CN107097035A - 用于使燃气涡轮发动机的有涂层构件复原的系统和方法 - Google Patents

用于使燃气涡轮发动机的有涂层构件复原的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于使燃气涡轮发动机(10)的受损有涂层构件复原的方法。该方法包括从燃气涡轮发动机(10)卸载受损的有涂层构件。该方法还包括将燃气涡轮发动机(10)的构件的第一有涂层部分(105)与构件的第二有涂层部分(108)隔离。此外，该方法包括同时在构件的第一有涂层部分(105)上沉积第一涂层材料(112)和在构件的第二有涂层部分(108)上沉积不同的第二涂层材料(114)。该方法还包括将复原的有涂层构件重新安装到燃气涡轮发动机(10)中。

Description

用于使燃气涡轮发动机的有涂层构件复原的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及用于通过在有涂层构件(诸如涡轮叶片)上同时沉积多个涂层使其复原的系统和方法。
背景技术
燃气涡轮发动机以串联流动的顺序大体上包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作时，空气进入压缩机区段的入口，在此，一个或更多个轴向或离心压缩机逐渐地压缩空气，直到它到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合且被焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体被从燃烧区段发送通过在涡轮区段内限定的热气体路径，且然后经由排气区段从涡轮区段排气。
在特定的构造中，涡轮区段以串联流动的顺序包括高压(HP)涡轮和低压(LP)涡轮。HP涡轮和LP涡轮各自包括各种可旋转涡轮构件，诸如转子轴、由转子轴安装或以其他方式承载的转子盘、安装于盘的外围且从其径向地延伸的涡轮叶片、和各种静止涡轮构件，诸如定子静叶或喷嘴、涡轮护罩、和发动机框架。可旋转和静止的涡轮构件至少部分地限定穿过涡轮区段的热气体路径。例如，涡轮发动机动叶或叶片大体上具有如下翼型件形状，该翼型件形状被设计成将流动路径气体的热能和动能转换成转子的机械旋转。在燃烧气体流过热气体路径时，热能从燃烧气体转移至可旋转和静止的涡轮构件。
涡轮叶片可由涂布有环境屏障涂层的多种超级合金(例如，镍基超级合金)以及陶瓷基质复合物构造，以在发动机的操作期间在存在高温射流的情况下避免氧化和凹进。用于发动机构件的现有涂布过程包括两步骤式过程，其首先包括利用耐腐蚀涂层(诸如铬化物涂层)涂布构件的第一部分，且然后随后包括利用抑制氧化涂层(诸如铝化物涂层)涂布构件的第二部分。例如，对于高压涡轮叶片，首先利用粉末铬化物涂层通过包埋过程(packprocess)涂布柄部，且随后的步骤包括利用铝化物涂层涂布涡轮叶片的翼型件。
然而，与常规的两步骤式涂布技术相关的问题之一包括在铬化物涂布过程期间从包埋泄漏的氯化物气体，这可损坏翼型件。更具体而言，在具有内部铝化物涂层的发动机构件中，因与氯化物气体的反应引起的铝的损耗可导致低的发动机性能和/或高不良率。
此外，在燃气涡轮发动机的操作期间，最初应用于涡轮叶片的涂层因氧化和涡轮发动机内的其他环境条件而开始磨损。用于涡轮叶片的常规维修方法需要受影响叶片的“完全维修”，这包括从发动机卸载涡轮叶片，从其剥去之前应用的涂层，和重复上面描述的两步骤式过程。因此，涡轮叶片的完全维修可能是耗时且昂贵的。
鉴于以上，用于使有涂层涡轮叶片复原而非需要此种叶片的完全维修的改善的系统和方法将是有利的。更具体而言，用于通过在之前涂布的叶片上同时沉积多个涂层来使涡轮叶片复原的系统和方法在本领域中将是合乎需要的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下列描述中部分地阐述，或可根据描述而是明显的，或可通过本发明的实践而习得。
在一个方面中，本公开涉及用于使燃气涡轮发动机的受损有涂层构件复原的方法。该方法包括从燃气涡轮发动机卸载受损的有涂层构件。该方法还包括将燃气涡轮发动机的构件的第一有涂层部分与构件的第二有涂层部分隔离。此外，该方法包括同时在构件的第一有涂层部分上沉积第一涂层材料和在构件的第二有涂层部分上沉积不同的第二涂层材料。该方法还包括将复原的有涂层构件重新安装到燃气涡轮发动机中。
