[发明专利]用于燃气涡轮发动机的涡轮机轮叶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，确切地说，涉及燃气涡轮发动机使用的涡轮机轮叶技术领域。

背景技术

至少一些已知的燃气涡轮发动机包括燃烧室、连接到燃烧室下游的压缩机、涡轮机和以可旋转的方式连接在压缩机与涡轮机之间的转子组件。至少一些已知的转子组件包括转子轴、至少一个连接到转子轴的转子盘和多个连接到各转子盘并周向间隔分布的涡轮机轮叶。每个涡轮机轮叶包括从平台径向向外延伸至涡轮机壳体的翼片。

在至少一些已知涡轮机的运行过程中，压缩机压缩空气，然后空气与燃料混合并传送到燃烧室。压缩机压缩空气，然后空气与燃料混合并传送到燃烧室。得到的混合物点燃后生成热燃烧气体，然后所得的热燃烧气体传送到涡轮机。旋转的涡轮机叶片或轮叶通过涡轮机传送高温流体，例如燃烧气体。涡轮机从燃烧气体中提取能量以发动压缩机和产生有用功，产生的有用功可为负载例如发电机提供动力，或者推动飞机飞行。

至少一些已知的燃气涡轮发动机包括镍基超合金，用于制造先进的热气涡轮机叶片。这些叶片需要冷却才能承受燃烧气体的运作温度。此冷却流体使发动机不能在最有效的压力和温度状态下发电，因而有损发动机性能。由于具有耐温性能，陶瓷基复合材料(CMC)可减少或消除冷却流体。但是这些材料对任何影响都很敏感，考虑到摩擦活动，就需要加大壳体和叶片之间的叶尖间隙，这会严重伤害叶片的整体性。加大壳体和叶片之间的间隙导致叶尖泄露损失(也称为间隙损失)。

因此，通过至少一些已知涡轮机传送的燃烧气体中至少一部分在从翼片的尖端和涡轮机壳体之间传送时形成为叶尖间隙损失。此类叶尖间隙损失减少了通过主流通路传送的热燃烧气体的量，也降低了涡轮机的运作效率。

发明内容

一方面，本发明提供一种用于涡轮发动机的涡轮机轮叶。所述涡轮机轮叶包括在叶根和叶尖之间延伸的翼片。所述翼片包括外壁，所述外壁界定从叶根延伸到叶尖的腔。所述外壁包括从叶根到叶尖延伸第一距离的第一陶瓷基复合材料(CMC)基底。内壁位于所述腔内。所述内壁包括从叶根到叶尖延伸第二距离的第二CMC基底，其中所述第二距离与所述第一距离不同。

所述第一距离大于所述第二距离，因此在叶尖形成了叶尖腔，从而有利于减少流过所述叶尖的空气量。所述内壁包括位于所述第二距离处的外表面，所述外壁包括内表面，所述叶尖腔设于所述内表面和所述外表面之间。所述外壁包括压力侧和相对的吸入侧，所述压力侧和所述吸入侧在前缘和后缘之间延伸，所述内壁的所述外表面在所述压力侧和所述吸入侧之间连续延伸。所述外壁的所述内表面界定大体上呈翼形的所述叶尖腔。所述内壁包括界定内腔的内表面，所述内腔在所述内表面和所述叶根之间延伸。所述外壁包括多个第一陶瓷基复合材料板，所述内壁包括多个不同于所述第一陶瓷基复合材料板的第二陶瓷基复合材料板。所述叶根包括鸠尾榫部分。

另一方面，本发明提供一种涡轮发动机系统。所述涡轮发动机系统包括压缩机和与压缩机以流连通方式连接以获取至少一部分由压缩机排出的空气的涡轮机。转子轴以可旋转的方式连接到所述涡轮机。所述转子轴界定中线轴。多个周向间隔分布的涡轮机轮叶连接到所述转子轴。这些涡轮机轮叶中的每一个轮叶包括从叶根延伸到叶尖的翼片。所述翼片包括外壁，所述外壁界定一个从叶根延伸到叶尖的腔。所述外壁包括从叶根到叶尖延伸第一距离的第一陶瓷基复合材料(CMC)基底。内壁位于所述腔内。所述内壁包括从叶根到叶尖延伸第二距离的第二CMC基底，其中所述第二距离与所述第一距离不同。

所述第一距离大于所述第二距离，因此在叶尖形成了叶尖腔，从而有利于减少流过所述叶尖的空气量。所述内壁包括位于第二距离处的外表面，所述外壁包括内表面，所述叶尖腔设于所述内表面和所述外表面之间。所述外壁包括压力侧和相对的吸入侧，所述压力侧和所述吸入侧在前缘和后缘之间延伸，所述内壁的所述外表面在所述压力侧和所述吸入侧之间连续延伸。所述外壁的所述内表面界定大体上呈翼形的所述叶尖腔。所述内壁包括界定内腔的内表面，所述内腔在所述内表面和所述叶根之间延伸。所述外壁包括多个第一陶瓷基复合材料板，所述内壁包括多个不同于所述第一陶瓷基复合材料板的第二陶瓷基复合材料板。所述叶根包括鸠尾榫部分。