專利名稱：包括陶瓷基復(fù)合材料(cmc)橋的渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在文中公開的主題涉及渦輪機(jī)的領(lǐng)域，且更具體地，涉及將過(guò)渡件與渦輪機(jī)的渦輪部連接的陶瓷基復(fù)合材料(CMC)橋。
背景技術(shù)：
通常，燃?xì)鉁u輪機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料/空氣混合物，其釋放熱能以形成高溫氣體流。 該高溫氣體流通過(guò)熱氣體通道被引至渦輪部。渦輪部將來(lái)自高溫氣體流的熱能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪軸的機(jī)械能。渦輪部可被用于各種應(yīng)用中，例如向泵或電力發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力。許多燃?xì)鉁u輪機(jī)包括環(huán)形的燃燒器，在其內(nèi)形成產(chǎn)生高溫氣體流的燃燒氣體。其它渦輪機(jī)使用排列成環(huán)管式陣列的多個(gè)燃燒器。在此類渦輪機(jī)中，熱氣體通道包括過(guò)渡件， 其將一組燃燒器與渦輪部的第一級(jí)連接。在該組燃燒器中形成的燃燒氣體通過(guò)過(guò)渡件被輸送至渦輪部。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，渦輪機(jī)包括渦輪部，渦輪部包括渦輪入口。過(guò)渡件包括過(guò)渡件入口和過(guò)渡件出口。陶瓷基復(fù)合材料(CMC)橋部件連接過(guò)渡件出口和渦輪入口。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，從渦輪機(jī)燃燒器輸送燃燒氣體至渦輪機(jī)的渦輪部的方法包括在渦輪機(jī)燃燒器中產(chǎn)生燃燒氣體；將燃燒氣體引入過(guò)渡件；沿著連接過(guò)渡件和渦輪部的陶瓷基復(fù)合材料(CMC)橋部件引導(dǎo)燃燒氣體；以及從CMC橋部件將燃燒氣體輸入渦輪部。根據(jù)本發(fā)明的又另一個(gè)方面，渦輪機(jī)構(gòu)件包括陶瓷基復(fù)合材料(CMC)橋部件，其被構(gòu)造且設(shè)置成連接過(guò)渡件和渦輪機(jī)的渦輪部。根據(jù)聯(lián)系附圖的以下說(shuō)明，這些和其它優(yōu)點(diǎn)及特征將變得更清楚。


被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在說(shuō)明書所附的權(quán)利要求中被具體地指出且被清楚地要求權(quán)利。根據(jù)聯(lián)系附圖的以下詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的前述和其它特征及優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，其中圖1是包括根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的復(fù)合基材料(CMC)橋的渦輪機(jī)的局部橫截面視圖，復(fù)合基材料(CMC)橋包括第一和第二 CMC橋部件，其密封了在過(guò)渡件和渦輪部之間的接合處；圖2是圖1的第一 CMC橋部件的右下部透視圖；圖3是根據(jù)該示例性實(shí)施例的另一個(gè)方面的CMC橋部件的橫截面?zhèn)纫晥D；圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的又另一個(gè)方面的CMC橋部件的橫截面?zhèn)纫晥D；以及圖5是根據(jù)示例性實(shí)施例的再另一個(gè)方面的CMC橋部件的橫截面?zhèn)纫晥D。詳細(xì)說(shuō)明通過(guò)參考附圖的示例解釋了本發(fā)明的實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)及特征。零部件列表
2渦輪機(jī)4渦輪部6燃燒器10過(guò)渡件12渦輪部入口14 端壁16 第一級(jí)17第一級(jí)導(dǎo)葉18燃燒氣體19第一級(jí)葉片(下游)21軸(未顯示)30過(guò)渡件入口31過(guò)渡件出口37壓縮機(jī)排出空氣(軸向流)40葉輪空間部分47 橋48 (CMC)54第一橋部件55第二橋部件56，59，123，170，200 主體57，60，130，172，204 外表面(54)58，61，131，173，205 內(nèi)表面(54)64，66 流引導(dǎo)件(55)68，71，139，176，209 入口部分(54)69，72，135，177，210 出口部分(55)76 第一部77，140，180，214 第一凸緣79 第二部82第三部85第四部88第五部89，143，183，217 第二凸緣90，91，147，220 安裝部件96機(jī)械緊固件98，99安裝元件104，106，187，224 柔性密封件(54)115 圖 3116，167，197CMC 橋部件118 扣環(huán)
