆的磨粒418以约20μ(小于1密耳)-约500μ(20密耳)的当量间距422彼此隔开。未涂覆的磨粒418显示为基本球形的。然而，未涂覆的磨粒418可具有能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统400的操作的任何形状和构造，包括而不限于多面的。
此外，在该备选的例示性实施方案中，多个未涂覆的磨粒418的至少一部分用至少一个涂覆层428涂覆以形成多个涂覆的磨粒430。涂覆的磨粒430包括具有在50.8μ(2密耳)和约500μ(20密耳)之间的范围内的当量直径432的未涂覆的磨粒418。涂覆的磨粒430还包括具有约0.5μ(0.02密耳)和约20μ(0.8密耳)的厚度434的值的涂覆层428。显示涂覆的磨粒430具有基本相当于当量直径420的当量直径432和涂层厚度434的尺寸。备选地，涂覆的磨粒430包括能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统400的操作的任何尺寸。并且，密封系统400包含能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统400的操作的任何比率的涂覆的磨粒430与未涂覆的磨粒418。
在该备选的例示性实施方案中，涂覆的磨粒430包括由碳化硅(SiC)形成的未涂覆的磨粒418。并且，涂覆层428为包括而不限于Al2O3和莫来石的外部惰性颗粒涂覆材料。涂覆层428促进降低在未涂覆的磨粒418的SiC材料和翼形件尖端基底184之间的化学相互作用的潜在性。
摩擦可磨损护罩202以限定在磨损基质层表面416和可磨损表面211之间的间隙426。间隙426具有一定尺寸以促进降低在磨损基质层412和可磨损护罩202之间的接触的潜在性。间隙426具有预定的数值范围，其促进降低在涡轮机叶片160和涡轮机外壳109(两者示于图3中)之间工作流体的流动(未在图6中示出)，由此增加燃气涡轮发动机100的效率，同时还降低涡轮机叶片160与涡轮机外壳109的摩擦，由此增加涡轮机叶片160的预期使用寿命。
图7为可供燃气涡轮发动机100(示于图3中)使用的又一备选例示性密封系统500的放大示意图。在图7中的对象没有按标度显示。在该例示性实施方案中，并且集中在涡轮机段108(示于图1和图3中)，密封系统500包括在内表面188之上形成的可磨损护罩202。可磨损护罩202具有表面211。
密封系统500还包括布置在翼形件尖端基底184之上的备选磨损部分504。磨损部分504可在翼形件尖端基底184上直接形成或在标准翼形件粘结涂层上形成。在该例示性实施方案中，磨损部分504包括具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ(20密耳)范围内的厚度514的至少一个磨损基质层512。磨损基质层512限定磨损基质层表面516。并且，在该例示性实施方案中，磨损基质层512包括基本类似于对于磨损基质层212(示于图4中)所述由金属材料和陶瓷材料中的一种形成的单一基质层。备选地，磨损基质层512包括能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统500的操作的许多层。
另外，在该例示性实施方案中，磨损部分504包括包埋在磨损基质层512内的多个磨粒518。磨粒518在材料和粒度方面与磨粒218(示于图4中)基本类似，即磨粒518具有一定尺寸以具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ (20密耳)范围内的当量直径520。并且，包埋在磨损基质层512内的磨粒518以约20μ(小于1密耳)-约500μ(20密耳)的当量间距522彼此隔开。磨粒518显示为基本球形的。然而，磨粒518可具有能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统500的操作的任何形状和构造，包括而不限于多面的。
