CN105814280B - 涡轮机动叶或静叶的热障涂层 - Google Patents

涡轮机动叶或静叶的热障涂层 Download PDF

Info

Publication number
CN105814280B
CN105814280B CN201480067768.9A CN201480067768A CN105814280B CN 105814280 B CN105814280 B CN 105814280B CN 201480067768 A CN201480067768 A CN 201480067768A CN 105814280 B CN105814280 B CN 105814280B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator blade
turbine bucket
layer
internal layer
turbine
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201480067768.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105814280A (zh
Inventor
B·伯鲍姆
T·内德梅尔
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN105814280A publication Critical patent/CN105814280A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105814280B publication Critical patent/CN105814280B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12—Cooling
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • 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
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/202—Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
    • 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/204—Heat transfer, e.g. cooling by the use of microcircuits
    • 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
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F05D2300/177—Ni - Si alloys
    • 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
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

本发明涉及具有隔热涂层(5)的涡轮机动叶(1)。所述隔热涂层(5)包括内层(8)和直接或间接布置在内层(8)上的外层(18)。所述内层(8)包括被连接至冷却流体供给通道(10)的流体互连的流动通道(9)。所述外层(18)包括被连接至冷却流体供给通道(10)的流体互连的流动通道(19)。本发明还涉及用于涂覆涡轮机动叶的方法。

