专利名称：包括陶瓷基复合材料(cmc)桥的涡轮机的制作方法
技术领域：
在文中公开的主题涉及涡轮机的领域，且更具体地，涉及将过渡件与涡轮机的涡轮部连接的陶瓷基复合材料(CMC)桥。
背景技术：
通常，燃气涡轮机发动机燃烧燃料/空气混合物，其释放热能以形成高温气体流。 该高温气体流通过热气体通道被引至涡轮部。涡轮部将来自高温气体流的热能转换成转动涡轮轴的机械能。涡轮部可被用于各种应用中，例如向泵或电力发电机提供动力。许多燃气涡轮机包括环形的燃烧器，在其内形成产生高温气体流的燃烧气体。其它涡轮机使用排列成环管式阵列的多个燃烧器。在此类涡轮机中，热气体通道包括过渡件， 其将一组燃烧器与涡轮部的第一级连接。在该组燃烧器中形成的燃烧气体通过过渡件被输送至涡轮部。
发明内容
根据本发明的一个方面，涡轮机包括涡轮部，涡轮部包括涡轮入口。过渡件包括过渡件入口和过渡件出口。陶瓷基复合材料(CMC)桥部件连接过渡件出口和涡轮入口。根据本发明的另一个方面，从涡轮机燃烧器输送燃烧气体至涡轮机的涡轮部的方法包括在涡轮机燃烧器中产生燃烧气体；将燃烧气体引入过渡件；沿着连接过渡件和涡轮部的陶瓷基复合材料(CMC)桥部件引导燃烧气体；以及从CMC桥部件将燃烧气体输入涡轮部。根据本发明的又另一个方面，涡轮机构件包括陶瓷基复合材料(CMC)桥部件，其被构造且设置成连接过渡件和涡轮机的涡轮部。根据联系附图的以下说明，这些和其它优点及特征将变得更清楚。
被认为是本发明的主题在说明书所附的权利要求中被具体地指出且被清楚地要求权利。根据联系附图的以下详细说明，本发明的前述和其它特征及优点显而易见，其中图1是包括根据一个示例性实施例的复合基材料(CMC)桥的涡轮机的局部横截面视图，复合基材料(CMC)桥包括第一和第二 CMC桥部件，其密封了在过渡件和涡轮部之间的接合处；图2是图1的第一 CMC桥部件的右下部透视图；图3是根据该示例性实施例的另一个方面的CMC桥部件的横截面侧视图；图4是根据示例性实施例的又另一个方面的CMC桥部件的横截面侧视图；以及图5是根据示例性实施例的再另一个方面的CMC桥部件的横截面侧视图。详细说明通过参考附图的示例解释了本发明的实施例和优点及特征。零部件列表
2涡轮机4涡轮部6燃烧器10过渡件12涡轮部入口14 端壁16 第一级17第一级导叶18燃烧气体19第一级叶片(下游)21轴(未显示)30过渡件入口31过渡件出口37压缩机排出空气(轴向流)40叶轮空间部分47 桥48 (CMC)54第一桥部件55第二桥部件56，59，123，170，200 主体57，60，130，172，204 外表面(54)58，61，131，173，205 内表面(54)64，66 流引导件(55)68，71，139，176，209 入口部分(54)69，72，135，177，210 出口部分(55)76 第一部77，140，180，214 第一凸缘79 第二部82第三部85第四部88第五部89，143，183，217 第二凸缘90，91，147，220 安装部件96机械紧固件98，99安装元件104，106，187，224 柔性密封件(54)115 图 3116，167，197CMC 桥部件118 扣环
4
149燕尾榫部154第一柔性密封件157第二柔性密封件166 图 4181机械紧固件185空气通道196 图 5221锁紧；滑动；接合
具体实施例方式如在该申请中使用的用语“轴向，，和“轴向地”指大致平行于涡轮机的中心纵向轴线延伸的方向和定向。如在该申请中使用的用语“径向”和“径向地”指大致正交于涡轮机的中心纵向轴线延伸的方向和定向。如在该申请中使用的用语“上游”和“下游”指相对于关于涡轮机的中心纵向轴线的轴向流动方向的方向和定向。参考图1，根据一个示例性实施例构造的涡轮机总体标示为2。涡轮机2包括涡轮部4，其通过过渡件10流体连接至燃烧器(未显示)。涡轮部4包括由端壁14限定的涡轮部入口 12。涡轮部4的第一级16布置在涡轮部入口 12的下游。第一级16包括多个导叶 (其中之一以17标示)，其将燃烧气体18引导至多个第一级叶片(其中之一以19标示)。 燃烧气体18轴向流入过渡件入口 30，经过过渡件10，且从过渡件出口 31离开进入涡轮部入口 12。在该点上，燃烧气体18在作用在叶片19上之前经过导叶17。叶片19将来自燃烧气体18的热能和动能转换成机械旋转能，其被用于转动轴(未显示)。除了燃烧气体18 之外，压缩机排出空气37从压缩机部(未显示)进入涡轮部4的叶轮空间部分40。根据一个示例性实施例，涡轮机2包括陶瓷基复合材料(CMC)桥47，其连接过渡件出口 31和涡轮部入口 12。根据该示例性实施例的一个方面，CMC桥47由碳化硅-碳化硅(SiC-SiC)复合材料、氧化物-氧化物复合材料和氮化硅复合材料中的一种或多种形成。 当然，应该理解的是也可使用各种其它CMC材料。