[发明专利]具有改进的持久性的燃气涡轮热护罩

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热保护燃气涡轮的叶片的护罩装置，护罩装置具有改进的持久性。

背景技术

燃气涡轮中的构件耐受关于温度和压力的特别强的状态使得燃气涡轮构件的材料和设计具有首要的重要性。具体而言，燃气涡轮的叶片耐受较强的操作状态，导致这些叶片随着时间磨损。为了不更换非常昂贵的叶片，每次它们变得磨损时，现有技术水平中已知的是使用保护叶片的护罩装置，这些装置能够在需要时被及时替换。

现有技术水平中已知的当前护罩装置由金属护罩构成，该金属护罩具有嵌入其中的蜂窝：典型地，这些蜂窝由薄金属层构成，具有的问题在于其在燃气涡轮的操作期间氧化，导致护罩装置更易碎。出于该原因，一些解决方案，如US 6435824 B2中公开的一种，由陶瓷材料替换金属蜂窝，诸如嵌入金属护罩中的陶瓷泡沫。由于陶瓷材料与金属材料(特别是用于燃气涡轮叶片的超级合金)之间的热失配，故在使用陶瓷材料(以泡沫或以任何其它方式)时的主要问题在于如何将其联结于构造护罩装置的金属护罩。结果在于，在这些已知的解决方案中，陶瓷材料中的高应变水平在护罩装置的加热和/或冷却期间发生，最终导致陶瓷材料的失效，并且因此导致护罩装置的失效。

针对减小由材料的热失配引起的应变的另外的解决方案已经在本领域中找到，并且是已知的：这些解决方案中的一种为包括金属护罩、在其顶部上的陶瓷层，以及金属护罩与陶瓷层之间的应变顺应层的护罩装置。然而，该应变顺应层为韧性的，并且具有有限的强度：因此，对于其中高水平的剪切(应变)应力施加于陶瓷层和应变顺应层两者的应用，发现必须在应变(剪切)顺应与强度之间折衷，这不易于实现。

用于将陶瓷材料附接于金属层的一些其它已知的解决方案为硬钎焊，或在使用陶瓷泡沫的情况下，通过渗入，如US 6435824 B2中公开的。然而，所有这些已知的解决方案呈现出的缺陷在于，陶瓷材料的任何失效要求更换整个护罩装置，这是昂贵且耗时的。已知的另一个解决方案在于通过机械夹持来固定金属层和陶瓷层：然而，该解决方案导致了积累在陶瓷层中的应力，这可导致其失效，并且因此导致整个护罩装置失效。

本发明针对解决现有技术中的上文提到的缺陷。

发明内容

本发明涉及一种用于热保护燃气涡轮的叶片的护罩装置，护罩装置具有改进的持久性。本发明的护罩装置包括陶瓷层和金属层，陶瓷层通过固定装置机械地连结于金属层。在本发明的护罩装置中，陶瓷层为磨损的部分，固定装置以如下方式设计成使得其允许陶瓷层从金属层的容易除去，以便在需要时将其替换。护罩装置以如下方式构造成使得金属层由陶瓷层热保护，因此具有最小化的退化运动。该构造允许热护罩装置具有长寿命，在燃气涡轮发动机开启期间，在需要时仅要求替换陶瓷层。

附图说明

通过参照结合附图进行时的以下详细描述，本发明的前述目的和伴随的优点中的许多将由于其变得更好理解而将变得更容易被认识到，其中：

图1a和图1b示出了根据本发明的用于热保护燃气涡轮的叶片的具有改进的持久性的护罩装置的示意图。

图2和图3示出了根据本发明的第一实施例的用于热保护燃气涡轮的叶片的具有改进的持久性的护罩装置的示意图。

图4和图5示出了根据本发明的第二实施例的用于热保护燃气涡轮的叶片的具有改进的持久性的护罩装置的示意图。

部件列表

10 护罩装置

20 固定装置

11 陶瓷层

12 金属层

13 阻挡装置

21 金属层中的凸起

22 陶瓷层中的腔

30 陶瓷层的插入移动

40 由叶片旋转产生的剪切移动

50 环境温度下的凸起与腔之间的间隙。

具体实施方式

本发明涉及具有改进的持久性的热保护燃气涡轮叶片的护罩装置10。护罩装置10包括陶瓷层11和金属层12，陶瓷层11通过固定装置20机械地连结于金属层12。固定装置20以如下方式设计成使得其允许从金属层12的陶瓷层11的容易除去，以便在需要时将其替换。金属层12由陶瓷层11热保护，因此具有最小化的退化运动，向护罩装置10提供了长寿命，在燃气涡轮发动机开启期间，在需要时仅要求交换陶瓷层11。