CN105736065A - 具有冲蚀涂层表面光洁度的第一级涡轮喷嘴 - Google Patents

具有冲蚀涂层表面光洁度的第一级涡轮喷嘴 Download PDF

Info

Publication number
CN105736065A
CN105736065A CN201510696184.4A CN201510696184A CN105736065A CN 105736065 A CN105736065 A CN 105736065A CN 201510696184 A CN201510696184 A CN 201510696184A CN 105736065 A CN105736065 A CN 105736065A
Authority
CN
China
Prior art keywords
order
turbine nozzle
nozzle
stage
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510696184.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105736065B (zh
Inventor
C.M.比尔斯
K.M.兰金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamilton Sundstrand Corp
Original Assignee
Hamilton Sundstrand Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamilton Sundstrand Corp filed Critical Hamilton Sundstrand Corp
Publication of CN105736065A publication Critical patent/CN105736065A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105736065B publication Critical patent/CN105736065B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/129—Flame spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/02—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being pressurised
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D13/08—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned the air being heated or cooled
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/045—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector for radial flow machines or engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D13/00—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft
    • B64D13/06—Arrangements or adaptations of air-treatment apparatus for aircraft crew or passengers, or freight space, or structural parts of the aircraft the air being conditioned
    • B64D2013/0603—Environmental Control Systems
    • B64D2013/0648—Environmental Control Systems with energy recovery means, e.g. using turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid-driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/60—Structure; Surface texture
    • F05D2250/62—Structure; Surface texture smooth or fine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
    • F05D2300/22—Non-oxide ceramics
    • F05D2300/226—Carbides
    • F05D2300/2263—Carbides of tungsten, e.g. WC
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/50—On board measures aiming to increase energy efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有冲蚀涂层表面光洁度的第一级涡轮喷嘴。一种第一级涡轮喷嘴包含：第一级毂部分，其沿中心轴轴向延伸；第一级圆盘部分，其附接到所述第一级毂部分，且定中心在所述中心轴上；以及多个第一级轮叶，其围绕所述第一级圆盘部分径向定位，且附接到所述第一级圆盘部分。每一轮叶远离所述第一级圆盘部分延伸轮叶高度H，且每一轮叶具有远离所述中心轴定位于直径D处的第一端。所述第一级涡轮喷嘴还包含多个第一级喉部，其界定于径向邻近的第一级轮叶之间。每一第一级喉部具有在径向邻近的第一级轮叶之间的喉部宽度W。所述第一级涡轮喷嘴还包含在每一第一级轮叶的侧壁上的涂层，其中所述侧壁的表面粗糙度介于125与200之间。

