專利名稱：渦輪葉片組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主題總體上涉及高溫構(gòu)件，且更具體地涉及一種渦輪葉片組件，該渦輪葉片組件降低了該組件的翼型件內(nèi)發(fā)生蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化的可能
性。
背景技術(shù)：
在一種燃?xì)鉁u輪機(jī)中，熱燃燒氣體從環(huán)形的一列燃燒器流經(jīng)過渡件以便沿環(huán)形熱氣體路徑流動。渦輪級典型地沿?zé)釟怏w路徑布置使得熱燃燒氣體從過渡件流經(jīng)第一級噴嘴和輪葉并流經(jīng)接下來的渦輪級的噴嘴和輪葉。渦輪輪葉可聯(lián)接到包括渦輪轉(zhuǎn)子的多個轉(zhuǎn)子盤上，且每個轉(zhuǎn)子盤均安裝在轉(zhuǎn)子軸上以便隨其旋轉(zhuǎn)。渦輪輪葉通常包括構(gòu)造成聯(lián)接到渦輪轉(zhuǎn)子的其中一個轉(zhuǎn)子盤上的根部部分和從該根部部分徑向向外延伸的翼型件。一般而言，在燃?xì)鉁u輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，從燃燒器流動的熱燃燒氣體被引導(dǎo)到翼型件上方和周圍。由此，輪葉翼型件易于由于熱致應(yīng)力和應(yīng)變損壞。例如，當(dāng)構(gòu)件經(jīng)受燃?xì)鉁u輪機(jī)內(nèi)一定范圍的熱-機(jī)械負(fù)載條件時翼型件可承受蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化。對于由復(fù)合材料(例如，陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料)形成的渦輪輪葉尤其可能如此，因?yàn)榇祟悳u輪輪葉不是典型地空氣冷卻并因此可能經(jīng)歷遍布翼型件的高溫。因此，需要一種在燃?xì)鉁u輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間降低翼型件內(nèi)發(fā)生蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化的可能性的渦輪葉片組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下文的描述中部分陳述，或者可從該描述變得明顯，或者可通過實(shí)施本發(fā)明而獲悉。在一方面，本發(fā)明主題公開了一種渦輪葉片組件。該渦輪葉片組件通?？砂ň哂懈坎糠趾鸵硇图臏u輪葉片。翼型件可從根部部分徑向地延伸到翼型件末梢。該渦輪葉片組件還可包括在翼型件末梢處聯(lián)接到翼型件上的末梢罩蓋和在渦輪葉片內(nèi)延伸的桿。該桿可包括聯(lián)接到末梢罩蓋上的第一端和聯(lián)接到根部部分上的第二端。另外，該渦輪葉片組件可包括用于將桿的第二端聯(lián)接到根部部分上的裝置。在另一方面，本發(fā)明主題公開了一種渦輪葉片組件。該渦輪葉片組件通?？砂ň哂懈坎糠趾鸵硇图臏u輪葉片。翼型件可從根部部分徑向地延伸到翼型件末梢。另外，該渦輪葉片組件可包括在渦輪葉片內(nèi)延伸的復(fù)合桿。該復(fù)合桿可包括在翼型件末梢處聯(lián)接到翼型件上的第一端和聯(lián)接到根部部分上的第二端。此外，復(fù)合桿的熱膨脹系數(shù)可小于或等于翼型件的熱膨脹系數(shù)。在又一方面，本發(fā)明主題公開了一種用于在構(gòu)件內(nèi)施加壓縮力的組件。該組件包括限定開口的附接板。該組件還包括復(fù)合桿，該復(fù)合桿具有構(gòu)造成在開口處接合附接板的第一端和構(gòu)造成經(jīng)開口插入的第二端。另外，該組件包括具有第一夾持表面的第一夾持板和具有第二夾持表面的第二夾持板。第一夾持板和第二夾持板可構(gòu)造成定位在復(fù)合桿周圍使得第一夾持表面和第二夾持表面接合復(fù)合桿的第二端。參考下文的描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。結(jié)合在本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分的附示了本發(fā)明的實(shí)施例，并連同描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。


在參照附圖的說明書中針對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員陳述了本發(fā)明的完整和能夠?qū)崿F(xiàn)的公開內(nèi)容，在附圖中圖I圖示了燃?xì)鉁u輪機(jī)的一個實(shí)施例的簡化的示意圖；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明主題的方面的渦輪葉片組件的一個實(shí)施例的透視圖；
圖3圖示了圖2中所示的渦輪葉片組件的分解圖；圖4圖示了圖2中所示的渦輪葉片組件沿線4-4所取的截面圖；圖5圖示了圖2中所示的渦輪葉片組件的若干構(gòu)件的局部放大視圖，特別圖示了壓縮桿的一部分和渦輪葉片組件的夾持板的一部分；圖6圖示了可用于形成根據(jù)本發(fā)明主題的方面的渦輪葉片組件的壓縮桿的復(fù)合層的組件的一個實(shí)施例的局部透視圖；圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明主題的方面的用于在構(gòu)件內(nèi)施加壓縮力的組件的一個實(shí)施例的分解圖；以及圖8圖示了圖7中所示的組件的截面圖。零部件列表10燃?xì)鉁u輪機(jī)12壓縮機(jī)14燃燒器16 渦輪18 軸20渦輪轉(zhuǎn)子22轉(zhuǎn)子盤24渦輪輪葉100渦輪葉片組件102渦輪輪葉104根部部分106翼型件108 平臺110 根部112 槽114翼型件末梢116壓力側(cè)118吸入側(cè)
