[发明专利]改性转子构件和用于改变转子构件的磨损特性的方法

说明书

技术领域

本公开大体上涉及用于在涡轮系统中使用的转子构件，并且更具体地涉及用于改变转子构件的磨损特性的方法和改性转子构件。

背景技术

涡轮系统广泛用于诸如动力生成的领域中。例如，常规燃气涡轮包括压缩机区段、燃烧器区段和至少一个涡轮区段。压缩机区段构造成在空气流动通过压缩机区段时压缩空气。然后，空气从压缩机区段流至燃烧器区段，在该处，它与燃料相混合且燃烧，从而生成热气流。热气流被提供至涡轮区段，涡轮区段通过从热气流提取能量而使用热气流，以对压缩机、发电机和其他各种负载提供动力。

在涡轮系统的操作期间，涡轮系统的各种构件耐受各种形式的磨损。此类磨损大体上可导致独立构件和涡轮系统的破坏和/或故障。在涡轮系统的操作期间旋转的转子构件特别易受磨损影响。例如，本转子构件可预计操作大约150,000小时和5,000次启动。此外，在许多情况下，构件上的特定磨损敏感位置，诸如转子构件上，可趋于比其他位置更快地磨损。这些磨损敏感位置可限制相关联的转子构件的寿命。

在本领域中已知各种技术用于尝试以改变涡轮系统构件且具体而言改变转子构件的磨损特性。例如，粉末填料沉积技术已经用于涂布转子构件的外表面。然而，此类技术难以在现场保养修理期间执行，且引起构件变形问题。对许多技术的具体顾虑是转子构件的外表面变化。这可由于涡轮系统构件制造的紧密公差而导致性能问题。此外，外涂层可相对较脆，且更换和/或修理可为昂贵的。

因此，在本领域中期望改进的转子构件。具体而言，将期望具有改进的磨损特性同时保持操作公差的转子构件。例如，用于改变转子构件的磨损特性的改进的方法和改进的改性转子构件将为有利的。

发明内容

本发明的方面和优点将在下列说明中部分地阐述，或可从说明中清楚，或可通过实施本发明而理解。

在一个实施例中，公开了一种用于改变涡轮系统中的转子构件的磨损特性的方法。该方法包括将6族元素、13族元素或准金属元素中的一个的离子通过转子构件的外表面注入。转子构件为转子轮或间距轮中的一个。

在另一实施例中，公开了一种用于涡轮系统的改性转子构件。改性转子构件包括转子构件。转子构件包括本体和外表面。本体包括基底层和注入层。注入层设置在基底层与外表面之间。注入层包括基底金属和通过外表面而注入基底金属中的多个离子。离子为6族元素、13族元素或准金属元素中的一个。转子构件为转子轮或间距轮中的一个。

一种用于改变涡轮系统中的转子构件的磨损特性的方法，方法包括：将6族元素、13族元素或准金属元素中的一个的离子通过转子构件的外表面注入，其中，转子构件为转子轮或间距轮中的一个。

优选地，注入步骤包括注入硼离子。

优选地，注入步骤包括注入钼离子。

优选地，注入的离子被有选择地施加于转子构件上的磨损敏感位置。

优选地，转子构件为转子轮，并且磨损敏感位置为燕尾通道或平衡轨中的一个。

优选地，转子构件为间距轮，并且磨损敏感位置为榫接凸缘。

优选地，离子注入达到大约0.1微米的深度。

优选地，离子注入达到大约1微米的深度。

优选地，离子在大约0℉与大约150℉之间的范围中的温度下注入。

优选地，离子在大约500℉与大约1000℉之间的范围中的温度下注入。

优选地，转子构件为压缩机区段转子构件。

一种用于涡轮系统的改性转子构件，改性转子构件包括：转子构件，转子构件包括本体和外表面，本体包括基底层和注入层，注入层设置在基底层与外表面之间，注入层包括基底金属和通过外表面而注入基底金属中的多个离子，其中，离子为6族元素、13族元素或准金属元素中的一个，并且其中，转子构件为转子轮或间距轮中的一个。

优选地，离子为硼。

优选地，离子为钼。

优选地，离子有选择地设置在转子构件上的磨损敏感位置中。

优选地，转子构件为转子轮，并且磨损敏感位置为燕尾通道或平衡轨中的一个。

优选地，转子构件为间距轮，并且磨损敏感位置为榫接凸缘。

优选地，离子注入达到大约0.1微米的深度。

优选地，离子注入达到大约1微米的深度。

优选地，转子构件为压缩机区段转子构件。

通过参照下列说明和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将被更好地理解。并入说明书中且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且和说明一起用于解释本发明的原理。

附图说明