Description

涡轮机动叶或静叶的热障涂层
技术领域
本发明涉及涡轮机动叶或静叶、用于涂覆涡轮机动叶或静叶的方法、用于冷却涡轮机动叶或静叶的方法和涡轮机。在这里，焦点放在热障涂层、其制造和其使用上。
背景技术
在涡轮机的操作期间暴露于高温的涡轮机动叶或静叶典型地涂覆有热障涂层(TBC)。暴露于高温的涡轮机动叶或静叶、例如燃气涡轮机动叶或静叶或者蒸汽涡轮机动叶或静叶典型地由镍基超合金制造。
在涡轮机的操作期间，异物的冲击可能会导致热障涂层(TBC)从镍基超合金上的剥落。如果涡轮机动叶或静叶上的热障涂层(TBC)受损或者被去除，则这会非常迅速地导致涡轮机动叶或静叶的故障。
US 6,617,003 B1描述一种被冷却的热障涂层系统，其中热障涂层系统借助微管道被主动地冷却。
WO 2008/100306 A2描述一种由陶瓷纤维复合材料(CMC，陶瓷基复合材料)制成的涡轮机动叶或静叶，陶瓷热障涂层被施加至陶瓷纤维复合材料上。冷却空气管道既可以形成在形成涡轮机动叶或静叶的纤维复合材料中，也可以形成在陶瓷热障涂层中。
WO 2006/069941描述一种制造涡轮机动叶或静叶的方法，其中制造出具有管道的主体并接着通过将涂层材料施加至主体来覆盖管道。
US 2003/0209589 A1描述一种用于制造在施加至金属基底的陶瓷涂层中的冷却管道的方法。为了制造管道，首先将材料施加至金属基底的表面，该材料在涂层材料的施加之后被再次去除。
本发明的目的是提供有利的涡轮机动叶或静叶、用于涂覆后者的方法、有利的涡轮机和用于冷却涡轮机动叶或静叶的方法。
发明内容
前述目的通过如专利权利要求1中所要求保护的涡轮机动叶或静叶、如专利权利要求9中所要求保护的涡轮机、如专利权利要求10中所要求保护的用于涂覆涡轮机动叶或静叶的方法和如专利权利要求14中所要求保护的用于冷却涡轮机动叶或静叶的方法来实现。从属权利要求包含发明的进一步的有利配置。
根据发明的涡轮机动叶或静叶包括热障涂层。热障涂层包括内层和外层。外层被直接或间接布置在内层上。内层包括彼此流体连接的流动管道。流动管道被连接至冷却流体供给管道。外层同样包括彼此流体连接并且被连接至冷却流体供给管道的流动管道。
外层在这里可以被直接布置在内层上。作为其替代方案，分离层可以被布置在内层与外层之间。分离层具有如下优点，内层的冷却系统和外层的冷却系统独立操作或者内层和外层的单独冷却被确保并成为可能。
此外，涡轮机动叶或静叶可以包括具有外表面的动叶或静叶主体，其中内层在涂层的区域中的外表面的表面法线的方向上与外层相比处于与动叶或静叶主体的外表面相距较小的距离处。
根据发明的涡轮机动叶或静叶具有有着两层冷却系统的优点。内层和外层可以独立于彼此并单独地被供给有冷却流体。如果外层由于冲击而受损，则动叶或静叶的冷却系统将通过内层中的内侧第二系统来维持。这获得了在动叶或静叶的性能上的增强并因此增强包括动叶或静叶的涡轮机的性能，因为作为整体冷却更加有效并且例如由异物的冲击而产生的机械负载仅在相对长的时间之后导致涡轮机动叶或静叶的故障。
有利地，热障涂层包括陶瓷。在这方面，内层和/或外层可以包括陶瓷或者由陶瓷构成。陶瓷考虑到其有利的隔热性质而是有利的。
原则上，内层的流动管道可以被流体连接至外层的流动管道。为此，有利的是内层的至少一个流动管道被流体连接至外层的至少一个流动管道。内层的和外层的流动管道的流体连接使得对于冷却流体、例如用于冷却的空气能够有效地流走，并且作为结果允许涡轮机动叶或静叶的有效冷却。
原则上，涡轮机动叶或静叶可以包括镍基超合金。在这方面，涡轮机动叶或静叶坯料或者涡轮机动叶或静叶的主体可以由镍基超合金构成。优选的是涡轮机动叶或静叶包括具有外表面的主体。结合层被有利地布置在主体的外表面与热障涂层的内层之间。结合层允许热障涂层至基材、例如镍基超合金的合适的结合。所述结合层具有在20μm与50μm之间的厚度。
涡轮机动叶或静叶优选地包括动叶或静叶主部分，其中热障涂层被布置在动叶或静叶主部分上。这具有作为涡轮机动叶或静叶的一般经受到最大热负载的区域的动叶或静叶主部分可以被特别有效地冷却的优点。
