具有过渡管道的燃气涡轮发动机和相应的制造过渡管道的方法技术

燃气涡轮发动机(10)具有燃烧器(16)、涡轮(18)和过渡管道(17)，过渡管道(17)位于燃烧器(16)与涡轮(18)之间以将来自燃烧器(16)的热气体(34)沿通道引导至涡轮(18)。过渡管道(17)具有内表面(54，55，56，57)，热气体(34)冲击在内表面上引起在内表面(54，55，56，57)上的变化的温度分布。热障涂层(100)位于内表面(54，55，56，57)上且包括至少第一热障涂层补片(72P)和第二热障涂层补片(74P)。第一热障涂层补片(72P)在内表面(54，55，56，57)上并且在经受比内表面(54，55，56，57)的未涂覆部分高的温度且由第一预定温度的第一等温线(73)划界的第一区域(72A)内具有第一预定厚度(72T)。第二热障涂层补片(74P)在内表面(54，55，56，57)上并且在经受比内表面(54，55，56，57)的未涂覆部分高的温度且由第二预定温度的第二等温线(75)划界的第二区域(74A)内具有第二预定厚度(74T)。第二预定温度比第一预定温度高且第二预定厚度(74T)比第一预定厚度(72T)厚。还提供了相应的制造过渡管道的方法。

Gas turbine engine with transition pipe and method for manufacturing the same

The gas turbine engine (10) having a burner (16), a turbine (18) (17), and the transition duct (17) is located in the transition duct burner (16) and (18) between the turbine burner (16) from the hot gas (34) along the channel guide to the turbine (18). The transition pipe (17) has an inner surface (54, 55, 57), and a hot gas (34) is impacted on the inner surface to cause a change in the temperature distribution on the inner surface (54, 55, 56, 57). The thermal barrier coating (100) is located on the inner surface (54, 55, 56, 57) and includes at least a first thermal barrier coating patch (72P) and a thermal barrier coating patch (74P). The first barrier coating patch (72P), surface (54, 55, 56, 57) and subjected to specific inner surface (54, 55, 56, 57) of the uncoated part of high temperature and a first predetermined temperature isotherms by the first (73) first area delimitation (72A) having a first predetermined thickness degree (72T). Second thermal barrier coating patch (74P), surface (54, 55, 56, 57) and subjected to specific inner surface (54, 55, 56, 57) of uncoated second part high temperature isotherms and by second predetermined temperature (75) second (74A) in the area of demarcation has second predetermined thickness degree (74T). The second predetermined temperature is higher than the first predetermined temperature and the second predetermined thickness (74T) is thicker than the first predetermined thickness (72T). Also provided are methods of making transition pipes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及位于燃气轮机的燃烧器与涡轮部之间的过渡管道。此外本专利技术涉及包括至少一个过渡管道的燃气轮机和制造过渡管道的方法。
技术介绍
