專利名稱：用于制造燃氣渦輪發(fā)動機的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及渦輪發(fā)動機，更具體地涉及用于渦輪發(fā)動機部件中的環(huán)境涂層。
背景技術(shù)：
至少某些已知的燃氣渦輪發(fā)動機包括正向風(fēng)扇、核心發(fā)動機以及動力渦輪。核心發(fā)動機包括至少一個為燃燒室提供加壓空氣的壓縮機，空氣在燃燒室中與燃料混合并點燃，以便產(chǎn)生熱燃氣。燃氣向下游流向一個或多個渦輪，這些渦輪從中抽取能量，以便為壓縮機供能且提供有用功，例如驅(qū)動飛機。渦輪節(jié)可包括設(shè)于燃燒室出口處的固定渦輪噴嘴，其用于將燃氣引導(dǎo)至設(shè)在其下游的渦輪轉(zhuǎn)子中。
渦輪噴嘴可包括多個周向間隔開的葉片。這些葉片受到離開燃燒室的熱燃氣的沖擊，并且至少部分地涂覆有涂層，以便于保護葉片不受環(huán)境的影響且便于降低磨損。尤其是至少在某些發(fā)動機中，對包括葉片在內(nèi)的渦輪部件施加鋁化鉑涂層，以便促進對部件的環(huán)境保護。鋁化鉑涂層的施加通常是一種三個步驟的工藝，包括電鍍過程、擴散熱處理以及鋁化過程。在電鍍期間，將鉑電鍍到待涂覆部件的表面上。這種基本上均勻厚度的電鍍涂層施加在部件的整個表面上。然而，由待涂覆部件與在涂覆中所用的陽極之間的電流所產(chǎn)生的磁場可能不是均勻地分布在整個部件上，更具體地說，這種磁通線在部件上的銳邊附近更加密集，例如在噴嘴葉片的后緣附近。結(jié)果，相對于葉片翼型部分的凸面和凹面而言，這種邊緣被涂覆了更厚的電鍍涂層。隨著時間的過去，涂層的這種不均勻分布可能會導(dǎo)致開裂。至少一種控制后緣附近的電鍍厚度的已知方法需要將用即棄的金屬“附加陰極”設(shè)置在后緣的附近，從而在涂層施加期間從邊緣處竊取電流。然而在這種方法中，附加陰極的效率會隨時間而減弱，并且可能需要頻繁更換。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供了一種制造燃氣渦輪發(fā)動機部件的方法。該方法包括將非自耗性護罩設(shè)置在部件的邊緣附近，使得在護罩和部件之間形成了間隙，其中護罩和間隙形成了邊緣附近的流體流動限制，并且通過電解槽將電流從陽極引導(dǎo)至部件上，從而對部件施加涂層。
在另一實施例中，提供了一種電鍍裝置。該電鍍裝置包括含有電解液的電鍍槽、電源、與電源相連的陽極、與電源相連并浸漬在電解液中且包括由邊緣來界定的電鍍表面的部件，以及設(shè)置在部件邊緣附近的非自耗性護罩，使得在邊緣和護罩之間形成了間隙，并且護罩和間隙形成了邊緣附近的流體流動限制。
在又一實施例中，提供了一種電鍍裝置。該電鍍裝置包括具有含有鉑的電解液的電鍍槽、電源、與電源相連的陽極、與電源相連并浸漬在電解液中且包括電鍍表面和邊緣的待電鍍部件，以及設(shè)置在該邊緣附近的非自耗性護罩，使得在邊緣和護罩之間形成了間隙，并且護罩和間隙形成了邊緣附近的流體流動限制。護罩構(gòu)造成可將電場從邊緣處移開，從而便于減少沉淀在邊緣上的電鍍量。


圖1是示例性的高函道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的縱向截面圖；圖2是可用于燃氣渦輪發(fā)動機(圖1所示)中的示例性的第一級高壓渦輪噴嘴弧段的透視圖；圖3是用于將電鍍涂層施加到圖2所示葉片上的示例性電鍍工藝的透視圖；圖4是可在圖3所示的電鍍工藝中使用的高壓渦輪噴嘴葉片118的截面圖；和圖5是從圖4所示的多個檢測位置中的每一位置處獲得的電鍍涂層厚度讀數(shù)的圖表。
各幅圖中的標號含義如下10發(fā)動機；12軸線；14風(fēng)扇；16增壓器；18高壓壓縮機；20燃燒室；22高壓渦輪；24低壓渦輪；26軸；28軸；114弧段；118葉片；120帶；122帶；124冷卻空氣流；126側(cè)壁；128側(cè)壁；130葉根；132葉尖；134前緣；136后緣；200工藝；202柵極；204涂層；206護罩；208軸線；210間隙；212距離；218直徑；220厚度；401-410位置；500圖表；502x軸；504y軸；506軌跡線；508軌跡線。