Description

具有冲蚀涂层表面光洁度的第一级涡轮喷嘴
背景
本公开涉及飞机环境控制系统。更具体地说，本公开涉及用于空气循环机的第一级涡轮喷嘴。
飞机中的环境控制系统中使用空气循环机来调节用于递送到飞机机舱的空气。经调节的空气是处于对飞机乘客的舒适和安全来说合意的温度、压力和湿度的空气。在地面或接近地面，周围空气温度和/或湿度通常十分高，使得作为调节过程的一部分，在将空气递送到飞机机舱之前，必须使空气冷却。在飞行高度处，周围空气通常比所要的空气冷得多，但处于低压下，使得作为调节过程的一部分，必须将所述空气压缩到可接受的压力。在飞行高度处压缩周围空气会充分加热所得的加压空气，使得其必须被冷却，即使周围空气温度非常低。因此，在大多数条件下，在将空气递送到飞机机舱之前，必须通过空气循环机将热量从空气移除。
空气循环机通常利用涡轮喷嘴，其可旋转来相对于空气循环机的主轴在径向方向上引导空气。涡轮喷嘴通常涂覆有冲蚀涂层，来保护涡轮喷嘴免于受损。冲蚀可能由流经空气循环机的空气中的微粒导致。将涂层施加到涡轮喷嘴将导致所述涂层冲蚀，当将保护涡轮喷嘴免于冲蚀。所述涂层可根据需要重新施加，以填充已冲蚀的区域，从而延长空气循环机中的涡轮喷嘴的寿命。
涡轮喷嘴通常是铸件，因此在施加涂层之前，必须对涡轮喷嘴进行后处理来使涡轮喷嘴平滑。后处理可包含机械加工或喷砂。可使用若干不同的热喷涂技术来施加所述涂层，包含爆炸枪喷涂和高速氧燃料(HVOF)喷涂。爆炸枪喷涂使用具有长水冷筒的爆炸枪来施加涂层。将氧气、燃料和粉末馈送到爆炸枪的枪筒中，且使用火花来引燃氧气和燃料混合物。这将加热所述粉末，并使粉末加速穿过枪筒并从枪筒出来，从而施加到衬底上。HVOF喷涂使用燃烧室来施加涂层。将燃料与氧气的混合物馈送到燃烧室中，在那里，所述混合物被引燃并持续燃烧。因燃烧而产生的热气体将行进穿过喷嘴，且将粉末原料馈送到喷嘴中的气流中。粉末原料将部分的熔化，且将从喷嘴流出，从而沉积在衬底上。
概述
第一级涡轮喷嘴包含：第一级毂部分，其沿中心轴轴向延伸；第一级圆盘部分，其附接到所述第一级毂部分，且定中心在中心轴上；以及多个第一级轮叶，其围绕所述第一级圆盘部分径向定位，且附接到所述第一级圆盘部分。每一第一级轮叶远离所述第一级圆盘部分延伸轮叶高度H，且每一第一级轮叶具有远离中心轴定位在直径D处的第一端。第一级涡轮喷嘴还包含多个第一级喉部，其界定于径向邻近的第一级轮叶之间。每一第一级喉部具有在径向邻近的第一级轮叶之间的喉部宽度W。第一级涡轮喷嘴还包含在每一第一级轮叶的侧壁上的涂层，其中所述侧壁的表面粗糙度介于125与200之间。
一种涂覆第一级涡轮喷嘴的方法包含：铸造第一级涡轮喷嘴，其具有第一级毂部分、第一级圆盘部分和多个第一级轮叶；以及将冲蚀涂层施加到所述多个第一级轮叶中的每一者的铸造侧壁。
附图简述
图1是空气循环机的横截面图。
图2是第一级涡轮喷嘴的正视平面图。
图3是第一级涡轮喷嘴的侧面立视图。
图4是第一级涡轮喷嘴的分离正视平面图。
详述
图1是空气循环机10的横截面图，空气循环机10包含风扇节段12、压缩机节段14、第一级涡轮节段16、第二级涡轮节段18、拉杆20、风扇和压缩机外壳22、密封板24、第一级涡轮外壳26和第二级涡轮外壳28。图1中还示出轴Z。
风扇节段12、压缩机节段14、第一级涡轮节段16和第二级涡轮节段18全部安装在拉杆20上。拉杆20围绕轴Z旋转。风扇和压缩机外壳22使用扣件连接到密封板24和第一级涡轮外壳26。密封板24使风扇和压缩机外壳22中的流径与第一级涡轮外壳26中的流径分离。第一级涡轮外壳26用扣件连接到第二级涡轮外壳28。风扇和压缩机外壳22、第一级涡轮外壳26和第二级涡轮外壳28一起形成空气循环机10的整个外壳。风扇和压缩机外壳22容纳风扇节段12和压缩机节段14，第一级涡轮外壳26容纳第一级涡轮节段16，且第二级涡轮外壳28容纳第二级涡轮节段18。
风扇节段12包含风扇入口30、风扇导管32、风扇出口34和风扇转子36。风扇节段12通常从冲压进气口或者从关联的气体涡轮或其它飞机组件吸入冲压空气。将空气吸入到风扇入口30中，且引导穿过风扇导管32到达风扇出口34。风扇转子36位于风扇导管32中，邻近于风扇入口30，且安装到拉杆20并随拉杆20旋转。风扇转子36将空气吸入风扇节段12中，以被投送穿过空气循环机10。
压缩机节段14包含压缩机入口40、压缩机导管42、压缩机出口44、压缩机喷嘴46和扩压器48。将空气投送到压缩机入口40中，并引导穿过压缩机导管42到达压缩机出口44。压缩机喷嘴46和扩压器48位于压缩机导管42中。压缩机喷嘴46安装到拉杆20，并随拉杆20一起旋转，以压缩流经压缩机导管42的空气。扩压器48是静态结构，压缩机空气在已通过压缩机喷嘴46压缩之后，可流经扩压器48。空气退出扩压器48可接着通过压缩机出口44退出压缩机导管42。