根据发明的涡轮机包括多个上述涡轮机动叶或静叶、即上述涡轮机动叶或静叶中的至少一个。在这方面，涡轮机可以是例如燃气涡轮机或蒸汽涡轮机。原则上，根据发明的涡轮机具有与根据发明的上述涡轮机动叶或静叶相同的性质和优点。
在根据发明的用于涂覆涡轮机动叶或静叶的方法的过程期间，将热障涂层施加至涡轮机动叶或静叶的待涂覆的表面的至少一个部分区域。为此，借助选择性激光熔化(SLM)来创建或施加内层。内层包括彼此流体连接的多个流动管道。此外，借助选择性激光熔化(SLM)将外层直接或间接地施加至内层。外层包括彼此流体连接的多个流动管道。
优选的是借助选择性激光熔化(SLM)将中间层创建在内层上或施加至内层并接着将外层施加至中间层。
所描述的方法适于在作为新的制造涡轮机动叶或静叶时和在整修或重新处理涡轮机动叶或静叶时使用。特别适于制造根据发明的上述涡轮机动叶或静叶。涡轮机动叶或静叶可以是例如燃气涡轮机动叶或静叶或者蒸汽涡轮机动叶或静叶。燃气涡轮机动叶或静叶或者蒸汽涡轮机动叶或静叶可以因此在所描述的涂覆方法期间被涂覆。
所描述的方法具有通过用于制造涂层的工艺借助选择性激光熔化生成两层冷却系统的优点。如果外层例如由于冲击而受损，则涡轮机动叶或静叶的冷却系统将通过内部第二系统来维持。这获得了在涡轮机动叶或静叶或者涡轮机、例如燃气涡轮机的性能上的增加，因为按照发明被涂覆的涡轮机动叶或静叶可以与迄今已知的涡轮机动叶或静叶相比被更加有效地冷却。特别地，要求较少冷却流体(例如空气)用于冷却。
此外，根据发明的方法具有如下的优点，省略当制造和涂覆或者整修涡轮机动叶或静叶时传统所要求的激光钻孔。
优选的是，涡轮机动叶或静叶包括动叶或静叶主部分并且热障涂层被施加至动叶或静叶主部分的表面。
热障涂层有利地包括陶瓷。通过示例的方式，内层和/或中间层和/或外层可以因此包括陶瓷。所使用的陶瓷材料优选是钇稳定的氧化锆(YSZ)或者利用钇或氧化钇至少部分稳定的氧化锆。
原则上，可以借助选择性激光熔化在相互邻接的层之间制造口开口。通过示例的方式，内层和外层、或者内层和中间层、或者中间层和外层可以因此经由相应的出口开口彼此流体连接。此外，可以借助选择性激光熔化制造至少一个冷却流体供给管道。优选的是对于内层和对于外层制造单独的冷却流体供给管道。这允许了冷却流体至内层和至外层的相互独立的供给。以该方式，能够以有针对性的方式影响在热障涂层中和在基材中的温度梯度并且能够避免在热障涂层(TBC)中的应力高峰。
有利的是可以在施加内层之前借助选择性激光熔化将结合层施加至涡轮机动叶或静叶的基材。结合层可以使用例如热喷涂方法来施加。优选的是，具有在20μm与50μm之间的层厚度的结合层被施加至待涂覆的涡轮机动叶或静叶。结合层获得了进一步的热障涂层至涡轮机动叶或静叶的基材的合适的结合。涡轮机动叶或静叶的基材例是例如镍基超合金。
根据发明的用于冷却涡轮机动叶或静叶的方法涉及根据发明的上述涡轮机动叶或静叶。在方法的过程期间，将冷却流体引入内层的流动管道内。另外，将冷却流体引入外层的流动管道内。冷却流体是例如空气。冷却方法允许相对于涡轮机动叶或静叶的机械负载(例如冲击)对动叶或静叶的灵活且鲁棒的冷却。如果例如外层受损，则内层继续允许涡轮机动叶或静叶的冷却。这同时增加了涡轮机动叶或静叶的操作时间或使用寿命。
通过示例的方式，冷却流体可以通过仅流体连接至内层的冷却流体供给管道被引入内层的流动管道。另外或作为其替代方案，冷却流体可以通过仅流体连接至外层的流体连通供给管道被引入外层的流动管道。作为结果，涡轮机动叶或静叶被以单独地和以相互独立的方式经由内层和经由外层两者被冷却。
另外，可以将在温度和/或组成方面与被引入外层的流动管道内的冷却流体不同的冷却流体引入内层的流动管道内。这同样允许涡轮机动叶或静叶的有效且灵活的冷却。
作为整体，本发明提供了例如通过选择性激光熔化生成的两层冷却系统。这使得能够实现两级冷却，因为建立了例如相互独立的空气流。由此能够以有针对性的方式影响在热障涂层中和在基材中的温度地梯度并且能够避免在热障涂层中的应力高峰。以该方式，涡轮机或相应的涡轮机动叶或静叶的性能通过更有效的冷却的可能性而得以提高。通过选择性激光熔化制造热障涂层的进一步优点在于省却冷却孔的钻孔。
