態(tài)結(jié)構(gòu)(隆起和孔)。
[0030]在圖4中顯示的實施例的備選形式的實現(xiàn)中，可在內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3的材料中提供孔，而且之后用外部翼型件2的CMC材料填充孔，從而形成根據(jù)本發(fā)明的隆起。也可使用不同類型的隆起和/或孔來錨定外部翼型件2。關(guān)于根部1，在這里也圍繞根部區(qū)段I (上部兩個突起)鑄造翼型件2的CMC材料的一部分，而在下部部分中，則在根部I的外表面上施用金屬涂層4。這個金屬涂層保證在將渦輪葉片10組裝在燃氣渦輪的轉(zhuǎn)子安裝凹槽內(nèi)所需的緊密公差或小公差內(nèi)進行制造。
[0031]在圖5的示意圖中顯示連結(jié)根據(jù)本發(fā)明的陶瓷渦輪葉片10的不同構(gòu)件的另一個可能性。圖5的這個實施例類似于上面參照圖1所描述的實施例，其區(qū)別如下:內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3的上部自由端具有筆直的直線橫截面，沒有錨定形端部。翼型件2具有大致倒U形的橫截面，而且借助于陶瓷漿料5，在幾個不同的接觸位置上附連到由共晶陶瓷材料制成的內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3上。在實現(xiàn)的這個示例的情況下，在翼型件2和內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3之間提供三個不同的接觸位置:承載結(jié)構(gòu)3的上部自由端是第一接觸位置，并且在根部I 一側(cè)的U形翼型件2的臂的下部自由端形成兩個其它接觸位置。
[0032]在這些接觸位置和很可能另外的接觸位置上，在由高強度共晶陶瓷制成的內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3成形之后，施用所謂的陶瓷漿料。在此之后，外部翼型件2的CMC材料成形為圖5中顯示的形態(tài)，并且完成的渦輪葉片然后固化，使得陶瓷漿料將燒結(jié)，而且最終將形成實心陶瓷接頭。還借助于此類連結(jié)，對不同類型的陶瓷材料實現(xiàn)固定。盡管如此，渦輪葉片的不同部件(即，內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3、根部I和翼型件2)尤其適合它們的在高溫應(yīng)用(諸如燃氣渦輪)中的相應(yīng)的功能、位置和要求。而且在圖5中顯示的這個實施例中，在根部I的外表面上提供金屬涂層4。這會改進這個根部I的斷裂韌度，并且使得能夠在小制造公差內(nèi)實現(xiàn)根部1，如組裝渦輪葉片10所需的那樣。
[0033]在圖6的示意性橫截面中顯示使外部翼型件2和具有根部I的內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3彼此連結(jié)的另一個可能性。作為連結(jié)器件，在這里以兩個不同的示例性形式使用單獨的連結(jié)構(gòu)件6、7。例如可提供呈銷6的形式的連結(jié)器件，銷6插入內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3的材料和/或外部翼型件2的CMC材料的相應(yīng)的孔中。例如可用陶瓷材料或任何其它合適的材料(諸如金屬材料或金屬合金)實現(xiàn)這些銷6。
[0034]單獨的連結(jié)元件的另一個可能性是使用所謂的陶瓷插件7，如圖6的示意圖中顯示的那樣。陶瓷插件7在這里具有大致雙T形橫截面，并且嵌在翼型件2的CMC材料內(nèi)。借助于此，銷6和/或陶瓷插件7允許將外部翼型件2牢固地錨定到內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3上，內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3具有提供高強度的類型的陶瓷材料(即，共晶陶瓷材料)。例如可借助于燒結(jié)合適陶瓷材料來制造銷6和/或插件7。圖6中顯示的實施例也在根部區(qū)段中具有外部金屬涂層或金屬合金材料涂層。可通過首先用共晶陶瓷材料鑄造內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3使得實現(xiàn)用于安裝銷6或插件7的孔，來制造根據(jù)圖6的這個渦輪葉片10。翼型件2的成形或鑄造將使得銷6或插件7嵌入，銷6或插件7可由致密陶瓷材料(共晶或非共晶)形成。從而，在由此完成的復(fù)合渦輪葉片10固化之后牢固地錨定翼型件2。
[0035]在圖7中示出將翼型件CMC結(jié)構(gòu)連結(jié)到承載結(jié)構(gòu)上的另一個可能性。它包括在獨立地制造好CMC(翼型件2)和承載結(jié)構(gòu)3之后，將CMC(翼型件2)以機械的方式緊固在承載結(jié)構(gòu)3上。可使用各種固定設(shè)計，例如通過使用U形固定器件11，可通過使U形固定器件11在凹槽或尖部上面滑動來安裝它們，并且它們確切地鎖定CMC翼型件2與根部I。
[0036]U形固定器件11可由金屬或陶瓷材料制成，優(yōu)選CMC。
[0037]另外或備選地，在翼型件2的頂部處，可使用螺釘12來將翼型件2緊固到承載結(jié)構(gòu)3上。
[0038]另外或備選地，在翼型件2的頂部處，可使用優(yōu)選由CMC制成的確切鎖定器件13來將翼型件2緊固到承載結(jié)構(gòu)3上，如圖8中示出的那樣。
[0039]其它可能性是使用陶瓷或金屬螺釘，這取決于局部負載條件。這樣的設(shè)計提供以下好處:允許輕易地移除陶瓷翼型件2，僅更換CMC翼型件2和重新使用承載結(jié)構(gòu)3。這確保翼型件2有廉價且高效的重新調(diào)節(jié)過程。
