本发明专利技术提供通过将氧加入SEGR系统中而再生燃气涡轮机部件上的氧化物涂层的方法，所述方法包括以下步骤：限定燃气涡轮发动机的废气再循环(EGR)回路；为了监测在关键燃气涡轮发动机部件中随着时间发生的金属氧化物降解的水平而识别所述EGR回路内的一个或多个目标位置；收集并且分析数据，所述数据对应于所述目标位置的每一个处的固定时期内的金属氧化物降解的水平；确定所述EGR回路内的所述目标位置中的哪些需要使用喷射氧进行氧化物再生；以及控制在所述目标位置足以将所述金属氧化物涂层再生到期望水平的氧喷射量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种方法，所述方法可以在原位执行以再生燃气涡轮发动机部件(包括基底金属基体(base metal substrate)和金属氧化物涂层)上的金属氧化物涂层而不需要使燃气涡轮发动机停机以便实现期望的涂层再生。
技术介绍
燃气涡轮发动机典型地包括压缩器部段、燃烧部段和涡轮机部段。压缩器部段加压在高压下排出到燃烧部段中的环境空气，所述燃烧部段典型地包括围绕燃气涡轮发动机的轴线以环形阵列定位的多个燃烧器。加压空气通过燃烧器燃料喷嘴中的一个或多个开口流动到喷嘴中并且与燃料源混合。燃料/空气混合物被喷射到每个燃烧器的燃烧室中并且在燃烧室中燃烧，并且热燃气从燃烧部段流动到涡轮机部段，在所述涡轮机部段能量从气 体被提取以驱动涡轮机并且生成电力。在某些燃气涡轮机应用中，例如在氧燃料或化学计量废气再循环(“SEGR”)系统中，压缩器排放典型地包括缺氧气体，原因是这样的系统(特别是SEGR)被设计成最小化存在的过量氧的量以便保持可接受水平的燃烧效率。通常，最后必须从工作流体去除SEGR系统中的任何过量氧以便保证最佳发动机性能和效率。SEGR系统的一个重要方面在于在SEGR回路内的某些位置存在的低水平的氧可以导致用于关键发动机部件上的金属氧化物涂层通过恢复为非氧化形式的涂层而随着时间劣化。这样的金属氧化物涂层通常分为三种基本类别(I)抗腐蚀涂层；(2)抗氧化涂层；和(3)热障涂层(“TBC”)，以及它们的组合。氧化物涂层随着时间的劣化可以导致它们的保护属性和结构属性的潜在损失以及对一个或多个关键组成部分的损害。近年来，燃气涡轮发动机(特别是SEGR系统)中的部件的氧化物降解(degeneration)的可能性由于在长期操作中用于改善发动机效率的更高工作温度而变得更大。当工作温度增加时，在高温下发动机的部件的耐用性必须相应地增加。尽管例如使用镍和钴基超合金在高温应用中冶金已经有了明显进步，但是单独使用合金常常不足以保护随着时间易于氧化物降解的燃气涡轮发动机的某些关键操作部段中的涡轮机部件。一种已有的解决方案是热绝缘关键部件(例如，涡轮机叶片)以减小金属基体(substrate)的有效工作温度。例如，热障涂层(“TBC”)可以施加于某些部件的金属基体上以改善它们的长期可靠性并且典型地包括使用由已知的热喷涂技术(例如物理蒸汽沉积)施加的结合层而置于基底金属基体上的金属氧化物层。尽管在改善TBC、抗氧化涂层和抗腐蚀涂层的耐用性方面已经有了明显进步，但是这样的技术始终需要在长期使用之后去除并且修补劣化的金属部件。物理去除保护涂层并且修补底层金属基体会是很耗时的，甚至导致底层金属基体的损失以便进行修补。底层金属基体的可能去除对于扩散涂层和结合层特别有影响，原因是涂层/层常常随着时间延伸到金属基体表面中。如上所述，重复的常规修补/再涂工艺会导致明显的材料损失，最终导致部件变为最小容许壁厚并且由此易于出现重大故障。各种方法也已在过去使用以设法保护新燃气涡轮机中的底层基底金属部件。然而值得注意的是，已知方法始终需要在将发动机投入使用之前(或者可能以后在停机维修模式期间)将保护涂层施加于特定部件。因此，当系统在运行和运转时这样的方法不能用于实现原位修补。在过去，各种保护涂层已被应用于在发动机变为可操作之前使用常规等离子喷涂技术选择发动机部件。其它工艺通过使特定部件的表面与金属化合物接触而改善表面的防污性，所述金属化合物在后续热处理期间转化为金属氧化物。再次地，这些已知方法未教导或建议在发动机(特别是使用SEGR并且在工作流体中的低氧浓度的情况下运转以便获得可接受的工作效率的燃气涡轮发动机)保持完全操作时原位再生金属氧化物涂层的技术。例如，氧的1% (体积)水平通常被认为是多数SEGR系统在不牺牲效率的情况下可以容许的最大水平。在过去，将附加的空气或氧喷射到SEGR回路中以改善底层氧化物层的完整性或预期寿命的构想由于预测的发动机效率的损失而被认为有害于总体发动机操作并且是反直觉的。