RU2078945C1 - Turbine blade, its manufacturing and corrosion protection method - Google Patents
Turbine blade, its manufacturing and corrosion protection method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2078945C1 RU2078945C1 RU9494003899A RU94003899A RU2078945C1 RU 2078945 C1 RU2078945 C1 RU 2078945C1 RU 9494003899 A RU9494003899 A RU 9494003899A RU 94003899 A RU94003899 A RU 94003899A RU 2078945 C1 RU2078945 C1 RU 2078945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic
- fibers
- blade
- coating
- bundles
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/16—Form or construction for counteracting blade vibration
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
- C04B35/111—Fine ceramics
- C04B35/117—Composites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/62222—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products obtaining ceramic coatings
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5216—Inorganic
- C04B2235/522—Oxidic
- C04B2235/5224—Alumina or aluminates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5252—Fibers having a specific pre-form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
- C04B2235/5208—Fibers
- C04B2235/5268—Orientation of the fibers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/10—Two-dimensional
- F05D2250/18—Two-dimensional patterned
- F05D2250/184—Two-dimensional patterned sinusoidal
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/20—Three-dimensional
- F05D2250/25—Three-dimensional helical
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
- F05D2300/6033—Ceramic matrix composites [CMC]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетическим газотурбинным установкам. The invention relates to power gas turbine units.
Известна лопасть импеллера, собранная из секций, которые скреплены стальным тросом, натянутым в отверстии внутри лопасти (патент США N 4389162, МПК 6 F 01 D 1/06, 1983). Known impeller blade, assembled from sections that are fastened with a steel cable stretched in the hole inside the blade (US patent N 4389162, IPC 6 F 01 D 1/06, 1983).
Известна турбинная лопатка, содержащая основание и вогнутое металлическое перо, на наружную поверхность которого нанесено керамическое покрытие, полученное плазменным напылением оксидной керамики [1]
Известен способ изготовления турбинной лопатки, включающий заполнение литейной формы расплавленным металлом и направленную кристаллизацию отливки [2]
Известен также способ защиты турбинной лопатки от коррозии, включающий нанесение керамического покрытия на поверхность пера с образованием плотного слоя керамики, жестко скрепленного с поверхностью [1] До нанесения плотного керамического покрытия поверхность пера легируют алюминием и другими элементами, образующими на металле плотную окисную пленку. Это снижает скорость коррозии по массе. Однако полиморфные превращения в этой пленке и образование окисла никеля разрыхляют поверхность, нарушая адгезию керамического покрытия.Known turbine blade containing a base and a concave metal pen, the outer surface of which is coated with a ceramic coating obtained by plasma spraying of oxide ceramics [1]
A known method of manufacturing a turbine blade, including filling the mold with molten metal and directional crystallization of the casting [2]
There is also known a method of protecting a turbine blade from corrosion, including applying a ceramic coating to the surface of the pen with the formation of a dense ceramic layer, rigidly bonded to the surface [1] Before applying a dense ceramic coating, the surface of the pen is alloyed with aluminum and other elements forming a dense oxide film on the metal. This reduces the corrosion rate by weight. However, polymorphic transformations in this film and the formation of nickel oxide loosen the surface, disrupting the adhesion of the ceramic coating.
Предлагаемая турбинная лопатка содержит основание и вогнутое металлическое перо, на наружную поверхность которого нанесено керамическое покрытие. The proposed turbine blade contains a base and a concave metal pen, on the outer surface of which a ceramic coating is applied.
Новым является то, что лопатка снабжена керамическими волокнами, а на поверхности пера выполнены пазы, в которых размещены керамические волокна, скрепленные с керамическим покрытием, причем стенка паза выполнена с выступом, препятствующим выпадению волокон. Стенка паза имеет С-образный профиль. Керамические волокна собраны в жгут или нить, которые ориентированы вдоль паза и выполнены с закруткой керамических волокон. Стенка паза выполнена волнообразной в направлении вдоль паза. Волнообразным выполнен и сам паз. В частности, волнообразными выполнены промежутки поверхности пера между пазами. Пазы ориентированы вдоль пера. What is new is that the blade is provided with ceramic fibers, and grooves are made on the surface of the pen, in which ceramic fibers are bonded with a ceramic coating, and the wall of the groove is made with a protrusion that prevents the fibers from falling out. The wall of the groove has a C-shaped profile. Ceramic fibers are assembled into a bundle or thread, which are oriented along the groove and are made with a twist of ceramic fibers. The wall of the groove is made wavy in the direction along the groove. The groove itself is also made in the form of a wave. In particular, the gaps of the surface of the feather between the grooves are made wavy. The grooves are oriented along the feather.
На поверхности пера выполнены отверстия для выпуска газообразного хладагента, воздуха или пара. Керамическое покрытие также выполнено из волокон. На поверхности пазов выполнена винтовая резьба, а керамические волокна, расположенные в пазах под керамическим покрытием, собраны в жгуты с винтовой закруткой волокон. Резьба выполнена многоходовой, что увеличивает ее шаг и обеспечивает ориентацию витков резьбы вдоль пера. Holes are made on the surface of the pen to release gaseous refrigerant, air or steam. The ceramic coating is also made of fibers. A screw thread is made on the surface of the grooves, and ceramic fibers located in the grooves under the ceramic coating are assembled into bundles with screw twisted fibers. The thread is multi-pass, which increases its pitch and ensures the orientation of the threads along the feather.
На торце пера уложены петли жгутов, причем концы петель частично прикрывают боковую поверхность пера. В основании лопатки выполнены каналы, через которые пропущены жгуты, образующие петли, уложенные по винтовой линии. At the end of the pen, loops of harnesses are laid, and the ends of the loops partially cover the side surface of the pen. At the base of the blade, channels are made through which bundles are passed, forming loops laid along a helical line.
Предлагаемый способ изготовления турбинной лопатки включает заполнение литейной формы расплавленным металлом. The proposed method for manufacturing a turbine blade includes filling a mold with molten metal.