120末梢罩蓋122壓縮桿124第一夾持板125第二夾持板126伸出的邊緣128伸出的唇緣130第一端 132第二端134開口136凸緣138外表面140內(nèi)腔142合適的距離144底部表面146通道148第一開口端150第二開口端152夾持表面154周向凹槽156凹槽形凹部158第一復(fù)合層160第二復(fù)合層162第三復(fù)合層164第四復(fù)合層166組件168基質(zhì)材料170纖維172纖維角度176中心線200組件202構(gòu)件204桿206第一端208第二端210附接板212開口216凸緣218第一夾持板220第二夾持板
222夾持表面226漸縮凹部
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將詳細(xì)地參考本發(fā)明的實(shí)施例，其一個或多個實(shí)例在附圖中示出。每個實(shí)例作為本發(fā)明的解釋提供，而非本發(fā)明的限制。實(shí)際上，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，能夠在本發(fā)明中做出各種修改和變型而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。例如，作為一個實(shí)施例的一部分圖示或描述的特征能夠與另一實(shí)施例一起使用以產(chǎn)生再一實(shí)施例。因此，本發(fā)明旨在涵蓋如落入所附權(quán)利要求及其等價物的范圍內(nèi)的此類修改和變型?？傮w而言，本發(fā)明主題公開了一種具有渦輪輪葉和在該渦輪輪葉內(nèi)徑向地延伸的壓縮桿的渦輪葉片組件。該壓縮桿通常可構(gòu)造成在輪葉的翼型件的相對端處聯(lián)接到渦輪輪葉上，以便在燃?xì)鉁u輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間提供抵靠翼型件的壓縮力。由此，該壓縮桿可降低當(dāng)翼型件以燃?xì)鉁u輪機(jī)內(nèi)升高的操作速度和溫度被熱加載和機(jī)械加載時發(fā)生蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化的可能性。應(yīng)了解的是，盡管本文參考燃?xì)鉁u輪機(jī)的渦輪輪葉描述本發(fā)明主題，但本公開內(nèi)容通?？蛇m用于本領(lǐng)域中公知的任何合適的渦輪葉片。例如，所公開的葉片組件也可與布置在燃?xì)鉁u輪機(jī)的壓縮機(jī)區(qū)段內(nèi)的壓縮機(jī)葉片一起使用。另外，本發(fā)明主題可適用于在其它類型的渦輪機(jī)系統(tǒng)例如蒸汽輪機(jī)內(nèi)使用的翼型構(gòu)件。參照附圖，圖I圖示了燃?xì)鉁u輪機(jī)10的示意圖。燃?xì)鉁u輪機(jī)10通常包括壓縮機(jī)區(qū)段12、布置在燃燒器區(qū)段14內(nèi)的多個燃燒器(未示出)和渦輪區(qū)段16。另外，系統(tǒng)10可包括聯(lián)接在壓縮機(jī)區(qū)段12與渦輪區(qū)段16之間的軸18。渦輪區(qū)段16通?？砂ň哂卸鄠€轉(zhuǎn)子盤22 (示出了其中一個)和從每個轉(zhuǎn)子盤22徑向地向外延伸并且聯(lián)接到每個轉(zhuǎn)子盤22上以便隨其旋轉(zhuǎn)的多個渦輪輪葉24的渦輪轉(zhuǎn)子20。每個轉(zhuǎn)子盤22又均可聯(lián)接到貫穿渦輪區(qū)段16延伸的軸18的一部分上。在燃?xì)鉁u輪機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)期間，壓縮機(jī)區(qū)段12向燃燒器區(qū)段14的燃燒器供應(yīng)壓縮空氣?？諝夂腿剂显诿總€燃燒器內(nèi)混合并燃燒并且熱燃燒氣體在從燃燒器區(qū)段14到渦輪區(qū)段16的熱氣體路徑中流動，其中能量通過渦輪輪葉24從熱氣體提取。通過渦輪輪葉24提取的能量用于使轉(zhuǎn)子盤22旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子盤22又可旋轉(zhuǎn)軸18。機(jī)械旋轉(zhuǎn)能然后可用于驅(qū)動壓縮機(jī)區(qū)段12并發(fā)電。現(xiàn)參見圖2，圖示了根據(jù)本發(fā)明主題的方面的適合用于所公開的燃?xì)鉁u輪機(jī)10中的渦輪葉片組件100的一個實(shí)施例的透視圖。如圖所示，葉片組件100通常包括具有根部部分104和翼型件106的渦輪輪葉102。根部部分104可包括通常限定流經(jīng)燃?xì)鉁u輪機(jī)10的渦輪區(qū)段16的熱燃燒氣體的徑向內(nèi)邊界的大致平坦的平臺108和從平臺108徑向地向內(nèi)延伸的葉根110。葉根110通?？捎米饔糜趯u輪輪葉102聯(lián)接到渦輪轉(zhuǎn)子20的其中一個轉(zhuǎn)子盤22(僅示出了其一部分)上的附接機(jī)構(gòu)。例如，在若干實(shí)施例中，每個轉(zhuǎn)子盤22均可限定在盤22的外周周圍間隔開的多個燕尾榫形槽112 (示出了其中兩個)。由此，葉 根110可具有對應(yīng)的燕尾榫形狀，以允許葉根110被接納在槽112內(nèi)。然而，在其它實(shí)施例中，葉根110和/或槽112可具有允許渦輪輪葉102被聯(lián)接到轉(zhuǎn)子盤22上的任何其它合適的形狀和/或構(gòu)型。
