渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于陶瓷基復(fù)合物部件的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)。所述渦輪機(jī)密封結(jié)構(gòu)包括鄰接柄部(106)的頂部部分的至少一個(gè)頂層(210)。所述至少一個(gè)頂層向外延伸超過所述柄部的所述頂部部分。所述渦輪機(jī)密封結(jié)構(gòu)包括鄰接所述柄部(106)的側(cè)部部分的至少一個(gè)側(cè)層(220)。所述至少一個(gè)側(cè)層沿所述柄部的側(cè)部部分延伸。所述至少一個(gè)頂層和所述至少一個(gè)側(cè)層形成所述陶瓷基復(fù)合物部件的所述柄部(106)上的天使翼(108)和裙部(106)。
【專利說明】渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)要求2012年6月30日提交的標(biāo)題為“天使翼和裙部設(shè)計(jì)及其制造方法”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/666，806的權(quán)益，其公開內(nèi)容以引用方式并入，如同在本說明書中完全重寫一樣。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體上涉及渦輪機(jī)。更具體地，涉及一種在陶瓷基復(fù)合物部件的柄部上的天使翼(angel wing)和裙部的潤(rùn)輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0004]渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)(例如，天使翼和裙部)通過防止附屬硬件暴露于熱氣中來使附屬硬件壽命提高，附屬硬件暴露于熱氣中將會(huì)顯著減少附屬硬件壽命。目前，陶瓷基復(fù)合物(CMC)風(fēng)扇葉片無需裙部或天使翼，因?yàn)樗鼈冊(cè)诓话l(fā)生熱氣吸收的足夠低的溫度下進(jìn)行操作。由于效率增加是期望的，正在尋求的是用于重量更輕且響應(yīng)性更佳的葉片的設(shè)計(jì)；如此，CMC葉片就在更嚴(yán)酷且更高溫度的環(huán)境下用于系統(tǒng)。
[0005]因此，需要天使翼和裙部設(shè)計(jì)以及制造用于陶瓷基復(fù)合物部件的天使翼和裙部的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供一種用于陶瓷基復(fù)合物部件的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)。渦輪機(jī)密封結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)頂層，所述至少一個(gè)頂層鄰接柄部的頂部部分并且向外延伸超過柄部的頂部部分。渦輪機(jī)密封結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)側(cè)層，所述至少一個(gè)側(cè)層鄰接柄部的側(cè)部部分并且沿柄部的側(cè)部部分延伸。至少一個(gè)頂層和至少一個(gè)側(cè)層形成陶瓷基復(fù)合物部件的柄部上的天使翼和裙部。
[0007]通過以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的更詳細(xì)的描述并結(jié)合附圖，將清楚地了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖以實(shí)例的方式說明本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明公開的陶瓷基復(fù)合物部件的示意性透視圖。
[0009]圖2a至圖1Ob為本發(fā)明公開的陶瓷基復(fù)合物部件的示意性側(cè)視圖。
[0010]圖1la至圖15b為沿本發(fā)明公開的陶瓷基復(fù)合物部件的線Ila-1la的圖1的橫截面剖視圖。
[0011]圖16a為本發(fā)明公開的陶瓷基復(fù)合物部件的示意性側(cè)視圖。
[0012]圖17a至圖17d為本發(fā)明公開的陶瓷基復(fù)合物部件的示意性側(cè)視圖。
[0013]圖18為本發(fā)明公開的天使翼的透視圖。
[0014]附圖中的相同參考編號(hào)盡可能地始終表示相同部分。

【具體實(shí)施方式】
[0015]提供一種用于陶瓷基復(fù)合物部件的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)。渦輪機(jī)密封結(jié)構(gòu)包括鄰接柄部的頂部部分的至少一個(gè)頂層。至少一個(gè)頂層向外延伸超過柄部的頂部部分。渦輪機(jī)密封結(jié)構(gòu)包括鄰接柄部的側(cè)部部分的至少一個(gè)側(cè)層。至少一個(gè)側(cè)層沿柄部的側(cè)部部分延伸。至少一個(gè)頂層和至少一個(gè)側(cè)層形成陶瓷基復(fù)合物部件的柄部上的天使翼和裙部。在一個(gè)實(shí)施例中，頂層可形成天使翼，并且側(cè)層可形成裙部。通常，天使翼提供渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的軸向方向上的密封，其通過與噴嘴密封件重疊來形成密封。天使翼抑制將熱氣從流路吸入到燃?xì)鉁u輪機(jī)葉輪間隙中。裙部提供徑向方向上的密封，并且通常以與縱向軸線成一角度向內(nèi)徑向延伸。裙部通常配置用于將葉片柄部從葉輪空間空腔密封。
[0016]本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)包括提供一種包括更耐高溫的天使翼和裙部的渦輪機(jī)密封結(jié)構(gòu)。實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)包括重量上比金屬對(duì)應(yīng)部分低的天使翼和裙部。本發(fā)明的實(shí)施例的又一優(yōu)點(diǎn)包括容易設(shè)計(jì)將不可能使用金屬合金的天使翼和裙部的能力。