Новым является то, что перед заполнением литейной формы на ее внутренней поверхности размещают керамические волокна или закрученные жгуты из керамических волокон и закрепляют указанные волокна или жгуты в виде ребер, профиль которых сужен в месте закрепления ребра. Предварительно внутреннюю поверхность литейной формы покрывают слоем волокнистого материала. What is new is that before filling the mold on its inner surface, ceramic fibers or twisted bundles of ceramic fibers are placed and these fibers or bundles are fixed in the form of ribs, the profile of which is narrowed at the location of the rib. Previously, the inner surface of the mold is covered with a layer of fibrous material.
Керамические волокна или жгуты из керамических волокон перед их размещением на внутренней поверхности литейной формы закрепляют на одной из сторон вспомогательной оболочки из волокнистого керамического материала, затем покрывают эту сторону оболочки слоем легкоплавкого вещества с полным погружением волокон или жгутов в этот слой, закрепляют оболочку указанным слоем на выплавляемой литейной модели, а наружную сторону оболочки фиксируют жесткой матрицей с противопригарным покрытием, после чего литейную модель выплавляют вместе со слоем легкоплавкого вещества и в полученную полость матрицы заливают расплавленный металл. Ceramic fibers or strands of ceramic fibers are fixed on one side of the auxiliary sheath of fibrous ceramic material before they are placed on the inner surface of the mold, then this side of the sheath is coated with a layer of fusible material with the fibers or bundles completely immersed in this layer, the sheath is fixed with the specified layer on investment casting model, and the outer side of the shell is fixed with a rigid matrix with non-stick coating, after which the casting model is melted together with low-melting substance and molten metal is poured into the resulting cavity of the matrix.
В качестве оболочки используют плоский лист волокнистого керамического материала, а волокна или жгуты закрепляют на верхней стороне листа и заливают их расплавом легкоплавкого вещества. В другом варианте способа жгуты из керамических волокон вкладывают в пазы литейной выплавляемой модели, покрывают модель слоем волокнистого керамического материала, который скрепляют изнутри с жгутами, а снаружи фиксируют, после чего модель удаляют путем нагрева, а в образующуюся полость заливают расплавленный металл. As the shell, a flat sheet of fibrous ceramic material is used, and the fibers or bundles are fixed on the upper side of the sheet and filled with a melt of low-melting substance. In another embodiment of the method, ceramic fiber bundles are inserted into the grooves of the casting investment casting model, the model is covered with a layer of fibrous ceramic material that is fastened internally with bundles and fixed outside, after which the model is removed by heating, and molten metal is poured into the cavity formed.
При этом в качестве слоя волокнистого керамического материала используют заготовку керамического волокнистого покрытия пера и оставляют слой волокнистого керамического материала на готовой отливке. In this case, as a layer of fibrous ceramic material, a blank of ceramic fiber coating of the pen is used and a layer of fibrous ceramic material is left on the finished casting.
Предлагаемый способ защиты турбинной лопатки от коррозии включает нанесение керамического покрытия на поверхность пера. The proposed method of protecting the turbine blades from corrosion involves applying a ceramic coating to the surface of the pen.
Новым является то, что покрытие выполняют из керамических волокон, с образованием между последними пор, через которые пропускают газообразный хладагент из лопатки в проточную часть турбины. Перед использованием лопатки в турбине перо с волокнистым керамическим покрытием помещают в газообразную среду, содержащую легирующие элементы. Волокнистое покрытие выполняют из слоев, различающихся пористостью, причем между металлической поверхностью пера и слоем с меньшей пористостью располагают слой с большей пористостью. Наружную поверхность керамического покрытия образуют волокнами, ориентированными поперек пера. Керамические волокна выполняют на основе оксида алюминия. What is new is that the coating is made of ceramic fibers, with the formation between the last pores through which gaseous refrigerant is passed from the blade into the flow part of the turbine. Before using the blades in the turbine, a feather with a ceramic fiber coating is placed in a gaseous medium containing alloying elements. The fibrous coating is made of layers differing in porosity, and a layer with a higher porosity is placed between the metallic surface of the pen and the layer with lower porosity. The outer surface of the ceramic coating is formed by fibers oriented across the pen. Ceramic fibers are based on alumina.
Соединение керамического волокнистого покрытия с керамическими жгутами, фиксированными в пазах пера лопатки, обеспечивает безадгезионное сцепление керамики с металлом. Такое закрепление теплозащитного покрытия не может быть нарушено окислением поверхности металла, а также различием в тепловых деформациях металла и керамики. Это существенно повышает надежность покрытия и создает возможность многократного увеличения его толщины. The combination of the ceramic fiber coating with ceramic tows fixed in the grooves of the feather blade provides non-adhesive adhesion of the ceramic to the metal. Such a fixation of the heat-shielding coating cannot be violated by oxidation of the metal surface, as well as by the difference in thermal deformations of the metal and ceramics. This significantly increases the reliability of the coating and makes it possible to repeatedly increase its thickness.
Включение керамических жгутов в ребра литейной формы обеспечивает автоматическое размещение этих жгутов в пазах турбинной лопатки. Кроме того, жгуты облегчают извлечение керамики из пазов, например, при необходимости дополнительной обработки пазов и установки новых жгутов. The inclusion of ceramic tows in the ribs of the mold provides automatic placement of these tows in the grooves of the turbine blades. In addition, the bundles facilitate the extraction of ceramics from the grooves, for example, if additional processing of the grooves and the installation of new bundles are necessary.
При заливке металла на закрученные жгуты винтовой рельеф жгута отпечатывается на стенке паза в виде винтовых канавок. Это создает в пазу резьбу, которая препятствует продольному смещению жгута. Профиль винтовых канавок паза закруглен. Благодаря этому они не вызывают существенной концентрации напряжений при отклонении канавки от оси жгута до 30o. Кручению жгута в пазу препятствует скрепленное с жгутом керамическое покрытие.When pouring metal onto twisted bundles, the screw relief of the bundle is imprinted on the groove wall in the form of helical grooves. This creates a thread in the groove that prevents longitudinal movement of the tow. The profile of the screw grooves is rounded. Due to this, they do not cause a significant concentration of stress when the deviation of the groove from the axis of the tow to 30 o . The twisting of the tourniquet in the groove is prevented by the ceramic coating bonded to the tourniquet.
