机器部件和燃气轮机制造技术

本发明专利技术涉及一种机器部件，该机器部件带有由基础材料制成的基体（４０），该基体在其表面的一部分区域内与由一种涂层材料制成的铠装（４２），该涂层材料具有比基础材料更大的硬度和／或韧度，使得这样一种铠装涂层得以实现，该铠装涂层在能被进一步加工的同时具有尽可能大的稳定性，且由涂层方法给所述机器部件带来的负荷最小。此外，要尽可能避免热点和冷点的出现。为此，根据本发明专利技术规定，所述铠装涂层（４２）由多个铠装元件（５４）构成，所述铠装元件沿它们的纵向与流过所述基体（４０）的热燃气的主流动方向倾斜地布置在所述基体（４０）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种机器部件，该机器部件带有一种由基础材料制成的基体，该基体 在其表面的一部分区域内具有由一种涂层材料制成的铠装，该涂层材料具有比基础材料更 大的硬度和/或韧度。本专利技术还涉及一种带有多个这种类型的机器部件的燃气轮机。
技术介绍
透平、尤其是燃气轮机，在多个领域被用于驱动发电机或做功机器。在此，利用燃 料的内能使透平轴产生旋转运动。为此，在燃烧室内燃烧燃料，其中，供入由空气压缩机压 缩的空气。在此，在燃烧室中通过燃料燃烧产生的高温高压的工作介质被导引通过连接在 燃烧室下游的透平单元，工作介质在该透平单元处做功膨胀。在此，为使透平轴产生旋转运动，在该透平轴上布置多个组成叶片组或叶片列的 动叶片，所述动叶片通过来自工作介质的冲击转换(Impulsilbetrag)驱动透平轴。此外， 为在透平单元内导引工作介质，通常在相邻的叶片列之间布置与透平壳体相连的导向叶片 列。这种透平包括多个构件或机器部件，它们按照预定的规格、形状和/或公差适当 地定位在透平内。在许多情况下值得期待的是，将相邻机器部件或构件的相互接触减到最 小，以便由此使相关部件的磨损保持得特别小。尽管如此，在透平运行时，例如由于热膨胀 或由于运行造成的振动等，总是会在这种构件之间出现不希望的接触，因此这种部件就发 生了一定的磨损。例如，作为这种机器部件，在燃气轮机的燃烧室区域内通常彼此相邻地布 置一个所谓的燃烧管、一个混合室和一个内腔。这些机器部件由结构决定地具有这样的大 的形变和临界公差，使得在燃气轮机运行中这些构件不可避免地在局部接触。通过这种接 触产生不希望的、并且尤其在长时间运行的情况下可能会造成严重的磨损，因此必须以规 则的间隔检查并在需要时更换或修理所述构件。为在这种情况下将有关构件或机器部件的磨损保持得特别小，可以将所述机器部 件按照所提及的铠装实施形式制造，其中，与可能磨损或和相邻部件的可能接触的特别有 关的区域布设有也被称为铠装的保护涂层。这种铠装在此可以由涂层材料构成，该涂层材 料与各自的部件的基础材料相比具有更大的机械硬度和/或韧度，使得通过这样的适当的 材料选择就已经可以减小由接触造成的磨损。此外，可以通过基础材料和/或涂层材料的 适当的不同化学组成使机器部件的组成部分获得更高的耐腐蚀性。由于通常为这种使用目的涂层材料具有较大的硬度和/或韧度，所以所述涂层材 料也比机器部件的基体各自的基础材料更脆。因此，仅还能对具有涂层材料的基体进行有 限的进一步加工(例如弯曲等)。此外，在基体热膨胀时，在设有涂层材料的区域内会由于不同的热膨胀特性而形 成裂缝和其它损伤。而这些恰好在热负荷较高的区域内使用，例如在燃气轮机的燃烧室内 部，因此，这种铠装的机器部件仅在一定条件下适用。不过，机器部件应当设有合适的铠装，以便能在基本保持耐磨损的工作要求的情况下使用，并为了避免可能由铠装带来的缺点，重要的是，使铠装的侧向膨胀保持得特别 小。不过，在此为了能够覆盖该表面的足够大的局部区域，使铠装的的各个区相互去耦合地 设计，以便由此能够相对于热变形等实现足够的灵活性。这通过将铠装分段地设计并由多 个铠装部段构成而实现。铠装部段可以通过合适的技术安装在机器部件的基体上。尽管如此，铠装部段优 选通过堆焊安装在基体上，因此得到了一种与基体的尤其紧密的连接并因而使机器部件整 体上得到了较高的稳定性。不过，对于铠装的分段设计，焊接过程必须频繁地起动和结束，这可能会因堆焊时 的较高工作温度而造成基体的挠曲。此外，在一些应用情形下，冷空气被围绕基体的外部区 域导引。通过所述各段的布置，冷空气在设定的通道内被喷射到热气路线内，从而相应于所 述分段在由于分段的突出部而形成的交叉位置处产生热点和冷点。而且，与所述铠装元件 的分段相联系的是构成基体的环的横向稳定性和抗扭性的降低。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种上述类型的机器部件，该机器部 件的铠装涂层在具有进一步加工的可能性的同时实现了尽可能大的稳定性，以及由涂层方 法过程给机器部件带来的负荷较小。