[0017]圖1為陶瓷基復(fù)合物(CMC)部件100的示意性透視圖。CMC部件100可包括附接至平臺(tái)104的翼片102，平臺(tái)與柄部106相鄰。例如參見圖2，柄部106包括頂部部分230和側(cè)部部分240。用于CMC部件100的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)120包括天使翼108和裙部110。天使翼108和裙部110設(shè)計(jì)可獨(dú)立地、結(jié)合地并交換地使用。CMC部件100和渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)120可由碳化硅纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合物、碳纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合物以及氧化鋁或硅酸鋁增強(qiáng)的氧化物基復(fù)合物制成。用于天使翼108和裙部110的纖維構(gòu)造可為單向纖維增強(qiáng)薄層、織物纖維構(gòu)造、編織纖維構(gòu)造和它們的組合所組成的層壓制品(laminates)。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于陶瓷基復(fù)合物部件的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)。渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)可包括鄰接柄部的頂部部分的至少一個(gè)頂層。至少一個(gè)頂層可向外延伸超過柄部的頂部部分。渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)可包括鄰接柄部的側(cè)部部分的至少一個(gè)側(cè)層。至少一個(gè)側(cè)層可沿柄部的側(cè)部部分延伸。至少一個(gè)頂層和至少一個(gè)側(cè)層可形成陶瓷基復(fù)合物部件的柄部上的天使翼和裙部。例如，如圖2a至圖2d、圖3a至圖3d以及圖4a至圖4d所示，渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)120可包括鄰接柄部106的頂部部分230的至少一個(gè)頂層210。至少一個(gè)頂層210可向外延伸超過柄部106的頂部部分230。渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)120可包括鄰接柄部106的側(cè)部部分240的至少一個(gè)側(cè)層220。至少一個(gè)側(cè)層220可沿柄部106的側(cè)部部分240延伸。至少一個(gè)頂層210和至少一個(gè)側(cè)層220可形成陶瓷基復(fù)合物部件100的柄部106上的天使翼108和裙部110。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，天使翼和裙部可層壓在一起并且抵靠柄部結(jié)合。例如，如圖2a至圖2d所示，天使翼108和裙部110可層壓在一起并且抵靠柄部106結(jié)合。例如，如圖2a所示，多個(gè)連續(xù)層200可用于形成天使翼108和裙部110。例如，如圖2a所示，至少一個(gè)頂層210和至少一個(gè)側(cè)層220可為連續(xù)層200。至少一個(gè)頂層210和至少一個(gè)側(cè)層220配合以抵靠柄部106形成天使翼108和裙部110。如圖2b所示，至少一個(gè)頂層210可包括連續(xù)層200和終端層202以形成天使翼108。連續(xù)層200或終端層202可用作側(cè)層220以形成裙部110。如圖2c所示，間隔物204或平坦布帶、織物纖維構(gòu)造、或預(yù)浸潰件可用于形成天使翼108的一部分，并且連續(xù)層200可用于包裹間隔物204并形成裙部110。如圖2d所示，層的插入包(insert pack) 206可用于形成天使翼108,并且連續(xù)層200可用于包裹插入包206以層壓至柄部106。連續(xù)層200沿柄部106的側(cè)部部分240和頂部部分230延伸以圍繞插入包206而交織在一起。任何數(shù)目的連續(xù)層200或終端層202都可用于形成天使翼108和裙部110。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，包裹層可用于形成天使翼和裙部。例如，如圖3a至圖3d所示，包裹層300可用于形成天使翼108和裙部110。頂層210和側(cè)層220可形成包裹層300。包裹層300可與柄部106的頂部230和側(cè)部240相鄰。在圖3a中，第一包裹層300可放置成與柄部106在頂部230和側(cè)部240相鄰，并且第二包裹層300可放置在第一包裹層上以形成CMC部件100的天使翼108和裙部110。在圖3b中，作為連續(xù)層200的頂層210可放置在柄部106的頂部230上以形成天使翼108的一部分，并且作為兩個(gè)連續(xù)層200的側(cè)層220可放置在柄部106的側(cè)部240上以形成裙部110以及天使翼108的剩余部分。包裹層300可施加至連續(xù)層200，從而完成天使翼108和裙部110設(shè)計(jì)。附加的連續(xù)層200連同裙部110 一起可提供附加增強(qiáng)。如圖3c所示，第一連續(xù)層200可放置在柄部106的頂部230上以形成天使翼108的一部分。第二連續(xù)層200可放置在柄部106的側(cè)部240上以形成裙部110和天使翼108的一部分。可用包裹層300覆蓋兩個(gè)連續(xù)層200來完成天使翼108和裙部110形成。如圖3d所示，第一連續(xù)層200可作為頂層210施加至柄部106的頂部230以形成天使翼108的一部分。作為頂層210和側(cè)層220的包裹層300可施加至連續(xù)層200并施加至柄部106的側(cè)部240。第二連續(xù)層200可施加至柄部106的側(cè)部240，在包裹層300上但不在天使翼108上，從而增強(qiáng)裙部110。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，平臺(tái)流路層可與裙部層交織或編織在一起以形成天使翼。