渦輪輪葉102的翼型件106通?？蓮钠脚_108徑向地向外延伸以便突出到流經(jīng)渦輪區(qū)段16的燃燒氣體的熱氣體路徑中。例如，翼型件106可從平臺108徑向地向外延伸到翼型件末梢114(圖3)。另外，翼型件114通?？上薅諝鈩恿W(xué)形狀。例如，翼型件114可成形為具有構(gòu)造成有利于捕集燃燒氣體的動能并將其轉(zhuǎn)換成可用的旋轉(zhuǎn)能的壓力側(cè)116和吸入側(cè)118。此外，如在圖示的實(shí)施例中所示，翼型件114通?？删哂兄锌战孛?。然而，在其它實(shí)施例中，翼型件114可具有實(shí)心或大致實(shí)心的截面。應(yīng)了解的是，渦輪輪葉102通?？捎杀绢I(lǐng)域中公知的任何合適的材料形成。然而，在本發(fā)明主題的若干實(shí)施例中，渦輪輪葉102可由復(fù)合材料例如陶瓷基質(zhì)復(fù)合(CMC)材料形成。應(yīng)了解的是，在若干實(shí)施例中，翼型件106和根部部分104可作為單個構(gòu)件整體地形成。另外，如下文將更詳細(xì)地描述的，葉片組件100還可包括各種其它構(gòu)件。例如，如圖2中所示，葉片組件100可包括構(gòu)造成聯(lián)接到翼型件106上的單獨(dú)的末梢罩蓋120和構(gòu) 造成在渦輪輪葉102內(nèi)徑向地延伸的壓縮桿122 (僅示出了其一部分)。現(xiàn)參見圖3-5，圖示了根據(jù)本發(fā)明主題的方面的圖2中所示的葉片組件100的各種構(gòu)件的若干視圖。特別地，圖3圖示了圖2中所示的葉片組件100的分解圖。圖4圖示了圖2中所示的葉片組件100沿線4-4所取的截面圖。另外，圖5圖示了葉片組件100的壓縮桿122的一部分和一對夾持板124、125的一部分的一個實(shí)施例的放大視圖。一般而言，葉片組件100的末梢罩蓋120可構(gòu)造成在翼型件末梢114處定位在翼型件106上方和/或周圍。例如，如圖示的實(shí)施例中所示，翼型件106可設(shè)計成在鄰近翼型件末梢114的位置具有階梯式的尺寸減小使得周向地延伸的邊緣126被限定在翼型件106中。在這種實(shí)施例中，末梢罩蓋120通?？砂?gòu)造成當(dāng)末梢罩蓋120定位在翼型件末梢114上方時接合周緣126的徑向地延伸的唇緣128。具體而言，如圖4中所示，當(dāng)末梢罩蓋120聯(lián)接到翼型件106上時，唇緣128可擱靠在周緣126上并由其支承。然而，應(yīng)了解的是，在備選實(shí)施例中，末梢罩蓋120和/或翼型件106可具有允許末梢罩蓋120在翼型件末梢114處聯(lián)接到翼型件106上的任何其它合適的構(gòu)型。另外，在若干實(shí)施例中，末梢罩蓋120通?？蓸?gòu)造成具有與翼型件114的形狀或輪廓相對應(yīng)的形狀或輪廓。例如，如圖3中所示,末梢罩蓋120可在周緣126處具有通常與翼型件106的空氣動力學(xué)輪廓相對應(yīng)的空氣動力學(xué)輪廓。由此,可在翼型件106與末梢罩蓋120之間的分界面處限定總體上齊平和連續(xù)的空氣動力學(xué)表面。
應(yīng)了解的是，末梢罩蓋120通常可由本領(lǐng)域中公知的任何合適的材料形成。然而，在若干實(shí)施例中，類似于渦輪輪葉102，末梢罩蓋120可由合適的復(fù)合材料例如CMC材料形成。仍參見圖3-5，葉片組件100的壓縮桿122通?？蓸?gòu)造成安裝在渦輪輪葉102內(nèi)以便在翼型件106的相對端處牢固地錨固和/或聯(lián)接。例如，在若干實(shí)施例中，壓縮桿122可包括構(gòu)造成聯(lián)接到末梢罩蓋120上的第一端130和構(gòu)造成聯(lián)接到渦輪輪葉102的根部部分104上的第二端132。由此，壓縮桿122通?？裳匾硇图?06的全長在渦輪輪葉102內(nèi)徑向地延伸，并因此在燃?xì)鉁u輪機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)期間能夠抵靠在翼型件106上施加夾持力或壓縮力。尤其是，通過在翼型件106的相對端處錨固和/或聯(lián)接壓縮桿122，壓縮桿122可提供抵靠在翼型件106上的徑向作用力，以便降低當(dāng)翼型件106響應(yīng)于燃?xì)鉁u輪機(jī)10內(nèi)升高的溫度而熱膨脹時發(fā)生蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化的可能性。一般而言，壓縮桿122的第一端130可構(gòu)造成利用任何合適的裝置抵靠在末梢罩蓋120上被錨固和/或聯(lián)接到末梢罩蓋120上。例如，在若干實(shí)施例中，末梢罩蓋120可限定具有合適尺寸的開口 134，以允許壓縮桿122被徑向地插入渦輪輪葉102內(nèi)。尤其是，開口 134可尺寸設(shè)置為使得壓縮桿122的第二端132可經(jīng)開口 134插入并朝渦輪輪葉102的根部部分104徑向地向內(nèi)移動。在此類實(shí)施例中，壓縮桿122的第一端130通常可包括構(gòu)造成當(dāng)桿122經(jīng)開口 134插入時抵靠在末梢罩蓋120的一部分上鉤住和/或接合末梢罩蓋120的一部分的向外延伸的突起部或凸緣136。