渦輪葉片組件的製作方法

2023-07-21 21:47:21

專利名稱：渦輪葉片組件的製作方法
技術領域：
本發明主題總體上涉及高溫構件，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發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：
在一種燃氣渦輪機中，熱燃燒氣體從環形的一列燃燒器流經過渡件以便沿環形熱氣體路徑流動。渦輪級典型地沿熱氣體路徑布置使得熱燃燒氣體從過渡件流經第一級噴嘴和輪葉並流經接下來的渦輪級的噴嘴和輪葉。渦輪輪葉可聯接到包括渦輪轉子的多個轉子盤上，且每個轉子盤均安裝在轉子軸上以便隨其旋轉。渦輪輪葉通常包括構造成聯接到渦輪轉子的其中一個轉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，在燃氣渦輪機運轉期間，從燃燒器流動的熱燃燒氣體被引導到翼型件上方和周圍。由此，輪葉翼型件易於由於熱致應力和應變損壞。例如，當構件經受燃氣渦輪機內一定範圍的熱-機械負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。對於由複合材料(例如，陶瓷基質複合材料)形成的渦輪輪葉尤其可能如此，因為此類渦輪輪葉不是典型地空氣冷卻並因此可能經歷遍布翼型件的高溫。因此，需要一種在燃氣渦輪機運轉期間降低翼型件內發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。

發明內容
本發明的方面和優點將在下文的描述中部分陳述，或者可從該描述變得明顯，或者可通過實施本發明而獲悉。在一方面，本發明主題公開了一種渦輪葉片組件。該渦輪葉片組件通常可包括具有根部部分和翼型件的渦輪葉片。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接到翼型件上的末梢罩蓋和在渦輪葉片內延伸的杆。該杆可包括聯接到末梢罩蓋上的第一端和聯接到根部部分上的第二端。另外，該渦輪葉片組件可包括用於將杆的第二端聯接到根部部分上的裝置。在另一方面，本發明主題公開了一種渦輪葉片組件。該渦輪葉片組件通常可包括具有根部部分和翼型件的渦輪葉片。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延伸的複合杆。該複合杆可包括在翼型件末梢處聯接到翼型件上的第一端和聯接到根部部分上的第二端。此外，複合杆的熱膨脹係數可小於或等於翼型件的熱膨脹係數。在又一方面，本發明主題公開了一種用於在構件內施加壓縮力的組件。該組件包括限定開口的附接板。該組件還包括複合杆，該複合杆具有構造成在開口處接合附接板的第一端和構造成經開口插入的第二端。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造成定位在複合杆周圍使得第一夾持表面和第二夾持表面接合複合杆的第二端。參考下文的描述和所附權利要求，本發明的這些和其它特徵、方面和優點將變得更好理解。結合在本說明書中且構成本說明書的一部分的附示了本發明的實施例，並連同描述一起用於解釋本發明的原理。


在參照附圖的說明書中針對本領域的普通技術人員陳述了本發明的完整和能夠實現的公開內容，在附圖中圖I圖示了燃氣渦輪機的一個實施例的簡化的示意圖；圖2圖示了根據本發明主題的方面的渦輪葉片組件的一個實施例的透視圖；
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件的局部放大視圖，特別圖示了壓縮杆的一部分和渦輪葉片組件的夾持板的一部分；圖6圖示了可用於形成根據本發明主題的方面的渦輪葉片組件的壓縮杆的複合層的組件的一個實施例的局部透視圖；圖7圖示了根據本發明主題的方面的用於在構件內施加壓縮力的組件的一個實施例的分解圖；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燃氣渦輪機12壓縮機14燃燒器16 渦輪18 軸20渦輪轉子22轉子盤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118吸入側
120末梢罩蓋122壓縮杆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第一複合層160第二複合層162第三複合層164第四複合層166組件168基質材料170纖維172纖維角度176中心線200組件202構件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
