DE10392994B4

DE10392994B4 - Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren, seine Verwendung und Abdeckzapfen

Info

Publication number: DE10392994B4
Application number: DE10392994T
Authority: DE
Inventors: Minoru Takasago Ohara
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2023-02-04
Also published as: DE10392994T5; US9051879B2; JPWO2004013368A1; WO2004013368A1; CN1625609A; US20110293836A1; DE10392994C5; JP4031794B2; US8722144B2; US20050084657A1; US20140023787A1; CN100368588C

Abstract

Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren, mit dem eine Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten auf einer Oberfläche (20in) einer Komponente, in die Kühllöcher (22) eingebracht sind, ausgebildet wird, mit:
einem Abdeckprozess, bei dem Abdeckzapfen (MP), die nicht über die Oberfläche (20in) der Komponente hinausstehen, in die Kühllöcher (22) eingebracht werden, und
einem Wärmesperrschicht-Beschichtungsprozess, bei dem eine Wärmesperrschichtbeschichtung (42) durch Sprühbeschichten auf der Oberfläche (20in) der Komponente ausgebildet wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren, einen Abdeckzapfen und eine Übergangsteil-Brennkammer, und sie wurde getätigt, um für alle Oberflächen, die eine thermische Abschirmung erfordern, eine Wärmesperrschichtbeschichtung vorzusehen, ohne Kühllöcher zu verstopfen, und um Wärmesperrschichtbeschichtungen in der Praxis einfach durchführen zu können.

3 zeigt eine Anordnung einer Brennkammer 100 einer Gasturbine. Die Brennkammer 100 besteht aus Brennstoffdüsen 101, einem Brennkammerkorb (combustor basket) 102 und einem Brennkammer-Übergangsteil 103. Brennstoff F und komprimierte Luft PA, die aus einem Kompressor 104 ausgetragen wird, werden den Brennstoffdüsen 101 zugeführt, und vorgemischtes Gas, das ein Gemisch des Brennstoffs F und der komprimierten Luft PA ist, wird in den Brennkammerkorb 102 aus den Brennstoffdüsen 101 eingespritzt und verbrannt, wobei ein Verbrennungsgas CG hoher Temperatur und hohen Drucks erzeugt wird. Das Verbrennungsgas CG wirkt auf eine sich drehende Schaufel 106 ein und dreht die Schaufel 106, nachdem es von dem Brennkammer-Übergangsteil 103 zugeführt und dessen Strömungsrate und Strömungsrichtung von einem stationären Flügel bzw. einer Leitschaufel 105 gesteuert wurde. Ein Teil der komprimierten Luft PA strömt durch ein Bypassventil 107, in dem eine Luftmenge geregelt wird, und wird dem Brennkammer-Übergangsteil 103 zugeführt. Eine mit der Bezugsziffer 108 angegebene Komponente ist ein Gehäuse.

Das Brennkammer-Übergangsteil 103 ist ein Zylinder, wel cher das Verbrennungsgas CG Schaufeln zuführt, und ist so geformt, dass er an der Einlassseite (d.h. der Seite des Brennkammerkorbs 102) kreisförmig ist, aber an der Auslassseite (d.h. der Seite der Leitschaufel 105) rechteckig ist. Um dieses Brennkammer-Übergangsteil 103 zu kühlen, wird ein luftgekühlter Aufbau für das Brennkammer-Übergangsteil 103 angewandt. Der für das Brennkammer-Übergangsteil 103 angewandte luftgekühlte Aufbau wird hier mit Bezug auf 4, die eine teilweise weggeschnittene Ansicht des Brennkammer-Übergangsteils 103 zeigt, auf 5, die ein Querschnitt von 4 ist, von einer Richtung A aus betrachtet, und auf 6, die ein Querschnitt von 4 ist, von einer Richtung B aus betrachtet, beschrieben.

Wie in 4 bis 6 gezeigt ist, weist eine das Brennkammer-Übergangsteil 103 bildende Wand einen doppelwandigen Aufbau auf, bei dem eine äußere Platte 2 mit Luftdurchgangsschlitzen 1 und eine innere Platte 3 miteinander kombiniert sind. D.h. eine Außenwand an dem Außendurchmesser des Brennkammer-Übergangsteils 103 ist die äußere Platte 2, und eine Innenwand am Innendurchmesser ist die innere Platte 3, wobei in der Wand des Brennkammer-Übergangsteils 103 mehrere Luftdurchgangsschlitze 1 ausgebildet sind, die sich in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases CG erstrecken. Ferner sind Lufteinlasslöcher 4, die zu den Luftdurchgangsschlitzen 1 führen, in der äußeren Platte 2 ausgebildet, und Luftauslasslöcher 5, die zu den Luftdurchgangsschlitzen 1 führen, sind in die innere Platte 3 eingebracht. Die Durchmesser der Löcher 4 und 5 sind größer als die Breite des Luftdurchgangsschlitzen 1. Außerdem weicht die Position der Lufteinlasslöcher 4 von derjenigen der Luftauslasslöcher 5 ab, und eine Vielzahl der Lufteinlasslöcher 4 und der Luftauslasslöcher 5 sind in verteilter Art und Weise in einer regelmäßigen oder schräggestellten Gitterstruktur ausgebildet.

Infolgedessen wird aus der von dem Kompressor 104 ausgetragenen komprimierten Luft PA (siehe 3) Kühlluft, und diese Kühlluft tritt durch die Lufteinlasslöcher 4 in die Luftdurchgangsschlitze 1 ein, strömt durch die Luftdurchgangsschlitze 1 und kühlt die Wand des Brennkammer-Übergangsteils 103. Diese Kühlluft wird über die Luftauslasslöcher 5 in einen Raum innerhalb des Brennkammer-Übergangsteils 103 ausgestoßen.

Auf diese Weise sind eine Vielzahl (zum Beispiel etwa 600 bis 800 Stück) Luftauslasslöcher (Kühllöcher) 5 in der Innenumfangsfläche des Brennkammer-Übergangsteils 103 ausgebildet. An dieser Innenumfangsfläche des Brennkammer-Übergangsteils 103 ist eine Wärmesperrschichtbeschichtung bzw. Wärmesperrschicht (TBC = Thermal Barrier Coating) vorgesehen. Bevor die Wärmesperrschichtbeschichtung (TBC) implementiert wird, ist es notwendig, die Luftauslasslöcher 5 abzudecken, um deren Zusetzen infolge der Beschichtung zu verhindern.

Eine Vorgehensweise zum Aufbringen der Wärmesperrschichtbeschichtung auf die Innenumfangsfläche des Brennkammer-Übergangsteils 103 ist wie folgt:

(i) zuerst Abdecken der Luftauslasslöcher (Kühllöcher) 5 in der Innenumfangsfläche des Übergangsteils mittels Abdeckmaterialien. Ein gängiges Abdeckverfahren wird nachstehend beschrieben.
(ii) danach Anwenden einer Strahlblasbehandlung (blast treatment) auf die Innenumfangsfläche des Übergangsteils, um die Innenumfangsfläche des Übergangsteils aufzurauhen.
(iii) Ausbilden einer Oberflächenmetallschicht (Unterschicht) auf der aufgerauhten Innenumfangsfläche durch Sprühbeschichtung.
(iv) Ausbilden einer Wärmesperrschicht (Oberschicht) über der Oberflächenmetallschicht durch Plasma-Sprühbeschichtung mit hauptsächlich aus Zirkonium bestehenden Keramikstoffen.
(v) Entfernen der Abdeckmaterialien.

In einem Beispiel herkömmlicher Abdeckverfahren, wie es in 7 angegeben ist, welche die Innenumfangsfläche des Brennkammer-Übergangsteils 103 darstellt, wird ein Abdeckband 10 an einem bandförmigen Bereich, an dem sich Kühllöcher 5 in einer Reihe befinden, angebracht, und es wird eine Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten gebildet. Dann wird nach der Ausbildung der Beschichtung das Abdeckband 10 abgelöst. Daher gibt es in dem bandförmigen Bereich 11 gemäß 8 keine Wärmesperrschicht, nachdem das Abdeckband 10 abgelöst wurde. Außerdem ist die Verwendung von Abdeckbändern zeitaufwendig, da zwei Arten von Abdeckbändern, eines für das Strahlblasen und das andere für die Beschichtung angebracht und abgelöst werden müssen.