第一级涡轮节段16包含第一级涡轮入口50、第一级涡轮导管52、第一级涡轮出口54和第一级涡轮喷嘴56。将空气投送到第一级涡轮入口50中，并通过第一级涡轮导管52引导到第一级涡轮出口54。第一级涡轮喷嘴56位于第一级涡轮导管52中，且安装到拉杆20并随拉杆20一起旋转。第一级涡轮喷嘴56将从经过第一级涡轮节段16的空气提取能量，来驱动拉杆20的旋转。
第二级涡轮节段18包含第二级涡轮入口60、第二级涡轮导管62、第二级涡轮出口64和第二级涡轮喷嘴66。将空气投送到第二级涡轮入口60中，并引导其穿过第二级涡轮导管62到达第二级涡轮出口64。第二级涡轮喷嘴66位于第二级涡轮导管62中，且安装到拉杆20，并随拉杆20一起旋转。第二级涡轮喷嘴66将从经过第二级涡轮节段18的空气提取能量，来驱动拉杆20的旋转。
通过风扇节段12将空气拉入空气循环机10中。被拉入空气循环机10中的空气可为周围空气，来自RAM空气来源的空气，或从气体涡轮引擎排出的空气。此空气可能含有微粒物质，例如小水滴、灰尘或其它细小微粒。所述空气通过流经压缩机喷嘴46而在压缩机节段14中压缩。所述空气于是随着其流经第一级涡轮节段16中的第一级涡轮喷嘴56和第二级涡轮节段18中的第二级涡轮喷嘴66而膨胀。为了驱动所述空气，压缩机喷嘴46、第一级涡轮喷嘴56和第二级涡轮喷嘴66随拉杆20一起旋转。随着压缩机喷嘴46、第一级涡轮喷嘴56和第二级涡轮喷嘴66旋转，空气循环机10中的空气中的微粒物质可导致压缩机喷嘴46、第一级涡轮喷嘴56和第二级涡轮喷嘴66的冲蚀。因此将涂层施加到压缩机喷嘴46、第一级涡轮喷嘴56和第二级涡轮喷嘴66来防止冲蚀。
图2是第一级涡轮喷嘴56的正视平面图。图3是第一级涡轮喷嘴56的侧面立视图。图4是第一级涡轮喷嘴56的分离正视平面图。第一级涡轮喷嘴56包含第一级毂部分70、第一级圆盘部分72、多个第一级轮叶74和多个第一级喉部76。每一第一级轮叶74包含第一端80、第二端82、第一面84、第二面86、第一侧壁88和第二侧壁90。第一级涡轮喷嘴56还包含中心轴Z。
第一级涡轮喷嘴56由耐用材料制成，例如钢、铝或钛。还将涂层(例如碳化钨)施加到第一级涡轮喷嘴56，来保护第一级涡轮喷嘴56免受冲蚀。第一级涡轮喷嘴56包含毂部分70、圆盘部分72、多个轮叶74和多个喉部76。多个轮叶74包含十九个轮叶。
毂部分70形成第一级涡轮喷嘴56的主体部分，且沿中心轴Z轴向延伸。圆盘部分72为第一级涡轮喷嘴56的圆盘形部分，其从中心轴Z向外径向延伸。圆盘部分72包含第一面和第二面。圆盘部分72的第二面连接到毂部分70的第一端。多个轮叶74位于圆盘部分72的第一面上，且径向围绕第一级涡轮喷嘴56的中心轴Z定位。每一轮叶74远离圆盘部分72的第一面延伸轮叶高度H。轮叶高度H介于0.5300英寸(1.3462厘米)与0.5900英寸(1.4986厘米)之间。多个喉部76界定于径向邻近的轮叶74之间。每一喉部具有径向邻近的轮叶74之间的喉部宽度W。喉部宽度W介于0.2730英寸(0.6934厘米)与0.3050英寸(0.7747厘米)之间。第一级涡轮喷嘴56还包含流区A，其为工作流体可流经的区域。将流区A界定为每一喉部76中的流区A1(如图4中所示的流区A1)的总和。流区A1由轮叶高度H和喉部宽度W界定。流区A介于2.7491英寸见方(17.7362厘米见方)与3.4191英寸见方(22.0583厘米见方)之间。
每一轮叶74包含第一端80和第二端82。第一端80径向向内定位，且第二端82径向向外定位。多个轮叶74的第一端80定位在远离第一级涡轮喷嘴56的中心轴Z直径D处。直径D介于7.5980英寸(19.2989厘米)与7.6780英寸(19.5021厘米)之间。每一轮叶74还包含第一面84和第二面86。第一面84邻近于圆盘部分72，且第二面86轴向远离圆盘部分72。每一轮叶74还包含第一侧壁88和第二侧壁90。第一侧壁88和第二侧壁90两者从第一端80延伸到每一轮叶74的第二端82。一个轮叶74上的第一侧壁88面向邻近轮叶74上的第二侧壁90。
下文的表1是包含轮叶高度H、喉部宽度W和直径D在内的尺寸的不同比率的列表。
表1.尺寸的比率
尺寸 最小比率 最大比率
轮叶高度H与喉部宽度w 1.7377 2.1612
喉部宽度W与直径D 0.0356 0.0401
轮叶高度H与直径D 0.0690 0.0777
使用铸造工艺来制造第一级涡轮喷嘴56。在铸造工艺之后，第一级涡轮喷嘴56可具有至多达200的表面粗糙度。在现有技术工艺中，在将涂层施加到第一级涡轮喷嘴56，使得第一级涡轮喷嘴56的表面粗糙度小于125之前，第一级涡轮喷嘴56的所有表面必须经历后处理，例如机械加工或喷砂。