具體實施例方式現將詳細地參考本發明的實施例，其一個或多個實例在附圖中示出。每個實例作為本發明的解釋提供，而非本發明的限制。實際上，對於本領域的技術人員來說顯而易見的是，能夠在本發明中做出各種修改和變型而不偏離本發明的範圍或精神。例如，作為一個實施例的一部分圖示或描述的特徵能夠與另一實施例一起使用以產生再一實施例。因此，本發明旨在涵蓋如落入所附權利要求及其等價物的範圍內的此類修改和變型。總體而言，本發明主題公開了一種具有渦輪輪葉和在該渦輪輪葉內徑向地延伸的壓縮杆的渦輪葉片組件。該壓縮杆通常可構造成在輪葉的翼型件的相對端處聯接到渦輪輪葉上，以便在燃氣渦輪機運轉期間提供抵靠翼型件的壓縮力。由此，該壓縮杆可降低當翼型件以燃氣渦輪機內升高的操作速度和溫度被熱加載和機械加載時發生蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化的可能性。應了解的是，儘管本文參考燃氣渦輪機的渦輪輪葉描述本發明主題，但本公開內容通常可適用於本領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氣渦輪機的壓縮機區段內的壓縮機葉片一起使用。另外，本發明主題可適用於在其它類型的渦輪機系統例如蒸汽輪機內使用的翼型構件。參照附圖，圖I圖示了燃氣渦輪機10的示意圖。燃氣渦輪機10通常包括壓縮機區段12、布置在燃燒器區段14內的多個燃燒器(未示出)和渦輪區段16。另外，系統10可包括聯接在壓縮機區段12與渦輪區段16之間的軸18。渦輪區段16通常可包括具有多個轉子盤22 (示出了其中一個)和從每個轉子盤22徑向地向外延伸並且聯接到每個轉子盤22上以便隨其旋轉的多個渦輪輪葉24的渦輪轉子20。每個轉子盤22又均可聯接到貫穿渦輪區段16延伸的軸18的一部分上。在燃氣渦輪機10運轉期間，壓縮機區段12向燃燒器區段14的燃燒器供應壓縮空氣。空氣和燃料在每個燃燒器內混合併燃燒並且熱燃燒氣體在從燃燒器區段14到渦輪區段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提取的能量用於使轉子盤22旋轉，轉子盤22又可旋轉軸18。機械旋轉能然後可用於驅動壓縮機區段12並發電。現參見圖2，圖示了根據本發明主題的方面的適合用於所公開的燃氣渦輪機10中的渦輪葉片組件100的一個實施例的透視圖。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燃氣渦輪機10的渦輪區段16的熱燃燒氣體的徑向內邊界的大致平坦的平臺108和從平臺108徑向地向內延伸的葉根110。葉根110通常可用作用於將渦輪輪葉102聯接到渦輪轉子20的其中一個轉子盤22(僅示出了其一部分)上的附接機構。例如，在若干實施例中，每個轉子盤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可具有對應的燕尾榫形狀，以允許葉根110被接納在槽112內。然而，在其它實施例中，葉根110和/或槽112可具有允許渦輪輪葉102被聯接到轉子盤22上的任何其它合適的形狀和/或構型。
渦輪輪葉102的翼型件106通常可從平臺108徑向地向外延伸以便突出到流經渦輪區段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通常可限定空氣動力學形狀。例如，翼型件114可成形為具有構造成有利於捕集燃燒氣體的動能並將其轉換成可用的旋轉能的壓力側116和吸入側118。此外，如在圖示的實施例中所示，翼型件114通常可具有中空截面。然而，在其它實施例中，翼型件114可具有實心或大致實心的截面。應了解的是，渦輪輪葉102通常可由本領域中公知的任何合適的材料形成。然而，在本發明主題的若干實施例中，渦輪輪葉102可由複合材料例如陶瓷基質複合(CMC)材料形成。應了解的是，在若干實施例中，翼型件106和根部部分104可作為單個構件整體地形成。另外，如下文將更詳細地描述的，葉片組件100還可包括各種其它構件。例如，如圖2中所示，葉片組件100可包括構造成聯接到翼型件106上的單獨的末梢罩蓋120和構 造成在渦輪輪葉102內徑向地延伸的壓縮杆122 (僅示出了其一部分)。現參見圖3-5，圖示了根據本發明主題的方面的圖2中所示的葉片組件100的各種構件的若干視圖。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的壓縮杆122的一部分和一對夾持板124、125的一部分的一個實施例的放大視圖。一般而言，葉片組件100的末梢罩蓋120可構造成在翼型件末梢114處定位在翼型件106上方和/或周圍。例如，如圖示的實施例中所示，翼型件106可設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。在這種實施例中，末梢罩蓋120通常可包括構造成當末梢罩蓋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，當末梢罩蓋120聯接到翼型件106上時，唇緣128可擱靠在周緣126上並由其支承。然而，應了解的是，在備選實施例中，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處聯接到翼型件106上的任何其它合適的構型。另外，在若干實施例中，末梢罩蓋120通常可構造成具有與翼型件114的形狀或輪廓相對應的形狀或輪廓。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的空氣動力學輪廓相對應的空氣動力學輪廓。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的空氣動力學表面。
