CN108787371A - 通过喷涂施加防护涂层的方法和相应设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过喷涂来将防护涂层施加到一部件(10)的环形突起(16，18，20)上的方法，该部件包括至少一个第一元件(12)和承载突起(16，18，20)的环形部分(14)，所述突起从第一元件(12)的侧壁(12b)沿着轴向延伸，其中第一突起(16)沿轴向最靠近第一元件(12)设置，并承载一与第一元件(12)相对的面(16a)，该方法包括以下阶段：将反射设备(34)沿着轴向设置在第一元件(12)的所述侧壁(12a)和第一环形突起(16)之间，经由喷涂设备(28)喷涂朝向反射设备(34)喷涂防护材料的喷雾(30)，使得防护的喷雾(30)冲击第一突起(16)的与第一元件(12)相对的面(16a)。

Description

通过喷涂施加防护涂层的方法和相应设备
技术领域
本发明涉及一种通过喷涂将防护涂层施加到涡轮发动机鼓的环形唇部上的方法，以及相应的设备。
背景技术
轴对称涡轮发动机鼓通常为管状元件，其包括轴向连续盘，所述盘通过沿着径向向外延伸的带有唇部的环形护罩相互连接。每个盘均包括多个用于保持叶片根部的腔，所述腔具有大致燕尾形的或枞树形的轮廓。
术语径向通常被理解为垂直于涡轮发动机的纵向轴线，即气体流入涡轮发动机的轴线。
唇部有等腰梯形的形状，唇部的顶部对应于梯形的较小底部。通常，这些唇部在短的径向距离上延伸，并且它们的径向外端沿着径向位于腔体的外表面的下方。
为了避免唇部在高温操作过程中受损，需要至少部分地用一热防护涂层来覆盖它们。这种热涂层具体可使安装在唇部顶部对面的耐磨材料磨损，而不会由于摩擦导致唇部过度变差。在这种情况下，在耐磨材料中形成的沟槽与唇部一起形成一流体密封的轴承。防护涂层通过热喷涂施加到唇的上游面和下游面以及唇的顶部。
术语上游和下游指的是气体流入涡轮发动机的方向。
热喷涂产生半熔融材料的一射流或喷涂。使用包括喷枪的喷涂设备进行该喷涂，喷枪的轴线相对于鼓轴线倾斜，其中喷枪遵循一使同一级的唇部涂覆的一线性路径。与半熔融材料喷涂的直径相比，特别是由于唇部的尺寸小，不能被涂覆的鼓的区域受到特定掩蔽的防护。
为了确保防护材料喷涂的最佳喷涂，需要遵从例如防护材料喷涂的给定倾斜度、喷涂设备相对于鼓轴线的给定移动速度和相对于鼓的给定距离这样的参数。材料流量通过组合这些初始参数来确定。喷涂设备相对于鼓的距离具体通过喷涂设备的较大的整体尺寸来解释。
然而，这些参数，特别是防护材料喷涂的必要的倾斜度，不允许将防护材料喷涂到最接近光盘的唇部的上游面上。实际上，由于盘的径向延伸超出唇部的径向外端，因此盘对防护材料的喷涂形成一障碍。
因此，当喷涂设备沿着轴向从上游盘向下游盘移动时，材料的喷涂能够到达一些唇的上游面，但不是最靠近上游盘的唇的上游面。
发明内容
为了克服这个问题，第一个明显的方案可涉及调整喷涂设备的倾斜角度。然而，由于这种角度变化，防护材料的涂层在结构上不符合技术验证规范。实际上，通过减小喷涂角度，即通过增加其与鼓轴线的垂直度，第一唇部的第一面被喷涂达到，但所获得的涂层不具有合适的结构。例如，当防护材料的涂层太薄或太厚或其厚度不一致时，认为防护材料的涂层不具有合适的结构。为了以较小的角度获得令人满意的结果，随后有必要改变喷涂设备的操作参数(流速，运动速度...)，然而这是不可能的，因为对喷涂设备的紧密相互依赖。
也已经提出旨在降低喷涂设备的运动速度的第二种方案。然而，这种方案是不可接受的，如果喷涂到最接近上游盘的唇部的第一面上的防护材料涂层符合规格，则喷涂到其他唇部的第一面上的防护材料涂层将不符合规格，特别是因为它的厚度会过大并且其结构因此不适合。实际上，降低喷涂设备的运动速度在喷涂冲击该盘之前，尤其是通过沿着第一唇的第一面朝向鼓流动的防护材料的重力的作用，使第一个唇部的整个第一面完全涂覆防护材料。至于其他唇部，降低速度将导致过量的防护材料被施加到第一面上，在这种情况下因此施加的涂层不具有合适的结构。
应该注意的是，改变喷涂设备的任何上述操作参数(流速，移动速度)会导致其他参数的变化，并导致偏离用于生产防护涂层的技术验证规范。在这种情况下，喷涂防护材料的部件不能被视为符合要求；因此希望保持喷涂设备的操作参数。
本发明更特别地旨在为该问题提供简单、有效和成本效益好的解决方案。
