CN100586586C - 用于部件的等离子体清理的方法 - Google Patents
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Abstract
按照现有技术裂纹很难净化并经常导致所要净化的部件的其他区域损坏。在按照本发明的方法中使用一种等离子体净化方法，在该方法中改变压强(p)和/或电极(10)与部件(1)之间的距离(d)，以实现在裂纹(4)内等离子体净化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于等离子体净化部件的方法。
背景技术
为了应用或者在不同方法的中间步骤中经常必须清理部件表面上的污物。这些污物可能是灰尘颗粒、油或者油脂膜或者也可能是部件表面上的腐蚀产物。
作为现有技术已公知一些清洗或者干冰喷射的简单方法。但如果需要净化凹处或者裂纹，则必须使用高成本的方法。这例如是通过氟化物离子净化(FIC)、氢气退火或者盐浴净化实现。在这些意味着明显增加设备成本的过程中，也局部明显地损害了不应净化的表面。
直接在蒸汽分离之前在公知的PVD或者CVD涂层方法中部件的离子体辅助真空浸蚀工序是已知的。这种表面处理的基本原理是将附着的污物和所要去除材料的上方原子层通过惰性气体离子轰击来雾化或者溅射成原子数量级的颗粒。非常精细的已雾化的污物似乎转入气相并可以吸出。这种等离子体可以通过适当的电极装置与高压高频发生器的连接获得。但这些方法只能用于净化平面的表面。
EP 0 313 855A2公开了一种用于产生气体等离子体的方法，其中将电压控制在一确定值上。
EP 0 740 989A2公开了一种用于净化硫化模的方法，其中产生等离子体流。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种方法，利用该方法可以更简单更迅速地清理裂纹的污物，而不损害部件的其它区域。
上述技术问题通过一种用于等离子体净化部件的方法得以解决，其中，将部件安置在具有用于产生等离子体的电极的腔室内，以及遵守等离子体的确定参数以保持存在等离子体，其中，至少一个参数是可改变的。按照本发明，对从部件的表面出发的裂纹进行净化，其中，或者在所述腔室内保持恒定的压强以及根据裂纹的裂纹深度改变所述电极与所述表面的距离，或者使用于产生等离子体的电极与所述部件表面的距离保持恒定以及改变所述腔室内的压强，或者既改变所述电极与部件表面的距离，也改变腔室内部的压强，其中，所述距离与压强的乘积保持恒定。
从属权利要求中列出了本发明方法的其他有利的方法步骤。从属权利要求中所列举的措施可以以有利的方式相互组合。
附图说明
图1、2示出用于实施按照本发明的方法的装置；
图3示出了透平叶片；
图4示出了燃烧室；以及
图5示出了燃气轮机。
具体实施方式
图1示出了用于实施按照本发明的方法的示范性装置25。它由里面呈真空p的腔室13组成。真空p通过连接到该腔室13上的泵机16产生。在腔室13内有一个部件1，该部件具有从表面22开始的裂纹4。同样在部件1的表面22上面设置电极10，以产生和保持等离子体7。该电极10相对于部件1的表面22具有确定的距离d。保持等离子体7存在的条件是，距离与压强的乘积是恒定的(d×p＝const.)。因为裂纹4具有直至裂纹顶部34的一个确定的深度t，所以裂纹4的内表面28不能完全分布等离子体7，因为电极10与部件1的外表面22之间的距离和直至裂纹4的裂纹顶部34的距离不同。因此例如电极10与表面22的距离d是变化的，使得等离子体7从裂纹顶部到表面22或者从部件1的表面22到裂纹4的裂纹顶部37迁移。这样的话，距离d特别是持续地降低，使得等离子体7从表面22迁移到裂纹4内。
在腔室13内同样可以存在活性气体31，该活性气体例如与裂纹4内的腐蚀产物产生反应并由此促进对裂纹4的净化。
部件1可以是金属的或者陶瓷的。特别是部件1是以铁、钴或镍为基的超级合金，该超级合金例如用于制造涡轮叶片120、130(图3、5)或者涡轮机100(图5)的燃烧室内衬155(图4)。利用这种方法可以净化燃气轮机或者蒸汽轮机的其他部件。部件1上的裂纹4可能直接在制造之后就已经存在或者是在部件1投入使用后形成的。
这种用坏的部件1、120、130、155经常再加工(整修)。同时从表面22上去除腐蚀产物。裂纹4内的腐蚀产物可能更难清除。在采用依据本发明的方法对裂纹4进行净化后，可以对裂纹4进行补焊或者钎焊，因为焊料可以非常好地附着在净化过的表面上。
