專利名稱：構件和用于對在被主動冷卻的構件內的冷卻劑消耗進行設定的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及構件和用于對在被主動冷卻的構件內的冷卻劑消耗進行設定的方法。
背景技術：
在高溫下使用的構件，例如在燃氣輪機中的渦輪機葉片，具有主動冷卻，其中冷卻劑被引入到內部中并且通過冷卻劑通道穿過渦輪機葉片并且需要時從薄膜冷卻孔中流出。在此重要的是，不過強地冷卻渦輪機葉片，因為由此強烈地提高冷卻劑消耗，這降低了渦輪機的效率，因為冷卻空氣大多取自壓縮機
發(fā)明內容
因此重要的是，通過最佳地設定流量率來設定冷卻劑消耗。該目的通過根據權利要求I的方法和根據權利要求7的構件來實現。在從屬權利要求中列出其他有利的措施，所述措施能夠任意地彼此組合，以便實現其他的優(yōu)點。


附圖示出圖1、2和3示出本發(fā)明的示意圖，圖4示出渦輪機葉片圖5示出燃氣輪機圖6不出超合金列表。
具體實施例方式附圖和說明書僅示出本發(fā)明的實施例。在圖I中示意地示出構件I的內部通道10的至少一部分。通道10尤其是冷卻通道10，并且能夠劃分成不同的區(qū)域，在此優(yōu)選劃分成兩個區(qū)域4和7，所述區(qū)域初始在入口9處具有與在出口 11處相比更大的橫截面。相應地，存在具有不同的流動橫截面的區(qū)域4、7。區(qū)域4、7不必位于入口 9處或者出口 11處。入口 9在渦輪機葉片中位于根部400的區(qū)域中(圖4)并且出口 11位于出流棱邊412的區(qū)域中(圖4)。構件I、120、130能夠具有多個冷卻通道。本發(fā)明提出，不同的區(qū)域4、7設有擴散覆層，所述擴散覆層導致加厚并且因此導致在不同的區(qū)域4、7處冷卻通道10的過道變窄。因此，借助材料13通過第一擴散覆層エ藝僅在第一區(qū)域4中產生擴散覆層19，所述擴散覆層導致壁加厚(圖2)。在第二步驟中，將材料16僅施加在第二區(qū)域7中，以便同樣在區(qū)域7中產生擴散覆層，所述區(qū)域導致第二擴散覆層22，然而，所述第二擴散覆層尤其由于不同的覆層エ藝而與在區(qū)域4中相比導致更大的加厚。材料16能夠相當于或者不同于第一覆層エ藝的材料13。擴散覆層19和22優(yōu)選形成連續(xù)的擴散覆層25。對于區(qū)域4、7這優(yōu)選是鍍鋁エ藝，對于區(qū)域4使用NiAl用于擴散覆層エ藝，和/或對于區(qū)域7，使用Ni2A13用于擴散覆層。如在圖3中示出，兩種覆層エ藝還能夠同時地應用。優(yōu)選地，對渦輪機葉片120、130的整個內部區(qū)域進行覆層。圖5以局部縱剖面圖示例地示出燃氣輪機100。燃氣輪機100在內部具有帶有軸的、可圍繞旋轉軸線102轉動地安裝的轉子103，該轉子也稱為渦輪機轉子。沿著轉子103依次為進氣殼體104、壓縮機105、帶有多個同軸設置的燃燒器107的尤其為環(huán)形燃燒室的例如環(huán)面狀的燃燒室110、渦輪機108和排氣殼體109。環(huán)形燃燒室110與例如環(huán)形的熱氣體通道111連通。在那里例如四個相繼連接的渦輪級112形成渦輪機108。每個渦輪級112例如由兩個葉片環(huán)形成。沿エ質113的流動方向觀察，在熱氣體通道111中，由轉子葉片120形成的排125跟隨導向葉片排115。在此，導向葉片130固定在定子143的內殼體138上，相對地，該排125的轉子葉片120例如借助渦輪盤133安裝在轉子103上。發(fā)電機或者做功機械(未示出)耦接于轉子103。在燃氣輪機100工作期間，壓縮機105通過進氣殼體104將空氣135吸入并且壓縮。在壓縮機105的渦輪側端部處提供的壓縮空氣被引至燃燒器107并且在那里與燃料混合。接著混合物在燃燒室110中燃燒，從而形成エ質113。エ質113從那里起沿著熱氣體通道111流過導向葉片130和轉子葉片120。