KR20090107520A - 표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소 및 터빈의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

열 응력을 받는 구성 요소들은 능동적인 냉각에 의해서 또는 단열층들에 의해서 과다한 열 입력에 대하여 보호될 수 있다. 본 발명은 구성 요소(1, 120, 130)의 표면(16)에 비스듬히 연장하는 슬롯들(19)을 제공하여 상기 효과를 증가시킨다.

Description

표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소 및 터빈의 동작 방법{COMPONENT WITH DIAGONALLY EXTENDING RECESSES IN THE SURFACE AND METHOD FOR OPERATING A TURBINE}
본 발명은 표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소 및 터빈의 동작 방법에 관한 것이다.
터보 기계들(예를 들어 가스 터빈들)과 같이 사용 동안 상부에 또는 주변에 유동하는 매질을 갖는 구성 요소들은 특정한 온도들을 초과해서는 아니되고, 초과되는 열 입력에 대하여 보호되어야 하고 및/또는 냉각되어야 한다.
가스 터빈들의 경우에, 이것은 특히 다공성 디자인을 가지는 세라믹 열 차폐 코팅들을 적용하여 행해진다. 다공성 세라믹 열 차폐 코팅들의 사용에 덧붙여, 가스 터빈 날개들 또는 익들(vanes)의 경우에 막 냉각이 또한 알려져 있다.
US 6,703,137 B2에 개시된 홈들은 터빈 날개 또는 익에 대하여 수직하게 연장하고, 접합 층 상에 바깥 열 차폐 코팅을 구비한다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 향상된 단열성을 가지는 구성 요소를 제공하고 및 구성 요소들을 냉각시킬 필요가 줄어든 터빈 동작 방법을 특정하는 것이다.
상기 과제는 유동의 방향에 대하여 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소에 의해서 그리고 이러한 구성 요소들을 포함하는 터빈 동작 방법에 의해서 해결된다.
홈들은 바람직하게는 단지 한 층 내에서 연장되고 다시 말해서 바람직하게는 한 층 내에서만 제공된다.
복수의 층들이, 이 경우 바람직하게는 두 층들이, 제공된다면, 홈들은 단지 가장 바깥 층에만 제공된다. 가스 터빈들의 터빈 날개들 또는 익들의 예에서, 가장 바깥 층은 홈들이 제공되는 세라믹 층이다.
종속항들은 다른 잇점들을 얻기 위해 서로 조합될 수 있는 다른 이로운 수단을 포함한다.
도면들에서:
도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 및 도 6은 예시적인 실시예들을 나타내고,
도 7은 가스 터빈을 나타내고,
도 8은 터빈 날개 또는 익(turbine blade or vane)의 사시도이고, 그리고
도 9는 연소 챔버의 사시도이다.
도 1은 단면도에서의 구성 요소(1)를 나타낸다.
특히 가스 터빈(100)(도 7)의 경우에, 구성 요소(1)는 터빈 회전자 날개 또 는 안내 익(120, 130)(guide vane)(도 7, 도 8), 또는 연소 챔버 부재(155)(도 9)이다.
단지 예시적인 방식으로서, 가스 터빈(100)의 터빈 날개들 또는 익들(120, 130)과 관련하여 본 발명을 설명하지만, 상부에 또는 주변에 유동하는 매질(medium)을 가지는 어떤 원하는 구성 요소에도, 다시 말해서 항공기용 가스 터빈 또는 스팀 터빈들 또는 압축기들에서도 사용될 수 있다.
특히, 구성 요소(1, 120, 130, 155)는, 특히 가스 터빈들에서와 같은 고온 어플리케이션들의 경우에서, 니켈 계열 합금 또는 코발트 계열 합금으로 이루어진 기판(4)을 포함한다. 스팀 터빈들의 구성 요소들의 경우에서는 철 계열 초합금들이 사용될 수도 있다.
바람직하게는 기판(4) 상에 바람직하게는 MCrAlX 유형의 합금으로 이루어지고 바깥에 세라믹 열 차폐 코팅(thermal barrier coating)(10)이 적용된 접합층(7)이 제공된다.