Предварительное размещение жгутов в виде ребер на листовом керамическом материале облегчает последующую фиксацию жгутов на литейной форме. Дальнейшее упрощение технологии достигнуто благодаря заливке ребер слоем полимера с образованием ровной поверхности. Полученный при этом слоеный листовой материал может быть наклеен на гладкую литейную модель, также выполненную из полимера. Такой путь избавляет от необходимости вытачивать в модели пазы под каждый жгут. Пазы с размещенными в них жгутами наклеиваются на модель вместе со слоем полимера, который становится частью модели и в дальнейшем выплавляется вместе с ней. При этом жгуты остаются все время скрепленными с листовым керамическим материалом, который на готовой отливке турбинной лопатки может быть использован в качестве теплозащитного покрытия. The preliminary placement of the bundles in the form of ribs on a sheet of ceramic material facilitates the subsequent fixation of the bundles on the mold. Further simplification of the technology is achieved by filling the ribs with a layer of polymer with the formation of a flat surface. The resulting layered sheet material can be glued to a smooth casting model, also made of polymer. This way eliminates the need to grind grooves for each bundle in the model. The grooves with the bundles placed in them are glued onto the model together with a polymer layer, which becomes part of the model and is subsequently smelted with it. At the same time, the bundles remain permanently bonded with ceramic sheet material, which can be used as a heat-protective coating on the finished casting of a turbine blade.
На фиг.1 изображена турбинная лопатка, общий вид с продольным разрезом; на фиг.2 поперечный разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 узел 1 на фиг.2 (увеличено); на фиг.4 вариант узла 1 на фиг.2; на фиг.5 вид Б на фиг.4, волнообразные пазы при удаленном покрытии; на фиг.6 вариант формы пазов; на фиг. 7 участок литейной модели турбинной лопатки; на фиг.8 участок литейной формы с разрезом поперек жгутов; на фиг.9 вид В на фиг.8; на фиг.10 схема электролитического наращивания бортов паза; на фиг.11.18 последовательные стадии изготовления турбинной лопатки; на фиг.11 ориентация жгута относительно листа керамического волокнистого материала; на фиг.12 закрепление жгута на листе в виде ребра; на фиг.13 выравнивание рельефа листа путем заливки ребер слоем полимера; на фиг.14 закрепление листа на модели; на фиг.15 образование шликерной оболочки на модели с листом; на фиг.16 выплавление модели и заливка расплавленного металла в оболочку; на фиг.17 отверждение металла и удаление оболочки; на фиг.18 удаление листового материала для доступа к жгуту; на фиг.19 фреза для получения паза под жгут; на фиг.20 фрезерованный паз в модели; на фиг.21 вид Г на фиг.20; на фиг.22 паз с винтовыми канавками в турбинной лопатке; на фиг.23 вид Д на фиг.22. Figure 1 shows a turbine blade, a General view with a longitudinal section; figure 2 cross section aa in figure 1; in Fig.3 node 1 in Fig.2 (enlarged); in Fig.4 option node 1 in Fig.2; in Fig. 5, view B in Fig. 4, wavy grooves with a remote coating; Fig.6 embodiment of the shape of the grooves; in FIG. 7 section of the casting model of a turbine blade; on Fig section of the mold with a cut across the harnesses; in Fig.9, view B in Fig.8; figure 10 diagram of the electrolytic extension of the sides of the groove; 11.18 successive stages of manufacturing a turbine blade; 11, the orientation of the tow relative to the sheet of ceramic fiber material; Fig.12 fixing the tourniquet on the sheet in the form of ribs; in Fig.13 alignment of the relief of the sheet by filling the ribs with a layer of polymer; on Fig. fixing sheet on the model; on Fig the formation of a slip shell on a model with a sheet; on Fig melting model and pouring molten metal into the shell; on Fig. curing metal and removing the shell; on Fig. removal of sheet material to access the harness; on Fig mill to obtain a groove under the tourniquet; on Fig milled groove in the model; in Fig.21 view G in Fig.20; on Fig groove with helical grooves in the turbine blade; in Fig.23 view D in Fig.22.
Турбинная лопатка включает основание 1 и перо 2, на металлический стержень 3 которого нанесено керамическое покрытие 4. Перо имеет входную кромку 5, выходную кромку 6, выпуклую спинку 7, вогнутое корыто 8, корневую часть 9 и свободный конец 10, на котором расположен торец 11 стержня. Основание включает полку 12 и елочный хвостовик 13. The turbine blade includes a base 1 and a
В стержне и основании выполнены коллекторы 14, 15 системы воздушного охлаждения, а также коллекторы 16, 17, соединяющие ряд 18 каналов 19, 20, 21 системы жидкостного охлаждения. На поверхности 22 стержня выполнены продольные пазы 23, 24, в которых расположены жгуты 25, 26, 27, 28 из керамических волокон 29, 30. Борта пазов выполнены с выступами 31, 32, препятствующими выпаданию жгутов. Жгуты закручены с образованием витков 33, 34 керамических волокон. Жгуты в пазах уплотнены керамобетоном 35 с волокнистым наполнителем. In the rod and base are made collectors 14, 15 of an air cooling system, as well as collectors 16, 17 connecting a number of 18
Теплозащитное керамическое покрытие образовано листами 36, 37 керамической ткани, которые перемежаются с листами 38, 39 нетканого керамического материала. Ткань включает нити основы 40 и утка 41. Нетканый материал содержит нити 42, ориентированные вдоль потока продуктов сгорания и образующие огневую поверхность 43 пера. Керамическое покрытие скреплено с жгутами, расположенными в пазах, керамическим вяжущим, находящимся в горле 44 паза. The heat-protective ceramic coating is formed by
Паз 45, выполненный на спинке, соединен с соответствующим ему пазом 46, выполненным на корыте, каналом 47, выполненным внутри основания. В пазах 45, 46 расположен непрерывный жгут 48, образующий петлю 49, которая огибает основание лопатки по каналу 47. The groove 45 made on the back is connected to its corresponding groove 46 made on the trough, a channel 47 made inside the base. In the grooves 45, 46 is a continuous tourniquet 48, forming a loop 49, which bends around the base of the blade along the channel 47.
