專利名稱：陶瓷渦輪罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃氣渦輪罩，本發(fā)明尤其涉及由陶瓷材料制成的陶瓷渦輪罩。
背景技術(shù)：
工業(yè)燃氣渦輪通常具有設(shè)計成不具有連接在渦輪翼面件上的流動導(dǎo)向罩的第一級渦輪部段，靜止的渦輪罩實施以下功能，即在適當?shù)沫h(huán)形區(qū)域內(nèi)保持熱燃燒氣體，因此保持流動路徑壓力，同時渦輪翼面件可適當汲取能量。該罩通過緊密地控制罩的內(nèi)表面和渦輪翼面件的尖頂之間的間隙來實施該功能。
傳統(tǒng)金屬渦輪罩具有溫度限制，該限制需要燃氣渦輪操作氣流將罩冷卻并保持在臨界溫度極限之下。此冷卻空氣源來自壓縮機的排放口，它沒有來自燃燒室的能量添加其中。但是，偏轉(zhuǎn)空氣來冷卻渦輪內(nèi)罩降低了燃氣渦輪的效率。
另外，需要相對大量的金屬內(nèi)罩，使得可以在內(nèi)罩之間獲得相對大量的膨脹間隙以便消除金屬內(nèi)罩的熱膨脹效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
用更高溫度的陶瓷內(nèi)罩代替金屬內(nèi)罩基本上降低或甚至消除了冷卻空氣流的需要。消除用冷卻空氣降低罩溫度的需要使得更多的空氣進入燃燒室并具有添加其中的燃料能量，使得渦輪部段可汲取該能量。由于此額外量的燃燒空氣，燃氣渦輪可汲取更多的能量來驅(qū)動發(fā)電機，因此產(chǎn)生更多電能并且燃氣渦輪效率更高(簡單和組合的循環(huán))。因此，用更高溫度的合成陶瓷罩代替現(xiàn)有的金屬內(nèi)罩用來消除或減少冷卻空氣的需要。
使用具有更高溫度能力的陶瓷罩可同樣使得所使用的內(nèi)罩量比現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)少。本發(fā)明可實現(xiàn)部件更少、泄漏路徑更少并且燃燒溫度能力更高。


圖1是本發(fā)明示例性實施例的截面圖；以及圖2是沿圖2-2線的局部截面圖；
圖3是圖2的周向展開的截面圖。
具體實施例方式
圖1表示沿燃氣渦輪的空氣流動方向上的合成陶瓷內(nèi)罩結(jié)構(gòu)的截面圖。使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的處理方法采用連續(xù)纖維合成陶瓷(CFCC)材料制成內(nèi)罩10。外罩12可由金屬制成。內(nèi)罩10的前和后端彎曲成離開圖1中沿內(nèi)罩10從左到右的流動路徑，同時沿流動路徑的表面形狀與現(xiàn)有通用電氣公司的“F”級燃氣渦輪第一級罩的型廓相同。
如圖2和3所示，通常多個內(nèi)罩與一外罩12相關(guān)聯(lián)。內(nèi)罩10相互疊置以便密封不使熱燃燒氣體侵入。在圖3中，例如對于每個金屬外罩12示出三個陶瓷內(nèi)罩10。但實際上本發(fā)明對于每個金屬外罩12可使用少于三個陶瓷內(nèi)罩10。外罩12在其之間具有比內(nèi)罩10大的間隙，以便允許金屬外罩12的膨脹更大。
內(nèi)罩10分別由連接到外罩12上的前后鉤件14和16固定。暴露于流動路徑的前后鉤件14和16的表面設(shè)置熱阻擋涂層(TBC)來提供隔熱。TBC的薄涂層施加在外罩12上以便用作金屬部件和CFCC部件之間的接觸區(qū)域界面。這是所需要的，從而防止由于接觸金屬離子造成的CFCC的破壞和腐蝕。
銷和彈簧結(jié)構(gòu)18保持內(nèi)罩10壓靠外罩12的前鉤件14。銷和彈簧結(jié)構(gòu)18包括金屬銷20，該銷通過外罩12和熱屏蔽件22向下到內(nèi)罩10的向前彎曲部的上表面。金屬銷20的頭部同樣進行TBC涂層以便在金屬和陶瓷表面之間提供隔離。銷和彈簧結(jié)構(gòu)18包括密封環(huán)件24，該環(huán)件的功能與自動活塞環(huán)類似以便防止熱燃燒氣體接觸彈簧結(jié)構(gòu)。需要熱屏蔽件22保護低溫合金外罩12不受熱燃燒氣體的影響。
金屬防轉(zhuǎn)銷26將內(nèi)罩10的后彎曲部夾持壓靠外罩12的后鉤件16上。防轉(zhuǎn)銷26通過外罩12和熱屏蔽件22，并安裝在內(nèi)罩10后端的頂部內(nèi)的TBC涂層凹入部中。將銷26插入該凹入部防止內(nèi)罩10的橫向(周向)運動。
緩沖彈簧和銷結(jié)構(gòu)28定位在熱屏蔽件22的中央和內(nèi)罩10之間以便提供內(nèi)罩10的緩沖。如圖2所示，緩沖彈簧和銷結(jié)構(gòu)28包括銷32、彈簧34和片狀密封件36。如圖2和3清楚所示，多個緩沖彈簧和銷組件28周向布置在內(nèi)罩10和熱屏蔽件22之間。
為清楚起見，片狀密封件36只在圖2所示。片狀密封件36與緩沖彈簧和銷結(jié)構(gòu)28相結(jié)合以便減少通過渦輪尖頂?shù)臒崛紵龤怏w量。此密封件與使用在GE空氣發(fā)動機和9/7H燃氣渦輪的類型相同。
由外罩12實施的附加功能是與來自第一級噴嘴(未示出)的軸向負載反作用并提供用于第一級噴嘴的弦鉸鏈密封件30的密封表面。弦鉸鏈密封件30將壓縮機的排放流密封不使其泄漏到氣體流中。除了形成內(nèi)罩10的前鉤件1之外，弦鉸鏈密封件30實施以下功能，即將第一級噴嘴的負載作用到外罩12上，繼而作用在外殼體上。弦鉸鏈密封件30同樣提供用于外罩12的密封表面并通過沉頭螺栓頭部緊固并固定就位(未示出)。
在本發(fā)明結(jié)合當前認為是最實用和優(yōu)選實施例進行描述的同時，將理解到本發(fā)明不局限于所披露的實施例，相反，本發(fā)明意欲將多種變型和等同結(jié)構(gòu)包含在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有多個內(nèi)罩(10)和外罩(12)的燃氣渦輪，其中所述多個內(nèi)罩(10)由陶瓷材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述陶瓷材料是連續(xù)纖維合成陶瓷。
3.如權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述多個外罩(12)由金屬制成，并且在陶瓷/金屬界面處使用熱阻擋涂層。
4.如權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪，其特征在于，每個所述多個外罩(12)具有將所述多個內(nèi)罩(10)的某一個固定到所述多個外罩(12)之一上的前和后鉤件。
5.如權(quán)利要求4所述的燃氣渦輪，其特征在于，所述前鉤件(14)和后鉤件(16)的表面涂覆有熱阻擋涂層。
6.如權(quán)利要求4所述的燃氣渦輪，其特征在于，其還包括多個銷和彈簧結(jié)構(gòu)(18)，該結(jié)構(gòu)用于保持每個所述多個陶瓷內(nèi)罩(10)壓靠所述多個外罩(12)的相應(yīng)之一的所述前鉤件(14)上。
7.如權(quán)利要求4所述的的燃氣渦輪，其特征在于，其還包括多個防轉(zhuǎn)銷(26)，該銷用于固定每個所述多個陶瓷內(nèi)罩(10)壓靠所述多個外罩(12)的相應(yīng)之一的所述后鉤件(16)上。
8.如權(quán)利要求1所述的燃氣渦輪，其特征在于，其還包括布置在每個所述多個外罩(12)內(nèi)的熱屏蔽件(22)和多個緩沖彈簧和銷結(jié)構(gòu)(28)，每個所述多個緩沖彈簧和銷結(jié)構(gòu)(28)設(shè)置在所述多個內(nèi)罩(10)之一的內(nèi)表面和所述熱屏蔽件(22)之間。
9.一種燃氣渦輪，其包括一包括前鉤件(14)和后鉤件(16)的金屬外罩(12)；一陶瓷內(nèi)罩(10)；一保持所述陶瓷內(nèi)罩(10)壓靠所述所述金屬外罩(12)的所述前鉤件(14)的銷和彈簧結(jié)構(gòu)(18)；一固定所述陶瓷內(nèi)罩(10)壓靠所述所述金屬外罩(12)的所述后鉤件(16)的防轉(zhuǎn)銷(26)；以及一固定在布置在所述金屬外罩(12)內(nèi)的熱屏蔽件(22)和所述陶瓷內(nèi)罩(10)的內(nèi)表面之間的緩沖彈簧和銷組件(28)。
10.如權(quán)利要求9所述的燃氣渦輪，其特征在于，在陶瓷/金屬界面處設(shè)置熱阻擋涂層。
全文摘要
一種具有金屬外罩(12)和陶瓷內(nèi)罩(10)的燃氣渦輪。陶瓷內(nèi)罩(10)由承載在外罩(12)上的鉤件(14，16)固定在外罩(12)上。外罩(12)上的鉤件(14，16)涂覆TBC。銷和彈簧結(jié)構(gòu)(18)設(shè)置成保持陶瓷內(nèi)罩(10)壓靠外罩(12)的前鉤件。防轉(zhuǎn)銷(26)設(shè)置成夾持陶瓷內(nèi)罩(10)的后彎曲部壓靠外罩(12)的后鉤件(16)。燃氣渦輪還包括布置在外罩(12)內(nèi)的熱屏蔽件(22)和陶瓷內(nèi)罩之間以便為內(nèi)罩(10)提供緩沖的緩沖彈簧和銷結(jié)構(gòu)(28)。
文檔編號F01D5/28GK1458393SQ0313129
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者E·L·麥克格拉斯, G·S·科爾曼, A·J·德安, M·S·施羅德爾, C·B·吉奧馬卡斯, T·R·法雷爾, K·L·帕克斯 申請人:通用電氣公司