在另一个方面中，本公开涉及用于使燃气涡轮发动机的受损有涂层构件复原的套件。套件包括第一涂层材料和第二涂层材料，其中，第一和第二涂层材料不同。套件还包括：掩蔽体，其用于将燃气涡轮发动机的构件的第一有涂层部分与构件的第二有涂层部分隔离；和涂布系统，其构造成同时分别在构件的第一和第二有涂层部分上沉积第一和第二涂层材料。
在又一个方面中，本公开涉及用于使燃气涡轮发动机的受损的有涂层涡轮叶片复原的方法。该方法包括从燃气涡轮发动机卸载受损的有涂层涡轮叶片。该方法还包括将涡轮叶片的有涂层柄部放置在掩蔽室中，掩蔽室具有掩蔽盖，以便将柄部与涡轮叶片的有涂层翼型件隔离。另一步骤包括利用基于铬的粉末涂层填充掩蔽室。因此，该方法还包括同时通过扩散涂布在翼型件上沉积基于铝的涂层。
实施方案1. 一种用于使燃气涡轮发动机的受损的有涂层构件复原的方法，所述方法包括：
从所述燃气涡轮发动机卸载所述受损的有涂层构件；
将所述燃气涡轮发动机的构件的第一有涂层部分与所述构件的第二有涂层部分隔离；
同时在所述构件的第一有涂层部分上沉积第一涂层材料和在所述构件的第二有涂层部分上沉积不同的第二涂层材料；和
将复原的有涂层构件重新安装到所述燃气涡轮发动机中。
实施方案2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃气涡轮发动机的有涂层构件包括以下中的至少一种：涡轮叶片、风扇叶片、压缩机叶片、喷嘴、护罩、护罩支撑件、框架、涡轮静叶、引导静叶、或压缩机静叶。
实施方案3. 根据实施方案1所述的方法，其中，同时在所述构件的第一有涂层部分上沉积所述第一涂层材料和在所述构件的第二有涂层部分上沉积所述第二涂层材料包括扩散涂布、镀敷、浆料涂布、或粉末涂布中的至少一种。
实施方案4. 根据实施方案2所述的方法，其中，所述第一有涂层部分包括所述涡轮叶片的柄部且所述第二有涂层部分包括所述涡轮叶片的翼型件。
实施方案5. 根据实施方案4所述的方法，其中，所述柄部之前涂布有基于铬的材料，且所述翼型件之前涂布有基于铝的材料。
实施方案6. 根据实施方案4所述的方法，其中，将所述燃气涡轮发动机的构件的第一有涂层部分与所述构件的第二有涂层部分隔离还包括：
将所述柄部放置在掩蔽室中；和
在所述掩蔽室上靠着所述翼型件的平台放置掩蔽盖，以便将所述柄部与所述翼型件隔离。
实施方案7. 根据实施方案1所述的方法，其中，所述第一和第二涂层材料包括以下中的至少一种：基于铬的材料、基于铝的材料、基于硅的材料、铂材料、或钯材料。
实施方案8. 根据实施方案7所述的方法，其中，所述第一涂层材料包括基于铬的材料，且所述第二涂层材料包括基于铝的材料。
实施方案9. 根据实施方案8所述的方法，其中，同时在所述构件的第一有涂层部分上沉积所述第一涂层材料和在所述构件的第二有涂层部分上沉积所述第二涂层材料还包括：
在将所述掩蔽盖放置在所述掩蔽室上之前，利用所述基于铬的材料填充所述掩蔽室，以便涂布所述柄部，和
利用所述基于铝的材料沉积所述翼型件。
实施方案10. 根据实施方案7所述的方法，其中，利用所述基于铝的材料沉积所述翼型件还包括：
将所述涡轮叶片放置在涂布炉中，和
将所述翼型件暴露于蒸汽相的基于铝的材料，以便涂布所述翼型件。
实施方案11. 根据实施方案10所述的方法，还包括：
从所述涂布炉移除所述涡轮叶片，
在所述柄部保持在所述掩蔽室中时冷却所述涡轮叶片，
从所述掩蔽室移除所述掩蔽盖，
从所述掩蔽室移除所述柄部，和
将所述涡轮叶片重新安装在所述燃气涡轮发动机内。
实施方案12. 一种用于使燃气涡轮发动机的受损的有涂层构件复原的套件，所述套件包括：
第一涂层材料；
第二涂层材料，所述第一和第二涂层材料不同；
掩蔽体，其用于将所述燃气涡轮发动机的构件的第一有涂层部分与所述构件的第二有涂层部分隔离；和
涂布系统，其构造成同时分别在所述构件的第一和第二有涂层部分上沉积所述第一和第二涂层材料。
实施方案13. 根据实施方案12所述的套件，其中，所述掩蔽体包括掩蔽室。
实施方案14. 根据实施方案13所述的套件，其中，所述掩蔽室填充有所述第一涂层材料，所述第一涂层材料包括基于铬的粉末。
实施方案15. 根据实施方案12所述的套件，其中，所述第一和第二涂层材料包括以下中的至少一种：基于铬的涂层、基于铝的涂层、基于硅的涂层、铂涂层、或钯涂层。
实施方案16. 根据实施方案15所述的套件，其中，所述涂布系统包括涂布炉，所述涂布炉构造成在所述构件的第二有涂层部分上应用所述第二涂层材料，所述第二涂层材料包括基于铝的材料。