Аналогично, другим парам пазов, 50 и 51, 52 и 53, соответствуют петли 54, 55. Непрерывный жгут образует обмотку 56 с витками 57, 58, которые огибают торец 11 стержня пера и удерживают скрепленное с витками волокнистое керамическое покрытие 4. Similarly, to other pairs of grooves, 50 and 51, 52 and 53,
В дополнительном варианте турбинной лопатки (фиг.4, 5) пазы 59, 60, 61 выполнены волнистыми с максимальным углом отклонения от среднего направления α = 20°. Впадины 62 и выпуклости 63 волнистого паза ориентированы поперек стержня пера по периметру профиля стержня. Сечение паза имеет вид круга 64, который усечен с образованием горла 65, выходящего на боковую поверхность 66 стержня. Горло имеет затупленные кромки 67, которые выполнены волнистыми, как и внутренняя стенка 68 паза.In a further embodiment of the turbine blade (FIGS. 4, 5), the
В дне 69 паза могут быть выполнены отверстия 70 с расширением 71 для подвода воздуха под керамическое покрытие из трех слоев 72, 73, 74 волокнистого материала. Средний слой 73 покрытия уплотнен керамобетоном с волокнистым наполнителем и отделен от поверхности 66 металлического стержня менее плотным слоем 74 волокнистого материала. При этом из всех слоев покрытия средний слой оказывает воздуху максимальное газодинамическое сопротивление, что способствует образованию воздушной подушки над поверхностью металла. Воздушная подушка защищает металл лопатки от коррозии в продуктах сгорания. In the bottom 69 of the groove,
Замедляя выход воздуха из лопатки в проточную часть турбины, герметизированный средний слой покрытия увеличивает радиус действия выпускного отверстия 70 в то смысле, что оно обеспечивает воздухом более обширную область поверхности металла. By slowing the air exit from the blade into the turbine flow path, the sealed middle layer of the coating increases the radius of action of the
Расположение герметизированного слоя 73 между слоями 72, 74 волокнистого материала предохраняет его от разрушения и, кроме того, позволяет фиксировать зазор между ним и металлом лопатки. Все слои могут быть выполнены из ориентированных керамических волокон, например из керамической ткани либо нетканого материала, в котором волокна основы склеены с волокнами утка. Крепление слоев покрытия между собой и с жгутами в пазах лопатки обеспечено керамическим вяжущим, выполняющим роль высокотемпературного клея. Крепление слоев между собой может быть усилено путем сшивания их керамическими волокнами. Сшивание может быть выполнено до установки покрытия на лопатку. The location of the sealed
В другом варианте турбинной лопатки стенки 75 паза выполнены прямыми, а края 76, 77 горла волнистыми, с выступом 78, удерживающим жгут 79 от выпадания из паза. In another embodiment, the turbine blades of the
Изготовление пазов под жгуты может быть осуществлено различными путями. Литьем пазы могут быть получены, например, с помощью формы, на стенке 80 которой закреплены продольные керамические ребра 81. Ребра выполнены из керамического жгута 82, обмазанного керамическим вяжущим 83. Возможно образование вокруг жгута трубчатой оболочки 84 из керамического вяжущего с волокнистым наполнителем. После отверждения отливки и удаления формы жгуты остаются в пазах. Возможно извлечение жгута из паза и замена его другим жгутом, а также использование вспомогательных жгутов, специально заделываемых в пазы для облегчения последующей очистки пазов от керамики после литья. Необходимость в очистке возникает при дополнительной обработке пазов - сверлении отверстий и нанесении антикоррозионного покрытия. The manufacture of grooves for harnesses can be carried out in various ways. By casting, the grooves can be obtained, for example, by means of a mold, on the
С помощью жгутов, фиксированных в пазах, теплозащитное покрытие может быть закреплено на любой части пера лопатки. Сцепление жгутов с пазами достаточно также для удерживания покрытия 85 на полке 12 лопатки. Using the plaits fixed in the grooves, the heat-shielding coating can be fixed on any part of the feather blade. The engagement of the bundles with the grooves is also sufficient to hold the cover 85 on the
Для изготовления литейной формы используют модель 86 лопатки, выполненную из легкоплавкой пластмассы. Предлагаемые варианты способа изготовления турбинной лопатки различаются операцией заделки жгутов в модель. Заделка может быть осуществлена: 1) фрезеровкой пазов в модели и запрессовкой жгутов в пазы, 2) предварительной заливкой жгутов слоем полимера и нанесением полученной пленки на модель. For the manufacture of a mold using a
В первом варианте способа выполняют в модели пазы 87 с бортовыми выступами 88, образующими щель 89. В пазы вкладывают жгуты 90 с волокнистой сердцевиной 91 и с наружным слоем 92 керамического вяжущего, в которое добавлен волокнистый наполнитель. На модель наносят слой 93 керамического волокнистого материала. Керамическое вяжущее скрепляет слой 93 с жгутами 90. Модель, покрытую слоем 93, заделывают в керамическую матрицу 94. Выплавляют материал модели и получают полость, внутренняя поверхность которой покрыта волнистыми ребрами 95, содержащими жгуты. В полость заливают никелевый сплав. После его отверждения матрицу удаляют. In the first embodiment of the method,
Отделение матрицы может быть облегчено противопригарным покрытием 96, которое предварительно наносят на наружную сторону слоя 93. Возможно также нанесение противопригарного покрытия 97 на ограниченные участки внутренней стороны слоя 93 для уменьшения шероховатости отливки. The separation of the matrix can be facilitated by a
Вместо фасонного паза могут быть в стержне 98 пера выполнены вначале пазы 99 с прямыми бортами 100, которые затем наращивают путем электролитического осаждения металла с образованием выступов 101. Для этого поверхность пера временно покрывают изолирующей полимерной пленкой 102, а в паз вкладывают изолирующий полимерный стержень 103 (фиг.10). Instead of a shaped groove, initially,
