具有由具有陶瓷基质和短纤维的复合材料制成的连接边缘的涡轮机部件及其制造方法技术

一种环形组件的涡轮机部件(10)，包括结构本体(11)和与结构本体成一体的连接边缘(12)。每个连接边缘包括用于接纳密封接片(30，31)的至少一个凹槽(120、121)。每个连接边缘(12)由包括纤维增强的复合材料制成，所述纤维增强由随机取向的短纤维组成，由陶瓷基质致密化所述增强。增强。增强。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有由具有陶瓷基质和短纤维的复合材料制成的连接边缘的涡轮机部件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及涡轮机或燃气涡轮部件，在这些部件之间必须借助于容纳在凹槽中的至少一个密封接片来产生密封，该凹槽存在于相邻部件的连接边缘上。
[0002]例如，本专利技术不排他地涉及一种用于涡轮机的涡轮环组件，该组件包括由陶瓷基质复合材料制成的或由金属材料制成的多个环区段以及环支撑结构。相邻环区段之间的密封由容纳在凹槽中的一个或多个密封接片产生，在区段的连接边缘中机加工出该凹槽。
[0003]环区段可以由金属材料制成。由于在操作中环遇到的高温，热点位于由环区段之间的接片所产生的密封区域中。因此，在这种情况下，有必要提供对涡轮机性能相对有害的专用冷却通风。
[0004]陶瓷基质复合材料或CMC因其良好的机械性能而已知，该良好的机械性能使它们适于构成结构元件，并且因它们在高温下保持这些性能的能力而已知。已经设想CMC用于航空发动机的各种热部件，特别地因为CMC的密度小于传统使用的难熔金属的密度。
[0005]特别地，在WO 2017/060604中描述了由CMC环区段制造涡轮环组件，通过由陶瓷基质致密化的三维编织(3D)所获得的纤维增强制造环区段。对于金属材料环区段，相邻环区段之间的密封由容纳在凹槽中的一个或多个密封接片产生，在区段的连接边缘中机加工出该凹槽。
[0006]虽然CMC环区段的使用使得可以显著地减少用于冷却涡轮环所需的通风，或甚至移除涡轮环所需的通风，但是包括3D编织纤维增强的CMC材料的机加工是困难的。当必须以高精度对相对大的尺寸进行这种机加工时，例如对于以上提及的、既相对深又精细的凹槽，甚至更加困难。
[0007]这些缺点还存在于其他区段化的涡轮组件中，其中用容纳在凹槽中的密封接片产生部件间的密封。
[0008]因此，需要在区段化的组件的部件之间容易地产生密封，而不必冷却密封区域。

技术实现思路

[0009]为此目的，本专利技术提出一种绕轴线延伸的环形组件的涡轮机部件，该部件包括结构本体以及与结构本体成一体的至少一个连接边缘，每个连接边缘具有用于接纳密封接片的至少一个凹槽，其特征在于，由包括纤维增强的复合材料制成每个连接边缘，由随机取向的短纤维组成所述纤维增强，通过陶瓷基质致密化所述增强。在此，“结构”应当是指本体支撑机械负载和/或传递这些力的能力。
[0010]通过为涡轮机部件提供一个或多个由陶瓷基质复合材料(能够承受高温的材料)制成的连接边缘，显著地减少或甚至消除了对部件之间的一个或多个密封区域进行冷却通风的需要。此外，一个连接边缘或多个连接边缘由陶瓷基质复合材料制成，并且具有短纤维增强，该材料更容易机加工，并且更容易产生精细且深的凹槽。这确保了更大的尺寸控制，并且因此确保了更大的密封可靠性。
[0011]根据本专利技术的涡轮机部件的特定方面，结构本体由复合材料制成，该复合材料包括纤维增强，该纤维增强由通过三维或多层编织连接在一起的多个纱线层组成，通过陶瓷基质致密化所述增强。在这种情况下，部件受益于CMC材料整体的优点(对于减小的整体质量，良好的耐热性)，同时便于制造用于密封接头的凹槽以及控制所述凹槽的尺寸。
[0012]根据本专利技术的涡轮机部件的另一个特定方面，由金属材料制成结构本体。因此，由于金属结构本体，获得具有良好机械强度的部件，同时由于由陶瓷基质复合材料和短纤维制成的连接边缘的制造，消除了在其密封区域中冷却的需要。
[0013]根据本专利技术的涡轮机部件的特定特征，该部件是绕轴线以环形方式延伸的涡轮环区段，该区段包括区段结构本体，该区段结构本体具有环形基部，该环形基部具有内部表面和外部表面，该内表面旨在当环区段被安装在环支撑结构上时限定涡轮环的内部表面，环区段的一个或多个附接部分从外部表面延伸到环支撑结构，环区段还包括在区段结构本体的圆周端部处的两个区段间连接边缘，每个区段间连接边缘旨在当环区段被安装在环支撑结构上时与圆周地相邻的环区段相对，每个区段间连接边缘具有旨在接纳密封接片的一个或多个凹槽。
[0014]根据本专利技术的涡轮机部件的另一个特定特征，部件是绕轴线以环形方式延伸的喷嘴区段，该区段包括区段结构本体，该区段结构本体具有在内部平台与外部平台之间的径向方向上以及在前缘与后缘之间的轴向方向上延伸的空气动力学轮廓，所述区段进一步包括存在于每个平台的圆周端部处的两个平台间连接边缘，每个平台间连接边缘旨在与相邻区段的平台相对，每个平台间连接边缘具有旨在接纳密封接片的一个或多个凹槽。
[0015]根据本专利技术的涡轮机部件的另一个特定特征，部件是绕轴线以环形方式延伸的涡轮叶片，该叶片包括叶片结构本体，该叶片结构本体在根部部分或内部部分与叶片顶端或外部部分之间的径向方向上以及在前缘与后缘之间的轴向方向上延伸，所述本体进一步包括至少一个平台，该涡轮叶片进一步包括在每个平台的圆周端部处的两个平台间连接边缘，每个平台间连接边缘旨在与相邻叶片的平台相对，每个平台间连接边缘具有旨在接纳密封接片的一个或多个凹槽。
[0016]本专利技术还涉及一种用于制造绕轴线延伸的环形组件的涡轮机部件的方法，该方法包括：
[0017]‑
制造结构本体，
[0018]‑
制造与由复合材料制成的结构本体成一体的至少一个连接边缘，该复合材料包括由随机取向的短纤维组成的纤维增强，通过陶瓷基质致密化所述增强，每个连接边缘具有用于接纳密封接头的至少一个凹槽，
[0019]‑
将每个连接边缘固定至结构本体。
[0020]一个或多个连接边缘由陶瓷基质复合材料制成，并且具有短纤维加强，可以容易地获得精细且深的凹槽，而无机加工困难，并且具有更大的尺寸控制。通过为涡轮机部件提供一个或多个由陶瓷基质复合材料(能够承受高温的材料)制成的连接边缘，显著地减少或甚至消除了对部件之间的一个或多个密封区域进行冷却通风的需要。
[0021]根据本专利技术方法的特定方面，结构本体的制造包括纤维增强的三维或多层编织，以及通过陶瓷基质致密化纤维增强。在这种情况下，部件受益于CMC材料整体的优点(对于减小的整体质量，良好的耐热性)，同时便于制造用于密封接头的凹槽以及控制所述凹槽的
尺寸。在这种情况下，通过钎焊、通过机械连接或者通过共硅化，进行每个连接边缘到结构本体的固定。
[0022]根据本专利技术的方法的特定方面，结构本体由金属材料制成。因此，由于金属结构本体，获得具有良好机械强度的部件，同时由于由陶瓷基质复合材料和短纤维制成的连接边缘的制造，消除了在其密封区域中冷却的需要。在这种情况下，通过钎焊或通过机械连接进行每个连接边缘到结构本体的固定。
附图说明
[0023]图1A是根据本专利技术的实施方式的与区段化的流动路径的部分对应的两个涡轮机部件的示意性分解透视图；
[0024]图1B是一旦组装好的图1A的两个部件的示意性透视图；
[0025]图2A是根据本专利技术的实施方式的涡轮环区段的示意性分解透视图；
[0026]图2B是一旦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种绕轴线(X)延伸的环形组件的涡轮机部件(10)，所述部件包括结构本体(11)以及与结构本体成一体的至少一个连接边缘(12)，每个连接边缘具有用于接纳密封接片(30、31)的至少一个凹槽(120、121)，其特征在于，每个连接边缘(12)由复合材料制成，所述复合材料包括由随机取向的短纤维组成的纤维增强，通过陶瓷基质致密化所述增强。2.根据权利要求1所述的部件，其中，所述结构本体(41)由复合材料制成，所述复合材料包括纤维增强，所述纤维增强由通过三维或多层编织连接在一起的多个纱线层组成，通过陶瓷基质致密化所述增强。3.根据权利要求1所述的部件，其中，所述结构本体(61)由金属材料制成。4.根据权利要求1至3中任一项所述的部件，其中，所述部件是绕轴线(X)以环形方式延伸的涡轮环区段(40)，该区段包括区段结构本体(41)，该区段结构本体具有环形基部(44)，该环形基部具有内部表面和外部表面，该内部表面旨在当环区段被安装在环支撑结构上时限定涡轮环的内部表面，环区段的一个或多个附接部分(45、46)从外部表面延伸到环支撑结构，环区段(40)进一步包括在区段结构主体(41)的圆周端部(41a、41b)处的两个区段间连接边缘(42、43)，当环区段被安装在环形支撑结构上时，每个区段间连接边缘旨在与圆周的相邻的环区段相对，每个区段间连接边缘具有一个或多个凹槽(420、421、422、430、431、432)，每个凹槽旨在接纳密封接片。5.根据权利要求1至3中任一项所述的部件，其中，所述部件是绕轴线(X)以环形方式延伸的喷嘴区段(80)，所述区段包括区段结构本体(81)，所述区段结构本体具有在内部平台(83)与外部平台(84)之间的径向方向(D
R
)上以及在前缘(82a)与后缘(82b)之间的轴向方向(D
A
)上延伸的空气动力学轮廓(82)，所述区段进一步包括在每个平台(83、84)的圆周端部(83a、83b、84a、84b)处存在的两个平台间连接边缘(830、831、840...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢西恩，
申请(专利权)人：赛峰集团陶瓷，
类型：发明
国别省市：