燃氣渦輪的噴嘴、噴嘴吊架和陶瓷對金屬附接系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】燃氣渦輪的噴嘴、噴嘴吊架和陶瓷對金屬附接系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本專利申請主張對在2012年6月29日申請且題為“噴嘴、噴嘴吊架和陶瓷對金屬附接”的美國臨時專利申請序列號N0.61/666,411的優(yōu)先權(quán)，通過引用如同完全重寫地將其公開合并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體涉及渦輪。更具體地，涉及用于渦輪的噴嘴、噴嘴吊架和陶瓷對金屬附接系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]過去已使用許多技術(shù)來制造渦輪發(fā)動機構(gòu)件，例如使用陶瓷基復(fù)合材料(CMC)的渦輪葉片或噴嘴。制造CMC構(gòu)件的一種方法涉及包含纖維性材料的碳化硅基復(fù)合材料，該纖維性材料滲透有熔化的硅，在本文中稱為Silcomp工藝。該纖維通常具有大約140微米或更大的直徑，這阻礙了通過Silcomp工藝制造錯綜、復(fù)雜的形狀，諸如渦輪葉片構(gòu)件。
[0004]制造CMC渦輪葉片的另一種技術(shù)是公知為漿體鑄造熔滲(MI)工藝的方法。在使用漿體鑄造MI方法制造的一種方法中，通過首先提供均衡的二維(2D)織布的折疊來產(chǎn)生CMCs，該織布包括含碳化硅(SiC)纖維，具有相對于彼此成基本90°角度的兩個編織方向，具有在兩個編織方向上延伸的基本相同數(shù)量的纖維。
[0005]通常，這種渦輪構(gòu)件要求鄰接金屬硬件和/或金屬表面的附接。與將CMC附接至金屬硬件相關(guān)的兩個缺點為:由硬的、耐磨的陶瓷材料表面造成的金屬硬件的磨損；和在CMC中的負載分布的缺乏。在CMC構(gòu)件與金屬表面(例如圍帶)之間的界面中，負載分配是關(guān)鍵的。典型地，已將金屬墊片或陶瓷布插入在CMC與金屬表面之間以改善負載分布。通常通過涂層對金屬硬件或涂層對噴嘴附接表面的應(yīng)用來減少磨損。
[0006]因此，在本領(lǐng)域中，不受上述缺點影響的噴嘴、噴嘴吊架和陶瓷基復(fù)合材料對金屬附接系統(tǒng)是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本公開的示范實施例，提供一種噴嘴。該噴嘴包括第一帶、第二帶、連接第一帶和第二帶的翼形件、和安裝部件，安裝部件與第二帶和翼形件一體地形成。安裝部件具有第一表面和第二表面。安裝部件包括延伸穿過翼形件的腔。安裝部件包括圍繞腔的徑向外承載表面。安裝部件包括與徑向外承載表面相反的徑向內(nèi)承載表面。安裝部件包括徑向外承載表面與徑向內(nèi)承載表面之間的切向界面。安裝部件包括彎矩(moment)界面表面，該彎矩界面表面在徑向外承載表面與徑向內(nèi)承載表面之間并與切向界面相反。安裝部件將噴嘴附接至圍繞的靜止表面。
[0008]根據(jù)本公開的另一示范實施例，提供一種噴嘴吊架。該噴嘴吊架包括噴嘴接收表面和圍帶吊架，圍帶吊架與噴嘴接收表面一體地形成并鄰接噴嘴接收表面。噴嘴吊架包括近似垂直于噴嘴接收表面的軸向承載表面。噴嘴吊架包括近似垂直于噴嘴接收表面的切向承載表面。噴嘴吊架包括與切向承載表面相反的彎矩承載表面。噴嘴吊架接收噴嘴并將噴嘴和吊架的負載傳遞至圍繞的靜止結(jié)構(gòu)。
[0009]根據(jù)本公開的另一示范實施例，提供一種陶瓷對金屬附接系統(tǒng)。陶瓷對金屬附接系統(tǒng)包括噴嘴、噴嘴吊架、卡緊部件、和多個附接部件。該噴嘴包括第一帶、第二帶、連接第一帶和第二帶的翼形件、和安裝部件，該安裝部件與第二帶和翼形件一體地形成。噴嘴的安裝部件具有第一表面和第二表面，并且包括延伸穿過翼形件的腔。噴嘴的安裝部件包括圍繞腔的徑向外承載表面。噴嘴的安裝部件包括與徑向外承載表面相反的徑向內(nèi)承載表面。噴嘴的安裝部件包括徑向外承載表面與徑向內(nèi)承載表面之間的切向界面。噴嘴的安裝部件包括彎矩界面表面，該彎矩界面表面在徑向外承載表面與徑向內(nèi)承載表面之間并與切向界面相反。噴嘴的安裝部件將噴嘴附接至圍繞的靜止表面。噴嘴吊架包括噴嘴接收表面和圍帶吊架，該圍帶吊架與噴嘴接收表面一體地形成并鄰接噴嘴接收表面。噴嘴吊架包括近似垂直于噴嘴接收表面的軸向承載表面。噴嘴吊架包括近似垂直于噴嘴接收表面的切向承載表面。噴嘴吊架包括與切向承載表面相反的彎矩承載表面。噴嘴吊架包括圍繞腔且位于噴嘴接收表面與噴嘴之間的密封部件。噴嘴吊架接收噴嘴并將噴嘴和吊架的負載傳遞至圍繞的靜止結(jié)構(gòu)?？ňo部件鄰接噴嘴的第二表面和噴嘴的安裝部件。多個附接部件將噴嘴、卡緊部件和噴嘴吊架固連在一起。噴嘴吊架的密封部件密封翼形件以使其不受鄰接的氣流影響。