Во втором варианте способа жгут 104 из керамических волокон 105 ориентируют вдоль листа 106 волокнистого керамического материала с нанесенным на обратную сторону листа противопригарным покрытием 107 (фиг.11). Жгуты закрепляют на одной стороне 108 листа перемычкой 109 из керамобетона 110 с волокнистым наполнителем (фиг.12). Жгут и перемычка образуют ребро 111 на поверхности листа 106. На этой стадии лист и ребро могут быть покрыты дополнительным противопригарным слоем 112. In a second embodiment of the method, a bundle of
На одном листе закрепляют множество жгутов с образованием ребристого рельефа. В положении листа ребрами вверх заливают его слоем 113 термопластичного полимера до смыкания ровной поверхности 114 над ребрами (фиг.13). Этой поверхностью лист приклеивают к модели 115 из того же полимера (фиг. 14). На такой дополненной модели формуют шликерную оболочку 116, которую после сушки заделывают вместе с моделью в матрицу 117 из песка (фиг.15), засыпанного в опоку. Many harnesses are fixed on one sheet with the formation of a ribbed relief. In the position of the sheet, upwards, it is poured with its
Модель выплавляют и заливают в оболочку расплавленный металл 118 (фиг. 16). После отверждения металла в виде лопатки со стержнем 119 пера оболочку 116 и противопригарное покрытие 107 удаляют (фиг.17). Жгуты 104 образуют в металле пазы 120 и остаются скрепленными с листом 106 волокнистого материала, который выполняет функцию теплозащитного покрытия. При необходимости доступа к поверхности 121 стержня пера листа 106 отрывают от жгутов (фиг. 18). Разрыв происходит по перемычке 109 без разрушения жгута. Более точное отделение листа 106 осуществимо с помощью пластмассового лезвия или пилки, вводимых в виде клина между листом 106 и поверхностью 121 стержня. Жгут с перемычкой пригодны для многократного использования путем повторного приклеивания к ним новых листов 106 вместо поврежденных. The model is melted and
Пазы, получаемые в лопатке описанными способами, различаются формой поперечного сечения. Механическая обработка дает паз с гладкими стенками, заливка жгута полимером дает паз с внутренней нарезкой. Для механической обработки используют фасонную фрезу 122, которая включает сферическую головку 123, цилиндрический шток 124 и съемную обойму 125 (фиг.19). Фрезой вытачивают в модели 126 Ω-образные пазы 127 с выступами 128 на краях щели 129 и с расширением 130 внутри паза (фиг.120, 121). The grooves obtained in the blade by the described methods differ in cross-sectional shape. Machining gives a groove with smooth walls, pouring the bundle with polymer gives a groove with internal threading. For machining, a shaped
Фрезу вводят в паз 127 через отверстие 131 в средней части паза либо через торец 132 обрабатываемой модели. В отличие от фрезерованных пазов пазы 133, полученные заливкой жгутов металлом, имеют винтовые канавки 134, 135, образующие многоходовую резьбу. Канавки усечены щелью 136 с ровными краями 137 (фиг.22, 23). The cutter is introduced into the
Наряду с отверстиями 70 в дне пазов (фиг.5) отверстия 138 для выпуска воздуха могут быть выполнены также в промежутках 139 между пазами. Перемычки 109 могут быть пришиты волокнами к жгутам 104 до закрепления жгутов на листе 106 (фиг.12). Роль волокон 105 в жгутах 104 могут выполнять нити из волокон. Along with the
При изготовлении турбинной лопатки используют следующие материалы. Стержень пера и основание литейный никелевый сплав с направленной кристаллизацией, например ХН65КМВЮТ (6С6К) с температурой длительного применения до 900oC; жгуты и покрытие из микростеклокристаллических волокон с содержанием 95% оксида алюминия и температурой длительного применения 1400.1600oC; керамическое вяжущее концентрированная водная суспензия из оксида алюминия с содержанием коллоидного компонента 50.100 г/л, подвергается холодному спеканию путем сушки при 100oC и последующей термообработке путем нагрева до 1300oC на охлаждаемой лопатке в стационарных условиях, например на неподвижном роторе турбины; керамобетон - керамическое вяжущее с наполнителем из рубленых волокон оксида алюминия; модель лопатки низкомолекулярный полистирол, затвердевающий ниже 80oC; литейная оболочка шликер из циркона либо кремнезема.In the manufacture of a turbine blade, the following materials are used. The core of the pen and the base is a casting nickel alloy with directional crystallization, for example ХН65КМВЮТ (6С6К) with a temperature of long-term use up to 900 o C; bundles and a coating of microglass crystal fibers with a content of 95% alumina and a temperature of long-term use of 1400.1600 o C; a ceramic binder concentrated aqueous suspension of aluminum oxide with a colloidal component content of 50.100 g / l, is subjected to cold sintering by drying at 100 o C and subsequent heat treatment by heating to 1300 o C on a cooled blade in stationary conditions, for example on a stationary turbine rotor; ceramic concrete - ceramic binder with filler from chopped alumina fibers; model of the blade low molecular weight polystyrene hardening below 80 o C; foundry shell slip made of zircon or silica.
Могут быть использованы волокна и суспензии из керамики других составов, например из оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, для работы до 1600.1800oC, а также вяжущее в виде коллоидного раствора алюмофосфатов.Fibers and suspensions of ceramics of other compositions, for example, zirconium oxide stabilized with yttrium oxide, can be used to work up to 1600.1800 o C, as well as an astringent in the form of a colloidal solution of aluminophosphates.
Лопатка первой ступени газовой турбины имеет длину пера 30.200 мм и хорду профиля 20.150 мм. Диаметр волокна 10.50 мкм; диаметр жгута и максимальная ширина паза d 0,2.2 мм; ширина горла паза 0,6.0,8 d; шаг волнистого паза 1.5 d; промежуток между пазами 1.3 d. Толщина покрытия из листового волокнистого материала 0,5.3 мм; пористость 5.30% в покрытие может быть включен уплотненный слой в виде керамической бумаги. The blade of the first stage of the gas turbine has a feather length of 30.200 mm and a profile chord of 20.150 mm. Fiber diameter 10.50 μm; rope diameter and maximum groove width d 0.2.2 mm; groove throat width 0.6.0.8 d; pitch wavy groove 1.5 d; the gap between the grooves is 1.3 d. Coating thickness of sheet fibrous material 0.5.3 mm; 5.30% porosity; a densified layer in the form of ceramic paper may be included in the coating.
