Газотурбінна установка з корпусом камери згоряння, внутрішній бік якого покритий масивними керамічними цеглинами

1. Газотурбінна установка з корпусом камери згоряння, внутрішній бік якого покритий масивними керамічними цеглинами, з оснащеним робочими лопатками ротором і оснащеним напрямними лопатками корпусом, причому, щонайменше перші лопатки на оберненому до турбіни боці містять керамічний теплоізоляційний шар, яка відрізняєть 41485 Крім того, покриття може бути нанесено у вигляді керамічного шару, а також може бути багатошаровим. Перевага керамічних цеглин порівняно з теплоекрануючими пластинами з інших матеріалів, наприклад, суперсплавів, полягає в тому, що можливі й припустимі більш високі робочі температури. Лише елементи кріплення цеглин мають охолоджуватися. Завдяки більш високій припустимій робочій температурі, осаджені на поверхні обшивки камери згоряння не повністю спалені частинки диму згорають повністю і вміст токсичного монооксиду вуглецю (СО) у ви хідних газах зменшується, оскільки він перетворюється у неотруйний діоксид вуглецю (СО2). При цьому, оскільки порівняно з металевою обшивкою для охолодження потрібна менша кількість повітря, більша його кількість може бути використана для процесу згорання. Завдяки цьому досягається, більш низька температура займання й утворюється значно менша кількість угарного газу, який, як відомо, додатково забруднює довкілля. Тому, як з точки зору ефективності, так і з точки зору захисту довкілля, обшивка камери згорання масивними керамічними цеглинами є бажаною. Однак, в разі використання таких керамічних цеглин з їхньої поверхні можуть відділятися частинки, які внаслідок високої відносної швидкості між потоком димного газу й лопатками діють на них як кулі і справляють сильну абразивну дію. Завдяки запропонованому згідно з винаходом покриттю керамічних цеглин, ефективно усувається відділення таких частинок від поверхні цеглин. При цьому особливо доцільним є нанесення покриття на керамічні цеглини до їх вмонтовування в корпус камери згорання. При цьому, покриття має бути виконано таким чином, щоб забезпечувались добре зчеплення з керамічними цеглинами і добра когезія шару, щоб запобігти відколюванню шару під дією змінних теплових навантажень. Таким чином, покриття керамічних цеглин утворює шар для фіксування поверхневих частинок. Завдяки цьому, стає можливим застосування керамічних теплозахисних шарів на лопатках у поєднанні з масивними керамічними цеглинами в якості обшивки камери згоряння. Реалізація винаходу передбачає, що покриття складається з металевого матеріалу, нанесеного, зокрема, за допомогою вакуумно-плазмового розпилення. Для цього можуть бути використані різні корозійно-захисні шари, що мають, наприклад, структуру М Сr АІ Y, де: М означає Nі або Co. Могло б бути використане також комбіноване покриття з металевого зв'язуючого шару і нанесеного на нього керамічного поверхневого шару. Керамічний поверхневий шар може бути нанесений, наприклад, способом повітряно-плазмового розпилення. В разі відмови від зв'язуючого металевого шару можливим є також безпосереднє нанесення керамічних шарів на цеглини. Незначна різниця в коефіцієнтах теплового розширення між керамічними цеглинами і керамічним покриттям, одержаним повітряно-плазмовим способом, сприятливо впливає на стійкість проти змінних теплових навантажень. Виконання керамі чного шару у якості теплозахисного шару дозволяє значно зменшити потребу в повітрі для охолодження обшивки камери згорання. В якості керамічного покриття можуть бути використані звичайні теплоізолюючі шари, наприклад, ZrO2, стабілізований Yr2О 3, або ж SіО2 Аl2О 3. Винахід може бути вигідно реалізований шляхом нанесення керамічного покривного шару способом повітряно-плазмового розпилення. Спосіб повітряно-плазмового