此外，在该备选的例示性实施方案中，多个磨粒518的至少一部分由SiC形成。因此，为了促进降低在磨粒518的SiC材料和翼形件尖端基底184之间的化学相互作用的潜在性，磨损部分504包括在磨损基质层512和基底184之间形成的中间层536。在该备选的例示性实施方案中，中间层536由包括氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化锆增韧的氧化铝、氧化铝增韧的氧化锆、Al2O3和氧化铪(HfO2)中的至少一种的陶瓷材料形成。这类陶瓷基中间层536可通过混合Si、Ti、W、B和Zr中的至少一种与NiCr和Ni中的至少一种形成钎焊基质而形成。备选地，陶瓷材料可为通过能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统500的操作的任何方法在翼形件尖端基底184上形成的任何陶瓷材料。并且，备选地，中间层536可由包括而不限于金属的任何材料并且通过能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统500的操作的任何方法形成。中间层536限定层厚度538，层厚度538具有能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统500的操作的任何值。在该例示性实施方案中，层厚度538具有在约50.8μ(2密耳)和约76.2μ(3密耳)之间的值。
摩擦可磨损护罩202以限定在磨损基质层表面516和可磨损表面211之间的间隙526。间隙526具有一定尺寸以促进降低在磨损基质层512和可磨损护罩202之间的接触的潜在性。间隙526具有预定的数值范围，其促进降低在涡轮机叶片160和涡轮机外壳109(两者示于图3中)之间工作流体的流动(未在图7中示出)，由此增加燃气涡轮发动机100的效率，同时还降低涡轮机叶片160与涡轮机外壳109的摩擦，由此增加涡轮机叶片160的预期使用寿命。
图8为组装可供燃气涡轮发动机100(示于图3)使用的密封系统200、300、400和500 (分别示于图4、5、6和7中)的例示性方法600的流程图。图9为方法600的续图。
在该例示性实施方案中，并且集中在涡轮机段108(示于图1和图3中)上，可磨损护罩202(示于图3、4、5、6和7中)在内表面188(示于图3、4、5、6和7中)之上形成。在一些实施方案中，可磨损护罩202通过在内表面188上热喷雾604具有小于5%的孔隙度值的DVC YSZ的至少一层形成。备选地，在其它实施方案中，可磨损护罩202通过在内表面188上热喷雾606具有小于5%的孔隙度值的DVC DySZ的至少一层形成。并且，备选地，可使用具有小于35%且优选小于25%的孔隙度值的标准YSZ或DySZ中的任一种。预定的孔隙度值决定用于通过磨损部分204(示于图3、4、5、6和7中)有效磨损的可磨损护罩202的可磨损特征。形成608具有表面211(示于图3、4、5、6和7中)的可磨损护罩202的该至少一层，直至获得至少约700μ(28密耳)的厚度210(示于图3、4、5、6和7中)。备选地，可磨损护罩202具有能够实现如本文所述的密封系统200的操作的任何厚度值210。可磨损护罩202具有在约400和约1200之间的预定维氏硬度值范围。
并且，在该例示性实施方案中，磨损部分204、304、404和504布置620在涡轮机叶片160(示于图3中)的翼形件尖端基底184(均示于图3、4、5、6和7中)之上。
在一些实施方案中，使用钎焊法630促进在翼形件尖端基底184之上布置620磨损部分204、304、404和504。钎焊法630包括由包括YSZ、氧化锆增韧的氧化铝、氧化铝增韧的氧化锆、Al2O3和HfO2中的至少一种的陶瓷材料形成632钎焊基质。并且，钎焊法630包括混合634 Si、Ti、W、B和Zr中的至少一种与NiCr和Ni中的至少一种以促进形成632钎焊基质。备选地，陶瓷基质材料可为能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100和密封系统200、300、400和500的操作的在翼形件尖端基底184上形成的任何陶瓷材料。
钎焊法630还包括选择636待使用的多个磨粒218、318、418和518(分别示于图4、5、6和7中)。磨粒218、318、418和518可包含基本全为TaC。并且，磨粒218、318、418和518可包含以预定比率的cBN和Al2O3。另外，磨粒218、318、418和518可包含以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2。此外，磨粒218、318、418和518可包含以预定比率的TaC和Al2O3。并且，磨粒218、318、418和518可包含以预定比率的TaC和Al2O3。另外，磨粒218、318、418和518可包含多晶氧化铝(溶胶-凝胶)。
