[发明专利]维持燃气轮机燃烧器构件的与表面有关的属性的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气轮机的硬件，并且更具体而言，涉及能够维持燃气轮机燃烧器构件的与表面有关的属性的涂层和方法。

背景技术

图1示意性地描绘了在工业燃气轮机发动机的燃烧器中使用的类型的过渡件10的侧视图。过渡件10具有入口端12和出口端14，通过该入口端12从燃烧器(未显示)接收热的燃烧气体，并且燃烧气体通过出口端14从过渡件10流到发动机的涡轮区段(未显示)中。过渡件10和其相关联的燃烧器形成组件，该组件典型地是位于工业燃气轮机发动机的周缘周围的多个燃烧器组件中的一个。

燃烧传统的烃燃料的燃气轮机所产生的排放包含一氧化碳、未燃烧的烃和氮氧化物(NO_x)。NO_x的产生是分子态氮的氧化的结果，这部分地取决于燃烧器所产生的且流过过渡件10的燃烧气体流的温度。已经提出了多种概念，并且利用多种概念来保持反应区温度低于形成NO_x所处的水平，或者通过减少处于高温的燃烧气体的驻留时间来实现。如图1中示意性地描绘的那样，一个这种技术包括通过稀释孔16将稀释空气引入到过渡件10中。在图1的示例中，显示了在过渡件10中存在三个稀释孔16，但是使用更少或更多数量的稀释孔16也是可行的。稀释空气源是压缩机排气，压缩机排气典型地输送到过渡件10的外部和包围燃烧器组件的外壳所限定的腔体。在成功地调整工业燃气轮机发动机的燃烧系统的方面，稀释孔16的大小和布置是非常重要的。

超合金广泛用于形成涡轮机的构件，包括工业燃气轮机发动机的燃烧器组件。非限制性示例包括NIMONIC? 263和C263，它们是可沉淀硬化的镍-铬-钴合金。良好地证明了在燃气轮机燃烧器构件中使用这两种合金，并且这两种合金均展示诸如强度高、耐腐蚀性高和高温展延性高的合乎需要的属性。C263具有19-21重量%的铬、19-21重量%的钴、5.6-6.1重量%的钼、1.9-2.4重量%的钛、0-0.6重量%的铝(2.4-2.8重量%的Al+Ti)、0.04-0.08重量%的碳、0-0.6重量%的锰、0-0.2重量%的铜、0-0.005重量%的硼、0-0.7重量%的铁、0-0.4重量%的硅，其余为镍和附带的杂质的报告标称成分。263和C263合金中的沉淀相(以及其它沉淀加强的镍基合金)是金属间相，其中，铝(和/或钛，如果存在的话)是主要元素，该主要元素与镍结合而形成fccγ' (γN)沉淀物(主要是Ni₃(Al, Ti))，fccγ' (γN)沉淀物与镍基合金的γ(γ)奥氏体fcc基质相结合地沉淀。在263和C263中大体为大约10体积%的γ'沉淀相会促进镍基合金的高温强度和抗蠕变力。

燃烧器组件的过渡件10和其它构件常常受到隔热涂层(TBC)的保护，隔热涂层会降低下面的构件衬底的温度，并且从而延长构件的使用寿命。陶瓷材料以及特别是氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)广泛用作TBC材料，因为它们有高温能力、低导热性，以及较容易淀积。典型地对过渡件10的内表面施用TBC，使得在典型地与背侧冷却结合的情况下，过渡件10的温度能保持在低于形成过渡件10的超合金的熔化温度的温度处。

已经发现图1中描绘的类型的过渡件的稀释孔会经受高温所导致的损害。例如，在由NIMONIC? C263形成的过渡件中形成的稀释孔已经展示了退化和破裂的迹象。目前用于解决这个问题的技术已经包括用以控制包围稀释孔16的边缘的温度的尝试。但是，这样的尝试不一定成功，并且能导致不合需要的设计约束。由于燃气轮机技术的不断进步产生了较高的工作温度，所以存在用较高级且较贵的合金来制造燃气轮机构件的趋势。但是，如果可在保护扩散孔的边缘不退化和破裂的同时允许继续使用众所周知且可靠的合金(诸如NIMONIC? C263)将是合乎需要的。

发明内容

本发明大体提供一种用于维持燃气轮机燃烧器构件的与表面有关的属性的方法和涂层，并且更具体而言，通过抑制包围γ'强化的镍基合金中的孔(例如工业燃气轮机发动机的过渡件中的稀释孔)的边缘的退化和破裂的方法和涂层。