розпилення є більш економічно вигідною альтернативою способу вакуумно-плазмового розпилення. Зокрема, може бути вигідним нанесення багатошарового покриття з міркувань теплових умов або з міркувань кращої когезії шару. Загалом як зв'язуючий шар, так і зовнішнє покриття можуть бути виконані у вигляді градієнтного шару, в якому коефіцієнт теплового розширення і хімічний склад по товщині безперервно змінюються. Нижче винахід детальніше пояснюється на прикладі виконання з використанням креслень. На них схематично зображено: фіг. 1 - поздовжній переріз частини газової турбіни; фіг. 2 - переріз стінки корпусу камери згорання зі спотвореними співвідношеннями розмірів з метою наочності зображення покриття. На фіг. 1 схематично зображений поздовжній переріз газотурбінної установки, що містить корпус 1, в якому встановлені нерухомі напрямні лопатки 3, 4, а також ротор 2, на якому закріплені робочі лопатки 5, 6. В корпусі 7 камери згорання за допомогою пальників 14, 15 спалюється впорскуване в камеру пальне з повітрям із концентратора 16. При цьому концентратором 16 названа вхідна частина газотурбінної установки, в якій подаване повітря (стрілки 17, 18) стискається перед втіканням у камеру згорання. Внаслідок розширення газів згорання приводиться в дію турбіна. За допомогою з'єднувального валу 19 приводиться в дію генератор 20, що виробляє електроенергію. На фіг. 2 спрощено зображено поперечний переріз стінки корпусу камери згорання. За допомогою кріпильних елементів 8, 9 керамічні цеглини 10 закріплені на стінці 11 корпусу камери згорання, виготовленій, наприклад, із металу. Керамічні цеглини 10 складаються, наприклад, із оксиду кремнію чи алюмінію. На фіг. 2 покриття керамічних цеглин 10 показано зі збільшенням у вигляді дво х шарів, з яких нижній є зв'язуючим шаром 12, а верхній шар утворений керамічним шаром 13, який особливо добре тримається на зв'язуючому шарі 12. Разом шари 12 і 13 утворюють міцний шар, який покриває керамічні цеглини 10 і зв'язує частинки, можливо відокремлені від поверхні керамічних цеглин 10. Таким чином, такі частинки не зможуть справляти ерозійну дію на теплоізоляційний шар турбінних лопаток корпусу чи ротора. Зв'язуючий шар 12 складається переважно зі сплаву "метал-хромалюміній-ітрій" (MCrAl Y), а теплоізоляційний шар 13 складається переважно зі стабілізованого оксидом ітрію оксиду цирконію, SiO2 чи АІ2O 3. В зоні 21 фігури 2 для прикладу зображено одношарове покриття 22 керамічної цеглини, причому, покриття складається з кераміки. 2 41485 Згідно з винаходом, покриття може складається з металевого матеріалу, нанесеного, зокрема, за допомогою вакуумно-плазмового розпилення. Для цього використовуються різні корозійно-захисні шари, які мають, наприклад, структур у М Cr Al Y, де: М означає Nі або Co. При використанні комбінованого покриття з металевого зв'язуючого шару (12) і нанесеного на нього керамічного поверхневого шару (13), керамічний поверхневий шар (13) наноситься, наприклад, способом повітряно-плазмового розпилення. В разі відмови від зв'язуючого металевого шару можливим є також безпосереднє нанесення керамічних шарів (22) на цеглини, в якості яких мо жуть бути використані звичайні теплоізолюючі шари, наприклад, ZrO2, стабілізований Yr2О3, або ж SiO2 АІ 2О 3. При цьому, керамічний покривний шар наноситься способом повітряно-плазмового розпилення. Виконання керамічного шару в якості теплозахисного шару дозволяє значно зменшити потребу в повітрі для охолодження обшивки камери згорання. Крім того, незначна різниця в коефіцієнтах теплового розширення між керамічними цеглинами і керамічним покриттям, одержаним повітряноплазмовим способом, сприятливо впливає на стійкість проти змінних теплових навантажень. Фіг. 1 Фіг. 2 3 41485 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4