[0010]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點從結(jié)合附圖進行的優(yōu)選實施例的下列更詳細的描述中將變得顯而易見，附圖通過實例示出本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0011]圖1是本公開的噴嘴的透視示意側(cè)視圖。
[0012]圖2是本公開的噴嘴的透視示意俯視圖。
[0013]圖3是本公開的噴嘴的示意俯視圖。
[0014]圖4是本公開的噴嘴吊架的透視示意仰視圖。
[0015]圖5是本公開的噴嘴吊架的透視示意俯視圖。
[0016]圖6是本公開的噴嘴吊架的示意側(cè)視圖。
[0017]圖7是本公開的陶瓷對金屬附接系統(tǒng)的部分的局部透視示意圖。
[0018]圖8是本公開的陶瓷對金屬附接系統(tǒng)的側(cè)截面圖。
[0019]圖9是本公開的卡緊部件的透視圖。
[0020]圖10是本公開的卡緊部件的俯視圖。
[0021]只要有可能，則將遍及附圖使用相同的標號來代表相同的部分。
【具體實施方式】
[0022]提供噴嘴、噴嘴吊架和陶瓷對金屬附接系統(tǒng)。
[0023]本公開的實施例的一個優(yōu)點包括:陶瓷基復(fù)合材料(CMC)噴嘴可在比傳統(tǒng)金屬噴嘴高的溫度下操作。實施例的另一優(yōu)點包括CMC噴嘴在懸臂位置中的附接。本公開的實施例的又一優(yōu)點包括用于將CMC噴嘴附接至金屬噴嘴吊架的系統(tǒng)。本公開的另一優(yōu)點包括用于將金屬噴嘴附接至金屬噴嘴吊架的系統(tǒng)。實施例的又一優(yōu)點為:系統(tǒng)提供了從翼形件至附接的直接負載路徑。實施例的另一優(yōu)點為降低了噴嘴構(gòu)件應(yīng)力。本公開的又一優(yōu)點為該系統(tǒng)允許噴嘴和附接吊架的不同熱生長。本公開的另一優(yōu)點為該系統(tǒng)提供用于翼形件腔密封的便利放置。
[0024]圖1是噴嘴100的透視示意側(cè)視圖。根據(jù)一個實施例，噴嘴可具有前端和后端。例如，如在圖1-3中所繪出，噴嘴100具有前端110和后端108。噴嘴110可包括第一帶102、第二帶104、和連接第一帶102和第二帶104的翼形件106。如在本文中所使用的，“帶”指噴嘴的用于限定翼形件通路的頂部和底部的較高或較低部分。噴嘴100可為陶瓷基復(fù)合材料(CMC)，并且可使用適當?shù)匿伅B(Iayup)技術(shù)或其它已知的CMC構(gòu)件制造技術(shù)而形成。噴嘴100可包括安裝部件120，安裝部件120與第二帶104和翼形件106 —體地形成。安裝部件120可具有第一表面114和第二表面116。安裝部件120可包括延伸穿過翼形件106的腔130。安裝部件120可包括第二帶104的第一表面114上的徑向外承載表面140。徑向外承載表面140可圍繞腔130。徑向外承載表面140在操作期間可接收并支承來自噴嘴100的壓力負載。安裝部件120可包括在第二帶104的第二表面116上且與徑向外承載表面140相反的徑向內(nèi)承載表面150。徑向內(nèi)承載表面150在操作期間可接收并支承來自噴嘴100的壓力負載。安裝部件120可包括徑向外承載表面140與徑向內(nèi)承載表面150之間的切向界面160。在一個實施例中，切向界面160在操作期間可接收并支承來自噴嘴100的壓力負載。安裝部件120可包括徑向外承載表面140與徑向內(nèi)承載表面150之間且與切向界面160相反的彎矩界面170。安裝部件120可將噴嘴100附接至圍繞的靜止表面800，例如殼體(見圖8)。
[0025]根據(jù)一個實施例，安裝部件可包括鄰接彎矩界面且在徑向外承載表面與徑向內(nèi)承載表面之間的軸向界面。例如，如圖1-3所示，安裝部件120可包括鄰接彎矩界面170且在徑向外承載表面140與徑向內(nèi)承載表面150之間的軸向界面180。安裝部件120可包括用于接收附接部件702的安裝孔190 (見圖7-8)。如圖1所示，安裝部件120可與第二帶104和翼形件106 —體地形成，并且可包括安裝部件120的第二表面116與第二帶104之間的間隔122。間隔122可適于接收卡緊部件710 (見圖7-10)。安裝部件120可設(shè)計為補充且配合噴嘴吊架400，使得安裝部件120和噴嘴吊架400可具有互補的成角度表面。角度可在無論何處都為從大約O度至大約45度，或備選地為從大約5度至大約40度，或備選地為從大約10度至大約35度。在一個實施例中，可選擇角度以匹配流路。如圖3所示，腔130形成在安裝部件120中，并且延伸穿過翼形件106和第一帶