專利名稱：用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪機輪葉及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及燃氣渦輪發(fā)動機，確切地說，涉及燃氣渦輪發(fā)動機使用的渦輪機輪葉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
至少一些已知的燃氣渦輪發(fā)動機包括燃燒室、連接到燃燒室下游的 壓縮機、渦輪機和以可旋轉(zhuǎn)的方式連接在壓縮機與渦輪機之間的轉(zhuǎn)子組件。至少一些已知的轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子軸、至少一個連接到轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子盤和多個連接到各轉(zhuǎn)子盤并周向間隔分布的渦輪機輪葉。每個渦輪機輪葉包括從平臺徑向向外延伸至渦輪機殼體的翼片。在至少一些已知渦輪機的運行過程中，壓縮機壓縮空氣，然后空氣與燃料混合并傳送到燃燒室。壓縮機壓縮空氣，然后空氣與燃料混合并傳送到燃燒室。得到的混合物點燃后生成熱燃燒氣體，然后所得的熱燃燒氣體傳送到渦輪機。旋轉(zhuǎn)的渦輪機葉片或輪葉通過渦輪機傳送高溫流體，例如燃燒氣體。渦輪機從燃燒氣體中提取能量以發(fā)動壓縮機和產(chǎn)生有用功，產(chǎn)生的有用功可為負載例如發(fā)電機提供動力，或者推動飛機飛行。至少一些已知的燃氣渦輪發(fā)動機包括鎳基超合金，用于制造先進的熱氣渦輪機葉片。這些葉片需要冷卻才能承受燃燒氣體的運作溫度。此冷卻流體使發(fā)動機不能在最有效的壓力和溫度狀態(tài)下發(fā)電，因而有損發(fā)動機性能。由于具有耐溫性能，陶瓷基復(fù)合材料(CMC)可減少或消除冷卻流體。但是這些材料對任何影響都很敏感，考慮到摩擦活動，就需要加大殼體和葉片之間的葉尖間隙，這會嚴重傷害葉片的整體性。加大殼體和葉片之間的間隙導(dǎo)致葉尖泄露損失(也稱為間隙損失)。因此，通過至少一些已知渦輪機傳送的燃燒氣體中至少一部分在從翼片的尖端和渦輪機殼體之間傳送時形成為葉尖間隙損失。此類葉尖間隙損失減少了通過主流通路傳送的熱燃燒氣體的量，也降低了渦輪機的運作效率。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種用于渦輪發(fā)動機的渦輪機輪葉。所述渦輪機輪葉包括在葉根和葉尖之間延伸的翼片。所述翼片包括外壁，所述外壁界定從葉根延伸到葉尖的腔。所述外壁包括從葉根到葉尖延伸第一距離的第一陶瓷基復(fù)合材料(CMC)基底。內(nèi)壁位于所述腔內(nèi)。所述內(nèi)壁包括從葉根到葉尖延伸第二距離的第二 CMC基底，其中所述第二距離與所述第一距離不同。所述第一距離大于所述第二距離，因此在葉尖形成了葉尖腔，從而有利于減少流過所述葉尖的空氣量。所述內(nèi)壁包括位于所述第二距離處的外表面，所述外壁包括內(nèi)表面，所述葉尖腔設(shè)于所述內(nèi)表面和所述外表面之間。所述外壁包括壓力側(cè)和相對的吸入側(cè)，所述壓力側(cè)和所述吸入側(cè)在前緣和后緣之間延伸，所述內(nèi)壁的所述外表面在所述壓力側(cè)和所述吸入側(cè)之間連續(xù)延伸。所述外壁的所述內(nèi)表面界定大體上呈翼形的所述葉尖腔。所述內(nèi)壁包括界定內(nèi)腔的內(nèi)表面，所述內(nèi)腔在所述內(nèi)表面和所述葉根之間延伸。所述外壁包括多個第一陶瓷基復(fù)合材料板，所述內(nèi)壁包括多個不同于所述第一陶瓷基復(fù)合材料板的第二陶瓷基復(fù)合材料板。所述葉根包括鳩尾榫部分。另一方面，本發(fā)明提供一種渦輪發(fā)動機系統(tǒng)。所述渦輪發(fā)動機系統(tǒng)包括壓縮機和與壓縮機以流連通方式連接以獲取至少一部分由壓縮機排出的空氣的渦輪機。