具體實施例方式
這里所用的用語“部件”可包括任何構(gòu)造成與燃氣渦輪發(fā)動機相連并且可涂覆金屬薄膜涂層的部件，例如高壓渦輪噴嘴葉片。高壓渦輪噴嘴葉片只是示例性的，因此并不意味著以任何方式限制了用語“部件”的定義和/或意思。另外，雖然本發(fā)明在這里是結(jié)合燃氣渦輪發(fā)動機來進行介紹，更具體地說是用于燃氣渦輪發(fā)動機的高壓渦輪噴嘴葉片中，然而應(yīng)當理解，本發(fā)明也可應(yīng)用于其它的燃氣渦輪發(fā)動機的固定部件和可旋轉(zhuǎn)部件中。因此，本發(fā)明的實踐并不局限于燃氣渦輪發(fā)動機的高壓渦輪噴嘴葉片。另外，雖然本發(fā)明在這里是結(jié)合電解槽工藝來進行介紹，然而應(yīng)當理解，本發(fā)明可應(yīng)用于任何電鍍工藝，例如電刷電鍍。因此，本發(fā)明的實踐并不局限于利用電解槽的電鍍工藝。
圖1是示例性的高函道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機10的縱向截面圖。發(fā)動機10包括圍繞著縱向中心軸線12且連續(xù)軸流式連通的風(fēng)扇14、增壓器16、高壓壓縮機18、燃燒室20、高壓渦輪22以及低壓渦輪24。高壓渦輪22通過第一轉(zhuǎn)子軸26與高壓壓縮機18驅(qū)動式相連，低壓渦輪24通過第二轉(zhuǎn)子軸28與增壓器16及風(fēng)扇14驅(qū)動式相連。
在發(fā)動機10的工作期間，周圍空氣穿過風(fēng)扇14、增壓器16和壓縮機18，高壓氣流進入到燃燒室20中，其在此處與燃料混合并燃燒，以提供熱燃氣的高能量流。該高能量的氣流穿過高壓渦輪22以驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子軸26。該氣流穿過低壓渦輪24以驅(qū)動第二轉(zhuǎn)子軸28、風(fēng)扇14和增壓器16。用過的燃氣經(jīng)由排氣管道(未示出)而離開發(fā)動機10。
應(yīng)當注意，雖然本說明是針對渦輪風(fēng)扇飛機發(fā)動機來給出的，但是本發(fā)明的實施例可應(yīng)用于任何燃氣渦輪發(fā)動機的發(fā)電廠，例如用于海運和工業(yè)應(yīng)用的那些發(fā)動機。圖1所示發(fā)動機的說明只是針對可應(yīng)用本發(fā)明實施例的發(fā)動機類型的示例性說明。
圖2是可用于燃氣渦輪發(fā)動機10(圖1所示)中的示例性的第一級高壓渦輪噴嘴弧段114的透視圖。高壓渦輪噴嘴弧段114可軸向地定位在燃燒室20和高壓渦輪22之間，從而使一排第一級渦輪轉(zhuǎn)子葉片(未示出)定位在高壓渦輪噴嘴弧段114的下游。多個高壓渦輪噴嘴114可圍繞軸線12周向地間隔開，從而形成高壓渦輪噴嘴(未示出)。高壓渦輪噴嘴弧段114包括至少一個在相對的徑向端處連接到相應(yīng)的徑向內(nèi)帶120和相應(yīng)的徑向外帶122上的噴嘴葉片118。高壓渦輪噴嘴弧段114通常形成為弧形的段，各弧段114具有兩個或多個葉片118。在工作期間可利用冷卻空氣流124來克服熱燃氣流116來對葉片118進行冷卻，冷卻空氣124可通過外帶122而從壓縮機18的排氣中分流到各個葉片118上。
各葉片118都包括通常凹入的壓力側(cè)壁126和周向相對的通常凸出的吸力側(cè)壁128。側(cè)壁126和128可縱向地沿著噴嘴的徑向軸線而在帶120和122之間延伸，其中葉根130與內(nèi)帶120相連，葉尖132與外帶122相連。側(cè)壁126和128在前緣134和相對的后緣136之間弦向地或軸向地延伸。