燃气涡轮发动机包括按照流动序列并大体围绕转动轴线布置的压气机、燃烧器和涡轮。在操作期间，压气机将压缩空气供给至燃烧器并且该压缩空气与气体或液体燃料混合。空气/燃料混合物接着并燃烧并且燃烧气体经由过渡管道被沿通道引导至涡轮部。燃烧气体迫使涡轮的转动，这进而经由互连的轴驱动压气机。对于具有筒状燃烧器布置的燃气涡轮发动机，该筒状燃烧器布置是各具有至少一个喷燃器和燃烧室的燃烧器筒的环形阵列，过渡管道典型地具有与燃烧器室接口的圆形入口和呈环形段形式的出口。过渡管道出口的环形阵列形成用于将燃烧气体沿通道引导至涡轮的环体(annulus)。过渡管道由片材金属壁制造或者可以是具有相对大的表面面积的铸件。这些大表面招致显著的热膨胀和收缩，这会引起壁内的应力。这些热应力在存在有显著的热梯度的情况下增加。另外，从圆形入口过渡至环形段并且燃烧器与涡轮之间接口的过渡管道的固有几何结构在经受来自燃烧器的热工作气体时产生独特的应力状态。过渡管道的服务寿命部分地由其经历的绝对温度和横跨组成部件的温度分布或梯度确定。为保护组成部件材料免于过热，传统上，在热气体暴露区域并且往往是在部件的整个热侧(在该情况中是过渡管道的内表面上)施加热障涂层(TBC)。在这里流出燃烧器的燃烧气体流动的温度分布不均匀并因此TBC的施加和均匀厚度由所经历的最大温度和材料的热能力确定。横跨过渡管道的内表面的温度差可能在700℃的范围内。因为TBC被施加至过渡管道的整个内表面，TBC的故障普遍发生在TBC的边缘或间断处。故障通常是TBC材料从过渡管道的表面的脱粘或者是TBC的龟裂。为此原因，对过渡管道的整个内表面施加传统的TBC，过渡管道包括形成为复杂几何形状的入口环和出口凸缘。传统的TBC的施加处于均匀的厚度并且是对过渡管道的整个内表面施加，这在降低片材金属壁材料所经历的温度上是令人满意的。然而，仍然存在有横跨过渡管道的相当大的热梯度并且在服务经历中发现归因于热应力的TBC的脱粘和龟裂。
技术实现思路
为解决上面描述的已知过渡管道的问题和为了实现下面描述的优点，提供有一种燃气涡轮发动机，具有燃烧器、涡轮和过渡管道，过渡管道位于燃烧器与涡轮之间以将来自燃烧器的热气体沿通道引导至涡轮，过渡管道具有内表面，热气体冲击在内表面上引起在内表面上的变化的温度分布，热障涂层位于内表面上并且包括至少第一热障涂层补片和第二热障涂层补片，第一热障涂层补片在内表面上并且在第一区域内具有第一预定厚度，第一区域经受比内表面的未涂覆部分高的温度且由第一预定温度的第一等温线划界，第二热障涂层补片在内表面上并且在第二区域内具有第二预定厚度，第二区域经受比内表面的未涂覆部分高的温度且由第二预定温度的第二等温线划界，其中第二预定温度比第一预定温度高并且第二预定厚度比第一预定厚度厚。厚度可以是在第一热障涂层补片和/或第二热障涂层补片内的最小厚度，且最小厚度位于各自的第一等温线和/或第二等温线附近。热障涂层可以包括过渡部分，过渡部分具有变化的厚度。热障涂层包括台阶。台阶可以是厚度上的突然增加或者可以是厚度上的逐渐增加。过渡管道可以具有凹陷并且热障涂层的至少一部分位于凹陷内。凹陷可以包括至少一个台阶并且第一热障涂层补片或第二热障涂层补片中的至少一个位于台阶上。凹陷可以至少包括第一台阶和第二台阶并且第一热障涂层补片位于第一台阶上并且第二热障涂层补片位于第二台阶上。凹陷可以包括至少一个平滑轮廓并且第一热障涂层补片和/或第二热障涂层补片中的至少一个位于平滑轮廓上。凹陷可以至少包括第一台阶和第二台阶并且第一热障涂层补片位于第一台阶上并且第二热障涂层补片位于第二台阶上。过渡管道形成部分地由内表面限定并且部分地由热障涂层限定的气体洗涤表面，且气体洗涤表面是平滑且无中断的。在本专利技术的另一方面中，提供有一种制造用于燃气涡轮发动机的过渡管道的方法，过渡管道具有内表面，热气体冲击在内表面上引起在内表面上的变化的温度分布，方法可以包括确定至少第一预定温度的第一等温线和第二预定温度的第二等温线，在内表面上并且在第一区域内施加具有第一预定厚度的第一热障涂层补片，第一区域经受比内表面的未涂覆部分高的温度且由第一预定温度的第一等温线划界，在内表面上并且在第二区域内施加具有第二预定厚度的第二热障涂层补片，第二区域经受比内表面的未涂覆部分高的温度且由第二预定温度的第二等温线划界，其中第二预定温度比第一预定温度高并且第二预定厚度比第一预定厚度厚。方法可以包括：在过渡管道中对应于第一区域或第二区域中的至少一个区域中形成凹陷，将第一热障涂层补片或第二热障涂层补片中的至少一个施加在凹陷中。凹陷可以液压成形、铸造、加压、机加工和蚀刻来形成。凹陷可以包括至少一个台阶并且第一热障涂层补片或第二热障涂层补片中的至少一个位于台阶上。凹陷可以至少包括第一台阶和第二台阶并且第一热障涂层补片位于第一台阶上并且第二热障涂层补片位于第二台阶上。凹陷可以包括至少一个平滑轮廓并且第一热障涂层补片和/或第二热障涂层补片中的至少一个位于平滑轮廓上。下面是本专利技术的优点：a.改善了横跨组成部件的温度梯度并因此减小了过渡管道的蠕变变形。b.借助减小了的应力和其他的热疲劳，延长了过渡管道的寿命。c.借助较少TBC覆盖，降低了TBC施加的成本。d.借助在更易于访问且覆盖较少复杂几何结构的区域中施加TBC，简化了TBC施加处理。e.降低了在检查和更换过渡管道方面对发动机的维护要求。f.减少了发动机停机时间，特别是在过渡管道故障时。g.增加了客户对于他们的功率要求的发动机可用性。附图说明通过参照结合附图对本专利技术的实施例的以下描述，该专利技术的上面提到的属性和其他特征与优点及获得它们的方式将变得更加明显并且专利技术本身将更好地得以理解，其中：图1以截面图示出涡轮发动机的一部分并且其中结合有本专利技术的过渡管道，图2是在涡轮发动机的过渡管道的相对于燃烧气体的流动的大体下游方向上观察的并依照本专利技术的立体图。