4
149燕尾榫部154第一柔性密封件157第二柔性密封件166 圖 4181機(jī)械緊固件185空氣通道196 圖 5221鎖緊；滑動(dòng)；接合
具體實(shí)施例方式如在該申請(qǐng)中使用的用語(yǔ)“軸向，，和“軸向地”指大致平行于渦輪機(jī)的中心縱向軸線延伸的方向和定向。如在該申請(qǐng)中使用的用語(yǔ)“徑向”和“徑向地”指大致正交于渦輪機(jī)的中心縱向軸線延伸的方向和定向。如在該申請(qǐng)中使用的用語(yǔ)“上游”和“下游”指相對(duì)于關(guān)于渦輪機(jī)的中心縱向軸線的軸向流動(dòng)方向的方向和定向。參考圖1，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例構(gòu)造的渦輪機(jī)總體標(biāo)示為2。渦輪機(jī)2包括渦輪部4，其通過(guò)過(guò)渡件10流體連接至燃燒器(未顯示)。渦輪部4包括由端壁14限定的渦輪部入口 12。渦輪部4的第一級(jí)16布置在渦輪部入口 12的下游。第一級(jí)16包括多個(gè)導(dǎo)葉 (其中之一以17標(biāo)示)，其將燃燒氣體18引導(dǎo)至多個(gè)第一級(jí)葉片(其中之一以19標(biāo)示)。 燃燒氣體18軸向流入過(guò)渡件入口 30，經(jīng)過(guò)過(guò)渡件10，且從過(guò)渡件出口 31離開進(jìn)入渦輪部入口 12。在該點(diǎn)上，燃燒氣體18在作用在葉片19上之前經(jīng)過(guò)導(dǎo)葉17。葉片19將來(lái)自燃燒氣體18的熱能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械旋轉(zhuǎn)能，其被用于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(未顯示)。除了燃燒氣體18 之外，壓縮機(jī)排出空氣37從壓縮機(jī)部(未顯示)進(jìn)入渦輪部4的葉輪空間部分40。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，渦輪機(jī)2包括陶瓷基復(fù)合材料(CMC)橋47，其連接過(guò)渡件出口 31和渦輪部入口 12。根據(jù)該示例性實(shí)施例的一個(gè)方面，CMC橋47由碳化硅-碳化硅(SiC-SiC)復(fù)合材料、氧化物-氧化物復(fù)合材料和氮化硅復(fù)合材料中的一種或多種形成。 當(dāng)然，應(yīng)該理解的是也可使用各種其它CMC材料。CMC橋47包括第一 CMC橋部件M和第二 CMC橋部件55，第一 CMC橋部件M布置在過(guò)渡件出口 31和渦輪部入口 12之間的外接合處位置，第二 CMC橋部件55布置在過(guò)渡件出口 31和渦輪部入口 12之間的內(nèi)接合處位置。第一 CMC橋部件M包括具有外表面57和內(nèi)表面58的主體56。同樣地，第二 CMC橋部件55 包括具有外表面60和內(nèi)表面61的主體59。第一 CMC橋部件M包括布置在內(nèi)表面58上的流引導(dǎo)件64。流引導(dǎo)件64遠(yuǎn)離端壁14引導(dǎo)燃燒氣體18。類似地，第二 CMC橋部件55包括布置在內(nèi)表面61上的流引導(dǎo)件 66。流引導(dǎo)件66遠(yuǎn)離端壁14引導(dǎo)燃燒氣體18和/或破壞橫流漩渦生成。通過(guò)此布置保護(hù)端壁14免于受損害，該損害可由暴露于燃燒氣體18而導(dǎo)致。更具體地，進(jìn)入CMC橋部件 54的入口部分68的燃燒氣體經(jīng)過(guò)流引導(dǎo)件64。流引導(dǎo)件64以遠(yuǎn)離端壁14的成角度的軌跡將燃燒氣體18引導(dǎo)穿過(guò)CMC橋部件M的出口部分69。同樣地，進(jìn)入CMC橋部件55的入口部分71的燃燒氣體經(jīng)過(guò)流引導(dǎo)件66。流引導(dǎo)件66以遠(yuǎn)離端壁14的成角度的軌跡引導(dǎo)燃燒氣體18通過(guò)CMC橋部件55的出口部分72。如在圖2中最佳顯示的，橋部件M包括限定第一凸緣77的第一部76。第一部76