圖3是用于將電鍍涂層施加到葉片118(圖2所示)中的示例性電鍍工藝200的透視圖。在該示例性實施例中，葉片118可相對于柵極202而被激勵到預(yù)定的負電壓，使得在含有金屬離子如鉑離子的電解液覆蓋到葉片118的表面如側(cè)壁126上時，電解液中的金屬離子被優(yōu)先吸引且粘附到側(cè)壁126上，從而形成了電鍍涂層204。在該示例性實施例中，將不導(dǎo)電的非自耗性護罩206設(shè)置在后緣136的附近，使護罩206的縱向軸線208基本上與后緣136平行，并間隔開具有預(yù)定距離212的間隙210。在該示例性實施例中，距離212約為30密耳。在一個備選實施例中，距離212是大于或小于30密耳的距離。在該示例性實施例中，護罩206由不導(dǎo)電的材料如塑料制成，并具有例如為四分之三英寸的外徑218，其比葉片118在后緣136處的厚度220大得多。相對于后緣136的厚度大得多的護罩206的直徑明顯地鈍化了后緣136的幾何形狀，并且促進了阻止至少一部分電流流過后緣136。另外，距離212至后緣136的緊密間隙便于降低后緣136附近的電解液流量。護罩206可形成為順應(yīng)著不規(guī)則形狀或彎曲后緣的輪廓，同時保持間隙距離212。另外，護罩206可包括不規(guī)則的橫截面，例如，護罩206可以是空心的或?qū)嵭牡?，并可包括?gòu)造成與后緣136對準的溝槽或狹縫，從而優(yōu)化流動限制性間隙距離212和/或間隙距離212附近的電場的電特征。
圖4是可用于電鍍工藝200(圖3所示)的高壓渦輪噴嘴葉片118的橫截面。葉片118包括凹入的壓力側(cè)壁126和凸出的吸力側(cè)壁128，各側(cè)壁都在前緣134和后緣136之間軸向地延伸。在圍繞著葉片118的周邊的預(yù)定位置處設(shè)有多個厚度檢測位置，標為401-410。
圖5是從多個檢測位置401-410中的每一位置(圖4所示)處獲得的電鍍涂層厚度讀數(shù)的圖表500。圖表500包括x軸502，其單位與各相應(yīng)檢測位置401-410(圖4所示)相關(guān)聯(lián)。例如，電鍍涂層厚度讀數(shù)401是在前緣134的附近獲得的，電鍍涂層厚度讀數(shù)406是在后緣的附近獲得的，而電鍍涂層厚度讀數(shù)404和409分別是在凸面128的附近和凹面126的附近獲得的。y軸以密耳為單位來劃分刻度，其顯示了對應(yīng)于相應(yīng)位置401-410的電鍍涂層的厚度。
在該示例性實施例中，軌跡線506將圖表500上的對應(yīng)于用來為噴嘴葉片118涂覆金屬薄膜涂層的示例性電鍍工藝的點連接起來。軌跡線506顯示了在沒有使用護罩206來在邊緣136的附近形成流動限制性間隙距離212的情況下使用電鍍工藝所獲得的讀數(shù)。軌跡線506顯示了位置406處的金屬薄膜涂層厚度大約比位置401-405和407-410處的金屬薄膜涂層厚度大100％。
軌跡線508顯示了在使用護罩206來在邊緣136的附近形成流動限制性間隙距離212以及使邊緣136附近的電場移走的情況下使用電鍍工藝之后在位置401-410處所獲得的讀數(shù)。護罩206可促進在位置401-410處電鍍均勻的金屬薄膜涂層厚度。軌跡線508顯示了位置406處的金屬薄膜涂層厚度大約比位置401-405和407-410處的金屬薄膜涂層厚度僅大25％。使用護罩206可導(dǎo)致在葉片118周邊的周圍具有更均勻的金屬薄膜涂層厚度。
厚度比可定義為翼型周邊的周圍的位置上的最大厚度(tmax)與最小厚度(tmin)的比值， 軌跡線508顯示了利用上述公式得出的約1.94的厚度比，而軌跡線506顯示了約3.03的厚度比，這表明在葉片118周邊的周圍的金屬薄膜涂層厚度的均勻性提高了約40％對于在燃氣渦輪發(fā)動機部件如高壓渦輪的第一級噴嘴上提供基本上均勻的金屬薄膜涂層厚度而言，上述方法和裝置是成本效率合算且可靠性很高的。尤其是，設(shè)于待涂覆噴嘴葉片的邊緣附近的護罩限定了電解液流動的限制性間隙，并移走了邊緣附近的一部分電場。限制邊緣附近的電解液流動可使電解液排到間隙中，并減少可用于電鍍邊緣的金屬離子濃度。移走邊緣附近的一部分電場促進了電鍍原動力的下降，從而降低了邊緣上的電鍍速率。本方法和裝置能夠以成本效率合算且可靠的方式來促進機器的制造，尤其是燃氣渦輪發(fā)動機。
