KR20070120187A - 막 냉각공을 갖는 부품 - Google Patents

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Abstract

통상적으로 막 냉각공을 갖는 코팅된 부품은 층을 통해 기판 내부로 연장되는 확산기를 포함하는 것으로 공지되어 있다. 본 발명에 따르면, 이 부품은 전체 확산기(13)가 대부분 층(7, 10) 내에 배치되도록 구성된다.

Description

막 냉각공을 갖는 부품{COMPONENT WITH FILM COOLING HOLES}
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 막 냉각공을 갖는 부품에 관한 것이다.
고온에서 적용하기 위한 부품은 산화, 부식 및 고온에 대해 추가로 보호되는 초합금으로 이루어진다. 이를 위해, 부품의 기판은 예를 들면 외부 세라믹 단열층이 또한 도포되는 방식층(corrosion protection layer)을 포함한다. 추가의 냉각을 위하여 기판 및 층에는 관통공이 형성되며, 이 관통공을 통하여 냉각제가 외면상에서 유동하여 막 냉각에 기여한다. 막 냉각공은 외면 부근에서 확장되어 이른바 확산기를 형성한다. 최근 막 냉각공을 갖는 부품을 생산할 때 문제점이 발생하는데, 이는 확산기가 층을 통과하고 대부분이 기판 내에 있도록 제조되어야 하기 때문이다. 부품을 개조(refurbishing)하는 동안의 문제점은 관통공이 이미 존재하고 기판이 재코팅될 필요가 있으며 관통공 내의 확산기 영역으로부터 코팅 재료가 계속해서 제거되어야 하는 점이다.
US-A 4,743,462는 플러그가 핀으로 이루어지고 막 냉각공 내부로 구형 헤드가 삽입되는 막 냉각공 폐쇄 방법을 개시한다. 이에 따라 코팅 내부에 벨 형상 만입부가 제조된다. 그러나 이러한 만입부는 확산기로서 기능하지 않는데, 그 이유 는 대칭으로 설계되기 때문이다. 또한, 헤드의 기능성은 코팅중에 증발하는 헤드의 재료에 있다. 따라서, 다수의 막 냉각공에 대한 정확하고 재현 가능한 만입부를 생산할 수 없다. 막 냉각공의 유사한 대칭 확장이 US 6,573,474의 도 3에 개시되어 있다.
EP 1 350 860 A1은 막 냉각공을 마스킹하는 방법을 개시한다. 마스킹 수단의 재료는 후속 코팅중에 마스킹 수단의 재료에 코팅 재료가 증착되지 않도록 선택된다. 이 경우, 층 내부의 만입부의 정확하고 재현 가능한 형상이 생산되지 못할 수 있다. 또한, 이 출원에서는 확산기가 설명되지 않는다.
EP 1 091 090 A2는 층 내에 홈이 제조되며 홈이 복수의 막 냉각공을 따라 연장되는 막 냉각공을 개시한다. 이 출원에서 막 냉각공과 홈은 모두 확산기 영역을 갖지 않는다.
US-A 5,941,686은 기판이 처리되는 층 시스템을 개시한다. 이 출원에는 확산기 영역이 개시되어 있지 않다.
EP 1 076 107 A1은 막 냉각공 내에 막 냉각공으로부터 돌출하는 플러그가 각각 생산되는 막 냉각공 형성 방법을 개시한다. 이를 위해, 제 1 단계에서 막 냉각공을 통해 공기가 송풍되고, 코팅이 도포되며, 그 뒤 제조될 플러그용 전구체가 막 냉각공 및 코팅 내부로 도입된다. 임시 층 내부에 배치되는 플러그의 이러한 부분은 막 냉각공을 통해 매체가 얼마나 강하게 송풍되는지 및 임시 층의 코팅이 얼마나 잘 이루어지는지에 의해 그 형상이 결정된다. 따라서 막 냉각공으로부터 돌출하는 플러그의 이러한 부분의 형상은 재현가능하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 문제점을 극복하는 것이다.
본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항의 부품에 의해 달성된다.
유리한 방식으로 임의로 서로 결합될 수 있는 다른 유리한 수단이 종속 청구항에 기재된다.
도 1 내지 도 6은 막 냉각공을 갖는 본 발명에 따른 부품의 예시적인 실시예의 도면이고,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 막 냉각공의 평면도이며,
도 9 내지 도 13은 막 냉각공의 구성을 나타내는 도면이며,
도 14는 종래기술의 단점을 도시한 도면이며,
도 15는 터빈 블레이드의 도면이며,
도 16은 연소 챔버의 도면이며,
도 17은 가스 터빈의 도면이다.