图2示出了可以实施本发明方法的另一种装置25`。该装置25`具有调节腔室13内的压强p的控制单元19。因为对保持等离子体7适用的条件“距离乘以压强为恒定”，所以压强p也可以变化，以在电极10与表面22之间的距离d固定不变时在裂纹4内产生及保持等离子体7。通过例如压强p的持续降低，等离子体7越来越深地迁移直至裂纹4的裂纹顶部34。
在腔室13内同样可以存在活性气体31，该活性气体例如与裂纹4内的腐蚀产物产生反应并由此促进裂纹4的净化。
另一种可能性在于，可以这样同时改变压强和距离，即，使得保持存在等离子体7，但同时遵守保持等离子体7的条件(距离乘以压强是恒定的)。距离d和压强p可以同时或者交替改变。
在腔室13内可以存在惰性气体(Ar、H2、N2...)。
图3以透视图表示出了沿纵轴线121延伸的叶片120、130。
为产生等离子体，叶片120可以是涡轮机的工作叶片120或者导向叶片130。涡轮机可以是飞机或者用于发电的发电站的燃气轮机、蒸汽轮机或者压缩机。
叶片120、130沿纵轴线121依次具有固定区400、与其邻接的叶片平台403以及叶身406。作为导向叶片130，叶片在其叶尖415上可以具有另一个平台(未示出)。
在固定区400内形成叶根183，该叶根用于将叶片120、130固定在轴上或者轮盘上(未示出)。叶根183例如设计为锤头形。设计成枞树形或者燕尾形的其他结构也是可以的。叶片120、130对于流过叶身406的介质而言有流入边409和流出边412。
在传统的叶片120、130中，叶片120、130的所有区域400、403、406采用例如实心金属材料。在这里，叶片120、130可以通过借助定向凝固的铸造法、锻造法、铣削法或这些方法的组合来制造。
具有单晶结构的工件用作这些机器的构件，即它们在工作时遭受高的机械、热和/或化学负荷。
生产这种单晶体工件例如通过熔体的定向凝固进行。在这里涉及铸造方法，其中，液态的金属合金定向凝固为单晶结构，亦即单晶工件。在这里树枝状晶体沿热流定向，以及或构成条状晶体结构(柱状，亦即晶粒沿工件的全长延伸，以及在这里按通常的习惯用语称为定向凝固)，或构成单晶结构，亦即整个工件由单个晶体组成。在此方法中人们必须避免向球状(多晶体)凝固过渡，因为通过不定向生长必然构成横向和纵向晶界，它们会使定向凝固的或单晶的构件良好的性质消失。
若一般地谈论定向凝固组织，则既指单晶体，它们没有晶界或至多有小角度晶界，也指条状晶体结构，它们一定有沿纵向延伸的晶界，但没有横向的晶界。对于第二种提到的晶体结构，人们也称定向凝固结构(directionally solidifiedstructures)。
由US-PS 6024792和EP 0892090A1已知这些方法。
再加工(整修)的意思是，构件120、130在其使用后必要时必须除去保护层(例如通过喷砂)。之后进行去除腐蚀层和/或氧化层或氧化产物。必要时还要修理在构件120、130中尚存的裂纹。然后进行构件120、130的再涂层和重新使用构件120、130。
叶片120、130可设计为空心或实心。当叶片120、130应冷却时，它是空心的以及必要时还有气膜冷却孔(未示出)。为了防腐蚀，叶片120、130例如具有相应的大多为金属的涂层以及为了防热具有大多为陶制的涂层。
图4表示一台燃气轮机100的燃烧室110。该燃烧室110例如设计为所谓的环形燃烧室，其中许多沿周向围绕涡轮轴103排列的燃烧器102汇入一个公共的燃烧室内腔中。为此，燃烧室110在其总体上设计为环形结构，它围绕旋转涡轮轴103定位。
为了达到比较高的效率，燃烧室110针对约1000℃至1600℃这样比较高温度的工质M设计。为了即使在这种对于材料不利的工作参数条件下仍能有较长的工作寿命，燃烧室壁153在其面朝工质M那一侧设一种由热屏元件155构成的内衬。每个热屏元件155在工质侧配备有特别耐热的护层或用耐高温的材料制成。由于燃烧室110内部的高温，为此为热屏元件155或为其固定件使用冷却***。
所述燃烧室壁及其护层的材料可类似于涡轮叶片120、130的涂层。
燃烧室110特别是为了探测热屏元件155的损耗而设计。为此在燃烧室壁153与热屏元件155之间固定一定数量的温度传感器158。
图5用纵向局部剖视图举例表示燃气轮机100。燃气轮机100在内部有一个可绕旋转轴线102旋转地支承的、也称涡轮转子的转子103。沿转子103彼此相继地有进气机匣104、压缩机105、例如花托状燃烧室110，尤其是环形燃烧室106，包括多个同轴布置的燃烧器107、涡轮108和排气机匣109。环形燃烧室106与例如环形的热燃气通道111连通。在那里例如四个前后串联的涡轮级112构成所述的涡轮108。每个涡轮级112例如由两个叶片环构成。沿工质113的流动方向看，在热燃气通道111内导向叶片排115的后面有一个由工作叶片120构成的叶排125。