홈들(19)이 구성 요소(120, 130, 155)의 표면(16)으로부터 시작하고, 고체 구성 요소(120, 130, 155)(단지 기판(4)을 포함하는 구성 요소)에 또는 층들(7, 10)(도 1, 도 2, 및 도 3)에 제공될 수 있다. 또한 홈들(19)은 하나 이상의 층들(7, 10)(미도시)를 관통하여 연장할 수 있다.
구성 요소(1)는 유동(13)의 방향으로 상부에 또는 주변에 유동하는 매질을 갖는다. 홈들(19)은 바람직하게는 유동(13)의 방향으로(도 1, 도 2, 및 도 3) 비스듬하게 연장된다. 그러나 동등하게, 상기 홈들(19)은 유동(13)의 방향에 거슬러 비스듬하게 연장될 수도 있다.
홈들(19)은 블라인드 홀(blind hole)을 나타내거나 항상 베이스(28)를 구비한다. 따라서 그것은 막-냉각 홀(film-cooling hole)로서 사용되지 않는다.
홈들(19)이 가지는 종 방향(22)은 홈(19) 내에서 홈(19)의 베이스(28)로부터 구성 요소의 표면(16)까지 연장하고, 유동(13)의 방향에 대하여 또는 표면(16)에 대하여 각 α를 이루면서 비스듬하게 연장한다(도 2).
홈(19)의 침투 깊이(d)는 구성 요소(120, 130)의 표면에 대하여 수직하게 연장하고 개별 층들(7, 10)의 층 두께(s)에 대한 및 전체 층 두께에 대한 값들로서 치수가 표시될 수 있다.
홈의 하나의 층(10) 내로의 또는 층들(7, 10) 내로의 침투 깊이(d)는 바람직하게는 가장 바깥쪽 층의 층 두께(s)에 대한 값들로서 정의된다. 침투 깊이는 가장 바깥쪽 표면(16)에 대하여 수직하게 연장한다. 바람직하게는 층 두께(s)의 10% 내지 120%이고, 다시 말해서 120%의 경우에, 기판(4) 또는 기저 및/또는 기저 층(7) 내로 및 바깥 층(10)을 경유하여(via) 기판(4) 내로 연장된다.
침투 깊이(d)는 바람직하게는 가장 바깥 층(10)의 층 두께들의 10% 내지 90% 사이이고, 다시 말해서 단지 가장 바깥 층(10) 내에서만 배치된다. 특히 바람직하게는 가장 바깥 층(10)의 층 두께의 50% 내지 80% 사이의 침투 깊이들이 사용되는 것으로 주어진다(도 3).
가장 바깥 층(10)은 바람직하게는 1 내지 2 mm 사이의 두께를 가지고 홈(19)에 대하여 1 mm의 침투 깊이(d)를 가진다.
홈들(19)은 바람직하게는 구성 요소의 표면(16)으로부터 동일한 침투 깊이(d)(도 2)를 가진다. 침투 깊이(d)는 바람직하게는 층 두께들의 10% 내지 120%이다.
각 α는 90°가 아니다(α≠90°, 즉 α>90°또는 α<90). US 6,703,137 B2에 개시된 바와 같이, 수직하게 연장하는 홈들의 제조에 대하여 주어진 공차(公差) 범위 외부에 있도록 90°로부터의 차를 선택한다.
각 α는 바람직하게는 80°보다 작거나 100°보다 크다.
각 α는 바람직하게는 20°와 80° 사이이다.
홈(19)은 바람직하게는 구성 요소(1, 120, 130, 155)의 표면(16)의 평면 내에 늘여진 형태(elongated form)이고, 다시 말해서 표면(16)의 평면에서의 크기(1)(extent)가 바람직하게는 침투 깊이(d)보다 10배 이상 더 크다(도 3 및 도 4).
홈(19)은 또한 구부러질 수도 있다(도 4).
홈(19)은 또한 구성 요소(120, 130, 155)를 둘러쌀 수 있고 다시 말해서, 터빈 날개 또는 터빈 익(120, 130)의 경우에서 주된 날개 또는 익 부분(406)을 둘러쌀 수 있다.