도 1은 기판(4) 및 단일 외부 층(7)으로 이루어지는 부품(1, 120, 130, 138, 155)을 도시한다. 특히 터빈용 부품(120, 130, 138, 155)에 대하여 기판(4)은 철, 니켈 및 코발트 중 하나 이상을 기초로 초합금된다. 바람직하게 외부 층(7)은 MCrAlX 합금을 기초로 한 부식층 및 산화층 중 하나 이상이다(도 15). 그러나 외부 층은 세라믹일 수도 있다.
기판(4) 및 층(7)은 하나 이상의 막 냉각공(28)을 포함하고, 막 냉각공(28)은 작동적인 사용 조건하에서 고온이 아닌 측면(22)에 확산기(13)를 포함하며, 확산기(13)는 냉각조(31)에 인접하는 막 냉각공(28)의 하부(24)의 예를 들면 원통형, 사각형 또는 일반적으로 말해서 대칭적인 윤곽(49)과 다르며 단면적이 증가한다.
따라서 막 냉각공(28)은 하부(24) 및 외부 확산기(13)로 이루어진다. 확산기(13)는 출구 개구(58)를 가지며, 출구 개구(58)를 넘쳐서 과유동 방향(37)으로 고온 가스가 유동한다. 확산기(13)는 외면(25) 및 부속물(14)에 관하여 윤곽(49)의 가상 연장부(12)로부터 형성되며(도 2), 부속물(14)은 연장부(12)의 하나 이상의 측면에 접한다. 도 1의 단면도에서, 바람직하게 부속물(14)은 쐐기형상을 갖는다. 따라서, 외면의 평면에서 확산기(13)는 회전 대칭이 아니며, 비대칭 형상의 무게중심은 윤곽(49)의 대칭 형상의 무게중심으로부터 과유동 방향(37)으로 변위된다. 외면(25)에 대한 법선(27)을 따라, 법선(27)에 수직인 막 냉각공(28)의 단면적은 더 커진다. 즉, 확산기(13)는 완전히 또는 바람직하게는 부분적으로 깔때기 형상으로 설계된다.
본 발명에 따르면, 확산기(13)는 대부분이 단일 층(7) 내부에 배치된다. 즉, 확산기(13)가 외면(25)에 수직이거나 과유동 방향(37)에 수직인 부품(1)의 법선(27)을 따라 전체 깊이(19)를 갖는 깊이 내부로 연장되면, 확산기(13)의 기판 길이(16)가 존재하는데, 기판 길이(16)는 기판(4) 내에 있는 확산기(13)의 부분을 구성한다. 기판 길이(16)는 전체 길이(19)보다 상당히 작도록 설계된다. 전체 코팅 두께(26)(여기서는 층(7)의 전체 두께)는 확산기(13)의 전체 길이(19)의 나머지 부 분을 형성한다. 코팅 두께(26)는 전체 길이(19)의 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상 또는 70% 이상, 특히 80% 이상 또는 90% 이상이다.
대안으로서, 확산기(13)는 전체적으로 단일 층(7) 내에 배치될 수 있다(도 3, 층 두께(26) = 전체 길이(19))
도 4에서는 기판(4) 상에 2개의 층이 존재한다. 또한, 도 4에는 부식 및 산화 보호 층(7)이 존재하며, 부식 및 산화 보호 층(7) 상에는 외부 세라믹 단열층(10)이 도포된다. 도 1에서와 같이, 확산기(13)의 길이(16, 19)가 존재하며, 또한, 층 두께(26)는 전체 길이(19)의 50% 이상, 60% 이상, 또는 특히 70% 이상, 특히 80% 이상 또는 90% 이상을 구성한다. 마찬가지로 확산기(13)는 전체적으로 2개의 층(7, 10) 내부에 배치될 수 있다(도 5). 따라서, 도 4 및 도 5에 따른 2개의 층에 대해서와 같이, 전자의 내용이 3개 이상의 층에 대해서도 적용된다.
확산기(13)가 대부분 또는 전체적으로 층(7, 10) 내에 배치되는 점은 예를 들면 하부(24) 위의 재료의 제거 또는 레이저 부식에 대해 부품(1)을 개조하는 것에 대한 이점을 제공하고, 이러한 재료는, 특히, 레이저 또는 다른 코팅 장치가 단지 층(7, 10)의 재료에 대해서 조정될 필요가 있으며, 다른 재료, 즉, 기판(4)의 재료의 처리는 고려될 필요가 없는 부품(1)의 재코팅 후에 출구 개구(58)를 덮는다.