预定比率或百分数的cBN和Al2O3的实例包括而不限于约20%-约50%cBN的范围和约80%-约50% Al2O3的范围。并且，预定比率或百分数的TaC和Al2O3的实例包括而不限于约20%-约80%TaC的范围和约80%-约20% Al2O3的范围。磨粒218、318、418和518具有一定尺寸以具有分别在约50.8μ(2密耳)-约500μ(20密耳)范围内的当量直径220、320、420和520。多个磨粒218、318、418和518包埋638在钎焊基质内以形成施用640到翼形件尖端基底184的未钎焊的磨损部分204、304、404和504。磨粒218、318、418和518以分别约20μ(小于1密耳)-约500μ(20密耳)的当量间距222、322、422和522彼此隔开。
将具有未钎焊的磨损部分204、304、404和504的涡轮机叶片160钎焊642以形成钎焊的磨损部分204、304、404和504。在完成钎焊640时，磨损部分204、304、404和504分别包括分别具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ (20密耳)范围内的厚度214、314、414和514的至少一个磨损基质层212、312、412和512。磨损基质层212、312、412和512分别限定磨损基质层表面216、316、416和516。
并且，在完成钎焊640时，磨粒218、318、418和518具有约1000-约4800的维氏硬度值范围。陶瓷磨损基质层212、312、412和512具有约400-约1200的维氏硬度值范围。因此，磨粒218、318、418和518的硬度值分别大于磨损基质层212、312、412和512的硬度值，其又大于可磨损护罩202的硬度值。
在一些实施方案中，未涂覆的磨粒418的一部分可由SiC形成，具有当量直径432且用至少一个涂覆层428涂覆以形成多个涂覆的磨粒430(全部示于图6中)。并且，在一些实施方案中，在施用638未钎焊的磨损部分204到翼形件尖端基底184之前，粘结涂料层，即陶瓷底层，可在翼形件尖端基底184上形成，以减小在未涂覆的磨粒418(由SiC形成)和/或涂覆的磨粒430和基底184之间的接触的潜在性。
在一些实施方案中，使用电解法650促进在翼形件尖端基底184之上布置620磨损部分204、304、404和504。电解法650包括形成652电解液，所述电解液包含MCrAlY和MCrAlX之一且可包含例如而不限于以任何组合的Ni、Al和Pt的金属材料。电解650还包括选择654待使用的多个磨粒218、318、418和518(分别示于图4、5、6和7中)。
磨粒218、318、418和518可包含基本上全为以下的一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)或氧化锆。并且，磨粒218、318、418和518可包含以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3。另外，磨粒218、318、418和518可包含以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2。此外，磨粒218、318、418和518可包含以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2。并且，磨粒218、318、418和518可包含以预定比率的TaC和Al2O3。另外，磨粒218、318、418和518可包含多晶氧化铝(溶胶-凝胶)。