导向叶片130固定在定子143的内机匣138上，反之，一个叶排125的工作叶片120例如借助涡轮盘133装在转子103上。在转子103上连接有一发电机或作功机械(未表示)。
在燃气轮机100运行时，空气135被压缩机105通过进气机匣104吸入并压缩。将在压缩机105的涡轮一侧的端部制备的压缩空气供给燃烧器107，以及在那里与燃料混合。此混合物然后在燃烧室110内燃烧形成工质113。从那里出发，工质113沿热燃气通道111在导向叶片130和工作叶片120上流过。工质113在工作叶片120上膨胀作功和传递冲量，所以工作叶片120驱动转子103以及转子驱动与之连接的作功机械。
在燃气轮机100运行期间，遭遇热工质113的构件承受热负荷。除了砌衬在环形燃烧室110内的热屏元件外，沿工质113流动方向看的第一涡轮级112的导向叶片130和工作叶片120承受的热负荷最大。为了能承受住在那里存在的温度，它们可以借助冷却剂冷却。这些构件的基质层同样可以有定向结构，亦即是单晶体(SX结构)，或只有纵向晶粒(DS结构)。作为构件，尤其涡轮叶片120、130，以及燃烧室110构件用的材料，例如采用铁基、镍基或钴基超级高温合金。例如由EP1204776、EP1306454、EP1319729、WO99/67435或WO00/44949已知这种超级高温合金；这些文件是本申请公开内容的一部分。
叶片120、130同样可以有防腐蚀的涂层(MCrAlX；M是铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)组中至少一种元素，X是一种活性元素以及代表钇(Y)和/或硅和/或至少一种稀土元素)以及防热的隔热层。该隔热层例如由ZrO2、Y2O4-ZrO2组成，也就是说它没有、部分或完全通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁稳定化。通过适用的涂层方法，例如电子束蒸镀(EB-PVD)，在隔热层内产生条状晶粒。
导向叶片130有一个面朝涡轮108内机匣138的导向叶片叶根(这里没有表示)和一个与导向叶片叶根对置的导向叶片端部。导向叶片端部面朝转子103以及固定在定子143的一固定环140上。
Claims (6)
1.一种用于等离子体净化部件(1)的方法，其中，将部件(1)安置在具有用于产生等离子体(7)的电极(10)的腔室(13)内，以及遵守等离子体的确定参数(p、d)以保持存在等离子体(7)，其中，至少一个参数(p、d)是可改变的，其特征在于，对从部件(1)的表面(22)出发的裂纹(4)进行净化，其中，或者
·在所述腔室(13)内保持恒定的压强(p)以及根据裂纹(4)的裂纹深度(t)改变所述电极(10)与所述表面(22)的距离(d)，或者
·使用于产生等离子体(7)的电极(10)与所述部件(1)表面(22)的距离(d)保持恒定以及改变所述腔室(13)内的压强(p)，或者
·既改变所述电极(10)与部件(1)表面(22)的距离，也改变腔室(13)内部的压强(p)，其中，所述距离(d)与压强(p)的乘积保持恒定。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，持续地降低所述电极(10)与部件(1)表面(22)的距离(d)，以达到在所述裂纹(4)内的等离子体净化。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，持续地降低所述压强(p)，以达到从所述表面(22)出发用于在所述裂纹(4)内等离子体净化的等离子体(7)。
4.按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述部件(1)设置在所述腔室(13)内并向该腔室(13)输入活性气体(31)，该气体与裂纹(4)内所要去除的产物反应。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述部件(1)为涡轮叶片(120、130)、燃烧室壁(155)或者涡轮机(100)的其他外壳构件。
6.按权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述部件(1)为需要再加工的部件(1)。
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