應了解的是，末梢罩蓋120通常可由本領域中公知的任何合適的材料形成。然而，在若干實施例中，類似於渦輪輪葉102，末梢罩蓋120可由合適的複合材料例如CMC材料形成。仍參見圖3-5，葉片組件100的壓縮杆122通常可構造成安裝在渦輪輪葉102內以便在翼型件106的相對端處牢固地錨固和/或聯接。例如，在若干實施例中，壓縮杆122可包括構造成聯接到末梢罩蓋120上的第一端130和構造成聯接到渦輪輪葉102的根部部分104上的第二端132。由此，壓縮杆122通常可沿翼型件106的全長在渦輪輪葉102內徑向地延伸，並因此在燃氣渦輪機10運轉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/或聯接壓縮杆122，壓縮杆122可提供抵靠在翼型件106上的徑向作用力，以便降低當翼型件106響應於燃氣渦輪機10內升高的溫度而熱膨脹時發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，壓縮杆122的第一端130可構造成利用任何合適的裝置抵靠在末梢罩蓋120上被錨固和/或聯接到末梢罩蓋120上。例如，在若干實施例中，末梢罩蓋120可限定具有合適尺寸的開口 134，以允許壓縮杆122被徑向地插入渦輪輪葉102內。尤其是，開口 134可尺寸設置為使得壓縮杆122的第二端132可經開口 134插入並朝渦輪輪葉102的根部部分104徑向地向內移動。在此類實施例中，壓縮杆122的第一端130通常可包括構造成當杆122經開口 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可具有圓錐形形狀並且可限定通常與凸緣136的漸縮輪廓相對應的漸縮輪廓。由此，當壓縮杆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，由於對應的漸縮輪廓，凸緣136通常可凹入末梢罩蓋120內。例如，如圖4中所示，凸緣136可凹 入末梢罩蓋120內使得壓縮杆122的第一端130與末梢罩蓋120的外表面138大致齊平。然而，應了解的是，在備選實施例中，壓縮杆122和/或末梢罩蓋120可具有允許壓縮杆122的第一端130被抵靠在末梢罩蓋120上錨固和/或聯接到末梢罩蓋120上的任何其它合適的構型。例如，在一個實施例中，凸緣136可在尺寸上大於限定在末梢罩蓋120中的開口 134，使得當壓縮杆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，根據用於形成壓縮杆122和末梢罩蓋120的具體材料，壓縮杆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杆122被旋抒到限定在末梢罩蓋120中的對應的螺孔(未不出)中。在再又一實施例中，末梢罩蓋120可與壓縮杆122整體地形成。例如，末梢罩蓋120可與壓縮杆122 —起形成，使得當末梢罩蓋120在翼型件末梢114處聯接到翼型件106上時，壓縮杆122徑向地突出到渦輪輪葉102中。另外，在若干實施例中，壓縮杆122的第二端132通常可構造成當壓縮杆122穿過末梢罩蓋120安裝時在渦輪輪葉102內徑向地向內延伸到輪葉102的根部部分104內的位置。因此，內腔140通常可被限定在根部部分104中，以接納壓縮杆122的第二端132。例如，如圖4中所示，內腔140可從平臺108在根部部分104內徑向地延伸任何合適的距離142，該距離142允許壓縮杆122被充分插入渦輪輪葉102內(即，使得壓縮杆122的第一端130被抵靠在末梢罩蓋120上接合)。在另一實施例中，內腔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，應了解的是，在其中翼型件106非中空的實施例中，內腔140也可構造成從平臺108徑向地向外延伸到末梢罩蓋120以便將壓縮杆122收納在渦輪輪葉102內。此外，如上所述，壓縮杆122的第二端132可構造成被抵靠在根部部分104上錨固和/或聯接到根部部分104上。因此，在本發明主題的若干實施例中，第二端132可穿過構造成被接納在限定在根部部分106中的通道146內的第一夾持板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，並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內並且第二夾持板125可穿過第二開口端150安裝在通道146內。此外，如圖4中所示，通道146可在通常與壓縮杆122的第二端132的徑向位置相對應的徑向位置被限定在根部部分106中。