Ferner ist bei einem weiteren Beispiel herkömmlicher Abdeckverfahren gemäß 9 ein Abdeckzapfen (masking pin) MP 1 in ein in der Innenumfangsfläche (inneren Platte 3) des Brennkammer-Übergangsteils 103 ausgebildetes Kühlloch 5 eingesetzt, und eine Wärmesperrschichtbeschichtung wird durch Sprühbeschichten gebildet. Der Abdeckzapfen MP1 ist zylindrisch und wird durch Ausstanzen mehrerer aufeinandergestapelter Abdeckbänder (Vinylbänder) mittels einer zylindrischen Form hergestellt, und er ragt über die Oberfläche am Innendurchmesser des Brennkammer-Übergangsteils 103 (die Oberfläche der inneren Platte 3) hinaus.

Da in dem in 9 gezeigten Beispiel ein Sprühbeschichtungswinkel α beim Sprühbeschichten existiert, schattet der vorstehende Abdeckzapfen MP1 einen Bereich β ab, und in diesem abgeschatteten Bereich β wird keine Wärmesperrschichtbeschichtung ausgebildet. Außerdem wird, wenn der Abdeckzapfen MP1 nach Ausbildung einer Wärmesperrschichtbeschichtung herausgezogen wird, ein Überbrückungsabschnitt in Schwarz B der Wärmesperrschichtbeschichtung zusammen mit dem Abdeckzapfen MP1 abgelöst, und auch in diesem Abschnitt wird keine Wärmesperrschichtbeschichtung ausgebildet.

Da herkömmliche Technologien gemäß 7 und 8 nach obiger Beschreibung ein Abdeckband 10 zum Abdecken verwenden, wird in einem breiten bandartigen Bereich 11 keine Wärmesperrschichtbeschichtung ausgebildet. Wenn eine Gasturbine über längere Zeit im Einsatz ist, unterliegt der Bereich 11 des Brennkammer-Übergangsteils 103, in dem keine Wärmesperrschichtbeschichtung ausgebildet ist, einer Oxidation und einer Ausdünnung infolge des Fehlens einer Ober flächenmetallschicht (Oxidationswiderstandsschicht), einer Rissbildung infolge einer Zunahme der Metalltemperatur und Schäden infolge der Rissausbreitung, was ein Problem darstellte.

Da außerdem bei der in 9 angegebenen herkömmlichen Technologie keine Wärmesperrschichtbeschichtung in dem abgeschatteten Bereich β und in dem Bereich, in dem der Überbrückungsabschnitt B abgelöst wird, ausgebildet wird, sind Abschnitte, in denen keine Wärmesperrschichtbeschichtung ausgebildet ist, gleichermaßen einer Rissbildung infolge einer Zunahme der Metalltemperatur und Schäden infolge der Rissausbreitung ausgesetzt, was ebenfalls ein Problem darstellte. Zusätzlich wird der aus übereinandergeschichteten Vinyl-Abdeckbändern bestehende Abdeckzapfen MP1 manchmal in den Kühllöchern 5 festgehalten, und es braucht Zeit, um den Abdeckzapfen MP1 zu entfernen.

Der Abdeckzapfen MP1 wird über die Innenumfangsfläche des Brennkammer-Übergangsteils 103 (die Oberfläche der inneren Platte 3) vorstehen gelassen, und zwar um das Entfernen des Abdeckzapfens MP1 zu vereinfachen, obwohl der Abdeckzapfen MP1 während einer Sprühbeschichtung verbrannt und angesengt wird, was eine Verringerung seiner Höhe ergibt.

Es wurde in Betracht gezogen, einen Abdeckzapfen aus einer Schwarzbleistange (black lead rod) oder einem mit Polyethylen isolierten Kupferdraht, die beide verwendete Materialien sind, in das Kühlloch 5 einzusetzen. Obgleich ein Stopfen (Abdeckzapfen) aus einem Schwarzbleistab oder einem mit Polyethylen isolierten Kupferdraht, von denen beide verwendete Materialien sind, in das Kühlloch 5 eingesetzt wird, löst sich ein solcher Stopfen während der Behandlung ab, da das Kühlloch 5 nicht durchgebohrt und nur etwa 1mm tief und flach ist; andererseits wird er in dem Loch festgehalten, und der Abdeckzapfen kann nicht herausgenommen werden, nachdem eine Wärmeschutzschichtbeschichtung ausgebildet wurde. Außerdem wird keine Wärmebehandlung für Brennkammer-Übergangsteile nach dem Ausbilden einer Wärmesperrschichtbeschichtung durchgeführt, und der Abdeckzapfen kann nicht durch Wärmebehandlung abgebrannt werden.

Die JP 04236757 A beschreibt ein Verfahren zum Beschichten einer Turbinenschaufel, bei dem ein konischer Graphitstift in ein zu maskierendes Kühlloch eingesetzt wird und anschließend eine oxidationsbeständige Beschichtung durch Vakuum-Plasmastrahlen auf der Oberfläche der Schaufel ausgebildet wird. Der Graphitstift steht zunächst über die Oberfläche vor und wird nach dem Ausbilden der Beschichtung abgebrannt.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren, einen Abdeckzapfen für ein solches n Beschichtungsverfahren bereitzustellen, mit dem auf einer Oberfläche eine Wärmesperrschichtbeschichtung ohne Zusetzen bzw. Verstopfen von Kühllöchern ausgebildet werden kann, wenn eine Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichtung auf der Oberfläche einer Komponente ausgebildet wird, in der Kühllöcher eingebracht sind (zum Beispiel der Innenumfangsfläche des Brennkammer-Übergangsteils).

Zur Lösung des oben erwähnten Problems bringt die Erfindung ein Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 sowie einen Abdeckzapfen gemäß Anspruch 11, 12 oder 13 in Vorschlag. Bevorzugte Ausgestaltungen des Beschichtungsverfahrens und des Abdeckzapfens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Beschichtungsverfahrens für die Ausbildung einer Wärmesperrschichtbeschichtung auf einem Brennkammer-Übergangsteil.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigen:

1 Darstellungen eines Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von Abdeckzapfen eines elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi,

2 Darstellungen eines Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung von Abdeckzapfen, die durch Ausstanzen aus Lagen des elastischen Körpers aus Silikongummi mit einer Form oder durch Formen mit einer Metallgießform gebildet sind,

3 eine schematische Zeichnung zur Darstellung einer Anordnung einer Brennkammer einer Gasturbine,

4 eine weggeschnittene Ansicht zur Darstellung eines Teils einer Wand, die ein Brennkammer-Übergangsteil bildet,

5 eine Schnittansicht von 4, aus der Richtung A betrachtet,

6 eine Schnittansicht von 4, aus der Richtung B betrachtet,

7 eine Draufsicht zur Darstellung der Innenumfangsfläche eines Brennkammer-Übergangsteils, das mit einem Abdeckband abgedeckt bzw. maskiert ist,

8 eine Draufsicht zur Darstellung der Innenumfangsfläche eines Brennkammer-Übergangsteils, von dem ein Abdeckband entfernt ist,

9 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Übergangsteils mit eingesetzten herkömmlichen Abdeckzapfen,

10 Darstellungen der Konfiguration eines scheibenartigen Abdeckzapfens,

11 Darstellungen der Konfiguration eines scheibenartigen, mit Füßen versehenen Abdeckzapfens,

12 Darstellungen der Konfiguration eines scheibenartigen, mit Füßen versehenen Abdeckzapfens, um den herum Vorsprünge angeordnet sind, und

13 Darstellungen eines weiteren Beispiels eines Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Abdeckzapfens, der durch Ausstanzen von Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi mit einer Form oder durch Formen mit einer Metallgießform gebildet wird.

Ausführungsformen der Erfindung
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wenn bei der Ausführungsform der Erfindung eine Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten auf der Innenumfangsfläche eines Brennkammer-Übergangsteils einer Gasturbine gebildet wird, wird ein Abdeckzapfen bzw. Maskierstift in ein in die Innenumfangsfläche des Brennkammer-Übergangsteils eingebrachtes Kühlloch eingesetzt.
Der Abdeckzapfen besteht aus einem elastischen Körper aus Gummi mit den folgenden Materialeigenschaften (1) bis (4):

(1) Wärmebeständigkeit, um der durch das Sprühbeschich ten verursachten Hitze zu widerstehen,
(2) Elastizität, die verhindert, dass sich ein Abdeckzapfen aus einem Kühlloch löst, wenn Vibration infolge der Strahlblasbehandlung auf den Zapfen einwirkt, nachdem er in das Kühlloch eingesetzt worden ist,
(3) Einfachheit des Ablösens, damit er aus einem Kühlloch nach Ausbilden der Wärmesperrschichtbeschichtung entnommen werden kann und nicht im Kühlloch festgehalten wird,
(4) Feuchtigkeit (geringere Feuchtigkeit), um Wärmesperrschicht-Beschichtungmaterial abzustoßen, um dessen Anlegen zu verhindern.