预定比率或百分数的cBN和Al2O3的实例包括而不限于约20%-约50% cBN的范围和约80%-约50% Al2O3的范围。并且，预定比率或百分数的TaC和Al2O3的实例包括而不限于约20%-约80%TaC的范围和约80%-约20% Al2O3的范围。磨粒218、318、418和518具有一定尺寸以具有分别在约50.8μ (2密耳)-约500μ (20密耳)范围内的当量直径220、320、420和520。多个磨粒218、318、418和518在电解液内混合656。翼形件尖端基底184安置658在电解液内以在翼形件尖端基底184上形成磨损部分204、304、404和504。磨粒218、318、418和518和金属磨损基质层212、312、412和512分别沉积660在翼形件尖端基底184上。
在完成电解法650时，涡轮机叶片160包括磨损部分204、304、404和504，磨损部分204、304、404和504分别包括分别具有在约50.8μ(2密耳)和约500μ(20密耳)范围内的厚度214、314、414和514的至少一个金属磨损基质层212、312、412和512。磨损基质层212、312、412和512分别限定磨损基质层表面216、316、416和516。另外，磨粒218、318、418和518以分别约20μ(小于1密耳)-约500μ(20密耳)的当量间距222、322、422和522彼此隔开。
并且，在完成电解法650时，磨粒218、318、418和518具有约1000-约4800的维氏硬度值范围。金属磨损基质层212、312、412和512具有约300-约500的维氏硬度值范围。因此，磨粒218、318、418和518的硬度值分别大于磨损基质层212、312、412和512的硬度值，其又大于可磨损护罩202的硬度值。
在一些实施方案中，未涂覆的磨粒418的一部分可由SiC形成，具有当量直径432且用至少一个涂覆层428涂覆以形成多个涂覆的磨粒430。并且，在一些实施方案中，在安置658翼形件尖端基底184于电解液中之前，粘结涂料层，即陶瓷底层，可在翼形件尖端基底184上形成，以减小在未涂覆的磨粒418(由SiC形成)和/或涂覆的磨粒430和基底184之间的接触的潜在性。
在一些实施方案中，磨损部分204、304、404和504经由包括电解法和钎焊法两者的部分的两级混合过程670布置620在翼形件尖端基底184之上。第一阶段包括形成672钎焊化合物，其包括混合Si、Ti、W、B和Zr中的至少一种与NiCr和Ni中的至少一种。第一阶段还包括在钎焊化合物内混合674多个磨粒218、318、418和518。第一阶段还包括施用676钎焊化合物到基底184上。第一阶段还包括钎焊678。第二阶段包括形成680包含MCrAlY的电解化合物。第二阶段还包括安置682基底184于电解化合物中并用MCrAlY基质化合物填充684在磨粒218、318、418和518之间的间距的至少一部分。第二阶段还包括使用电解法完成形成如上对于方法630和650单个地描述的具有包埋的磨粒218、318、418和518的磨损基质层212、312、412和512。
在一些实施方案中，磨损部分204、304、404和504通过热喷雾690布置620在翼形件尖端基底184之上。将热喷雾溶液混合692，其包含MCrAlY和MCrAlX之一且可包含例如而不限于以任何组合的Ni、Al和Pt的金属材料。热喷雾方法690还包括混合694包含基本全为Al2O3的多个磨粒218、318、418和518到热喷雾溶液中。将该热喷雾液施用696在基底184上并冷却698在其上的熔融基质和Al2O3颗粒以形成如上所述具有包埋的磨粒218、318、418和518的磨损基质层212、312、412和512。
图10为可供燃气涡轮发动机100(示于图3中)使用的具有基本光滑表面702的可磨损护罩202的例示性部分700的示意图。图11为沿线11-11(示于图10中)获取的可磨损护罩202的部分700的放大示意图。在该例示性实施方案中，可磨损护罩202的部分700包括在其上形成的DVC DySZ的至少一层704。在燃气涡轮发动机100的操作期间，DVC DySZ层704的表面702直接暴露于热燃烧气体152(示于图1中)。并且，在该例示性实施方案中，层704具有厚度706，厚度706具有约0.5毫米(mm) (20密耳)-约1.5mm(60密耳)的范围，其中优选厚度为约1mm(40密耳)。DVC DySZ层704具有小于5%的孔隙度值。另外，在该例示性实施方案中，DVC DySZ层704在高温材料的第一层708之上形成，所述第一层708例如而不限于在涡轮机外壳内表面188上形成的TBC。备选地，DVC DySZ层704在表面188上直接形成。层708具有厚度710，厚度710具有约0.05毫米(mm) (2密耳)-约0.15mm (6密耳)的范围，其中优选厚度为约0.1mm (4密耳)。