При работе турбины поток продуктов сгорания обтекает профиль пера лопатки. За счет скоростного напора поток прижимает листовой волокнистый материал покрытия к металлу при условии, что элементы этого материала не выходят за пределы пограничного слоя. В противном случае покрытие возбуждает образование вихрей и разрушается в процессе вибрации. Скрепленные с листовым покрытием жгуты удерживают его от поперечного смещения в поток и от продольного смещения под действием центробежной силы. Поперечному выходу жгутов из паза мешают выступы 31, 32 на стенках паза. Продольному смещению жгута вдоль прямого паза препятствует сцепление с винтовыми канавками 134, 135. Сцепление может быть усилено добавлением в паз керамобетона, который затвердевает в виде пористой волокнистой массы, заполняющей зазоры между стенкой паза и жгутом. During the operation of the turbine, the flow of combustion products flows around the profile of the feather blade. Due to the high-pressure head, the flow presses the sheet fibrous coating material against the metal, provided that the elements of this material do not extend beyond the boundary layer. Otherwise, the coating excites the formation of vortices and is destroyed during vibration. The bundles attached to the sheet coating keep it from lateral displacement into the flow and from longitudinal displacement under the action of centrifugal force. The transverse exit of the bundles from the groove is prevented by the
Наиболее нагруженной частью керамического покрытия является перемычка 109 из керамобетона с волокнистым наполнителем. При толщине волокнистого покрытия из оксида алюминия 2 мм его поверхностная плотность не превышает 0,8 г/см2. При частоте вращения 50 с-1 и среднем радиусе турбинной ступени 1 м перегрузка составляет 104, а среднее касательное напряжение в керамическом покрытии в данных условиях не превосходит 0,8 МПа. В перемычках, занимающих 1/3 часть поверхности под покрытием, этому соответствует касательное напряжение 2,4 МПа. При диаметре жгута 1.2 мм максимальное давление на витки 134 паза (фиг.23) ограничено величиной 10 МПа.The most loaded part of the ceramic coating is a
В жгуте, перемычке и покрытии указанные напряжения воспринимаются волокнами из оксида алюминия, предел прочности которых при 1400oC превосходит 300 МПа.In the tow, jumper and coating, these stresses are perceived by alumina fibers, the tensile strength of which at 1400 o C exceeds 300 MPa.
В волнистом пазу (фиг. 5) продольному смещению жгута наряду с силой трения о стенку паза препятствует также зацепление перемычки за кромку 67, которая может быть закруглена. Связь жгута с листовым покрытием фиксирует изгибы жгута в пазу и создает аналог зубчатого зацепления, когда одним из элементов зубчатой пары является жесткий изгиб жгута, а другим жесткий изгиб паза. Дополнительно к волнистой форме паза внутри него могут быть выполнены винтовые канавки, как и в прямом пазу (фиг.23). In the wavy groove (Fig. 5), the longitudinal displacement of the bundle along with the friction force on the groove wall is also prevented by the engagement of the bridge over the
Предлагаемые способы изготовления турбинной лопатки позволяют совместить нанесение теплозащитного керамического покрытия с получением металлической отливки. Это значительно упрощает изготовление лопатки и улучшает ее тепловую защиту, однако дает изделие без антикоррозионного металлического покрытия. The proposed methods for the manufacture of a turbine blade allow combining the application of a heat-protective ceramic coating with a metal casting. This greatly simplifies the manufacture of the blade and improves its thermal protection, however, it gives the product without an anti-corrosion metal coating.
При получении теплозащитного покрытия известным способом плазменным напылением поверхность лопатки должна быть легирована металлом до нанесения слоя керамики, так как адгезия керамики закрывает доступ к металлической подложке. Upon receipt of the heat-protective coating in a known manner by plasma spraying, the surface of the blade must be alloyed with metal before applying the ceramic layer, since the adhesion of the ceramic blocks the access to the metal substrate.
В предлагаемой турбинной лопатке керамическое покрытие является безадгезионным, то есть не занимает фиксированной поверхности металла. Это позволяет, в отличие от известных способов, провести легирование металла после нанесения керамического покрытия через поры волокнистой керамики. In the proposed turbine blade, the ceramic coating is non-adhesive, that is, does not occupy a fixed metal surface. This allows, in contrast to the known methods, to alloy the metal after applying the ceramic coating through the pores of the fibrous ceramic.
Например, для алитирования турбинную лопатку с волокнистым керамическим покрытием помещают на 2 ч в среду газообразного хлористого алюминия при 800. 1000oC с накладываемыми извне колебаниями давления для перемешивания газа в порах покрытия. Экранирование обрабатываемой детали пористым слоем является обычным в практике алитирования, так как во многих случаях алитирование производят из слоя порошка, засыпанного на металл.For example, to alite, a turbine blade with a fibrous ceramic coating is placed for 2 hours in an atmosphere of gaseous aluminum chloride at 800. 1000 o C with superimposed pressure fluctuations from the outside to mix the gas in the pores of the coating. Shielding the workpiece with a porous layer is common in the practice of alitizing, since in many cases, alitizing is performed from a layer of powder sprinkled on a metal.
Малые смещения керамических волокон относительно металла, происходящие при колебаниях температуры или при механическом воздействии на покрытие, улучшают доставку легирующего элемента к металлу. Через волокнистое покрытие осуществимо также хромирование, силицирование и другие виды диффузионного легирования. При этом благодаря химической стойкости оксида алюминия состав покрытия в процессе легирования не меняется. Small displacements of ceramic fibers relative to the metal occurring during temperature fluctuations or during mechanical action on the coating improve the delivery of the alloying element to the metal. Chromium plating, silicification and other types of diffusion doping are also feasible through the fibrous coating. Moreover, due to the chemical resistance of alumina, the composition of the coating during the alloying process does not change.
В предлагаемой конструкции турбинной лопатки осуществлен новый способ защиты лопатки от коррозии. Воздух, выпускаемый через поры волокнистого керамического покрытия, оттесняет продукты сгорания от металла лопатки. Диффузия продуктов сгорания к металлу происходит во встречном потоке. In the proposed design of the turbine blades implemented a new way to protect the blades from corrosion. The air discharged through the pores of the fibrous ceramic coating displaces the combustion products from the metal of the blade. The diffusion of combustion products to the metal occurs in the oncoming flow.
Поступающие из камеры сгорания окислы углерода окисляют металл, образуют летучие карбонилы; соединения серы и натрия дают легкоплавкую эвтектику сульфатов натрия и никеля; ванадиевый ангидрид катализирует окисление металла, соединяется с оксидом хрома. Carbon oxides coming from the combustion chamber oxidize the metal and form volatile carbonyls; sulfur and sodium compounds give a fusible eutectic of sodium and nickel sulfates; Vanadium anhydride catalyzes the oxidation of metal, combines with chromium oxide.
