[发明专利]用于修补由CMC材料构造的涡轮机翼型的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及修补涡轮机翼型(airfoil，即机翼)的尖端或端帽，并且更特别地，涉及用于一种用于涡轮机翼型的基于陶瓷的尖端或端帽修补。

背景技术

在燃气涡轮机中，空气由压缩器加压然后与燃料混合，并且在燃烧器的环形阵列内点火以生成燃烧的热气体。热气体从每个燃烧器流动通过过渡件以用于沿着环形热气体路径流动。涡轮机级典型地沿着热气体路径布置，使得热气体流动通过第一级喷嘴和翼型、并且通过后续涡轮机级的喷嘴和翼型。涡轮机翼型可以固定到结构箱、或包括涡轮机转子的多个转子盘，每个转子盘安装到转子轴以用于随其旋转。

涡轮机翼型通常包括从大致平面的平台径向向外延伸的翼型、和从平台径向向内延伸以用于将翼型固定到转子盘中的一个的连接部分。某些翼型可以由陶瓷和陶瓷基质复合(CMC)材料组成以用于在存在于燃气涡轮机中的高温环境中操作。然而在翼型交付使用之后，旋转CMC翼型的尖端或端帽会受到局部损坏，原因是尖端或端帽与燃气涡轮机护罩接触、或由于外物破坏。如果CMC或陶瓷纤维暴露于湿气、或燃气涡轮机热气体路径蒸汽中的其它污染物，则对CMC翼型造成的损坏会导致二次损坏。

因而，用于修补对CMC翼型造成的损坏(尤其在尖端或端帽上)以延长翼型的工作寿命的方法将是受欢迎的。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者可以从该描述显而易见，或者可以通过本发明的实施而获悉。

本发明总体上提供了用于修补由CMC材料构造的制品的方法。根据一个示例性方法，可以用陶瓷糊剂(例如包括陶瓷粉末和粘结剂)填充位于所述制品中的腔。然后可以加热所述腔中的所述陶瓷糊剂以去除所述粘结剂，由此形成多孔陶瓷材料。然后可以将熔融的陶瓷材料加入所述多孔陶瓷材料。在一个特定实施例中，可以在涡轮机翼型的翼型中(例如在翼型的尖端或端帽上)限定所述腔。

将所述多孔陶瓷材料加热到大约100℃或更高以去除所述粘结剂。所述陶瓷糊剂基本没有陶瓷纤维；或者，所述陶瓷糊剂可以包括陶瓷纤维。所述陶瓷纤维包括碳化硅。所述陶瓷纤维涂覆有颗粒，所述颗粒包括硼、碳或它们的混合物。所述方法还包括：在加入所述熔融陶瓷材料之前将所述多孔陶瓷材料加热到大约1000℃至大约1500℃的温度。在大约1000℃至大约2000℃的温度下将所述熔融陶瓷材料加入所述多孔陶瓷材料。所述方法还包括在加入所述熔融陶瓷材料之后：冷却所述多孔陶瓷材料和熔融陶瓷材料以在所述腔中形成陶瓷补片。所述方法还包括：成形所述陶瓷补片。所述熔融陶瓷材料包括碳化硅。加热所述多孔陶瓷材料以去除所述粘结剂可以是局部地实现，或者说局部地实现加热所述多孔陶瓷材料以去除所述粘结剂。所述制品是涡轮机翼型。

例如，本发明总体上提供了用于修补由陶瓷基质复合材料构造的翼型的尖端或端帽的方法。根据一个示例性方法，可以用陶瓷糊剂(例如包括陶瓷粉末和粘结剂)填充位于所述涡轮机翼型的翼型的尖端或端帽上的腔。然后可以加热所述腔中的所述陶瓷糊剂以去除所述粘结剂，由此形成多孔陶瓷材料。然后可以将熔融的陶瓷材料(例如所述熔融陶瓷材料包括碳化硅)加入所述多孔陶瓷材料。

所述陶瓷糊剂基本没有陶瓷纤维；或者所述陶瓷糊剂可以包括陶瓷纤维。所述方法还包括：在加入所述熔融陶瓷材料之前将所述多孔陶瓷材料加热到大约1000℃至大约1500℃的温度。或者，在大约1000℃至大约2000℃的温度下将所述熔融陶瓷材料加入所述多孔陶瓷材料。

本发明也可总体上提供在涡轮机翼型的修补期间形成的中间物。所述中间物通常可以包括：包括CMC材料的翼型；在所述翼型中限定的腔；以及填充所述腔的多孔陶瓷材料。

参考以下描述和附带的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在提及附图的说明书中阐述了包括对于本领域技术人员而言是本发明的最佳模式的本发明的完整和允许公开，在附图中：

图1示出了燃气涡轮机的一个实施例的示意图；

图2示出了涡轮机翼型的一个实施例的透视图，所述涡轮机翼型具有在正常使用之后在翼型的尖端或端帽中形成的腔；

图3示出了用陶瓷粉末混合物填充图2中所示的涡轮机翼型中的腔；

图4示出了在加热如图3中所示加入的陶瓷粉末混合物之后用多孔陶瓷材料填充了图2中所示的腔的中间物；

图5示出了用熔融材料填充图4中所示的腔中的多孔陶瓷材料；以及