原则上，在施加这里所描述的热障涂层之前可以首先将MCrAlX涂层施加至涡轮机动叶或静叶的基材。在这里，MCrAlX中的M表示从由铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)构成的组中选出的至少一个元素，并且X是活性元素并且代表钇(Y)和/或硅和/或至少一个稀土元素，或者铪(Hf)。
根据发明的涡轮机动叶或静叶因此可以另外包括MCrAlX涂层。该涂层接着优选被布置在主体(例如镍基超合金)的表面与上述热障涂层的内层或结合层之间。
附图说明
将在下面在示例性实施例的基础上更详细地描述以下发明的进一步的性质、特征和优点。在该背景下描述的特征既独立地是有利的并且也在任何期望的彼此组合上是有利的。所描述的示例性实施例不具有对发明的主题的限制效果。
图1示意性地示出涡轮机动叶或静叶的立体图和穿过涂层的部分区域的截面。
图2示意性地示出燃气涡轮机。
图3示意性地示出涡轮机动叶或静叶。
具体实施方式
图1示意性地示出涡轮机动叶或静叶的立体图和穿过涂层的部分区域的截面。通过示例的方式，涡轮机动叶或静叶1可以是燃气涡轮机的或蒸汽涡轮机的引导静叶或转子动叶。
图1中示出的涡轮机动叶或静叶1包括动叶或静叶根部2、平台3，和动叶或静叶主部分4。平台3被布置在动叶或静叶根部2与动叶或静叶主部分4之间。动叶或静叶主部分4被涂覆有陶瓷热障涂层5。穿过涂层5的部分区域的截面同样被示出在图1中。
涡轮机动叶或静叶的基材优选为镍基超合金。结合层7优选地首先被热喷涂到涡轮机动叶或静叶1的表面6上。所施加的结合层7优选地具有在20μm与50μm之间的层厚度，以便获得到基材的合适结合。
此外，内层8借助选择性激光熔化来创建。内层8包括彼此流体连接的多个流动管道9。流动管道9另外被流体连接至冷却流体供给开口10。供给开口10将内层8的流动管道9连接至冷却流体供给管道11。通过冷却流体供给管道11，例如对于冷却空气能够被引入到内层8内或到内层8的流动管道9内。
情况是下面中的任一种，外层18借助于选择性激光熔化被直接创建在内层8上或被直接施加至内层8，或者是首先将中间层12借助于选择性激光熔化优选地创建在内层8上。中间层12优选地包括多个出口开口13，其将内层8的流动管道9流体连接至外层18的流动管道19。外层18接着借助于选择性激光熔化被创建在中间层12上或被施加至中间层12。外层18包括彼此流体连接的多个流动管道19。外层18此外包括至少一个冷却流体供给开口20。冷却流体供给开口20被流体连接至供给管道21。通过供给管道21，例如对于冷却空气能够被引入到外层18的流动管道19内。外层18可以另外包括出口开口14，其将外层18的流动管道19连接至被涂覆的涡轮机动叶或静叶1的外表面。
原则上，内层8、中间层12和外层18可以借助选择性激光熔化产生性地(generatively)创建。可以通过如此获得的两级冷却系统建立相互独立的空气流。由此能够以有针对性的方式影响在热障涂层中和在基材中的温度梯度并且能够避免热障涂层中的应力高峰。
图1中示出的箭头表示在选择性激光熔化期间涡轮机动叶或静叶1的移动的方向。作为在选择性激光熔化期间涡轮机动叶或静叶的相应移动的替代方案，对于所使用的激光熔化设备在原则上也能够以相应的方式移动。
在根据发明的用于冷却涡轮机动叶或静叶1的方法的过程期间，例如对于不同供给管道11和21能够被供给不同温度或不同成分的冷却流体(例如空气)。这允许有效且灵活的冷却。
图2通过示例的方式示出穿过燃气涡轮机100的部分纵向截面。
燃气涡轮机100在其内部具有以使得可以围绕转动轴线102转动的方式安装的转子103，具有轴101，并且也被称作涡轮机转子。
进气壳体104、压气机105、具有多个同轴布置的燃烧器107的例如环形燃烧室110(特别是环状燃烧室)、涡轮机108和排气壳体109沿着转子103依次设置。