홈(19)은 β = 90°± 90°(도 3, 도 5): 0°<β<180°의 각, 특히 10°<β<170°의 각을 이루면서 상부에서 유동하는 매질을 가질 수 있다. 표면(16)과 같은 레벨인 홈(19)의 에지를 나타내는, 횡 방향(25) 및 유동(13) 방향에 의해서 각 β가 정의된다.
도 2는 다른 예시적인 실시예를 나타낸다.
도 1로부터 시작하여, 기판(4)에 및/또는 또한 층들(7, 10)에 막-냉각 홀들(418, 419)이 제공된다. 막-냉각 홀들(418)은 구성 요소의 캐비티로부터 연장하여 바람직하게는 홈들(19)의 침투 깊이(d)에 이르는 레벨까지 연장한다.
막-냉각 홀들(418)은 또한 홈들(19)이 위치하거나 또는 어떤 홈들(19)도 위치하지 않는 표면(16)까지 연장할 수 있다(미도시).
은폐된 막-냉각 홀들(418, 419)이 제공되는 것도 가능하고, 이들은 접합 층(7) 아래에 및 열 차폐 코팅(10) 아래에 제공된다.
막-냉각 홀(418)은 평면(20)의 레벨에서 홈과 같이 넓을 수 있고, 유동(13) 방향으로 홈(19)의 크기보다 더 얇거나 또는 더 넓을 수 있다.
홈은 임의의 원하는 단면을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2에서, 홈들은 평행사변형의 형태이다. 표면(16)에 평행한 단면에서, 홈(19)의 에지들은 단면에 평행하게 연장하는 에지들을 가진다.
또한, 홈(19)의 베이스(28)의 영역에서보다 표면(16)의 영역에서 홈(19)이 더 넓을 수 있다(도 4).
또한 표면(16) 상에서 홈(19'')의 폭은 침투 깊이(d)와 같은 레벨인 베이스(28) 상에서보다 더 작을 수 있다.
종 방향(22)은 항상 측벽(23, 26)의 평면에 연장되고, 홈(19)의 베이스(28) 및 홈(19)의 표면(16) 사이에 가장 작은 간격을 가지는 선에 의해 형성된다.
홈들(19)은 다양한 방식들로 제공될 수 있다. 금속 층들(7) 또는 금속 기판 들(4)의 경우에, 알려진 기계적인 방법을 사용하여 이것을 행할 수 있다. 세라믹들의 경우에서 및 세라믹 층들(10) 하에서, 바람직하게는 US 6,703,137 B2에 또한 설명된 바와 같은 레이져에 의해서 또는 전자 조사(electron irradiation)에 의해서 이것을 행할 수 있다.
홈들(19)은 공기 분자들이 움직이지 않고 이로써 이 경우에 유동(13)의 방향에 비스듬한 위치인 결과로서 홈들 또는 슬롯들(19)에 공기가 남아 있는 기공률(open porosity)의 유형을 형성하는 효과를 가진다.
도 6은 가스 터빈(100)의 부분적인 종단면을 예시적으로 나타낸다.
가스 터빈(100)은 내부에, 회전축(102)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 축(101)을 가지며 터빈 회전자로서도 지칭되는 회전자(103)를 구비한다.
흡입 케이싱(104)(intake casing), 압축기(105), 복수의 동축으로 배열된 연소기들(107)을 구비하는 예를 들어 토릭(toric) 연소 챔버(110), 특히 환형 연소 챔버, 터빈(108) 및 배기 가스 케이싱(109)가 회전자(103)를 따라서 계속 뒤따른다.
환형 연소 챔버(110)는 예를 들어 환형 핫 가스 덕트(111)와 소통한다. 예시적으로 네 개의 연속적인 터빈 단들(112)이 터빈(108)을 형성한다.
각 터빈 단(112)는 예를 들어, 두 날개 링들로 형성된다. 작동 매질(113)의 유동 방향으로 보여지는 바와 같이, 안내 익 열(115)은 회전자 날개들(120)로 형성된 열(125)에 의해서 핫 가스 덕트(111)에서 뒤따라진다.
안내 익들(130)은 고정자(143)의 안쪽 케이싱(138)에 고정되는 한편, 열(125)에 속하는 회전자 날개들(120)은 예를 들어 터빈 디스크(133)에 의해서 회전자(103) 상에 배열된다.