エ質113在轉子葉片120處以傳遞動量的方式膨脹，使得轉子葉片120驅動轉子103，并且該轉子驅動耦接在其上的做功機械。 暴露于熱エ質113的構件在燃氣輪機100工作期間承受熱負荷。除了加襯于環(huán)形燃燒室Iio的熱屏蔽元件之外，沿エ質113的流動方向觀察的第一渦輪機級112的導向葉片130和轉子葉片120承受最高的熱負荷。為了經受住那里存在的溫度，可借助冷卻劑來冷卻第一渦輪機級的導向葉片和轉子葉片。同樣，構件的基底可以具有定向結構，這就是說它們是單晶的(SX結構)或僅具有縱向定向的晶粒(DS結構)。例如，鐵基、鎮(zhèn)基或鉆基超合金用于構件的材料，特別是用于渦輪葉片120、130和燃燒室110的構件的材料。例如由EPI 204 776 BUEP I 306 454,EP I 319 729 AUffO 99/67435 或 WO 00/44949 已知這樣的超合金。導向葉片130具有朝向渦輪機108的內殼體138的導向葉片根部(這里未示出)，以及與導向葉片根部相對置的導向葉片頂部。導向葉片頂部朝向轉子103并固定在定子143的固定環(huán)140處。圖4在立體圖中示出流體機械的沿著縱軸線121延伸的轉子葉片120或導向葉片130。所述流體機械可以是飛機的或用于發(fā)電的發(fā)電廠的燃氣輪機，也可以是蒸汽輪機或壓縮機。葉片120、130沿著縱軸線121相繼具有固定區(qū)域400、鄰接于固定區(qū)域的葉片平臺403以及葉身406和葉片梢部415。作為導向葉片130，葉片130可以在其葉片梢部415
處具有另一平臺(未示出)。
在固定區(qū)域400中形成有用于將轉子葉片120、130固定在軸或盤上的葉片根部183 (未示出)。葉片根部183例如構成為錘頭形。作為揪樹形根部或燕尾形根部的其他構形是可行的。葉片120、130對于流過葉身406的介質具有迎流棱邊409和出流棱邊412。在傳統(tǒng)葉片120、130中，在葉片120、130的所有區(qū)域400、403、406中使用例如實心的金屬材料、尤其是超合金。例如由EP I 204 776BUEP I 306 454,EP I 319 729 Al、WO 99/67435或WO 00/44949已知這樣的超合金。在這種情況下，葉片120、130可以通過鑄造法，也可以借助定向凝固、通過鍛造法、通過銑削法或其組合來制造。將帶有ー個或多個單晶結構的エ件用作機器的在運行中承受高的機械的、熱的和/或化學的負荷的構件。這種單晶エ件的制造例如通過由熔融物的定向凝固來進行。在此，這涉及一種鑄造法，其中液態(tài)金屬合金凝固為單晶構造物、即單晶エ件，或者定向凝固。在這種情況下，枝狀晶體沿熱流定向，并且形成柱狀晶體的晶粒結構(柱狀地，這就是說在エ件的整個長度上分布的晶粒，并且在此根據一般的語言習慣稱為定向凝固)，或者形成單晶結構，這就是說整個エ件由唯一的晶體構成。在這些方法中，必須避免過渡成球形(多晶的)凝固，因為通過非定向的生長不可避免地構成橫向和縱向晶界，所述橫向和縱向晶界使 定向凝固的或單晶的構件的良好特性不起作用。如果一般性地提到定向凝固組織，則是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的單晶和確實具有沿縱向方向分布的晶界但不具有橫向晶界的柱狀晶體結構。第二種所提到的晶體結構也稱為定向凝固組織(directionalIysolidified structures)。由 US-PS 6，024，792 和 EP 0 892 090 Al 已知這樣的方法。葉片120、130同樣可以具有抗腐蝕或抗氧化的覆層，例如(MCrAlX ;M是鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)中的至少ー種元素，X是活性元素并代表釔(Y)和/或硅和/或至少ー種稀土元素，或鉿(Hf))。