使用HVOF喷涂技术来将涂层施加到第一级涡轮喷嘴56允许将涂层直接施加到铸造第一级涡轮喷嘴56的若干部分，而无后处理。具体地说，当使用HVOF喷涂工艺来将涂层施加到多个轮叶74的第一侧壁88时，无需对多个轮叶74的第一侧壁88中的任一者进行后处理。这允许在多个轮叶74的第一侧壁88的表面粗糙度介于125与200之间时，施加所述涂层。使用HVOF喷涂工艺允许涂层中增加的硬度，且允许涂层中的碳化钨的较高百分比，与其它材料，例如钴形成对比。与其它热喷涂技术相比，HVOF喷涂工艺还允许涂层的厚度的较大一致性。
第一级涡轮喷嘴56为归因于第一级涡轮喷嘴56的损坏而频繁更换的高价值组件使用现有技术制造工艺，在施加涂层之间，必须对第一级涡轮喷嘴56的将进行涂覆的每个表面进行后处理。后处理第一级涡轮喷嘴56的将进行涂覆的每个表面是成本高且耗时的过程。具体地说，多个喉部76是较小的空间，使得难以接近多个轮叶74的第一侧壁88来加工或喷砂这些表面。使用HVOF喷涂工艺来施加涂层消除了此成本高且耗时的过程，因为在施加涂层之前，不必对第一级涡轮喷嘴56的多个轮叶74的第一侧壁88进行后处理。这简化了制造工艺，且使得第一级涡轮喷嘴56更容易生产，且制造起来成本较低且耗时较短。
可能实施方案的论述
以下是本发明的可能实施方案的非排它性描述。
第一级涡轮喷嘴包含：第一级毂部分，其沿中心轴轴向延伸；第一级圆盘部分，其附接到所述第一级毂部分，且定中心在中心轴上；以及多个第一级轮叶，其围绕所述第一级圆盘部分径向定位，且附接到所述第一级圆盘部分。每一第一级轮叶远离所述第一级圆盘部分延伸轮叶高度H，且每一第一级轮叶具有远离中心轴定位在直径D处的第一端。第一级涡轮喷嘴还包含多个第一级喉部，其界定于径向邻近的第一级轮叶之间。每一第一级喉部具有在径向邻近的第一级轮叶之间的喉部宽度W。第一级涡轮喷嘴还包含在每一第一级轮叶的侧壁上的涂层，其中所述侧壁的表面粗糙度介于125与200之间。
另外和/或替代地，先前段落的第一级涡轮喷嘴可任选地包含以下特征、配置和/或额外组件中的任何一个或多个：
第一级涡轮喷嘴的另一实施方案，其中所述涂层为碳化钨涂层。
先前第一级涡轮喷嘴中的任一者的另一实施方案，其中所述多个第一级轮叶包含19个轮叶。
先前第一级涡轮喷嘴中的任一者的另一实施方案，其中轮叶高度H与喉部宽度W的比率介于1.7377与2.1612之间。
先前第一级涡轮喷嘴中的任一者的另一实施方案，其中喉部宽度W与直径D的比率介于0.0356与0.0401之间。
先前第一级涡轮喷嘴中的任一者的另一实施方案，其中轮叶高度H与直径D的比率介于0.0690与0.0777之间。
先前第一级涡轮喷嘴中的任一者的另一实施方案，其中直径D介于7.5980英寸(19.2989厘米)与7.6780英寸(19.5021厘米)之间；轮叶高度H介于0.5300英寸(1.3462厘米)与0.5900英寸(1.4986厘米)之间；且喉部宽度W介于0.2730英寸(0.6934厘米)与0.3050英寸(0.7747厘米)之间。
先前第一级涡轮喷嘴中的任一者的另一实施方案，其中流区A由第一级涡轮喷嘴中的每一第一级喉部中的流区的总和界定。
先前第一级涡轮喷嘴中的任一者的另一实施方案，其中流区A介于2.7491英寸见方(17.7362厘米见方)与3.4191英寸见方(22.0583厘米见方)之间。
一种空气循环机包括：风扇节段，其具有风扇转子；压缩机节段，其具有压缩机喷嘴；第一级涡轮节段，其具有前述第一级涡轮喷嘴中的任一者；以及第二级涡轮节段，其具有第二级涡轮喷嘴。
一种涂覆第一级涡轮喷嘴的方法包含：铸造第一级涡轮喷嘴，其具有第一级毂部分、第一级圆盘部分和多个第一级轮叶；以及将冲蚀涂层施加到所述多个第一级轮叶中的每一者的铸造侧壁。
另外和/或替代地，先前段落的方法可任选地包含以下特征、配置和/或额外组件中的任何一个或多个：
所述方法的另一实施方案，其中所述多个第一级轮叶包含19个轮叶。
前述方法中的任一者的另一实施方案，其中所述多个第一级轮叶中的每一者铸造侧壁具有介于125与200之间的表面粗糙度。
前述方法中的任一者的另一实施方案，其中将冲蚀涂层施加到铸造侧壁是使用高速氧燃料喷涂工艺来进行。
虽然已参考示例性实施方案描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种改变，且可用均等物来替代其元件。另外，可在不脱离本发明的本质范围的情况下，作出许多修改来使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，希望本发明不限于所公开的特定实施方案，但本发明将包含属于所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (14)

