Componente de turbina recubierto y método de recubrimiento de un componente de turbina.

Componente (1) de turbina con

una raíz (2),

un cuello (3),

una plataforma

(4) y

un perfil (5) aerodinámico

con una superficie (6) externa y una superficie (7) interna que definen conductos (8) de enfriamiento entre las mismas,

en el que se proporciona al menos un primer recubrimiento sobre la raíz (2) y en el que se proporciona un segundo recubrimiento sobre el cuello (3),

difiriendo la composición del primer recubrimiento de la del segundo recubrimiento.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/005470.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: BOX,PAUL, WHITEHURST,MICK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO,... > Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento... > F01D5/28 (Empleo de materiales específicos; Medidas contra la erosión o la corrosión)

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Fragmento de la descripción:

Componente de turbina recubierto y método de recubrimiento de un componente de turbina La invención se refiere a componentes de turbina y a métodos de recubrimiento de un componente de turbina.

Los componentes de las turbinas de gas se hacen funcionar en un entorno altamente agresivo que puede provocar daño al componente en servicio. El daño del entorno puede producirse en diversas formas en el entorno de gas de combustión caliente, tales como erosión de partículas, diferentes tipos de corrosión y oxidación, y combinaciones complejas de estos modos de daño. La tasa de daño del entorno puede reducirse mediante el uso de capas protectoras.

Por ejemplo, se sabe que el cromo proporciona una excelente protección frente a la denominada corrosión en caliente tipo I y tipo II. A este respecto, se han usado durante largo tiempo recubrimientos de difusión producidos mediante la difusión de cromo y aluminio en el sustrato de aleación, para proporcionar esta protección. Se han aplicado recubrimientos de superposición de MCrAlY (donde M es Ni o Co o una combinación de los dos) como alternativa a los recubrimientos de difusión a mayores temperaturas para proteger frente a la oxidación. Se sabe que el cromo difundido solo proporciona una excelente protección frente a la corrosión en caliente tipo II a temperatura relativamente baja, y además que es tolerante a la deformación.

Recientes desarrollos han mostrado que es favorable proporcionar diferentes tipos de recubrimientos sobre diferentes partes de un componente. Los recubrimientos se eligen de tal manera que estén especialmente adaptados a las condiciones térmicas y corrosivas que están presentes en las partes del componente durante su uso.

El documento US 6.296.447 B1 da a conocer un componente de turbina de gas con un recubrimiento protector dependiente de la ubicación. El componente es una pala de turbina con una raíz, un cuello, una plataforma y un perfil aerodinámico que se extiende desde la plataforma, que tiene una superficie externa y una interna que definen conductos de enfriamiento entre las mismas. Se proporciona un primer recubrimiento sobre al menos una parte de la plataforma, se proporciona un segundo recubrimiento sobre la superficie externa del perfil aerodinámico y se proporciona un tercer recubrimiento sobre la superficie interna del perfil aerodinámico. El primer recubrimiento difiere en su composición del segundo recubrimiento y el segundo recubrimiento difiere en su composición del tercer recubrimiento.

En el documento DE 198 59 477 A1, se da a conocer una pala de turbina, que está cubierta en su área de raíz con una capa resistente al desgaste. Esta capa protectora se basa en una aleación, por ejemplo CuAlTi o FeCrB.

Se conoce otro recubrimiento protector a partir del documento WO 2005/031038 A1. Este documento describe la aplicación de una capa resistente al desgaste, particularmente una capa resistente a la erosión sobre componentes de turbina de gas. La capa puede comprender varias capas individuales, dispuestas unas encima de otras, que pueden proporcionarse mediante recubrimiento por inmersión, por ejemplo.

En el documento US 6.270.318 B1, se da a conocer una pala de turbina que tiene una raíz, un cuello, una plataforma y un perfil aerodinámico. El área del cuello y la plataforma pueden cubrirse con una capa de óxido de zirconio.

Sin embargo, todavía se observan los diversos tipos de daño del entorno, necesitándose a menudo el reemplazo prematuro o la reparación de componentes tras la exposición al servicio. Como resultado existe la necesidad de un enfoque mejorado para la protección, en particular, de componentes de turbina de gas tales como palas y álabes de turbina.

Por consiguiente, es un objeto de la presente invención proporcionar un componente de turbina con una resistencia al calor y la corrosión mejorada y proporcionar un método de recubrimiento de un componente de turbina.

