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1、10申请公布号CN102753833A43申请公布日20121024CN102753833ACN102753833A21申请号201080060067422申请日20101012CO2009A00004520091030ITF04D29/02200601F04D29/16200601F04D29/44200601F01D11/1220060171申请人诺沃皮尼奥内有限公司地址意大利佛罗伦萨72发明人I焦文内蒂V米开莱西M詹诺兹F贾斯里普尔DM格雷盛诺74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人严志军杨炯54发明名称带有可磨脊的机器和方法57摘要具有固定部件48、旋转部件32以及多个。
2、脊72的机器及其制造方法，其中，固定部件48包括带有平滑表面的部分，旋转部件32被构造成相对于固定部件旋转，旋转部件32直接面向固定部件的该部分，多个脊72形成于固定部件48的直接面向旋转部件32的部分上，多个脊72由被构造成不能在超过1000的温度下起作用的可磨材料制成。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2012062986PCT申请的申请数据PCT/US2010/0522322010101287PCT申请的公布数据WO2011/053448EN2011050551INTCL权利要求书2页说明书5页附图11页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图。
3、11页1/2页21一种机器，包括固定部件，具有带有平滑表面的部分；旋转部件，被构造成相对于所述固定部件旋转，所述旋转部件直接面向所述固定部件的所述部分；以及多个脊，形成于所述固定部件的直接面向所述旋转部件的部分上，所述多个脊由被构造成不能在超过1000的温度下起作用的可磨材料制成，其中，所述多个脊中的至少一个脊是弯曲的。2根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述整个至少一个脊是连续弯曲的。3根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所有多个脊是连续弯曲的。4根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述多个脊被构造成不能在超过400的温度下起作用。5根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述可磨材料。
4、是基于塑料或金属的。6根据权利要求5所述的机器，其特征在于，所述塑料可磨材料包括聚四氟乙烯PTFE、聚酰亚胺或者聚酯中的一种或多种。7根据权利要求5所述的机器，其特征在于，所述金属可磨材料包括ALSI、ALSI和聚酯或者NICRFEBNAL中的一种或多种。8根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述可磨材料覆盖跨越所述旋转部件的轴向跨距的三分之一或更小的所述部分的区域。9根据权利要求1所述的机器，其特征在于，还包括膜片，被构造成封闭所述旋转部件，其中，所述整个膜片由所述可磨材料制成。10根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述多个脊的脊的截面为矩形或三角形。11根据权利要求10所述的机器，其。
5、特征在于，所述矩形或三角形脊的高度在大约01MM至大约05MM之间。12根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述旋转部件还包括置于所述旋转部件上的多个叶片，其中，所述多个叶片的顶端被构造成当所述旋转部件旋转时碰触所述多个脊中的一个或更多，并且所述多个叶片的顶端并未处理成包括所述磨料。13根据权利要求1所述的机器，其特征在于，所述机器为开式护罩离心压缩机，并且所述离心压缩机的工作温度小于大约200。14一种压缩机的膜片，所述膜片包括固定部件，被构造成至少容纳所述压缩机的叶轮，并且具有带有平滑表面的一部分；以及可磨层，形成于所述固定部件的带有平滑表面的所述部分上，其中，所述可磨层被机械加工而形成。
