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渦輪葉冠總成及其形成方法與流程

文檔序號(hào):11964857閱讀:414來(lái)源:國(guó)知局
渦輪葉冠總成及其形成方法與流程
本發(fā)明所揭示之標(biāo)的物涉及渦輪機(jī)系統(tǒng),更確切地說(shuō),涉及其中的渦輪葉冠總成(turbineshroudassemblies)。

背景技術(shù):
渦輪機(jī)引擎,確切地說(shuō)是燃?xì)鉁u輪機(jī)引擎,包括高溫渦輪段,在高溫渦輪段中具有旋轉(zhuǎn)葉片,該等旋轉(zhuǎn)葉片在徑向上密封有一組高溫材料組件,也就是葉冠(shroud)。該等葉冠形成了環(huán)形空腔,該等旋轉(zhuǎn)葉片在該環(huán)形空腔中運(yùn)行。由于該等葉冠處于高溫環(huán)境中,因此該等葉冠需要冷卻,因而降低了燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的總體效率。因此,需要減少流向該葉冠的內(nèi)部葉冠部分的冷卻流體,以提高渦輪段性能。因此,該內(nèi)部葉冠部分常常由耐高溫材料制成,以阻擋渦輪段的高溫。雖然已作出了這些努力,但是,對(duì)于高溫氣體從渦輪段流向外部葉冠部分這一現(xiàn)象而言,問(wèn)題仍然是存在的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
根據(jù)本發(fā)明的一方面,一種渦輪葉冠總成包括:內(nèi)部葉冠(shroud)部分,該內(nèi)部葉冠部分包括具有第一周向邊緣的主體部分;以及防漏器(discourager),該防漏器沿周向延伸,經(jīng)過(guò)該主體部分的第一周向邊緣,其中該防漏器與該內(nèi)部葉冠部分一體形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面,一種渦輪總成包括第一內(nèi)部葉冠部分,該第一內(nèi)部葉冠部分包括防漏器。還包括第二內(nèi)部葉冠部分,該第二內(nèi)部葉冠部分包括第二內(nèi)部葉冠周向邊緣,其中該防漏器延伸經(jīng)過(guò)第二內(nèi)部葉冠部分周向邊緣。根據(jù)本發(fā)明的另外一方面,一種形成渦輪葉冠總成的方法包括將 防漏器圍繞具有第一圓周的固定物進(jìn)行包裹,防漏器由陶瓷基復(fù)合材料形成。還包括形成內(nèi)部葉冠部分,方式是通過(guò)以下操作:將由陶瓷基復(fù)合材料形成的主體部分的主體部分周向邊緣圍繞該防漏器中的一部分進(jìn)行包裹,其中該防漏器中的一部分沿周向延伸,經(jīng)過(guò)該主體部分的主體部分周向邊緣。通過(guò)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的說(shuō)明可以更加清楚地了解這些和其他優(yōu)點(diǎn)以及特征。附圖說(shuō)明作為本說(shuō)明書(shū)的結(jié)論,權(quán)利要求書(shū)詳細(xì)指出并明確主張了可被看做本發(fā)明的申請(qǐng)標(biāo)的。通過(guò)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明可以清楚地了解本發(fā)明的上述和其他特征以及優(yōu)點(diǎn),在附圖中:圖1為包括旋轉(zhuǎn)總成的渦輪機(jī)系統(tǒng)的局部截面示意圖;圖2為包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)總成的局部透視圖;圖3為渦輪機(jī)葉冠總成的透視圖;圖4為渦輪機(jī)葉冠總成的內(nèi)部葉冠部分中的防漏器部分的透視圖;圖5為該內(nèi)部葉冠部分中的間隔物和防漏器部分的透視圖;圖6為該內(nèi)部葉冠部分的透視圖,該內(nèi)部葉冠部分組裝有主體部分、間隔物以及防漏器部分;圖7為渦輪葉冠總成的底部透視圖,該渦輪葉冠總成具有內(nèi)部葉冠部分以及相鄰內(nèi)部渦輪葉冠部分;圖8為形成該內(nèi)部葉冠部分的方法的示意性圖示;以及圖9為大體圖示形成該渦輪葉冠總成的方法的流程圖。