为此目的，本发明提供了一种通过喷涂到部件的环形突起上施加防护涂层的方法，该部件包括至少一个第一环形元件和环形部分，所述环形部分承载从第一元件的侧壁沿着轴向延伸的突起，其中第一突起设置为沿着轴向最靠近第一元件，并且承载与盘相对的面，其特征在于，该方法包括以下阶段：
a)在第一元件的所述侧壁与第一环形突起之间的部件上沿着轴向设置反射设备，
b)经由喷涂设备朝向反射设备喷涂防护材料的喷雾，使得该防护喷涂冲击第一突起的与第一元件相对的面。
当材料被喷涂到该突起的第二面上时，反射设备使防护材料的喷雾朝着最靠近第一上游元件的突起的第一面偏转。因此，在最佳倾斜度下，可以在同一次喷涂过程中用一层防护材料覆盖突起的所有第二面和最靠近第一元件的突起的第一面，然后是在第二次喷涂过程中的其他突起的第一面。
在阶段b)过程中，材料的喷雾的喷涂方向能够形成0到25°之间的角度，一径向平面在反射设备上的喷雾德尔冲击点处截断所述方向，材料喷涂设备的一喷嘴出口关于所述径向平面相对于盘定位。为此目的，喷嘴被定位，使得材料的喷雾的喷涂方向形成0°至25°之间的一角度α，一径向平面在反射设备上的喷雾的冲击点处截断所述方向。当材料喷涂设备的出口关于所述径向平面相对于盘定位时测量该角度α。
该倾斜角度使得喷涂的喷雾能够具有用于实现符合规格的喷涂所需的特性，同时限制在突起的区域中被防护材料所涂覆的区域。
该方法可以包括一阶段，该阶段涉及喷涂设备沿着从突起朝向第一元件取向的第一方向的轴向运动，使得材料的喷涂到达所有的突起和反射设备。
该运动使得可涂覆每个突起的第二面和最靠近第一上游元件的突起的第一面。
该方法还可以包括一阶段，该阶段涉及通过相对于垂直于部件的轴线的横向平面的对称并相对于第一方向沿着第二方向沿着轴向移动所述设备来重新定向喷涂设备。
重新定向喷涂设备使得可涂覆突起的第一面，而不是最接近第一上游元件的突起的第一面，当突起的第二面被涂覆时，第一面已经被涂覆。
该方法还可以包括涉及一阶段，该阶段涉及从部件移除反射设备。
在移除反射设备之后，部件可随后安装在涡轮发动机上。
反射设备可以包括一环，该环由聚合物材料，特别是具有35至65肖氏的硬度的硅树脂，制成。
特定的肖氏A硬度在35和65之间，优选为50，使得可控制防护材料的喷涂。因此，所选择的硬度确保了防护材料的喷涂在反射设备上朝向突起的第一面弹起。
该环可以是开口环，可弹性变形以紧密地安装在环形部分周围。
环中的狭缝使其弹性变形，以便于其定位在第一上游元件与最靠近第一元件的突起之间在环形部分上。
第一元件的侧壁的径向外端可沿着径向位于突起的径向外端的外侧。
表面和侧壁可以是环形的。
部件可以是涡轮发动机鼓，第一元件可以是鼓的盘，环形部分可以是鼓的罩，环形突起可以是环形唇部。
环形部分可以包括大致圆柱形的壁，环的圆柱形壁紧密地安装在该大致圆柱形的壁上。
环形部分可以包括与第一元件的侧壁轴向抵靠的径向壁。
本发明还提供了一种组件，该组件包括一部件，该部件以至少一个第一元件和承载突起的环形部分为特征，该环形部分从所述第一元件的侧壁沿着轴向延伸，用于防护材料的喷雾的喷涂设备沿着径向设置在该部件的外侧，其特征在于，所述组件还包括用于喷涂材料的所述喷雾的反射设备，其中反射设备是一可弹性变形的环，该可弹性变形的环紧密安装在环形部分周围，该环形部分沿着轴向设置在第一元件盘的所述下游侧壁与第一环形凸起之间，其中反射设备能够将材料的喷雾朝向与第一突起的第一元件相对的面反射，其中第一反射设备例如是紧密地安装在环形部分周围的可弹性变形的环。
这种组件使得实现前述方法，以便根据规格涂覆每个突起的第一面和第二面。
附图说明
通过阅读通过非限制性示例和参考以下附图给出的以下描述，将更好地理解本发明以及本发明的其它细节、特征和优点将显而易见：
图1是涡轮发动机鼓的唇部的详细视图；
图2是通过喷涂到图1中的鼓的环形唇部上来施加防护涂层的设备的详细视图；
图3是示出用于将防护材料喷涂到鼓的唇部上的喷嘴的示意图；
图4是图2中的设备的反射设备的截面图，
图5和图6是图1中的鼓的详细视图，其上安装了用于材料的喷雾的反射设备，示出了喷涂设备沿两个相反方向的运动。
具体实施方式
通常，术语“径向”和“轴向”是指涡轮发动机的纵向轴线A。
同样，术语“上游”和“下游”是指气体G流入涡轮发动机的方向。
