專利名稱：用于渦輪輪葉的基于陶瓷的尖部帽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本主題大體涉及用于渦輪輪葉的尖部帽，并且更具體而言，涉及用于渦輪輪葉的基于陶瓷的尖部帽。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C(jī)中，空氣被壓縮機(jī)加壓，并且然后在燃燒器的環(huán)形陣列內(nèi)與燃料混合且被點(diǎn)燃，以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。熱氣從各個(gè)燃燒器流過過渡件，以沿著環(huán)形熱氣路徑流動(dòng)。渦輪級(jí)典型地沿著熱氣路徑設(shè)置成使得熱氣流過第一級(jí)噴嘴和輪葉，并且流過后面的渦輪級(jí)的噴嘴和輪葉。渦輪輪葉可固定到包括渦輪轉(zhuǎn)子的多個(gè)轉(zhuǎn)子盤上，各個(gè)轉(zhuǎn)子盤安裝到轉(zhuǎn)子軸上以隨其一起旋轉(zhuǎn)。
渦輪輪葉一般包括從基本平的平臺(tái)沿徑向向外延伸的翼型件，以及柄部部分，柄部部分從平臺(tái)沿徑向向內(nèi)延伸，以將輪葉固定到轉(zhuǎn)子盤中的一個(gè)上。另外，許多渦輪輪葉包括附連到翼型件上的單獨(dú)尖部帽，以密封翼型件尖部。當(dāng)前，用于渦輪輪葉的尖部帽由基于金屬的材料形成，例如鎳基和鈷基超合金。但是，由于在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)的極端的運(yùn)行溫度，這樣的基于金屬的尖部帽必須被持續(xù)地冷卻，以經(jīng)受住暴露于在翼型件尖部上面和/或周圍流動(dòng)的熱的燃燒氣體。因此，必須利用燃?xì)廨啓C(jī)的工作流體的一部分來冷卻尖部帽，從而降低燃?xì)廨啓C(jī)的總效率。此外，由于基于金屬的材料的高密度的原因，基于金屬的尖部帽典型地較重。因此，這些尖部帽典型地在運(yùn)行期間在翼型件的尖部處產(chǎn)生顯著的負(fù)荷，從而增大作用在渦輪輪葉上的應(yīng)力。因此，在本技術(shù)領(lǐng)域中，由具有耐高溫能力和/低密度的材料形成的尖部帽將是受歡迎的。

發(fā)明內(nèi)容
將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)，或者根據(jù)描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)可為顯而易見的，或者可通過實(shí)踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)方面，本主題涉及一種渦輪輪葉。該渦輪輪葉可大體包括由基于金屬的材料形成的翼型件。翼型件可包括基部和設(shè)置成與基部相對(duì)的尖部。翼型件可還包括在前緣和后緣之間延伸的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁。另外，渦輪輪葉可包括設(shè)置在壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁之間的尖部帽。尖部帽可由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料形成。在另一個(gè)方面，本主題涉及一種渦輪輪葉。該渦輪輪葉可大體包括翼型件，翼型件具有基部和設(shè)置成與基部相對(duì)的尖部。翼型件可還包括在前緣和后緣之間延伸的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁。渦輪輪葉可還包括設(shè)置在壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁之間的尖部帽。尖部帽可由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料形成。另外，渦輪輪葉可包括用于將尖部帽保持在壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁之間的器件。在又一方面，本主題涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)。該燃?xì)廨啓C(jī)可大體包括壓縮機(jī)區(qū)段、在壓縮機(jī)區(qū)段下游的燃燒器區(qū)段和在燃燒器區(qū)段下游的渦輪區(qū)段。渦輪區(qū)段可包括多個(gè)渦輪輪葉。各個(gè)渦輪輪葉可包括由基于金屬的材料形成的翼型件。翼型件可包括基部和設(shè)置成與基部相對(duì)的尖部。翼型件可還包括在前緣和后緣之間延伸的壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁。另外，各個(gè)渦輪輪葉可包括設(shè)置在壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁之間的尖部帽。尖部帽可由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料形成。參照以下描述和所附權(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)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與描述一起用來闡明本發(fā)明的原理。


在說明書中闡述了針對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的本發(fā)明的完整和能夠?qū)嵤┑墓_，包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中
圖I示出燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖； 圖2示出根據(jù)本主題的各方面的具有單獨(dú)的尖部蓋的渦輪輪葉的一個(gè)實(shí)施例的透視
圖3示出圖2中顯示的渦輪輪葉的俯視 圖4示出圖2和3中顯示的渦輪輪葉的沿著線4-4得到的橫截面 圖5示出根據(jù)本主題的各方面的具有單獨(dú)的尖部蓋的渦輪輪葉的另一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖，其特別地示出了具有張開端的渦輪輪葉；
圖6示出根據(jù)本主題的各方面的、在已經(jīng)弄直張開端之后的、在圖5中顯示的渦輪輪
葉；
圖7示出根據(jù)本主題的各方面的具有單獨(dú)的尖部蓋的渦輪輪葉的又一個(gè)實(shí)施例的俯視 圖8示出圖7中顯示的渦輪輪葉的沿著線8-8得到的橫截面圖；以及圖9示出根據(jù)本主題的各方面的具有單獨(dú)的尖部蓋的渦輪輪葉的再一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。部件列表
10燃?xì)廨啓C(jī) 12壓縮機(jī)區(qū)段
14燃燒器區(qū)段 16渦輪區(qū)段 18軸
20渦輪轉(zhuǎn)子 22轉(zhuǎn)子盤 24渦輪輪葉 26尖部帽 28柄部部分 30翼型件 32平臺(tái) 34翼型件基部36翼型件尖部 38壓力側(cè)壁 40吸力側(cè)壁 42前緣 44后緣
46翼型件冷卻回路 48通路 50外周緣 52臺(tái)肩 54塵土孔 56保持環(huán) 58外表面 60張開端 62寬度 64內(nèi)臺(tái)肩 66外臺(tái)肩 68密封表面 70冷卻孔 72密封表面 100環(huán)區(qū)段 102環(huán)區(qū)段 104內(nèi)表面 106臺(tái)肩 108密封表面 110環(huán)區(qū)段 112冷卻孔。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，在圖中示出了實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例。以闡明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式來提供各個(gè)實(shí)例。事實(shí)上，將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可在本發(fā)明中作出各種修改和變型，而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。例如，示出或描述成一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可用于另一個(gè)實(shí)施例，以產(chǎn)生另外的另一個(gè)實(shí)施例。因而，意圖的是本發(fā)明覆蓋在所附權(quán)利要求及其等效方案的范圍內(nèi)的這樣的修改和變型。大體上，本主題公開了用于燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪輪葉。具體而言，本主題涉及用于渦輪輪葉的、由陶瓷基質(zhì)復(fù)合(CMC)材料形成的尖部帽。通過使用CMC材料，與傳統(tǒng)的基于金屬的尖部帽相比，該尖部帽可大體展現(xiàn)增強(qiáng)的耐高溫能力。因而，尖部帽可消除對(duì)尖部帽供應(yīng)大量的諸如冷卻介質(zhì)(例如，空氣、水、蒸汽等)的介質(zhì)以進(jìn)行冷卻的需要，從而提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率。另外，由于CMC材料的低密度的原因，尖部帽的重量可顯著比傳統(tǒng)的基于金屬的尖部帽輕，從而減小尖部帽在燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行期間產(chǎn)生的負(fù)荷。
在本主題的若干實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)理解，本文公開的尖部帽可針對(duì)改型應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且因而可構(gòu)造成安裝在現(xiàn)有的渦輪輪葉內(nèi)。例如，尖部帽可具有與傳統(tǒng)的基于金屬的尖部帽的形狀和/或尺寸相同或類似的形狀和/或尺寸，使得尖部帽可直接安裝到現(xiàn)有輪葉中作為替代部件。因而，可獲得公開的尖部帽提供的許多優(yōu)點(diǎn)，而不需要將新的渦輪輪葉安裝在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)?，F(xiàn)在參照附圖，圖I示出燃?xì)廨啓C(jī)10的示意圖。燃?xì)廨啓C(jī)10大體包括壓縮機(jī)區(qū)段12、在設(shè)置在壓縮機(jī)區(qū)段12下游的燃燒器區(qū)段14內(nèi)的多個(gè)燃燒器(未顯示)，以及設(shè)置在燃燒器區(qū)段14下游的渦輪區(qū)段16。另外，燃?xì)廨啓C(jī)10可包括聯(lián)接在壓縮機(jī)區(qū)段12和渦輪區(qū)段16之間的軸18。渦輪區(qū)段16可大體包括具有多個(gè)轉(zhuǎn)子盤22 (顯示了其中一個(gè))的渦輪轉(zhuǎn)子20，以及多個(gè)渦輪輪葉24，渦輪輪葉24從各個(gè)轉(zhuǎn)子盤22沿徑向向外延伸，并且聯(lián)接到各個(gè)轉(zhuǎn)子盤22上以與其一起旋轉(zhuǎn)。各個(gè)轉(zhuǎn)子盤22可又聯(lián)接到延伸通過渦輪區(qū)段16的軸18的一部分上。在燃?xì)廨啓C(jī)10的運(yùn)行期間，壓縮機(jī)區(qū)段12對(duì)進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)10的空氣加壓，并且 將加壓空氣供應(yīng)到燃燒器區(qū)段14的燃燒器。加壓空氣在各個(gè)燃燒器內(nèi)與燃料混合且燃燒，以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。熱的燃燒氣體在熱氣流徑中從燃燒器區(qū)段14流到渦輪區(qū)段16，在渦輪區(qū)段16中，通過渦輪輪葉24從熱氣中抽取能量。渦輪輪葉24抽取的能量被用來旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子盤22，轉(zhuǎn)子盤22可又旋轉(zhuǎn)軸18。機(jī)械旋轉(zhuǎn)能可然后被用來對(duì)壓縮機(jī)區(qū)段12提供動(dòng)力和用來發(fā)電?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2-4，示出了根據(jù)本主題的各方面的在其中安裝有單獨(dú)的尖部帽26的渦輪輪葉24的一個(gè)實(shí)施例。具體而言，圖2示出了渦輪輪葉24的透視圖。圖3示出渦輪輪葉24的俯視圖。另外，圖4示出渦輪輪葉24的沿著線4-4得到的橫截面圖。如顯示的那樣，渦輪輪葉24大體包括從基本平的平臺(tái)32延伸的柄部部分28和翼型件30。平臺(tái)32大體對(duì)于流過燃?xì)廨啓C(jī)10的渦輪區(qū)段16(圖I)的熱的燃燒氣體用作徑向內(nèi)側(cè)邊界。柄部部分28可大體構(gòu)造成從平臺(tái)32沿徑向向內(nèi)延伸，并且可包括構(gòu)造成將輪葉23固定到燃?xì)廨啓C(jī)10(圖I)的轉(zhuǎn)子盤22上的根部結(jié)構(gòu)(未顯示)，例如鳩尾榫。翼型件30可大體從平臺(tái)32沿徑向向外延伸，并且可包括設(shè)置在平臺(tái)32處的翼型件基部34和設(shè)置成與翼型件基部34相對(duì)的翼型件尖部36。因而，翼型件尖部36可大體限定渦輪輪葉24的徑向最外部部分。翼型件30可還包括在前緣42和后緣44之間延伸的壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40 (圖3和4)。壓力側(cè)壁38可大體包括翼型件30的動(dòng)氣動(dòng)力學(xué)的凹形外壁。類似地，吸力側(cè)壁40可大體限定翼型件30的動(dòng)氣動(dòng)力學(xué)的凸形外壁。另外，渦輪輪葉24可還包括從柄部部分28沿徑向向外延伸的翼型件冷卻回路46，以使介質(zhì)(例如冷卻介質(zhì)(例如，空氣、水、蒸汽或任何其它適當(dāng)?shù)牧黧w))在整個(gè)翼型件30中流動(dòng)。翼型件回路46可大體具有本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。因而，在若干實(shí)施例中，翼型件回路46可包括多個(gè)通道或通路48 (在圖4的橫截面圖中顯示了其中一個(gè))，通道或通路48在翼型件30沿徑向延伸，例如從翼型件基部34延伸到大體在翼型件尖部36附近的位置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，翼型件回路46可構(gòu)造成多途徑冷卻回路，通路48被互連且在翼型件30內(nèi)沿徑向向內(nèi)和沿徑向向外延伸(例如，在類似蛇形路徑中)，使得通路48內(nèi)的介質(zhì)備選地在整個(gè)翼型件30中沿徑向向外和沿徑向向內(nèi)流動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解，渦輪輪葉24的各種構(gòu)件(例如，翼型件30、平臺(tái)32和柄部部分28)可大體由任何適當(dāng)?shù)幕诮饘俚牟牧闲纬?。例如，在若干?shí)施例中，渦輪輪葉24可由鎳合金鋼、鎳基超合金、鈷基超合金和/或任何其它適當(dāng)?shù)母邷睾辖鹦纬?。還應(yīng)當(dāng)理解，本主題的應(yīng)用不必限于本文示出和描述的特定渦輪輪葉構(gòu)造和/或材料。相反，本主題可有益地應(yīng)用于具有任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造的渦輪輪葉和/或由任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬傻臏u輪輪葉。仍然參照?qǐng)D2-4，如上面指示的那樣，渦輪輪葉24可還包括單獨(dú)的尖部帽26，尖部帽26構(gòu)造成在翼型件尖部36處附連到翼型件30上，以大體在翼型件30內(nèi)提供封閉容積和/或?qū)⒘鬟^翼型件回路46的介質(zhì)保持在翼型件30內(nèi)。大體上，尖部帽26可構(gòu)造成在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間附連到翼型件30上。因而，在若干實(shí)施例中，尖部帽26可成形為和/或以別的方式尺寸設(shè)置成使得其可在大體鄰近翼型件尖部36的位置處定位在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40(圖3和4)之間。例如，如圖3中特別顯示的那樣，尖部帽26(以虛線顯示了其外周緣50)可構(gòu)造成具有大體對(duì)應(yīng)于翼型件30的空氣動(dòng)力學(xué)形狀的形狀。因而，當(dāng)尖部帽26安裝在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間時(shí)，尖部帽26可大體分別與壓力側(cè) 壁38和吸力側(cè)壁40的凹形形狀和凸形形狀相一致。但是，在備選實(shí)施例中，尖部帽26可具有容許其定位在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間的任何其它適當(dāng)?shù)男螤?。另外，尖部?6可大體構(gòu)造成使用本領(lǐng)域中已知的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和/或構(gòu)造而支承在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間。例如，如圖4中顯示的那樣，渦輪輪葉24可包括從壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40向內(nèi)凸起的臺(tái)肩52。因而，當(dāng)尖部帽26安裝在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間時(shí)，尖部帽26可在翼型件尖部36處由臺(tái)肩52沿徑向支承在翼型件30內(nèi)。在備選實(shí)施例中，渦輪輪葉24可包括用于沿徑向?qū)⒓獠棵?6支承在翼型件30內(nèi)的任何其它適當(dāng)?shù)奶卣?。此外，如圖2和3中顯示的那樣，在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)塵土孔54可限定成通過尖部帽26，以排出包含在通過翼型件回路46供應(yīng)的介質(zhì)內(nèi)的塵土和/或其它碎片。例如，塵土孔54可限定在尖部帽26中，以便與翼型件回路46的通路48對(duì)準(zhǔn)。因而，攜帶在介質(zhì)內(nèi)的任何塵土和/或碎片可通過塵土孔54從通路48排出。另外，如上面指示的那樣，尖部帽26可大體由陶瓷基質(zhì)復(fù)合(CMC)材料形成。大體上，用來形成尖部帽26的CMC材料可包括本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)腃MC材料，并且因而可大體包括這樣的陶瓷基質(zhì)該陶瓷基質(zhì)在其中結(jié)合有適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)材料，以增強(qiáng)材料的屬性(例如，材料強(qiáng)度和/或熱物理屬性)。在若干實(shí)施例中，所使用CMC材料可構(gòu)造成連續(xù)纖維增強(qiáng)CMC材料。例如，適當(dāng)?shù)倪B續(xù)纖維增強(qiáng)CMC材料可包括(但不限于)用連續(xù)的碳纖維、氧化物纖維、碳化硅單絲纖維增強(qiáng)的CMC材料和包括連續(xù)纖維層和/或編織纖維預(yù)制件的其它CMC材料。在其它實(shí)施例中，所使用的CMC材料可構(gòu)造成不連續(xù)增強(qiáng)CMC材料。例如，適當(dāng)?shù)牟贿B續(xù)增強(qiáng)CMC材料可包括(但不限于)顆粒、小板(platelet)、晶須、不連續(xù)纖維、原位復(fù)合物和納米復(fù)合物增強(qiáng)的CMC材料。此外，應(yīng)當(dāng)理解，公開的尖部帽26可由CMC材料使用本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)闹圃旃に囆纬?。例如，適當(dāng)?shù)闹圃旃に嚳砂?但不限于)注射模制、粉漿澆鑄、帶式澆鑄、滲透法(例如，化學(xué)蒸氣滲透、熔體滲透等)和各種其它適當(dāng)?shù)姆椒ê?或工藝。如上面指示的那樣，通過用CMC材料形成尖部帽26，可提供許多優(yōu)點(diǎn)。例如，CMC材料的耐高溫能力可消除利用流過翼型件回路46的介質(zhì)的一部分來冷卻尖部帽26的需要，從而降低冷卻渦輪輪葉24所需要的介質(zhì)的總量，并且提高燃?xì)廨啓C(jī)10(圖I)的總效率。另夕卜，消除冷卻尖部帽26的需要可允許尖部帽26設(shè)計(jì)成沒有基于金屬的尖部帽典型地需要的膜冷卻孔，從而降低構(gòu)件的復(fù)雜性且還降低制造成本。此外，CMC材料大體比基于金屬的材料具有更低的密度。因而，尖部帽26可與類似地構(gòu)造的基于金屬的尖部帽相比具有降低的重量，從而降低尖部帽26在燃?xì)廨啓C(jī)10的運(yùn)行期間產(chǎn)生的負(fù)荷。因而，可減小作用在渦輪輪葉24上的總應(yīng)力。仍然參照?qǐng)D2-4，尖部帽26可大體構(gòu)造成使用任何適當(dāng)?shù)氖侄味貜较虮３衷趬毫?cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間。例如，如在示出的實(shí)施例中顯示的那樣，尖部帽26可使用保持環(huán)56而保持在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間。大體上，保持環(huán)56可構(gòu)造成在尖部帽26徑向外側(cè)的位置處附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間，使得尖部帽26沿徑向保持在臺(tái)肩52和保持環(huán)56之間。因而，在若干實(shí)施例中，保持環(huán)56可構(gòu)造成附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40的內(nèi)周緣的周圍，使得保持環(huán)56的至少一部分與尖部帽26的外表面58交迭和/或接觸。例如，如圖3和4中特別顯示的那樣，保持環(huán)56可構(gòu)造成在尖部帽26的外周緣50的周圍與外表面58交迭和/或接觸。因而，密封表面68可限定在保持環(huán)56和尖部帽26之間的交接部處。 應(yīng)當(dāng)理解，保持環(huán)56可大體具有允許其如本文描述的那樣起作用的任何適當(dāng)?shù)男螤詈?或構(gòu)造。例如，如示出的實(shí)施例中顯示的那樣，保持環(huán)56可構(gòu)造成具有大體對(duì)應(yīng)于翼型件30的空氣動(dòng)力學(xué)形狀和尖部帽26的形狀的形狀。因而，在保持環(huán)56安裝在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間時(shí)，保持環(huán)56可大體分別與壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40的凹形形狀和凸形形狀相一致，并且可還在其外周緣50的周圍接合尖部帽26。但是，在備選實(shí)施例中，保持環(huán)56可具有容許其附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間的任何其它適當(dāng)?shù)男螤睿员阊貜较驅(qū)⒓獠棵?6保持在翼型件30內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)理解，保持環(huán)56可使用本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)母竭B方法而附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，保持環(huán)56可焊接或釬焊到壓力側(cè)壁38和/或吸力側(cè)壁40上。例如，在示出的實(shí)施例中，保持環(huán)56可構(gòu)造成沿著翼型件30的整個(gè)內(nèi)周緣而焊接或釬焊到壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40上。備選地，保持環(huán)56可使用各種其它適當(dāng)?shù)母竭B方法而附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間，例如通過使用適當(dāng)?shù)木o固機(jī)構(gòu)(例如，螺栓、螺釘、保持銷、支架、鉚釘和/或其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)械緊固件)。此外，在本主題的若干實(shí)施例中，渦輪輪葉24可包括限定在翼型件30、尖部帽26和/或保持環(huán)56中的多個(gè)冷卻孔70，以將通過翼型件回路48供應(yīng)的介質(zhì)(例如，空氣、水、蒸汽等)引導(dǎo)到設(shè)置在尖部帽26徑向外側(cè)的翼型件30的部分。例如，如圖3和4中顯示的那樣，多個(gè)冷卻孔70可限定成通過翼型件30的部分(例如，臺(tái)肩52)、尖部帽26的部分和保持環(huán)56的部分。因而，通過翼型件回路48供應(yīng)的介質(zhì)可被引導(dǎo)通過冷卻孔70，以在翼型件30的內(nèi)周緣的周圍和在翼型件尖部36處提供沖擊冷卻和/或膜冷卻。但是，在備選實(shí)施例中，冷卻孔70可在渦輪輪葉24內(nèi)具有對(duì)翼型件30的內(nèi)周緣和/或翼型件尖部36提供有益的冷卻的任何其它適當(dāng)?shù)牟贾?。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻孔70可僅限定成通過尖部帽26和保持環(huán)56的部分。在另一個(gè)實(shí)施例中，冷卻孔可僅限定成通過尖部帽26?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5和6，示出了用于將尖部帽26保持在渦輪輪葉24的壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間的適當(dāng)?shù)氖侄蔚牧硪粋€(gè)實(shí)施例。如圖5中顯示的那樣，壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40可初始包括構(gòu)造成在翼型件尖部36處向外成角度的張開端60。具體而言，張開端60可設(shè)計(jì)成向外成角度達(dá)足夠?qū)挾?2，使得尖部帽26可插入壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間且定位在從側(cè)壁38、40向內(nèi)凸起的徑向內(nèi)臺(tái)肩64上。一旦尖部帽26定位在徑向內(nèi)臺(tái)肩64上，張開端60可被弄直和/或以別的方式形成為圖6中顯示的構(gòu)造，其中，尖部帽26被俘獲在從壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40向內(nèi)凸起的徑向內(nèi)臺(tái)肩64和徑向外臺(tái)肩66之間，使得密封表面72可限定在尖部帽26和徑向外臺(tái)肩66之間的交接部處。因而，尖部帽26可穩(wěn)固地保持在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間。另外，在弄直張開端60之后，壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40可大體沿著翼型件30的整個(gè)徑向高度限定平滑的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。應(yīng)當(dāng)理解，張開端60可使用本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)姆椒▉砼?，例如，通過將張開端60卷、滾和/或彎成圖6中顯示的構(gòu)造?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7和8，示出了用于將尖部帽26保持在渦輪輪葉24的壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間的適當(dāng)?shù)氖侄蔚挠忠粋€(gè)實(shí)施例。如顯示的那樣，尖部帽26可使用類似于上面參照?qǐng)D2-4描述的保持環(huán)56構(gòu)造的多件式保持環(huán)100、102而沿徑向保持在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間。在若干實(shí)施例中，多件式保持環(huán)100、102可包括第一保持環(huán)區(qū)段100和第二保持環(huán)區(qū)段102，它們構(gòu)造成設(shè)置在尖部帽26的周圍，使得各個(gè)環(huán)區(qū)段100、102的至少一部分與尖部帽26的外表面58和/或內(nèi)表面104接合、交迭和/或接觸。例如，如 圖8中顯示的那樣，在一個(gè)實(shí)施例中，第一保持環(huán)區(qū)段和第二保持環(huán)區(qū)段100、102可各自具有“U”形輪廓，使得環(huán)區(qū)段100、102可在尖部帽26的外周緣50的整個(gè)或一部分的周圍與外表面58和內(nèi)表面104兩者接合、交迭和/或接觸。因而，在環(huán)區(qū)段100、102附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間時(shí)，尖部帽26可沿徑向保持在翼型件30內(nèi)，并且密封表面108可限定在環(huán)區(qū)段100、102和尖部帽26之間的交接部處。應(yīng)當(dāng)理解，類似上面描述的保持環(huán)56，第一保持環(huán)區(qū)段100和第二保持環(huán)區(qū)段102可大體具有允許這樣的環(huán)區(qū)段100、102如本文描述的那樣起作用的任何適當(dāng)?shù)男螤詈?或構(gòu)造。例如，如示出的實(shí)施例中顯示的那樣，保持環(huán)區(qū)段100、102可構(gòu)造成具有大體對(duì)應(yīng)于翼型件30和尖部帽26兩者的空氣動(dòng)力學(xué)形狀的形狀。具體而言，第一保持環(huán)區(qū)段100可大體具有對(duì)應(yīng)于壓力側(cè)壁38和尖部帽26的對(duì)應(yīng)側(cè)兩者的空氣動(dòng)力學(xué)形狀的形狀，并且第二保持環(huán)區(qū)段102可大體具有對(duì)應(yīng)于吸力側(cè)壁40和尖部帽26的對(duì)應(yīng)側(cè)兩者的空氣動(dòng)力學(xué)形狀的形狀。但是，在備選實(shí)施例中，保持環(huán)區(qū)段100、102可具有容許環(huán)區(qū)段100、102附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間的任何其它適當(dāng)?shù)男螤?，以便沿徑向?qū)⒓獠棵?6保持在翼型件30內(nèi)。另外，應(yīng)當(dāng)理解，第一保持環(huán)區(qū)段和第二保持環(huán)區(qū)段100、102可構(gòu)造成使用本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)?shù)母竭B方法而附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間。因而，在若干實(shí)施例中，環(huán)區(qū)段100、102可焊接或釬焊到壓力側(cè)壁38和/或吸力側(cè)壁40上。例如，在示出的實(shí)施例中，第一保持環(huán)區(qū)段100可構(gòu)造成沿著壓力側(cè)壁38的內(nèi)表面而進(jìn)行焊接或釬焊，并且第二保持環(huán)區(qū)段102可構(gòu)造成沿著吸力側(cè)壁40的內(nèi)表面而進(jìn)行焊接或釬焊。備選地，環(huán)區(qū)段100、102可使用各種其它適當(dāng)?shù)母竭B方法而附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間，例如通過使用適當(dāng)?shù)木o固結(jié)構(gòu)(例如，螺栓、螺釘、保持銷、支架、鉚釘和/或其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)械緊固件)。此外，如圖8中顯示的那樣，在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)區(qū)段100、102可構(gòu)造成在環(huán)區(qū)段100、102附連在側(cè)壁38，40之間時(shí)，沿徑向由從壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40向內(nèi)凸起的臺(tái)肩106支承。
另外，應(yīng)當(dāng)理解，在若干實(shí)施例中，多件式保持環(huán)100、102可包括不止兩個(gè)保持環(huán)區(qū)段。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，三個(gè)或更多個(gè)環(huán)區(qū)段可構(gòu)造成既接合在尖部帽26的外周緣50的周圍又附連在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間，以便沿徑向?qū)⒓獠棵?6保持在翼型件30內(nèi)。在這種實(shí)施例中，可為合乎需要的是，環(huán)區(qū)段彼此間隔開，以容許通過翼型件回路48供應(yīng)的介質(zhì)(例如，空氣、水、蒸汽等)被引導(dǎo)到環(huán)區(qū)段之間，以冷卻翼型件尖部36。例如，圖9示出了由多個(gè)環(huán)區(qū)段110形成的多件式保持環(huán)的一個(gè)實(shí)施例。如顯示的那樣，環(huán)區(qū)段110可在尖部帽26的外周緣50的周圍間隔開，使得多個(gè)冷卻通路或孔112可被限定在鄰近的環(huán)區(qū)段110之間。因而，翼型件冷卻回路48 (圖8)內(nèi)包含的介質(zhì)可被引導(dǎo)到尖部帽26的外周緣50和翼型件30的內(nèi)周緣之間，并且通過冷卻孔112，以便對(duì)翼型件尖部36提供有益的冷卻。還應(yīng)當(dāng)理解，在備選實(shí)施例中，尖部帽26可使用任何其它適當(dāng)?shù)氖侄味３衷趬毫?cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)孔可被限定在壓力側(cè)壁38和/或吸力側(cè)壁40以及尖部帽26中，以接收一個(gè)或多個(gè)保持銷和/或桿。銷和/或桿然后可穿過壓力側(cè)壁38和/或吸力側(cè)壁40且插入尖部帽26中，以便將尖部帽26保持在 翼型件30內(nèi)。備選地，銷和/或桿可構(gòu)造成穿過尖部帽26而進(jìn)入壓力側(cè)壁38和/或吸力側(cè)壁40的一部分(例如，從側(cè)壁38、40延伸的臺(tái)肩52)中。在其它實(shí)施例中，尖部帽26可使用各種其它適當(dāng)?shù)木o固機(jī)構(gòu)而保持在壓力側(cè)壁38和吸力側(cè)壁40之間，例如，螺釘、螺栓、支架、鉚釘和/或其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)械緊固件。本書面描述使用實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這樣的其它實(shí)例包括不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這樣的其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則它們意圖處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種渦輪輪葉(24)，包括 由基于金屬的材料形成的翼型件(30)，所述翼型件(30)包括基部(34)和設(shè)置成與所述基部(34)相對(duì)的尖部(36)，所述翼型件(30)進(jìn)一步包括在前緣(42)和后緣(44)之間延伸的壓力側(cè)壁(38)和吸力側(cè)壁(40);以及 設(shè)置在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的尖部帽(26)，所述尖部帽(26)由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述渦輪輪葉(24)進(jìn)一步包括用于將所述尖部帽(26)保持在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，用于將所述尖部帽(26)保持在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的所述器件包括附連在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的保持環(huán)(56)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述尖部帽(26)由從所述壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁(38，40)向內(nèi)延伸的臺(tái)肩(52)沿徑向支承在所述翼型件(30)內(nèi)，所述保持環(huán)(56)附連在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間，使得所述尖部帽(26)沿徑向保持在所述臺(tái)肩(52)和所述保持環(huán)(56)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述保持環(huán)(56)包括第一保持環(huán)區(qū)段(100)和第二保持環(huán)區(qū)段(102)中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述第一保持環(huán)區(qū)段和第二保持環(huán)區(qū)段(100，102)具有大體“U”形輪廓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，用于將所述尖部帽(26)保持在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的所述器件包括從所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)向內(nèi)延伸的徑向內(nèi)臺(tái)肩(64)和徑向外臺(tái)肩(66)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)構(gòu)造成向外張開，以容許所述尖部帽(26)定位在所述徑向內(nèi)臺(tái)肩￠4)和所述徑向外臺(tái)肩(66)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述陶瓷基質(zhì)材料包括連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基質(zhì)材料和不連續(xù)增強(qiáng)陶瓷基質(zhì)材料中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述渦輪輪葉(24)進(jìn)一步包括限定在所述尖部帽(26)中或在所述尖部帽(26)附近的多個(gè)冷卻孔(70)，以冷卻所述翼型件(30)的所述尖部(36)。
11.一種渦輪輪葉(24)，包括 翼型件(30)，其包括基部(34)和設(shè)置成與所述基部(34)相對(duì)的尖部(36)，所述翼型件(30)進(jìn)一步包括在前緣(42)和后緣(44)之間延伸的壓力側(cè)壁(38)和吸力側(cè)壁(40)； 設(shè)置在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的尖部帽(26)，所述尖部帽(26)由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料形成；以及 用于將所述尖部帽(26)保持在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的器件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，用于將所述尖部帽(26)保持在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的所述器件包括附連在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的保持環(huán)(56)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述尖部帽(26)由從所述壓力側(cè)壁和所述吸力側(cè)壁(38，40)向內(nèi)延伸的臺(tái)肩(52)沿徑向支承，所述保持環(huán)(56)附連在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間，使得所述尖部帽(26)沿徑向保持在所述臺(tái)肩(52)和所述保持環(huán)(56)之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，所述保持環(huán)(56)包括第一保持環(huán)區(qū)段(100)和第二保持環(huán)區(qū)段(102)中的至少一個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪輪葉(24)，其特征在于，用于將所述尖部帽(26)保持在所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)之間的所述器件包括從所述壓力側(cè)壁(38)和所述吸力側(cè)壁(40)向內(nèi)延伸的徑向內(nèi)臺(tái)肩(64)和徑向外臺(tái)肩(66)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于渦輪輪葉的基于陶瓷的尖部帽。一種渦輪輪葉(24)可大體包括由基于金屬的材料形成的翼型件(30)。翼型件(30)可包括基部(34)和設(shè)置成與基部(34)相對(duì)的尖部(36)。翼型件(30)可還包括在前緣(42)和后緣(44)之間延伸的壓力側(cè)壁(38)和吸力側(cè)壁(40)。另外，渦輪輪葉(24)可包括設(shè)置在壓力側(cè)壁(38)和吸力側(cè)壁(40)之間的尖部帽(26)。尖部帽(26)可由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料形成。
文檔編號(hào)F01D5/14GK102808655SQ20121017503
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者J.J.巴特基維奇, S.F.辛普森 申請(qǐng)人:通用電氣公司