[0040]在實現(xiàn)的所有上面描述的示例中(圖1至圖7)，用于外部翼型件2的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)材料可為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何CMC材料。CMC材料例如可基于氧化物纖維，諸如Al2O3、富鋁紅柱石、HfO2, Y2O3等。陶瓷共晶纖維也可用于增強翼型件2的CMC材料。關(guān)于能夠用于內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3的材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何共晶材料都可用作沒有纖維的完整結(jié)構(gòu)或有增強纖維的結(jié)構(gòu)。例如，用于本發(fā)明的用于實現(xiàn)內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)3的復(fù)合渦輪葉片10的陶瓷共晶材料可選自以下共晶陶瓷:A1203-Y203、Cr2O3-S12,MgO-Y2O3> CaO-N1 和 CaO-MgO、Zr02_Al203、YAG-ZrO2, YAP-ZrO^Al2O3-Al2T15,MgO-Mg2AlO4,HfO2-Al2O3' Sc2O3-SC4Zr3O12' Sc2O3-HfO2等。
【主權(quán)項】
1.一種用于諸如燃氣渦輪等的高溫應(yīng)用的復(fù)合渦輪葉片(10)，其具有用于將所述葉片(10)安裝在轉(zhuǎn)子的對應(yīng)的周向組裝凹槽中的根部(I)，以及連接到所述根部⑴上的翼型件(2)，其中，提供內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)，其延伸經(jīng)過所述根部(I)的至少一部分和所述翼型件(2)的至少一部分，其特征在于，所述內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)由高強度共晶陶瓷制成，并且所述翼型件(2)由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，用纖維增強陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)材料實現(xiàn)所述翼型件(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，所述根部(I)由共晶陶瓷材料制成而具有外部金屬表面涂層(4)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，用于所述翼型件(2)的所述CMC材料直接在所述內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)上成形為所述葉片(10)的預(yù)定形態(tài)的近乎最終形狀。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，所述內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)在其與所述葉片(10)的根部區(qū)段相對的自由端處具有基本錨定形狀的橫截面。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，所述根部(1)具有用于接合在發(fā)動機的所述組裝凹槽的對應(yīng)的橫截面中的杉樹型橫截面。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，提供用于將所述翼型件(2)連結(jié)到所述內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)上的器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，所述用于連結(jié)的器件是在所述翼型件(2)和所述內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)之間的相應(yīng)的接觸位置處的陶瓷漿料(5)，所述陶瓷漿料(5)在所述葉片(10)固化期間被燒結(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，所述用于連結(jié)的器件包括形態(tài)結(jié)構(gòu)，諸如孔(8)和隆起(9)，其呈用以在所述葉片(10)的元件之間實現(xiàn)機械鎖定的形態(tài)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，翼型件(2)以機械的方式固定在所述內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，所述用于連結(jié)的器件包括幾個孔和銷(6)組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，所述銷(6)由致密的陶瓷材料制成。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的復(fù)合渦輪葉片(10)，其特征在于，所述翼型件(2)具有空心形狀，使得在與所述內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)的相應(yīng)的接觸位置之間提供內(nèi)部腔體。
【專利摘要】用于諸如燃氣渦輪等的高溫應(yīng)用的復(fù)合渦輪葉片(10)具有用于將所述葉片(10)安裝在轉(zhuǎn)子的對應(yīng)的周向組裝凹槽中的根部(1)，以及連接到所述根部(1)上的翼型件(2)，其中，提供內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)，其延伸經(jīng)過所述根部(1)的至少一部分和所述翼型件(2)的至少一部分，其中，所述內(nèi)部承載結(jié)構(gòu)(3)由高強度共晶陶瓷制成，并且所述翼型件(2)由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)材料制成。
【IPC分類】F01D5-30, F01D5-28
【公開號】CN104819013
【申請?zhí)枴緾N201510048222
【發(fā)明人】G.E.維茨, M.斯圖爾, H-P.博斯曼恩
【申請人】阿爾斯通技術(shù)有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年1月30日
【公告號】EP2902588A1, US20150218954