발전기(미도시)가 회전자(103)에 커플링된다.
가스 터빈(100)이 동작하는 동안, 공기(135)가 흡입 케이싱(104)를 통해 흡입되고 압축기(105)에 의해 압축된다. 압축기(105)의 터빈 단에서 제공되는 압축 공기는 연소기들(107)에 전달되어, 연료와 혼합된다. 이후 작동 매질(113)을 형성하면서 연소 챔버(110)에서 혼합물이 연소된다. 거기서로부터, 작동 매질(113)은 안내 익들(130)과 회전자 날개들(120)을 지나 핫 가스 덕트(111)를 따라서 유동한다. 운동량을 전달하면서, 회전자 날개들(120)에서 작동 매질(113)이 팽창하고, 그 결과 회전자 날개들(120)이 회전자(103)를 구동하고, 회전자는 차례로 상기 회전자에 커플링된 발전기를 구동한다.
가스 터빈(100)이 동작하는 동안, 핫 작동 매질(113)에 노출된 구성 요소들은 열 응력들을 받기 쉽다. 제1 터빈 단(112)의 안내 익들(130) 및 회전자 날개들(120)은, 작동 매질(113)의 유동 방향으로 도시된 바와 같이, 환형 연소 챔버(110)에 덧댄(line) 열 차폐(heat shield) 부재들과 함께, 가장 높은 열 응력들을 받기 쉽다.
내부에서 지배적인 온도들을 견딜 수 있도록 하기 위해서, 이들은 냉각제에 의해서 냉각될 수 있다.
구성 요소들의 기판들은 마찬가지로 방향성 구조를 가질 수 있고, 다시 말해서, 이들은 단결정 구조(SX 구조)이거나 또는 단지 종 방향으로 지향된 그레인 들(DS 구조)을 가진다.
특히 터빈 날개 또는 익(120, 130)의 구성 요소들 및 연소 챔버(110)의 구성 요소들을 이루는 물질로서 예시적으로, 철-계열, 니켈-계열 또는 코발트-계열 초합금들이 사용된다.
이런 유형의 초합금들이 예를 들어 EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 또는 WO 00/44949에 개시되어 있고; 이들 문서들은 상기 합금들의 화학 조성에 대하여 본 명세서의 일부를 이룬다.
안내 익(130)이 구비하는 안내 익 루트(여기서는 미도시)는, 상기 안내 익 루트로부터 반대 단에서 안내 익 헤드와 터빈(108)의 안쪽 케이싱(138)에 면한다. 안내 익 헤드는 회전자(103)에 면하고 고정자(143)의 고정 링(140)에 고정된다.
도 7은 종축(121)을 따라서 연장된 터보 기계의 안내 익(130) 또는 회전자 날개(120)의 사시도이다.
터보 기계는 항공기의 가스 터빈 또는 전기를 생산하는 발전소의 가스 터빈, 스팀 터빈, 또는 압축기일 수 있다.
날개 또는 익(120, 130)은 종축(121)을 따라서 연속적으로, 고정 영역(400)과, 인접한 날개 또는 익 플랫폼(403)(adjoining blade or vane platform)과, 주된 날개 또는 익 부분(406)과, 그리고, 날개 또는 익 팁(415)을 구비한다.
안내 익(130)으로서, 상기 익(130)은 익 팁(415)에서 다른 플랫폼(미도시)을 구비할 수 있다.
날개 또는 익 루트(183)는 회전자 날개들(120, 130)을 축 또는 디스크(미도 시)에 연결하기 위해 사용되고, 고정 영역(400)에서 형성된다.
날개 또는 익 루트(183)은 예를 들어 해머 헤드 형태로 설계된다. 전나무(fir-tree) 또는 도브테일 루트와 같은 다른 구성들도 가능하다.
날개 또는 익(120, 130)은 주된 날개 또는 익 부분(406)을 지나 유동하는 매질에 대하여 앞쪽 언저리(409)(leading edge) 및 날개 뒷전(412)(trailing edge)을 구비한다.
통상적인 날개들 또는 익들(120, 130)의 경우에, 날개 또는 익(120, 130)의 모든 영역들(400, 403, 406)에서 예시적으로 고체 금속 물질들, 특히 초합금들이 사용된다.