例如，如圖4a至圖4d所示，平臺(tái)流路層可與裙部層交織或編織在一起以形成天使翼108。頂層210和側(cè)層220可為交織層400。如圖4a所示，頂層210可施加至柄部106的頂部230并與側(cè)層220交織以形成交織層400。交織層400可施加至柄部106的頂部230和側(cè)部240以形成裙部110和天使翼108。作為連續(xù)層200的第二頂層210可施加至第一頂層210，作為在柄部106的頂部230上并在天使翼108上的交織層400。如圖4b所示，交織層400可用于形成天使翼108和裙部110，并且一個(gè)或多個(gè)附加的外層壓層可添加至裙部110，以便實(shí)現(xiàn)附加增強(qiáng)。如圖4c所示，頂層210和側(cè)層220可為編織層404，其由基體406環(huán)繞以形成天使翼108。如圖4d所示，層可交織一次并且可由基體406保持在適當(dāng)?shù)奈恢茫员阈纬商焓挂?08和裙部110。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，天使翼和裙部層能夠以層布置的任何組合來結(jié)合至柄部106的平坦面或側(cè)面。例如，如圖5a至圖5d以及圖6a至圖6d所示,天使翼和裙部層能夠以如圖所示層布置的任何組合來結(jié)合至柄部106的平坦面或側(cè)面。天使翼108和裙部110組件可具有其自己的鳩尾榫，這將使得組件自我支持?；w406可用于將天使翼108和裙部110組件結(jié)合至柄部106。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可將銷和釘并入到天使翼和裙部設(shè)計(jì)中。例如，如圖7a至圖7c所示，可將銷并入到天使翼108和裙部110設(shè)計(jì)中。銷700可為小型銷或如圖7c所示延伸柄部106的長(zhǎng)度或部分長(zhǎng)度的銷700。銷700可與表面齊平，如圖7a所示，或被推入至柄部106表面的部分深度中，如圖7b所示。如圖8a至圖Sc所示，可將釘800并入到天使翼108和裙部110設(shè)計(jì)中。銷700和釘800可由金屬、金屬合金、碳纖維或桿、陶瓷、陶瓷復(fù)合物、或它們的組合制成。
[0024]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可制造出具有要求由盤(未示出)來保持的多個(gè)天使翼108和裙部110的設(shè)計(jì)的CMC部件。例如，如圖9a至圖9e所示，可制造出具有要求由盤(未示出)來保持的多個(gè)天使翼108和裙部110的設(shè)計(jì)的CMC部件100。附加的天使翼108和裙部110在現(xiàn)有天使翼108下方柄部106的側(cè)部上施加至現(xiàn)有部件900。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，通過將多個(gè)天使翼和裙部施加至柄部的側(cè)部可制造出具有要求多個(gè)天使翼和裙部但允許它們不由盤(未示出)來保持的設(shè)計(jì)的CMC部件。例如，如圖1Oa至圖1Ob所示，通過將多個(gè)天使翼108和裙部施加至柄部106的側(cè)部可制造出具有要求多個(gè)天使翼和裙部但允許它們不由盤(未示出)來保持的設(shè)計(jì)的CMC部件100。
[0026]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，裙部可層壓至柄部，并且裙部可通過將L形或C形支架層壓至柄部來形成。圖1la為本發(fā)明的CMC部件100的圖1的橫截面剖面圖。例如，如圖1la所示，裙部110可層壓至柄部106。例如，如圖12a至圖12d以及圖13a至圖13d所示，裙部可通過將L形或C形支架層壓至柄部106來形成。圖12a至圖12示出L形裙部110以及施加裙部可使用的一些不同定向。圖13a至圖13d示出C形裙部110，以及施加裙部110可使用的一些不同定向。
[0027]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，裙部可使用延伸并卷曲成裙部形狀的柄部層形成。例如，如圖14a至圖14d所示，裙部110可使用延伸并卷曲成裙部110形狀的柄部106層形成。
[0028]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可使用以上所討論的方法的組合來形成裙部。例如，如圖15a至圖15b所示，可使用以上所討論的方法的組合來形成裙部110。
[0029]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，天使翼和裙部可不扎根到柄部的后面。例如，如圖16a(其為CMC部件100的側(cè)視圖)所示，天使翼108和裙部110可不扎根到柄部106的面1600。
[0030]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可將天使翼和裙部并入到轉(zhuǎn)子組件硬件(如前保持器或后保持器)中。例如，如圖17a至圖17d所示，可將天使翼108和裙部110并入到轉(zhuǎn)子組件硬件(如前保持器或后保持器)中。示出盤1702以供參考。此外，如圖17b所示，可將涂層1700(如熱障涂層(TBC)或環(huán)境屏障涂層(EBC))施加至暴露于熱氣下的天使翼108和部分。
[0031]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，天使翼和裙部可由盤使用不被用來支撐柄部的鳩尾榫保持。例如，如圖18所示，天使翼108和裙部110可由盤1702使用不被用來支撐柄部且不附接至柄部的鳩尾榫1800保持。在一個(gè)實(shí)施例中，天使翼108和裙部110可與柄部摩擦接觸。在這個(gè)實(shí)施例中，天使翼108和裙部110獨(dú)立于CMC部件100進(jìn)行構(gòu)造。
[0032]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種形成用于陶瓷基復(fù)合物部件的天使翼的方法。方法可包括提供部件的柄部。方法可包括將至少一個(gè)復(fù)合層施加至柄部的頂部部分，在柄部過渡至翼片的位置處或在柄部翼片過渡點(diǎn)處。方法可包括將至少一個(gè)復(fù)合層施加至柄部的側(cè)部、前側(cè)或后側(cè)。復(fù)合層可形成部件的柄部上的天使翼。