Durch Experimentieren, um ein Material mit den oben genannten Eigenschaften (1) bis (4) nachzuweisen, stellt sich heraus, dass ein Abdeckzapfen, der aus einem elastischen Körper aus flüssigem Silikongummi (Silikondichtung) durch Trocknen und Aushärten hergestellt ist, oder ein Abdeckzapfen, der durch Ausstanzen von Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi mit einer Form hergestellt ist, optimal ist.
Bei gegebenen konkreten Beispielen stellte sich heraus, dass Three Bond Co.'s Typ 1207F ein optimaler elastischer Körper aus flüssigem Silikongummi (Silikondichtung) ist, der hauptsächlich aus Si und O besteht und dessen maximale Wärmebeständigkeit 250°C beträgt, und dass eine Lage eines elastischen Körpers aus Silikongummi von Three Bond Co., der hauptsächlich aus Si und O besteht und dessen maximale Wärmebeständigkeit 200°C ist, eine optimale Lage eines elastischen Körpers aus Silikongummi ist.
Einige Arten von flüssigen Abdeckungsmaterialien haften an einem Basismetall zu stark an und lösen sich schlecht ab. In einem solchen Fall ist es wirksam, einen separaten Spraytyp aus Si oder Fluor zu verwenden.
Der elastische Körper aus flüssigem Silikongummi ist nicht auf das Produkt von Three Bond Co. beschränkt; wenn aber die Hauptbestandteile Si und O sind, kann ein solcher elastischer Körper aus Silikongummi als Material für Abdeckzapfen ausgewählt werden, da er die oben genannten Materialeigenschaften (1) bis (4) aufweist.
Auch die Lage eines elastischen Körpers aus Silikongummi ist nicht auf das oben genannte Produkt von Three Bond Co. beschränkt; wenn aber die Hauptbestandteile Si und O sind, kann eine solche Lage eines elastischen Körpers aus Silikongummi als Material für Abdeckzapfen ausgewählt werden, da sie die oben genannten Materialeigenschaften (1) bis (4) aufweist.
Um ein Abdeckmaterial auszuwählen, wird ein Experiment durchgeführt, bei dem Löcher ähnlich den in einem Brennkammer-Übergangsteil ausgebildeten Luftkühlungsstrukturen (Luftdurchgangsschlitze, Lufteinlasslöcher, Luftauslasslöcher [Kühllöcher]) in Teststücke, die aus den gleichen Bestandteilen wie ein Brennkammer-Übergangsteil bestehen, eingebracht und verschiedene Arten von Materialien in die Kühllöcher eingesetzt werden. Bei Experimenten werden nach dem Erwärmen einer Testprobe mit in Kühllöcher eingesetzten Materialien, welche bei der Temperatur von 200°C in der Luft für zehn (10) Minuten, die Materialien entnommen, um sie auf die oben genannten Eigenschaften (1) bis (4) hin zu überprüfen; ferner wurden nach dem Erwärmen einer Testprobe mit in die Kühllöcher eingesetzten Materialien bei der Temperatur von 400°C in einer Argongasumgebung für eine Minute die Materialien entnommen, um die vorgenannten Eigenschaften (1) bis (4) zu überprüfen. Diese Experimente berücksichtigen, dass beim Sprühbeschichten eines Brennkammer-Übergangsteils das Basismetall eines Brennkammer-Übergangsteils über die gesamte Zeit auf der Temperatur von etwa 200°C gehalten wird, und dass die Temperatur des Sprühbeschichtungsmaterials (Temperatur geschmolzener Partikel) zeitweilig 400°C erreicht.
Die Dimensionen eines in der Ausführungsform der Erfindung eingesetzten Abdeckzapfens werden so spezifiziert, dass er um einen Betrag entsprechend der Stärke der Beschichtung vorsteht, wenn er in ein Kühlloch in dem Brennkammer-Übergangsteil eingesetzt wird, nach der Beschichtung aber um etwa zehn Prozent schrumpft, was eine Dimension ergibt, die nicht über die Oberfläche (Innenumfangsfläche) des Übergangsteils vorsteht (sie tritt vielmehr um einen geringen Betrag zu rück).
Der elastische Körper aus flüssigem Silikongummi ist flüssig, wenn er in ein Kühlloch eingespritzt wird, wenn er aber getrocknet ist, härtet er aus, indem das Volumen abnimmt, und das ausgehärtete Material wird zu einem in ein Kühlloch eingesetzten Abdeckzapfen bzw. Markierungsstift. Die eingespritzte Menge wird jedoch so eingestellt, dass der Abdeckzapfen nach dem Aushärten nicht über die Oberfläche eines Brennkammer-Übergangsteils (die Innenumfangsfläche) vorsteht.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahrens beschrieben, durch das eine Wärmesperrschicht an der Innenumfangsfläche einer Wand eines Brennkammer-Übergangsteils einer Gasturbine ausgebildet wird. Ein Abdeckzapfen, der durch Trocknen und Aushärten eines elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi hergestellt wird, wird in diesem Beispiel verwendet.
Wie in 1A gezeigt ist, ist ein Luftdurchgangsschlitz 21 innerhalb einer Wand 20 ausgebildet, die ein Brennkammer-Übergangsteil einer Gasturbine bildet. Kühllöcher (Luftauslasslöcher) 22, die zu dem Luftdurchgangsschlitz 21 führen, sind in der Innenumfangsfläche 20in ausgebildet, während Lufteinlasslöcher (Fig. weggelassen), die zu dem Luftdurchgangsschlitz 21 führen, in der Außenumfangsfläche 20out eingebracht sind. Der Durchmesser der Kühllöcher 22 und der Lufteinlasslöcher ist größer als die Breite des Luftdurchgangsschlitzes 21. Um eine Wärmesperrschichtbeschichtung an bzw. auf der Innenumfangsfläche 20in der Wand zu bilden, werden zunächst Ablösemittel (Silikon, Fuluorin, etc.) auf die Kühllöcher 22 und auf den Abschnitt des Luftdurchgangsschlitzes 21, der den Kühllöchern 22 zugewandt ist, aufgebracht.
Als nächstes wird gemäß 1B ein elastischer Körper eines flüssigen Silikongummis 32 in das Kühlloch 22 und in den Abschnitt des dem Kühlloch 22 zugewandten Luftdurchgangsschlitzes 21 unter Verwendung einer Spritze 31 eingespritzt. Der elastische Körper aus flüssigem Silikongummi 32 ist der elastische Körper von Three Bond Co.'s Typ 1200F aus flüssigem Silikongummi, der eine Wärmebeständigkeit für eine Temperatur von 200 bis 250°C aufweist. Da dieser elastische Körper aus flüssigem Silikongummi 32 eine Flüssigkeit/ein Gel ist, kann er einfach in das Kühlloch 22 und in den dem Kühlloch 22 zugewandten Abschnitt des Luftdurchgangsschlitzes 21 eingespritzt werden. Der elastische Körper aus flüssigem Silikongummi 32 hat jedoch bis zu einem gewissen Grad Viskosität, so dass er den Abschnitt des dem Kühlloch 22 zugewandten Luftdurchgangsschlitzes 21 nicht durchdringt und tief ins Innere des Luftdurchgangsschlitzes 21 vordringt.
In diesem Fall wird die Einspritzung ausgeführt, bis sich die Oberfläche des eingespritzten elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi 32 über die Innenumfangsfläche 20in erhebt. Die Einspritzmenge wird später beschrieben. Die Einspritzung kann auch mittels einer Palette (pallet) statt einer Spritze 31 vorgenommen werden. Die Arbeit ist einfach, da lediglich die Einspritzung vorgenommen werden muss.
Wenn der eingespritzte elastische Körper aus flüssigem Silikongummi 32 übrigbleibt, trocknet er und härtet aus. Gleichzeitig unterliegt er einem volumetrischen Schrumpfen. Indem er durch volumetrisches Schrumpfen getrocknet und ausgehärtet wird, wird der eingespritzte elastische Körper aus flüssigem Silikongummi 32 zu einem Abdeckzapfen MP2, der in das Kühlloch 22 und in den Luftdurchgangsschlitz 21 eingesetzt ist (siehe 1C). In diesem Fall wird die eingespritzte Menge des elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi 32, um den Abdeckzapfen MP2 nicht über die Innenumfangsfläche 20in hinausstehen zu lassen, in 1B angepasst. D.h., der Abdeckzapfen MP2 steht nicht über die Oberfläche des Kühllochs 22 einer Komponente hinaus. Je nach Materialbedingungen ist jedoch ein Schrumpfungsvorgang schwierig. In einem solchen Fall wird die Oberfläche des Abdeckzapfens MP2 per Hand flach gedrückt. Beim Einspritzen von flüssigem Silikongummi ist es wichtig, eine spezifische Menge bei spezifischem Druck zu liefern, und es ist wirksam, zur Einspritzung einen auf dem Markt erhältlichen Spender zu verwenden.
Die Dimensionen des Kühllochs 22 und des Luftdurchgangsschlitzes 21 sind nicht gleichmäßig, sondern verschiedenartig. Da jedoch der Abdeckzapfen MP2 ein getrockneter und ausgehärteter elastischer Körper aus flüssigem Silikongummi 32 ist, der in das Kühlloch 22 und den Luftdurchgangsweg 21 eingespritzt wird, wird er eng anliegend in das Kühlloch 22 und den Luftdurchgangsschlitz 21 eingeführt.