实施方案17. 根据实施方案12所述的套件，其中，所述燃气涡轮发动机的有涂层构件包括以下中的至少一种：涡轮叶片、风扇叶片、压缩机叶片、喷嘴、护罩、护罩支撑件、框架、涡轮静叶、引导静叶、或压缩机静叶。
实施方案18. 根据实施方案12所述的套件，其中，同时在所述构件的第一有涂层部分上沉积第一涂层和在所述构件的第二有涂层部分上沉积第二涂层包括扩散涂布、镀敷、浆料涂布、或粉末涂布中的至少一种。
实施方案19. 根据实施方案12所述的套件，其中，所述第一有涂层部分包括所述涡轮叶片的柄部且所述第二有涂层部分包括所述涡轮叶片的翼型件。
实施方案20. 一种用于使燃气涡轮发动机的受损的有涂层涡轮叶片复原的方法，所述方法包括：
从所述燃气涡轮发动机卸载所述受损的有涂层涡轮叶片；
将所述涡轮叶片的有涂层柄部放置在掩蔽室中，所述掩蔽室具有掩蔽盖，以便将所述柄部与所述涡轮叶片的有涂层翼型件隔离；
利用基于铬的粉末涂层填充掩蔽室；和
同时通过扩散涂布在所述翼型件上沉积基于铝的涂层。
技术方案1. 一种用于使燃气涡轮发动机10的受损的有涂层构件复原的方法，所述方法包括：
从所述燃气涡轮发动机10卸载所述受损的有涂层构件；
将所述燃气涡轮发动机10的构件的第一有涂层部分105与所述构件的第二有涂层部分108隔离；
同时在所述构件的第一有涂层部分105上沉积第一涂层材料112和在所述构件的第二有涂层部分108上沉积不同的第二涂层材料114；和
将复原的有涂层构件重新安装到所述燃气涡轮发动机10中。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述燃气涡轮发动机10的有涂层构件包括以下中的至少一种：涡轮叶片100、风扇叶片、压缩机叶片、喷嘴、护罩、护罩支撑件、框架、涡轮静叶、引导静叶、或压缩机静叶。
技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，同时在所述构件的第一有涂层部分105上沉积所述第一涂层材料112和在所述构件的第二有涂层部分108上沉积所述第二涂层材料114包括扩散涂布、镀敷、浆料涂布、或粉末涂布中的至少一种。
技术方案4. 根据技术方案2所述的方法，其中，所述第一有涂层部分105包括所述涡轮叶片100的柄部105且所述第二有涂层部分108包括所述涡轮叶片100的翼型件108。
技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，其中，所述柄部105之前涂布有基于铬的材料，且所述翼型件108之前涂布有基于铝的材料。
技术方案6. 根据技术方案4所述的方法，其中，将所述燃气涡轮发动机10的构件的第一有涂层部分105与所述构件的第二有涂层部分108隔离还包括：
将所述柄部105放置在掩蔽室118中；和
在所述掩蔽室118上靠着所述翼型件108的平台106放置掩蔽盖119，以便将所述柄部105与所述翼型件108隔离。
技术方案7. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一和第二涂层材料112,114包括以下中的至少一种：基于铬的材料、基于铝的材料、基于硅的材料、铂材料、或钯材料。
技术方案8. 根据技术方案7所述的方法，其中，所述第一涂层材料112包括基于铬的材料，且所述第二涂层材料114包括基于铝的材料。
技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，其中，同时在所述构件的第一有涂层部分105上沉积所述第一涂层材料112和在所述构件的第二有涂层部分108上沉积所述第二涂层材料114还包括：
在将所述掩蔽盖119放置在所述掩蔽室118上之前，利用所述基于铬的材料填充所述掩蔽室118，以便涂布所述柄部105，和
利用所述基于铝的材料沉积所述翼型件108。
技术方案10. 根据技术方案7所述的方法，其中，利用所述基于铝的材料沉积所述翼型件108还包括：
将所述涡轮叶片100放置在涂布炉122中，和
将所述翼型件108暴露于蒸汽相的基于铝的材料，以便涂布所述翼型件108。
技术方案11. 根据技术方案10所述的方法，还包括：
从所述涂布炉122移除所述涡轮叶片100，
在所述柄部105保持在所述掩蔽室118中时冷却所述涡轮叶片100，
从所述掩蔽室118移除所述掩蔽盖119，
从所述掩蔽室118移除所述柄部105，和
将所述涡轮叶片100重新安装在所述燃气涡轮发动机10内。
技术方案12. 一种用于使燃气涡轮发动机10的受损的有涂层构件复原的套件，所述套件包括：
第一涂层材料112；
第二涂层材料114，所述第一和第二涂层材料112, 114不同；
掩蔽体116，其用于将所述燃气涡轮发动机10的构件的第一有涂层部分105与所述构件的第二有涂层部分108隔离；和
涂布系统120，其构造成同时分别在所述构件的第一和第二有涂层部分105, 108上沉积所述第一和第二涂层材料112, 114。
技术方案13. 根据技术方案12所述的套件，其中，所述掩蔽体116包括掩蔽室118，其中，所述掩蔽室118填充有所述第一涂层材料112，所述第一涂层材料112包括基于铬的粉末。
技术方案14. 根据技术方案12所述的套件，其中，所述第一和第二涂层材料112,114包括以下中的至少一种：基于铬的涂层、基于铝的涂层、基于硅的涂层、铂涂层、或钯涂层。
技术方案15. 根据技术方案12所述的套件，其中，所述涂布系统120包括涂布炉122，所述涂布炉122构造成在所述构件的第二有涂层部分108上应用所述第二涂层材料114，所述第二涂层材料114包括基于铝的材料。
通过参照下列描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并组成其一部分的附图例示了本发明的实施例，并与该描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书的结尾部分中被特别地指出并且清楚地要求保护。然而，可通过参照结合附图作出的下列描述而最好地理解本发明，在附图中：
图1例示出根据本公开的燃气涡轮发动机的一个实施例的示意截面图；
图2例示出根据本公开的燃气涡轮发动机的涡轮叶片的一个实施例的立体图；
图3例示出用于使根据本公开的燃气涡轮发动机的受损的有涂层构件复原的套件的一个实施例的示意图；
图4例示出用于使根据本公开的燃气涡轮发动机的受损的有涂层构件复原的过程步骤的一个实施例的示意流程图；且
图5例示出用于使根据本公开的燃气涡轮发动机的受损的有涂层构件复原的方法的一个实施例的流程图。
部件列表
10 燃气涡轮发动机
12 中心线轴线
14 核心发动机
16 风扇区段
18 外壳体
20 环形入口
22 增压机
24 压缩机
26 燃烧器
28 第一涡轮
30 第一驱动轴
32 第二涡轮
34 第二驱动轴
36 排气喷嘴
38 风扇转子
40 风扇壳体
42 引导静叶
43 第一涡轮叶片
44 转子叶片
45 第二涡轮叶片
46 下游区段
48 空气流导管
50 箭头
52 入口
54 箭头
56 箭头
58 箭头
60 燃烧产物
62 燃烧室
64 入口
65 增压机入口
66 出口
68 压缩机入口
69 排放出口
70 传感器系统
72 第一级涡轮喷嘴
74 喷嘴静叶
100 涡轮叶片
102 燕尾件
104 柄脚
105 柄部/第一有涂层部分
106 平台
108 翼型件/第二有涂层部分
110 套件
112 第一涂层材料
114 第二涂层材料
116 掩蔽体
117 额外的掩蔽体/掩蔽膜
118 掩蔽室
119 掩蔽盖
120 涂布系统
122 涂布炉
200 过程
202 过程步骤
204 过程步骤
206 过程步骤
208 过程步骤
210 过程步骤
212 过程步骤
214 过程步骤
216 过程步骤
218 过程步骤
300 方法
302 方法步骤
304 方法步骤
306 方法步骤
308 方法步骤。
具体实施方式
现在将详细地参照在附图中例示出一个或多个实例的本发明的实施例。各实例是作为本发明的解释而非本发明的限制来提供的。事实上，在本发明中可进行各种更改和变化而不脱离本发明的精神或范畴这点对于本领域专业人员将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分例示出或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，意图本发明覆盖在所附权利要求和它们的等同物的范围内的这种更改和变形。
在本公开中，使用化学元素的通用化学缩写(诸如通常在元素周期表上看到的)来论述它们。例如，铝由其通用化学缩写Al表示；铬由其通用化学缩写Cr表示；等等。
如在本文中所使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用，以将一个构件与另一个构件区分，且不意图表示单独构件的位置或重要性。