环状燃烧室110与例如环状热气体管道111连通。由此，通过示例的方式，四个相继的涡轮机级112形成涡轮机108。
各涡轮机级112例如由两个动叶或静叶环形成。如在工作介质113的流动的方向上看到的，引导静叶排115在热气体管道111中跟着设置由转子动叶120形成的排125。
引导静叶130在该情况中被固定至定子143的内壳体138，而排125的转子动叶120例如借助涡轮机盘133被装配在转子103上。
发电机(未示出)被联接至转子103。
当燃气涡轮机100操作时，空气135通过进气壳体104被吸入并且由压气机105压缩。在压气机105的涡轮机端处所提供的压缩空气被传递至燃烧器107，在那里与燃料混合。混合物接着在燃烧室110中燃烧，形成工作介质113。从那里，工作介质113沿着热气体管道111流动经过引导静叶130和转子动叶120。工作介质113在转子动叶120处膨胀，转移其动量，使得转子动叶120驱动转子103并且后者进而驱动联接至其上的发电机。
当燃气涡轮机100操作时，暴露于热工作介质113的组成部件经受到热应力。如在工作介质113的流动的方向上看到的，第一涡轮机级112的引导静叶130和转子动叶120与内衬环状燃烧室110的热屏蔽元件一起经受到最高的热应力。
为了能够承受住那里盛行的温度，它们可以借助冷却剂被冷却。
组成部件的基底可以同样具有定向结构、即它们呈单晶形式(SX结构)或者具有仅纵向取向的晶粒(DS结构)。
通过示例的方式，铁基、镍基或钴基超合金被用作特别是用于涡轮机动叶或静叶120、130的组成部件和燃烧室110的组成部件的材料。
该类型的超合金例如从EP 1 204 776 B1、EP 1 306 454、EP 1 319 729 A1、WO99/67435或WO 00/44949已知。
动叶或静叶120、130可以同样具有防腐蚀的涂层(MCrAlX；M是从由铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)构成的组中选出的至少一个元素，X是活性元素并且代表钇(Y)和/或硅、钪(Sc)和/或至少一个稀土元素或者铪)。该类型的合金从EP 0 486 489 B1、EP 0 786 017B1、EP 0 412 397 B1或EP 1 306 454 A1已知。
例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2构成(即由氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁未稳定的、部分稳定的或完全稳定)的热障涂层也可以存在于MCrAlX上。
通过诸如例如电子束物理气相沉积(EB-PVD)等的合适的涂覆工艺在热障涂层中产生柱状晶粒。
引导静叶130具有面对涡轮机108的内壳体138的引导静叶根部(这里未示出)，和在与引导静叶根部相反的端部处的引导静叶头部。引导静叶头部面对转子103并且被固定至定子143的固定环140。
图3示出涡轮机器的沿着纵向轴线121延伸的转子动叶120或引导静叶130的立体图。
涡轮机器可以是航空器的或者用于发电的发电厂的燃气涡轮机、蒸汽涡轮机或压缩机。
动叶或静叶120、130沿着纵向轴线121相继地具有固定区域400、邻接的动叶或静叶平台403，动叶或静叶主部分406及动叶或静叶顶端415。
作为引导静叶130，静叶130可以在其静叶顶端415处具有进一步的平台(未示出)。
用于将转子动叶120、130固定至轴或盘(未示出)的动叶或静叶根部183被形成在固定区域400中。
动叶或静叶根部183被例如以锤头的形式设计。诸如枞树或燕尾根部等的其他配置是可能的。
动叶或静叶120、130具有用于流动经过动叶或静叶主部分406的介质的前缘409和后缘412。
在传统动叶或静叶120、130的情况中，通过示例的方式实心金属材料、特别是超合金被用在动叶或静叶120、130的所有区域400、403、406中。