도 6은 막 냉각공(28)을 갖는 부품(1)을 통과하는 단면도를 도시한다. 기판(4)은 외면(43)을 포함하며, 외면상에는 하나 이상의 층(7, 10)이 도포된다. 확산기(13)는 예를 들면 층(7, 10) 내에 (도 1, 3, 4, 5에 따르면) 대부분이 배치되 지만, 전체적으로 기판(4) 내에 존재하거나 대부분이 기판(4) 내에 존재할 수 있다.
막 냉각공(28)의 하부(24)는 예를 들면 종단면에 대칭선(46)을 포함한다. 또한, 대칭선(46)은 예를 들면 막 냉각공(28)을 통해 유동하는 냉각제의 유출 방향(46)을 구성한다. 막 냉각공(28)의 내측면 상에서 대칭선(46)에 평행하게 연장되거나 막 냉각공(28)의 하부(24)의 내측면 상에 대칭선(46)의 돌출부를 나타내는 윤곽선(47)은 외면(43)과 특히 30°± 10%의 예각(α1)을 형성한다. 따라서 막 냉각공(28)은 과유동 방향(37)으로 기울어진다. 에지 길이(a28)(도 8) 또는 막 냉각공(28)의 직경(φ28)은 예를 들면 로터 블레이드에 대해 약 0.62mm 또는 0.7mm이고 가이드 베인에 대해 약 0.71mm 또는 0.8mm이다.
바람직하게 하부(24)의 윤곽(49)을 따라 유출 방향(46)에 평행하게 연장되는 윤곽선(47)은, 확산기(13)의 부속물(14)의 내면(50) 상에서 연장되고 확산기(13)의 부속물(14)의 내면(50) 상에 과유동 방향(37)의 돌출부를 나타내는 확산기 라인(48)과 예각(α2)을 형성한다. 예각(α2)은 특히 10°± 10%이다. 하부(24)는 대칭선(46)을 따라서 특히 n-회전 대칭(정사각형, 직사각형, 원형, 타원형...)을 포함하는 일정한 횡단면을 갖는다.
확산기(13)는 확장되는, 즉, 단면이 깔때기 형상으로 설계되는 막 냉각공(28)의 단면적에 의해 만들어진다. 윤곽(49)에 대한 부속물(14)은 반드시 막 냉각공(28)의 출구 개구(58) 둘레에 전체적으로 연장되지 않고, 단지 부분적으로만, 특히 출구 개구(58)의 원주의 절반 이하에 걸쳐서 연장된다. 바람직하게 확산기(13)는 - 고온 가스(22)의 과유동 방향(37)으로 도시된 바와 같이 - 출구 개구(58)의 후방 영역에만 배치된다(도 7). 확산기(13) 또는 부속물(14)의 측면선(38)은 예를 들면 평면도에서 과유동 방향(37)과 평행하게 연장된다(도 7).
하나 이상의 층(7, 10)의 전체 층 두께는 약 400㎛ 내지 700㎛, 특히 600㎛이다.
도 8은 막 냉각공(28)의 다른 구성 및 층 시스템 또는 부품(1)의 외면의 평면에 있는 확산기(13)의 평면도를 도시한다. 부속물(14)은 예를 들면 외면(25)의 평면에서 사다리꼴 형상을 갖는다. 외면(25)의 평면에서, 확산기(13)의 부속물(14)은 과유동 방향(37)으로 바람직하게는 약 3mm의 종방향 길이(l1)를 갖는다. 바람직하게 표면의, 즉, 과유동 방향(37)에 수직하게 측정되는 확산기(13)의 최대 폭, 즉, 최대 횡방향 길이(l2)는 로터 블레이드에 대해 2 ± 0.2mm의 크기를 갖고 가이드 베인에 대해 4 ± 0.2mm의 크기를 가지며, 최대한 8mm이다. 도 8의 예시적 실시예에서, 확산기(13)의 확장은 확장 전방 에지(62) 상에서, 즉 부속물(14)에서 시작되며 과유동 방향(37)으로 확장된다. 과유동 방향(37)은 외면(25)의 평면에서 부속물(14)의 측면 한계선(38)과 특히 10°± 10%인 예각(α3)을 형성한다.
바람직하게 확산기(13)는 하부(24)의 윤곽(49)으로부터 출발하여 확장되며, 하부(24)는 예를 들면 이 경우 특히 10°± 10%인 각도(α3)만큼 과유동 방향(37)과 횡방향으로 상호 수직인 2개의 축선들에 대해 대칭이며, 이때 확장은 이미 막 냉각공(28)의 전연(61)(과유동 방향(37)에서 볼 때)에서 시작되고 후연(64)까지 연장된다. 따라서, 확산기(13)는 외면(25)의 평면에서 사다리꼴 단면을 갖는다(도 9).