Wenn der Abdeckzapfen MP2 durch Trocknen und Aushärten des elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi 32 eingesetzt wird, wie in 1D gezeigt ist, wird eine Strahlblasbehandlung für die Innenumfangsfläche 20in durch Strahlblasen von Tonerde (Al₂O₃) durchgeführt, um die Oberfläche aufzurauhen. Da der Abdeckzapfen MP2 Elastizität aufweist, wirkt der durch die Strahlblasbehandlung vermittelte Verankerungseffekt nicht, und der Abdeckzapfen MP2 fällt nicht aus dem Kühlloch 22, obwohl eine Schlag- bzw. Stoßwirkung vorhanden ist.
Nach Abschluss der Strahlblasbehandlung wird gemäß 1E eine Oberflächenmetallschicht (Unterschicht) 41 durch Sprühbeschichten von MCrAlY auf der Innenumfangsfläche 20in gebildet. Da hierbei der Abdeckzapfen MP2 eine geringe Feuchtigkeit aufweist, werden über dem Abdeckzapfen MP2 sprühbeschichtete Metallpartikel abgestoßen und das MCrAlY-Sprühbeschichtungsmetall sammelt sich kaum an dem Abdeckzapfen MP2 an. Auch im Fall einer geringen angesammelten Menge ist es möglich, sie komplett durch Luftblasen und Polieren mit Schmirgelpapier zu beseitigen.
Nachdem die Oberflächenmetallschicht 41 vollständig ausgebildet ist, wie 1F zeigt, werden die Keramikmaterialien, die hauptsächlich aus Zirkonium bestehen, auf die Oberflächenmetallschicht 41 sprühbeschichtet, um eine Wärmesperrschichtbeschichtung (obere Schicht) 42 zu bilden. Da hierbei der Abdeckzapfen MP2 eine geringere Feuchtigkeit aufweist, werden über den Abdeckzapfen MP2 gesprühte Sprühbeschichtungsmetalle abgestoßen und die keramischen Sprühbe schichtungsmetalle sammeln sich kaum am Abdeckzapfen MP2 an. Auch im Fall einer geringen angesammelten Menge ist es möglich, sie durch Luftblasen und Polieren mit Schmirgelpapier zu entfernen.
Da der Abdeckzapfen MP2 nicht über die Innenumfangsfläche 20in hinaussteht, schattet eine Sprühbeschichtung mit MCrAlY oder Keramikmaterialien den vorstehenden Abschnitt nicht ab, sondern es ist eine Sprühbeschichtung auf der gesamten Oberfläche dort, wo es notwendig ist, möglich. Mit anderen Worten kommt es nicht dazu, dass ein Abschnitt vorhanden ist, an dem Keramikmaterialien nicht auf die Innenumfangsfläche 20in infolge des Abschattens bzw. Abdeckens durch den über die Innenumfangsfläche 20in hinausstehenden Abschnitt gesprüht werden. Wenn ein Abschnitt infolge des Abschattens bzw. Abdeckens nicht sprühbeschichtet wird, ist es möglich, dass die Oberfläche eines Basismetalls freiliegt, was infolge eines Langzeiteinsatzes zu einer anfänglichen Rissbildung führt. Wenn ein Abschnitt, in dem Keramikmaterialien infolge einer Abschattung durch Sprühbeschichten nicht sprühbeschichtet werden, an bzw. um die Innenumfangsfläche 20in nicht vorkommt, sind Wärmebeständigkeit und Lebensdauer verbessert.
Außerdem weist der Abdeckzapfen MP2 Wärmebeständigkeit auf. Daher wird der Abdeckzapfen MP2 nicht verbrannt und angesengt oder geschmolzen, wenn MCrAlY oder Keramikmaterialien sprühbeschichtet werden.
Wenn eine Wärmesperrschichtbeschichtung 42 vollständig gebildet ist, wird der Abdeckzapfen MP2 mit einer Nadel oder einem Stift eingehakt, um ihn aus dem Kühlloch 22 zu entnehmen. Da der Abdeckzapfen MP2 Ablösfähigkeit besitzt, so dass er in dem Kühlloch 22 nicht festsitzt, verbleibt kein Abdeckmaterial in dem Kühlloch 22 oder dem Luftdurchgangsschlitz 21, sondern der gesamte Abdeckzapfen MP2 kann vollständig ohne irgendeine Beschädigung entnommen werden (siehe 1G). Die Entnahmearbeit ist einfach, da es möglich ist, den Abdeckzapfen MP2 mit einer Nadel oder einem Stift herauszunehmen.
Auf diese Weise wird eine Wärmesperrschichtbeschichtung (eine Oberflächenmetallschicht 41 und eine Wärmesperrschicht 42) an der Innenumfangsfläche 20in der ein Brennkammer-Übergangsteil bildenden Wand vorgesehen. Außerdem kann eine Wärmesperrschichtbeschichtung auf alle notwendigen Oberflächen aufgebracht werden. Infolgedessen ist ein Brennkammer-Übergangsteil durch die Wärmesperrschichtbeschichtung vor Hitze geschützt, so dass eine Rissbildung infolge einer Temperaturerhöhung oder Schäden verhindert wird, wodurch Brennkammer-Übergangsteile hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden können.
Die Maskierungs- bzw. Abdeckarbeit besteht nur aus dem Einspritzen eines elastischen Körpers von flüssigem Silikongummi 32 und dem Einhaken des Abdeckzapfens MP2 mit einer Nadel zu dessen Beseitigung, so dass die Arbeit relativ einfach ist. Erwünschte Werkzeuge zur Beseitigung sind eine Nadel mit einem Grat und ein Packwerkzeug zur Beseitigung einer Stopfbüchsendichtung (gland packing). Die Verwendung eines Spenders von SAN-EI-TECH ermöglicht es, eine spezifische Menge mit spezifischem Druck einzuspritzen.
Als nächstes wird ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Aufbringen einer Wärmesperrschichtbeschichtung auf die Innenumfangsfläche (Oberfläche am Innendurchmesser) einer ein Brennkammer-Übergangsteil einer Gasturbine bildenden Wand beschrieben. In diesem Beispiel wird ein Abdeckzapfen verwendet, der durch Ausstanzen von Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi mit einer Form gebildet wird. In diesem Fall macht nur das Ausstanzen die Längsschnitt-Konfiguration trapezoidförmig. Daher wird kurz vor Abschluss des Ausstanzens und Abschneidens eine Schneidklinge gedreht. Ferner gibt es zur Massenfertigung von Abdeckzapfen guter Qualität ein Formverfahren, das eine Metallgießform verwendet.
Bei diesem Verfahren gemäß 2A ist ein Abdeckzapfen MP3, dessen Querschnittskonfiguration eine flache Platte mit einem oder mehreren fußartigen Abschnitten oder ohne diese in das Kühlloch 22 und in einen dem Kühlloch 22 zugewandten Abschnitt des Luftdurchgangsschlitzes 21 einge setzt. Andererseits wird gemäß 2B ein Abdeckzapfen MP4, dessen Schnittkontur konisch ist, in das Kühlloch 22 und in einen dem Kühlloch 22 zugewandten Abschnitt des Luftdurchgangsschlitzes 21 eingesetzt. In diesen Fällen sind die Abdeckzapfen MP3 und MP4 so spezifiziert, dass sie Dimensionen aufweisen, um nicht über die Innenumfangsfläche 20in einer Wand 20 vorzustehen.
Die Umrissgestalt des Abdeckzapfens MP3 wird durch Ausstanzen von Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi mit einem Formteil erhalten, so dass sie mit der Form eines Raums des Kühllochs 22 und demjenigen eines Raums eines Abschnitts des dem Kühlloch 22 zugewandten Luftdurchgangsschlitzes 21 koinzidiert. Die Größe des Zapfens wird um 5% bis 10% gegenüber dem Lochdurchmesser vergrößert, um die Spannung zu erhöhen und die Strahlblasbeständigkeit zu verbessern. Da in diesem Fall Zapfen einzusetzen sind, die größer sind als die Lochgröße, ist es zeitaufwendig, eine große Anzahl von Zapfen einzusetzen, und die Einsetzbedingungen sind ungleichmäßig. Daher ist es wirksam, ein Werkzeug (Spritze) zu verwenden, welche im Presssitz Zapfen mit komprimierte Luft oder mit einem Kolben einbringt. Ferner werden Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi mit einem Formteil ausgestanzt, um einen Abdeckzapfen MP4 auf eine Art und Weise zu bilden, dass der Radius des Abdeckzapfen MP4 mit dem Radius des Kühllochs 22 und demjenigen des dem Kühlloch 22 zugewandten Abschnitt des Luftdurchgangsschlitzes 21 übereinstimmt.
Da diese Abdeckzapfen MP3 und MP4 Elastizität aufweisen, werden sie aufgrund der Elastizität in die Kühllöcher 22 und die Luftdurchgangsschlitze eingepasst und eingesetzt, obwohl die Größe der Kühllöcher 22 und der Luftdurchgangsschlitze 21 nicht einheitlich bzw. gleichmäßig ist.
Auf diese Weise werden nach dem Einsetzen der Abdeckzapfen MP3 oder der Abdeckzapfen MP4 in die Kühllöcher 22 die Oberflächen durch eine Strahlblasbehandlung auf die gleiche Weise wie in 1D aufgerauht, eine Oberflächenmetallschicht wird durch Sprühbeschichten gemäß 1E ausgebil det, und eine Wärmesperrschichtbeschichtung wird durch Sprühbeschichten auf die gleiche Weise wie in 1F ausgebildet. Danach werden die Abdeckzapfen MP3 und die Abdeckzapfen MP4 mit einem Werkzeug zum Entfernen eingehakt und herausgenommen. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, dass die Endfläche einer einen Abdeckzapfen umgebenden Beschichtung teilweise verlorengeht, wenn der Abdeckzapfen entnommen wird, oder während sich eine Gasturbine in Betrieb befindet. Um diesen Verlust zu verhindern, wird die Beschichtung mittels eines Gummischleifers abgefast, währen der Abdeckzapfen im Loch verbleibt, um ein Eintreten von Schneidpartikeln in das Loch zu verhindern.