具體實(shí)施方式參考附圖并通過(guò)實(shí)例來(lái)介紹本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。具體實(shí)施方式參看圖1,圖中以數(shù)字10大體示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例構(gòu) 建的渦輪機(jī)系統(tǒng),圖中所示形式為燃?xì)鉁u輪引擎。渦輪機(jī)系統(tǒng)10包括壓縮機(jī)12以及多個(gè)燃燒器總成,該多個(gè)燃燒器總成被配置成環(huán)管形陣列,其中一個(gè)燃燒器總成以數(shù)字14示出。如圖示,燃燒器總成14包括端蓋總成16,端蓋總成16將燃燒室18密封,并且至少部分地界定出燃燒室18。多個(gè)噴嘴20-22由端蓋總成16支撐,并延伸到燃燒室18中。噴嘴20-22通過(guò)一個(gè)共同的燃料入口(未示出)接收燃料,并且從壓縮機(jī)12接收壓縮空氣。燃料與壓縮空氣被輸送到燃燒室18,并且被點(diǎn)燃以形成用于驅(qū)動(dòng)渦輪24的高溫高壓燃燒產(chǎn)物或氣流。渦輪24包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)總成或旋轉(zhuǎn)級(jí)26-28,該等旋轉(zhuǎn)總成或旋轉(zhuǎn)級(jí)通過(guò)壓縮機(jī)/渦輪轉(zhuǎn)子30以可運(yùn)轉(zhuǎn)的方式連接到壓縮機(jī)12。在運(yùn)行中,空氣流入壓縮機(jī)12中并被壓縮成高壓氣體。該高壓氣體被供給燃燒器組件14,并在燃燒室18中與例如過(guò)程氣體(processgas)和/或合成氣體(合成氣)等燃料混合。該燃料/空氣、或可燃混合物經(jīng)點(diǎn)燃后,形成高溫高壓的燃?xì)饬?,溫度超過(guò)2,500°F(1,371°C)?;蛘撸紵骺偝?4所燃燒的燃料可包括(但不限于)天然氣和/或燃料油。不管燃燒何種燃料,燃燒器總成14將燃?xì)饬鲗?dǎo)入到渦輪24中,渦輪24將熱能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。此處,應(yīng)理解,每一旋轉(zhuǎn)總成或旋轉(zhuǎn)級(jí)26-28均以相似方式形成,因此,會(huì)參考圖2和圖3來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例所構(gòu)建的級(jí)26,應(yīng)理解剩余的級(jí)(即級(jí)27和28)具有對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。而且,應(yīng)理解,可將本發(fā)明應(yīng)用到壓縮機(jī)12中的級(jí)、或者是需要抗高溫表面的其他旋轉(zhuǎn)總成。不論如何,圖中級(jí)26包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)部件,諸如翼型件32,該多個(gè)旋轉(zhuǎn)部件分別從具有軸向中心線35的中央輪轂34起向外徑向延伸。翼型件32可以圍繞中央輪轂34的軸向中心線35旋轉(zhuǎn),并且包括根部部分36以及徑向外部部分38。渦輪葉冠總成(圖中大體示為50)覆蓋著翼型件32的槳葉部分(bucketportion)或喉部部分(throatportion)(并未分別標(biāo)出)。