用于燃气涡轮发动机的制造的CMC喷嘴组件制造技术

用于燃气涡轮发动机(10)的喷嘴段组件(100)，喷嘴段组件(100)包括外带(110)、内带(160)以及外带(110)和内带(160)之间的至少一个翼型件本体(200)。翼型件本体(200)包括：外端(220)，其延伸通过外带(110)并具有与外带(110)接合的外端加强壁部分(224)；以及内端(240)，其延伸通过内带(160)并具有与内带(160)接合的内端加强壁部分(244)。外端加强壁部分(224)和内端加强壁部分(244)的厚度均大于翼型件本体(200)的中心壁部分(208)的厚度，以减小翼型件本体(200)中的应力。外带(110)、内带(160)和翼型件本体(200)是陶瓷基复合物(CMC)材料。将翼型件本体(200)直接安装到喷嘴(50)的内吊架(350)和外吊架(300)进一步降低了应力。了应力。了应力。

【技术实现步骤摘要】
用于燃气涡轮发动机的制造的CMC喷嘴组件


[0001]本说明书大体涉及用于燃气涡轮发动机的喷嘴组件，特别涉及包括陶瓷基复合物(CMC)部件和用于将CMC部件彼此接合并接合到金属部件的架构的翼型件组件。

技术介绍

[0002]至少一些已知的燃气涡轮发动机包括核心，该核心以串行流动关系具有高压压缩机、燃烧器和高压涡轮(HPT)。核心发动机可操作以生成主要气流。高压涡轮包括静止轮叶或喷嘴的环形阵列(“排”)，其将离开燃烧器的气体引导到旋转叶片或动叶中。一排喷嘴和一排叶片共同构成“级”。通常，两个或更多个级用于串行流动关系。这些部件在极高温度环境中操作，并且可通过气流冷却以确保足够的使用寿命。
[0003]HPT喷嘴通常被构造为在环形内带和外带之间延伸的翼型件形轮叶阵列，其限定通过喷嘴的主要流动路径。由于燃气涡轮发动机内的操作温度，使用具有低热膨胀系数的材料。例如，为了在这种不利的温度和压力条件下有效操作，可以使用陶瓷基复合物(CMC)材料。这些低热膨胀系数的材料比类似的金属零件具有更高的温度能力，因此，当在更高的操作温度下操作时，发动机能够以更高的发动机效率操作。然而，此类CMC材料具有在CMC的设计和应用期间必须考虑的机械特性。与金属材料相比，CMC材料具有相对较低的拉伸延展性或较低的失效应变。此外，CMC材料的热膨胀系数与用作CMC型材料的约束支撑件或吊架的金属合金显著不同。因此，如果CMC部件在操作期间在一个表面上被约束并冷却，则可能会产生应力集中，从而导致段的寿命缩短。
[0004]迄今为止，由CMC材料形成的喷嘴经历了超出CMC材料能力的局部应力，导致喷嘴的寿命缩短。已经发现应力是由于施加到喷嘴和相关联的附接特征的力矩应力、不同材料类型的零件之间的不同热生长、以及喷嘴和相关联的附接特征之间的接合部(interface)处的集中路径中的负载造成的。