用语“上游”和“下游”指相对于流体路径中流体流的相对方向。例如，“上游”指流体从其流动的方向，且“下游”指流体流到其的方向。
大体上，本公开涉及通过在构件上的不同部位处同时沉积多个涂层来使燃气涡轮发动机的受损的有涂层构件复原的改善的系统和方法。更具体而言，在某些实施例中，方法包括从燃气涡轮发动机卸载受损的有涂层构件，且将构件的第一有涂层部分与构件的第二有涂层部分隔离。例如，构件可包括涡轮叶片，该涡轮叶片具有有涂层翼型件和可以有或可以没有涂层的柄部。因此，本方法包括同时在构件的第一有涂层或无涂层部分(即柄部)上沉积第一涂层材料和在构件的第二有涂层部分(即翼型件)上沉积不同的第二涂层材料。该方法还包括将复原的有涂层构件重新安装到燃气涡轮发动机中。
因此，即使基于铬的粉末和基于铝的材料被同时沉积到涡轮叶片上，涂层材料也不接触彼此或叶片的邻近部分。因此，本公开提供了减少与涂布发动机构件相关的时间和成本的可靠过程。而且，通过在同一时间沉积涂层材料，使得涂层材料的退化最小化。此外，在复原过程开始之前，不需要从构件移除之前应用的材料。通过不从构件移除之前应用的涂层，本公开提高了部件的寿命。
现在参照附图，图1例示了根据本公开的燃气涡轮发动机10(高旁通类型)的一个实施例的示意截面图。更具体而言，燃气涡轮发动机10可包括例如用于飞机、直升机等的飞机发动机。如图所示，燃气涡轮发动机10具有穿过其以用于参照目的的轴向纵向中心线轴线12。而且，如图所示，燃气涡轮发动机10优选地包括大体上由数字14标识的核心燃气涡轮发动机和位于其上游的风扇区段16。核心发动机14通常包括基本上管状的外壳体18，该外壳体18限定环形入口20。外壳体18还包围且支撑增压机22，增压机22用于将进入核心发动机14的空气的压力增大至第一压力水平。高压、多级、轴流式压缩机24接收来自增压机22的加压空气且进一步增大空气的压力。压缩机24包括具有在涡轮发动机10内引导和压缩空气的功能的旋转叶片和静止静叶。加压空气流至燃烧器26，在此，燃料喷射到加压空气射流中且被点燃，以升高加压空气的温度和能量水平。高能燃烧产物从燃烧器26流至第一(高压)涡轮28，以用于通过第一(高压)驱动轴30驱动高压压缩机24，且然后流至第二(低压)涡轮32，以用于通过与第一驱动轴30同轴的第二(低压)驱动轴34驱动增压机22和风扇区段16。在驱动涡轮28和32中的各个之后，燃烧产物通过排气喷嘴36离开核心发动机14，以提供发动机10的喷气推进推力的至少一部分。
风扇区段16包括由环形风扇壳体40包围的可旋转的轴流式风扇转子38。将明白的是，风扇壳体40由多个基本上径向地延伸、周向地间隔的出口引导静叶42从核心发动机14支撑。以此方式，风扇壳体40包围风扇转子38和风扇转子叶片44。风扇壳体40的下游区段46在核心发动机14的外部分上方延伸，以限定副或旁通空气流导管48，该空气流导管48提供额外的喷气推进推力。
从流的观点看来，应理解的是，由箭头50表示的初始空气流通过风扇壳体40的入口52进入燃气涡轮发动机10。空气流行进通过风扇叶片44且分裂成移动通过导管48的第一空气流(由箭头54表示)和进入增压机22的第二空气流(由箭头56表示)。
第二压缩空气流56的压力增大且进入高压压缩机24，如由箭头58表示的。在燃烧器26中与燃料混合且燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26且流过第一涡轮28。燃烧产物60然后流过第二涡轮32且离开排气喷嘴36，以提供用于燃气涡轮发动机10的推力的至少一部分。
仍参照图1，燃烧器26包括与纵向中心线轴线12同轴的环形燃烧室62，以及入口64和出口66。如之前提到的，燃烧器26从高压压缩机排放出口69接收加压空气的环形射流。燃料从燃料喷嘴喷射，以与空气混合且形成燃料-空气混合物，该燃料-空气混合物被提供至燃烧室62以用于燃烧。燃料-空气混合物的点燃是通过适当的点火器来实现的，且所得的燃烧气体60沿轴向方向朝环形第一级涡轮喷嘴72流动且流到其中。喷嘴72由环形流动通道限定，该环形流动通道包括多个径向地延伸、周向地间隔的喷嘴静叶74，喷嘴静叶74使气体转向，以便它们成角度地流动且冲击在第一涡轮28的第一级涡轮叶片43上。类似地，第二级涡轮32可包括多个第二级涡轮叶片45。如图1所示，第一涡轮28优选地通过第一驱动轴30使高压压缩机24旋转，而低压涡轮32优选地通过第二驱动轴34来驱动增压机22和风扇转子38。
