MXPA97007942A - Recubrimiento de componentes de motor de turbina - Google Patents

Recubrimiento de componentes de motor de turbina

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MXPA97007942A
MXPA97007942A MXPA/A/1997/007942A MX9707942A MXPA97007942A MX PA97007942 A MXPA97007942 A MX PA97007942A MX 9707942 A MX9707942 A MX 9707942A MX PA97007942 A MXPA97007942 A MX PA97007942A
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MXPA/A/1997/007942A
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Kang David
Goodwater Frank
Updegrove Kevin
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Chromalloy Gas Turbine Corporation
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Abstract

Se proporciona un proceso para recubrir un revestimiento sobre un componente de motor de turbina de combustión interna sin efecto perjudicial en el flujo de aire a través de agujeros de enfriamiento al inyectar un protector dentro del pasaje de enfriamiento para llenar los agujeros de enfriamiento con el protector, recubriendo la superficie externa del componente con un revestimiento, retirando después el protector del componente.

Description

RECUBRIMIENTO DE COMPONENTES DE MOTOR DE TURBINA Antecedentes de la Invención Esta invención se refiere a un proceso para recubrir componentes de motor de turbina de combustión interna, más particularmente se refiere a la protección de los agujeros de enfriamiento en un componente de motor de turbina de combustión interna durante el proceso de recubrimiento. Los alabes y las paletas, que se utilizan comúnmente en la sección de turbina de motores de turbina de combustión interna modernos, se fabrican típicamente de níquel y cobalto en base a superaleaciones. La composición de las superaleaciones se adapta generalmente para proporcionar una combinación deseable de potencia mecánica y resistencia a la degradación ambiental (por ejemplo, oxidación y corrosión en caliente) . Los revestimientos se utilizan a menudo para incrementar el nivel de oxidación y resistencia a la corrosión en caliente, permitiendo que los componentes elaborados de tales superaleaciones se utilicen por largos periodos de tiempo antes de que necesiten ser reemplazados o reparados. Tales revestimientos protectores pueden aplicarse típicamente mediante el recubrimiento en donde un artículo se sumerge en un medio de recubrimiento. Un problema afrontado por esta técnica de revestimiento es el depósito del revestimiento en áreas no deseadas. Se ha desarrollado una variedad de técnicas para evitar los revestimientos en áreas no deseadas incluyendo el uso de película que forma materiales resinosos poliméricos para proteger la superficie metálica como se expone por la Patente Estadounidense 3,451,902. Ver también las patentes estadounidenses 2,999,771, 4,089,686 y 4,224,118. En los diversos componentes de los motores de turbina de combustión interna, en particular los alabes y paletas de turbina a temperatura alta, son invariablemente aerorefrigeradas para permitir la operación del motor en una temperatura más alta. La aerorefrigeración requiere el uso de pasajes complejos de aerorefrigeración y agujeros de enfriamiento en lo alabes y paletas. En la aplicación de revestimientos protectores a tales alabes y paletas existe la tendencia de los recubrimientos a entrar a los pasajes de agujeros de enfriamiento y tener un efecto nocivo sobre el flujo de aire. Se ha observado este problema en procesos de revestimiento, por ejemplo, revestimiento de platino, donde el platino entra dentro y se sobrepone a la abertura del agujero tapando así el agujero y teniendo una consecuencia seria sobre el flujo de aire a partir de esto. Se ha observado que algunos agujeros se tapan completamente, mientras que el taponamiento de otros agujeros afecta el flujo de aire en un 10% hasta más del 50%. Varias técnicas, las cuales se han utilizado en la materia para tratar el problema de taponamiento de agujero de alabes recubiertos han incluido: perforar los hoyos en una abertura más grande previo al recubrimiento para responder por el recubrimiento subsecuente, reperforar los agujeros después de que ha tenido lugar el recubrimiento; o pegar alambres dentro de los agujeros durante el proceso de recubrimiento. Estos métodos se consideran generalmente insatisfactorios, ya que son generalmente ineficientes y consumen mucho tiempo. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Brevemente, se proporciona un proceso para recubrir un revestimiento sobre un componente de motor de turbina de combustión interna, el cual contiene una pluralidad de agujeros de enfriamiento y un pasaje de enfriamiento que comprende, inyectar un protector dentro del pasaje de enfriamiento del componente para llenar los agujeros de enfriamiento con el protector, recubrir la superficie externa con el revestimiento, y retirar el protector del componente. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un alabe de turbina representativo con agujeros de enfriamiento. La figura 2 es una vista ampliada de una sección transversal a través de los agujeros de enfriamiento que muestra las restricciones del agujero de enfriamiento con el recubrimiento de platino. La figura 3 es una sección transversal de un alabe de turbina que muestra la dirección del flujo plástico para protección. La figura 4 es una sección transversal a través de los agujeros de enfriamiento que muestran el protector inyectado. La figura 5 es una vista ampliada de una sección transversal a través de los agujeros de enfriamiento que muestra el protector. La figura 6 es una sección transversal a través de los agujeros de enfriamiento después del recubrimiento de platino con el protector que muestra la no restricción del agujero de enfriamiento. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se proporciona un proceso para recubrir un revestimiento en un componente de motor de turbina de combustión interna que contiene una pluralidad de agujeros de enfriamiento y un pasaje de enfriamiento interconectado con estos. Los componentes que contienen tales pasajes de enfriamiento y agujeros de enfriamiento incluyen alabes, paletas y refuerzos. La primer etapa del proceso involucra inyectar un protector dentro del pasaje (s) de enfriamiento del componente con objeto de llenar los agujeros de enfriamiento con el protector. Como se muestra en las Figuras 1 y 3, típicamente, para los alabes 1 y las paletas, se accesan los pasajes de enfriamiento 2 y la inyección se transporta a través de la raíz 3. Con objeto de que el protector llene efectivamente los agujeros de enfriamiento 4 puede ser necesario precalentar el componente, e insertar el protector fundido caliente dentro de los pasajes de enfriamiento bajo una presión efectiva para llenar los agujeros de enfriamiento. Como se muestra en las Figuras 4 y 5 los agujeros de enfriamiento 4 se llenan a fin de que el protector 5 se nivele con la superficie del componente. El protector es preferentemente un material orgánico lo cual facilita su aplicación y su retiro subsecuente. El protector se utiliza para evitar que el revestimiento de las áreas de superficie metálica esté en contacto durante el recubrimiento y no deba reaccionar de manera perjudicial con la superficie metálica del componente o interfiera con el baño de recubrimiento. Los plásticos son preferidos ya que pueden ser moldeados por inyección dentro del componente en un estado líquido, después curarse para endurecer el plástico para el proceso de recubrimiento subsecuente. Los protectores adecuados incluyen polipropileno y una mezcla de oligómero de poliuretano. Preferentemente, el protector no contendrá halógenos, lo cual podría reaccionar perjudicialmente con la superficie metálica. Cuando se inyecta el protector debe tenerse cuidado de que el protector no esté presente sobre las superficies que se pretende revestir. Cualquier protector que se encuentre presente sobre la parte exterior del componente se elimina generalmente antes del recubrimiento . Después de que se inyecta el protector dentro de los agujeros de enfriamiento y se cura para endurecerse, si se requiere, entonces puede llevarse a cabo el recubrimiento de la superficie exterior del componente con el revestimiento protector. Un proceso de recubrimiento preferido es un proceso de revestimiento galvánico, el cual es bien conocido en la materia. Un revestimiento protector preferido para aplicarse al proceso de revestimiento galvánico incluye metales nobles tales como el platino. El uso del protector inyectado dentro del los agujeros de enfriamiento durante el proceso de recubrimiento inhibe el revestimiento de los agujeros, lo cual afecta perjudicialmente el flujo de aire. Después del fin del proceso de recubrimiento, se elimina el protector. Un protector preferido y un método para su eliminación incluye un protector, el cual se volatizará a la aplicación de temperaturas elevadas por un periodo de tiempo efectivo. Otros protectores que pueden utilizarse, incluyen aquellos que se eliminan por medio de solventes. Típicamente, el protector puede eliminarse por medio de un tratamiento térmico a aproximadamente 1100°F hasta 1700°F durante 15 a 30 minutos. El tratamiento a estas temperaturas no afectará perjudicialmente la superficie de superaleación del componente del motor de turbina de combustión interna. Como se muestra en la Figura 2, sin el protector llenando los agujeros de enfriamiento durante el recubrimiento, el platino recubrirá tanto la superficie externa 6 como los pasajes internos del agujero de enfriamiento 7, lo cual afecta perjudicialmente el flujo de aire. Con el protector llenando los agujeros de enfriamiento durante el recubrimiento, el platino recubrirá solo la superficie externa 8 como se muestra en la Figura 6. Después de la eliminación del protector, el componente puede procesarse entonces como es común en la materia, incluyendo un tratamiento térmico de difusión para difundir el revestimiento protector, por ejemplo, platino, dentro de la superficie del componente. Otras operaciones también pueden llevarse a cabo adecuadamente incluyendo las aplicaciones de revestimientos adicionales al componente recubierto. Un revestimiento adicional preferido, que se aplica a un substrato revestido de platino es un revestimiento de aluminiuro de difusión, el cual se puede aplicar mediante una difusión por vapor o difusión en paquete (por ejemplo, cementación en paquete) proceso seguido por la difusión del revestimiento dentro del substrato a temperaturas elevadas (por ejemplo, 1500 a 2000°F) . Ejemplo 1 Se inyecta polipropileno a una temperatura de aproximadamente 400°F y bajo una presión de aproximadamente 1000 psi dentro de los pasajes de enfriamiento 2 a través de la raíz 3 de un alabe de primer CF6-80C2 (ver FIG 3), llenando los agujeros de enfriamiento 4 del alabe. Se limpia el exceso de polipropileno sobre la parte exterior del alabe. Los conjuntos de polipropileno se endurecen a medida de que se enfría por debajo de aproximadamente 200°F. Entonces el alabe se recubre de platino en un baño de revestimiento galvánico que contiene una solución de dia inadinitrato de platino a 180°F durante 90 minutos produciendo un grosor de platino desde 0.0002 hasta 0.0004 pulgadas. Después del recubrimiento, el plástico se volatiliza por medio de un abrasamiento a 110°F durante 30 minutos, limpieza ultrasónica en agua a 150°F durante 15 minutos y un contraflujo de agua durante 5 minutos. Las partes recubiertas con platino se revistieron además al tener un revestimiento de aluminiuro de difusión aplicado a -la superficie recubierta de platino mediante cementación en paquete y difusión a 1800°F durante 6 horas proporcionando un revestimiento protector de aluminiuro de platino. El efecto sobre el flujo de aire mediante la obstrucción del agujero durante el recubrimiento de platino se midió con y sin protector inyectado dentro de los agujeros de enfriamiento con las siguientes observaciones. El cambio promedio en la masa de flujo de aire se midió para cada una de las tres cámaras 9, 10 y 11 en el alabe de turbina 1 ilustrado en la Figura 3, con Wa indicando la cámara de borde delantero 9, Wb indicando la cámara central 10 y Wc indicando la cámara de borde de salida 11. El control (sin protector) mostró un cambio promedio en el flujo de masa de aire para cada cámara sobre 5 pruebas diferentes de recubrimiento y revestimiento como sigue: Wa-49.3% Wb-27.8% Wc-22.8% El alabe inyectado de protector mostró un cambio promedio en el flujo de masa de aire para cada cámara sobre 5 pruebas diferentes de recubrimiento y revestimiento como sigue: Wa-12.1% Wb-8.6% Wc-7.7% Los alabes protegidos por lo tanto exhibieron un mejoramiento dramático en el flujo de aire después del recubrimiento y revestimiento de platino en comparación al control de los alabes recubiertos y revestidos de platino sin el uso de protector. Ejemplo 2 El proceso del Ejemplo 1 se repite utilizando un polímero acrílico de uretano curable por UV como el protector, el cual después de la inyección se cura por UV hasta que se endurece y se cura en calor a 250°F durante 30 minutos . Los alabes recubiertos también exhibieron agujeros de enfriamiento abiertos con un cambio mínimo en el flujo de aire.