技术实现思路

[0005]CMC喷嘴部件的制造已被证明是昂贵的，这可能部分是由于难以铺设和紧凑的复杂几何形状，导致高接触时间和低产量。更简单的预制件设计可以缓解这个问题；然而，必须保留喷嘴的复杂几何形状。对此的一种解决方案是分别形成翼型件本体和带部分(例如，外带和内带)，并且然后在结合操作中将翼型件本体和带部分接合以形成翼型件组件。当翼型件本体、外带和内带分别形成并组装在一起以形成翼型件组件时，翼型件本体和外带之间以及翼型件本体和内带之间的接合部成为主要的负载承载特征，以保持翼型件组件的配合和功能。在喷嘴的操作期间，翼型件本体与外带和内带之间的接合部处的局部应力会超过CMC材料的应力能力，这可能导致翼型件组件的寿命缩短。因此，对翼型件组件和喷嘴段组件的设计存在持续需求，以最小化与外带和内带的接合部处的翼型件本体上的局部应力并提高翼型件组件的寿命。
[0006]本公开通过提供一种具有外带、内带以及一个或多个翼型件本体的翼型件组件来
满足这些需求，其中每个翼型件本体包括外端加强壁部分、内端加强壁部分或两者。外端加强壁部分和内端加强壁部分可以分别定位在翼型件本体与外带和内带的接合部处，并且与翼型件本体的其余部分相比，可以各自具有更大厚度或壁厚度。外端加强壁部分和内端加强壁部分的更大厚度可降低翼型件本体与外带和内带之间的接合部处的应力，并可通过将应力集中转移远离接合部来防止在接合部处形成裂纹。
[0007]翼型件本体的外端和内端从外带和内带的突出可以使翼型件本体能够通过与外吊架和内吊架的接合而直接安装到涡轮结构构件。在操作期间，大部分应力由翼型件本体承担。因此，与通过外带和内带分别与外吊架和内吊架的接合将翼型件组件安装到涡轮结构构件相比，将翼型件本体直接安装到内吊架和外吊架可以进一步减少翼型件本体与外带和内带之间的接合部处的局部应力。
[0008]根据本文公开的一个或多个方面，一种用于燃气涡轮发动机的喷嘴段组件，该喷嘴段组件包括翼型件组件，翼型件组件具有外带、内带以及在外带和内带之间延伸的至少一个翼型件本体。至少一个翼型件本体可以包括延伸通过外带并且具有从至少一个翼型件本体的外表面突出以与外带接合的外端加强壁部分的外端。至少一个翼型件本体还可以包括延伸通过内带并且具有从至少一个翼型件本体的外表面突出以与内带接合的内端加强壁部分的内端。外端加强壁部分的厚度和内端加强壁部分的厚度可均大于至少一个翼型件本体的中心壁部分的厚度。外带、内带和至少一个翼型件本体可包括陶瓷基复合物(CMC)材料。
[0009]根据本文公开的一个或多个附加方面，一种用于燃气涡轮发动机的喷嘴段组件，该喷嘴段组件可包括内吊架、外吊架和翼型件组件。翼型件组件可以包括：外带，其包括径向向外面向的表面；内带，其包括径向向内面向的表面；以及至少一个翼型件本体，其在外带和内带之间延伸。至少一个翼型件本体可以包括延伸通过外带并从外带的径向向外面向的表面向外突出的外端。所述至少一个翼型件本体还可以包括延伸通过内带并从内带的径向向内面向的表面径向向内突出的内端。外吊架可从外带径向向外设置，并且内吊架可从内带径向向内设置。至少一个翼型件本体的外端可以与外吊架接合并且至少一个翼型件本体的内端可以与内吊架接合，以定位和约束翼型件组件。外带、内带和至少一个翼型件本体可包括陶瓷基复合物(CMC)材料。
[0010]应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都描述了各种实施例，并且旨在提供用于理解要求保护的主题的性质和特性的概述或框架。
附图说明
[0011]附图被包括以提供各种实施例的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了本文描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释要求保护的主题的原理和操作。
[0012]图1示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的燃气涡轮发动机；
[0013]图2示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的图1的燃气涡轮发动机的喷嘴环；
[0014]图3示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的图2的喷嘴环的翼型件组件的立体图；
[0015]图4示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的图2的喷嘴环的翼型件组件的另一个实施例的立体图；
[0016]图5示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的图2的喷嘴环的喷嘴段组件的分解立体图；