由此，當第一夾持板124和第二夾持板125被插入通道146時，壓縮杆122的第二端132可被接合在夾持板124、125之間。另外，為了協助將壓縮杆122徑向地保持並牢固地夾持在渦輪輪葉102內，每個夾持板124、125均可包括具有限定在其中的附接特徵的夾持表面152，附接特徵構造成徑向地和周向地接合形成在壓縮杆122的第二端132中的對應的附接特徵。例如，如圖5中特別示出的，在一個實施例中，一個或更多周向凹槽154可形成在壓縮杆122的第二端132中。由此，每個夾持板124、125的夾持表面152均可包括構造成在第二端132的外周界的一部分周圍延伸並接合周向凹槽154的對應的凹槽形凹部156。因此，當夾持板124、125被插入通道146內時，凹槽形凹部156可與周向凹槽154匹配和/或互鎖，從而將壓縮杆122徑向地保持在渦輪輪葉102內。在備選實施例中，應了解的是，夾持板124、125和壓縮杆122的第二端132通常可具有當夾持板124、125被插入通道146時容許壓縮杆122被徑向地保持在渦輪輪葉102內的任何其它合適的附接特徵。例如，代替周向凹槽154，壓縮杆122的第二端132可包括與 形成在壓縮杆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)。在這種實施例中，每個夾持板124、125的夾持表面152均可包括對應的圓錐形和/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杆122的第二端132。還應了解的是，通常可使用任何合適的裝置將夾持板124、125保持在通道145內。例如，在一個實施例中，蓋板(未示出)可在通道146的開口端148、150處聯接到根部部分104上，以將夾持板124、125維持在通道146內。在另一實施例中，保持銷(未示出)可穿過根部部分104插入並插入夾持板124、125，以防止板124、125從通道146退出。在更進一步的實施例中，作為對使用所公開的夾持板124、125的替代，壓縮杆122的第二端132可構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/或聯接到根部部分104上。例如，在一個實施例中，壓縮杆122的第二端132可被焊接到根部部分104上。在另一實施例中，第二端132可被攻絲，以允許壓縮杆122被旋擰到限定在根部部分104中的對應的螺孔(未示出)中。在又一實施例中，保持銷(未示出)可構造成穿過根部部分104插入以便接合壓縮杆122的第二端132。例如，第二端132可限定構造成當銷被插入根部部分104內時徑向地接合保持銷的開口、鉤部或類似的附接特徵。在又另一實施例中，壓縮杆122可構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，類似於渦輪輪葉102和末梢罩蓋120，應了解的是，壓縮杆122通常可由本領域中公知的任何合適的材料形成。然而，在若干實施例中，壓縮杆122可由複合材料例如CMC材料形成。還應了解的是，儘管本文將壓縮杆122描繪為具有大致圓形的截面形狀，但杆122通常可具有任何合適的截面形狀。例如，在備選實施例中，壓縮杆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，壓縮杆122通常可構造成在末梢罩蓋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，從而在燃氣渦輪機10運轉期間抑制蠕變和其它形式的材料張弛和/或性能退化。因此，本領域的普通技術人員應了解，壓縮杆122內的壓縮負載和/或張力通常可通過各種各樣不同的方法來提供。
例如，在一個實施例中，壓縮杆122可在安裝在渦輪輪葉102內前被預熱。因此，隨著壓縮杆122冷卻並徑向地收縮，可在壓縮杆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可在暴露於燃氣渦輪機10內的運轉溫度前被預加壓。此預加壓狀態然後可在燃氣渦輪機10運轉期間隨著渦輪輪葉102和壓縮杆122的溫度升高而被維持或甚至增加。在備選實施例中，翼型件106無需被預加壓以便在壓縮杆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可構造成使得在燃氣渦輪機10運轉期間生成壓縮力。例如，可在燃氣渦輪機10運轉期間在翼型件106與壓縮杆122之間形成熱梯度使得翼型件106承受大於杆122的熱膨脹。在若干實施例中，可通過向渦輪輪葉102內供應冷卻流體(例如來自燃氣渦輪機10的葉輪腔(未示出)的吹掃空氣)以冷卻壓縮杆122來形成熱梯度。例如，在一個特別的實施例中，限定在渦輪輪葉102中的內腔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，當翼型件106相對於較冷的壓縮杆122徑向地膨脹時可生成壓縮力。