现在参照图2，例示了图1的燃气涡轮发动机10的示范涡轮叶片100。如图所示，叶片100大体上表示为适用于在燃气涡轮发动机10的涡轮区段内安装于盘或转子(未示出)。为此，涡轮叶片100表示为包括燕尾件102，燕尾件102用于通过与在盘的周围中形成的互补的燕尾槽互锁来将叶片100锚固于涡轮盘。如图2中所示，互锁特征可包括称为柄脚104的伸出部，该伸出部接合由燕尾槽限定的凹部。叶片100还示为具有平台106，该平台106将翼型件108与柄部105(燕尾件102限定在该柄部105上)分开。涡轮叶片100还包括与平台106相反地配置的叶片末梢109。因此，叶片末梢109大体上限定叶片100的径向最外部分，且因此可构造成定位在燃气涡轮发动机10的静止护罩(未示出)附近。
因为它们在发动机的操作期间直接经历热燃烧气体，所以翼型件108、平台106、和/或叶片末梢109通常具有非常苛刻的材料要求。平台106和叶片末梢109还是涡轮叶片100的关键区域，因为它们在涡轮区段内形成用于热气体路径的内和外流动路径表面。此外，平台106形成密封，以防止热燃烧气体与柄部105、其燕尾件102、和涡轮盘所暴露于的较低温度气体混合。而且，叶片末梢109可因高应变负载和在其与围绕叶片末梢109的护罩之间的磨损相互作用而经历蠕变。燕尾件102也是关键区域，因为其经历因其与燕尾槽的接合和由叶片100生成的高离心负载导致的磨损和高负载。
因此，涡轮叶片100(或其部分)通常取决于涡轮操作和相关的温度而涂布有各种涂层。例如，在特定实施例中，柄部105可以之前已涂布有基于铬的材料，而翼型件108可以之前已涂布有基于铝的材料。在操作期间，此种涂层因氧化和涡轮发动机10内的其他环境条件而开始磨损。因此，本公开涉及用于使此种涡轮叶片复原的系统和方法。虽然参照涡轮叶片描述了本公开，但应理解的是，本文中描述的涂布系统和方法可适用于任何燃气涡轮发动机构件。例如，在某些实施例中，除了涡轮叶片之外，可根据本公开来涂布的燃气涡轮发动机构件可包括但不限于风扇叶片、压缩机叶片、喷嘴、护罩、护罩支撑件、框架、涡轮静叶、引导静叶、压缩机静叶等。
现在参照图3，例示了用于使燃气涡轮发动机10的此种有涂层构件(例如有涂层涡轮叶片100)复原的套件110的示意图。如图所示，套件110包括第一涂层材料112和第二不同的涂层材料114。尽管套件110例示为具有两种涂层材料，但本领域技术人员应理解的是，可根据本公开使用任何数量的涂层材料。此外，第一和第二涂层材料112、114可包括任何适当的涂层，包括但不限于基于铬的涂层、基于铝的涂层、基于硅的涂层、铂涂层、钯涂层、或任何其他适当的涂层材料。例如，在本文中描述的基于铬的涂层可包括在2007年8月3日提交的题为“Slurry Chromizing Process”的美国专利申请公开号No.: 2010/0151124中描述的铬涂层和相关的铬化过程，其通过引用而整体并入本文中。更具体而言，在特定的实施例中，涂层材料112、114可包括铝化物(即，在Ni、Co或Fe基底合金上方的Al涂层)、铬化物(即，在Ni、Co、或Fe基底合金上方的Cr涂层)、硅化物(即，在Ni、Co、Fe基底金属上方的硅涂层)、Pt-Al(即，镀铂然后铝化物涂层)、Pd-Al(即，镀钯然后铝化物涂层)、Hf-Al(即，铪化和铝化)、在一个表面上Cr-AL且在另一表面上纯铬化物或铝化物、在一个表面上Al-Si且在另一表面上纯Cr或Al、Al和5%Si/Cr涂层、或任何其他适当的涂层、或它们的组合。
套件110还包括掩蔽体116，以用于将构件的第一有涂层部分与构件的第二有涂层部分隔离。更具体而言，如在所例示的实施例中示出的，掩蔽体116可包括掩蔽室118。在此种实施例中，掩蔽室118构造成接收构件的第一有涂层部分，即涡轮叶片100的有涂层柄部105，以便将第一有涂层部分与第二有涂层部分隔离，第二有涂层部分即涡轮叶片100的翼型件108，在下面关于图4更详细地描述其。
而且，如图所示，套件110包括涂布系统120，涂布系统120构造成分别在构件的第一和第二有涂层部分105、108上同时沉积第一和第二涂层材料112、114。例如，在一个实施例中，掩蔽室116可填充有第一涂层材料112，例如，基于铬的粉末。此外，如图所示，涂布系统120可包括涂布炉122，涂布炉122构造成在第一涂层材料涂布构件的第一有涂层部分时，在构件的第二有涂层部分108(即，涡轮叶片100的翼型件108)上应用第二涂层材料114。因此，在此种实施例中，第二涂层材料114可包括基于蒸汽的铝化物材料。