Скорость истечения воздуха может быть задана параметрами отверстий 70 в металлическом стержне пера либо параметрами пор в волокнистом покрытии. В первом случае основной перепад давления приходится на стержень, во втором на покрытие. Поскольку скорость истечения воздуха задана, то перепад давления, содействующий выходу воздуха наружу, существует в покрытии в обоих случаях. Его величина зависит от отношения газодинамических сопротивлений последовательно соединенных стержня и покрытия. Первый случай более благоприятен для прочности покрытия, так как обеспечивает выход воздуха при достаточно малой нагрузке на покрытие изнутри, например 0,01 МПа, что компенсируется незначительным прогибом покрытия в промежутке между местами его закрепления на жгутах. The air velocity can be set by the parameters of the
Кроме того, при однородном волокнистом покрытии изменение диаметра и количества отверстий 70 в стержне пера вдоль профиля позволяет воспроизвести перепад давления вдоль потока в межлопаточном канале, достигающий 0,3.0,5 МПа между входной и выходной кромками пера. In addition, with a uniform fibrous coating, changing the diameter and number of
Известные лопатки с заградительным охлаждением не имеют теплозащитного покрытия и воздушная пелена, образуемая на их поверхности истечением воздуха из пор металла, включена в турбулентный поток межлопаточного канала. Через воздушную пелену продукты сгорания проникают к металлу лопатки путем турбулентной диффузии, скорость которой на несколько порядков выше скорости молекулярной диффузии. В таких условиях воздух охлаждает лопатку, но не предназначен и не эффективен для защиты ее от коррозии. Known blades with defensive cooling do not have a heat-shielding coating and an air sheet formed on their surface by the expiration of air from the pores of the metal is included in the turbulent flow of the interscapular channel. Combustion products penetrate the metal of the scapula through an air veil by turbulent diffusion, the speed of which is several orders of magnitude higher than the molecular diffusion speed. Under such conditions, air cools the blade, but is not designed and not effective for protecting it from corrosion.
Волокнистое керамическое покрытие предлагаемой турбинной лопатки создает зону ламинарного движения и молекулярной диффузии в порах между волокнами. Ламинарное истечение воздуха из лопатки останавливает встречную молекулярную диффузию продуктов сгорания. Этот процесс следует уравнению
D(∂c/∂x) = -vc, 0≅x≅a, c(O) = co, (1)
где D коэффициент диффузии частиц определенного вещества в воздухе;
c концентрация частиц;
cо значение концентрации на огневой поверхности покрытия;
x координата по толщине покрытия;
a толщина покрытия;
v средняя скорость течения воздуха в порах покрытия.The fibrous ceramic coating of the proposed turbine blade creates a zone of laminar motion and molecular diffusion in the pores between the fibers. Laminar outflow of air from the scapula stops the oncoming molecular diffusion of the combustion products. This process follows the equation
D (∂c / ∂x) = -vc, 0≅x≅a, c (O) = c o , (1)
where D is the diffusion coefficient of particles of a certain substance in air;
c particle concentration;
c o the value of the concentration on the fire surface of the coating;
x coordinate by coating thickness;
a coating thickness;
v average air flow rate in the pores of the coating.
В волокнистом покрытии устанавливается перепад ΔT температуры T, например от 850oC на поверхности металла до 1400oC на огневой поверхности покрытия, или ΔT/To= 0,4 по отношению к средней абсолютной температуре покрытия Tо 1398 К. С соответствующей точностью (20.40%), достаточной для качественных выводов, можно пренебречь изменением температуры по толщине покрытия и считать параметры D и v уравнения (1) постоянными и равными их значению при средней температуре. С тем же приближением можно пренебречь влиянием формы пор на коэффициент диффузии и считать, что диффузия происходит по нормали к поверхности металла, а флуктуации скорости воздуха в порах, вызванные флуктуациями давления в турбулентном потоке, незначительны.In the fibrous coating, a temperature difference ΔT of T is established, for example from 850 o C on the metal surface to 1400 o C on the fire surface of the coating, or ΔT / T o = 0.4 with respect to the average absolute temperature of the coating T about 1398 K. With appropriate accuracy (20.40%), sufficient for qualitative conclusions, we can neglect the temperature change over the coating thickness and consider the parameters D and v of equation (1) to be constant and equal to their value at an average temperature. With the same approximation, one can neglect the influence of the shape of the pores on the diffusion coefficient and assume that diffusion occurs normal to the surface of the metal, and fluctuations in the air velocity in the pores caused by pressure fluctuations in the turbulent flow are insignificant.
Тогда концентрация продукта сгорания убывает от огневой поверхности по стационарной экспоненте,
c(x) cоexp(-vx/D), (2)
и составляет на поверхности металла
c(a) cоexp(-va/D), (3)
причем внезапное расширение поры вблизи металла, обусловленное безадгезионным характером покрытия, не влияет на концентрацию, так как она непрерывна.Then the concentration of the combustion product decreases from the firing surface in a stationary exponent,
c (x) c о exp (-vx / D), (2)
and makes up on the surface of the metal
c (a) c о exp (-va / D), (3)
moreover, the sudden expansion of the pore near the metal, due to the non-adhesive nature of the coating, does not affect the concentration, since it is continuous.
Пример. D 3 см2/с (CO2 и CO в воздухе при 1400 К), a 0,2 см. Для уменьшения концентрации в 2,7 раза (e) необходима скорость v 3 см2с-1/0,2 см 15 см/с, а для уменьшения в 100 раз (≈e5) скорость v 75 см/с. При пористости θ = 0,2(20%) покрытия средний по поверхности покрытия расход воздуха соответствует скорости θv = 0,2•75 см/с = 15 см/с, которая мала по сравнению со скоростью газа в межлопаточном канале, 300.800 м/с.Example.
В отличие от пористого охлаждения защита от коррозии может быть достигнута сколь угодно малым расходом воздуха за счет снижения пористости покрытия. Снижение концентрации продуктов сгорания у поверхности металла лопатки снижает приблизительно во столько же раз скорость коррозии. In contrast to porous cooling, corrosion protection can be achieved by an arbitrarily small air flow rate by reducing the porosity of the coating. A decrease in the concentration of combustion products at the surface of the metal of the blade reduces the corrosion rate by approximately the same amount.