Da der Abdeckzapfen MP3 und der Abdeckzapfen MP4 Elastizität aufweisen, fallen sie nicht heraus, auch wenn eine durch die Strahlblasbehandlung verursachte Vibration auf sie einwirkt. Das sie Wärmebeständigkeit aufweisen, sind sie gegenüber vom Sprühbeschichten verursachter Hitze beständig. Da sie eine geringe Feuchtigkeit bzw. Benetzbarkeit aufweisen, sammeln sich Wärmesperrschichtbeschichtungmaterialien nicht an, und da sie eine hohe Ablösfähigkeit aufweisen, können sie einfach aus den Löchern entnommen werden. Der Abdeckzapfen MP3 und der Abdeckzapfen MP4 sind derart bemessen, dass sie nicht über die Innenumfangsfläche 20in der Wand 20 vorstehen. Daher kommt es beim Sprühbeschichten nicht zu Schatten oder Abschnitten, an denen eine Beschichtung nicht richtig aufgebracht ist, oder zu Überbrückungsabschnitten, sondern es kann eine Wärmesperrschichtbeschichtung dort ausgebildet werden, wo es notwendig ist.
Auf diese Weise wird eine Wärmesperrschichtbeschichtung (eine Oberflächenmetallschicht 41 und eine Wärmesperrschicht 42) auf die Innenumfangsfläche 20in einer ein Brennkammer-Übergangsteil bildenden Wand aufgebracht. Darüberhinaus wird eine Wärmesperrschichtbeschichtung auf alle Oberflächen von notwendigen Bereichen aufgebracht. Daher ist das Brennkammer-Übergangsteil durch eine Wärmesperrschicht vor Hitze geschützt, und es wird ihr durch eine Unterbeschichtung (Metallschicht) eine oxidationsbeständige Wirkung vermittelt, die eine Rissbildung infolge eines Temperaturanstiegs und ein Auftreten von Schäden verhindert und es ermöglicht, Brennkammer-Übergangsteile hoher Zuverlässigkeit herzustellen.
Bei der oben erwähnten Ausführungsform werden Kühllöcher, die nicht durchgebohrt sind und in die Wand eines Brennkammer-Übergangsteils eingebracht sind, abgedeckt, aber in jüngster Zeit werden kleine Löcher zum Kühlen von der Außenumfangsfläche zur Innenumfangsfläche der Wand des Brennkammer-Übergangsteils häufig durchgebohrt. Der Durchmesser dieser kleinen durchgebohrten Löcher ist kleiner als der der Kühllöcher, sie weisen jedoch eine Tiefe von vier bis fünf Millimeter auf. Daher ist eine Reinigung und Aufbereitung bzw. Nachbearbeitung nach der Beschichtung schwierig. Die Abdeckzapfen MP2 bis MP4 bei einer Ausführungsform der Erfindung sind auf diese kleinen durchgebohrten Löcher anwendbar.
Vom Standpunkt der Einsetzfähigkeit ist eine flüssige Abdeckung für diese tiefen Löcher geringen Durchmessers geeignet. Ein Einspritzen unter Verwendung einer Spritze erlaubt jedoch kein Eindringen des flüssigen Abdeckmaterials ins Innere infolge von Oberflächenspannung, sondern es läuft über. Daher kann die Verwendung eines Spenders, der es ermöglicht, eine spezifische Menge mit spezifischem Druck einzuspritzen, eine stabile Einspritzung erreichen.
Durchgebohrte Löcher sind auch in Schaufeln einer Gasturbine zur Kühlung ausgebildet. Damit sich die durchgebohrten Löcher beim Aufbringen einer Wärmesperrschichtbeschichtung auf die Schaufeloberflächen nicht zusetzen, sind in dieser Ausführungsform die Abdeckzapfen MP2 bis MP4 anwendbar. Außerdem sind sie auch auf alle Komponenten anwendbar, die eine Sprühbeschichtungsschicht unter Verwendung der sog. APS-Methode oder HVOP-Methode aufweisen.
Im folgenden wird ein weiteres Beispiel eines auf die Innenumfangsfläche (Oberfläche am Innendurchmesser) der ein Brennkammer-Übergangsteil einer Gasturbine bildenden Wand angewandten Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahrens gegeben. In diesem Beispiel werden Abdeckzapfen, die durch Ausstanzen von Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi mit einem Formteil gefertigt werden, auf die gleiche Weise wie bei dem oben genannten Beispiel eingesetzt. Bestandteile der Abdeckzapfen sind hauptsächlich Silikon kombiniert mit Siloxan. Um zu verhindern, dass die Abdeckzapfen nicht herausgenommen werden, sind sie in rotem Ocker (red ocher) gegenüber einer weißen Beschichtung um sie herum zur besseren visuellen Identifizierung gefärbt. Das Einfärbemittel besteht aus Eisenoxid (Fe₂O₃).
10 bis 12 zeigen die Konfiguration von Abdeckzapfen in diesen Beispielen. 10 zeigt einen Scheibentyp eines Abdeckzapfens MP5. 10A zeigt die Vorderansicht und 10B zeigt die Ansicht von unten. Unter Verwendung der Rückstoßkraft von Gummi wird der Strahlblaswiderstand durch Vergrößern des Außendurchmessers auf ∄ 4,40 ± 0,05 verbessert, was einen 10%igen Überschuss gegenüber dem Durchmesser des Kühllochs ergibt (Durchmesser 4). Es ist auch möglich, einen Abdeckzapfen für das Kühlloch herzustellen, dessen Durchmesser ∄ 3 beträgt. Außerdem sind die folgenden Typen von Abdeckzapfen verfügbar. Die obengenannte Verbesserung wird auch für die folgenden Typen von Abdeckzapfen vorgenommen, die weiter unten beschrieben sind. Ferner wird ein Klebeband (in den Figuren nicht gezeigt) an der Bodenfläche angebracht, um einen Abdeckeffekt durch enges Anhaftenlassen des Abdeckzapfens am Boden des Kühllochs zu verbessern. Wenn in diesem Fall der Abdeckzapfen mit einem kleineren Durchmesser an der Bodenfläche abgeschrägt ist, ist er einfach in ein Kühlloch einzusetzen und behält den Strahlblaswiderstand bei.
11 zeigt einen Scheibentyp eines mit Fuß versehenen Abdeckzapfens MP6. 11A zeigt die Vorderansicht und 11B zeigt die Ansicht von unten. Durch Nutzung der Abstoßungskraft von Gummi wird der Strahlblaswiderstand durch Vergrößern des Außendurchmessers des Scheibenkörpers 51 auf ∄ 4,40 ± 0,05 verbessert, indem gegenüber dem Durchmesser des Kühllochs (∄ 4) ein Aufmaß von 10% gegeben wird. Außerdem wird die Abdeckwirkung durch Einsetzen eines vorstehenden Zapfens 52 zylindrischer Art verbessert, der sich vom Zentrum des Bodens des Scheibenkörpers 51 in einen Luftdurchgangsschlitz unter dem Kühlloch erstreckt.
12 zeigt einen scheibenartigen, mit Fuß versehenen Abdeckzapfen MP7 mit um ihn herum gebildeten Vorsprüngen. 12A zeigt die Vorderansicht und 12B zeigt die Ansicht von unten. Der Außendurchmesser des scheibenartigen Körpers 53 beträgt ∄ 4,00 ± 0,05, was fast der gleiche Durchmesser ist, wie der eines Kühllochs (∄ 4), und es gibt einige Vorsprünge 55 mit einem Radius von 0,5 um den Körper herum. Unter Nutzung der Abstoßungskraft von Gummi wird der Strahlblaswiderstandseffekt verbessert, indem diese Vorsprünge in einen Kreis von ∄ 4,50 ± 0,05 eingeschrieben werden und der Durchmesser vergrößert wird, so dass er größer als der des Kühllochs ist. Außerdem wird die Abdeckwirkung durch Einsetzen eines zylindrischen vorstehenden Stifts 54 verbessert, der sich vom Zentrum des Bodens des Körpers 53 in einen Luftdurchgangsschlitz unter dem Kühlloch erstreckt.
Der Strahlblaswiderstand ist wirksam, wenn die Gummihärte der Abdeckzapfen 30 bis 70 HS (hardness of spring) beträgt. Besonders sind die Produktivität, die Wärmebeständigkeit und der Strahlblaswiderstand bessern, wenn einfache scheibenartige Abdeckzapfen eine Härte von 50 HS oder 70 HS aufweisen und wenn scheibenartige, mit Fuß versehene Abdeckzapfen eine Härte von 50 HS aufweisen.
13 gibt ein Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren des Beispiels in dieser Ausführungsform an. Diese Figuren zeigen den oben erwähnten Abdeckzapfen MP6 als repräsentatives Beispiel. Bei diesem Verfahren gemäß 13A wird der Abdeckzapfen MP6 in ein Kühlloch 22 sowie in einen dem Kühlloch 22 zugewandten Abschnitt des Luftdurchgangsschlitzes 21 eingesetzt. In diesem Fall ist der Abdeckzapfen MP6 so spezifiziert, dass er über die Innenumfangsfläche 20in der Wand 20 um einen Betrag vorsteht, der in etwa der Dicke der Beschichtung (zum Beispiel 0,4mm) gleich kommt.