Un primer aspecto de la invención proporciona un componente de turbina con una raíz, un cuello, una plataforma y un perfil aerodinámico que tiene una superficie externa y una superficie interna que definen conductos de enfriamiento entre las mismas, en el que se proporciona al menos un primer recubrimiento sobre la raíz.

Según una realización, puede proporcionarse un segundo recubrimiento sobre el cuello. En este caso, la composición del primer recubrimiento debe ser diferente de la del segundo recubrimiento.

Además es posible proporcionar el segundo recubrimiento también sobre la superficie externa del perfil aerodinámico y sobre al menos una parte de la plataforma y proporcionar adicionalmente un tercer recubrimiento sobre la superficie interna del perfil aerodinámico. En este caso, los recubrimientos primero, segundo y tercero

tienen diferentes composiciones.

El primer recubrimiento, que puede comprender Cr, puede difundir en el componente aplicando métodos conocidos como cementación en paquete o deposición química en fase de vapor (CVD) .

Los experimentos han mostrado que pueden obtenerse buenas propiedades de protección si el primer recubrimiento es una capa que tiene de 5 a 25 μm de grosor y/o comprende del 15 al 30% en peso de Cr.

El segundo recubrimiento puede comprender MCrAlY, donde M puede ser Co o Ni o una combinación de ambos. Elementos adicionales tales como Re, Si, Hf y/o Y pueden estar incluidos en el recubrimiento. Una composición preferida del recubrimiento es del 30 al 70% en peso de Ni, del 30 al 50% en peso de Co, del 15 al 25% en peso de Cr, del 5 al 15% en peso de Al y hasta el 1% en peso de Y. Pueden aplicarse diferentes técnicas de pulverización térmica tales como pulverización de plasma a vacío (VPS) , pulverización de plasma a baja presión (LPPS) , pulverización de oxi-combustible a alta velocidad (HVOF) , pulverización de gas frío (CGS) o electrodeposición.

El segundo recubrimiento puede tener además una de las siguientes composiciones:

el 30% en peso de Ni, el 28% en peso de Cr, el 8% en peso de Al, el 0, 6% en peso de Y, el 0, 7% en peso de Si, el resto Co;

el 28% en peso de Ni, el 24% en peso de Cr, el 10% en peso de Al, el 0, 6% en peso de Y y el resto Co;

el 23% en peso de Cr, el 10% en peso de Co, el 12% en peso de Al, el 0, 6% en peso de Y, 3, 0% en peso de Re, el resto Ni;

el 21% en peso de Cr, el 12% en peso de Co, el 11% en peso de Al, el 0, 4% en peso de Y y el 2, 0% en peso de Re, el resto Ni;

el 17% en peso de Cr, el 25% en peso de Co, el 10% en peso de Al, el 0, 4% en peso de Y y el 1, 5% en peso de Re, el resto Ni.

El tercer recubrimiento puede comprender Cr y Al. Preferiblemente, el recubrimiento es un recubrimiento de Cr modificado con Al que puede proporcionarse mediante difusión de Al en una superficie cromada aplicando métodos conocidos tales como CVD y ATP. Se encontró que una composición del tercer recubrimiento en una capa beta externa de entre el 15 y el 30% en peso de Al y entre el 5 y el 15% en peso de Cr muestra excelentes propiedades de protección.

Alternativamente, puede proporcionarse un segundo recubrimiento sobre la superficie interna y sobre la externa del perfil aerodinámico y sobre al menos una parte de la plataforma, y puede proporcionarse un tercer recubrimiento sobre el cuello. En este caso, los recubrimientos primero, segundo y tercero son de composiciones diferentes.

El primer recubrimiento, que puede comprender Cr, puede difundir en el componente mediante métodos conocidos como cementación en paquete o deposición química en fase de vapor (CVD) . Los experimentos han mostrado que pueden obtenerse buenas propiedades de protección si el primer recubrimiento es una capa que tiene de 5 a 25 μm de grosor y/o comprende... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Componente (1) de turbina con una raíz (2) , un cuello (3) , una plataforma (4) y un perfil (5) aerodinámico con una superficie (6) externa y una superficie (7) interna que definen conductos (8) de enfriamiento entre las mismas, en el que se proporciona al menos un primer recubrimiento sobre la raíz (2) y en el que se proporciona un segundo recubrimiento sobre el cuello (3) , difiriendo la composición del primer recubrimiento de la del segundo recubrimiento.

2. Componente (1) de turbina según la reivindicación 1, en el que se proporciona un tercer recubrimiento sobre la superficie (7) interna del perfil (5) aerodinámico, siendo los recubrimientos primero, segundo y tercero de diferente composición.