渦輪葉冠總成50沿周向圍繞級(jí)26延伸,并且與徑向外部部分38緊密 接近。渦輪葉冠總成50形成外部流路邊界,該外部流路邊界減少了在級(jí)26的頂部部分(并未分別標(biāo)出)上的氣路空氣泄漏,以提升級(jí)效率以及總體的渦輪性能?,F(xiàn)在將更詳細(xì)說(shuō)明渦輪葉冠總成50。渦輪葉冠總成50包括以可運(yùn)轉(zhuǎn)的方式彼此配合/連接的外部葉冠部分52以及內(nèi)部葉冠部分54,其中內(nèi)部葉冠部分54更接近于翼型件32和轉(zhuǎn)子30(前文均已對(duì)兩者進(jìn)行了描述)。外部葉冠部分52通常由金屬材料形成并且靠近渦輪24的外殼,該金屬材料能夠針對(duì)在外部葉冠部分52中常見(jiàn)的二級(jí)流體泄漏提供有效的密封。內(nèi)部葉冠部分54由耐高溫材料形成,諸如陶瓷基復(fù)合材料(CMC)或高熔點(diǎn)合金(refractoryalloy)。應(yīng)了解,前述材料僅僅為說(shuō)明性的,能夠耐高溫的各種替代材料均可適用。由于外部葉冠部分52是由相對(duì)較不耐熱的金屬形成,所以內(nèi)部葉冠部分54能夠防止存在于渦輪24中的熱氣體流到外部葉冠部分52,或者是減少此類現(xiàn)象的發(fā)生。外部葉冠部分52包括徑向內(nèi)部表面56,如所圖示的實(shí)施例所示出,內(nèi)部葉冠部分54沿著徑向內(nèi)部表面56來(lái)進(jìn)行設(shè)置。內(nèi)部葉冠部分54包括防漏器(discourager)62,該防漏器沿周向延伸,并且超出主體部分70,更確切地說(shuō),超出主體部分70的第一主體部分周向邊緣74。盡管在圖中展示為超出第一主體部分周向邊緣74,但是應(yīng)理解,防漏器62還可以延伸超出第二主體部分周向邊緣60,還可以想到將兩者進(jìn)行組合,防漏器62對(duì)于第一主體部分周向邊緣74和第二主體部分周向邊緣60均超出。參看圖4至圖6,詳細(xì)圖示了內(nèi)部葉冠部分52。圖中將防漏器62展示為具有相對(duì)橢圓形的幾何形狀,但是,這僅僅是為了說(shuō)明防漏器62所可能具有的幾何形狀配置。防漏器62包括第一邊緣64和第二邊緣68,并且被靠近第一邊緣64的主體部分70以環(huán)繞方式包住。間隔物72可以設(shè)置在主體部分70與防漏器62之間。間隔物72在防漏器62與一個(gè)或多個(gè)相鄰物件之間形成了間隙,下文會(huì)對(duì)此進(jìn)行描述。防 漏器62的第二邊緣68延伸超出主體部分70的第一主體部分周向邊緣74。在內(nèi)部葉冠部分52由CMC材料形成的實(shí)施例中,防漏器62、主體部分70以及間隔物72中的每一者均由多個(gè)CMC板層形成。參看圖7,在圖中,渦輪葉冠總成50與相鄰渦輪葉冠總成相組合,更確切地說(shuō),是與相鄰內(nèi)部葉冠部分82相組合。相鄰內(nèi)部渦輪葉冠部分82包括相鄰防漏器84,相鄰防漏器84在結(jié)構(gòu)上與防漏器62相似,并且以相似方式相對(duì)于相鄰主體部分86來(lái)設(shè)置,相鄰主體部分86在結(jié)構(gòu)以及設(shè)置方式上與主體部分70相似。如圖所示,渦輪葉冠總成50由一個(gè)或多個(gè)外部渦輪葉冠部分52形成,該一個(gè)或多個(gè)外部渦輪葉冠部分52以可運(yùn)轉(zhuǎn)的方式與多個(gè)內(nèi)部渦輪葉冠部分(諸如內(nèi)部葉冠部分54以及相鄰內(nèi)部葉冠部分82)相配合/連接。內(nèi)部葉冠部分54以及相鄰內(nèi)部葉冠部分82經(jīng)相互協(xié)同,而使得相應(yīng)的防漏器62或84與另一內(nèi)部葉冠部分54或82略微重疊。間隔物72在防漏器62與相鄰內(nèi)部渦輪葉冠部分82之間提供間隙。如在所圖示的實(shí)施例中展示,防漏器84延伸超出主體部分70的第二主體部分周向邊緣60。