Als nächstes wird, wie in 13B gezeigt ist, die Innenumfangsfläche 20in strahlgeblasen, um durch Blasen von Tonerde (Al₂O₃) auf die Oberfläche aufgerauht zu werden. Da der Abdeckzapfen MP6 Elastizität aufweist, wirkt der durch die Strahlblasbehandlung vermittelte Verankerungseffekt nicht, und selbst wenn eine Stoßwelle bzw. Schlagwirkung vorhanden ist, fällt der Abdeckzapfen MP6 nicht aus dem Kühlloch 22.
Nach Abschluss der Strahlblasbehandlung wird gemäß 13C eine Oberflächenmetallschicht (Unterschicht) 41 auf der Innenumfangsfläche 20in durch Sprühbeschichten von MCrAlY ausgebildet. Da hierbei der Abdeckzapfen MP6 eine geringere Feuchtigkeit bzw. Benetzbarkeit aufweist, werden über dem Abdeckzapfen MP6 sprühbeschichtete Metallpartikel abstoßen. Daher liegt kaum sprühbeschichtetes Metall von MCrAlY über dem Abdeckzapfen MP6 und sammelt sich darauf an. Auch wenn eine geringe Ansammlung besteht, ist es möglich sie vollständig durch Blasen mit der Luft und Polieren mit Schmirgelpapier zu beseitigen.
Nachdem eine Oberflächenmetallschicht 41 ausgebildet wurde, wird dem 13D eine Wärmesperrschichtbeschichtung (Oberschicht) 42 durch Sprühbeschichten von hauptsächlich aus Zirkonium bestehenden Keramikmaterialien ausgebildet. Da hierbei der Abdeckstift MP6 eine geringere Feuchtigkeit bzw. Benetzbarkeit aufweist, werden über dem Stift MP6 sprühbeschichtete Metalle abgestoßen, so dass über den Abdeckzapfen MP6 sprühbeschichtete Keramikmaterialien kaum verbleiben und sich ansammeln. Im Fall einer geringen angesammelten Menge kann diese durch Blasen mit der Luft und Polieren mit Schmirgelpapier komplett beseitigt werden.
Infolge der Hitze während der Beschichtung schrumpft der Abdeckzapfen MP6 um etwa 10 Prozent. Daher sinkt er beispielsweise um etwa 0,2mm unter die obere Oberfläche der Beschichtung, und es ist einfach, den Umfang des Lochs zu retuschieren und abzufasen. Andernfalls kann der Vorstehbetrag des Abdeckzapfens vor dem Schrumpfen vorab derart spezifiziert werden, dass der Vorstehbetrag gleich oder geringer ist als die Dicke einer Wärmesperrschichtbeschichtung, nachdem der Abdeckzapfen MP6 infolge der Hitze während der Beschichtungsvorgänge schrumpft.
Nachdem eine Wärmesperrschicht 42 gebildet ist, wird der Großteil der an dem Abdeckstift angesammelten Beschichtung durch Einblasen der Luft und leichten Polieren des umgebenden Bereichs des Abdeckzapfens mit Diamantpapier beseitigt. Anschließend wird gemäß 13E der Umfang des beschichteten Lochs mit einem Gummikugel-Honwerkzeug (oder einem zylindrischen Honwerkzeug) 55 mit dem Außendurchmesser von 10mm, das Tonerde-Honpartikel enthält, abgefast. Oder es kann ein konisches Gummihonwerkzeug verwendet werden.
Hierbei wird die Dreh Geschwindigkeit des Gummi-Honwerkzeugs 55 auf mehrere tausend U/min eingestellt und der Abfasvorgang wird etwa 10 Sekunden lang ausgeführt. Dieser Abfasvorgang mildert einen "Verlust der Beschichtung in dem umgebenden Bereich", während Abdeckzapfen entfernt werden, sowie ein "Abblättern der Beschichtung während des tatsächlichen Betriebs einer Einheit". Es dreht sich darum, dass ein Retuschier- bzw. Endbearbeitungsvorgang durchgeführt wird, wobei der Abdeckzapfen in das Loch eingesetzt bleibt. Durch diesen Zustand verbleiben Schleifrückstände der Beschichtung nicht in den Kühllöchern. Ein Gummi-Honwerkzeug wird benutzt, das es weich und einfach einzusetzen ist, so dass ein Verlust verhindert werden kann, wenn angefangen wird, die Beschichtung zu schleifen.
Nachdem der das beschichtete Loch umgebende Bereich abgefast ist, wird ein Stift mit einem Grat (beispielsweise einer gerader Fischerhaken) oder ein Werkzeug zur Entfernung einer Stopfbüchsenmuffe verwendet, um den Abdeckzapfen MP6 einzuhaken und ihn aus dem Kühlloch 22 zu entnehmen. Da der Abdeckzapfen MP6 eine einfache Abstreifeigenschaft aufweist, um zu verhindern, dass er in dem Kühlloch 22 festsitzt, kann der gesamte Abdeckzapfen MP6 komplett entnommen werden, ohne dass Abdeckmaterialien in dem Kühlloch 22 oder dem Luftströmungsdurchgangsschlitz 21 verbleiben (siehe 13F). Insbesondere, da das Packungsentfernungswerkzeug eine Spiralnadel hat, ist es durch Drehen der Nadel und Einsetzen derselben in den Abdeckzapfen MP6 und anschließenddes Herausziehen einfach, den Abdeckzapfen MP6 auf die gleiche Weise zu entfernen wie ein Korkverschluss aus einer Weinflasche herausgezogen wird.
Das in der Nachbarschaft eines gerundeten Krümmungsbereichs der Wand gemachte Kühlloch wird infolge der Biegung bei der Blechbearbeitung verformt, so dass es schwierig ist, einen Abdeckzapfen einzusetzen, der durch Ausstanzen von Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi gefertigt ist. Daher ist es besser, einen elastischen Körper aus flüssigem Silikongummi in diesen Abschnitt einzuspritzen und ihn zu trocknen und aushärten zu lassen, um einen Abdeckzapfen zu bilden. Das Einspritzen des elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi wird jedoch durch einen Spender vorgenommen, der es ermöglicht, eine spezifische Gummimenge mit einem spezifischen Druck zu liefern.
Der elastische Körper aus flüssigem Silikongummi (Silikondichtung) ist hauptsächlich in die folgenden zwei Typen unterteilt. Einer ist ein Einkomponenten- RTV-Silikongummi, der einen Deaceton-Typ, einen Deoxim-Typ und einen Dealkohol-Typ umfasst. Jeder dieser Typen erzeugt eine Eliminierungsreaktion durch Reagieren auf Feuchtigkeit in der Luft und wird hart, wobei er Silikongummi bildet. Die Aushärtgeschwidigkeit hängt von der Temperatur und Feuchtigkeit der Luft sowie dem Kontakt mit der Luft ab und braucht etwa 10 bis 15 Stunden. Außerdem ist es nötig, eliminierte Substanz durch Ventilation zu entfernen. Der andere ist ein Zweikomponenten-RTV-Silikongummi, der durch Mischen eines Aushärtmittels und eines Hauptmittels sowie durch Erzeugen einer Aushärtreaktion gebildet wird. Im Vergleich mit Einkomponenten-RTV-Silikongummi ist es möglich, einen tieferen Abschnitt auszuhärten, obwohl seine Bearbeitbarkeit geringer ist.
Auf diese Weise ist es möglich, eine Wärmesperrschichtbeschichtung (eine Oberflächenmetallschicht 41 und eine Wärmesperrschicht 42) an bzw. auf der Innenumfangsfläche 20in einer Wand, die ein Brennkammer-Übergangsteil bildet, auszubilden. Außerdem kann eine Wärmesperrschichtbeschichtung auf alle notwendigen Oberflächen aufgebracht werden. Infolgedessen ist das vor Hitze durch eine Wärmesperrschicht beschichtung geschützte Brennkammer-Übergangsteil keiner Rissbildung oder Schädigung infolge eines Temperaturanstiegs ausgesetzt, was eine Herstellung eines Brennkammer-Übergangsteils hoher Zuverlässigkeit ergibt.
Es sind hier zwar Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die als bevorzugt angesehen werden, verschiedene Ausarbeitungen und Verformungen an der Erfindung sind in der Praxis möglich, vorausgesetzt, dass alle diese Modifikationen in den Geist und Schutzumfang der Erfindung fallen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben bezüglich Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist das Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren der Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten auf der Oberfläche einer Komponente, die Kühllöcher aufweist, wobei die Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten gebildet wird, nachdem Abdeckzapfen, die nicht über die Oberfläche der Komponente hervorstehen, in die Kühllöcher eingesetzt wurden.
Da die Abdeckzapfen auf diese Weise nicht über die Oberfläche einer Komponente vorstehen, bilden die Abdeckzapfen keinen Schatten bei der Sprühbeschichtung, womit kein Abschnitt entsteht, an dem eine Wärmesperrschichtbeschichtung wegen eines Schattens nicht ausgebildet wird, sondern eine Wärmesperrschichtbeschichtung über bzw. auf der gesamten Oberfläche der Komponente ausgebildet wird. Infolgedessen ist es möglich, die Komponente mit höherer Wärmebeständigkeit und Lebensdauer herzustellen. Ferner ein Einsetzen von Abdeckzapfen, dass sich die Kühllöcher durch eine Wärmesperrschichtbeschichtung zusetzen.