이런 유형의 초합금들이 예를 들어, EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 또는 WO 00/44949에 개시되어 있다; 이들 문서들은 상기 합금의 화학 조성에 대하여 본 명세서의 일부를 이룬다.
이 경우, 주조 공정에 의해서, 또한 방향성 응고(directional solidification)에 의해서, 단조에 의해서, 밀링 작업(milling process)에 의해서 또는 그 조합들에 의해서 날개 또는 익(120, 130)을 제조한다.
작업 동안 높은 기계적, 열적, 및/또는 화학적 응력들에 노출된 기계들의 구성 요소들로서 단결정 구조 또는 구조들을 가지는 작업물들(workpieces)이 사용된다.
이런 단결정 작업물들은 예를 들어 용해물로부터의 방향성 응고에 의해서 제조된다. 이것은 단결정 구조 즉 단결정 작업물을 형성하거나 또는 방향성으로 응 고하기 위해서 액체 금속 합금을 응고시키는 주조들을 포함한다.
이 경우에서, 수지상 결정들(dendritic crystals)은 열 유동의 방향을 따라서 지향되고, 기둥 결정 그레인 구조(다시 말해서, 작업물의 전체 길이 상에서 이어지고 여기서 상업적으로 이용되는 용어에 따라서 방향성으로 응고되는 것으로서 지칭되는 그레인들) 또는 단결정 구조 다시 말해서, 하나의 단결정으로 이루어진 전체 작업물 중의 하나를 형성한다. 이들 프로세스들에서, 구형(globular)(다결정) 응고로의 전이는 회피되어야 할 필요가 있는데, 비-방향성 성장은 불가피하게 횡 및 종 그레인 경계들을 형성하고, 상기 경계들은 방향성으로 응고된 또는 단결정 성분(component)의 바람직한 성질들을 없애 버리기 때문이다.
본 명세서에서 일반적인 용어로서 방향성으로 응고된 마이크로 구조들이라고 지칭한 것은, 어떤 그레인 경계들도 가지지 않거나 또는 기껏해야 작은 각 그레인 경계들을 가지는 단결정들 그리고 종 방향으로 이어지는 그레인 경계들을 가지되 어떤 횡 그레인 경계들도 가지지 아니하는 기둥 결정 구조들 양자를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 결정 구조들의 제2 형태는 방향성으로 응고된 마이크로구조들(방향성으로 응고된 구조들)로서도 기술된다.
이런 유형의 프로세스들이 US-A 6,024,792 및 EP 0 892 090 A1에 개시되어 있다; 이 문서들은 응고 프로세스에 관하여 본 명세서의 일부를 이룬다.
마찬가지로 날개들 또는 익들(120, 130)은 부식 또는 산화에 대하여 보호하는 코팅들(예를 들어, MCrAlX; M은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소, X는 활성 원소(active element)이고, 이트 륨(Y) 및/또는 실리콘 및/또는 하나 이상의 희토류원소(稀土類元素)들, 또는 하프늄(Hf)을 나타낸다)을 구비할 수 있다. 이런 유형의 합금들이 EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 또는 EP 1 306 454 A1에 개시되어 있고, 이들은 합금의 화학 조성과 관하여 본 명세서의 일부를 이룬다.
밀도는 바람직하게는 이론 밀도의 95%이다.
보호 알루미늄 산화층(TGO = 열적 성장 산화층)이 (중간층으로서 또는 가장 바깥 층으로서) MCrAlX 층 상에 형성된다.
바람직하게는 가장 바깥 층이고 예를 들어 ZrO2, Y2O3-ZrO2로 이루어진, 다시 말해서 이트륨 산화물 및/또는 칼슘 산화물 및/또는 마그네슘 산화물에 의해 안정화되지 않았거나 부분적으로 안정화되었거나 완전히 안정화된 열 차폐 코팅이 MCrAlX 상에 제공되는 것이 또한 가능하다.
열 차폐 코팅은 MCrAlX 층을 완전히 덮는다.
예를 들어 전자 빔 물리 기상 증착(EB-PVD)과 같은 적절한 코팅 프로세스들에 의해 기둥 그레인들이 열 차폐 코팅에 제공된다.