확산기(13)는 예를 들면, 전자 충격 또는 레이저 조사와 같은 재료 부식 방법으로 제조된다. 이 방법에 따라서만 복수의 냉각공이 정확하게 제조되고 재현될 수 있다.
도 10, 도 11, 도 12 및 도 13은 막 냉각공(28)의 다양한 윤곽을 도시한다. 막 냉각공(28)의 하부(24)는 여기서는 단지 예로서만 입방형으로 설계되었지만, 원형 또는 타원형 단면 형상을 가질 수도 있다.
도 10에서 확산기(13)는 예를 들면 과유동 방향(37)으로만 늘어나서 출구 개구(58)의 단면이 하부(24)의 단면보다 더 크다. 따라서, 막 냉각공(28)은 도 2, 도 6, 또는 도 7에 따른 막 냉각공과 대응한다.
도 10을 기초로, 도 11은 과유동 방향(37)에 횡방향으로 과유동 방향(37)에서 확장되는, 즉, 도 8과 대응하는 막 냉각공(28)을 나타낸다.
도 12에서 확산기(13)는 예를 들면 과유동 방향(37)에 횡방향으로만 늘어나며, 이때, 또한 출구 개구(58)의 단면이 하부(24)의 단면보다 더 크다. 막 냉각공(28)은 예를 들면 입방형 하부(24)로 이루어지며, 입방형 하부(24)는 평행한 사다리꼴 측면을 갖는 형상의 확산기(13)와 인접된다.
도 13에서 확산기(13)는 단지 과유동 방향(37)으로 및 과유동 방향(37)에 횡방향인 양쪽 방향으로 모두 확장된다.
도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10, 도 11 및 도 13은 각각 과유동 방향(37)으로 볼 때, 확산기(13)가 대부분 출구 개구(58) 뒤에 배치되는 것을 도시한다. 이는 확산기(13)가 과유동 방향(37)에서 볼 때 비대칭 확장으로 형성됨을 의미한다. 외면(25)의 레벨에서 막 냉각공(28)의 하부(24)의 단면의 균일한 확장은 바람직하지 않다.
확산기가 형성되도록 부속물(14)이 과유동 방향(37)으로 단면의 확장을 나타내는 것이 그에 따라 설명되며 도 6에서 명백히 볼 수 있다. 또한, 이러한 내용은 도 7에 따른 도 3의 평면도에 의해 도시된다. 도 8에서, 막 냉각공의 단면의 개구의 확장은 과유동 방향(37)에서 선(62)으로부터 시작된다. 도 9에서, 확산기(13)의 확장은 과유동 방향(37)에서 볼 때 전연(61)에서 이미 시작된다. 과유동 방향(37)에 대한 외면(25)의 레벨에서, 즉 전연(61) 앞에서 막 냉각공(28)의 단면의 확장은 나타나지 않거나 과유동 방향(37)에서의 단면의 확장에 비해 작은 정도로만 나타난다.
도 15는 종방향 축선(121)을 따라 연장되는 터보기계의 로터 블레이드(120) 또는 가이드 베인(130)의 사시도를 도시한다.
터보 기계는 항공기 또는 전기 발생용 발전소의 가스 터빈, 증기 터빈 또는 압축기일 수 있다.
연속적으로 종방향 축선(121)을 따라서, 블레이드(120, 130)는 고정 영역(400), 고정 영역 및 블레이드 표면(406)에 인접하는 블레이드 플랫폼(403)을 포함한다.
가이드 베인(130)으로서, 베인(130)은 자신의 베인 팁(145)에 추가의 플랫폼(미도시)을 구비할 수 있다.
로터 블레이드(120, 130)를 샤프트 또는 디스크(미도시) 상에 고정시키는데 사용되는 블레이드 루트(183)는 고정 영역(400) 내에 형성된다. 블레이드 루트(183)는 예를 들면 망치형 헤드(hammerhead)로 형성된다. 전나무 또는 도브테일형 루트와 같은 다른 구성이 가능하다. 블레이드(120, 130)는 블레이드 표면(406)을 지나 유동하는 매체를 위한 전연(409) 및 후연(412)을 포함한다.
통상적인 블레이드(120, 130)에서, 예를 들면 고체 금속 재료, 특히 초합금이 블레이드(120, 130)의 모든 영역(400, 403, 406)에 사용된다. 이러한 초합금은 예를 들면 EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 또는 WO 00/44949로부터 공지되어 있으며; 이들 문서는 합금의 화학 조성에 관한 본 명세서의 일부이다. 이 경우, 블레이드(120, 130)는 주조 방법, 방향성 응고, 단조 방법, 기계가공 방법 또는 이들의 조합에 의해 제조될 수 있다.