在图1中示出了一部件，在本例中为一涡轮发动机鼓10的细节。鼓10包括至少一个第一元件12，在本例中是一盘，至少一个环形的部分14，在本例中是一环形的护罩和突起16，18和20，在本例中是环形的唇部。
然而，本发明可应用于任何涡轮发动机部件，该部件包括至少一个第一环形元件、至少一个环形部分和从所述环形部分突出的环形突起。
鼓10包括盘12的轴向连续件，即沿着鼓10的轴线A延伸，在盘12之间插入承载环形唇部16，18，20的环形护罩14，盘12本身从环形护罩14沿着径向延伸。因此可以看出，如图所示的鼓10上的唇部16，18，20沿着轴向插入在上游护罩14的一部分和下游护罩的一部分之间。图1仅表示完整的盘12和承载三个唇部16，18，20的护罩14，盘12在此例中定位在唇部16，18，20的上游。
盘12以上游侧壁12a和下游侧壁12b为特征，下游侧壁12b与唇部16，18，20相对。此外，盘12以下游侧壁12b的径向外端22为特征，其沿着径向位于唇部16，18，20的径向外端16c，18c，20c的外侧。
如图所示，鼓10包括第一唇部16、第二唇部18和第三唇部20，第一唇部16被布置成沿着轴向最靠近图1左侧所示的盘12。
唇部16，18，20在护罩14上形成有小突起，由此这些突起可以与护罩14一体地形成或者被添加到护罩14上。
每个唇部16，18，20均具有大致梯形的截面，该截面包括朝向上游盘12转向的第一面16a，18a，20a和朝向下游盘(部分示出)转向的第二相对面16b，18b，20b。从图1中可以看出，唇部16，18，20因此关于盘12延伸出一短的径向距离。唇部16，18，20例如由Ti17或TI6.2.4.2制成。此外，每个唇部16，18，20在其顶部包括与护罩14相对的第三面16c，18c，20c，将第一面16a，18a，20a连接到第二面16b，18b，20b。
为了确保唇部的抵抗性，特别对热的抵抗性，唇部16，18，20被至少一层防护材料覆盖，该材料具有例如以下成分：II型97-3％w Al2O3-TiO2。
有利地，可以在防护材料的涂层之前施加底涂层，其中该底涂层例如是具有以下成分的材料：II型95-5％w Ni-Al。
唇部16，18，20的涂覆由施加防护涂层的设备24执行，其在图2中详细示出。
该设备24包括承载用于防护材料的喷雾30的喷涂设备28的臂26、鼓10被定位在其上的支撑件以及用于喷雾30的反射设备34。
臂26例如是工业上众所周知的机械铰接臂类型，因此将不作进一步详细描述。然而，应该注意的是，由于其尺寸，臂26相对于鼓10和唇部16，18，20是庞大的。
用于防护材料的喷雾30的喷涂设备28沿着径向设置在鼓的外侧，并且包括喷嘴36(图1和3)，例如图3中示意性地示出的等离子喷嘴。
喷嘴26，其在一部件44的表面42上喷涂形成涂层40的喷涂材料38，包括壳体46，在该壳体中，一阳极48和一阴极50从外部向内同轴接收。阳极48和阴极50共同形成用于等离子气体的环形通道52，该等离子气体用于经由喷嘴36的出口54沿着部件44的方向从喷嘴36喷雾。
壳体46承载两个粉末喷雾器56，所述粉末例如为能够与等离子体气体一起形成涂层和底涂层的上述材料的粉末，这些喷雾器朝向喷嘴36的出口54。
支撑件32(图2)采用柱的形式，该柱相对于护罩14同心地插入鼓10中。支撑件32还包括止动件(未示出)，鼓10抵靠在该止动件上，以便保持在一预定位置，使防护材料的喷雾30喷雾到唇部16，18，20上。
反射设备34包括一环，该环由聚合物材料，特别是由肖氏A硬度在35和65之间的硅树脂制成。该环是分开的并且可弹性变形，以紧密地安装在护罩14周围，如将在下面看到的那样。
当在纵截面中观察时，如图4所示，该环具有大致四分之一的盘的形状。该四分之一的盘的形状包括一基部或壁58，该基部或壁形成一圆柱形表面和一基本垂直于该基部或壁58的竖直或径向的壁60并形成一环形表面。该圆柱形的壁58沿着径向朝向环形部分14的径向外表面的内侧邻接。径向壁60沿轴向邻接在第一元件12的下游侧壁12b上。基部与竖直件之间的连接由倒角62形成，基部和竖直件的自由端58a，60a通过凸起的反射表面64相互连接。
在附图中未示出的变型中，基部58和竖直件60的自由端58a，60a可以通过凹面反射表面、平表面或凹表面、凸表面和/或平表面的组合相互连接。