此外，尽可能地避免了热点和冷点的出现。此外，本发 明还提供一种带有多个这种机器部件的燃气轮机。根据本专利技术，所述技术问题由此解决，S卩，所述铠装由多个铠装元件构成，所述铠 装元件在它们的纵向倾斜于流过基体的热燃气的主流动方向安装在所述基体上。本专利技术的有利设计是各从属权利要求的主题。在此，本专利技术基于这样的考虑当焊接过程连续进行时，可以避免在堆焊中由于 频繁的起动和停止过程而导致的负荷。而且，可以通过适当地布置铠装元件实现特别高的 横向稳定性，以及通过适当地导引冷空气尽可能地避免冷空气对基体的热学特性的消极影 响。为使铠装元件螺旋形地环绕基体布置并因而使基体达到特别高的稳定性并且为 涂层材料减少焊接过程中的起动和停止点，优选设置流过基体的热燃气的主流动方向和铠 装元件的纵向之间的倾斜角大于0°小于90°的铠装元件，从而获得了铠装元件的平行四 边形的形状，但是也可以考虑其它的基本几何形状。在一种特别优选的实施形式中，将倾斜角设计为使铠装元件形成这样的布置，即， 由倾斜设计的铠装几何形状构成的冷空气通道以最简单的设计围绕基体，并且由此使冷空 气相对于热燃气流动方向涡旋，从而可以使冷空气实现尽可能均勻的分布。为了实现敷设有铠装的机器部件的进一步加工的尽可能大的灵活性，以在流过基 体的热燃气的主流动方向和铠装元件的纵向之间大于0°小于90°的倾斜角安装在基体 上的铠装元件优选并不连续，而是分段地布置在基体上，也就是说焊接涂层有多处中断。为了避免对于在敷设铠装涂层所需的焊接过程中可能出现的焊缝突起的修整，并 且尽管如此也保证了符合公差极限值以及机器部件的表面均勻化，优选地规定，通过激光 粉末堆焊安装铠装部段，不过也可以考虑通过其它焊接方法或通过喷镀的涂层。利用本专利技术实现的优点尤其在于，通过铠装部段的布置使构成基体的环实现特别高的横向稳定性和抗扭性，以及在实现对基体的进一步加工的灵活性的同时将冷空气特别 有利地导引。附图说明下面结合附图详细解释本专利技术的实施形式。在附图中图1示出了燃气轮机的纵截面；图2示出了图1所示燃气轮机的燃烧室的截面；图3至图5分别示出了图1所示燃气轮机的机器部件；图6示出了带有铠装元件的机器部件的基体的视图；以及图7以示意图示出了铠装部段的布置。具体实施例方式在所有的附图中，相同的零件具有相同的附图标记。图1所示的燃气轮机1具有用于燃烧用空气的压缩机2、燃烧室4以及用于驱动压 缩机2和未示出的发电机或做功机器的透平6。为此，透平6和压缩机2布置在一根共同 的、也被称作透平转子的透平轴8上，发电机或做功机器也与该透平轴相连，且该透平轴以 可绕其中心轴线9旋转的方式支承。燃烧室4配备有多个用于燃烧液态或气态燃料的燃烧器10。此外，燃烧室还在其 内壁上设有未详细示出的热屏蔽元件。透平6具有多个与透平轴8相连的、可转动的动叶片12。动叶片12环状地布置在 透平轴8上并因而构成多个动叶片列。此外，透平6还包括多个固定的导向叶片14，所述导 向叶片同样形成导向叶片列地、环状地固定在透平6的内腔16上。动叶片12在此用于通 过流过透平6的工作介质M的冲击转换来驱动透平轴8。导向叶片14则用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器部件，带有由基础材料制成的基体（４０），所述基体在其局部区域内设有由涂层材料制成的铠装（４２），所述涂层材料的硬度和／或韧度比所述基础材料的硬度和／或韧度更大，其中，所述铠装（４２）由多个铠装元件（５４）构成，所述铠装元件在所述铠装元件的纵向相对于流过所述基体（４０）的热燃气的主流动方向（５６）倾斜地安装在所述基体（４０）上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-12-4 07023418.2一种机器部件，带有由基础材料制成的基体(40)，所述基体在其局部区域内设有由涂层材料制成的铠装(42)，所述涂层材料的硬度和/或韧度比所述基础材料的硬度和/或韧度更大，其中，所述铠装(42)由多个铠装元件(54)构成，所述铠装元件在所述铠装元件的纵向相对于流过所述基体(40)的热燃气的主流动方向(56)倾斜地安装在所述基体(40)上。2.根据权利要求1所述的机器部件，其中，所述倾斜角大于0°小于90°。3.根据权利要求1或2所述的机器部件，其中，所述铠装元件(54)是分段...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃尔克亨谢尔，乔吉姆斯科克佐夫斯基，马丁斯塔珀，伯吉特格鲁格，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]