應了解的是，當壓縮杆122具有總體上等於或大於翼型件106的熱膨脹係數(CTE)的CTE時這種熱梯度的形成可能是特別有利的。在更進一步的實施例中，壓縮杆122可設計成具有小於翼型件106的CTE的CTE。因此，當此類構件的溫度在燃氣渦輪機10運轉期間升高時翼型件106可膨脹得比壓縮杆122多，從而在翼型件106與末梢罩蓋120之間生成壓縮力。例如，在若干實施例中，壓縮杆122和翼型件106可由不同的材料形成，且用於形成壓縮杆122的材料具有比用於形成渦輪輪葉102的材料低的CTE。然而，在其它實施例中，可能希望從相同材料形成壓縮杆122和翼型件106。例如，在本發明主題的一個特別的實施例中，壓縮杆122和翼型件106可由相同的複合材料例如相同的CMC材料形成。在這種實施例中，用於形成壓縮杆122的複合層158、160、162、164(圖6)的堆疊順序和纖維定向可被特別定製，以向壓縮杆122提供低於翼型件106的CTE。例如，圖6圖示了可用於形成所公開的壓縮杆122的複合層158、160、162、164的組件166的一個實施例的局部透視圖，其中外層160、162、164的部分被移除，以圖示內層158、160、162的部分。一般而言，每個複合層158、160、162、164均包括基質材料168和在基質材料168內延伸的多根單向增強纖維170。然而，在其它實施例中，複合層158、160、162、164可包括雙向或多向纖維170。另外，如圖所不，每個複合層158、160、162、164均包括限定不同的纖維角度172(相對於組件166的中心線176測量)的纖維定向。具體而言，在圖示的實施例中，第一最內複合層158包括成135度的纖維角度172定向的纖維170，第二相鄰的複合層160包括成0度的纖維角度172定向的纖維170，第三複合層162包括成90度的纖維角度172定向的纖維170，而第四最外複合層164包括成45度的纖維角度定向的纖維170。然而，應了解的是，各複合層158、160、162、16內包含的纖維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。還應了解的是，複合層158、160、162、164通常可採用向壓縮杆122提供所需的CTE的任何合適的堆疊順序來組裝。例如，在圖示的實施例中，組件160以每四個複合層158、160、162、164之後重複的纖維定向模式(135度、0度、90度、45度)堆疊。然而，在備選實施例中，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複合層158、160、162、164而僅包括具有兩種不同的纖維定向的複合層158、160、162、164。當然，本領域的技術人員應了解的是，可實現堆疊順序和纖維定向的大量不同的組合。另外，應了解的是，在更寬泛的方面，本發明主題還涉及用於對在苛刻的熱-機械環境下例如在燃氣渦輪發動機內使用的一個或更多構件施加壓縮力的組件200 (圖7和8)。例如，在一個實施例中，組件200可包括上文參考圖2-6描述的壓縮杆122、末梢罩蓋120和夾持板124、125，且因此組件200可構造成對渦輪輪葉102和/或在渦輪輪葉102內施加壓縮力。然而，在備選實施例中，組件200可構造成與各種其它合適的高溫構件一起使用以便降低此類構件內發生蠕變和/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，圖示了根據本發明主題的方面的用於對構件202和/或在構件202內施加壓縮力的組件200的另一實施例。如圖所示，組件200通常包括杆204、附接板210、第一夾持板218和第二夾持板
220。杆204通常可構造成與上文參考圖2-6所述的壓縮杆122相同或類似。因此，如圖7和8中所示，杆204可包括構造成穿過附接板210被抵靠在構件202上錨固和/或聯接到構件202上的第一端206和構造成穿過第一夾持板218和第二夾持板220被抵靠在構件202上錨固和/或聯接到構件202上的第二端208。由此，杆204可在其經受熱膨脹時對構件202施加壓縮力或夾持力，以降低發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，杆204可在構件202內被預加壓或者可設計成例如通過定製用於形成杆202的複合層(未示出)的堆疊順序和/或纖維定向而具有小於構件202的CTE的CTE。一般而言,杆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/或聯接到附接板210上。例如，在若干實施例中，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開口 212插入杆204。尤其是，如圖7和8中所示，開口 212的直徑214可選擇成使得杆204的第二端208可經開口 212插入並插入構件202。