단결정 구조 또는 복수의 단결정 구조를 갖는 작업편이 작업중에 높은 기계적, 열적, 및 화학적 하중들 중 하나 이상에 노출되는 기계의 부품으로서 사용된다. 이러한 단결정 작업편은 예를 들면 금속으로부터의 방향성 응고에 의해 제조된다. 이는 단결정 구조물, 즉 단결정 작업편 또는 방향성으로 작업편을 형성하도록 액체 금속 합금이 응고되는 주조 방법이다. 이 경우 열 유속(heat flux)을 따라 수지상 결정이 정렬되고, 수지상 결정은 로드형 결정질 입자 구조(원주형, 즉, 작업편의 전체 길이에 걸쳐서 연장되며, 이 경우, 일반적인 용어 사용에 따라 방향 성 응고로 지칭되는 입자) 또는 단결정 구조를 형성한다. 즉, 전체 작업편이 단일 결정체로 이루어진다. 이 방법에서 글로불리틱 (다결정) 응고(globulitic (polycrystalline) solidification)로의 전이가 방지될 필요가 있는데, 이는 필연적으로 비방향성 성장이 방향성으로 응고되거나 단결정성인 성분의 우수한 특성을 없애는 종방향 및 횡방향 입계를 형성할 것이기 때문이다. 일반적으로 방향성 응고된 구조물이 언급될 때, 이는 입계가 없거나 최대한 작은 각도의 입계를 갖는 단일 결정체, 및 종방향으로 연장되는 입계를 갖지만 횡방향 입계를 전혀 갖지 않는 로드형 결정체 구조물을 모두 의미할 것이다. 또한, 이들 결정체 구조물은 방향성 응고 구조물로 지칭된다. 이러한 방법은 US-A 6,024,792 및 EP 0 892 090 A1으로부터 공지되어 있으며; 이들 문서는 본 명세서의 일부이다.
또한, 블레이드(120, 130)는 예를 들면 MCrAlX(M은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni)로부터의 하나 이상의 원소, X는 활성 원소이며 이트륨(Y) 및/또는 실리콘 및/또는 예를 들면 하프늄(Hf)과 같은 하나 이상의 희토류 원소를 나타냄)과 같이 부식 또는 산화에 대한 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 합금은 예를 들면 EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1, 또는 EP 1 306 454 A1으로부터 공지되어 있으며, 이들은 합금의 화학 조성에 대한 본 명세서의 일부가 될 것이다.
MCrAlX 상에는 예를 들면 ZrO2, Y2O3-ZrO2로 이루어진 단열층이 존재할 수 있다. 즉, MCrAlX는 안정화되지 않거나, 산화 이트륨 및/또는 산화 칼슘 및/또는 산화 마그네슘에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 안정화된다.
로드형 입자는 예를 들면 전자 빔 증착(EB-PVD)과 같이 적합한 코팅 방법에 의해 절연층에 발생된다.
개조는 부품(120, 130)이 (예를 들면 샌드 블라스팅(snadblasting)과 같은) 사용후에 이들 부품으로부터 제거되는 보호층을 가질 필요가 있을 수 있음을 의미한다. 그 후, 부식층 및 산화층 중 하나 이상 또는 부산물이 제거된다. 또한, 선택적으로 부품(120, 130) 내의 크랙이 복구될 것이다. 그 후, 부품(120, 130)은 재코팅되며, 부품(120, 130)이 다시 사용된다.
블레이드(120, 130)는 중공형 또는 중실형으로 설계될 수 있다. 블레이드(120, 130)는 냉각되어야 하는 경우 중공형일 것이며, 또한 선택적으로 (점선으로 표현된) 막 냉각공(418)을 포함할 것이다.
도 16은 가스 터빈(100)의 연소 챔버(110)를 도시한다. 연소 챔버(110)는 예를 들면 이른바 고리형 연소 챔버로 설계되며, 고리형 연소 챔버 내에는 회전 축선(102)을 중심으로 원주 방향으로 복수의 버너(107)가 배치되고, 버너(107)는 불꽃(156)을 발생시키며 공통 연소 챔버 공간(154) 내부로 개방되어 있다. 이를 위해, 연소 챔버(110)는 전체로서 회전 축선(102)을 중심으로 위치되는 환경 구조물로서 설계된다.