例如，如圖示的實(shí)施例中所示，凸緣136可具有通常限定漸縮輪廓的圓錐形形狀。類似地，限定在末梢罩蓋120中的開口 134可具有圓錐形形狀并且可限定通常與凸緣136的漸縮輪廓相對應(yīng)的漸縮輪廓。由此，當(dāng)壓縮桿122穿過末梢罩蓋120徑向地插入時，凸緣136可在開口 134處接合末梢罩蓋120。另外，由于對應(yīng)的漸縮輪廓，凸緣136通?？砂既肽┥艺稚w120內(nèi)。例如，如圖4中所示，凸緣136可凹 入末梢罩蓋120內(nèi)使得壓縮桿122的第一端130與末梢罩蓋120的外表面138大致齊平。然而，應(yīng)了解的是，在備選實(shí)施例中，壓縮桿122和/或末梢罩蓋120可具有允許壓縮桿122的第一端130被抵靠在末梢罩蓋120上錨固和/或聯(lián)接到末梢罩蓋120上的任何其它合適的構(gòu)型。例如，在一個實(shí)施例中，凸緣136可在尺寸上大于限定在末梢罩蓋120中的開口 134，使得當(dāng)壓縮桿122穿過末梢罩蓋122插入時凸緣136可抵靠在末梢罩蓋120的外表面138上接合。另外，根據(jù)用于形成壓縮桿122和末梢罩蓋120的具體材料，壓縮桿122的第一端130可被焊接到末梢罩蓋120上和/或第一端130可被攻絲以允許壓縮桿122被旋抒到限定在末梢罩蓋120中的對應(yīng)的螺孔(未不出)中。在再又一實(shí)施例中，末梢罩蓋120可與壓縮桿122整體地形成。例如，末梢罩蓋120可與壓縮桿122 —起形成，使得當(dāng)末梢罩蓋120在翼型件末梢114處聯(lián)接到翼型件106上時，壓縮桿122徑向地突出到渦輪輪葉102中。另外，在若干實(shí)施例中，壓縮桿122的第二端132通常可構(gòu)造成當(dāng)壓縮桿122穿過末梢罩蓋120安裝時在渦輪輪葉102內(nèi)徑向地向內(nèi)延伸到輪葉102的根部部分104內(nèi)的位置。因此，內(nèi)腔140通常可被限定在根部部分104中，以接納壓縮桿122的第二端132。例如，如圖4中所示，內(nèi)腔140可從平臺108在根部部分104內(nèi)徑向地延伸任何合適的距離142，該距離142允許壓縮桿122被充分插入渦輪輪葉102內(nèi)(即，使得壓縮桿122的第一端130被抵靠在末梢罩蓋120上接合)。在另一實(shí)施例中，內(nèi)腔140可貫穿整個根部部分104限定，例如通過從平臺108徑向地延伸到根部部分104的底部表面144(圖4)。此外，應(yīng)了解的是，在其中翼型件106非中空的實(shí)施例中，內(nèi)腔140也可構(gòu)造成從平臺108徑向地向外延伸到末梢罩蓋120以便將壓縮桿122收納在渦輪輪葉102內(nèi)。此外，如上所述，壓縮桿122的第二端132可構(gòu)造成被抵靠在根部部分104上錨固和/或聯(lián)接到根部部分104上。因此，在本發(fā)明主題的若干實(shí)施例中，第二端132可穿過構(gòu)造成被接納在限定在根部部分106中的通道146內(nèi)的第一夾持板124和第二夾持板125被抵靠在根部部分104上錨固和/或聯(lián)接到根部部分104上。例如，如圖3中所示，通道146可貫穿整個根部部分104限定，并因此可包括第一開口端148和第二開口端150。因此，第一夾持板124可穿過第一開口端148安裝在通道146內(nèi)并且第二夾持板125可穿過第二開口端150安裝在通道146內(nèi)。此外，如圖4中所示，通道146可在通常與壓縮桿122的第二端132的徑向位置相對應(yīng)的徑向位置被限定在根部部分106中。由此，當(dāng)?shù)谝粖A持板124和第二夾持板125被插入通道146時，壓縮桿122的第二端132可被接合在夾持板124、125之間。另外，為了協(xié)助將壓縮桿122徑向地保持并牢固地夾持在渦輪輪葉102內(nèi)，每個夾持板124、125均可包括具有限定在其中的附接特征的夾持表面152，附接特征構(gòu)造成徑向地和周向地接合形成在壓縮桿122的第二端132中的對應(yīng)的附接特征。例如，如圖5中特別示出的，在一個實(shí)施例中，一個或更多周向凹槽154可形成在壓縮桿122的第二端132中。由此，每個夾持板124、125的夾持表面152均可包括構(gòu)造成在第二端132的外周界的一部分周圍延伸并接合周向凹槽154的對應(yīng)的凹槽形凹部156。因此，當(dāng)夾持板124、125被插入通道146內(nèi)時，凹槽形凹部156可與周向凹槽154匹配和/或互鎖，從而將壓縮桿122徑向地保持在渦輪輪葉102內(nèi)。在備選實(shí)施例中，應(yīng)了解的是，夾持板124、125和壓縮桿122的第二端132通?？删哂挟?dāng)夾持板124、125被插入通道146時容許壓縮桿122被徑向地保持在渦輪輪葉102內(nèi)的任何其它合適的附接特征。例如，代替周向凹槽154，壓縮桿122的第二端132可包括與 形成在壓縮桿122的第一端130處的凸緣136類似的圓錐形和/或漸縮凸緣(未示出)。在這種實(shí)施例中，每個夾持板124、125的夾持表面152均可包括對應(yīng)的圓錐形和/或漸縮凹部(未示出)，使得夾持板124、125可徑向地和周向地接合壓縮桿122的第二端132。還應(yīng)了解的是，通?？墒褂萌魏魏线m的裝置將夾持板124、125保持在通道145內(nèi)。例如，在一個實(shí)施例中，蓋板(未示出)可在通道146的開口端148、150處聯(lián)接到根部部分104上，以將夾持板124、125維持在通道146內(nèi)。