在上文中詳細地介紹了電鍍方法和裝置部件的示例性實施例。這些部件并不局限于這里所介紹的特定實施例，相反，各裝置的部件均可單獨地和獨立于這里所述的其它部件地來使用。各電鍍方法和裝置部件也可結(jié)合其它的電鍍方法和裝置部件來使用。
雖然已經(jīng)針對各種特定的實施例來介紹了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，可在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)通過改進來實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種制造燃氣渦輪發(fā)動機部件(118)的方法(200)，所述方法包括將非自耗性護罩(206)設(shè)置在所述部件的邊緣附近，從而在所述護罩和部件之間形成了間隙(210)，其中所述護罩和間隙形成了所述邊緣附近的流體流動限制；和通過電解槽將電流從陽極(202)引導(dǎo)至所述部件上，從而對所述部件施加涂層(204)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括電鍍所述部件，使得所述部件邊緣(136)上的電鍍涂層的厚度(220)基本上等于所述部件的表面(126，128)上的電鍍涂層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將電流從陽極引導(dǎo)至所述部件上包括將所述部件作為電路中的陰極來進行連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將非自耗性護罩設(shè)置在所述部件的邊緣附近包括在所述邊緣的附近設(shè)置不導(dǎo)電的護罩，使得所產(chǎn)生的電場的至少一部分從所述邊緣中移走。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將非自耗性護罩設(shè)置在所述部件的邊緣附近包括選擇所述護罩的尺寸以便于從所述邊緣中移走電場，從而使沉積在所述邊緣上的涂層相對于沉積在所述部件上的涂層而言是基本上均勻的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將非自耗性護罩設(shè)置在所述部件的邊緣附近包括將不導(dǎo)電的護罩設(shè)置在所述部件的邊緣附近。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將非自耗性護罩設(shè)置在所述部件的邊緣附近包括在所述部件的邊緣附近設(shè)置護罩，使得所述間隙的寬度等于約0.254毫米到約1.27毫米之間的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將非自耗性護罩設(shè)置在所述部件的邊緣附近包括在所述部件的邊緣附近設(shè)置護罩，使得所述間隙的寬度等于約0.762毫米
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將非自耗性護罩設(shè)置在所述部件的邊緣附近包括在所述邊緣的附近設(shè)置護罩，使得所述護罩具有與所述邊緣的輪廓基本上匹配的輪廓。
全文摘要
本文提供了制造燃氣渦輪發(fā)動機的部件(118)的方法和裝置。本方法(200)包括將非自耗性護罩(206)設(shè)置在部件的邊緣(136)的附近，從而在護罩和部件之間形成了間隙(210)，其中護罩和間隙形成了邊緣附近的流體流動限制，并通過電解槽將電流從陽極(202)引導(dǎo)至部件上，從而對部件施加涂層。
文檔編號C25D7/00GK1746338SQ200510093929
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月19日
發(fā)明者M·H·拉克, B·K·古普塔, H·法爾 申請人:通用電氣公司