6、直接面向所述叶轮的多个脊，所述多个脊由被构造成不能在超过1000的温度下起作用的可磨材料制成，并且所述多个脊中的至少一个脊是连续弯曲的。15根据权利要求14所述的膜片，其特征在于，所述可磨材料是基于塑料或金属的。17根据权利要求15所述的膜片，其特征在于，所述塑料可磨材料包括聚四氟乙烯PTFE、聚酰亚胺或者聚酯中的一种或多种，并且所述金属可磨材料包括ALSI、ALSI和聚权利要求书CN102753833A2/2页3酯或者NICRFEBNAL中的一种或多种。18一种在机器的膜片上沉积可磨材料的方法，所述方法包括在所述膜片中识别带有直接面向所述机器的旋转部件的平滑表面的部分；将可磨层沉积在直接面向。
7、所述旋转部件的所述部分上，所述可磨层包括被构造成不能在超过1000的温度下起作用的可磨材料；以及在所述可磨层中机械加工多个脊，使得所述多个脊中的至少一个脊是弯曲的。19根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括将所有多个脊机械加工成是连续弯曲的。20根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括将所述可磨材料准备成是基于塑料或金属的，其中，所述塑料可磨材料包括聚四氟乙烯PTFE、聚酰亚胺或者聚酯中的一种或多种，并且所述金属可磨材料包括ALSI、ALSI和聚酯或者NICRFEBNAL中的一种或多种。权利要求书CN102753833A1/5页4带有可磨脊的机器和方法技术领域0001本文所公开的。
8、主题的实施例大体涉及用于在具有旋转部件和固定部件的机器中产生可磨脊ABRADABLERIDGE的方法和系统，且更特定而言涉及用于在具有旋转部件和固定部件的机器中产生可磨脊的机构和技术。背景技术0002目前用于各种技术领域中电力系统、石油化工厂等的旋转机器，例如燃气涡轮，具有相对于固定部件护罩旋转的至少一个旋转部件带叶片的转子。流体通常在旋转机器的输入处喷入而被加速/加压且流体然后在旋转机器的出口处喷出。因此，由旋转叶片生成流体流动。为了旋转机器的良好效率，期望实现在旋转部件与固定部件之间的密封，使得大部分流体流动由旋转部件的叶片接合且不在叶片顶端上方泄漏，这种泄漏为不想要的泄漏。0003在旋转。
9、机器的旋转部件与固定部件之间提供密封的一种方式是将可磨材料沉积到固定部件上，使得叶片的顶端与可磨材料一起形成密封。如果可磨材料包括陶瓷，那么磨料可设于旋转部件的叶片顶端上，以在接触可磨材料而形成密封时保护顶端。这样的方法在美国专利NO6,457,939中描述，其全部内容以引用的方式结合到本文中。美国专利NO6,251,526其全部内容以引用的方式结合到本文中描述了异型PROFILED可磨陶瓷涂层系统，其中多孔陶瓷涂层沉积到带有异型表面的基底上，例如铜焊到基底表面燃气涡轮的壳体上而形成可磨异型表面的金属栅格GRID。由于涡轮转子叶片可能由于涡轮正常运转期间的热膨胀和/或由于由运转期间涡轮的旋转部。
10、件的高旋转速度产生的离心作用而增加它们的大小，因而叶片可朝向壳体移动且可移除可磨材料的部分以实现更小的空隙。在旋转部件与固定部件的内表面之间有差别的膨胀速率导致叶片顶端在不接触壳体本身的情况下接触可磨材料而在涂层中切出凹槽。因此，在涡轮中形成带有最小泄漏的定制密封。但是，这种技术的问题在于铜焊到涡轮的基底壳体上的栅格，这可能在造型时导致对护罩的损坏。0004美国专利NO6,887,528和美国专利申请公开NO2005/0003172两者全都转让给本专利申请的受让人且其全部内容以引用的方式结合到本文中公开了一种用于在燃气涡轮壳体上提供异型可磨涂层而不在涡轮壳体上提供栅格的方法。可磨材料包括多孔陶。
11、瓷材料，其能经受高达1500的温度。通过使用直接写入技术或者通过掩膜或等离子体枪喷涂到基底上的等离子体而在壳体上形成可磨层。然而，这种方法使用昂贵的材料用于多个脊，以便经受燃气涡轮内的高温。0005为了更好地理解背景技术，关于图1和图2来讨论以下示例。如图1所示，用于改进在叶片顶端与涡轮的固定部件之间的空隙的传统方法为通过移除壳体10的原始材料的部分而在涡轮壳体10中机械加工栅格11。然后，形成热障涂层TBC12即，用于保护壳体避免热损坏的耐高温层，以便不与壳体10的表面14直接接触。可磨层16沉积于层12上。旋转部件的叶片18面向可磨层16且可刮擦该层16。如图2所示，可磨层16和TBC层说。
12、明书CN102753833A2/5页512可成形为具有直线形状的脊20或者具有锯齿形形状的脊22。然而，如果用于不经历高温的其它机器中，则用于在涡轮中提供耐高温密封的这些传统方法可能是不利的，因为在机械加工栅格11时可能损坏壳体10且/或壳体10可能是昂贵的，因为陶瓷可磨材料需要外来组分，例如氧化钇稳定的氧化锆。0006因此，将期望用于在不在高温环境下运转的机器上提供可磨材料的系统和方法。发明内容0007根据一个示例性实施例，存在着一种机器，其包括固定部件，具有带有平滑表面的部分；旋转部件，被构造成相对于固定部件旋转，旋转部件直接面向固定部件的该部分；以及形成于固定部件的直接面向旋转部件的部分。