在另一實(shí)施例中，保持銷(未示出)可穿過根部部分104插入并插入夾持板124、125，以防止板124、125從通道146退出。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，作為對使用所公開的夾持板124、125的替代，壓縮桿122的第二端132可構(gòu)造成使用任何其它合適的附接裝置和/或方法被抵靠在根部部分104上錨固和/或聯(lián)接到根部部分104上。例如，在一個實(shí)施例中，壓縮桿122的第二端132可被焊接到根部部分104上。在另一實(shí)施例中，第二端132可被攻絲，以允許壓縮桿122被旋擰到限定在根部部分104中的對應(yīng)的螺孔(未示出)中。在又一實(shí)施例中，保持銷(未示出)可構(gòu)造成穿過根部部分104插入以便接合壓縮桿122的第二端132。例如，第二端132可限定構(gòu)造成當(dāng)銷被插入根部部分104內(nèi)時徑向地接合保持銷的開口、鉤部或類似的附接特征。在又另一實(shí)施例中，壓縮桿122可構(gòu)造成貫穿整個渦輪輪葉102徑向地延伸使得第二端132可被抵靠在根部部分104的底部表面144(圖4)上保持。另外，類似于渦輪輪葉102和末梢罩蓋120，應(yīng)了解的是，壓縮桿122通?？捎杀绢I(lǐng)域中公知的任何合適的材料形成。然而，在若干實(shí)施例中，壓縮桿122可由復(fù)合材料例如CMC材料形成。還應(yīng)了解的是，盡管本文將壓縮桿122描繪為具有大致圓形的截面形狀，但桿122通?？删哂腥魏魏线m的截面形狀。例如，在備選實(shí)施例中，壓縮桿122可具有矩形、橢圓形或三角形截面形狀。仍參見圖3-5，如上所述，壓縮桿122通常可構(gòu)造成在末梢罩蓋120與根部部分140之間施加壓縮力，以便徑向地夾持翼型件106，從而在燃?xì)鉁u輪機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)期間抑制蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)了解，壓縮桿122內(nèi)的壓縮負(fù)載和/或張力通常可通過各種各樣不同的方法來提供。
例如，在一個實(shí)施例中，壓縮桿122可在安裝在渦輪輪葉102內(nèi)前被預(yù)熱。因此，隨著壓縮桿122冷卻并徑向地收縮，可在壓縮桿122的第一端130和第二端132之間生成徑向地作用的壓縮力。由此，翼型件106可在暴露于燃?xì)鉁u輪機(jī)10內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度前被預(yù)加壓。此預(yù)加壓狀態(tài)然后可在燃?xì)鉁u輪機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)期間隨著渦輪輪葉102和壓縮桿122的溫度升高而被維持或甚至增加。在備選實(shí)施例中，翼型件106無需被預(yù)加壓以便在壓縮桿122的第一端130和第二端132之間生成壓縮力。相反，葉片組件100可構(gòu)造成使得在燃?xì)鉁u輪機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)期間生成壓縮力。例如，可在燃?xì)鉁u輪機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)期間在翼型件106與壓縮桿122之間形成熱梯度使得翼型件106承受大于桿122的熱膨脹。在若干實(shí)施例中，可通過向渦輪輪葉102內(nèi)供應(yīng)冷卻流體(例如來自燃?xì)鉁u輪機(jī)10的葉輪腔(未示出)的吹掃空氣)以冷卻壓縮桿122來形成熱梯度。例如，在一個特別的實(shí)施例中，限定在渦輪輪葉102中的內(nèi)腔140可與流體 源(未示出)流動連通使得流體可被引入腔140。由此，當(dāng)翼型件106相對于較冷的壓縮桿122徑向地膨脹時可生成壓縮力。應(yīng)了解的是，當(dāng)壓縮桿122具有總體上等于或大于翼型件106的熱膨脹系數(shù)(CTE)的CTE時這種熱梯度的形成可能是特別有利的。在更進(jìn)一步的實(shí)施例中，壓縮桿122可設(shè)計成具有小于翼型件106的CTE的CTE。因此，當(dāng)此類構(gòu)件的溫度在燃?xì)鉁u輪機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)期間升高時翼型件106可膨脹得比壓縮桿122多，從而在翼型件106與末梢罩蓋120之間生成壓縮力。例如，在若干實(shí)施例中，壓縮桿122和翼型件106可由不同的材料形成，且用于形成壓縮桿122的材料具有比用于形成渦輪輪葉102的材料低的CTE。然而，在其它實(shí)施例中，可能希望從相同材料形成壓縮桿122和翼型件106。例如，在本發(fā)明主題的一個特別的實(shí)施例中，壓縮桿122和翼型件106可由相同的復(fù)合材料例如相同的CMC材料形成。在這種實(shí)施例中，用于形成壓縮桿122的復(fù)合層158、160、162、164(圖6)的堆疊順序和纖維定向可被特別定制，以向壓縮桿122提供低于翼型件106的CTE。例如，圖6圖示了可用于形成所公開的壓縮桿122的復(fù)合層158、160、162、164的組件166的一個實(shí)施例的局部透視圖，其中外層160、162、164的部分被移除，以圖示內(nèi)層158、160、162的部分。