Подобие между диффузией и теплопроводностью в данных условиях нарушено. С уменьшением пористости возрастает доля тепла, переносимая керамикой, которая в диффузии участия не принимает. The similarity between diffusion and thermal conductivity under these conditions is broken. With a decrease in porosity, the fraction of heat transferred by ceramics, which does not participate in diffusion, increases.
Какой бы малой ни были концентрация реагента у поверхности металла, ее значение определяет скорость реакции и, соответственно, требуемую скорость истечения воздуха, тогда как малые изменения температуры не существенны для градиента температуры и величины теплового потока. No matter how small the concentration of the reagent at the metal surface, its value determines the reaction rate and, accordingly, the required rate of air flow, while small changes in temperature are not significant for the temperature gradient and the magnitude of the heat flux.
Снижение агрессивности среды в воздушно-керамической подушке и усиление теплоизоляции уменьшают требования к химической стойкости металла лопатки. Кроме того, для одних и тех же среды и температуры переход к безадгезионному керамическому покрытию позволяет только за счет отказа от адгезии обойтись в ряде случаев алитированием без легирования тугоплавкими элементами и платиной. Reducing the aggressiveness of the environment in the air-ceramic cushion and enhancing thermal insulation reduce the requirements for the chemical resistance of the metal of the blade. In addition, for the same medium and temperature, the transition to a non-adhesive ceramic coating allows one to do this only by refusing adhesion by aluminizing without alloying with refractory elements and platinum.
Замковые пазы 23, 24 (фиг.3) типа "ласточкин хвост" могут быть заполнены вместо жгутов аморфной волокнистой массой в виде керамобетона, из которого в данном случае выполняют и наружное волокнистое покрытие 4. Такое покрытие с ребрами для закрепления в пазах может быть изготовлено отдельно, например в виде рифленого листового материала, и использовано в качестве внутренней части литейной формы при отливании стержня пера. The
Повторное нанесение волокнистого керамического покрытия на готовый стержень с пустыми пазами может быть выполнено с помощью сгораемого чехла, который покрывают изнутри слоем свежего керамобетона и одевают на стержень пера при необходимости, в вакууме. Это сопровождается заполнением замковых пазов и образованием волокнистого покрытия с ровной наружной поверхностью, ограниченной чехлом, который затем удаляют путем нагрева лопатки в окислительной среде. Repeated application of the fibrous ceramic coating on the finished rod with empty grooves can be done using a combustible cover, which is coated from the inside with a layer of fresh ceramic concrete and put on the feather rod, if necessary, in vacuum. This is accompanied by the filling of the locking grooves and the formation of a fibrous coating with a smooth outer surface bounded by a cover, which is then removed by heating the blades in an oxidizing environment.
Claims (26)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9494003899A RU2078945C1 (en) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | Turbine blade, its manufacturing and corrosion protection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9494003899A RU2078945C1 (en) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | Turbine blade, its manufacturing and corrosion protection method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94003899A RU94003899A (en) | 1995-11-20 |
RU2078945C1 true RU2078945C1 (en) | 1997-05-10 |
Family
ID=20152103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9494003899A RU2078945C1 (en) | 1994-02-07 | 1994-02-07 | Turbine blade, its manufacturing and corrosion protection method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2078945C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8607455B2 (en) | 2007-04-23 | 2013-12-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for the production of coated turbine moving blades and moving-blade ring for a rotor of an axial-throughflow turbine |
RU2764203C2 (en) * | 2017-09-21 | 2022-01-14 | Сафран Серамикс | Method for injecting filler-containing slicker into fibrous structure |
-
1994
- 1994-02-07 RU RU9494003899A patent/RU2078945C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 3758233, кл. F 01D 5/10, 1973. Патент США N 3790303, кл. F 01D 5/28, 1974. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8607455B2 (en) | 2007-04-23 | 2013-12-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for the production of coated turbine moving blades and moving-blade ring for a rotor of an axial-throughflow turbine |
RU2764203C2 (en) * | 2017-09-21 | 2022-01-14 | Сафран Серамикс | Method for injecting filler-containing slicker into fibrous structure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8167573B2 (en) | Gas turbine airfoil | |
US4655866A (en) | Device for thermal protection from ablation and vibrations and manufacturing method | |
CA1267137A (en) | Ceramic heat exchanger element | |
JP5078946B2 (en) | Manufacturing method of ceramic investment shell mold | |
US5876537A (en) | Method of making a continuous ceramic fiber composite hot gas filter | |
US10646920B2 (en) | Method of forming sealed refractory joints in metal-containment vessels, and vessels containing sealed joints | |
US6884384B2 (en) | Method for making a high temperature erosion resistant material containing compacted hollow geometric shapes | |
EP1645347A1 (en) | Method for producing a casting of high thermal load | |
WO2000053896A1 (en) | Turbine blade and method for producing a turbine blade | |
RU2563082C2 (en) | Vessel for fuse metal and method of its production | |
US7278464B2 (en) | Control pin | |
KR20030053013A (en) | Integral surface features for cmc components and method therefor | |
CH704833A1 (en) | Component for a turbo machine and a method of manufacturing such a component. | |
EP2017072B1 (en) | Burn resistant organic matrix composite material | |
RU2078945C1 (en) | Turbine blade, its manufacturing and corrosion protection method | |
KR100629998B1 (en) | Ceramic shell mold provided with reinforcement, and related process | |
EP3440316A1 (en) | Ceramic component for combustion turbine engines | |
RU2078948C1 (en) | Heat-insulated turbine blade | |
RU2076928C1 (en) | Turbine blade | |
RU2078217C1 (en) | Turbine blade with heat protection | |
RU2078947C1 (en) | Turbine blade heat protection method | |
RU94003899A (en) | TURBINE SHOVEL, ITS OPTIONS, METHOD OF MANUFACTURE AND METHOD OF PROTECTION AGAINST CORROSION | |
US6374898B1 (en) | Process for producing a casting core, for forming within a cavity intended for cooling purposes | |
EP3986636B1 (en) | Runner for transporting a molten material and method for producing said runner | |
McDanels et al. | Evaluation of low-cost aluminum composites for aircraft engine structural applications |