5通向第二部79，第二部79大致垂直于第一部76。第三部82從第二部79延伸且大致平行于第一部76。大致平行于第二部79的第四部85從第三部82延伸。大致平行于第一部77 和第三部82的第五部88從第四部85延伸。第三、第四和第五部82、85和88結(jié)合以限定第二凸緣89，其將第一 CMC橋部件M連接至渦輪部4。另外，橋部件M包括第一安裝部件 90和第二安裝部件91，它們形成在第二凸緣89中。機(jī)械緊固件(其中之一在圖1中以96 標(biāo)示)穿過(guò)安裝部件90、91和渦輪部4，以將第一 CMC橋部件M連接至渦輪部4。第二凸緣89還包括多個(gè)安裝元件98和99，其與銷(未顯示)對(duì)齊以將第一 CMC橋部件M定位在渦輪部4上。最終，渦輪機(jī)2顯示成包括第一柔性密封件104和第二柔性密封件106，它們構(gòu)造成防止燃燒氣體在過(guò)渡件出口 31和第一 CMC橋部件M以及第二 CMC橋部件55的入口部分68和71的相應(yīng)入口部分之間的接合處的泄漏?，F(xiàn)在將參考圖3，其中在描述根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例構(gòu)造的CMC橋部件116中， 相似標(biāo)號(hào)代表在各自視圖中對(duì)應(yīng)的部件。如在以下變得更充分明顯的是，CMC橋部件116通過(guò)布置在渦輪部入口 12處的扣環(huán)118被緊固至渦輪部4。CMC橋部件116包括主體123，其包括限定入口部分134和出口部分135的外表面130和內(nèi)表面131。CMC橋部件116包括第一凸緣140和第二凸緣143，第一凸緣140布置在入口部分1；34處，第二凸緣143布置在出口部分135處。安裝部件147從外表面130大致垂直地延伸。安裝部件147包括燕尾榫部149，其與在扣環(huán)118上的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)(未單獨(dú)列出)合作以將CMC橋部件116緊固至渦輪機(jī)2。如在圖3中另外顯示的，第一柔性密封件IM在入口部分134和過(guò)渡件出口 31之間延伸，而第二柔性密封件157在出口部分135和渦輪部入口 12之間延伸以防止壓縮機(jī)排出空氣繞過(guò)燃燒器且進(jìn)入渦輪入口 12?，F(xiàn)在將參考圖4，其中，在描述根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例構(gòu)造的CMC橋部件167中， 相似標(biāo)號(hào)代表在各自視圖中對(duì)應(yīng)的部件。CMC橋部件167包括主體170，其包括限定入口部分176和出口部分177的外表面172和內(nèi)表面173。CMC橋部件167包括布置在入口部分 176處的第一凸緣180。第一凸緣180通過(guò)機(jī)械緊固件181被緊固至過(guò)渡件出口 31。CMC 橋167還包括設(shè)置在出口部分177處的第二凸緣183。在所示的該示例性方面，過(guò)渡件10 包括布置在過(guò)渡件出口 31處的空氣通道185?？諝馔ǖ?85引導(dǎo)冷卻流體(例如壓縮機(jī)排出空氣)至第一凸緣180上以降低CMC橋部件167的溫度。如在圖4中另外所示，柔性密封件187在出口部分177和渦輪部入口 12之間延伸，以防止壓縮機(jī)排出空氣繞過(guò)燃燒器且進(jìn)入渦輪入口 12?，F(xiàn)在將參考圖5，其中，在描述根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例構(gòu)造的CMC橋部件197中， 相似標(biāo)號(hào)在對(duì)應(yīng)的視圖中代表對(duì)應(yīng)的部件。CMC橋部件197包括主體200，主體200包括限定了入口部分209和出口部分210的外表面204和內(nèi)表面205。CMC橋部件197包括布置在入口部分209處的第一凸緣214和布置在出口部分210處的第二凸緣217。第二凸緣217 通過(guò)安裝部件220被緊固至渦輪部入口 12。安裝部件220包括滑動(dòng)接口(未顯示)，其與渦輪部4上對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)接合。CMC橋197還包括在入口部分209和過(guò)渡件出口 31之間延伸的柔性密封件224，以防止壓縮機(jī)排出空氣繞過(guò)燃燒器且進(jìn)入渦輪入口 12。在這點(diǎn)上，應(yīng)該理解的是根據(jù)示例性實(shí)施例的CMC橋提供了在過(guò)渡件/渦輪部接合處之間的密封，以便限制和/或防止壓縮機(jī)排出空氣進(jìn)入渦輪入口。過(guò)渡件/渦輪部接合處典型地暴露于高溫且從而要求冷卻，以便延長(zhǎng)構(gòu)件壽命。相比之下，本發(fā)明提供夠了由CMC材料形成的橋，其能夠承受高溫而沒(méi)有劣化。通過(guò)使用根據(jù)示例性實(shí)施例的CMC橋，對(duì)于過(guò)渡件/渦輪部接合處的冷卻空氣流的需要被顯著降低，因而增強(qiáng)渦輪機(jī)效率。減少的冷卻流提供了另外的流，其可被用來(lái)從渦輪提取功。 盡管僅聯(lián)系了有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該輕易理解的是本發(fā)明并不限于此類所公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可被修改以結(jié)合迄今未在文中描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的改型、變型、替代或等同裝置。