在此類實施例中，杆204的第一端206通常可包括構造成當杆204經開口 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，如圖示的實施例中所示，凸緣216可從杆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的漸縮輪廓相對應的漸縮輪廓。由此，當杆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，在備選實施例中，杆204和/或開口 212可具有允許杆204的第一端206被抵靠在附接板210上錨固和/或聯接到附接板210上的任何其它合適的構型。另外，附接板210通常可具有允許板210聯接到構件202的一部分上和/或抵靠在構件202的一部分上接合使得經杆204施加的壓縮力可被傳遞到構件202中的任何合適的構型。例如，如圖2-4中所示，在一個實施例中，附接板210可作為末梢罩蓋122構造並且可具有設計成允許板210在翼型件末梢114處聯接到渦輪輪葉102上的空氣動力學形狀。然而，在其它實施例中，應了解的是，附接板210的尺寸和/或形狀通常可根據組件200安裝在其中的構件202而變化。此外，在備選實施例中，附接板210可包括構件202的整體部分。例如，在一個實施例中，開口 212可被限定在構件202中使得杆204的第一端206構造成抵靠在構件202上直接接合。在這種實施例中，附接板210通常可包括開口 212形成在其中的構件202的部分。如上所述，杆204的第二端208通常可構造成穿過第一夾持板218和第二夾持板220被抵靠在構件202上錨固和/或聯接到構件202上。因此，應了解的是，第一夾持板218和第二夾持板220通常可具有允許夾持板218、220抵靠在構件202的一部分上接合和/或聯接到構件202的一部分上使得經杆204施加的壓縮力可被傳遞到構件202內的任何合適的構型。例如，如上文參考圖3和4所述，夾持板218、220可構造成被接納在限定在構件202內的對應的通道146 (圖3和4)內。備選地，夾持板218、220可僅構造成抵靠在構件202的外表面上接合。另外，為了協助將杆204徑向地保持並牢固地夾持在構件202內，每個夾持板218、220均可包括夾持表面222，夾持表面222具有構造成徑向地和周向地接合形成在杆204的第二端208中的對應的附接特徵的限定在其中的附接特徵。因此，在若干實施例中，向外延伸的凸緣224可形成在杆204的第二端208中。例如，如圖7和8中所示，凸緣224可從杆204向外分支以便限定漸縮輪廓。在這種實施例中，夾持板218、220的夾持表面222可包括構造成在第二端208的外周界的一部分周圍延伸並接合凸緣224的對應的漸縮凹部226。因此，當夾持板218、220定位在杆204的第二端208周圍時，凸緣224可被封罩在漸縮凹部226內，從而防止杆204在構件202內縱向移動。 在備選實施例中，應了解的是，夾持板218、220和杆204的第二端208通常可具有任何其它合適的附接特徵。例如，如上所述，第二端208可限定構造成被接納在形成在夾持板218、220中的對應的凹槽形凹部156(圖5)內的周向凹槽154(圖5)。應了解的是，杆204通常可由本領域中公知的任何合適的材料形成。然而，在若干實施例中，杆204可由複合材料例如CMC材料形成。還應了解的是，儘管本文將杆204描繪為具有大致圓形的截面形狀，但杆204通常可具有任何合適的截面形狀。例如，在備選實施例中，杆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的實例來公開本發明，並且還使本領域的任何技術人員能夠實施本發明，包括製造並利用任何裝置或系統並且執行任何所結合的方法。本發明可取得專利權的範圍通過權利要求來限定，並且可包括本領域技術人員想到的其它實例。如果此類其它實例包括並非不同於權利要求的文字語言所描述的結構元件，或者它們包括與權利要求的文字語言無實質性區別的等同結構元件，則認為此類其它實例包含在權利要求的保護範圍內。
權利要求
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)內延伸的複合杆(122)，所述複合杆(122)包括在所述翼型件末梢(114)處聯接到所述翼型件(106)上的第一端(130)和聯接到所述根部部分(104)上的第二端(132)， 其中，所述複合杆(122)的熱膨脹係數小於或等於所述翼型件(106)的熱膨脹係數。
2.根據權利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，所述渦輪葉片(102)和所述複合杆(122)由陶瓷基質複合材料形成。
3.根據權利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，所述複合杆(122)由多個複合層(158)形成，所述多個複合層(158)包括至少兩種不同的纖維定向(172)。
4.根據權利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，所述渦輪葉片組件(100)還包括在所述翼型件末梢(104)處聯接到所述翼型件(106)上的末梢罩蓋(120)，所述複合杆(122)的所述第一端(130)聯接到所述末梢罩蓋(120)上。
5.根據權利要求4所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，所述末梢罩蓋(120)限定開口(134)，所述複合杆(122)構造成經所述開口(134)徑向地插入所述渦輪葉片組件(102)中。
6.根據權利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，所述渦輪葉片組件(100)還包括用於將所述複合杆(122)的所述第二端(132)聯接到所述根部部分(104)上的裝置。
7.根據權利要求6所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，用於將所述複合杆(122)的所述第二端(132)聯接到所述根部部分(104)上的所述裝置包括構造成被接納在貫穿所述根部部分(104)限定的通道(146)內的第一夾持板(124)和第二夾持板(125)。
8.根據權利要求7所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，所述第一夾持板和第二夾持板(124，125)每一個均限定構造成當所述第一夾持板和第二夾持板(124，125)被插入所述通道(146)內時接合所述複合杆(122)的所述第二端(132)的夾持表面(152)。
9.根據權利要求8所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，凹槽(154)形成在所述複合杆(122)的所述第二端(132)中，所述夾持表面(152)包括構造成接合所述凹槽(154)的凹槽形凹部(156)。
10.根據權利要求I所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，所述複合杆(122)的熱膨脹係數小於所述翼型件(106)的熱膨脹係數。
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)處聯接到所述翼型件(106)上的末梢罩蓋(120)； 在所述渦輪葉片(102)內延伸的杆(122)，所述杆(122)包括聯接到所述末梢罩蓋(120)上的第一端(130)和聯接到所述根部部分(104)上的第二端(132);以及 用於將所述杆(122)的所述第二端(132)聯接到所述根部部分(104)上的裝置。
12.根據權利要求11所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，用於將所述杆(122)的所述第二端(132)聯接到所述根部部分(104)上的所述裝置包括構造成被接納在貫穿所述根部部分(104)限定的通道(146)內的第一夾持板(124)和第二夾持板(125)。
13.根據權利要求12所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，所述第一夾持板和第二夾持板(124，125)每一個均包括構造成當所述第一夾持板和第二夾持板(124，125)被插入所述通道(146)內時接合所述複合杆(122)的所述第二端(132)的夾持表面(152)。
14.根據權利要求13所述的渦輪葉片組件(100)，其特徵在於，凹槽(154)形成在所述複合杆(122)的所述第二端(132)中，所述夾持表面(152)包括構造成接合所述凹槽(154)的凹槽形凹部(156)。
15.一種用於在構件(202)內施加壓縮力的組件(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)的複合杆(204)，所述第一端(206)構造成在所述開口(212)處接合所述附接板(210)，所述第二端(208)構造成經所述開口(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)構造成定位在所述複合杆(204)周圍，使得所述第一夾持表面和第二夾持表面(222)接合所述複合杆(204)的所述第二端(208)。
全文摘要
公開了一種渦輪葉片組件(100)。在一個實施例中，該渦輪葉片組件(100)通常可包括具有根部部分(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)內延伸的複合杆(122)。該複合杆(122)可包括在翼型件(106)末梢處聯接到翼型件上的第一端(130)和聯接到根部部分(104)上的第二端(132)。此外，複合杆(122)的熱膨脹係數可設計成小於或等於翼型件(106)的熱膨脹係數。
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 優先權日2011年3月16日
發明者H·C·羅伯茨三世, J·M·德爾沃瓦, J·張 申請人:通用電氣公司