13、上的多个脊，多个脊由被构造成不能在超过1000的温度下起作用的可磨材料制成。多个脊中的至少一个脊是弯曲的。0008根据另一示例性实施例，存在着一种压缩机的膜片，其包括固定部件，被构造成至少容纳压缩机的叶轮，并且具有带有平滑表面的一部分；以及可磨层，形成于固定部件的带有平滑表面的部分上，可磨层被机械加工而形成直接面向叶轮的多个脊，多个脊由被构造成不能在超过1000的温度下起作用的可磨材料制成，并且多个脊中的至少一个脊是连续弯曲的。0009根据又一示例性实施例，存在着一种在机器的膜片上沉积可磨材料的方法。该方法包括在膜片中识别带有直接面向机器的旋转部件的平滑表面的部分；将可磨层沉积在直接面向旋转部。
14、件的部分上，可磨层包括被构造成不能在超过1000的温度下起作用的可磨材料；以及在可磨层中机械加工多个脊，使得多个脊中的至少一个脊是弯曲的。附图说明0010并入说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了一个或更多实施例，并且与描述一起用于解释这些实施例。在附图中0011图1为常规燃气涡轮的一部分的示意图，其中可磨材料沉积于在燃气涡轮壳体中形成的栅格上；0012图2为图1的可磨材料的常规图案的示意图；0013图3为压缩机的示意图；0014图4为图3的压缩机的叶轮IMPELLER的示意图；0015图5为根据示例性实施例的压缩机的膜片的一部分的示意图；0016图6为根据示例性实施例的沉积于压缩机的膜片上。
15、的可磨材料的示意图；0017图7为根据示例性实施例的形成于可磨材料中的多个脊的图案的示意图；0018图8为根据示例性实施例可形成的各种脊形状的示意图；0019图9为根据示例性实施例的脊与压缩机的叶轮之间的相互作用的示意图；0020图10为根据示例性实施例的可形成于压缩机膜片上的各个层的示意图；0021图11为显示根据示例性实施例的形成于膜片上的脊的弯曲图案的优点的曲线图；以及0022图12为示出根据示例性实施例的用于在机器膜片上形成多个脊的步骤的流程图。说明书CN102753833A3/5页6具体实施方式0023下文的示例性实施例的描述参考了附图。在不同附图中相同的标号表示相同或相似的元件。下。
16、文的详细描述并不限制本发明。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，关于压缩机的术语和结构讨论了下面的实施例。然而，接下来将讨论的实施例并不限于压缩机，而是可应用于在旋转部件与固定部件之间需要密封的其它系统。0024在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合一实施例描述的特定特点、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置中短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特性可以以任何方式结合至一个或更多实施例中。0025图3示出了开式叶轮离心压缩机30。开式叶轮离心压缩机30具有连接到轴34。
17、的叶轮32。轴34可由轴承36和38支承。叶轮32具有轮毂部40和叶片部42。流体沿着进入方向A在入口44处进入离心压缩机30。流体到达叶轮32，在此，流体基于离心力被加速，同时在沿着方向B在出口46处排放之前改变流体方向。面向叶轮32的膜片48为压缩机30的固定部件的部分。膜片可附接至压缩机30的壳体49。0026在图4中显示了叶轮32的详细视图。对于叶轮32，可使用其它结构。图4所示的叶轮32的具体形状对应于开式叶轮没有元件覆盖叶片部42。具有该叶轮的离心压缩机被称作开式叶轮离心压缩机。叶片部42可具有多个叶片50，叶片50具有各种轮廓，取决于压缩机的应用/运转。这些多个叶片50在膜片48。
18、内旋转，使得叶片50的顶端52可能由于叶片50由于热瞬变的伸长和/或叶片50相对于膜片48的高旋转速度以及/或者临界振动而移动成更靠近或甚至碰触膜片48。0027为了防止对叶片50的顶端52的损坏并且也实现在叶片顶端52与膜片48之间的期望密封，如在背景技术部分中已讨论的那样，磨料可涂布于顶端52上。然而，在该示例性实施例中不使用这样的磨料。因此，叶片50的顶端52易受损坏，如果它们接触制成膜片48的坚固材料的话。由于这个原因，可磨材料的连续层沉积在膜片48的直接面向叶片50的一部分上。该部分在图5中显示为元件60。根据另一示例性实施例，部分60可比图5所示更小，即，可不在叶片部42的整个轴向。
