[发明专利]层系统、叶轮及生产方法

说明书

本发明涉及一种层系统(LSY)，所述层系统包括基部元件(BE)的基部材料(BE)，其中，所述层系统(LSY)在所述基部元件(BE)的边界区域中延伸直至外表面，其中，所述层系统(LSY)包括设置到基部材料(BE)上的至少一层熔覆材料层(LCM1‑LCMn)。本发明还涉及一种涡轮机、特别是涡轮压缩机(TC)、特别是离心式涡轮压缩机(TC)的叶轮(IMP)，其中，所述叶轮(IMP)包括由基部材料(BE)构成的基部元件(BE)，该基部元件包括沿着旋转轴线(X)的周向方向布置的叶片(BLA)，其中，所述叶片(BLA)包括前缘(LE)和后缘(TE)。本发明还相应地涉及生产根据前述类型的层系统(LSY)的方法和生产根据前述类型的叶轮(IMP)的方法。

技术领域

本发明涉及层系统，所述层系统包括基部元件的基部材料，其中，所述层系统在所述基部元件的边界区域中延伸直至外表面，其中，所述层系统包括设置到基部材料上的至少一层熔覆材料层。本发明还涉及涡轮机、特别是涡轮压缩机、特别是离心式涡轮压缩机的叶轮，其中，所述叶轮包括由基部材料构成的基部元件，该基部元件包括沿着旋转轴线的周向方向布置的叶片，其中，所述叶片包括前缘和后缘。本发明还相应地涉及生产根据前述类型的层系统的方法和生产根据前述类型的叶轮的方法。

发明内容

本发明的具体焦点是避免侵蚀，特别是涡轮机中的侵蚀，并且特别是关于涡轮压缩机的侵蚀。涡轮机的旋转部件、尤其是叶轮可能由于严重的侵蚀磨损而遭受使用寿命的急剧降低。由过程流体运载通过机器的灰尘颗粒、例如所谓的“黑尘”可以具有230HV 0.01直至600HV 0.01的硬度(维氏硬度测试)。与旋转设备——尤其是管线型压缩机的旋转部件——的高速度相结合使得特别是叶轮叶片的前缘和后缘处很快损坏。

本发明的一个目的是减少侵蚀现象，特别是涡轮机的旋转部件的侵蚀现象。

为了解决上述问题，本发明提出如根据各个独立权利要求的层系统、叶轮以及生产这种层系统或叶轮的方法。各个从属权利要求涉及本发明的有益的实施方式。

根据本发明的层系统包括所述基部材料以及设置到基部材料上的一层或多层熔覆材料层。所述层系统还包括从所述外表面至少延伸到最外的熔覆材料层中的压缩残余应力层。在多层熔覆材料层作为层系统的一部分设置在基部材料上的情况下，所述压缩残余应力层可以从所述外表面延伸穿过多层熔覆材料层并甚至还延伸到基部材料中。优选地，所述压缩残余应力层仅在最外的熔覆材料层中延伸。

本发明的优选实施方式通过由气体保护钨极电弧焊(GTAW)形成所述熔覆材料层来提供。

优选地，基部材料是X3CrNiMo13-4(马氏体合金)。详细地，X3CrNiMo13-4(根据EN10250的材料编号：1.4313)的组成按重量百分比(wt％)计是：

层系统的另一优选实施方式提供了：至少一层熔覆材料层的材料是Stellite 21(Stellite 21＝商业名称(UNS＝W73041，ASME/AWS＝(SF)A5.21，ERCCoCr-E)，HRC＝28-40))。详细地，Stellite 21的组成按重量百分比(wt％)计是：

一个优选实施方式提供了：至少两层熔覆材料层被设置至基部材料，并且最优选地是设置三层熔覆材料层。优选地，所有三层都是相同的化学组成，并且最优选地，所有三层都是Stellite 21。

层系统的另一优选实施方式通过给予基部元件至少一次、达三小时的570℃的热处理以消除残余焊接应力来提供。出乎意料地，已发现如提及的那样的随后的热处理不损害熔覆层的期望的高硬度。