图12为可供燃气涡轮发动机100(示于图3中)使用的具有图案化表面752的例示性可磨损护罩202的例示性部分750的示意图。图13为沿线13-13(示于图12中)获取的可磨损护罩202的部分750的放大示意图。在该例示性实施方案中，可磨损护罩202的部分750包括在其上形成的DVC YSZ的至少一个图案化层754。图案化层754作为多个具有限定高度760的峰758的积丘(mound)756形成。高度760具有约1mm (40密耳)-约1.5mm (60密耳)的范围，其中优选高度为约1.25mm (50密耳)。
并且，在该例示性实施方案中，可磨损护罩202的部分750包括所形成的DVC YSZ的至少一层762，在层762上形成DVC YSZ的图案化层754。DVC YSZ的层762限定基本光滑的表面764。在燃气涡轮发动机100的操作期间，DVC YSZ的积丘和DVC YSZ层762的表面764直接暴露于热燃烧气体152(示于图1中)。层762具有厚度766，厚度766具有约0.5毫米(mm) (20密耳)-约1.5mm(60密耳)的范围，其中优选厚度为约1mm(40密耳)。
DVC YSZ层754和762具有小于5%的孔隙度值。另外，在该例示性实施方案中，DVC YSZ层762在在涡轮机外壳内表面188上形成的例如而不限于TBC的高温材料的第一层768之上形成，所述第一层768例如而不限于在涡轮机外壳内表面188上形成的TBC。备选地，DVC YSZ层762在表面188上直接形成。层768具有厚度770，厚度770具有约5毫米(mm) (200密耳)-约15mm(600密耳)的范围，其中优选厚度为约10mm(400密耳)。
图案化表面752可经由能够实现如本文所述的燃气涡轮发动机100的操作的任何方法形成，所述方法包括而不限于机械操作、部分掩蔽和改变制造工艺参数。
参考图10-13，由于护罩202的相对较低的孔隙度值，形成如本文所述的可磨损护罩202促进在通常使用的可磨损物之上的抗侵蚀性增加。此外，使用DVC材料促进护罩202的预期寿命增加。另外，在一些情况下，相对于DVC YSZ材料，可优选DVC DySZ可磨损材料。例如，与DVC YSZ可磨损材料相比较，DVC DySZ可磨损材料增加可磨损护罩的热循环抗性和抗侵蚀性。并且，因为与DVC YSZ相比较，DVC DySZ具有低导热性，所以DVC DySZ可磨损材料也可用作改进的TBC系统的一部分。
尽管上文描述用于涡轮机叶片组件的密封系统的多个实施方案，但是这类实施方案也可用于压缩机动叶组件。
上述密封系统提供在操作期间密封涡轮机的成本有效的方法。本文所述的实施方案促进限定翼形件尖端间隙，从而促进增加涡轮机的效率，降低翼形件相对于静止部分的摩擦的潜在性并且降低可磨损护罩侵蚀和裂开的潜在性。具体地讲，本文所述的系统和方法对于护罩使用致密的可磨损材料，而不是标准热障涂层(TBC)。因此，本文所述的护罩涂层具有足以减小特别是沿着图案化轮廓的微粒侵蚀的硬度值。并且，具体地讲，本文所述的系统和方法使用锚定在陶瓷或金属基质中的磨粒，使得磨粒的硬度值大于致密的可磨损材料的硬度值。因此，具体地讲，硬化的磨粒切割成致密的可磨损材料，由此降低加速翼形件尖端磨耗和温度诱发的摩擦及随后护罩裂开的潜在性。此外，选择用以形成硬化磨粒的材料在环境上是稳定的，使得它们在处于或高于约927℃(1700℉)的高操作温度下不会被氧化掉。此外，用以形成硬化磨粒的材料与在翼形件基底中的基底材料相容，和/或硬化磨粒埋入环境阻挡涂层中，和/或陶瓷底层在翼形件基底之上形成以减小在硬化磨粒和基底之间的接触的潜在性。并且，硬化磨粒具有一定尺寸以延长距锚定基质的表面的预定距离，从而减小在基质和致密可磨损材料之间的接触的潜在性。
本文所述的方法和系统的例示性技术效果包括以下效果中的至少一个：(a) 在很大的操作条件范围内增加涡轮机的效率；(b) 减小翼形件相对于涡轮机的静止部分的摩擦的潜在性；(c) 减小可磨损护罩侵蚀和裂开的潜在性；和(d) 减小在涡轮机的静止部分和旋转部分之间的温度诱发的摩擦的潜在性。