Claims (15)

  1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes reivindicaciones. 1. Un proceso de recubrir un revestimiento sobre un componente de motor de turbina de combustión interna que contiene una pluralidad de agujeros de enfriamiento y un pasaje de enfriamiento que comprende: inyectar un protector dentro del pasaje de enfriamiento del componente, llenando los agujeros de enfriamiento del componente con el protector; recubrir la superficie externa del componente con un revestimiento; y eliminar el protector del componente.
  2. 2. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el protector es un protector orgánico.
  3. 3. El proceso según la reivindicación 2, caracterizado porque el protector orgánico se elimina al calentar el componente a una temperatura y tiempo efectivo para volatilizar el protector.
  4. 4. El proceso según la reivindicación 3, caracterizado porque el protector orgánico es un plástico.
  5. 5. El proceso según la reivindicación 4, caracterizado porque el recubrimiento es un proceso de revestimiento galvánico.
  6. 6. El proceso según la reivindicación 5, caracterizado porque el proceso de revestimiento galvánico aplica un metal noble como el revestimiento.
  7. 7. El proceso según la reivindicación 6, caracterizado porque el metal noble es platino.
  8. 8. El proceso según la reivindicación 1 , caracterizado porque el plástico es una mezcla de oligómero de poliuretano.
  9. 9. El proceso según la reivindicación 3, caracterizado porque después de que se inyecta el plástico se cura para endurecerse.
  10. 10. El proceso según la reivindicación 9, caracterizado porque el protector sobre la parte exterior del componente se elimina antes del recubrimiento.
  11. 11. El proceso según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además calentar el componente recubierto de platino para difundir el platino dentro de la superficie.
  12. 12. El proceso según la reivindicación 2, caracterizado porque el protector se selecciona del grupo que consiste de polipropileno y mezclas de oligómero de poliuretano.
  13. 13. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además la aplicación de revestimientos adicionales al componente recubierto.
  14. 14. El proceso según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende además la aplicación de un revestimiento de aluminiuro de difusión al componente recubierto de platino.
  15. 15. El proceso según la reivindicación 3, caracterizado porque se el componente precalienta antes de inyectar el protector y el protector se inyecta dentro de los pasajes de enfriamiento del componente bajo presión efectiva para llenar los agujeros de enfriamiento
MXPA/A/1997/007942A 1996-10-16 1997-10-15 Recubrimiento de componentes de motor de turbina MXPA97007942A (es)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/733,028 US5800695A (en) 1996-10-16 1996-10-16 Plating turbine engine components
US08733028 1996-10-16

Publications (2)

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MX9707942A MX9707942A (es) 1998-08-30
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