[0033]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種形成用于陶瓷基復(fù)合物材料的裙部的方法。方法可包括提供部件的柄部。方法可包括將至少一個(gè)復(fù)合層施加至柄部的前側(cè)或后側(cè)。復(fù)合層可形成部件的柄部上的裙部。
[0034]盡管本發(fā)明已參考優(yōu)選實(shí)施例來描述，但所屬領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出各種改變并且可用等效物來替代元件。此外，在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可以做出許多修改，以使特定的情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教示。因此，本發(fā)明不限于作為實(shí)施本發(fā)明的最佳模式公開的具體實(shí)施例，本發(fā)明將包括落在隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于陶瓷基復(fù)合物部件的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，所述渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)包括: 鄰接柄部的頂部部分的至少一個(gè)頂層，所述至少一個(gè)頂層向外延伸超過所述柄部的所述頂部部分；以及 鄰接所述柄部的側(cè)部部分的至少一個(gè)側(cè)層，所述至少一個(gè)側(cè)層沿所述柄部的側(cè)部部分延伸， 其中所述至少一個(gè)頂層和所述至少一個(gè)側(cè)層形成所述陶瓷基復(fù)合物部件的所述柄部上的天使翼和裙部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)頂層為連續(xù)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)頂層為終端層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)頂層為交織的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)頂層為編織的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，所述渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括基體，所述基體環(huán)繞所述至少一個(gè)頂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)頂層選自包含以下項(xiàng)的組:碳化硅纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合物、碳纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合物、氧化鋁或硅酸鋁纖維增強(qiáng)的氧化物基復(fù)合物、或它們的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)側(cè)層為連續(xù)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)頂層和所述至少一個(gè)側(cè)層為包裹層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)側(cè)層為終端層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)側(cè)層為交織的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)側(cè)層為編織的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，所述渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括基體，所述基體環(huán)繞所述至少一個(gè)側(cè)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)側(cè)層選自包含以下項(xiàng)的組:碳化硅纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合物、碳纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合物、氧化鋁或硅酸鋁纖維增強(qiáng)的氧化物基復(fù)合物、或它們的組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，所述渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在所述至少一個(gè)頂層與所述至少一個(gè)側(cè)層之間的間隔物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，所述渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在所述至少一個(gè)頂層與所述至少一個(gè)側(cè)層之間的層插入包。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)，所述渦輪機(jī)葉片密封結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括銷或釘。
【文檔編號(hào)】F01D5/28GK104411921SQ201380035082
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月30日
【發(fā)明者】A.R.佩奇, P.伊宗, M.費(fèi)里利, M.W.馬魯斯科, M.E.諾埃, J.B.賈米森, A.J.布雷斯林 申請(qǐng)人:通用電氣公司