该设备24还可以包括位于盘12上的一个(或几个)罩66(在图6中可见)，以便防护上游侧壁12a和/或下游侧壁12b免受防护材料的喷雾30。该罩66也可以由硅树脂制成，这使其容易地安装在盘12上和从盘12移除。反射表面的功能将在后面描述。
现在参考图5和图6，它们示出了通过喷涂将防护涂层施加到鼓10的唇部16，18，20上的过程的两个阶段。
该方法包括以下步骤：
a)通过弹性变形，在盘12的所述下游侧壁12b和第一唇部16之间沿着轴向施加反射设备34，
b)经由喷涂设备28向反射设备34喷涂防护材料的喷雾30，使得防护喷雾30冲击第一唇部16的与盘12相对的第一面16a。
更确切地说，冲击反射设备34的凸形反射表面64的喷雾30进一步朝第一唇部16的第一面16a偏转。
与图1中的Sa、S1和S2所示的现有技术的方案不同，第一唇部16的第一面16a可涂覆有防护材料，以符合技术规格。实际上，利用前一方案Sa，其中喷雾30保持其方向，覆盖每个唇部16，18，20的第一面16a，18a，20a，可观察到，喷雾30的轨迹遇到包括盘12的一障碍物，并且不能到达第一唇部16的第一表面16a。
最初设想的第一方案S1表明，如果改变喷涂设备28的方向以使第一唇部的第一面16a被涂覆，而盘12不形成一障碍物，则喷涂设备28相对于鼓10的轴线A的距离必须被修改，喷雾30集中在表面上的一点上，防止涂层在结构上不符合技术规格。
作为第一方案S1的替代方案，再次在图1中示出了解决方案S2，其中喷涂设备28的方向更接近于鼓10的轴线A的切向。然而，这种定向变化仅增加了前者的方案Sa的问题，因为盘12比Sa中形成一更大的障碍物。此外，喷涂设备28相对于轴线A的距离大致与技术规格相反地改变。
因此用于喷涂防护材料的喷雾30的喷涂设备28的方向和更具体地喷嘴36的出口54的方向是重要的。
为了确定该方向，喷嘴36被定位，使得材料的喷雾30的喷涂方向与在反射设备34上的喷雾的冲击点68处截取所述方向的一径向平面P1形成介于0与25°之间的一角度α。当材料喷涂设备34的出口54关于所述径向平面P1与盘12相对时，测量该角度α。
由于喷雾30的浓度根据特定的协议来限定，因此喷涂设备34需要沿着轴向移动，使得喷涂设备34能够将材料喷涂到所有唇部16，18，20上。
因此，在该工艺的另一个阶段中，喷涂设备沿着从唇部16，18，20朝向设置在上游的盘12的第一方向轴向移动，其中该移动的第一方向由图5中的箭头F1表示。根据该移动的第一方向，材料的喷雾30能够通过在反射设备34的凸形反射表面64上的回弹70到达所有唇部16，18，20的第二面16b，18b，20b以及第一唇部16的第一面16a。
在图5中，沿喷涂设备28以及因此喷雾30的第一方向的运动再次通过以实线在近终点位置之前的这些设备的中间位置的虚线存在而实现。
在喷涂设备沿第一方向运动之后的另一阶段中，喷涂设备28通过相对于垂直于鼓10的轴线A的一横向平面P2对称而重新取向。P2位于上游盘12的轴向距离L处，所述距离L大于P1与上游盘12之间的轴向距离I。而且，P2大致平行于P1。
当喷涂设备28被重新取向时，它们沿与第一方向相反的第二方向轴向移动，该第二移动方向由图6中的箭头F2表示。按照该第二移动方向，材料的喷雾30能够到达第二唇部18和第三唇部20的第一面18a，20a。
应该注意的是，不需要从部件10拆卸反射设备34。
在图6中，喷涂设备28以及因此喷雾30沿第二方向的运动再次通过以实线在近终点位置之前的这些设备的中间位置的虚线存在而实现。
当每个唇部16，18，20的第一面16a，18a，20a和第二面16b，18b，20b涂覆有防护材料时，反射设备34可在最后阶段被移除。
因此，所描述的方法和设备可制造符合技术规格的每个唇部16，18，20的第一面16a，18a，20a和第二面16b，18b，20b的涂层。
此外，第一移动方向F1和第二移动方向F2可以颠倒。

Claims (13)

1.一种通过喷涂而将防护涂层施加到一部件(10)的环形突起(16，18，20)上的方法，所述部件包括至少一个第一环形元件(12)和承载所述突起(16，18，20)的一环形部分(14)，所述突起从所述第一元件(12)的侧壁(12a)沿着轴向延伸，其中第一突起(16)设置为沿着轴向最靠近所述第一元件(16)，并承载一与所述第一元件(12)相对的面(16a)，其特征在于，所述方法包括以下阶段：
