用于3D打印用于涡轮护罩的表面的图案的方法技术

本发明专利技术涉及用于3D打印用于涡轮护罩的表面的图案的方法。提供了一种制造工业制品的方法，其包括以下步骤：将第一涂层喷涂到衬底上，以及通过3D打印设置成图案的材料来将第二涂层淀积在第一涂层上。图案包括设置在涡轮部件的底表面处的凸脊。各个凸脊由第一和第二侧壁限定，各个侧壁具有第一和第二端部。端部从底表面延伸，侧壁朝彼此倾斜，直到在相应的第一和第二侧壁的第二端部处相遇，从而限定中心线和凸脊的顶部部分。侧壁相对于底表面以基本相等但相反的斜度倾斜。凸脊对应于涡轮轮叶的后部部分，并且相对于轮叶的旋转轴线以第一角度定向。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及用于3D打印用于涡轮护罩的表面的图案的方法。提供了一种制造工业制品的方法，其包括以下步骤：将第一涂层喷涂到衬底上，以及通过3D打印设置成图案的材料来将第二涂层淀积在第一涂层上。图案包括设置在涡轮部件的底表面处的凸脊。各个凸脊由第一和第二侧壁限定，各个侧壁具有第一和第二端部。端部从底表面延伸，侧壁朝彼此倾斜，直到在相应的第一和第二侧壁的第二端部处相遇，从而限定中心线和凸脊的顶部部分。侧壁相对于底表面以基本相等但相反的斜度倾斜。凸脊对应于涡轮轮叶的后部部分，并且相对于轮叶的旋转轴线以第一角度定向。【专利说明】用于3D打印用于涡轮护罩的表面的图案的方法
本专利技术涉及置于燃气涡轮发动机、径向入流压缩机和包括微型涡轮和涡轮增压器 的径向涡轮的金属构件的表面处的图案，这些金属构件暴露于高温环境，并且具体而言，涉 及用于对在燃气涡轮发动机中使用的涡轮护罩应用图案以改进涡轮叶片（也称为"轮叶"） 的性能和效率的新方法。
技术介绍
燃气涡轮发动机用于各种不同的应用中，大多数是发电。这样的发动机典型地包 括涡轮压缩机，其借助于多级轴向流压缩机将空气压缩到高压。压缩空气传送通过燃烧器， 燃烧器接受空气和来自燃料供应的燃料，并且提供连续的燃烧，因而使工作气体的温度和 压力升高到高水平。燃烧器将高温气体输送到涡轮，随着工作流体从压缩机形成的高压膨 胀到大气压，涡轮又从高压气体工作流体中抽取工。 随着气体离开燃烧器，温度可容易地超过用于构造涡轮中的喷嘴和轮叶的材料的 可接受的温度极限。虽然热气在它们膨胀时冷却，但是排气的温度通常保持远高于环境。因 而，涡轮的较早的级的过度冷却对于确保构件具有足够的寿命是必要的。在涡轮的较早的 级中的高温会产生关于接触热气的构件的完整性、金相和期望寿命相关的各种问题，诸如 旋转轮叶和涡轮护罩。虽然高燃烧温度通常对于较高效的发动机是合乎需要的，但是高的 气体温度可能需要从压缩机获得气体来冷却涡轮部件，这往往会降低总的发动机效率。 为了实现最高的发动机效率（以及对应的最高发电量），重要的是，轮叶以最小的 干涉的在涡轮壳体或"护罩"内旋转，并且相对于从膨胀的工作流体可获得的能量的量具 有最1?的可能效率。 在运行期间，涡轮壳体（护罩）相对于旋转轮叶保持固定。典型地，最高效率可通 过在护罩和轮叶末端之间保持最小阈值间隙来实现，以从而防止热气在轮叶的末端上不合 需要地〃泄漏"。增加的间隙将导致泄漏问题，并且使燃气涡轮发动机的总效率显著降低。 在不牺牲发动机效率的情况下，可容忍仅最小量的热气在轮叶的外部周缘（即在轮叶末端 和涡轮护罩之间的小的环形空间）处〃泄漏〃。进一步，当轮叶不在涡轮护罩的内表面的特 定部分附近时，在该特定部分上的热气流会产生损失。 保持足够的间隙而不显著损失效率的需要较难满足，因为在涡轮旋转时，作用在 涡轮构件上的离心力可使轮叶在朝向护罩的向外的方向上膨胀，尤其是当受到高的运行温 度的影响时。另外，轮叶末端和护罩之间的间隙可能在护罩的整个周边上不均匀。不均匀 性由多个因素产生，包括加工公差、堆叠公差和由于不同的热质量和热响应产生的不均匀 膨胀。因而，重要的是，在最高的预期运行温度下，在护罩和轮叶末端之间建立最低的有效 运行间隙。 如果例如护罩被扭曲或轮叶末端在护罩的陶瓷或金属的流表面上摩擦，则轮叶末 端的磨损会产生燃气涡轮效率的显著损失。如果轮叶末端摩擦在护罩的特定位置上使得轮 叶末端被磨损，则轮叶末端的磨损会在其它位置处增大轮叶末端和护罩之间的间隙。再一 次，当涡轮旋转时，轮叶在与护罩的界面处的任何这种退化最终将导致总的发动机性能和 效率的显著降低。 在过去，已经对涡轮护罩应用可磨蚀类型的涂层，以帮助在稳态温度状况下在护 罩和轮叶末端之间建立最小（即最佳）运行间隙。具体而言，已经使用材料来对护罩的面 向轮叶的表面应用涂层，在轮叶在护罩内部以高速转动时，该材料可容易地被轮叶的末端 磨蚀，而不对轮叶末端产生损害或很少损害。