3. Componente (1) de turbina según la reivindicación 1 ó 2,

en el que también se proporciona el segundo recubrimiento sobre la superficie (6) externa del perfil (5) aerodinámico y sobre al menos una parte de la plataforma (4) .

4. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el primer recubrimiento comprende Cr.

5. Componente (1) de turbina según la reivindicación 4, en el que se hace difundir el Cr del primer recubrimiento en el componente (1) , especialmente sólo se hace difundir Cr.

6. Componente (1) de turbina según la reivindicación 5,

en el que se hace difundir el Cr del primer recubrimiento mediante cementación en paquete o mediante deposición química en fase de vapor (CVD) .

7. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que el primer recubrimiento es una capa que comprende del 15 al 30% en peso de Cr y/o

que tienede5 a 25 μm de grosor.

8. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el segundo recubrimiento comprende MCrAlY, siendo M Co o Ni o ambos, especialmente el segundo recubrimiento consiste en MCrAlY.

9. Componente (1) de turbina según la reivindicación 8,

en el que el segundo recubrimiento comprende además Re, Si, Hf y/o Y especialmente Y.

10. Componente (1) de turbina según la reivindicación 8 ó 9, en el que el segundo recubrimiento tiene una composición del 30 al 70% en peso de Ni, del 30 al 50% en peso de Co, del 15 al 25% en peso de Cr, del 5al15%en pesode Al y hasta el 1% en peso de Y.

11. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 1, 2, 3, 8 a 10,

en el que se aplica el segundo recubrimiento mediante técnicas de pulverización térmica tales como una pulverización de plasma a vacío (VPS) , pulverización de plasma a baja presión (LPPS) , pulverización de oxicombustible a alta velocidad (HVOF) , pulverización de gas frío (CGS) o mediante electrodeposición.

12. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11, en el que el tercer recubrimiento comprende Cr y Al.

13. Componente (1) de turbina según la reivindicación 12, en el que el tercer recubrimiento es un recubrimiento de Cr modificado con Al, especialmente sólo se usan Al y Cr para la difusión.

14. Componente (1) de turbina según la reivindicación 13, en el que se proporciona el tercer recubrimiento mediante la difusión de Al en una superficie cromada.

15. Componente (1) de turbina según la reivindicación 14,

en el que se hace difundir el Al en la superficie cromada mediante CVD u otros métodos tales como sobre el paquete (ATP) .

16. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15,

en el que el tercer recubrimiento tiene una composición en una capa beta externa de entre el 15 y el 30% en peso de Al y entreel 5y el 15% en peso de Cr.

17. Componente (1) de turbina según la reivindicación 1,

en el que se proporciona el segundo recubrimiento sobre la superficie (7) interna y sobre la superficie (6) externa del perfil (5) aerodinámico y sobre al menos una parte de la plataforma (4) .

18. Componente (1) de turbina según la reivindicación 17,

en el que se proporciona un tercer recubrimiento sobre el cuello (3) , difiriendo los recubrimientos primero, segundo y tercero en su composición.

19. Componente (1) de turbina según la reivindicación 17 o la reivindicación 18,

en el que el primer recubrimiento comprende Cr.

20. Componente (1) de turbina según la reivindicación 19, en el que se hace difundir el Cr del primer recubrimiento en el componente (1) , especialmente sólo se hace difundir Cr.

21. Componente (1) de turbina según la reivindicación 20, en el que se hace difundir el Cr del primer recubrimiento mediante cementación en paquete o CVD.

22. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, en el que el primer recubrimiento es una capa que comprende del 15 al 30% en peso de Cr y/o

que tienede5 a 25 μm de grosor.

23. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 22, en el que el segundo recubrimiento comprende Cr y Al.

24. Componente (1) de turbina según la reivindicación 23, en el que el segundo recubrimiento es un recubrimiento de Cr modificado con Al.

25. Componente (1) de turbina según la reivindicación 24, en el que se proporciona el segundo recubrimiento mediante la difusión de Al en una superficie cromada, especialmente sólo se usan Al y Cr para la difusión.

26. Componente (1) de turbina según la reivindicación 25, en el que se hace difundir el Al en la superficie cromada mediante CVD u otros métodos tales como ATP.

27. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26,

en el que el segundo recubrimiento tiene una composición en una capa beta externa de entre el 15 y el 30% en peso de Al y entre el 5 y el 15% enpesode Cr.

28. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 27, en el que el tercer recubrimiento comprende MCrAlY, siendo M Co o Ni o ambos, especialmente el tercer recubrimiento consiste en MCrAlY.

29. Componente (1) de turbina según la reivindicación 28, en el que el tercer recubrimiento comprende además Re, Si, Hf y/o Y especialmente Y.

30. Componente (1) de turbina según la reivindicación 18 ó 29, en el que el tercer recubrimiento tiene una composición del 30 al 70% en peso de Ni,

del 30 al 50% en peso de Co, del 15 al 25% en peso de Cr, del 5al15%en pesode Al y hasta el 1% en peso de Y.

31. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 18, 28 a 30,

en el que se aplica el tercer recubrimiento mediante técnicas de pulverización térmica tales como VPS, LPPS, HVOF, CGS o mediante electrodeposición.

32. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 31,

en el que la parte de la plataforma (4) que va a recubrirse es la superficie lateral y/o la cara lateral de la plataforma (4) .

33. Componente (1) de turbina según la reivindicación 1, en el que también se proporciona el primer recubrimiento sobre la superficie (7) interna del perfil (5) aerodinámico.

34. Componente (1) de turbina según la reivindicación 33, en el que se proporciona un segundo recubrimiento sobre la superficie (6) externa del perfil (5) aerodinámico y sobre la cara superior y/o sobre la cara lateral de la plataforma (4) , difiriendo el primer y el segundo recubrimiento en su composición.

35. Componente (1) de turbina según la reivindicación 33,

en el que se proporciona un tercer recubrimiento encima del segundo recubrimiento sobre la superficie (6) externa del perfil (5) aerodinámico y sobre la cara superior y/o la cara lateral de la plataforma (4) , difiriendo los recubrimientos primero, segundo y tercero en su composición.

36. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35, en el que el primer recubrimiento comprende Cr.

37. Componente (1) de turbina según la reivindicación 36, en el que se hace difundir el Cr del primer recubrimiento en el componente (1) , especialmente sólo se hace difundir Cr.

38. Componente (1) de turbina según la reivindicación 37,

en el que se hace difundir el Cr del primer recubrimiento mediante cementación en paquete o mediante deposición química en fase de vapor (CVD) .

39. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 36 a 38, en el que el primer recubrimiento es una capa que comprende del 15 al 30% en peso de Cr y/o

que tienede5 a 25 μm de grosor.

40. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 39, en el que el segundo recubrimiento comprende MCrAlY, siendo M Co o Ni o ambos, especialmente el segundo recubrimiento consiste en MCrAlY.

41. Componente (1) de turbina según la reivindicación 40, en el que el tercer recubrimiento comprende además Re, Si, Hf y/o Y, especialmente Y.

42. Componente (1) de turbina según la reivindicación 34 ó 41, en el que el segundo recubrimiento tiene una composición del 30 al 70% en peso de Ni, del 30 al 50% en peso de Co, del 15 al 25% en peso de Cr, del 5al15%en pesode Al y hasta el 1% en peso de Y.

43. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 35, 40 a 42,

en el que se aplica el tercer recubrimiento mediante técnicas de pulverización térmica tales como VPS, LPPS, HVOF, CGS o mediante electrodeposición.

44. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 35 a 43, en el que el tercer recubrimiento comprende Al.

45. Componente (1) de turbina según la reivindicación 44, en el que el tercer recubrimiento se sobrealuminiza.

46. Componente (1) de turbina según la reivindicación 45,

en el que el Al del tercer recubrimiento se sobrealuminiza mediante cementación en paquete o mediante deposición química en fase de vapor (CVD) .

47. Componente (1) de turbina según la reivindicación 46, en el que la superficie externa del segundo recubrimiento tiene un contenido en Al de entre el 15 y el 30% en peso.

48. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 47, en el que ninguno de los recubrimientos comprende Pt.

49. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 48, en el que el componente (1) de turbina consiste en una superaleación, por ejemplo MarM247, IN6203 o CMSX4.

50. Componente (1) de turbina según la reivindicación 49,

en el que se proporciona el componente (1) de turbina mediante técnicas de colada de solidificación direccional o convencionales.

51. Componente (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 50, en el que el componente (1) de turbina es una pala de turbina.

52. Turbina que comprende una primera fase de palas y álabes y una segunda fase de palas y álabes,

en el que las palas de la primera fase son componentes (1) de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 ó 32 y las palas de la segunda fase son componentes (1) de pala de turbina según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 32.