CMC桥47包括第一 CMC桥部件M和第二 CMC桥部件55，第一 CMC桥部件M布置在过渡件出口 31和涡轮部入口 12之间的外接合处位置，第二 CMC桥部件55布置在过渡件出口 31和涡轮部入口 12之间的内接合处位置。第一 CMC桥部件M包括具有外表面57和内表面58的主体56。同样地，第二 CMC桥部件55 包括具有外表面60和内表面61的主体59。第一 CMC桥部件M包括布置在内表面58上的流引导件64。流引导件64远离端壁14引导燃烧气体18。类似地，第二 CMC桥部件55包括布置在内表面61上的流引导件 66。流引导件66远离端壁14引导燃烧气体18和/或破坏横流漩涡生成。通过此布置保护端壁14免于受损害，该损害可由暴露于燃烧气体18而导致。更具体地，进入CMC桥部件 54的入口部分68的燃烧气体经过流引导件64。流引导件64以远离端壁14的成角度的轨迹将燃烧气体18引导穿过CMC桥部件M的出口部分69。同样地，进入CMC桥部件55的入口部分71的燃烧气体经过流引导件66。流引导件66以远离端壁14的成角度的轨迹引导燃烧气体18通过CMC桥部件55的出口部分72。如在图2中最佳显示的，桥部件M包括限定第一凸缘77的第一部76。第一部76
5通向第二部79，第二部79大致垂直于第一部76。第三部82从第二部79延伸且大致平行于第一部76。大致平行于第二部79的第四部85从第三部82延伸。大致平行于第一部77 和第三部82的第五部88从第四部85延伸。第三、第四和第五部82、85和88结合以限定第二凸缘89，其将第一 CMC桥部件M连接至涡轮部4。另外，桥部件M包括第一安装部件 90和第二安装部件91，它们形成在第二凸缘89中。机械紧固件(其中之一在图1中以96 标示)穿过安装部件90、91和涡轮部4，以将第一 CMC桥部件M连接至涡轮部4。第二凸缘89还包括多个安装元件98和99，其与销(未显示)对齐以将第一 CMC桥部件M定位在涡轮部4上。最终，涡轮机2显示成包括第一柔性密封件104和第二柔性密封件106，它们构造成防止燃烧气体在过渡件出口 31和第一 CMC桥部件M以及第二 CMC桥部件55的入口部分68和71的相应入口部分之间的接合处的泄漏。现在将参考图3，其中在描述根据另一个示例性实施例构造的CMC桥部件116中， 相似标号代表在各自视图中对应的部件。如在以下变得更充分明显的是，CMC桥部件116通过布置在涡轮部入口 12处的扣环118被紧固至涡轮部4。CMC桥部件116包括主体123，其包括限定入口部分134和出口部分135的外表面130和内表面131。CMC桥部件116包括第一凸缘140和第二凸缘143，第一凸缘140布置在入口部分1；34处，第二凸缘143布置在出口部分135处。安装部件147从外表面130大致垂直地延伸。安装部件147包括燕尾榫部149，其与在扣环118上的对应结构(未单独列出)合作以将CMC桥部件116紧固至涡轮机2。如在图3中另外显示的，第一柔性密封件IM在入口部分134和过渡件出口 31之间延伸，而第二柔性密封件157在出口部分135和涡轮部入口 12之间延伸以防止压缩机排出空气绕过燃烧器且进入涡轮入口 12。现在将参考图4，其中，在描述根据另一个示例性实施例构造的CMC桥部件167中， 相似标号代表在各自视图中对应的部件。CMC桥部件167包括主体170，其包括限定入口部分176和出口部分177的外表面172和内表面173。CMC桥部件167包括布置在入口部分 176处的第一凸缘180。第一凸缘180通过机械紧固件181被紧固至过渡件出口 31。CMC 桥167还包括设置在出口部分177处的第二凸缘183。在所示的该示例性方面，过渡件10 包括布置在过渡件出口 31处的空气通道185。空气通道185引导冷却流体(例如压缩机排出空气)至第一凸缘180上以降低CMC桥部件167的温度。如在图4中另外所示，柔性密封件187在出口部分177和涡轮部入口 12之间延伸，以防止压缩机排出空气绕过燃烧器且进入涡轮入口 12。现在将参考图5，其中，在描述根据另一个示例性实施例构造的CMC桥部件197中， 相似标号在对应的视图中代表对应的部件。CMC桥部件197包括主体200，主体200包括限定了入口部分209和出口部分210的外表面204和内表面205。CMC桥部件197包括布置在入口部分209处的第一凸缘214和布置在出口部分210处的第二凸缘217。第二凸缘217 通过安装部件220被紧固至涡轮部入口 12。安装部件220包括滑动接口(未显示)，其与涡轮部4上对应的结构接合。CMC桥197还包括在入口部分209和过渡件出口 31之间延伸的柔性密封件224，以防止压缩机排出空气绕过燃烧器且进入涡轮入口 12。在这点上，应该理解的是根据示例性实施例的CMC桥提供了在过渡件/涡轮部接合处之间的密封，以便限制和/或防止压缩机排出空气进入涡轮入口。过渡件/涡轮部接合处典型地暴露于高温且从而要求冷却，以便延长构件寿命。相比之下，本发明提供够了由CMC材料形成的桥，其能够承受高温而没有劣化。通过使用根据示例性实施例的CMC桥，对于过渡件/涡轮部接合处的冷却空气流的需要被显著降低，因而增强涡轮机效率。减少的冷却流提供了另外的流，其可被用来从涡轮提取功。 尽管仅联系了有限数量的实施例描述了本发明，但应该轻易理解的是本发明并不限于此类所公开的实施例。相反，本发明可被修改以结合迄今未在文中描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的改型、变型、替代或等同装置。另外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，但应理解的是本发明的各个方面可仅包括其中一些所描述的实施例。因此， 本发明不视为由前述说明限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。
权利要求
1.一种涡轮机0)，包括涡轮部G)，其包括涡轮入口(12)；过渡件(10)，其包括过渡件入口(30)和过渡件出口(31)；以及陶瓷基复合材料(CMC)桥部件(116，167，197)，其连接所述过渡件出口(31)和所述涡轮入口(12)。
2.根据权利要求1所述的涡轮机O)，其特征在于，所述CMC桥部件(116，167，197)包括外表面(57,60,130,172,204)和内表面(58，61，131，173，205)，所述内表面(58,61,131, 173,205)具有引导燃烧气体(18)进入所述涡轮入口(12)的流引导件(64，66)。
3.根据权利要求2所述的涡轮机O)，其特征在于，所述流引导件(64，66)构造且设置成远离所述涡轮入口(12)的端壁(14)部分引导燃烧气体(18)。
4.根据权利要求1所述的涡轮机O)，其特征在于，所述CMC桥部件(116，167，197)包括主体(56，59，123，170，200)，所述主体(56，59，123，170，200)具有可操作地连接至所述过渡件(10)的入口部分(68，71，139，176，209)和可操作地连接至所述涡轮部的出口部分(69，72，135，177,210)。
5.根据权利要求4所述的涡轮机O)，其特征在于，所述CMC桥部件(116，167，197)包括围绕所述入口部分(68，71，139，176，209)延伸的第一凸缘(77，140，180，214)和围绕所述出口部分(69，72，135，177，210)延伸的第二凸缘(89，143，183，217)。
6.根据权利要求5所述的涡轮机O)，其特征在于，第一凸缘(77，140，180，214)和第二凸缘(89，143，183，217)中的一个被紧固至所述燃烧器(6)和所述涡轮部中的对应一个上。
7.根据权利要求6所述的涡轮机O)，其特征在于，所述涡轮机( 还包括布置在所述第一凸缘(77，140，180，214)和所述第二凸缘(89，143，183，217)中的另外一个与所述过渡件(10)和涡轮部(4)中的对应一个之间的密封部件(IM)。
8.根据权利要求5所述的涡轮机O)，其特征在于，所述CMC桥部件(116，167，197)包括在所述第一凸缘(77，140，180，214)和所述第二凸缘(89，143，183，217)之间从所述体 (56，59，123，170，200)径向向外突出的安装元件(98，99)。
9.根据权利要求7所述的涡轮机O)，其特征在于，所述涡轮机⑵还包括可操作地连接至所述涡轮部的扣环(118)，所述至少一个桥部件(54)通过所述安装元件(98， 99)被紧固至所述扣环(118)。
10.根据权利要求9所述的涡轮机O)，其特征在于，所述涡轮机( 还包括布置在所述第一凸缘(77，140，180，214)和所述燃烧器(6)之间的第一密封部件(154)以及布置在所述第二凸缘(89，143，183，217)和所述涡轮部(4)之间的第二密封部件(157)。
全文摘要
本发明涉及包括陶瓷基复合材料(CMC)桥的涡轮机，具体而言，一种涡轮机(2)包括涡轮部(4)，该涡轮部(4)包括涡轮入口(12)。过渡件(10)包括过渡件入口(30)和过渡件出口(31)。陶瓷基复合材料(CMC)桥部件(116，167，197)连接过渡件出口(31)和涡轮入口(12)。
文档编号F02C7/28GK102418602SQ201110291650
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月22日 优先权日2010年9月24日
发明者A·J·加西亚-克雷斯波, J·J·巴特基维奇, S·F·辛普森 申请人:通用电气公司