19、跨距SPAN上延伸。根据该示例性实施例，部分60可为叶片部42的轴向跨距的三分之一。换言之，考虑到轴线X为平行于叶轮32的旋转轴线，叶片部42的轴向跨距在C与F之间。其上具有可磨材料的部分60的轴向跨距可在C与F之间或更小，且最小轴向跨距在E与F之间。0028新颖的示例性实施例的另一特点在于膜片48，并且更具体地，接收可磨材料的膜片48的表面62参看图5是平滑的，即没有脊、栅格或故意地形成于膜片48的金属中的其它构型。在一个应用中，膜片48的部分60的表面62，如果在XY平面其中膜片48的纵向轴线沿着轴线X中表示，则沿着膜片48的纵向轴线具有Y位置相对于X的偏导数PARTIALDERIVATI。
20、VE的相同符号，忽略在该工业中用于制造这样的大件器械被接受的正常公差。另外，即使在部分60的表面62中存在着小的不平，如果这些并非故意做出的，也认为该表面62是平滑的。这不同于具有在沉积可磨材料16之前在燃气涡轮壳体10中故意形成的脊或栅格11的一些燃气涡轮护罩，如图1所示。0029传统燃气涡轮与新颖实施例之间的另一差异为温度范围。更具体而言，已知燃气说明书CN102753833A4/5页7涡轮在例如超过1000的高温下运转，而压缩机在处于100至400的范围内且对于离心压缩机膜片而言大约200的较低温度下运转。燃气涡轮和压缩机的运转温度的这种较大差异使得传统涡轮机的陶瓷基可磨涂层对于压缩机而。
21、言是不合适/不必要的。因此，如将在下文中讨论的其它材料用于涂布压缩机的膜片。0030根据图6所示的示例性实施例，膜片48的表面62可直接被可磨材料的平滑层70覆盖。可磨材料层70可直接沉积于膜片48的表面62上，其不同于燃气涡轮的情况，在燃气涡轮的情况下，在沉积可磨材料之前将TBC层形成于壳体上。由于压缩机运转的较低温度环境，有可能在膜片48的表面62上直接形成可磨材料70。0031将用于压缩机的可磨材料可分成基于金属的可磨材料和基于塑料的可磨材料。这些材料具有以下共同性质它们并不像用于燃气涡轮的那些材料那样设计成经受高温。换言之，将用于压缩机的可磨材料可能变得不能起作用熔化、剥离等，如果它们。
22、用于燃气涡轮的涡轮中的话。就此而言，例如将用于离心压缩机中的可磨材料被选择成在高达200的温度下起作用。在另一实施例中，取决于压缩机类型，可磨材料可在高达400的温度下起作用。金属可磨材料可包括ALSI、ALSI和聚酯、NICRFEBNAL等中的一种或多种。塑料可磨材料可包括聚四氟乙烯PTFE、聚酯、聚酰亚胺等中的一种或多种。0032应当注意到，金属和/或塑料可磨材料可直接形成于膜片48的表面上，而没有如在燃气涡轮中通常存在的任何保护层例如，TBC层。就此而言，已知的陶瓷可磨材料并非直接沉积于基底上而是在耐热涂层图1中的层12上，用于保护基底壳体避免在燃气涡轮运转期间生成的高温。在另一示例性实。
23、施例中，这样的热保护涂层可在沉积可磨材料70之前沉积于膜片48上。0033在可磨材料70已沉积于膜片48的表面62上之后，可磨材料70可被机械加工而形成具有峰74和谷76的脊72，如图7所示。脊72的形状可为菱形、直线、恒定弯曲的CONSTANTLYCURVED、连续弯曲的等。在图8中显示了脊72的截面图。如图8中的截面图所示，脊72的形状可具有如80所示的平滑形状，或可具有如82所示的三角形截面，或可具有如84所示的矩形截面，或者其它形状。根据一示例性实施例，膜片48可具备上文所讨论的形状80、82和84中一种或多种的组合。出于示例性目的，脊72的尺寸“D”对于矩形而言可在大约00025MM。
24、与大约0102MM之间且对于三角形而言在大约0MM与大约0102MM之间，并且脊72的高度“H”可在大约01MM至大约05MM之间。0034一旦叶片50随着膜片48内的轴34旋转，则由于离心作用和/或转子不平衡以及/或者热瞬变，叶片可在径向或轴向上朝向膜片48而接触脊72。取决于叶片50的膨胀程度，叶片50的顶端52可能碰触且甚至破坏移除脊72的顶部而形成凹槽区域90，如图9所示。脊72与叶片50之间的这种紧密接触可实现在压缩机的旋转部件与固定部件之间的期望密封。此外，叶片50的顶端52与脊72其为可磨的并且由于它们的小物理尺寸而也可具有软结构的紧密接触防止叶片50的顶端52遭受损坏，考虑到顶。