一般而言，每個復(fù)合層158、160、162、164均包括基質(zhì)材料168和在基質(zhì)材料168內(nèi)延伸的多根單向增強(qiáng)纖維170。然而，在其它實(shí)施例中，復(fù)合層158、160、162、164可包括雙向或多向纖維170。另外，如圖所不，每個復(fù)合層158、160、162、164均包括限定不同的纖維角度172(相對于組件166的中心線176測量)的纖維定向。具體而言，在圖示的實(shí)施例中，第一最內(nèi)復(fù)合層158包括成135度的纖維角度172定向的纖維170，第二相鄰的復(fù)合層160包括成0度的纖維角度172定向的纖維170，第三復(fù)合層162包括成90度的纖維角度172定向的纖維170，而第四最外復(fù)合層164包括成45度的纖維角度定向的纖維170。然而，應(yīng)了解的是，各復(fù)合層158、160、162、16內(nèi)包含的纖維170通常可成任何其它合適的纖維角度172定向，例如從約0度至約180度。還應(yīng)了解的是，復(fù)合層158、160、162、164通?？刹捎孟驂嚎s桿122提供所需的CTE的任何合適的堆疊順序來組裝。例如，在圖示的實(shí)施例中，組件160以每四個復(fù)合層158、160、162、164之后重復(fù)的纖維定向模式(135度、0度、90度、45度)堆疊。然而，在備選實(shí)施例中，組件166可包括以任何合適的順序或模式堆疊的纖維定向的任何其它合適的組合。例如，在一個實(shí)施例中，組件166可例如通過具有在0度和90度纖維定向之間交替的復(fù)合層158、160、162、164而僅包括具有兩種不同的纖維定向的復(fù)合層158、160、162、164。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解的是，可實(shí)現(xiàn)堆疊順序和纖維定向的大量不同的組合。另外，應(yīng)了解的是，在更寬泛的方面，本發(fā)明主題還涉及用于對在苛刻的熱-機(jī)械環(huán)境下例如在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)內(nèi)使用的一個或更多構(gòu)件施加壓縮力的組件200 (圖7和8)。例如，在一個實(shí)施例中，組件200可包括上文參考圖2-6描述的壓縮桿122、末梢罩蓋120和夾持板124、125，且因此組件200可構(gòu)造成對渦輪輪葉102和/或在渦輪輪葉102內(nèi)施加壓縮力。然而，在備選實(shí)施例中，組件200可構(gòu)造成與各種其它合適的高溫構(gòu)件一起使用以便降低此類構(gòu)件內(nèi)發(fā)生蠕變和/或其它形式的材料張弛和/或性能退化的可能性。因此，參見圖7和8，圖示了根據(jù)本發(fā)明主題的方面的用于對構(gòu)件202和/或在構(gòu)件202內(nèi)施加壓縮力的組件200的另一實(shí)施例。如圖所示，組件200通常包括桿204、附接板210、第一夾持板218和第二夾持板
220。桿204通常可構(gòu)造成與上文參考圖2-6所述的壓縮桿122相同或類似。因此，如圖7和8中所示，桿204可包括構(gòu)造成穿過附接板210被抵靠在構(gòu)件202上錨固和/或聯(lián)接到構(gòu)件202上的第一端206和構(gòu)造成穿過第一夾持板218和第二夾持板220被抵靠在構(gòu)件202上錨固和/或聯(lián)接到構(gòu)件202上的第二端208。由此，桿204可在其經(jīng)受熱膨脹時對構(gòu)件202施加壓縮力或夾持力，以降低發(fā)生蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化的可能性。例如，如上所述，桿204可在構(gòu)件202內(nèi)被預(yù)加壓或者可設(shè)計成例如通過定制用于形成桿202的復(fù)合層(未示出)的堆疊順序和/或纖維定向而具有小于構(gòu)件202的CTE的CTE。一般而言,桿204的第一端206可使用任何合適的裝置被抵靠在附接板210上錨固和/或聯(lián)接到附接板210上。例如，在若干實(shí)施例中，附接板210可限定開口 212，該開口212具有合適的尺寸以允許經(jīng)開口 212插入桿204。尤其是，如圖7和8中所示，開口 212的直徑214可選擇成使得桿204的第二端208可經(jīng)開口 212插入并插入構(gòu)件202。在此類實(shí)施例中，桿204的第一端206通?？砂?gòu)造成當(dāng)桿204經(jīng)開口 212插入時抵靠在附接板210的一部分上鉤住和/或接合附接板210的一部分的向外延伸的突起部或凸緣216。例如，如圖示的實(shí)施例中所示，凸緣216可從桿204向外分支以便限定漸縮輪廓。類似地，限定在附接板210中的開口 212可具有總體上與凸緣216的漸縮輪廓相對應(yīng)的漸縮輪廓。由此，當(dāng)桿204穿過附接板210插入時，凸緣216可在開口 212處接合附接板210。然而，在備選實(shí)施例中，桿204和/或開口 212可具有允許桿204的第一端206被抵靠在附接板210上錨固和/或聯(lián)接到附接板210上的任何其它合適的構(gòu)型。另外，附接板210通常可具有允許板210聯(lián)接到構(gòu)件202的一部分上和/或抵靠在構(gòu)件202的一部分上接合使得經(jīng)桿204施加的壓縮力可被傳遞到構(gòu)件202中的任何合適的構(gòu)型。