现在参照图4，例示了用于使燃气涡轮发动机10的之前有涂层的涡轮叶片100复原的过程200的一个实施例的示意流程图。如202处所示，过程200包括提供具有可选的定位柄脚的空的掩蔽室118，定位柄脚构造成接合涡轮叶片100的柄部105的柄脚104，以便将涡轮叶片100固持在其中。因此，如204处所示，过程200包括从发动机10卸载涡轮叶片100且将有涂层涡轮叶片100放置在掩蔽室118内。如206处所示，过程200包括利用第一涂层材料112填充掩蔽室118直到平台边缘，第一涂层材料112如提到的那样，可为基于铬的粉末。如208处所示，过程200包括在掩蔽室118上放置掩蔽盖119，以便将涡轮叶片100的翼型件108与涡轮叶片100的柄部105隔离。如210处所示，过程200可以还可选地包括在掩蔽盖119和掩蔽室118的顶部周围放置额外的掩蔽体117(例如，掩蔽体膜等)，以便将涡轮叶片100的翼型件108与涡轮叶片100的柄部105进一步隔离。此种隔离防止第一涂层材料112损伤涡轮叶片100的翼型件108。如212处所示，过程200包括将涡轮叶片100(或多个涡轮叶片100)放置在涂布炉122中。因此，方法200包括同时在涡轮叶片100的柄部105上沉积第一涂层材料112和在涡轮叶片100的翼型件108上沉积第二涂层材料114，即，通过涂布炉122。
更具体而言，在某些实施例中，涂布炉122构造成通过扩散涂布来应用第二涂层材料114。对于典型的扩散涂布过程，基于铝的材料(例如，铝化物)、基于铬的材料、和/或基于硅的材料可与活化剂(例如，卤化物活化剂)混合，且通过涂布炉122而被加热，以形成气态金属化合物，这导致金属沉积在待涂布的部分(即，涡轮叶片100的翼型件108)的表面上。用于扩散涂布过程的适合的温度可从大约1500℉(大约815℃)到大约2200℉(大约1205℃)，更优选地从大约1900℉(大约1040℃)到大约2100℉(大约1150℃)。而且，取决于涂层的期望厚度，涡轮叶片100在扩散涂布过程期间可在涂布炉122中保持任何适当的量的时间。例如，在一个实施例中，涡轮叶片100可在涂布炉中保持从大约一个(1)小时到大约十个(10)小时。在额外的实施例中，涡轮叶片100可在涂布炉122中保持小于一个小时或大于十个小时。因此，气态金属化合物在与部分的表面接触之后分解，从而在其表面上沉积扩散涂层。在额外的实施例中，除了扩散涂布之外，可利用任何其他适合的技术来涂布翼型件108(或构件的第二有涂层部分)，包括但不限于浆料涂布、镀敷、和/或包埋或粉末涂布。
如214处所示，过程200还包括从涂布炉122移除涡轮叶片100且允许叶片100冷却。如216处所示，然后可从掩蔽室118的顶部移除掩蔽盖119。如218处所示，从掩蔽室118移除有涂层涡轮叶片100。因此，利用单步骤过程使本公开的之前有涂层的涡轮叶片100复原(即，两个涂层在同一时间在不同部位中沉积到叶片100上)。
现在参照图5，例示了用于涂布燃气涡轮发动机10的构件的方法300的一个实施例的流程图。如302处所示，方法300包括从燃气涡轮发动机10卸载受损的有涂层构件。如提到的那样，燃气涡轮发动机10的构件可包括任何适当的构件，诸如涡轮叶片、风扇叶片、压缩机叶片、喷嘴、护罩、护罩支撑件、框架、涡轮静叶、引导静叶、或压缩机静叶。
如304处所示，方法300包括将燃气涡轮发动机的构件的第一有涂层部分与构件的第二有涂层部分隔离。更具体而言，在有涂层构件为涡轮叶片100的情况下，将燃气涡轮发动机10的叶片100的第一有涂层部分与叶片100的第二有涂层部分隔离的步骤可包括将叶片100的柄部放置在掩蔽室中且在掩蔽室上靠着叶片翼型件的平台放置掩蔽盖，以便将柄部与翼型件隔离。
如306处所示，方法300还包括同时在构件的第一有涂层部分上沉积第一涂层材料和在构件的第二有涂层部分上沉积不同的第二涂层材料。在某些实施例中，同时在构件的第一有涂层部分上沉积第一涂层材料和在构件的第二有涂层部分上沉积第二涂层材料的步骤可包括扩散涂布、镀敷、浆料涂布、粉末涂布、或任何其他适当的涂布过程。如308处所示，方法300包括将复原的有涂层构件重新安装到燃气涡轮发动机10中。
而且，第一和第二涂层材料可包括基于铬的涂层、基于铝的涂层、基于硅的涂层、铂涂层、钯涂层、或任何其他适当的涂层材料，诸如在本文中描述的那些。更具体而言，第一涂层材料可包括基于铬的材料，而第二涂层材料可包括基于铝的材料。在此种实施例中，同时在构件的第一有涂层部分上沉积第一涂层材料和在构件的第二有涂层部分上沉积第二涂层材料的步骤可包括在将掩蔽盖放置在掩蔽室上之前利用基于铬的材料填充掩蔽室以便涂布柄部和利用基于铝的材料沉积翼型件。
