[发明专利]用于金属部件和CMC部件的连接系统、涡轮叶片固持系统及旋转部件固持系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及发电系统，更确切地说，涉及发电系统中金属部件和陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite，CMC）部件的连接系统。 

背景技术

陶瓷基复合材料（CMC）具有材料的高温性能。但是在燃气涡轮机领域中，CMC部件通常需要附接到或接合到较低温的金属燃气涡轮机部件。将已知的碳化硅CMC附接到金属部件带来的问题包括磨损、氧化（由于金属中发生离子转移）、应力集中（由箝位负载引起）、过渡到厚部分的制造，以及在CMC中打孔导致的纤维破坏。 

因此，在本领域中需要一种用于金属部件和CMC部件的连接系统、涡轮叶片固持系统和旋转部件固持系统，这种系统没有以上缺点。 

发明内容

根据本发明的一项示例性实施例，提供了一种用于连接金属部件与陶瓷基复合材料的连接系统。所述连接系统包括固持销、金属泡沫衬套、设置在所述金属部件中的第一孔隙，以及设置在陶瓷基复合材料部件中的第二孔隙。所述第一孔隙和所述第二孔隙经配置以当所述金属部件与所述陶瓷基复合材料部件接合/配合时形成通孔。所述固持销和金属泡沫衬套可操作地布置在所述通孔内，以连接所述金属部件与所述陶瓷基复合材料部件。 

其中，所述固持销的材料选自热膨胀系数大于所述陶瓷基复合材料的热膨胀系数的材料。所述固持销的热膨胀系数约等于或约大于所述金属部件的热膨胀系数。其中所述陶瓷基复合材料包含增强层，所述增强层的材料选自：金属纤维、陶瓷纤维、碳纤维及其组合。所述金属泡沫衬套的材料选自：钛、镍、铁、钴、铬，及其合金以及它们的组合。所述金属泡沫衬套的热膨胀系数约等于或约小于所述固持销的热膨胀系数。其中所述金属泡沫衬套的热膨胀系数处于所述固持销的热膨胀系数与所述陶瓷基材料部件的热膨胀系数之间。所述陶瓷基复合材料包含基体材料，所述基体材料选自SiC、SiN及其组合。所述陶瓷基复合材料部件是单块翼型和翼型区段固定座。其中所述金属部件的材料选自：钛、镍、铁、钴、铬，及其合金以及它们的组合。 

根据本发明的另一示例性实施例，提供一种涡轮叶片固持系统。所述涡轮叶片固持系统包括增强销、金属泡沫衬套、设置在翼型区段中的第一孔隙，以及设置在固定座区段（holder segment）中的第二孔隙。所述第一孔隙和所述第二孔隙形成通孔，所述通孔用于当所述翼型区段与固定座区段接合（engaged）时接收所述金属泡沫衬套和所述增强销。所述固持销和金属泡沫衬套可操作地布置在所述通孔内，以连接所述翼型区段与所述固定座区段，从而形成所述涡轮叶片固持系统。 

其中，所述固持销的材料选择自热膨胀系数大于所述陶瓷基复合材料的热膨胀系数的材料。所述翼型区段由陶瓷基复合材料制成。所述固定座区段的材料选自：钛、镍、铁、钴、铬，及其合金以及它们的组合。其中所述金属泡沫衬套的材料选自：钛、镍、铁、钴、铬，及其合金以及它们的组合。所述金属泡沫衬套的热膨胀系数约等于或小于所述固持销的热膨胀系数。 

根据本发明的另一示例性实施例，提供一种旋转部件固持系统。所述旋转部件固持系统包括固持销、设置在所述旋转部件的一部分中的第一孔隙、设置在固定座区段中的第二孔隙，以及衬套（bushing）。所述旋转部件具有第一热膨胀系数。所述固定座区段具有第二热膨胀 系数。所述衬套具有第三热膨胀系数，所述第三热膨胀系数处于所述第一热膨胀系数与所述第二热膨胀系数之间。所述第一孔隙和所述第二孔隙形成通孔，所述通孔用于当所述旋转部件与固定座区段接合时接收所述衬套和所述增强销。所述固持销和衬套有效地布置在所述通孔内，以连接所述旋转部件与所述固定座区段，从而形成所述旋转部件固持系统。 

其中，所述第二部件的第二热膨胀系数大于所述第一部件的所述第一热膨胀系数。所述衬套的所述第三热膨胀系数小于或约等于所述第二热膨胀系数。所述衬套是开孔或闭孔金属泡沫衬套。 

通过以下对优选实施例的描述并结合附图将清楚地了解本发明的其他特征和优点，附图以实例的方式说明本发明的原理。 

附图说明

图1为根据本发明的发电系统的示意图。 

图2为根据本发明的连接系统的分解透视图。 

图3为根据本发明的组装好的旋转部件连接系统的截面图。 

图4为根据本发明的部分组装好的连接系统的侧视图。 

附图中相同的参考编号尽可能始终表示相同部分。 

具体实施方式