[发明专利]具有带有复合角、不对称表面面积密度脊和槽样式的耐磨层的涡轮环形节段

说明书

相关申请的优先权声明和交叉引用

本申请主张以下美国专利申请案的优先权，所有这些申请案均于2014年2月25日提交，并且其中的每一个的全部内容均通过引用并入本文：

指定的序列号为14/189,081的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH ZIG-ZAG GROOVE PATTERN”；

指定的序列号为14/189,035的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH ASYMMETRIC RIDGES OR GROOVES”；以及

指定的序列号为14/188,992的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE TERRACED RIDGES”。

同时提交的案卷编号为2015P01174WO的名称为“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH INCLINED ANGLE SURFACE RIDGE OR GROOVE PATTERN”的国际专利申请案，且其指定的序列号（未知）被识别为相关的申请并且通过引用并入本文。

以下美国专利申请案于2014年2月25日同时提交并且出于对目前提交的申请案进行审查的目的被识别为相关申请案，以下申请案中的每一个的全部内容通过引用并入本文：

指定的序列号为14/188,813的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE MULTI DEPTH GROOVES”；

指定的序列号为14/188,941的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE HAVING A FRANGIBLE OR PIXELATED NIB SURFACE”；

指定的序列号为14/188,958的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH PROGRESSIVE WEAR ZONE MULTI LEVEL RIDGE ARRAYS”；以及

指定的序列号为14/189,011的“TURBINE ABRADABLE LAYER WITH NESTED LOOP GROOVE PATTERN”。

技术领域

1. 发明领域

本发明涉及用于涡轮发动机（包括燃气或者蒸汽涡轮发动机）的耐磨表面、含有这种耐磨表面的发动机，以及用于减小发动机叶片尖端磨损和叶片尖端泄漏的方法。更具体地，本发明的各种实施例涉及具有不对称的首尾向脊表面面积密度的耐磨表面，并且前脊具有比后脊更大的表面面积密度以补偿发动机操作期间前区中的更大的脊腐蚀和在后区中减小叶片尖端磨损。

背景技术

2. 现有技术的描述

已知涡轮发动机（包括燃气涡轮发动机和蒸汽涡轮发动机）含有轴装式涡轮叶片，涡轮叶片由涡轮壳体或者外壳周向地围绕。流过涡轮叶片的热气体引起叶片旋转，叶片旋转将热气体内的热能转换为机械功，其可用于向诸如发电机等旋转机械提供动力。参照图1至图6，诸如燃气涡轮发动机80的已知涡轮发动机包括：多级压缩机部段82、燃烧器部段84、多级涡轮部段86和排气系统88。大气压力进气空气通常沿涡轮发动机80的轴向长度的流动箭头F的方向被抽入压缩机部段82中。进气空气通过多排旋转压缩机叶片在压缩机部段82中被逐步地加压，并且由相配的压缩机导叶引导至燃烧器部段84，在该处其与燃料混合并且被点燃。点燃的燃料/空气混合物现在处于比原始进气空气更大的压力和速度下，且被引导至涡轮部段86中的相继排R₁、R₂等。发动机的转子和轴90具有多排翼型横截面形涡轮叶片92，其在压缩机部段82和涡轮部段86中终止于叶片尖端94远端。为了方便和简洁，关于发动机中的涡轮叶片和耐磨层的进一步讨论将集中于涡轮部段86的实施例和应用，尽管类似的结构也可适用于压缩机部段82。每个叶片92均具有凹形轮廓高压侧96和凸形低压侧98。沿燃烧流动方向F流动的高速和高压燃烧气体使得叶片92旋转运动，从而使转子转动。如众所周知的，施加在转子轴上的一些机械功率可用于执行有用功。燃烧气体在转子远端由涡轮壳体100径向地约束，且在转子近端由空气密封件102径向地约束。参照图2中示出的第1排部段，相应的上游导叶104和下游导叶106引导上游燃烧气体使其大体上平行于涡轮叶片92的前缘的入射角并且重新引导下游燃烧气体离开叶片的后缘。