1.一种第一级涡轮喷嘴，其包括：
第一级毂部分，其沿中心轴轴向延伸；
第一级圆盘部分，其附接到所述第一级毂部分，且定中心在所述中心轴上；
多个第一级轮叶，其围绕所述第一级圆盘部分径向定位且附接到所述第一级圆盘部分，其中每一第一级轮叶远离所述第一级圆盘部分延伸轮叶高度H，且其中每一第一级轮叶具有远离所述中心轴定位于直径D处的第一端；
多个第一级喉部，其界定于径向邻近的第一级轮叶之间，其中每一第一级喉部具有在径向邻近的第一级轮叶之间的喉部宽度W；以及
在每一第一级轮叶的侧壁上的涂层，其中所述侧壁的表面粗糙度介于125与200之间。
2.如权利要求1所述的第一级涡轮喷嘴，其中所述涂层为碳化钨涂层。
3.如权利要求1所述的第一级涡轮喷嘴，其中所述多个第一级轮叶包含19个轮叶。
4.如权利要求1所述的第一级涡轮喷嘴，其中所述轮叶高度H与所述喉部宽度W的比率介于1.7377与2.1612之间。
5.如权利要求1所述的第一级涡轮喷嘴，其中所述喉部宽度W与所述直径D的比率介于0.0356与0.0401之间。
6.如权利要求1所述的第一级涡轮喷嘴，其中所述轮叶高度H与所述直径D的比率介于0.0690与0.0777之间。
7.如权利要求1所述的第一级涡轮喷嘴，其中：
所述直径D介于7.5980英寸(19.2989厘米)与7.6780英寸(19.5021厘米)之间；
所述轮叶高度H介于0.5300英寸(1.3462厘米)与0.5900英寸(1.4986厘米)之间；且
所述喉部宽度W介于0.2730英寸(0.6934厘米)与0.3050英寸(0.7747厘米)之间。
8.如权利要求1所述的第一级涡轮喷嘴，其中流区A由所述第一级涡轮喷嘴中的每一第一级喉部中的流区的总和界定。
9.如权利要求8所述的第一级涡轮喷嘴，其中所述流区A介于2.7491英寸见方(17.7362厘米见方)与3.4191英寸见方(22.0583厘米见方)之间。
10.一种空气循环机，其包括：
风扇节段，其具有风扇转子；
压缩机节段，其具有压缩机喷嘴；
第一级涡轮节段，其具有如权利要求1所述的第一级涡轮喷嘴；以及
第二级涡轮节段，其具有第二级涡轮喷嘴。
11.一种涂覆第一级涡轮喷嘴的方法，其包括：
铸造第一级涡轮喷嘴，其具有第一级毂部分、第一级圆盘部分和多个第一级轮叶；以及
将冲蚀涂层施加到所述多个第一级轮叶中的每一者的铸造侧壁。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述多个第一级轮叶包含19个轮叶。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述多个第一级轮叶中的每一者的所述铸造侧壁具有介于125与200之间的表面粗糙度。
14.如权利要求11所述的方法，其中将冲蚀涂层施加到所述铸造侧壁是使用高速氧燃料喷涂工艺来进行。
CN201510696184.4A 2014-12-29 2015-10-23 具有冲蚀涂层表面光洁度的第一级涡轮喷嘴 Active CN105736065B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/584499 2014-12-29
US14/584,499 US10214804B2 (en) 2014-12-29 2014-12-29 First stage turbine nozzle with erosion coating surface finish