例如，如圖2-4中所示，在一個實(shí)施例中，附接板210可作為末梢罩蓋122構(gòu)造并且可具有設(shè)計成允許板210在翼型件末梢114處聯(lián)接到渦輪輪葉102上的空氣動力學(xué)形狀。然而，在其它實(shí)施例中，應(yīng)了解的是，附接板210的尺寸和/或形狀通常可根據(jù)組件200安裝在其中的構(gòu)件202而變化。此外，在備選實(shí)施例中，附接板210可包括構(gòu)件202的整體部分。例如，在一個實(shí)施例中，開口 212可被限定在構(gòu)件202中使得桿204的第一端206構(gòu)造成抵靠在構(gòu)件202上直接接合。在這種實(shí)施例中，附接板210通?？砂ㄩ_口 212形成在其中的構(gòu)件202的部分。如上所述，桿204的第二端208通?？蓸?gòu)造成穿過第一夾持板218和第二夾持板220被抵靠在構(gòu)件202上錨固和/或聯(lián)接到構(gòu)件202上。因此，應(yīng)了解的是，第一夾持板218和第二夾持板220通?？删哂性试S夾持板218、220抵靠在構(gòu)件202的一部分上接合和/或聯(lián)接到構(gòu)件202的一部分上使得經(jīng)桿204施加的壓縮力可被傳遞到構(gòu)件202內(nèi)的任何合適的構(gòu)型。例如，如上文參考圖3和4所述，夾持板218、220可構(gòu)造成被接納在限定在構(gòu)件202內(nèi)的對應(yīng)的通道146 (圖3和4)內(nèi)。備選地，夾持板218、220可僅構(gòu)造成抵靠在構(gòu)件202的外表面上接合。另外，為了協(xié)助將桿204徑向地保持并牢固地夾持在構(gòu)件202內(nèi)，每個夾持板218、220均可包括夾持表面222，夾持表面222具有構(gòu)造成徑向地和周向地接合形成在桿204的第二端208中的對應(yīng)的附接特征的限定在其中的附接特征。因此，在若干實(shí)施例中，向外延伸的凸緣224可形成在桿204的第二端208中。例如，如圖7和8中所示，凸緣224可從桿204向外分支以便限定漸縮輪廓。在這種實(shí)施例中，夾持板218、220的夾持表面222可包括構(gòu)造成在第二端208的外周界的一部分周圍延伸并接合凸緣224的對應(yīng)的漸縮凹部226。因此，當(dāng)夾持板218、220定位在桿204的第二端208周圍時，凸緣224可被封罩在漸縮凹部226內(nèi)，從而防止桿204在構(gòu)件202內(nèi)縱向移動。 在備選實(shí)施例中，應(yīng)了解的是，夾持板218、220和桿204的第二端208通?？删哂腥魏纹渌线m的附接特征。例如，如上所述，第二端208可限定構(gòu)造成被接納在形成在夾持板218、220中的對應(yīng)的凹槽形凹部156(圖5)內(nèi)的周向凹槽154(圖5)。應(yīng)了解的是，桿204通?？捎杀绢I(lǐng)域中公知的任何合適的材料形成。然而，在若干實(shí)施例中，桿204可由復(fù)合材料例如CMC材料形成。還應(yīng)了解的是，盡管本文將桿204描繪為具有大致圓形的截面形狀，但桿204通?？删哂腥魏魏线m的截面形狀。例如，在備選實(shí)施例中，桿204可具有矩形、橢圓形或三角形截面形狀。此書面描述使用了包括最佳模式在內(nèi)的實(shí)例來公開本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造并利用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利權(quán)的范圍通過權(quán)利要求來限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果此類其它實(shí)例包括并非不同于權(quán)利要求的文字語言所描述的結(jié)構(gòu)元件，或者它們包括與權(quán)利要求的文字語言無實(shí)質(zhì)性區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為此類其它實(shí)例包含在權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片組件(100)，包括 渦輪葉片(102)，所述渦輪葉片(102)包括根部部分(104)和翼型件(106)，所述翼型件(106)從所述根部部分(104)徑向地延伸到翼型件末梢(114);以及 在所述渦輪葉片(102)內(nèi)延伸的復(fù)合桿(122)，所述復(fù)合桿(122)包括在所述翼型件末梢(114)處聯(lián)接到所述翼型件(106)上的第一端(130)和聯(lián)接到所述根部部分(104)上的第二端(132)， 其中，所述復(fù)合桿(122)的熱膨脹系數(shù)小于或等于所述翼型件(106)的熱膨脹系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，所述渦輪葉片(102)和所述復(fù)合桿(122)由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，所述復(fù)合桿(122)由多個復(fù)合層(158)形成，所述多個復(fù)合層(158)包括至少兩種不同的纖維定向(172)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，所述渦輪葉片組件(100)還包括在所述翼型件末梢(104)處聯(lián)接到所述翼型件(106)上的末梢罩蓋(120)，所述復(fù)合桿(122)的所述第一端(130)聯(lián)接到所述末梢罩蓋(120)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，所述末梢罩蓋(120)限定開口(134)，所述復(fù)合桿(122)構(gòu)造成經(jīng)所述開口(134)徑向地插入所述渦輪葉片組件(102)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，所述渦輪葉片組件(100)還包括用于將所述復(fù)合桿(122)的所述第二端(132)聯(lián)接到所述根部部分(104)上的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，用于將所述復(fù)合桿(122)的所述第二端(132)聯(lián)接到所述根部部分(104)上的所述裝置包括構(gòu)造成被接納在貫穿所述根部部分(104)限定的通道(146)內(nèi)的第一夾持板(124)和第二夾持板(125)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，所述第一夾持板和第二夾持板(124，125)每一個均限定構(gòu)造成當(dāng)所述第一夾持板和第二夾持板(124，125)被插入所述通道(146)內(nèi)時接合所述復(fù)合桿(122)的所述第二端(132)的夾持表面(152)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，凹槽(154)形成在所述復(fù)合桿(122)的所述第二端(132)中，所述夾持表面(152)包括構(gòu)造成接合所述凹槽(154)的凹槽形凹部(156)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，所述復(fù)合桿(122)的熱膨脹系數(shù)小于所述翼型件(106)的熱膨脹系數(shù)。
11.一種渦輪葉片組件(100)，包括 渦輪葉片(102)，所述渦輪葉片(102)包括根部部分(104)和翼型件(106)，所述翼型件(106)從所述根部部分(104)徑向地延伸到翼型件末梢(114)； 在所述翼型件末梢(114)處聯(lián)接到所述翼型件(106)上的末梢罩蓋(120)； 在所述渦輪葉片(102)內(nèi)延伸的桿(122)，所述桿(122)包括聯(lián)接到所述末梢罩蓋(120)上的第一端(130)和聯(lián)接到所述根部部分(104)上的第二端(132);以及 用于將所述桿(122)的所述第二端(132)聯(lián)接到所述根部部分(104)上的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，用于將所述桿(122)的所述第二端(132)聯(lián)接到所述根部部分(104)上的所述裝置包括構(gòu)造成被接納在貫穿所述根部部分(104)限定的通道(146)內(nèi)的第一夾持板(124)和第二夾持板(125)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，所述第一夾持板和第二夾持板(124，125)每一個均包括構(gòu)造成當(dāng)所述第一夾持板和第二夾持板(124，125)被插入所述通道(146)內(nèi)時接合所述復(fù)合桿(122)的所述第二端(132)的夾持表面(152)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的渦輪葉片組件(100)，其特征在于，凹槽(154)形成在所述復(fù)合桿(122)的所述第二端(132)中，所述夾持表面(152)包括構(gòu)造成接合所述凹槽(154)的凹槽形凹部(156)。
15.一種用于在構(gòu)件(202)內(nèi)施加壓縮力的組件(200)，所述組件(200)包括 限定開口(212)的附接板(210)； 包括第一端(206)和第二端(208)的復(fù)合桿(204)，所述第一端(206)構(gòu)造成在所述開口(212)處接合所述附接板(210)，所述第二端(208)構(gòu)造成經(jīng)所述開口(212)插入； 包括第一夾持表面(222)的第一夾持板(218);以及 包括第二夾持表面(222)的第二夾持板(220)， 其中，所述第一夾持板和第二夾持板(218，220)構(gòu)造成定位在所述復(fù)合桿(204)周圍，使得所述第一夾持表面和第二夾持表面(222)接合所述復(fù)合桿(204)的所述第二端(208)。
全文摘要
公開了一種渦輪葉片組件(100)。在一個實(shí)施例中，該渦輪葉片組件(100)通?？砂ň哂懈坎糠?104)和翼型件(106)的渦輪葉片(102)。該翼型件(106)可從根部部分(104)徑向地延伸到翼型件末梢(114)。另外，該渦輪葉片組件(100)可包括在渦輪葉片(102)內(nèi)延伸的復(fù)合桿(122)。該復(fù)合桿(122)可包括在翼型件(106)末梢處聯(lián)接到翼型件上的第一端(130)和聯(lián)接到根部部分(104)上的第二端(132)。此外，復(fù)合桿(122)的熱膨脹系數(shù)可設(shè)計成小于或等于翼型件(106)的熱膨脹系數(shù)。
文檔編號F01D5/30GK102678188SQ20121008057
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者H·C·羅伯茨三世, J·M·德爾沃瓦, J·張 申請人:通用電氣公司