尽管SEGR回路中处于I %或更低的氧水平 有助于保持期望的发动机效率水平，但是长期低氧水平倾向于导致关键SEGR部件的氧化物涂层变为还原对象(redution target)，导致金属完整性和强度的最终损失。最终，整个发动机不得不停止使用以便修补和/或整修那些部件。因此，在本领域中仍然很需要一种在操作期间修补燃气涡轮机部件(特别是涉及SEGR的部件)的改进方法以便最小化底层金属基体的损失和/或再生基底氧化物涂层。也需要保留已有的金属氧化物涂层和基体(特别是在SEGR系统中)而不用承担昂贵的修补和整修选定金属部件的不可避免的停机时间，所述修补和整修需要长时间段地停止使用整个燃气涡轮发动机。再生氧化物涂层的氧化反应在操作期间的更高金属温度下更快，减小再生时间。可以如本说明书中所述进行处理的制品的一般类别包括这样的制品，所述制品包括具有包含一种或多种金属氧化物的第一材料的基底金属基体和覆盖金属基体的至少一部分的第二材料的层。第二材料通常将在组成上类似于第一材料，基底基体和层在它们的界面处整体地结合。通常，将再生的第二层包括来自沉积工艺的材料，例如汽相沉积、等离子沉积、阴极电弧沉积溅射技术或它们的组合。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供一种用于在选定燃气涡轮发动机部件上原位再生氧化物涂层的新方法，所述方法包括以下步骤(a)限定所述燃气涡轮发动机的废气再循环(EGR)回路；(b)为了监测随着时间的金属氧化物降解的水平而识别所述EGR回路内的一个或多个目标位置；(C)收集并且分析数据，所述数据对应于所述目标位置处的随着时间的所述金属氧化物降解的水平；(d)确定用于将氧喷射到所述EGR回路中的所述目标位置中的特定位置；以及(e)确定在所述目标位置中的所述特定位置足以再生所述金属氧化物涂层以获得限定氧水平的氧喷射量。进一步的，所述方法还包括以下步骤连续地监测在所述EGR回路中的所述目标位置随着时间发生的氧化物再生的量。进一步的，确定氧化物喷射量的所述步骤对应于所述目标位置中的单独位置。进一步的，在原位执行(a)至(e)的步骤而不用使所述燃气涡轮发动机停机。进一步的，所述方法还包括以下步骤反馈关于所述氧化物再生的水平的数据以便控制在所述目标位置随着时间的所述氧化物喷射的量。进一步的，所述燃气涡轮发动机包括燃气涡轮机压缩器、燃烧器、由来自所述燃烧器的废气驱动的燃气涡轮机、氧和氢洗涤器以及热回收蒸汽发生器(“HRSG”)。进一步的，喷射氧的所述步骤作为给送到所述EGR回路中的所述热回收蒸汽发生器的一部分发生。进一步的，喷射氧的所述步骤作为给送到所述燃气涡轮机的一部分发生。进一步的，喷射氧的所述步骤发生在所述EGR回路中的所述热回收蒸汽发生器的下游。进一步的，收集并且分析对应于所述金属氧化物降解的水平的数据的所述步骤发 生在所述热回收蒸汽发生器的下游的所述EGR回路中。进一步的，所述方法还包括以下步骤控制在所述氧化物再生期间到达所述燃烧器的烃燃料给料和氧给料。本专利技术的另一个方面提供一种用于在选定发动机部件上再生氧化物部件的系统，所述系统使用反馈控制系统精确地监测随着时间的降解水平并且其后使用示例性方法控制氧化物再生。具体的，提供一种用于在燃气涡轮发动机的部件上再生氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在燃气涡轮发动机部件上再生氧化物涂层的方法，所述方法包括：(a)限定所述燃气涡轮发动机(8)的废气再循环(EGR)回路(16)；(b)为了监测随着时间的金属氧化物降解的水平而识别所述EGR回路(16)内的一个或多个目标位置(12、26)；(c)收集并且分析数据，所述数据对应于所述目标位置(12、26)处的随着时间的所述金属氧化物降解的水平；(d)确定用于将氧喷射到所述EGR回路(16)中的所述目标位置(12、26)中的特定位置；以及(e)确定在所述目标位置(12、26)中的所述特定位置足以再生所述金属氧化物涂层以获得限定氧水平的氧喷射量。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GO克雷默，IA斯罗博延斯基，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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