예를 들어 대기 플라즈마 스프레이(APS), LPPS, VPS 또는 CVD와 같은 다른 코팅 프로세스들도 가능할 수 있다. 열 차폐 코팅은 열 충격에 대한 저항성을 향상시키기 위하여 마이크로-크랙들 또는 매크로-크랙들을 포함하거나 및/또는 다공성의 그레인들을 가질 수 있다. 따라서 열 차폐 코팅은 바람직하게는 MCrAlX 층보다 더 다공성이다.
날개 또는 익(120, 130)은 중공형 형태이거나 또는 속이 꽉 찬(solid) 형태일 수 있다. 날개 또는 익(120, 130)이 냉각되어야한다면, 중공형이고 또한 막-냉각 홀들(418)(점선으로 표시)을 구비할 수 있다.
도 8은 가스 터빈(100)의 연소 챔버(110)를 나타낸다. 연소 챔버(110)는 예를 들어 불꽃들(156)을 발생시키고 회전축(102)을 중심으로 원주에 배열된 복수의 연소기들(107)이 공통 연소 챔버 공간(154) 내로 열려 있는 환형 연소 챔버로 알려진 것으로써 구성된다. 이를 위해, 연소 챔버(110)는 전체적으로 회전축(102)을 중심으로 위치하는 환형이다.
상대적으로 고효율을 얻기 위해, 상대적으로 고온인 약 1000℃ 내지 1600℃의 온도의 작동 매질(M)에 대하여 연소 챔버(110)가 설계된다. 물질들에 불리한 이 동작 파라미터들에도 불구하고 상대적으로 긴 가용 수명을 허용하기 위해서, 열 차폐 부재들(155)로부터 형성된 안쪽 라이닝을 구비하면서, 작동 매질(M)에 면하는 측 상에 연소 챔버 벽(153)이 제공된다.
연소 챔버(110) 안쪽의 고온들 때문에, 또한 열 차폐 부재들(155) 및/또는 그 보유 부재들에 대하여 냉각 시스템이 제공될 수 있다. 그러면 열 차폐 부재들(144)는 예를 들어 중공형이고, 또한 연소 챔버 공간(154) 내로 열려진 냉각 홀들(미도시)를 구비할 수 있다.
작동 매질 측 상에, 합금으로 이루어진 각각의 열 차폐 부재(155)는 특히 내열 보호층(MCrAlX 층 및/또는 세라믹 코팅)을 구비하거나, 고온들을 견딜 수 있는 재료(고체 세라믹 벽돌들)로 이루어진다.
이들 보호층들은 터빈 날개들 또는 익들에 사용된 것들과 유사할 수 있고 다시 말해서, 예를 들어, MCrAlX에 유사할 수 있고, 여기서 M은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소, X는 활성 원소(active element)이고, 이트륨(Y) 및/또는 실리콘 및/또는 하나 이상의 희토류원소(稀土類元素)들, 또는 하프늄(Hf)을 나타낸다. 이런 유형의 합금들이 EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 또는 EP 1 306 454 A1에 개시되어 있고, 이들은 합금의 화학 조성에 관하여 본 명세서의 일부를 이룬다.
예를 들어, ZrO2, Y2O3-ZrO2로 이루어진, 다시 말해서 이트륨 산화물 및/또는 칼슘 산화물 및/또는 마그네슘 산화물에 의해서 불안정적이거나, 부분적으로 안정적이거나 또는 완전히 안정적인, 예를 들어 세라믹 열 차폐 코팅이 MCrAlX 상에 또한 제공될 수 있다.
예를 들어 전자 빔 물리 기상 증착(EB-PVD)와 같이 적절한 코팅 프로세스들에 의해서 열 차폐 코팅에 기둥 그레인들이 제공된다.
예를 들어 대기 플라즈마 스프레이(APS), LPPS, VPS 또는 CVD와 같은 다른 코팅 프로세스들도 가능할 수 있다. 열 차폐 코팅은 열 충격에 대한 저항성을 향상시키기 위하여 마이크로-크랙들 또는 매크로-크랙들을 포함하거나 및/또는 다공성의 그레인들을 가질 수 있다.