由 EP 0 486 489 BI、EP 0 786 017 BI、EP 0 412 397 BI 或 EP I306 454A1已知這樣的合金。密度優(yōu)選地是理論密度的95%。在(作為中間層或最外層的)MCrAlX層上形成保護性氧化招層(TG0=thermal grown oxide layer,熱生長氧化層)。優(yōu)選地，層成分具有Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y_0.7Si 或Co-28Ni-24Cr-10Al-0. 6Y。除這些鈷基保護覆層タト，也優(yōu)選地使用鎳基保護層，例如 Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re 或 Ni-12Co_2ICr-I1A1-0.4Y_2Re 或Ni-25Co-17Cr-10Al-0. 4Y-1. 5Re。在MCrAlX上還可以有隔熱層，隔熱層優(yōu)選是最外層并例如由ZrO2J2O3-ZrO2組成，即，隔熱層通過氧化釔和/或氧化鈣和/或氧化鎂非穩(wěn)定、部分穩(wěn)定或完全穩(wěn)定。隔熱層覆蓋整個MCrAlX層。通過例如電子束氣相淀積(EB-PVD)的適當的覆層方法在隔熱層中產生柱狀晶粒。其他覆層方法也是可以考慮的，例如大氣等離子噴涂(APS)、LPPS (低壓等離子噴涂)、VPS (真空等離子噴涂)或CVD (化學氣相淀積)。隔熱層可以具有多孔的、有微觀裂縫或宏觀裂縫的晶粒，用于更好地耐熱沖擊。因此，隔熱層優(yōu)選地比MCrAlX層更為多孔。葉片120、130可以構造成中空的或實心的。如果要冷卻葉片120、130，則葉片為中空的并且必要時還具有薄膜冷卻孔418 (由虛線表示)。
權利要求
1.用于對在中空構件(1，120，130)內的平均流量進行設定的方法，所述構件在內部中具有至少一個通道(10)，所述至少一個通道帶有不同的區(qū)域(4，7)， 所述區(qū)域(4，7)具有不同的流動橫截面，其中在具有較大的流動橫截面的區(qū)域(4)中通過第一擴散覆層工藝設定較小的壁厚增加，并且在具有較小的流動橫截面的區(qū)域(7)中尤其通過不同的、第二擴散覆層工藝設定較大的壁加厚。
2.根據權利要求I所述的方法，其中鍍鋁工藝被用于擴散工藝。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中對于所述第一擴散覆層工藝使用NiAl(13)作為鋁源。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其中對于所述第二擴散覆層工藝使用Ni2Al3(16)作為鋁源。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的方法，其中相繼地執(zhí)行不同的所述擴散工藝。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的方法，其中同時地執(zhí)行不同的所述擴散工藝。
7.中空構件，尤其根據上述權利要求I至6中的一項或多項制成，所述中空構件在內部中被鍍鋁并且具有在內部中帶有不同層厚度的區(qū)域(4，7)。
8.根據權利要求7所述的構件，所述構件在具有較大的流動橫截面的所述區(qū)域(4)中具有較小的鍍鋁層厚度。
9.根據權利要求7或8所述的構件，所述構件在具有較小的流動橫截面的所述區(qū)域(7)中具有較大的鍍鋁層厚度。
全文摘要
通過在構件中使用不同的擴散覆層能夠以受控的方式對在構件中的冷卻劑的流量進行設定。
文檔編號C23C10/06GK102770575SQ201180010754
公開日2012年11月7日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權日2010年2月23日
發(fā)明者克努特·哈爾貝斯塔特, 克里斯蒂安·勒納, 法蒂·艾哈邁德 申請人:西門子公司