Das Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten über bzw. auf der Oberfläche einer Komponente, in die Kühlungslöcher eingebracht sind, umfassend einen Abdeckvorgang, bei dem Abdeckzapfen, die nicht über die Oberfläche der Komponen te vorstehen, in die Kühllöcher eingesetzt werden, einen Strahlblasbehandlungsvorgang, bei dem die Oberfläche der Komponente strahlgeblasen und aufgerauht wird, sowie einen Wärmesperrschichtbeschichtung-Ausbildungsprozess, bei dem eine Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten über bzw. auf der Oberfläche der aufgerauhten Komponente gebildet wird.
Da auf diese Weise ein Abdeckvorgang vor dem Strahlblasbehandlungsprozess durchgeführt wird, wird die aufgerauhte Oberfläche nicht durch die Strahlblasbehandlung beeinträchtigt, sondern es wird eine feine Wärmesperrschichtbeschichtung gebildet. Da außerdem Abdeckzapfen nicht über die Oberfläche der Komponente vorstehen, beschatten die Abdeckzapfen die Oberfläche während des Sprühbeschichtens nicht, und die Wärmesperrschichtbeschichtung wird über der gesamten Oberfläche der Komponente ausgebildet. Ferner verhindert das Einsetzen von Abdeckzapfen eine Wärmesperrschichtbeschichtung aus einem Zusetzen der Kühllöcher.
Das Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten über bzw. auf der Oberfläche einer Komponente, während Kühllöcher eingebracht werden und die Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten gebildet wird, nachdem über die Oberfläche der Komponente Kühllöcher eingebracht werden und die Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten erfolgt, nachdem die über die Oberfläche der Komponente um einen Betrag, der gleich der Dicke der Wärmesperrschichtbeschichtung ist, in die Kühllöcher eingesetzt wird.
Andererseits ist es ein Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren, mit dem eine Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten über der Oberfläche einer Komponente, in die Kühllöcher eingebracht sind, ausgebildet wird. Bei diesem Verfahren, bei dem nach dem Einsetzen von Abdeckzapfen, die über die Oberfläche der Komponente vorstehen, eine Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten ausgebildet wird, ist ein Vorstehbetrag der Abdeckzapfen gleich oder geringer als die Dicke der Wärmesperrschichtbeschichtung, nachdem die Abdeckzapfen durch die Hitze der Sprühbeschichtung geschrumpft sind.
Hierbei schrumpfen die Abdeckzapfen um etwa 10 Prozent infolge der Hitze während der Wärmesperrschicht-Beschichtungsvorgänge und sinken etwas unter die obere Oberfläche der Wärmesperrschichtbeschichtung, und infolgedessen wird ein Retuschieren und Abfasen der die Löcher umgebenden Flächen einfacher. Das Einsetzen von Abdeckzapfen verhindert auch, dass die Wärmesperrschichtbeschichtung die Kühllöcher zusetzt.
Das Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden einer Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten über bzw. auf der Oberfläche einer Komponente, in der Kühllöcher eingebracht sind, mit einem Abdeckungsprozess, bei dem über die Oberfläche der Komponente um einen Betrag, der annähernd gleich der Dicke der Wärmesperrschichtbeschichtung ist, vorstehende Abdeckzapfen in die Kühllöcher eingesetzt werden, einem Strahlblasbehandlungsprozess, bei dem die Oberfläche der Komponente strahlgeblasen und aufgerauht wird, und einem Wärmesperrschichtbeschichtung-Ausbildungsprozess, bei dem eine Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten über bzw. auf der Oberfläche der aufgerauhten Komponente ausgebildet wird, sowie einem Abfasungsprozess, bei dem die Wärmesperrschichtbeschichtung um die Kühllöcher abgefast wird.
Alternativ handelt es sich um ein Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren durch Sprühbeschichten über bzw. auf der Oberfläche einer Komponente, in die Kühllöcher eingebracht sind, mit einem Abdeckprozess, bei dem Abdeckzapfen, die über die Oberfläche der Komponente vorstehen, aber durch die Hitze während der Sprühbeschichtung auf eine Weise schrumpfen, dass der Vorstehbetrag gleich oder geringer wie die Dicke einer Wärmesperrschichtbeschichtung ist, in die Kühllöcher eingeführt werden, einem Strahlblasprozess, bei dem die Oberfläche der Komponente strahlgeblasen und aufgerauht wird, und einem Wärmesperrschichtbeschichtung-Ausbil dungsprozess, bei dem eine Wärmesperrschichtbeschichtung durch Sprühbeschichten über bzw. auf der Oberfläche der aufgerauhten Komponente ausgebildet wird, sowie einem Abfasungsprozess, bei dem die Wärmesperrschichtbeschichtung um die Kühllöcher abgefast wird.
Da auf diese Weise die Abdeckung vor dem Strahlblasprozess durchgeführt wird, beeinträchtigt die Strahlblasbehandlung die aufgerauhte Oberfläche nicht, sondern bildet eine zufriedenstellende Wärmesperrschichtbeschichtung. Außerdem schrumpft ein Abdeckzapfen um etwa 10 Prozent infolge der Hitze während der Wärmesperrschichtbeschichtungsvorgänge, sinkt etwas unter die obere Oberfläche der Wärmesperrschichtbeschichtung ab, wodurch ein Retuschieren und ein Abfasen um die Löcher herum einfacher wird. Ferner verhindert ein Einsetzen von Abdeckzapfen, dass die Wärmesperrschichtbeschichtung die Kühllöcher zusetzt.
Außerdem werden bei einem Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren gemäß der Erfindung die Kühllöcher nicht durchgebohrt oder aber durchgebohrt, die Komponente ist ein Brennkammer-Übergangsteil einer Gasturbine, und die Kühllöcher werden an der Innenumfangsfläche einer das Brennkammer-Übergangsteil bildenden Wand eingebracht. Infolgedessen kann die Wärmesperrschichtbeschichtung über bzw. auf der gesamten Oberfläche der Innenumfangsfläche eines Brennkammer-Übergangsteils zufriedenstellend ausgebildet werden, ohne die Kühllöcher, die durchgebohrt oder nicht durchgebohrt sind, zuzusetzen.
Bei dem Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren gemäß der Erfindung ist der Abdeckzapfen aus einem Material zusammengesetzt, das Elastizität für einen erhöhten Strahlblaswiderstand, Wärmebeständigkeit, um durch Sprühbeschichten verursachter Hitze zu widerstehen, einfache Abstreifeigenschaften, um aus den Kühllöchern nach Ausbildung der Wärmesperrschichtbeschichtung entnommen zu werden, hohe Haftfähigkeit und Feuchtigkeit, welche verhindert, dass sich Wärmesperrschichtbeschichtungsmaterial ansammelt, aufweist. Der Abdeckzapfen besteht aus einem elastischen Körper aus Silikongummi oder einem getrockneten und ausgehärteten elastischen Körper von flüssigem Silikongummi, der in die Kühllöcher eingespritzt wird, oder er ist durch Ausstanzen aus Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi mit einem Formwerkzeug zusammengesetzt. Daher kann eine zufriedenstellende Wärmesperrschichtbeschichtung ohne Verbrennen und Ansengen, Herausschlüpfen oder Festsitzen des Abdeckzapfens gebildet werden.
Der Abdeckzapfen gemäß der Erfindung besteht aus einem Material mit Elastizität für einen erhöhten Strahlblaswiderstand, Wärmebeständigkeit, um durch Sprühbeschichten verursachter Hitze zu widerstehen, einfacher Ablösbarkeit, um aus den Kühllöchern nach Ausbildung der Wärmesperrschichtbeschichtung entnommen zu werden, sowie hoher Haftfähigkeit und Feuchtigkeit, welche verhindert, dass sich Wärmesperrschichtbeschichtungsmaterial ansammelt. Der Abdeckzapfen wird durch Trocknen und Aushärten eines elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi gebildet, der in die Kühllöcher eingespritzt wird, oder durch Ausstanzen aus Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi mit einem Formwerkzeug. Infolgedessen wird eine zufriedenstellende Wärmesperrschichtbeschichtung gebildet, ohne dass die Abdeckzapfen verbrannt und angesengt werden, herausschlüpfen oder festsitzen. Der Außendurchmesser des Abdeckzapfens ist um 10% größer als der des Kühllochs, was die Spannung erhöht und den Strahlblaswiderstand verstärkt.
Da bei dem Brennkammer-Übergangsteil gemäß der Erfindung eine an der Innenumfangsfläche ausgebildete Wärmesperrschichtbeschichtung mittels des oben erwähnten Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahrens ausgebildet ist, kommt es zu keiner Rissbildung infolge der Erhöhung der Metalltemperatur oder zu Beschädigungen, sondern die Performance des Erzeugnisses wird verbessert.

