专利名称：陶瓷基复合材料的叶片密封件的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种燃气轮机，尤其涉及一种在燃气轮机的陶瓷基复合材料叶片和金属部件之间的密封件。
背景技术：
在燃气轮机中，气体在压缩机中增压，在燃烧室与油料混合，经点火产生热的燃烧气体向下游流入涡轮以释放能量。涡轮一般包括多个涡轮喷嘴，每个喷嘴具有多个圆周间隔的，由整体外环带和内环带支撑的喷嘴叶片。
发动机的总效率与燃烧气体的温度有关。因此，陶瓷基复合材料(“CMC”)因为其耐高温能力而被用来制作喷嘴叶片。尽管CMC叶片也许不需要冷却，但是叶片的附件，例如支柱和金属环带确实需要冷却。为了使附加损失最小和提高涡轮发动机的总效率，应该将用来冷却金属附件的冷却气体的数量减到最少。尤其是，有效的密封将使冷却空气的泄漏最少，由此提高涡轮发动机的效率。有效的密封设计也可以防止将热气吸入涡轮的金属附件部分，由此延长金属部件的寿命。
因此，需要改进CMC叶片和相关金属部件之间的密封方法。密封件最好安装容易、具有适当的使用寿命、提高效率和充分防止冷却空气的泄漏。
发明内容
本申请提供一种陶瓷基复合材料喷嘴组件。陶瓷基复合材料喷嘴包括陶瓷基复合材料叶片，多个位于陶瓷基复合材料叶片周围的金属部件，以及多个位于陶瓷基复合材料叶片和一个或多个金属部件之间的金属密封件。
金属密封件包括外部密封件，内部密封件和/或水平密封件。金属密封件包括多个垫片，织物垫片、弯曲金属垫片、薄垫片、金属织物夹层结构和/或金属薄片。金属密封件可以包含柔性材料。
金属部件包括内径环带和外径环带，金属密封件与内径环带和外径环带连接。金属部件包括支柱外壳，金属密封件可以附着于支柱外壳。陶瓷基复合材料喷嘴组件具有多个陶瓷基复合材料叶片。
本申请进一步描述了一种陶瓷基复合材料喷嘴组件。陶瓷基复合材料喷嘴组件包括陶瓷基复合材料叶片，位于陶瓷基复合材料叶片周围的内径金属环带和外径金属环带，以及多个位于陶瓷基复合材料叶片与内径金属环带和外径金属环带之间的金属密封件。金属密封件包括织物垫片，弯曲金属垫片，薄垫片，金属织物夹层结构和/或金属薄片。
本申请进一步描述了一种陶瓷基复合材料喷嘴组件。陶瓷基复合材料喷嘴组件包括陶瓷基复合材料叶片，环绕陶瓷基复合材料叶片定位的支柱外壳，以及多个位于陶瓷基复合材料叶片和支柱外壳之间的金属密封件。金属密封件包括织物垫片，弯曲金属垫片，薄垫片，金属织物夹层结构和/或金属薄片。
本领域普通技术人员结合附图和权利要求评估本发明的具体描述时，本申请的这些特征和其他特征将会变得清楚。
图1是涡轮机的横断面视图。
图2是用于二级喷嘴的陶瓷基复合材料喷嘴组件的透视图。
图3是图2所示陶瓷基复合材料喷嘴组件的分解图。
图4是本文描述的外部密封件的横断面视5是外部密封件的可选实施方式。
图6是外部密封件的另一种可选实施方式。
图7是本文描述的内部密封件的横断面视图。
图8是本文描述的水平密封件的横断面视图。
具体实施例方式
参考附图，图1表示涡轮机10，相同的数字在几幅图中表示相同元件。众所周知，涡轮机10壳体中包括多个级，在本申请中有第一级20，第二级30和第三级40。还可采用更多的级。虽然本申请主要集中在第二级30，其他级的使用本文也作了考虑。
图2和3显示了本文所述的陶瓷基复合材料喷嘴组件100。CMC材料是在市场可以得到的，包括碳化硅基体中的碳化硅纤维。在坯胎阶段初始就包含纤维和基体，一般是柔性的，直到加工或固化到最终的陶瓷状态。喷嘴组件100包括一对CMC叶片，第一叶片110和第二叶片120。喷嘴组件100可用于第二级喷嘴30或其他位置。
已知叶片110，120位于一对环带，即内径环带130和外径环带140之间。支柱外壳150位于从外径环带140到内径环带130的叶片120中。一对织物密封件，即第一套织物密封件160和第二套织物密封件170位于支柱外壳150和外径环带140之间，同时位于内径环带130的下方。CMC喷嘴组件100的内径环带130位于涡轮机10的膜片180上。
图4-6表示了外部密封件200的应用。外部密封件200位于CMC叶片110，120的末端与内径环带130和外径环带140之间。外部密封件200可焊接到环带130，140上。
外部密封件200可采用多种不同形式。图4显示的是弯曲的织物密封件210。织物密封件210包括可渗透的织物密封件，织物密封件垂直部分220和织物密封件的水平部分230。(术语“垂直”和“水平”是与实际方向相对的定义或参考。可以使用单层或多层织物。)织物220，230用镍基、钴基或铁基高温合金或其他类型耐高温材料制造。例如，可使用Haynes 188或L605材料。织物220，230可以具有或不具有缠绕在织物内的垫片240。垫片240其上可以有狭缝。狭缝可以以一定间隔设置，例如每隔1/4英寸(大概6.35毫米)左右设置。垫片240还可以是交错的。例如，多个具有狭缝的垫片240设置成使狭缝不会重叠。垫片240可以覆盖织物220，230是已知的。垫片240可以用镍基、钴基或铁基高温合金或具有很好的耐磨性或抗氧化性的类似材料制造。金属垫片240可以弯曲在织物220，230上。金属织物220，230具有磨损表面，同时垫片240具有密封功能。
图5显示了外部密封件200的另一实施例，夹层结构织物密封件250。在该实施例中，金属织物220，230完全或部分环绕垫片240。图6显示了外部密封件200的另一实施例，金属薄片密封件260。金属薄片265简单焊接到金属环带130，140并折叠(folded)到指定位置，而不用垫片240和金属织物220，230。金属薄片265可以完全用金属垫片240组成。还可以使用其他结构。
图7表示另一实施例，内部密封件300。内部密封件300和外部密封件200相似，也连接于环带130，140上。然而在此可以使用同样的结构。具体地说，弯曲的织物密封件210，夹层结构织物密封件250或金属薄片密封件260均可使用在这里。还可以使用其他结构。
图8表示另一实施例，水平密封件350。水平密封件350和外部密封件200相似之处是密封件焊接也在环带130，140上。然而，水平密封件350基本上沿着水平方向从环带130，140向叶片110，120延伸。如上所述，水平密封件350可以有多种变形，包括弯曲的织物密封件210，夹层结构织物密封件250和金属薄片密封件260。还可以使用其他结构。
使用过程中，密封件200，300，350可安装到环带130，140和叶片110，120的分界面。由于密封件200，300，350是柔性的，密封件200，300，350可以适应叶片110，120中的一些尺寸变化。密封件200，300，350的柔性特性也可获得更好的密封效果。冷却空气压力一般推动密封件200，300，350紧靠叶片110，120。因此，密封件200，300，350在高压差时性能更优。密封件200，300，350一般靠在叶片110，120上。因此，密封件200，300，350对叶片110，120施加最小的力。
一种可选的设计应当包括没有金属织物220，230的薄垫片240的使用或金属薄片260的使用。这种设计可能不要求主动冷却(active cooling)。可选密封件设计应当包括用具有热绝缘涂层或类似涂层覆盖密封件、垫片240或织物220，230或两者，以抵抗高温，增加寿命。密封件，薄垫片，织物或两者也应该覆盖抗磨损或抗氧化的涂层。
很明显，上述内容仅涉及到本发明的最佳实施例，各种可由本领域普通技术人员做出的变换和变形均不偏离由附加权利要求及其等效范围限定的本发明的范围。
陶瓷基复合材料叶片密封10涡轮机20第一级30第二级40第三级100陶瓷基复合材料喷嘴组件110第一叶片120第二叶片130内径环带140外径环带150支柱外壳160第一织物密封件170第二织物密封件180膜片200外部密封件210弯曲的织物密封件220垂直垫片230水平垫片240金属织物250夹层结构织物密封件260金属薄片300内部密封件350水平密封件
权利要求
1.一种陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)，包括陶瓷基复合材料叶片(110，120)；多个金属部件(130，140，150)，其位于陶瓷基复合材料叶片(110，120)周围；和多个金属密封件(200，300，350)，其位于陶瓷基复合材料叶片(110，120)与一个或多个金属部件(130，140，150)之间。
2.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)，其特征在于，多个金属密封件(200，300，350)包括多个垫片(220，230)。
3.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)，其特征在于，多个金属密封件(200，300，350)包括多个垫片(220，230)和弯曲的金属织物(210)。
4.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)，其特征在于，多个金属密封件(200，300，350)包括多个垫片(220，230)和金属织物夹层结构(250)。
5.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料喷嘴组件，其特征在于，多个金属密封件(200，300，350)包括金属薄片。
6.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)，其特征在于，多个金属密封件(200，300，350)包括柔性材料。
7.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)，其特征在于，多个金属部件(130，140，150)包括一内径环带(130)和一外部环带(140)，其中多个金属密封件(200，300，350)连接于内径环带(130)和外部环带(140)。
8.如权利要求1所述的陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)，其特征在于，多个金属部件(130，140，150)包括支柱外壳(150)，其中多个金属密封件(200，300，350)连接于支柱外壳(150)上。
全文摘要
本发明涉及一种陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)。陶瓷基复合材料喷嘴组件(100)包括陶瓷基复合材料叶片(110，120)，多个位于陶瓷基复合材料叶片(110，120)周围的金属部件(130，140，150)，以及多个位于陶瓷基复合材料叶片(110，120)与一个或多个金属部件(130，140，150)之间的金属密封件(200，300，350)。
文档编号F01D9/02GK101067383SQ20061006479
公开日2007年11月7日 申请日期2006年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者N·巴特, T·A·维尔斯, I·F·普伦蒂斯, J·格林 申请人:通用电气公司