상대적으로 높은 효율을 얻기 위해, 연소 챔버(110)는 작동 매체(M)의 비교적 높은 온도, 즉, 약 1000° 내지 1600°에 맞도록 설계된다. 재료에 불리한 이들 작업 파라미터 하에서도 상대적으로 긴 작업 시간이 가능하도록, 연소 챔버 벽(153)은 작동 매체(M)를 향하는 측면 상에 열차폐 요소(155)에 의해 형성된 내부 라이닝을 구비한다. 합금으로 제조된 각각의 열차폐 요소(155)는 작동 매체 측면상에 특히 부분적으로 내열 보호층(MCrAlX 층 및 세라믹 코팅 중 하나 이상)을 구비하거나 내화 재료(고체 세라믹 블록)로 제조된다. 이들 보호층은 터빈 블레이드와 유사할 수 있다. 즉, 예를 들면 MCrAlX은: M이 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni)로부터의 하나 이상의 원소, X가 활성 원소이며 이트륨(Y) 및/또는 실리콘 및/또는 예를 들면 하프늄(Hf)과 같은 하나 이상의 희토류 원소를 나타냄을 의미한다. 이러한 합금은 예를 들면 EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1, 또는 EP 1 306 454 A1으로부터 공지되어 있으며, 이들은 합금의 화학 조성에 대한 본 명세서의 일부가 될 것이다.
MCrAlX 상에는 예를 들면 ZrO2, Y2O3-ZrO2로 이루어진 세라믹 단열층이 존재할 수 있다. 즉, MCrAlX는 안정화되지 않거나, 산화 이트륨 및/또는 산화 칼슘 및/또는 산화 마그네슘에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 안정화된다. 로드형 입자는 예를 들면 전자빔 증착(EB-PVD)과 같이 적합한 코팅 방법에 의해 단열층에서 발생된다.
개조는 열차폐 요소(155)가 (예를 들면 샌드 블라스팅과 같은) 사용후에 이들 부품으로부터 제거되는 보호층을 가질 필요가 있을 수 있음을 의미한다. 그 후, 부식층 및 산화층 중 하나 이상 또는 부산물이 제거된다. 또한, 선택적으로 열차폐 요소(155) 내의 크랙이 복구될 것이다. 그 후, 열차폐 요소(155)가 재코팅되고, 열차폐 요소(155)가 다시 사용된다.
연소 챔버(110) 내부의 고온으로 인하여, 열차폐 요소(155) 또는 열차폐 요소의 유지 요소에 대해 냉각 시스템이 또한 제공된다. 이때 열차폐 요소(155)는 예를 들면 중공형이며, 또한 선택적으로 연소 챔버 공간(154) 내부로 개방된 냉각공(미도시)을 포함한다.
도 17은 예로서 종방향 부분 단면도로 가스 터빈(100)을 도시한다. 가스 터빈(100)은 내부에 로터(103) 또는 터빈 로터를 포함하며, 로터 또는 터빈 로터는 회전 축선(102)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되며 샤프트(101)를 갖는다. 연속적으로 로터(103)를 따라서 흡기 매니폴드(104), 압축기(105), 동축으로 배치되는 복수의 연소기(107)를 갖는 예를 들면 토로이드형 연소 챔버(110)와 같은, 특히 링형 연소 챔버, 터빈(108) 및 배기 매니폴드(109)가 배치된다. 링형 연소 챔버(110)는 예를 들면 환형 고온 가스 채널(111)과 연통한다. 이때, 예를 들면 4개의 연속적으로 연결된 터빈 스테이지(112)가 터빈(108)을 형성한다. 각각의 터빈 스테이지(112)는 예를 들면 2개의 블레이드 링에 의해 형성된다. 작동 매체(113)의 유동방향에서 볼 때, 로터 블레이드(120)에 의해 형성된 열(125)은 가이드 베인 열(115)의 고온 가스 채널(111)을 따라간다.
가이드 베인(130)은, 열(125)로 된 로터 블레이드(120)가 예를 들면 터빈 디스크(133)에 의해 로터(103) 상에 조립되는 동안 스테이터(143) 상에 고정된다. 로터(103)에 연결되는 발전기 또는 작동 엔진(미도시)이 제공된다.
가스 터빈(100)의 작동중에, 공기(135)는 압축기(105)에 의해 흡기 매니폴드(104)를 통과하여 압축된다. 압축기(105)의 터빈측 단부에 제공되는 압축 공기 는 연소기(107)로 전달되어 그곳에서 연료와 혼합된다. 그 후, 혼합물은 연소되어 연소 챔버(110) 내에 작동 매체(113)를 형성한다. 거기서 작동 매체(113)는 가이드 베인(130) 및 로터 블레이드(120)를 지나 고온 가스 채널(111)을 따라 흐른다. 로터 블레이드(120)에서 작동 매체(113)는 로터 블레이드(120)가 로터(103) 및 로터에 연결된 작동 엔진을 구동시키도록 모멘트를 가함으로써 확장된다.