该类型的超合金例如从EP 1 204 776 B1、EP 1 306 454、EP 1 319 729 A1、WO99/67435或WO 00/44949中已知。
动叶或静叶120、130可以在该情况中通过铸造工艺、借助定向凝固、通过锻造工艺、通过研磨工艺或其组合来制造。
具有单晶结构的工件被用作用机器的在操作中暴露于高的机械、热和/或化学应力的组成部件。
该类型的单晶工件例如通过定向凝固由熔体制造。这牵涉到铸造工艺，其中液体金属合金凝固以形成单晶结构、即单晶工件或者定向地凝固。
在该情况中，树枝状晶体被沿着热流动的方向取向并且形成柱状结晶晶粒结构(即，跨越工件的整个长度走向并且按照语言使用习惯在这里称作定向凝固的晶粒)或者单晶结构、即整个工件由一个单晶体构成。在这些工艺中，需要避免过渡至球状(多结晶)凝固，因为非定向生长不可避免地形成横向和纵向晶界，这破坏定向凝固或单晶组成部件的有利性质。
当本文概略地提到定向凝固微结构时，这可以被理解为意味着不具有任何晶界或最多具有小角度晶界的单晶体和具有在纵向方向上走向的晶界但不具有任何横向晶界的柱状晶体结构两者。该第二形式的结晶结构也被描述为定向凝固微结构(定向凝固结构)。
该类型的工艺从US专利6,024,792和EP 0 892 090 A1已知。
动叶或静叶120、130可以同样具有防腐蚀或防氧化的涂层，例如(MCrAlX；M是从由铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)构成的组中选出的至少一个元素，X是活性元素并且代表钇(Y)和/或硅和/或至少一个稀土元素，或者铪(Hf))。该类型的合金从EP 0 486 489 B1、EP 0 786017 B1、EP 0 412 397 B1或EP 1 306 454 A1已知。
密度优选是理论密度的95％。
保护铝氧化物层(TGO＝热生长氧化物层)被形成在MCrAlX成上(作为中间层或者作为最外层)。
该层优选地具有组成Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si或Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y。除了这些钴基保护涂层之外，还优选使用诸如Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re或Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re或Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re等的镍基保护层。
对于优选最外层并且例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2构成(即由氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁未稳定的、部分稳定的或完全稳定)的热障涂层也能够存在于MCrAlX上。
热障涂层覆盖整个MCrAlX层。
通过诸如例如电子束物理气相沉积(EB-PVD)等的合适的涂覆工艺在热障涂层中产生柱状晶粒。
其他涂覆工艺是可设想的，例如大气等离子喷涂(APS)、LPPS、VPS或CVD。热障涂层可以包括多孔的或具有微裂纹或宏观裂纹的晶粒，以便提高耐热冲击性。热障涂层因此优选比MCrAlX层更加多孔。
整修意味着在它们被使用之后保护层可以必须被从组成部件120、130上去除(例如，通过喷砂)。接着，腐蚀和/或氧化层及产物被去除。如果适当的话，组成部件120、130中的裂纹也被修复。接着对组成部件120、130的重新涂覆，此后组成部件120、130可以被重新使用。
动叶或静叶120、130可以在形式上是空心的或实心的。如果动叶或静叶120、130准备除了根据发明所描述的冷却之外被冷却，则它例如是空心的并且也可以具有膜冷却孔418(用虚线指示出)。