通過(guò)如此配置,對(duì)于存在于渦輪24中的熱氣體在內(nèi)部葉冠部分54與相鄰內(nèi)部葉冠部分82之間朝外部葉冠部分52滲透的現(xiàn)象,防漏器84能夠減少此類現(xiàn)象的發(fā)生,而外部葉冠部分52對(duì)高溫氣體是很敏感的。參看圖8,大體圖示了一種形成內(nèi)部葉冠部分54的方法。為便于論述,使用相對(duì)平面化的組件來(lái)示意性地圖示該內(nèi)部葉冠部分,但是,如上文所描述,內(nèi)部葉冠部分54中的組件可以使用各種幾何形狀的配置,例如包括橢圓形。型芯90或其他加工固定物被預(yù)成形為具有適于本發(fā)明的尺寸以及幾何形狀配置。獨(dú)特幾何形狀配置的實(shí)例是存在于該型芯中的凹槽92。防漏器62以配合方式(fittedmanner)設(shè)置于凹槽92內(nèi)。內(nèi)部葉冠部分54的主體部分70將防漏器62中的一部分以環(huán)繞方式封閉,而設(shè)置在主體部分70與防漏器62之間的可以是間隔物72,如上文所描述。在內(nèi)部葉冠54由CMC材料形成的情況 中,通過(guò)將用于各個(gè)組件的多個(gè)板層布置在型芯90的所示部分上,并將這些板層圍繞型芯90進(jìn)行包裹來(lái)形成圖示中的這些組件。如圖示,將防漏器62的這些板層包裹之后,在型芯90上形成搭疊(shiplap),其中間隔物板層被布置在該防漏器區(qū)段的頂部上,形成一間隙,以便將公差以及在最終組裝時(shí)的配件不匹配考慮在內(nèi)。最后,加入用于形成內(nèi)部葉冠54的主體部分70的板層(plies)。參看圖9,通過(guò)所示流程圖圖示了一種形成渦輪葉冠總成的方法,大體示為100。方法100包括形成內(nèi)部葉冠部分102,其包括將多個(gè)防漏器板層進(jìn)行包裹(104)以形成搭疊區(qū)域,將多個(gè)間隔物板層圍繞該等防漏器板層進(jìn)行包裹(106),以及將多個(gè)主體部分板層圍繞該等間隔物板層進(jìn)行包裹(108),進(jìn)而形成CMC內(nèi)部葉冠。方法100還包括按照與形成內(nèi)部葉冠部分102相似的方式來(lái)形成相鄰內(nèi)部葉冠部分110。在形成該內(nèi)部葉冠部分以及相鄰內(nèi)部葉冠部分之后,方法100包括將該內(nèi)部葉冠部分與該相鄰內(nèi)部葉冠部分安置/設(shè)置為緊密接近,并且以可運(yùn)轉(zhuǎn)的方式將該內(nèi)部葉冠部分和該相鄰內(nèi)部葉冠部分與外部葉冠部分相耦合/連接(112)。該內(nèi)部葉冠部分以及該相鄰內(nèi)部葉冠部分經(jīng)定位以使得,其中一個(gè)內(nèi)部葉冠部分的防漏器與另一內(nèi)部葉冠部分中的至少一部分相重疊,使得進(jìn)而防止或減少存在于渦輪中的熱氣體傳播到外部葉冠部分這一現(xiàn)象的發(fā)生,而外部葉冠部分對(duì)于高溫氣體是很敏感的。盡管僅結(jié)合了有限數(shù)目的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明,但容易了解,本發(fā)明并不限于所揭示的此類實(shí)施例。相反,本發(fā)明可以經(jīng)修改以涵蓋之前并未描述、但與本發(fā)明的精神和范圍相符合的任意數(shù)目的變化、更改、替換或等效布置。另外,盡管已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例,但應(yīng)了解,本發(fā)明的各方面可以僅包括所述實(shí)施例中的一些實(shí)施例。因此,本發(fā)明不應(yīng)視為受前述說(shuō)明的限制,而是僅受所附權(quán)利要求書(shū)的范圍的限制。
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