在额外的实施例中，利用基于铝的材料沉积翼型件的步骤可包括将涡轮叶片放置在涂布炉中且将翼型件暴露于蒸汽相的基于铝的材料，以便涂布翼型件，如之前描述的。
在又一实施例中，方法300还可包括从涂布炉移除涡轮叶片100，当柄部保持在掩蔽室中时冷却涡轮叶片100，从掩蔽室移除掩蔽盖，和从掩蔽室移除柄部。
本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何设备或系统并且实行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于使燃气涡轮发动机(10)的受损的有涂层构件复原的方法，所述方法包括：
从所述燃气涡轮发动机(10)卸载所述受损的有涂层构件；
将所述燃气涡轮发动机(10)的构件的第一有涂层部分(105)与所述构件的第二有涂层部分(108)隔离；
同时在所述构件的第一有涂层部分(105)上沉积第一涂层材料(112)和在所述构件的第二有涂层部分(108)上沉积不同的第二涂层材料(114)；和
将复原的有涂层构件重新安装到所述燃气涡轮发动机(10)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述燃气涡轮发动机(10)的有涂层构件包括以下中的至少一种：涡轮叶片(100)、风扇叶片、压缩机叶片、喷嘴、护罩、护罩支撑件、框架、涡轮静叶、引导静叶、或压缩机静叶。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，同时在所述构件的第一有涂层部分(105)上沉积所述第一涂层材料(112)和在所述构件的第二有涂层部分(108)上沉积所述第二涂层材料(114)包括扩散涂布、镀敷、浆料涂布、或粉末涂布中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一有涂层部分(105)包括所述涡轮叶片(100)的柄部(105)且所述第二有涂层部分(108)包括所述涡轮叶片(100)的翼型件(108)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述柄部(105)之前涂布有基于铬的材料，且所述翼型件(108)之前涂布有基于铝的材料。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中，将所述燃气涡轮发动机(10)的构件的第一有涂层部分(105)与所述构件的第二有涂层部分(108)隔离还包括：
将所述柄部(105)放置在掩蔽室(118)中；和
在所述掩蔽室(118)上靠着所述翼型件(108)的平台(106)放置掩蔽盖(119)，以便将所述柄部(105)与所述翼型件(108)隔离。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二涂层材料(112, 114)包括以下中的至少一种：基于铬的材料、基于铝的材料、基于硅的材料、铂材料、或钯材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一涂层材料(112)包括基于铬的材料，且所述第二涂层材料(114)包括基于铝的材料。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，同时在所述构件的第一有涂层部分(105)上沉积所述第一涂层材料(112)和在所述构件的第二有涂层部分(108)上沉积所述第二涂层材料(114)还包括：
在将所述掩蔽盖(119)放置在所述掩蔽室(118)上之前，利用所述基于铬的材料填充所述掩蔽室(118)，以便涂布所述柄部(105)，和
利用所述基于铝的材料沉积所述翼型件(108)。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中，利用所述基于铝的材料沉积所述翼型件(108)还包括：
将所述涡轮叶片(100)放置在涂布炉(122)中，和
将所述翼型件(108)暴露于蒸汽相的基于铝的材料，以便涂布所述翼型件(108)。
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