Claims (15)

1.一种具有热障涂层(5)的涡轮机动叶或静叶(1)，
其特征在于，
所述热障涂层(5)包括内层(8)和被直接或间接布置在所述内层(8)上的外层(18)，其中所述内层(8)包括彼此流体连接且被连接至第一冷却流体供给管道(10)的多个第一流动管道(9)，
所述外层(18)包括彼此流体连接并且被连接至第二冷却流体供给管道(20)的多个第二流动管道(19)，使得所述内层和所述外层能够独立并单独地被供给冷却流体。
2.如权利要求1所述的涡轮机动叶或静叶(1)，
其特征在于，
所述热障涂层(5)包括陶瓷。
3.如权利要求1所述的涡轮机动叶或静叶(1)，
其特征在于，
所述内层(8)的至少一个第一流动管道(9)被流体连接至所述外层(18)的至少一个第二流动管道(19)。
4.如权利要求1至3之一所述的涡轮机动叶或静叶(1)，
其特征在于，
所述涡轮机动叶或静叶(1)包括镍基超合金。
5.如权利要求1至3之一所述的涡轮机动叶或静叶(1)，
其特征在于，
所述涡轮机动叶或静叶(1)包括具有外表面(6)的主体并且结合层(7)被布置在所述主体的所述外表面(6)与所述内层(8)之间。
6.如权利要求5所述的涡轮机动叶或静叶(1)，
其特征在于，
所述结合层(7)具有在20μm与50μm之间的厚度。
7.如权利要求1至3之一所述的涡轮机动叶或静叶(1)，
其特征在于，
分离层被布置在所述内层(8)与所述外层(18)之间。
8.如权利要求1至3之一所述的涡轮机动叶或静叶(1)，
其特征在于，
所述涡轮机动叶或静叶(1)包括动叶或静叶主部分(4)并且所述热障涂层(5)被布置在所述动叶或静叶主部分(4)上。
9.一种涡轮机(100)，其包括多个如权利要求1至8之一所述的涡轮机动叶或静叶(1)。
10.一种用于涂覆涡轮机动叶或静叶(1)的方法，
其中将热障涂层(5)施加至所述涡轮机动叶或静叶(1)的待涂覆的表面的至少一个部分区域，
其特征在于，
借助选择性激光熔化施加包括彼此流体连接的多个第一流动管道(9)的内层(8)，和
借助选择性激光熔化将包括彼此流体连接的多个第二流动管道(19)的外层(18)直接或间接施加至所述内层(8)。
11.如权利要求10所述的方法，
其特征在于，
借助选择性激光熔化将中间层施加至所述内层(8)并接着将所述外层(18)施加至所述中间层。
12.如权利要求10或11所述的方法，
其特征在于，
借助选择性激光熔化在相互邻接的层之间制造出口开口(13，14)和/或借助选择性激光熔化制造至少一个冷却流体供给管道(10，20)。
13.如权利要求10或11所述的方法，
其特征在于，
在施加所述内层(8)之前借助选择性激光熔化将结合层施加至所述涡轮机动叶或静叶(1)的基材。
14.一种用于冷却如权利要求1至8之一所述的涡轮机动叶或静叶(1)的方法，
其特征在于，
将冷却流体引入所述内层(8)的所述第一流动管道(9)内和/或将冷却流体引入所述外层(18)的所述第二流动管道(19)内。
15.如权利要求14所述的方法，
其特征在于，
将在温度和/或组成方面与被引入所述外层(18)的所述第二流动管道(19)内的冷却流体不同的冷却流体引入所述内层(8)的所述第一流动管道(9)内。
CN201480067768.9A 2013-12-13 2014-11-28 涡轮机动叶或静叶的热障涂层 Expired - Fee Related CN105814280B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13197179.8A EP2884048A1 (de) 2013-12-13 2013-12-13 Wärmedämmbeschichtung einer Turbinenschaufel
EP13197179.8 2013-12-13
PCT/EP2014/075965 WO2015086344A1 (de) 2013-12-13 2014-11-28 Wärmedämmbeschichtung einer turbinenschaufel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105814280A CN105814280A (zh) 2016-07-27
CN105814280B true CN105814280B (zh) 2018-05-11