轉(zhuǎn)子軸以可旋轉(zhuǎn)的方式連接到所述渦輪機。所述轉(zhuǎn)子軸界定中線軸。多個周向間隔分布的渦輪機輪葉連接到所述轉(zhuǎn)子軸。這些渦輪機輪葉中的每一個輪葉包括從葉根延伸到葉尖的翼片。所述翼片包括外壁，所述外壁界定一個從葉根延伸到葉尖的腔。所述外壁包括從葉根到葉尖延伸第一距離的第一陶瓷基復(fù)合材料(CMC)基底。內(nèi)壁位于所述腔內(nèi)。所述內(nèi)壁包括從葉根到葉尖延伸第二距離的第二 CMC基底，其中所述第二距離與所述第一距離不同。所述第一距離大于所述第二距離，因此在葉尖形成了葉尖腔，從而有利于減少流過所述葉尖的空氣量。所述內(nèi)壁包括位于第二距離處的外表面，所述外壁包括內(nèi)表面，所述葉尖腔設(shè)于所述內(nèi)表面和所述外表面之間。所述外壁包括壓力側(cè)和相對的吸入側(cè)，所述壓力側(cè)和所述吸入側(cè)在前緣和后緣之間延伸，所述內(nèi)壁的所述外表面在所述壓力側(cè)和所述吸 入側(cè)之間連續(xù)延伸。所述外壁的所述內(nèi)表面界定大體上呈翼形的所述葉尖腔。所述內(nèi)壁包括界定內(nèi)腔的內(nèi)表面，所述內(nèi)腔在所述內(nèi)表面和所述葉根之間延伸。所述外壁包括多個第一陶瓷基復(fù)合材料板，所述內(nèi)壁包括多個不同于所述第一陶瓷基復(fù)合材料板的第二陶瓷基復(fù)合材料板。所述葉根包括鳩尾榫部分。另一方面，本發(fā)明提供一種用于渦輪發(fā)動機系統(tǒng)的渦輪機輪葉的制造方法。所述方法包括形成在葉根和葉尖之間延伸的翼片的外壁，所述外壁包括界定內(nèi)腔的內(nèi)表面，所述外壁包括從所述葉根到所述葉尖延伸第一距離的第一陶瓷基復(fù)合材料(CMC)基底；在所述腔內(nèi)形成內(nèi)壁，所述內(nèi)壁包括從所述葉根到所述葉尖延伸第二距離的第二 CMC基底，其中所述第二距離不同于所述第一距離；以及在所述葉尖處形成由所述外壁和所述內(nèi)壁界定的葉尖凹槽。其中，所述外壁包括多個側(cè)壁，所述方法進一步包括將多個第一陶瓷板沉積到成形工具上，以形成所述外壁的第一側(cè)壁；將成形工具定位在葉尖，以幫助形成葉尖凹槽；以及將多個第二陶瓷板沉積到第一外側(cè)壁，以形成所述內(nèi)壁。所述方法還包括將多個第三陶瓷板沉積到所述內(nèi)壁上，以形成第二側(cè)壁；以及將所述第二側(cè)壁連接到所述第一側(cè)壁，以形成所述外壁。


圖I為示例性的已知渦輪發(fā)動機系統(tǒng)的示意圖。圖2為可用于圖I所示渦輪發(fā)動機的示例性轉(zhuǎn)子組件的一部分的局部截面示意圖。圖3為可用于圖I所示渦輪發(fā)動機系統(tǒng)的示例性渦輪機輪葉的放大透視圖。圖4為包括示例性翼片成形工具的圖3所示渦輪機輪葉的放大透視圖。圖5為沿著線5-5截得的圖4所示渦輪機輪葉的截面示意圖。圖6為可用于圖I所示渦輪發(fā)動機系統(tǒng)的替代性渦輪機輪葉的截面示意圖。圖7為說明可用于制造在圖I所示渦輪發(fā)動機系統(tǒng)中使用的渦輪機輪葉的示例性方法的流程圖。
圖8所示為可用于制造在圖I所示渦輪發(fā)動機系統(tǒng)中使用的渦輪機輪葉的替代性方法的流程圖。元件符號列表；
權(quán)利要求
1.ー種用于渦輪發(fā)動機的渦輪機輪葉(32)，所述渦輪機輪葉包括 在葉根(88)和葉尖(90)之間延伸的翼片(66)，所述翼片包括 界定從所述葉根延伸到所述葉尖的腔(112)的外壁(106)，所述外壁包括從所述葉根到所述葉尖延伸第一距離的第一陶瓷基復(fù)合材料(CMC)基底(107);以及 位于所述腔內(nèi)的內(nèi)壁(104)，所述內(nèi)壁包括從所述葉根到所述葉尖延伸第二距離的第ニ CMC基底(124)，其中所述第二距離不同于所述第一距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機輪葉(32)，其特征在于，所述第一距離大于所述第二距離，因此在葉尖形成了葉尖腔(112)，從而有利于減少流過所述葉尖(90)的空氣量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪機輪葉(32)，其特征在于，所述內(nèi)壁(104)包括位于第ニ距離處的外表面(110)，所述外壁包括內(nèi)表面(108)，所述葉尖腔(112)設(shè)于所述內(nèi)表面和所述外表面之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機輪葉(32)，其特征在于，所述外壁(106)包括壓カ側(cè)(96)和相対的吸入側(cè)(98)，所述壓カ側(cè)和所述吸入側(cè)在前緣(100)和后緣(102)之間延イ申，所述內(nèi)壁(104)的所述外表面在所述壓カ側(cè)和所述吸入側(cè)之間連續(xù)延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪機輪葉(32)，其特征在于，所述外壁(106)的所述內(nèi)表面(108)界定大體上呈翼形的所述葉尖腔(112)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪機輪葉(32)，其特征在于，所述內(nèi)壁(104)包括界定內(nèi)腔(112)的內(nèi)表面(108)，所述內(nèi)腔(112)在所述內(nèi)表面和所述葉根(88)之間延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機輪葉(32)，其特征在于，所述外壁(106)包括多個第ー陶瓷基復(fù)合材料板(134)，所述內(nèi)壁(104)包括多個不同于所述第一陶瓷基復(fù)合材料板的第二陶瓷基復(fù)合材料板(140)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪機輪葉(32)，其特征在于，所述葉根(88)包括鳩尾榫部分。
9.ー種潤輪發(fā)動機系統(tǒng)(10),其包括 壓縮機； 渦輪機，其以流連通方式連接到所述壓縮機以獲取至少部分從所述壓縮機排出的空氣; 以可旋轉(zhuǎn)方式連接到所述渦輪機的轉(zhuǎn)子軸，所述轉(zhuǎn)子軸界定中線軸(40);以及連接到所述轉(zhuǎn)子軸的多個周向間隔分布的渦輪機輪葉(32)，所述多個渦輪機輪葉中的每ー個輪葉包括 在葉根(88)和葉尖(90)之間延伸的翼片(66)，所述翼片包括 界定從所述葉根延伸到所述葉尖的腔(112)的外壁(106)，所述外壁包括從所述葉根到所述葉尖延伸第一距離的第一陶瓷基復(fù)合材料(CMC)基底(107);以及 位于所述腔內(nèi)的內(nèi)壁(104)，所述內(nèi)壁包括從所述葉根到所述葉尖延伸第二距離的第ニ CMC基底(124)，其中所述第二距離不同于所述第一距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪發(fā)動機系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述第一距離大于所述第二距離，因此在葉尖形成了葉尖腔(112)，從而有利于減少流過所述葉尖(90)的空氣量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪發(fā)動機的渦輪機輪葉及其制造方法。所述渦輪機輪葉包括在葉根和葉尖之間延伸的翼片。所述翼片包括外壁，所述外壁界定一個從葉根延伸到葉尖的腔。所述外壁包括從葉根到葉尖延伸第一距離的第一陶瓷基復(fù)合材料(CMC)基底。內(nèi)壁位于所述腔內(nèi)。所述內(nèi)壁包括從葉根到葉尖延伸第二距離的第二CMC基底，其中所述第二距離與所述第一距離不同。
文檔編號F01D5/28GK102678187SQ20121001411
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者A·加西亞-克雷斯波 申請人:通用電氣公司