Claims

Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren, mit dem eine Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten auf einer Oberfläche (20in) einer Komponente, in die Kühllöcher (22) eingebracht sind, ausgebildet wird, mit: einem Abdeckprozess, bei dem Abdeckzapfen (MP), die nicht über die Oberfläche (20in) der Komponente hinausstehen, in die Kühllöcher (22) eingebracht werden, und einem Wärmesperrschicht-Beschichtungsprozess, bei dem eine Wärmesperrschichtbeschichtung (42) durch Sprühbeschichten auf der Oberfläche (20in) der Komponente ausgebildet wird.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren, mit dem eine Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten auf einer Oberfläche (20in) einer Komponente, in die Kühllöcher (22) eingebracht sind, ausgebildet wird, mit: einem Abdeckprozess, bei dem Abdeckzapfen (MP), die über die Oberfläche (20in) der Komponente um einen Betrag hinausstehen, der gleich der Dicke der Wärmesperrschichtbeschichtung ist, in die Kühllöcher (22) eingebracht werden, und einem Wärmesperrschicht-Beschichtungsprozess, bei dem eine Wärmesperrschicht (42) durch Sprühbeschichten auf der Oberfläche (20in) der Komponente ausgebildet wird.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren, mit dem eine Wärmesperrschicht durch Sprühbeschichten auf einer Oberfläche (20in) einer Komponente, in die Kühllöcher (22) eingebracht sind, ausgebildet wird, mit: einem Abdeckprozess, bei dem über die Oberfläche (20in) der Komponente vorstehende Abdeckzapfen (MP) in die Kühllöcher (22) eingebracht werden, wobei der Vorstehbetrag gleich oder geringer als die Dicke der Wärmesperrschicht gewählt ist, nachdem die Abdeckzapfen (MP) infolge von Hitze bei einer Sprühbeschichtung geschrumpft sind, und einem Wärmesperrschicht-Beschichtungsprozess, bei dem eine Wärmesperrschicht (42) durch Sprühbeschichten auf der Oberfläche (20in) der Komponente ausgebildet wird.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, mit: einem Strahlblasbehandlungsprozess zwischen dem Abdeckprozess und dem Beschichtungsprozess, bei dem die Oberfläche (20in) der Komponente strahlgeblasen und aufgerauht wird, wobei bei dem Wärmesperrschicht-Beschichtungsprozess die Wärmesperrschichtbeschichtung (42) durch Sprühbeschichten auf der aufgerauhten Oberfläche (20in) der Komponente ausgebildet wird.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kühllöcher (22) nicht durchgebohrt oder durchgebohrt sind.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Komponente ein Brennkammer-Übergangsteil einer Gasturbine ist und die Kühllöcher (22) in die Innenumfangsfläche einer das Brennkammer-Übergangsteil bildenden Wand eingebracht sind.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abdeckzapfen (MP) aus einem Material mit Elastizität bestehen, um einen hohen Strahlblaswiderstand aufzuweisen, Wärmebeständigkeit, um durch das Sprühbeschichten verursachter Hitze zu widerstehen, einfache Abstreifbarkeit, um vollkommen aus dem Kühlloch nach Ausbildung der Wärmesperrschichtbeschichtung entnommen zu werden, eine hohe Haftfähigkeit und Feuchtigkeit, und um ein Ansammeln von Wärmesperrschichtmaterial (42) zu verhindern.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Abdeckzapfen (MP) aus einem elastischen Körper aus Silikongummi bestehen.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abdeckzapfen (MP) durch Trocknen und Aushärten eines elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi (32), der in die Kühllöcher (22) eingespritzt wird, gebildet werden.
Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abdeckzapfen (MP) durch Ausstanzen aus Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi oder durch Formen mit einer Metallform hergestellt sind.
Abdeckzapfen, der für eines der in einem der Ansprüche 1 bis 3 beschriebenen Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren verwendbar ist, wobei der Abdeckzapfen (MP) aus einem Material besteht, das Elastizität, um einen hohen Strahlblaswiderstand aufzuweisen, Wärmebeständigkeit, um durch das Sprühbeschichten verursachter Hitze zu widerstehen, einfache Ablösbarkeit, um vollkommen aus einem Kühlloch (22) nach Ausbildung einer Wärmesperrschichtbeschichtung entnommen zu werden, sowie hohe Haftfähigkeit und Feuchtigkeit, um ein Ansammeln von Wärmesperrschichtmaterial zu verhindern, aufweist.
Abdeckzapfen, der für eines der in einem der Ansprüche 1 bis 3 beschriebenen Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren verwendbar ist, wobei der Abdeckzapfen durch Trocknen und Aushärten eines elastischen Körpers aus flüssigem Silikongummi gebildet ist, der in ein Kühlloch (22) eingespritzt wird.
Abdeckzapfen, der für eines der in einem der Ansprüche 1 bis 3 beschriebenen Wärmesperrschicht-Beschichtungsverfahren verwendbar ist, wobei der Abdeckzapfen (MP) durch Ausstanzen aus Lagen eines elastischen Körpers aus Silikongummi oder durch Formen mit einer Metallform gebildet ist.
Abdeckzapfen gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Außendurchmesser des Abdeckzapfens (MP) etwa 10 Prozent größer ist als der Durchmesser des Kühllochs (22).
Verwendung der Beschichtungsverfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 für die Ausbildung einer Wärmesperrschichtbeschichtung auf einem Brennkammer-Übergangsteil.