上文详细地描述了用于操作涡轮机的封闭系统和用于操作和形成所述系统的方法的例示性实施方案。密封系统和操作和形成所述系统的方法不限于本文所述的具体实施方案，而是，系统的各组件和/或方法的各步骤可与本文所述的其它组件和/或步骤独立且单独地使用。例如，所述方法还可与需要操作性密封的其它系统和方法组合使用，并且不限于仅用如本文所述的密封系统和涡轮机及方法实施。更确切地讲，例示性实施方案可结合许多其它密封应用实施和使用。
尽管本发明的各种实施方案的具体特征可示于一些附图中，而在其它附图中没有示出，但是这仅是出于便利性目的。根据本发明的原理，可结合任何其它附图的任何特征提及和/或要求保护一个附图的任何特征。

Claims (20)

1. 用于包括可旋转部分和在所述可旋转部分的至少一部分之上延伸的静止部分的设备的密封系统，所述静止部分包括内表面，所述可旋转部分包括至少一个与其联结的翼形组件，其中所述至少一个翼形组件包括基底，所述密封系统包括：
可磨损部分，其包括在所述内表面的至少一部分之上形成的可磨损材料的至少一个可磨损层；和
磨损部分，其布置在所述基底的至少一部分之上，所述磨损部分包括：
在所述基底的至少一部分上形成的至少一个磨损层；和
包埋在所述至少一个磨损层内的多个磨粒，所述多个磨粒包含以下的至少一种：
基本上全为以下的一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)和氧化锆(ZrO2)；
以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3；
以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2；
以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2；和
以预定比率的TaC和Al2O3。
2. 权利要求1的密封系统，其中所述多个磨粒还包括以下的至少之一：
所述多个磨粒的粒度在约50.8微米(μ)-约500μ的范围内；且
所述多个磨粒以约20μ-约500μ的间距范围彼此隔开。
3. 权利要求1或2的密封系统，其中所述至少一个磨损层限定磨损层表面，所述多个磨粒的至少一部分延伸超出所述磨损层表面在所述粒度的约0%-所述粒度的约40%范围内的距离。
4. 任何前述权利要求的密封系统，其中所述至少一个磨损层包括至少一个金属层和至少一个陶瓷层中的至少一个。
5. 任何前述权利要求的密封系统，其中所述至少一个磨损层具有第一硬度值且所述多个磨粒具有第二硬度值，其中所述第二硬度值大于所述第一硬度值。
6. 任何前述权利要求的密封系统，其中所述多个磨粒还包括包括外部惰性颗粒涂层的至少一些碳化硅(SiC)颗粒，所述外部惰性颗粒涂层包含Al2O3和莫来石中的至少一种。
7. 任何前述权利要求的密封系统，其中所述至少一个磨损层包含氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化锆增韧的氧化铝、氧化铝增韧的氧化锆、Al2O3和氧化铪(HfO2)中的至少一种。
8. 任何前述权利要求的密封系统，其中所述至少一个磨损层包含以下的至少一种：
铬-铝-钇合金(MCrAlY)，其中M包括以其任何组合的镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)中的至少一种；
铬-铝合金(MCrAlX)，其中M包括以其任何组合的镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)中的至少一种，且X包括以其任何组合的铪(Hf)、Y、Si和Ta中的至少一种；和
包含以其任何组合的镍(Ni)、铝(Al)和铂(Pt)中的至少两种的合金。
9. 任何前述权利要求的密封系统，其中所述至少一个磨损层具有在约50.8μ-约500μ范围内的厚度。
10. 任何前述权利要求的密封系统，其中所述可磨损部分包含以下的至少一种：
致密垂直开裂(DVC)的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)；和
致密垂直开裂(DVC)的氧化镝稳定的氧化锆(DySZ)。
11. 权利要求10的密封系统，其中所述DVC YSZ具有小于5%的孔隙度值。