a)在所述第一元件(12)的所述侧壁(12b)与所述第一环形突起(16)之间沿轴向在所述部件(10)上施加反射设备(34)，其中这些反射设备(34)包括一可弹性变形的环，所述环围绕所述环形部分(14)紧密地安装，
b)经由喷涂设备(28)朝向所述反射设备(34)喷涂一防护材料的喷雾(30)，使得所述防护喷雾(30)冲击所述第一突起(16)的与所述第一元件(12)相对的面(16a)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在阶段b)过程中，材料的所述喷雾(30)的喷涂方向与一径向平面(P1)形成介于0与25°之间的一角度(α)，所述径向平面(P1)在所述喷雾(30)在所述反射设备(34)上的冲击点(68)处截取所述方向，所述材料喷涂设备(28)的喷嘴出口(54)相对于所述径向平面(P1)位于与所述盘(12)相对的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，包括一阶段，该阶段涉及沿着从所述突起(16，18，20)朝向所述第一元件(12)的第一方向的所述喷涂设备(28)的轴向运动，使得材料的所述喷雾(30)到达所有的所述突起(16，18，20)和所述反射设备(34)。
4.根据权利要求3所述的方法，包括一阶段，所述阶段涉及通过相对于垂直于所述部件(10)的轴线(A)的一横向平面(P2)的对称，以及通过沿着与所述第一方向相对的一第二方向轴向移动所述设备，来重新为所述喷涂设备(28)定向。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，包括涉及从所述部件(10)移除所述反射设备(34)的阶段。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述环由聚合物材料制成，特别是由具有35至65之间的肖氏A硬度的硅树脂制成。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述环是一开口环。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一元件(12)的外壁(12a)的一个径向外端(22)沿着径向位于所述突起(16，18，20)的一径向外端(16c，18c，20c)的外侧。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述面(16a)和所述侧壁(12a)是环形的。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述部件(10)是一涡轮发动机鼓，其中所述第一元件(12)是所述鼓的盘，所述环形部分(14)是所述鼓的护罩，所述环形突起(16)是环形的唇部。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述环形部分包括一大致圆柱形的壁，在该壁上紧密地安装所述环的一圆柱形的壁。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述环形部分包括沿轴向接靠所述第一元件(12)的侧壁(12b)的一径向壁。
13.一种组件，该组件包括一部件(10)，所述部件以至少一个第一元件(12)和承载突起(16，18，20)的环形部分(14)为特征，所述环形部分(14)从所述第一元件(12)的侧壁(12b)沿着轴向延伸，用于防护材料的喷雾(30)的喷涂设备(28)沿着径向设置在所述部件(10)的外侧，其特征在于，所述组件还包括用于喷涂材料的所述喷雾(30)的反射设备(34)，其中所述反射设备(34)是围绕所述环形部分(14)紧密安装的一可弹性变形的环，所述环沿着轴向设置在所述第一元件(12)的所述下游侧壁(12b)与所述第一环形突起(16)之间，其中所述反射设备(34)能够朝向所述第一突起(16)的与所述第一元件(12)相对的面(16a)反射材料的所述喷雾(30)，其中所述第一反射设备(34)例如为围绕所述环形部分(14)紧密安装的一可弹性变形的环。
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