已经通过下者来应用可磨蚀类型的涂层：通过 掩模或筛进行喷涂而产生图案，或喷涂固体垫或层且然后以机械的方式在可磨蚀垫中铣削 出图案。这两个已知技术的缺点在于，需要许多步骤和堆叠层，并且得到的可磨蚀图案的凸 脊高度很难以紧密公差实现。 最初，在燃气涡轮停机且构件处于环境温度时，在轮叶末端和涂层之间存在间隙。 后来，在正常运行期间，间隙由于离心力和在旋转和静态构件中的温度变化而减小，从而不 可避免地导致轮叶末端有至少一些径向延伸，从而使它们接触护罩上的涂层且磨掉涂层的 一部分，而建立最小运行间隙。在没有可磨蚀涂层的情况下，在轮叶末端和护罩之间的冷间 隙必须足够大，以防止在后面的高温运行期间在旋转轮叶末端和护罩之间有接触。在具有 可磨蚀涂层的情况下，另一方面，冷间隙可减小，并且确保在出现接触时，牺牲部件是可磨 蚀涂层，而非轮叶末端。 但是，从护罩移除（磨蚀）掉的任何涂层材料应当不影响下游发动机构件。理想 地，对于燃气涡轮的整个运行寿命，可磨蚀涂层材料保持粘合到护罩上，并且不会随着时间 的推移而显著退化。换句话说，可磨蚀材料稳固地粘合到涡轮护罩上，并且保持粘合，而涂 层的一部分在启动、停机或热再启动期间被轮叶叶片移除。优选地，在大量运行循环期间， 涂层也应当保持固定到护罩上，即不管燃气涡轮发动机在启动和停机或周期性的功率甩负 荷期间重复的热循环如何。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供一种制造工业制品的方法。方法包括以下步骤：将第一 涂层喷涂到衬底上，以及通过3D打印设置成图案的材料来将第二涂层淀积到第一涂层上。 图案包括设置在涡轮部件的底表面处的第一多个凸脊。第一多个凸脊中的各个凸脊由第一 侧壁和第二侧壁限定。第一和第二侧壁各自具有第一端部和相对的第二端部。第一和第二 侧壁的第一端部从底表面延伸，并且第一和第二侧壁朝彼此倾斜，直到在相应的第一和第 二侧壁的第二端部处相遇，从而限定中心线和凸脊的顶部部分。第一和第二侧壁相对于底 表面以基本相等但相反的斜度倾斜。第一多个凸脊的至少第一部分对应于涡轮轮叶的至少 后部部分，并且相对于涡轮轮叶的旋转轴线以第一角度定向。第一角度的范围为大约20度 至大约70度。图案包括第一多个凸脊，其设置在底表面处，使得第一多个凸脊中的各个凸 脊基本平行于彼此。第一角度等于涡轮轮叶的后缘的离开角度。 根据本专利技术的一方面，提供一种制造工业制品的方法。方法包括以下步骤：将第一 隔热涂层喷涂到部件上，其中第一隔热涂层由致密的沿坚向裂开的涂层形成。淀积步骤通 过将第二隔热涂层3D打印成图案来将第二隔热涂层淀积到第一隔热涂层上。图案包括设 置在部件的底表面处的多个凸脊。第二隔热涂层的孔隙率通过调节3D打印属性来控制，并 且这些属性包括下者中的至少一个：粒度分布、饱和水平、粘合剂/体积比率或层厚度。 一种制造工业制品的方法，所述方法包括： 将第一涂层喷涂到衬底上； 通过3D打印设置成图案的材料来将第二涂层淀积到所述第一涂层上，其中，所述图案 包括： 设置在涡轮部件的底表面处的第一多个凸脊， 所述第一多个凸脊中的各个凸脊由第一侧壁和第二侧壁限定，所述第一和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造工业制品的方法，所述方法包括：将第一涂层喷涂到衬底上；通过3D打印设置成图案的材料来将第二涂层淀积到所述第一涂层上，其中，所述图案包括：　　设置在涡轮部件的底表面处的第一多个凸脊，　　所述第一多个凸脊中的各个凸脊由第一侧壁和第二侧壁限定，所述第一和第二侧壁各自具有第一端部和相对的第二端部，所述第一和第二侧壁的第一端部从所述底表面延伸，所述第一和第二侧壁朝彼此倾斜，直到在相应的第一和第二侧壁的第二端部处相遇，从而限定中心线和所述凸脊的顶部部分，所述第一和第二侧壁相对于所述底表面以基本相等但相反的斜度倾斜；其中，所述第一多个凸脊的与涡轮轮叶的至少后部部分相对应的至少第一部分相对于所述涡轮轮叶的旋转轴线以第一角度定向；其中，所述第一角度的范围为大约20度至大约70度；其中，所述图案包括所述第一多个凸脊，其设置在所述底表面处，使得所述第一多个凸脊中的各个凸脊基本平行于彼此；以及其中，所述第一角度等于所述涡轮轮叶的后缘的离开角度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DV布奇，SC科蒂林加姆，P辛赫，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US