图3是在涡轮发动机的过渡管道的相对于燃烧气体的流动的大体上游方向上观察的且依照本专利技术的立体图，图4是在过渡管道的内表面上的视图，示出了表面所经历的温度的热等温线；图5是在过渡管道的内表面上的视图，示出了具有不同或变化的厚度的热障涂层的补片；图6是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第一布置；图7是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第二布置；图8是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第三布置；图9是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第四布置；图10是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第五布置；图11是图5中示出的截面A-A的示意图，示出了热障涂层的变化厚度的第六布置；图12是用于将热障涂层沉积在过渡管道上的设备的示意性图示；图13是图5中示出的截面A-A的示意图，其示出了类似于图6的热障涂层的变化厚度的第一布置并且图示出用于热障涂层的沉积区；图14是在过渡管道的内表面上的视图，示出了具有不同或变化的厚度的热障涂层的补片和适于形成热障涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气涡轮发动机(10)，具有燃烧器(16)、涡轮(18)和过渡管道(17)，所述过渡管道(17)位于所述燃烧器(16)与所述涡轮(18)之间以将来自所述燃烧器(16)的热气体(34)沿通道引导至所述涡轮(18)，所述过渡管道(17)具有内表面(54，55，56，57)，所述热气体(34)冲击在所述内表面上以引起在所述内表面(54，55，56，57)上的变化的温度分布，热障涂层(100)位于所述内表面(54，55，56，57)上并且包括至少第一热障涂层补片(72P)和第二热障涂层补片(74P)，所述第一热障涂层补片(72P)在所述内表面(54，55，56，57)上并且在第一区域内具有第一预定厚度(72T)，所述第一区域(72A)经受比所述内表面(54，55，56，57)的未涂覆部分高的温度且由第一预定温度的第一等温线(73)划界，所述第二热障涂层补片(74P)在所述内表面(54，55，56，57)上并且在第二区域(74A)内具有第二预定厚度(74T)，所述第二区域(74A)经受比所述内表面(54，55，56，57)的所述未涂覆部分高的温度且由第二预定温度的第二等温线(75)划界，其中所述第二预定温度比所述第一预定温度高并且所述第二预定厚度(74T)比所述第一预定厚度(72T)厚。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.25 EP 14173945.81.一种燃气涡轮发动机(10)，具有燃烧器(16)、涡轮(18)和过渡管道(17)，所述过渡管道(17)位于所述燃烧器(16)与所述涡轮(18)之间以将来自所述燃烧器(16)的热气体(34)沿通道引导至所述涡轮(18)，所述过渡管道(17)具有内表面(54，55，56，57)，所述热气体(34)冲击在所述内表面上以引起在所述内表面(54，55，56，57)上的变化的温度分布，热障涂层(100)位于所述内表面(54，55，56，57)上并且包括至少第一热障涂层补片(72P)和第二热障涂层补片(74P)，所述第一热障涂层补片(72P)在所述内表面(54，55，56，57)上并且在第一区域内具有第一预定厚度(72T)，所述第一区域(72A)经受比所述内表面(54，55，56，57)的未涂覆部分高的温度且由第一预定温度的第一等温线(73)划界，所述第二热障涂层补片(74P)在所述内表面(54，55，56，57)上并且在第二区域(74A)内具有第二预定厚度(74T)，所述第二区域(74A)经受比所述内表面(54，55，56，57)的所述未涂覆部分高的温度且由第二预定温度的第二等温线(75)划界，其中所述第二预定温度比所述第一预定温度高并且所述第二预定厚度(74T)比所述第一预定厚度(72T)厚。2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其中所述厚度是在所述第一热障涂层补片(72P)和/或所述第二热障涂层补片(74P)内的最小厚度，且所述最小厚度位于相应的所述第一等温线(73)和/或所述第二等温线(75)附近。3.根据权利要求1至2中的任一项所述的燃气涡轮发动机(10)，其中所述热障涂层(100)包括过渡部分(80，82)，所述过渡部分(80，82)具有变化的厚度。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃气涡轮发动机(10)，其中所述热障涂层(100)包括台阶(86，88)。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃气涡轮发动机(10)，其中所述过渡管道(17)具有凹陷(84)并且所述热障涂层(100)中的至少一部分位于所述凹陷(84)内。6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机(10)，其中所述凹陷(84)包括至少一个台阶(86，88)并且第一热障涂层补片(72P)或第二热障涂层补片(74P)中的至少一个热障涂层补片位于所述台阶(86，88)上。7.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机(10)，其中所述凹陷(84)至少包括第一台阶(86)和第二台阶(88)并且所述第一热障涂层补片(72P)位于所述第一台阶(86)上并且所述第二热障涂层补片(74P)位于所述第二台阶(88)上。8.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·布雷威尔，G·布拉特，R·帕克，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE