專(zhuān)利名稱(chēng)：陶瓷基復(fù)合材料的葉片密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)，尤其涉及一種在燃?xì)廨啓C(jī)的陶瓷基復(fù)合材料葉片和金屬部件之間的密封件。
背景技術(shù)：
在燃?xì)廨啓C(jī)中，氣體在壓縮機(jī)中增壓，在燃燒室與油料混合，經(jīng)點(diǎn)火產(chǎn)生熱的燃燒氣體向下游流入渦輪以釋放能量。渦輪一般包括多個(gè)渦輪噴嘴，每個(gè)噴嘴具有多個(gè)圓周間隔的，由整體外環(huán)帶和內(nèi)環(huán)帶支撐的噴嘴葉片。
發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率與燃燒氣體的溫度有關(guān)。因此，陶瓷基復(fù)合材料(“CMC”)因?yàn)槠淠透邷啬芰Χ挥脕?lái)制作噴嘴葉片。盡管CMC葉片也許不需要冷卻，但是葉片的附件，例如支柱和金屬環(huán)帶確實(shí)需要冷卻。為了使附加損失最小和提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率，應(yīng)該將用來(lái)冷卻金屬附件的冷卻氣體的數(shù)量減到最少。尤其是，有效的密封將使冷卻空氣的泄漏最少，由此提高渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。有效的密封設(shè)計(jì)也可以防止將熱氣吸入渦輪的金屬附件部分，由此延長(zhǎng)金屬部件的壽命。
因此，需要改進(jìn)CMC葉片和相關(guān)金屬部件之間的密封方法。密封件最好安裝容易、具有適當(dāng)?shù)氖褂脡勖⑻岣咝屎统浞址乐估鋮s空氣的泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件。陶瓷基復(fù)合材料噴嘴包括陶瓷基復(fù)合材料葉片，多個(gè)位于陶瓷基復(fù)合材料葉片周?chē)慕饘俨考?，以及多個(gè)位于陶瓷基復(fù)合材料葉片和一個(gè)或多個(gè)金屬部件之間的金屬密封件。
金屬密封件包括外部密封件，內(nèi)部密封件和/或水平密封件。金屬密封件包括多個(gè)墊片，織物墊片、彎曲金屬墊片、薄墊片、金屬織物夾層結(jié)構(gòu)和/或金屬薄片。金屬密封件可以包含柔性材料。
金屬部件包括內(nèi)徑環(huán)帶和外徑環(huán)帶，金屬密封件與內(nèi)徑環(huán)帶和外徑環(huán)帶連接。金屬部件包括支柱外殼，金屬密封件可以附著于支柱外殼。陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件具有多個(gè)陶瓷基復(fù)合材料葉片。
本申請(qǐng)進(jìn)一步描述了一種陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件。陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件包括陶瓷基復(fù)合材料葉片，位于陶瓷基復(fù)合材料葉片周?chē)膬?nèi)徑金屬環(huán)帶和外徑金屬環(huán)帶，以及多個(gè)位于陶瓷基復(fù)合材料葉片與內(nèi)徑金屬環(huán)帶和外徑金屬環(huán)帶之間的金屬密封件。金屬密封件包括織物墊片，彎曲金屬墊片，薄墊片，金屬織物夾層結(jié)構(gòu)和/或金屬薄片。
本申請(qǐng)進(jìn)一步描述了一種陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件。陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件包括陶瓷基復(fù)合材料葉片，環(huán)繞陶瓷基復(fù)合材料葉片定位的支柱外殼，以及多個(gè)位于陶瓷基復(fù)合材料葉片和支柱外殼之間的金屬密封件。金屬密封件包括織物墊片，彎曲金屬墊片，薄墊片，金屬織物夾層結(jié)構(gòu)和/或金屬薄片。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員結(jié)合附圖和權(quán)利要求評(píng)估本發(fā)明的具體描述時(shí)，本申請(qǐng)的這些特征和其他特征將會(huì)變得清楚。


圖1是渦輪機(jī)的橫斷面視圖。
圖2是用于二級(jí)噴嘴的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件的透視圖。
圖3是圖2所示陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件的分解圖。
圖4是本文描述的外部密封件的橫斷面視5是外部密封件的可選實(shí)施方式。
圖6是外部密封件的另一種可選實(shí)施方式。
圖7是本文描述的內(nèi)部密封件的橫斷面視圖。
圖8是本文描述的水平密封件的橫斷面視圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，圖1表示渦輪機(jī)10，相同的數(shù)字在幾幅圖中表示相同元件。眾所周知，渦輪機(jī)10殼體中包括多個(gè)級(jí)，在本申請(qǐng)中有第一級(jí)20，第二級(jí)30和第三級(jí)40。還可采用更多的級(jí)。雖然本申請(qǐng)主要集中在第二級(jí)30，其他級(jí)的使用本文也作了考慮。
圖2和3顯示了本文所述的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件100。CMC材料是在市場(chǎng)可以得到的，包括碳化硅基體中的碳化硅纖維。在坯胎階段初始就包含纖維和基體，一般是柔性的，直到加工或固化到最終的陶瓷狀態(tài)。噴嘴組件100包括一對(duì)CMC葉片，第一葉片110和第二葉片120。噴嘴組件100可用于第二級(jí)噴嘴30或其他位置。
已知葉片110，120位于一對(duì)環(huán)帶，即內(nèi)徑環(huán)帶130和外徑環(huán)帶140之間。支柱外殼150位于從外徑環(huán)帶140到內(nèi)徑環(huán)帶130的葉片120中。一對(duì)織物密封件，即第一套織物密封件160和第二套織物密封件170位于支柱外殼150和外徑環(huán)帶140之間，同時(shí)位于內(nèi)徑環(huán)帶130的下方。CMC噴嘴組件100的內(nèi)徑環(huán)帶130位于渦輪機(jī)10的膜片180上。
圖4-6表示了外部密封件200的應(yīng)用。外部密封件200位于CMC葉片110，120的末端與內(nèi)徑環(huán)帶130和外徑環(huán)帶140之間。外部密封件200可焊接到環(huán)帶130，140上。
外部密封件200可采用多種不同形式。圖4顯示的是彎曲的織物密封件210?？椢锩芊饧?10包括可滲透的織物密封件，織物密封件垂直部分220和織物密封件的水平部分230。(術(shù)語(yǔ)“垂直”和“水平”是與實(shí)際方向相對(duì)的定義或參考?？梢允褂脝螌踊蚨鄬涌椢铩?織物220，230用鎳基、鈷基或鐵基高溫合金或其他類(lèi)型耐高溫材料制造。例如，可使用Haynes 188或L605材料。織物220，230可以具有或不具有纏繞在織物內(nèi)的墊片240。墊片240其上可以有狹縫。狹縫可以以一定間隔設(shè)置，例如每隔1/4英寸(大概6.35毫米)左右設(shè)置。墊片240還可以是交錯(cuò)的。例如，多個(gè)具有狹縫的墊片240設(shè)置成使狹縫不會(huì)重疊。墊片240可以覆蓋織物220，230是已知的。墊片240可以用鎳基、鈷基或鐵基高溫合金或具有很好的耐磨性或抗氧化性的類(lèi)似材料制造。金屬墊片240可以彎曲在織物220，230上。金屬織物220，230具有磨損表面，同時(shí)墊片240具有密封功能。
圖5顯示了外部密封件200的另一實(shí)施例，夾層結(jié)構(gòu)織物密封件250。在該實(shí)施例中，金屬織物220，230完全或部分環(huán)繞墊片240。圖6顯示了外部密封件200的另一實(shí)施例，金屬薄片密封件260。金屬薄片265簡(jiǎn)單焊接到金屬環(huán)帶130，140并折疊(folded)到指定位置，而不用墊片240和金屬織物220，230。金屬薄片265可以完全用金屬墊片240組成。還可以使用其他結(jié)構(gòu)。
圖7表示另一實(shí)施例，內(nèi)部密封件300。內(nèi)部密封件300和外部密封件200相似，也連接于環(huán)帶130，140上。然而在此可以使用同樣的結(jié)構(gòu)。具體地說(shuō)，彎曲的織物密封件210，夾層結(jié)構(gòu)織物密封件250或金屬薄片密封件260均可使用在這里。還可以使用其他結(jié)構(gòu)。
圖8表示另一實(shí)施例，水平密封件350。水平密封件350和外部密封件200相似之處是密封件焊接也在環(huán)帶130，140上。然而，水平密封件350基本上沿著水平方向從環(huán)帶130，140向葉片110，120延伸。如上所述，水平密封件350可以有多種變形，包括彎曲的織物密封件210，夾層結(jié)構(gòu)織物密封件250和金屬薄片密封件260。還可以使用其他結(jié)構(gòu)。
使用過(guò)程中，密封件200，300，350可安裝到環(huán)帶130，140和葉片110，120的分界面。由于密封件200，300，350是柔性的，密封件200，300，350可以適應(yīng)葉片110，120中的一些尺寸變化。密封件200，300，350的柔性特性也可獲得更好的密封效果。冷卻空氣壓力一般推動(dòng)密封件200，300，350緊靠葉片110，120。因此，密封件200，300，350在高壓差時(shí)性能更優(yōu)。密封件200，300，350一般靠在葉片110，120上。因此，密封件200，300，350對(duì)葉片110，120施加最小的力。
一種可選的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括沒(méi)有金屬織物220，230的薄墊片240的使用或金屬薄片260的使用。這種設(shè)計(jì)可能不要求主動(dòng)冷卻(active cooling)?？蛇x密封件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括用具有熱絕緣涂層或類(lèi)似涂層覆蓋密封件、墊片240或織物220，230或兩者，以抵抗高溫，增加壽命。密封件，薄墊片，織物或兩者也應(yīng)該覆蓋抗磨損或抗氧化的涂層。
很明顯，上述內(nèi)容僅涉及到本發(fā)明的最佳實(shí)施例，各種可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的變換和變形均不偏離由附加權(quán)利要求及其等效范圍限定的本發(fā)明的范圍。
陶瓷基復(fù)合材料葉片密封10渦輪機(jī)20第一級(jí)30第二級(jí)40第三級(jí)100陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件110第一葉片120第二葉片130內(nèi)徑環(huán)帶140外徑環(huán)帶150支柱外殼160第一織物密封件170第二織物密封件180膜片200外部密封件210彎曲的織物密封件220垂直墊片230水平墊片240金屬織物250夾層結(jié)構(gòu)織物密封件260金屬薄片300內(nèi)部密封件350水平密封件
權(quán)利要求
1.一種陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)，包括陶瓷基復(fù)合材料葉片(110，120)；多個(gè)金屬部件(130，140，150)，其位于陶瓷基復(fù)合材料葉片(110，120)周?chē)?；和多個(gè)金屬密封件(200，300，350)，其位于陶瓷基復(fù)合材料葉片(110，120)與一個(gè)或多個(gè)金屬部件(130，140，150)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)，其特征在于，多個(gè)金屬密封件(200，300，350)包括多個(gè)墊片(220，230)。
3.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)，其特征在于，多個(gè)金屬密封件(200，300，350)包括多個(gè)墊片(220，230)和彎曲的金屬織物(210)。
4.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)，其特征在于，多個(gè)金屬密封件(200，300，350)包括多個(gè)墊片(220，230)和金屬織物夾層結(jié)構(gòu)(250)。
5.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件，其特征在于，多個(gè)金屬密封件(200，300，350)包括金屬薄片。
6.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)，其特征在于，多個(gè)金屬密封件(200，300，350)包括柔性材料。
7.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)，其特征在于，多個(gè)金屬部件(130，140，150)包括一內(nèi)徑環(huán)帶(130)和一外部環(huán)帶(140)，其中多個(gè)金屬密封件(200，300，350)連接于內(nèi)徑環(huán)帶(130)和外部環(huán)帶(140)。
8.如權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)，其特征在于，多個(gè)金屬部件(130，140，150)包括支柱外殼(150)，其中多個(gè)金屬密封件(200，300，350)連接于支柱外殼(150)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)。陶瓷基復(fù)合材料噴嘴組件(100)包括陶瓷基復(fù)合材料葉片(110，120)，多個(gè)位于陶瓷基復(fù)合材料葉片(110，120)周?chē)慕饘俨考?130，140，150)，以及多個(gè)位于陶瓷基復(fù)合材料葉片(110，120)與一個(gè)或多個(gè)金屬部件(130，140，150)之間的金屬密封件(200，300，350)。
文檔編號(hào)F01D9/02GK101067383SQ20061006479
公開(kāi)日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者N·巴特, T·A·維爾斯, I·F·普倫蒂斯, J·格林 申請(qǐng)人:通用電氣公司