Family

ID=49765374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480067768.9A Expired - Fee Related CN105814280B (zh) 2013-12-13 2014-11-28 涡轮机动叶或静叶的热障涂层

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160312622A1 (zh)
EP (2) EP2884048A1 (zh)
JP (1) JP6382316B2 (zh)
CN (1) CN105814280B (zh)
WO (1) WO2015086344A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10358922B2 (en) * 2016-11-10 2019-07-23 Rolls-Royce Corporation Turbine wheel with circumferentially-installed inter-blade heat shields
US10829845B2 (en) * 2017-01-06 2020-11-10 General Electric Company Selective thermal coating of cooling holes with air flow
US10422229B2 (en) * 2017-03-21 2019-09-24 United Technologies Corporation Airfoil cooling
GB2568063B (en) 2017-11-02 2019-10-30 Hardide Plc Water droplet erosion resistant coatings for turbine blades and other components
DE102018203211A1 (de) 2018-03-05 2019-09-05 MTU Aero Engines AG Schaufel mit Hitzeschild und Strömungsmaschine
US11661861B2 (en) 2021-03-03 2023-05-30 Garrett Transportation I Inc. Bi-metal variable geometry turbocharger vanes and methods for manufacturing the same using laser cladding

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4311433A (en) * 1979-01-16 1982-01-19 Westinghouse Electric Corp. Transpiration cooled ceramic blade for a gas turbine
JP2834125B2 (ja) * 1987-10-23 1998-12-09 財団法人電力中央研究所 複層遮熱構造
US5350599A (en) * 1992-10-27 1994-09-27 General Electric Company Erosion-resistant thermal barrier coating
JP4226669B2 (ja) * 1996-02-05 2009-02-18 株式会社東芝 耐熱部材
US6207297B1 (en) * 1999-09-29 2001-03-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Barrier layer for a MCrAlY basecoat superalloy combination
US6617003B1 (en) * 2000-11-06 2003-09-09 General Electric Company Directly cooled thermal barrier coating system
US6607789B1 (en) * 2001-04-26 2003-08-19 General Electric Company Plasma sprayed thermal bond coat system
US6921014B2 (en) * 2002-05-07 2005-07-26 General Electric Company Method for forming a channel on the surface of a metal substrate
DE10319494A1 (de) * 2003-04-30 2004-11-18 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Reparatur und/oder Modifikation von Bauteilen einer Gasturbine
EP1496140A1 (de) * 2003-07-09 2005-01-12 Siemens Aktiengesellschaft Schichtstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur
JP4969094B2 (ja) * 2004-12-14 2012-07-04 三菱重工業株式会社 遮熱コーティング部材及びその製造並びにガスタービン
JP4773457B2 (ja) * 2004-12-24 2011-09-14 アルストム テクノロジー リミテッド 埋め込まれた通路を有する部材、特にターボ機械の熱ガスコンポーネント
EP1712739A1 (de) * 2005-04-12 2006-10-18 Siemens Aktiengesellschaft Bauteil mit Filmkühlloch
US20080199661A1 (en) * 2007-02-15 2008-08-21 Siemens Power Generation, Inc. Thermally insulated CMC structure with internal cooling
DE102008030186A1 (de) * 2008-06-26 2009-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Erzeugen eines Bauteils durch selektives Laserschmelzen sowie hierfür geeignete Prozesskammer
US8651805B2 (en) * 2010-04-22 2014-02-18 General Electric Company Hot gas path component cooling system
EP2431495A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-21 Siemens Aktiengesellschaft A method for forming thermal barrier coating and device with the thermal barrier coating
US20120156054A1 (en) * 2010-12-15 2012-06-21 General Electric Company Turbine component with near-surface cooling passage and process therefor

Also Published As

Publication number Publication date
EP2884048A1 (de) 2015-06-17
US20160312622A1 (en) 2016-10-27
WO2015086344A1 (de) 2015-06-18
EP3060759A1 (de) 2016-08-31
JP6382316B2 (ja) 2018-08-29
JP2017502196A (ja) 2017-01-19
CN105814280A (zh) 2016-07-27
EP3060759B1 (de) 2018-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105814280B (zh) 涡轮机动叶或静叶的热障涂层
CN103028886B (zh) 用于受冷却构件的修理方法
US7182581B2 (en) Layer system
CN102953828B (zh) 带有冷却通道的构件和制造方法
US7402335B2 (en) Layer structure and method for producing such a layer structure
JP5539493B2 (ja) 溶接方法および構成要素
CN101990477B (zh) 具有受调节的温度分布的焊接方法以及用于此的装置
JP2014177938A (ja) マイクロ冷却レーザ堆積材料層を備えた構成要素並びにその製造方法
JP5596163B2 (ja) 閉塞孔を検出するための表面分析、および装置
KR20080110983A (ko) 높은 다공도의 층상형 열적 배리어 코팅 및 부품
US10995625B2 (en) Method for treating a gas turbine blade and gas turbine having said blade
CN101618610A (zh) 具有两层陶瓷层的陶瓷热障涂层系统
JP2010517779A (ja) ろう材および超合金における硬ろう付け法
JP2015536406A (ja) 孔周辺の改質表面
CN102720544B (zh) 用于调节在主动冷却的构件内的冷却剂消耗的方法和构件
US20110020127A1 (en) Component Comprising Overlapping Weld Seams and Method for the Production Thereof
US20110293431A1 (en) Component having varying structures and method for production
US20100288823A1 (en) Application of Solder to Holes, Coating Processes and Small Solder Rods
US20100224600A1 (en) Two-step welding process
CN104416984A (zh) 多孔的陶瓷层系统
CN103874784A (zh) 基于氧化锆的陶瓷双层
CN102632343A (zh) 以不同角度进行的多次激光加工
US20200123911A1 (en) Sealing system for a rotor blade and housing
CN102059210B (zh) 具有部分封闭的孔的部件的涂层方法和用于打开孔的方法
US8865255B2 (en) Method for assessing the coolant consumption within actively cooled components

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180511

Termination date: 20191128