本发明专利技术公开了一种陶瓷基复合材料(CMC)涡轮叶片组件、鸠尾套管和安装CMC涡轮叶片的方法。涡轮叶片组件包括转子、CMC涡轮叶片和至少一个鸠尾套管。所述转子具有带有至少一个狭槽表面的叶片狭槽。所述狭槽表面呈狭槽角。所述CMC涡轮叶片收纳于所述叶片狭槽中。所述CMC涡轮叶片包括具有至少一个根部表面的鸠尾根部。所述根部表面呈根部角。所述根部角比所述狭槽角大至少5度。所述鸠尾套管收纳于所述转子的所述叶片狭槽中。所述鸠尾套管具有接触至少一个根部表面的至少一个内表面和接触至少一个狭槽表面的至少一个外表面，以将所述CMC涡轮叶片径向保持于所述叶片狭槽中。
【技术实现步骤摘要】
陶瓷基复合材料(CMC)涡轮叶片组件、鸠尾套管和安装CMC涡轮叶片的方法
本公开涉及陶瓷基复合材料(ceramicmatrixcomposite，CMC)涡轮叶片组件。更具体地说，本专利技术的实施例涉及鸠尾套管(dovetailsleeves)和包括鸠尾套管的CMC涡轮叶片组件。
技术介绍
陶瓷基复合材料(CMC)部分的制造通常包括铺设具有已经存在的基质材料(预浸材料)的预浸复合纤维以形成部分的几何结构(预成型件)，高压灭菌且烧熔预成型件，使用熔化的基质材料浸润烧熔的预成型件，以及对预成型件进行任何机械加工或进一步处理。浸润预成型件可包括沉积来自气体混合物的陶瓷基质，热解预陶瓷聚合物，使元素进行化学反应，大体上以在925到1650℃(1700到3000°F)的范围的温度进行烧结，或电泳沉积陶瓷粉末。关于涡轮翼型件，CMC可位于金属翼梁上方以仅形成翼型件的外表面。CMC材料的实例包括但不限于碳纤维增强的碳(C/C)、碳纤维增强的碳化硅(C/SiC)、碳化硅纤维增强的碳化硅(SiC/SiC)、氧化铝纤维增强的氧化铝(Al2O3/Al2O3)或其组合。相比于单块陶瓷结构，CMC可具有增强的伸长度、断裂韧度、热冲击、动态负载能力和各向异性特性。常规CMC叶片通常仅包括一个鸠尾，所述一个鸠尾具有接触转子柄脚的两个相对压力面。因此，每个压力面所需的面积较大，且过渡到这些压力面的翼型件的倒圆角可能较大。如果倒圆角和压力面足够大，那么转子周向柄脚总长度的减少可减少到转子受损的点。另外，优选的是复合叶片的倒圆角和颈部区较大，以便维持安全操作和通常可见于颈部区中的减少的层间张力。CMC叶片是高度正交各向异性的，且从鸠尾压力接触面的弯曲会诱发试图在垂直于径向负载方向的颈部区中撬开叠层的力矩。归因于较高法向力，CMC鸠尾上的较低侧面角增加了倒圆角和层间张力(ILT)应力且增加了磨损问题，但较高的侧面角存在锁死的风险。
技术实现思路
在实施例中，陶瓷基复合材料(CMC)涡轮叶片组件包括转子、CMC涡轮叶片和至少一个鸠尾套管。所述转子具有带有至少一个狭槽表面的叶片狭槽。所述狭槽表面呈狭槽角(ataslotangle)。所述CMC涡轮叶片收纳于所述叶片狭槽中。所述CMC涡轮叶片包括具有至少一个根部表面的鸠尾根部。所述根部表面呈根部角。所述根部角比所述狭槽角大至少5度。所述鸠尾套管收纳于所述转子的所述叶片狭槽中。所述鸠尾套管具有接触至少一个根部表面的至少一个内表面和接触至少一个狭槽表面的至少一个外表面，以将所述CMC涡轮叶片径向保持于所述叶片狭槽中。在另一实施例中，鸠尾套管包括鸠尾套管的第一侧上的第一轮廓(firstcontour)和与第一侧相对的鸠尾套管的第二侧上的第二轮廓。第一轮廓包括呈外角(atanouterangle)的一对外表面。第二轮廓包括呈内角(ataninnerangle)的一对内表面，所述内角比外角大至少5度。鸠尾套管大小被设定成收纳于转子的叶片狭槽中，使得所述一对内表面接触CMC涡轮叶片的鸠尾根部的一对根部表面、且所述一对外表面接触叶片狭槽的一对狭槽表面，以将CMC涡轮叶片径向保持于叶片狭槽中。在又一实施例中，安装陶瓷基复合材料(CMC)涡轮叶片的方法包括将至少一个鸠尾套管插入到转子的叶片狭槽中，且将CMC涡轮叶片的鸠尾根部插入到鸠尾套管的鸠尾狭槽中。所述叶片狭槽具有呈狭槽角的至少一个狭槽表面。所述鸠尾根部具有呈根部角(atarootangle)的至少一个根部表面。所述根部角比所述狭槽角大至少5度。鸠尾套管具有接触根部表面的至少一个内表面和接触狭槽表面的至少一个外表面，以将CMC涡轮叶片径向保持于叶片狭槽中。本专利技术的技术方案1提供一种陶瓷基复合材料(CMC)涡轮叶片组件，其包括：转子，其具有带有至少一个狭槽表面的叶片狭槽，所述至少一个狭槽表面呈狭槽角；陶瓷基复合材料涡轮叶片，其收纳于所述叶片狭槽中，所述陶瓷基复合材料涡轮叶片包括具有至少一个根部表面的鸠尾根部，所述至少一个根部表面呈根部角，所述根部角比所述狭槽角大至少5度；以及至少一个鸠尾套管，其收纳于所述转子的所述叶片狭槽中，所述至少一个鸠尾套管具有接触所述至少一个根部表面的至少一个内表面和接触所述至少一个狭槽表面的至少一个外表面，以将所述陶瓷基复合材料涡轮叶片径向保持于所述叶片狭槽中。技术方案2.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述鸠尾套管的所述至少一个内表面呈与所述根部角互补的内角。技术方案3.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述鸠尾套管的所述至少一个外表面呈与所述狭槽角互补的外角。技术方案4.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述狭槽角为约55度或更小。技术方案5.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述根部角为约60度或更大。技术方案6.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述至少一个鸠尾套管是金属。技术方案7.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述至少一个鸠尾套管是一对鸠尾套管，所述一对鸠尾套管中的每一个接触一对所述至少一个根部表面中的一个和一对所述至少一个狭槽表面中的一个。技术方案8.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述陶瓷基复合材料涡轮叶片不直接接触所述陶瓷基复合材料涡轮叶片组件中的所述转子。技术方案9.根据技术方案1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述鸠尾套管的局部硬度沿着所述鸠尾套管的长度从所述鸠尾套管的中间朝向所述鸠尾套管的第一端部和与所述第一端部相对的所述鸠尾套管的第二端部增加。技术方案10提供一种鸠尾套管，其包括：在所述鸠尾套管的第一侧上的第一轮廓，所述第一轮廓具有呈外角的一对外表面；以及第二轮廓，其在与所述第一侧相对的所述鸠尾套管的第二侧上，所述第二轮廓具有呈内角的一对内表面，所述内角比所述外角大至少5度；其中所述鸠尾套管大小被设定成收纳于转子的叶片狭槽中，使得所述一对内表面接触陶瓷基复合材料涡轮叶片的鸠尾根部的一对根部表面、且所述一对外表面接触所述叶片狭槽的一对狭槽表面，以将所述陶瓷基复合材料涡轮叶片径向保持于所述叶片狭槽中。技术方案11.根据技术方案10所述的鸠尾套管，其中，所述外角为约55度或更小。技术方案12.根据技术方案10所述的鸠尾套管，其中，所述内角为约60度或更大。技术方案13.根据技术方案10所述的鸠尾套管，其中，所述鸠尾套管是金属。技术方案14提供一种安装陶瓷基复合材料(CMC)涡轮叶片的方法，所述方法包括：将至少一个鸠尾套管插入到转子的叶片狭槽中，所述叶片狭槽具有呈狭槽角的至少一个狭槽表面；以及将所述陶瓷基复合材料涡轮叶片的鸠尾根部插入到鸠尾套管的鸠尾狭槽中，所述鸠尾根部具有呈根部角的至少一个根部表面，所述根部角比所述狭槽角大至少5度；其中所述至少一个鸠尾套管具有接触所述至少一个根部表面的至少一个内表面和接触所述至少一个狭槽表面的至少一个外表面，以将所述陶瓷基复合材料涡轮叶片径向保持于所述叶片狭槽中。技术方案15.根据技术方案14所述的方法，其中，所述鸠尾套管的所述至少一个内表面呈与所述根部角互补的内角，且所述鸠尾套管的所述至少一个外表面呈与所述狭槽角互补的外角本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陶瓷基复合材料(CMC)涡轮叶片组件，其包括：转子，其具有带有至少一个狭槽表面的叶片狭槽，所述至少一个狭槽表面呈狭槽角；陶瓷基复合材料涡轮叶片，其收纳于所述叶片狭槽中，所述陶瓷基复合材料涡轮叶片包括具有至少一个根部表面的鸠尾根部，所述至少一个根部表面呈根部角，所述根部角比所述狭槽角大至少5度；以及至少一个鸠尾套管，其收纳于所述转子的所述叶片狭槽中，所述至少一个鸠尾套管具有接触所述至少一个根部表面的至少一个内表面和接触所述至少一个狭槽表面的至少一个外表面，以将所述陶瓷基复合材料涡轮叶片径向保持于所述叶片狭槽中。
【技术特征摘要】
2017.05.24 US 15/6040741.一种陶瓷基复合材料(CMC)涡轮叶片组件，其包括：转子，其具有带有至少一个狭槽表面的叶片狭槽，所述至少一个狭槽表面呈狭槽角；陶瓷基复合材料涡轮叶片，其收纳于所述叶片狭槽中，所述陶瓷基复合材料涡轮叶片包括具有至少一个根部表面的鸠尾根部，所述至少一个根部表面呈根部角，所述根部角比所述狭槽角大至少5度；以及至少一个鸠尾套管，其收纳于所述转子的所述叶片狭槽中，所述至少一个鸠尾套管具有接触所述至少一个根部表面的至少一个内表面和接触所述至少一个狭槽表面的至少一个外表面，以将所述陶瓷基复合材料涡轮叶片径向保持于所述叶片狭槽中。2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述鸠尾套管的所述至少一个内表面呈与所述根部角互补的内角。3.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述鸠尾套管的所述至少一个外表面呈与所述狭槽角互补的外角。4.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述狭槽角为约55度或更小。5.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料涡轮叶片组件，其中，所述根部角为约60度或更大。6.一种鸠尾套管，其包括：在所述鸠尾套管的第一侧上的第一轮廓，所述第一轮廓具有呈外角的一对外表面；以及第二轮廓，其在与所述第一侧相对的所述鸠尾套管的第二侧...
【专利技术属性】
技术研发人员：JJ基特尔森，JM德尔沃克斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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