일신(refurbishment)은, 사용된 후에 (예를 들어 모래 분사에 의해서) 터빈 날개들 또는 익들(120, 130), 열 차폐 부재들(155)로부터 보호층들이 제거되어야 할지도 모르는 것을 의미한다. 그러면 부식 및/또는 산화 층들 및 산물들(products)이 제거된다. 적절하다면, 터빈 날개들 또는 익들(120, 130), 또는 열 차폐 부재들(155)의 크랙들이 또한 보수된다. 후속하여 터빈 날개들 또는 익들(120, 130), 열 차폐 부재들(155)의 재코팅이 뒤따르는데, 이후에 터빈 날개들 또는 익들(120, 130), 열 차폐 부재들(155)이 재사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 터보 기계(100)의 구성 요소(120, 130, 155)로서,
    상기 구성 요소는 유동(13)의 방향으로 상부에 유동하는 매질을 구비하고 바깥 표면(16)을 구비하되,
    상기 표면(16)은 하나의, 특히 복수의, 홈들(19)로서,
    베이스(28)를 구비하고 상기 홈(19)의 길이 방향(22)에 의해서, 상기 구성 요소(120, 130, 155)의 하나의 벽을 완전히 관통하여 연장되지 않는 상기 홈들(19)을 포함하고,
    상기 방향(22)은 상기 홈(19)의 상기 베이스(28)로부터 상기 표면(16)에 이르기까지 상기 홈(19) 내에서 연장하고,
    상기 방향(22)은 상기 표면(16)에 대하여 각(α)을 이루며 연장하되,
    상기 방향(22)은 상기 바깥 표면(16)과 각(α) ≠ 90°인 각을 이루되, 특히 각(α) < 85°이거나 또는 각(α) > 95°인 각을 이루는,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 홈들(19)은 상기 유동(13)의 방향으로 연장하는 (α< 85°) , 특히 α< 80°인,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 홈들(19)은 상기 유동(13)의 방향에 거슬러 연장하는 (α> 95°) , 특히 α> 100°인,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈들(19)은 고체 물질에 제공되는,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈들(19)은 상기 구성 요소(120, 130, 155) 상의 하나 이상의 층(7, 10)에 제공되는,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 홈들(19)은 상기 구성 요소(120, 130, 155) 상의 단지 층들(7, 10) 내에만 제공되는,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 홈들(19)은 상기 구성 요소(120, 130, 155) 상의 단지 가장 바깥 층(10)에 제공되는,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  8. 제5 항 내지 제7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈들(19)은 상기 구성 요소(120, 130, 155) 상의 세라믹 층(10)에 제공되는,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈들(19)은 상기 유동(13)의 방향을 횡단하여 상기 표면(16)의 평면에 늘여진(elongated) 형태인,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소..
  10. 제4 항 내지 제8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈(19)의 상기 표면(16)에 수직한 침투 깊이(d)가 가장 바깥 층(7, 10)의 층 두께(s)의 10% 내지 120%인,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 침투 깊이(d)가 상기 가장 바깥 층(10)의 층 두께(s)의 10% 내지 90%인,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 침투 깊이(d)가 상기 가장 바깥 층(10)의 층 두께(s)의 50% 내지 80%인,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면(16)에 대한 수직선에 평행한 단면에서, 상기 홈(19)이 평행하게 연장하는 에지들을 구비하는 특히 평행사변형을 나타내는,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  14. 제1 항, 제5 항, 제6 항, 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 구성 요소(120, 130, 155)는 상기 홈들(19)과 함께 상기 표면(16)의 영역에 냉각 홀들(418, 419)을 구비하는,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    터빈 구성 요소(120, 130, 155)의 형태인, 특히 가스 터빈의 터빈 안내 익 또는 회전자 날개(120, 130)의 형태인,
    표면에 비스듬히 연장하는 홈들을 구비하는 구성 요소.
  16. 제1 항 내지 제15 항에 따른 터빈 구성 요소들(120, 130, 155)을 포함하되,
    상기 터빈 구성 요소들(120, 130, 155) 상에 상기 유동(13)의 방향으로 매질이 유동하는,
    터빈의 동작 방법(100).
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