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105736065A true CN105736065A (zh) 2016-07-06
CN105736065B CN105736065B (zh) 2020-01-17

Family

ID=56163597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510696184.4A Active CN105736065B (zh) 2014-12-29 2015-10-23 具有冲蚀涂层表面光洁度的第一级涡轮喷嘴

Country Status (2)

Country Link
US (2) US10214804B2 (zh)
CN (1) CN105736065B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11293451B2 (en) * 2019-10-02 2022-04-05 Hamilton Sundstrand Corporation Coating for compressor outlet housing

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1118429A (zh) * 1994-06-14 1996-03-13 普拉塞尔技术有限公司 用于深低温精馏系统的透平膨胀机
US6368727B1 (en) * 1998-11-24 2002-04-09 General Electric Company Roughened bond coat for a thermal barrier coating system and method for producing
US6789315B2 (en) * 2002-03-21 2004-09-14 General Electric Company Establishing a throat area of a gas turbine nozzle, and a technique for modifying the nozzle vanes
CN102286744A (zh) * 2010-06-17 2011-12-21 通用电气公司 耐磨和低摩擦涂层以及涂有所述涂层的制品
US8113787B2 (en) * 2007-06-20 2012-02-14 Alstom Technology Ltd. Turbomachine blade with erosion and corrosion protective coating and method of manufacturing
US8192850B2 (en) * 2008-08-20 2012-06-05 Siemens Energy, Inc. Combustion turbine component having bond coating and associated methods
CN102562178A (zh) * 2010-12-21 2012-07-11 哈米尔顿森德斯特兰德公司 用于空气循环机的涡轮机喷嘴
CN202348347U (zh) * 2011-12-24 2012-07-25 大庆飞马鸿信钻采设备制造有限公司 碳化钨表面强化涡轮叶片