另外，盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)理解的是本發(fā)明的各個(gè)方面可僅包括其中一些所描述的實(shí)施例。因此， 本發(fā)明不視為由前述說(shuō)明限制，而是僅由所附權(quán)利要求書的范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種渦輪機(jī)0)，包括渦輪部G)，其包括渦輪入口(12)；過(guò)渡件(10)，其包括過(guò)渡件入口(30)和過(guò)渡件出口(31)；以及陶瓷基復(fù)合材料(CMC)橋部件(116，167，197)，其連接所述過(guò)渡件出口(31)和所述渦輪入口(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，所述CMC橋部件(116，167，197)包括外表面(57,60,130,172,204)和內(nèi)表面(58，61，131，173，205)，所述內(nèi)表面(58,61,131, 173,205)具有引導(dǎo)燃燒氣體(18)進(jìn)入所述渦輪入口(12)的流引導(dǎo)件(64，66)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，所述流引導(dǎo)件(64，66)構(gòu)造且設(shè)置成遠(yuǎn)離所述渦輪入口(12)的端壁(14)部分引導(dǎo)燃燒氣體(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，所述CMC橋部件(116，167，197)包括主體(56，59，123，170，200)，所述主體(56，59，123，170，200)具有可操作地連接至所述過(guò)渡件(10)的入口部分(68，71，139，176，209)和可操作地連接至所述渦輪部的出口部分(69，72，135，177,210)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，所述CMC橋部件(116，167，197)包括圍繞所述入口部分(68，71，139，176，209)延伸的第一凸緣(77，140，180，214)和圍繞所述出口部分(69，72，135，177，210)延伸的第二凸緣(89，143，183，217)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，第一凸緣(77，140，180，214)和第二凸緣(89，143，183，217)中的一個(gè)被緊固至所述燃燒器(6)和所述渦輪部中的對(duì)應(yīng)一個(gè)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，所述渦輪機(jī)( 還包括布置在所述第一凸緣(77，140，180，214)和所述第二凸緣(89，143，183，217)中的另外一個(gè)與所述過(guò)渡件(10)和渦輪部(4)中的對(duì)應(yīng)一個(gè)之間的密封部件(IM)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，所述CMC橋部件(116，167，197)包括在所述第一凸緣(77，140，180，214)和所述第二凸緣(89，143，183，217)之間從所述體 (56，59，123，170，200)徑向向外突出的安裝元件(98，99)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，所述渦輪機(jī)⑵還包括可操作地連接至所述渦輪部的扣環(huán)(118)，所述至少一個(gè)橋部件(54)通過(guò)所述安裝元件(98， 99)被緊固至所述扣環(huán)(118)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)O)，其特征在于，所述渦輪機(jī)( 還包括布置在所述第一凸緣(77，140，180，214)和所述燃燒器(6)之間的第一密封部件(154)以及布置在所述第二凸緣(89，143，183，217)和所述渦輪部(4)之間的第二密封部件(157)。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括陶瓷基復(fù)合材料(CMC)橋的渦輪機(jī)，具體而言，一種渦輪機(jī)(2)包括渦輪部(4)，該渦輪部(4)包括渦輪入口(12)。過(guò)渡件(10)包括過(guò)渡件入口(30)和過(guò)渡件出口(31)。陶瓷基復(fù)合材料(CMC)橋部件(116，167，197)連接過(guò)渡件出口(31)和渦輪入口(12)。
文檔編號(hào)F02C7/28GK102418602SQ201110291650
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月24日
發(fā)明者A·J·加西亞-克雷斯波, J·J·巴特基維奇, S·F·辛普森 申請(qǐng)人:通用電氣公司