25、端52没有保护性磨料。此外，如果脊72的厚度较小，则用于形成脊的材料可以是致密的。0035根据另一示例性实施例，整个膜片48可由可磨材料制成，使得可通过机械加工膜片48而不通过沉积可磨材料来形成脊72。0036在图10中显示了根据示例性实施例的沉积在膜片48的表面62上的层的更详细视图。具有大约0125MM的高度H1的粘结涂层100例如，粘结涂层可为NIAL或NICRALY说明书CN102753833A5/5页8可以可选地沉积于膜片48上，例如通过等离子体喷涂工艺。可选地，具有大约100MM的高度H2的DVCTBC层102致密垂直破裂DENSEVERTICALLYCRACKED热障涂层可沉积于。
26、层100上方。可磨层70形成于层102上方或直接在层100上或直接在膜片48上，并且可具有大约13MM的高度H3。与这些示例性值有5至50的范围内的偏差也是可能的。0037现在关于图11讨论上文所公开的新颖可磨图案的优点。图11显示了对于具有相同高度的各种可磨脊形状作为热运行HOTRUNNING摩擦空隙RUBBEDCLEARANCE的函数的总空隙减小的变化。热运行摩擦空隙为当叶轮旋转时在叶轮与膜片之间的实际空隙，并且由于脊的形状和其它参数，总空隙为有效间隙。图11示出了以下情况的相对效果I带有弯曲图案的可磨脊曲线124，II带有45度直线图案的可磨脊曲线122以及III不具有脊且无图案的平滑可。
27、磨层曲线120。对于给定热空隙例如，102MIL，图11中的位置126，带有弯曲图案的可磨脊提供优于带直线图案的多个脊大约18MIL空隙减小的优点。弯曲图案可提供优于无可磨层的压缩机大约40MIL的空隙减小，相比而言，对于直线图案，优于无可磨层压缩机大约27MIL空隙。曲线122对应于具有相对于压缩机的轴向方向以45度倾斜的直图案的多个脊参看例如图2，脊22，并且曲线124对应于具有弯曲图案的多个脊参看例如图7，脊72。应当注意到，对于相同的热运行摩擦空隙126而言，弯曲图案曲线124提供比直图案曲线122大约27MIL或068MM的空隙减小和平滑可磨层曲线120大约23MIL或058MM更高。
28、的空隙减小大约40MIL或1MM。在图11的Y轴上显示的总空隙减小指示，对于三个曲线120、122和124的脊72的相同高度而言，在压缩机的移动部件与固定部件之间泄露的流体量对于曲线124的脊72比对于曲线122的脊72而言更小。脊的形状直对弯产生这种减小空隙效果。0038根据在图12中示出的示例性实施例，提供了一种在机器膜片上沉积可磨材料的方法。该方法包括步骤130，在膜片中识别带有直接面向机器的旋转部件的平滑表面的部分；步骤132，将可磨层沉积在直接面向旋转部件的部分上，可磨层包括构造成不能在超过1000的温度下起作用的可磨材料；以及步骤134，在可磨层中机械加工多个脊，使得多个脊中的至少。
29、一个脊为弯曲的。0039所公开的示例性实施例提供了用于在具有移动部件的机器的固定部件上沉积可磨材料的系统和方法。然而，示例性实施例意图涵盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的替代、修改和等同。另外，在示例性实施例的详细描述中，陈述了众多具体细节以便提供对要求保护的本发明的全面理解。然而，本领域技术人员将了解到，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种实施例。0040尽管在实施例中以特定组合描述了当前示例性实施例的特征和元件，但是每个特征或元件可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用或者在有或没有本文公开的其它特征和元件的各种组合中使用。0041本书面描述使用所公开的主题的示例来。
30、使得本领域技术人员能实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本主题的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。这种其它示例意图在权利要求的范围内。说明书CN102753833A1/11页9图1说明书附图CN102753833A2/11页10图2说明书附图CN102753833A103/11页11图3说明书附图CN102753833A114/11页12图4说明书附图CN102753833A125/11页13图5说明书附图CN102753833A136/11页14图6图7说明书附图CN102753833A147/11页15图8说明书附图CN102753833A158/11页16图9说明书附图CN102753833A169/11页17图10说明书附图CN102753833A1710/11页18图11说明书附图CN102753833A1811/11页19图12说明书附图CN102753833A19。