[0017]图6A示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的图5的喷嘴段组件的一部分的横截面视图；
[0018]图6B示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的具有穿过喷嘴段组件的翼型件本体的支柱的图5的喷嘴段组件的一部分的横截面视图；
[0019]图7A示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的图5的喷嘴段组件的翼型件本体与外带之间的接合部的一部分的横截面视图；
[0020]图7B示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的图5的喷嘴段组件的翼型件本体与内带之间的接合部的一部分的横截面视图；
[0021]图8A示意性地描绘了根据本文示出和描述的实施例的图5的喷嘴段组件的翼型件本体与外带之间的接合部的另一个实施例的一部分的横截面视图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃气涡轮发动机(10)的喷嘴段组件(100)，所述喷嘴段组件(100)包括翼型件组件(102)，其特征在于，所述翼型件组件(102)具有：外带(110)；内带(160)；以及至少一个翼型件本体(200)，所述至少一个翼型件本体(200)在所述外带(110)和所述内带(160)之间延伸，所述至少一个翼型件本体(200)包括：外端(220)，所述外端(220)延伸通过所述外带(110)并且具有从所述至少一个翼型件本体(200)的外表面(202)突出以与所述外带(110)接合的外端加强壁部分(224)；和内端(240)，所述内端(240)延伸通过所述内带(160)并且具有从所述至少一个翼型件本体(200)的所述外表面(202)突出以与所述内带(160)接合的内端加强壁部分(244)；其中：所述外端加强壁部分(224)的厚度与所述内端加强壁部分(244)的厚度均大于所述至少一个翼型件本体(200)的中心壁部分(208)的厚度；并且所述外带(110)、所述内带(160)和所述至少一个翼型件本体(200)包括陶瓷基复合物(CMC)材料。2.根据权利要求1所述的喷嘴段组件(100)，其特征在于，其中：所述至少一个翼型件本体(200)的所述外端加强壁部分(224)包括在所述外端加强壁部分(224)处从所述外表面(202)延伸出的外端凸缘(226)，所述外端凸缘(226)包括径向外表面(228)，所述径向外表面(228)抵靠所述外带(110)的径向向内面向的表面(114)的一部分，以限制所述外带(110)在径向向内的方向上相对于所述至少一个翼型件本体(200)的位置的径向移动；或所述至少一个翼型件本体(200)的所述内端加强壁部分(244)包括在所述内端加强壁部分(244)处从所述外表面(202)延伸出的内端凸缘(246)，所述内端凸缘(246)包括径向面向的表面(248)，所述径向面向的表面(248)抵靠所述内带(160)的径向向外面向的表面(162)的一部分，以限制所述内带(160)在径向向外的方向上相对于所述至少一个翼型件本体(200)的所述位置的径向移动。3.一种用于燃气涡轮发动机(10)的喷嘴段组件(100)，所述喷嘴段组件(100)包括内吊架(350)、外吊架(300)和翼型件组件(102)，其特征在于，所述翼型件组件(102)包括：外带(110)，所述外带(110)包括径向向外面向的表面(112)；内带(160)，所述内带(160)包括径向向内面向的表面(164)；至少一个翼型件本体(200)，所述至少一个翼型件本体(200)在所述外带(110)和所述内带(160)之间延伸，所述至少一个翼型件本体(200)包括：外端(220)，所述外端(220)延伸通过所述外带(110)并从所述外带(110)的所述径向向外面向的表面(112)向外突出；和内端(240)，所述内端(240)延伸通过所述内带(160)并从所述内带(160)的所述径向向内面向的表面(164)径向向内突出；其中：所述外吊架(300)从所述外带(110)径向向外设置，并且所述内吊架(350)从所述内带(160)径向向内设置；
所述至少一个翼型件本体(200)的所述外端(220)与所述外吊架(300)接合并且所述至少一个翼型件本体(200)的所述内端(240)与所述内吊架(350)接合，以定位和约束所述翼型件组件(102)；并且所述外带(110)、所述内带(160)和所述至少一个翼型件本体(200)包括陶瓷基复合物(CMC)材料。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：