가스 터빈(100)의 작동중에, 고온 작동 매체(113)에 노출된 부품은 열 하중을 받는다. 링형 연소 챔버(110)의 윤곽을 그리는 열 차폐 요소와 별도로, 제 1 터빈 스테이지(112)의 가이드 베인(130) 및 로터 블레이드(120)는 작동 매체(113)의 유동방향에서 볼 때 가장 크게 열 하중을 받는다. 이때 가해지는 온도를 견디기 위해, 가이드 베인(130) 및 로터 블레이드(120)는 냉각제에 의해 냉각될 수 있다. 마찬가지로 기판은 방향성 구조를 포함할 수 있거나, 즉, 단결정성(SX 구조)일 수 있거나 종방향으로만 지향되는 입자(DS)를 포함할 수 있다. 철-, 니켈-, 또는 코발트 계열 초합금이 예를 들면 부품, 특히 터빈 블레이드 및 베인(120, 130) 및 연소 챔버(110)의 부품용 재료로 사용된다. 이러한 초합금은 예를 들면 EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 또는 WO 00/44949로부터 공지되어 있으며; 이들은 합금의 화학 조성에 대한 본 명세서의 일부가 될 것이다.
마찬가지로 블레이드 및 베인(120, 130)은 부식에 대한 코팅(MCrAlX; M은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni)로부터의 하나 이상의 원소, X는 활성 원소이며 이트륨(Y) 및/또는 실리콘 및/또는 하나 이상의 희토류 원소 또는 하프늄을 나타냄)을 포함할 수 있다. 이러한 합금은 예를 들면 EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1, 또는 EP 1 306 454 A1으로부터 공지되어 있으며, 이들은 합금의 화학 조성에 대한 본 명세서의 일부가 될 것이다.
MCrAlX 상에는 예를 들면 ZrO2, Y2O3-ZrO2로 이루어진 세라믹 단열층이 존재할 수 있다. 즉, MCrAlX는 안정화되지 않거나, 산화 이트륨 및/또는 산화 칼슘 및/또는 산화 마그네슘에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 안정화된다.
로드형 입자는 예를 들면 전자빔 증착(EB-PVD)과 같이 적합한 코팅 방법에 의해 단열층에서 발생된다.
가이드 베인(130)은 터빈(108)의 내부 하우징(138)을 향하는 가이드 베인 루트(여기서는 미도시), 및 가이드 베인 루트에 대향하여 놓이는 가이드 베인 헤드를 포함한다. 가이드 베인 헤드는 로터(103)를 향하며, 스테이터(143)의 고정 링(140) 상에 고정된다.

Claims (15)

  1. 외부 영역에 확산기(13)를 포함하는 하나 이상의 막 냉각공(28)을 가지며, 기판(4) 및 하나 이상의 층(7, 10)으로 이루어진 부품(1)에 있어서,
    전체 상기 확산기(13)가 대부분 상기 하나 이상의 층(7, 10) 내에 배치되며,
    상기 하나 이상의 층(7, 10)의 외면(25)에 대한 법선(27)을 따라 측정될 때, 전체 코팅 두께(26)가 상기 확산기(13)의 전체 길이(19)의 60% 이상, 특히 70% 이상인 것을 특징으로 하는
    부품.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 두께(26)가 상기 확산기(13)의 전체 길이(19)의 80% 이상, 특히 90% 이상인 것을 특징으로 하는
    부품.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅 두께(26)가 상기 확산기(13)의 전체 길이(19)와 동일한 것을 특징으로 하는
    부품.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(4)이 외면(43)을 포함하고,
    상기 막 냉각공(28)이 상기 하나 이상의 층(7, 10)에서 상기 외면(43)에 대해 0°가 아닌 예각(α1), 특히 30°내지 45°의 예각으로 연장되는 것을 특징으로 하는
    부품.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항 이상에 있어서,
    상기 막 냉각공(28) 위로 과유동 방향(37)으로 고온 가스가 유동하고,
    상기 막 냉각공(28)을 통해 유출 방향(46)으로 매체가 유동하며,
    상기 막 냉각공(28)이 하부(24)를 포함하고,
    상기 확산기(13)가 상기 막 냉각공(28)의 일부로서 상기 하부(24)에 인접하며 상기 유출 방향(46)으로 상기 유출 방향(46)에 수직으로 확장되는 단면을 갖고,
    상기 확산기(13)의 단면이 특히 상기 과유동 방향(37)으로만 확장되는 것을 특징으로 하는
    부품.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항 이상에 있어서,
    상기 막 냉각공(28) 위로 과유동 방향(37)으로 고온 가스가 유동하고,