53. Método de recubrimiento de un componente (1) de turbina, que tiene una raíz (2) , un cuello (3) , una plataforma (4) y un perfil (5) aerodinámico con una superficie (6) externa y una superficie (7) interna, que definen conductos (8) de enfriamiento entre las mismas, que comprende las etapas de: -aplicar un primer recubrimiento sobre todas las superficies externas e internas del componente (1) ; -aplicar un segundo recubrimiento sobre una primera parte del componente (1) recubierto, en el que la primera parte comprende el cuello (3) ; -aplicar un tercer recubrimiento sobre una segunda parte del componente (1) recubierto, en el que los recubrimientos primero, segundo y tercero tienen diferentes composiciones.

54. Método según la reivindicación 53, en el que se hace difundir el primer recubrimiento en el componente (1) .

55. Método según la reivindicación 54,

en el que se hace difundir el primer recubrimiento mediante cementación en paquete o mediante deposición química en fase de vapor (CVD) .

56. Método según la reivindicación 55, en el que el primer recubrimiento comprende Cr.

57. Método según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 56,

en el que el primer recubrimiento es una capa que comprende del 15 al 30% en peso de Cr y/o que tiene de 5 a 25 μm de grosor.

58. Método según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 57,

en el que la primera parte comprende además la superficie (6) externa del perfil (5) aerodinámico y al menos una parte de la plataforma (4) y en el que la segunda parte comprende la superficie (7) interna del perfil (5) aerodinámico.

59. Método según la reivindicación 58,

en el que el segundo recubrimiento comprende MCrAlY, siendo M Co o Ni o ambos.

60. Método según la reivindicación 59, en el que el segundo recubrimiento comprende además Re, Si, Hf y/o Y.

61. Método según la reivindicación 60,

en el que el segundo recubrimiento tiene una composición del 30 al 70% en peso de Ni, del 30 al 50% en peso de Co, del 15 al 25% en peso de Cr, del 5 al 15% en peso de Al y hasta el 1% en peso de Y.

62. Método según cualquiera de las reivindicaciones 59 a 61,

en el que se aplica el segundo recubrimiento mediante técnicas de pulverización térmica tales como pulverización de plasma a vacío (VPS) , pulverización de plasma a baja presión (LPPS) , pulverización de oxi-combustible a alta velocidad (HVOF) , pulverización de gas frío (CGS) o mediante electrodeposición.

63. Método según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 62, en el que se aplica el tercer recubrimiento mediante difusión.

64. Método según la reivindicación 63, en el que el tercer recubrimiento comprende Al.

65. Método según la reivindicación 64, en el que se hace difundir el Al mediante CVD u otros métodos tales como sobre el paquete (ATP) .

66. Método según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 57,

en el que la primera parte comprende además la superficie (7) interna y la superficie (6) externa del perfil (5) aerodinámico y al menos una parte de la plataforma (4) y en el que la segunda parte comprende el cuello (3) .

67. Método según la reivindicación 66, en el que se aplica el segundo recubrimiento mediante difusión.

68. Método según la reivindicación 67, en el que el segundo recubrimiento comprende Al.

69. Método según la reivindicación 68, en el que se hace difundir el segundo recubrimiento mediante CVD u otros métodos tales como ATP.

70. Método según cualquiera de las reivindicaciones 66 a 69, en el que el tercer recubrimiento comprende MCrAlY, siendo M Co o Ni o ambos.

71. Método según la reivindicación 70, en el que el tercer recubrimiento comprende además Re, Si, Hf y/o Y.

72. Método según la reivindicación 71,

en el que el tercer recubrimiento tiene una composición del 30 al 70% en peso de Ni, del 30 al 50% en peso de Co, del 15 al 25% en peso de Cr, del 5 al 15% en peso de Al y hasta el 1% en peso de Y.

73. Método según cualquiera de las reivindicaciones 70 a 72,

en el que se aplica el tercer recubrimiento mediante técnicas de pulverización térmica tales como VPS, LPPS, HVOF, CGS o mediante electrodeposición.

74. Método según cualquiera de las reivindicaciones 58 a 73, en el que la parte de la plataforma (4) es la superficie lateral y/o la cara lateral de la plataforma (4) .

75. Método según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 74, en el que ninguno de los recubrimientos comprende Pt.

76. Método según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 75, en el que el componente (1) consiste en una superaleación, por ejemplo MarM247, IN6203 o CMSX4.

77. Método según cualquiera de las reivindicaciones 53 a 76, 10 en el que el componente (1) de turbina es una pala de turbina.