12. 权利要求10的密封系统，其中所述DVC DySZ具有小于5%的孔隙度值。
13. 任何前述权利要求的密封系统，其中所述可磨损部分以至少约500μ的厚度形成。
14. 组装用于设备的密封系统的方法，所述方法包括：
提供可旋转部分，其中所述可旋转部分包括与其联结的至少一个翼形组件，所述至少一个翼形组件包括基底；
在所述可旋转部分的至少一部分之上延伸静止部分，其中所述静止部分包括内表面；
在所述内表面的至少一部分上形成至少一层可磨损材料；和
在所述基底的至少一部分上形成至少一个基质层，其中所述至少一个基质层包括包埋在所述至少一个基质层内的多个磨粒，其中所述多个磨粒包括以下的至少一种：
基本上全为以下的一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)和氧化锆(ZrO2)；
以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3；
以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2；
以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2；和
以预定比率的TaC和Al2O3。
15. 权利要求14的方法，其中在所述内表面上形成至少一层可磨损材料包括在所述内表面上喷雾致密垂直开裂(DVC)的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和致密垂直开裂(DVC)的氧化镝稳定的氧化锆(DySZ)中的至少一种，其中所述至少一层可磨损材料具有第一硬度值，且所述多个磨粒具有第二硬度值，所述第二硬度值大于所述第一硬度值。
16. 权利要求14或15的方法，其中形成至少一个基质层包括形成钎焊基质，其包括混合硅(Si)、钛(Ti)、钨(W)、硼(B)和锆(Zr)中的至少一种与镍铬合金(NiCr)和Ni中的至少一种。
17. 权利要求14或15的方法，其中形成至少一个基质层包括：
形成铬-铝-钇合金(MCrAlY)基质，其中M包括以其任何组合的镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)中的至少一种；和
通过电解法形成至少一个MCrAlY基质层。
18. 权利要求14或15的方法，其中形成至少一个基质层包括：
形成钎焊化合物，其包括混合硅(Si)、钛(Ti)、钨(W)、硼(B)和锆(Zr)中的至少一种与镍铬合金(NiCr)和Ni中的至少一种；
施用所述钎焊化合物到所述基底的至少一部分上；
将所述多个颗粒钎焊到所述基底上；
形成电解化合物，其包括形成MCrAlY基质化合物，其中M包括以其任何组合的镍(Ni)、钴(Co)和铁(Fe)中的至少一种；和
施用所述电解化合物到所述钎焊颗粒并填充在其间的间距中的至少一部分中。
19. 操作包括可旋转部分和在所述可旋转部分的至少一部分之上延伸的静止部分的设备的方法，所述静止部分包括内表面，所述可旋转部分包括与其联结的至少一个翼形组件，所述方法包括：
诱发在所述可旋转构件中的转动使得密封系统的磨损部分相对于所述密封系统的可磨损部分摩擦，其中所述可磨损部分包括在所述静止部分上形成的致密垂直开裂(DVC)的氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和致密垂直开裂(DVC)氧化镝稳定的氧化锆(DySZ)中的至少一种的至少一层，所述可磨损部分具有第一硬度值，且所述磨损部分包括包埋在至少一个基质层内的多个磨粒，其中所述多个磨粒具有大于所述第一硬度值的第二硬度值，且所述多个磨粒包括以下的至少一种：
基本上全为以下的一种：碳化钽(TaC)、氧化铝(Al2O3)和氧化锆(ZrO2)；
以预定比率的立方氮化硼(cBN)和Al2O3；
以预定比率的cBN、Al2O3和ZrO2；
以预定比率熔合在一起的Al2O3和ZrO2；和
以预定比率的TaC和Al2O3；和
用所述磨损部分除去所述可磨损部分的至少一部分。
20. 权利要求19的方法，其中形成所述可磨损部分，其具有基本光滑的表面和图案化表面中的至少一个。
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