    상기 막 냉각공(28)을 통해 유출 방향(46)으로 매체가 유동하며,
    상기 막 냉각공(28)이 하부(24)를 포함하고,
    상기 확산기(13)가 상기 막 냉각공(28)의 일부로서 상기 하부(24)에 인접하며,
    상기 하부(24)의 윤곽(49)을 따르는 윤곽선(47)이 상기 유출 방향(46)과 평행하게 연장되고,
    상기 확산기(13)의 내측면 상에서 확산기 라인(48)이 연장되며, 상기 확산기 라인(48)이 상기 확산기(13)의 부속물(14)의 내측면 상에서 상기 과유동 방향(37)의 돌출부(projection)이며,
    상기 확산기 라인(48)이 상기 윤곽선(47)과 예각(α2), 특히 10°의 예각을 이루는 것을 특징으로 하는
    부품.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 한 항 이상에 있어서,
    상기 막 냉각공(28) 위로 과유동 방향(37)으로 고온 가스가 유동하고,
    상기 막 냉각공(28)이 하부(24)를 포함하며,
    상기 확산기(13)가 상기 막 냉각공(28)의 일부로서 상기 하부(24)에 인접하고,
    상기 확산기(13)가 상기 과유동 방향(37)에 대해 예각(α3)으로, 특히 상기 과유동 방향(37)에 대해 횡방향으로 10°만큼 상기 과유동 방향(37)으로 상기 층(7, 10)의 상기 외면(25)의 평면에서 확장되는 것을 특징으로 하는
    부품.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 한 항 이상에 있어서,
    상기 막 냉각공(28) 위로 과유동 방향(37)으로 고온 가스가 유동하고,
    상기 막 냉각공(28)을 통해 유출 방향(46)으로 매체가 유동하며,
    상기 막 냉각공(28)이 하부(24)를 포함하고,
    상기 확산기(13)가 상기 막 냉각공(28)의 일부로서 상기 하부(24)에 인접하며 상기 유출 방향(46)에서 상기 유출 방향(46)에 수직으로 확장되는 단면을 가지며,
    상기 외면(25)의 레벨에서 상기 과유동 방향(37)으로 볼 때, 상기 확산기(13)의 영역이 대부분 상기 막 냉각공(28) 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는
    부품.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 막 냉각공(28)의 출구 개구(58)가 상기 과유동 방향(37)으로 전연(61) 및 후연(64)을 포함하고,
    상기 확산기(13)가 상기 전연(61)으로부터 시작하는 상기 출구 개구의 평면에서 확장되어 상기 확산기(13)가 상기 외면(25)의 평면에서 사다리꼴로 형성되는 것을 특징으로 하는
    부품.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 확산기(13)가 상기 하부(24) 및 부속물(14)의 윤곽(49)의 연속체로 이루어지고,
    상기 확산기(13)의 상기 부속물(14)만이 상기 외면(25)을 향하여 확장되어 상기 부속물(14)이 상기 외면(25)에서 사다리꼴로 형성되는 것을 특징으로 하는
    부품.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 외면(25)의 평면에서 상기 확산기(13)의 부속물(14)의 측면 한계선(38) 과 상기 과유동 방향(37) 사이에 예각(α3), 특히 10°의 예각이 제공되는 것을 특징으로 하는
    부품.
  12. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 확산기(13)가 상기 외면(25)의 평면에서 상기 과유동 방향(37)으로 특히 3mm인 종방향 길이(l1)를 가지며,
    상기 종방향 길이(l1)에 수직으로 최대 폭의 횡방향 길이(l2)가 최대한으로 10mm, 특히 2 내지 4mm인 것을 특징으로 하는
    부품.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 층(10)이 중간에 놓이는 층(7) 상에 도포되는 것을 특징으로 하는
    부품.
  14. 제 12 항에 있어서,
    중간에 놓이는 층(7)이 MCrAlX 형의 합금으로 이루어지고,
    외부 층(10)이 특히 세라믹 단열층을 형성하는 것을 특징으로 하는
    부품.
  15. 제 1 항, 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 부품(1)이 증기 터빈 또는 가스 터빈(100), 특히 터빈 블레이드(120, 130), 열차폐 요소(155)의 부품인 것을 특징으로 하는
    부품.
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