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5309735A (en) 1991-09-11 1994-05-10 United Technologies Corporation Four wheel air cycle machine
US5249934A (en) * 1992-01-10 1993-10-05 United Technologies Corporation Air cycle machine with heat isolation having back-to-back turbine and compressor rotors
US6257003B1 (en) 2000-08-04 2001-07-10 Hamilton Sundstrand Corporation Environmental control system utilizing two air cycle machines
US8118561B2 (en) 2004-07-26 2012-02-21 General Electric Company Erosion- and impact-resistant coatings
US20140321979A1 (en) 2013-04-24 2014-10-30 Hamilton Sundstrand Corporation Turbine nozzle piece parts with hvoc coatings
US10072519B2 (en) * 2013-04-24 2018-09-11 Hamilton Sundstrand Corporation Turbine nozzle for air cycle machine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1118429A (zh) * 1994-06-14 1996-03-13 普拉塞尔技术有限公司 用于深低温精馏系统的透平膨胀机
US6368727B1 (en) * 1998-11-24 2002-04-09 General Electric Company Roughened bond coat for a thermal barrier coating system and method for producing
US6789315B2 (en) * 2002-03-21 2004-09-14 General Electric Company Establishing a throat area of a gas turbine nozzle, and a technique for modifying the nozzle vanes
US8113787B2 (en) * 2007-06-20 2012-02-14 Alstom Technology Ltd. Turbomachine blade with erosion and corrosion protective coating and method of manufacturing
US8192850B2 (en) * 2008-08-20 2012-06-05 Siemens Energy, Inc. Combustion turbine component having bond coating and associated methods
CN102286744A (zh) * 2010-06-17 2011-12-21 通用电气公司 耐磨和低摩擦涂层以及涂有所述涂层的制品
CN102562178A (zh) * 2010-12-21 2012-07-11 哈米尔顿森德斯特兰德公司 用于空气循环机的涡轮机喷嘴
CN202348347U (zh) * 2011-12-24 2012-07-25 大庆飞马鸿信钻采设备制造有限公司 碳化钨表面强化涡轮叶片

Also Published As

Publication number Publication date
US20200024719A1 (en) 2020-01-23
US20160186586A1 (en) 2016-06-30
US10214804B2 (en) 2019-02-26
CN105736065B (zh) 2020-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11313235B2 (en) Engine component with film hole
US11156099B2 (en) Turbine engine airfoil with a modified leading edge
US10233775B2 (en) Engine component for a gas turbine engine
US20090081024A1 (en) Turbine blade
US20160245094A1 (en) Engine component
US10113486B2 (en) Method and system for modulated turbine cooling
JP2006037955A (ja) ターボ機械用ノーズコーン
US7147426B2 (en) Shockwave-induced boundary layer bleed
US20170298743A1 (en) Component for a turbine engine with a film-hole
US20140321979A1 (en) Turbine nozzle piece parts with hvoc coatings
US10072519B2 (en) Turbine nozzle for air cycle machine
JP2017172583A (ja) フィルム孔を備えたタービンエンジン用の構成要素
US20200024719A1 (en) First stage turbine nozzle with erosion coating surface finish
US10072512B2 (en) Turbine nozzle and shroud
US20180128177A1 (en) Method for forming a hole in an engine component
US10196149B2 (en) Second stage turbine nozzle with erosion coating surface finish
US20140030109A1 (en) low-Modulus Gas-Turbine Compressor Blade
US20220275733A1 (en) Ejector driven scavenge system for particle separator associated with gas turbine engine
US10006299B2 (en) Turbine nozzle for air cycle machine
US10087760B2 (en) Turbine nozzle and shroud for air cycle machine
US10968771B2 (en) Method and system for ice tolerant bleed takeoff
US11118457B2 (en) Method for fan blade heating using coanda effect
US10072502B2 (en) Turbine nozzle and shroud for air cycle machine
US12006879B1 (en) Turbomachine with compressor diffuser bleed for uniform exit flow
CA3073405A1 (en) Method for fan blade heating using coanda effect

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant