[发明专利]用于高温应用的复合涡轮叶片

说明书

用于诸如燃气涡轮等的高温应用的复合涡轮叶片(10)具有用于将所述叶片(10)安装在转子的对应的周向组装凹槽中的根部(1)，以及连接到所述根部(1)上的翼型件(2)，其中，提供内部承载结构(3)，其延伸经过所述根部(1)的至少一部分和所述翼型件(2)的至少一部分，其中，所述内部承载结构(3)由高强度共晶陶瓷制成，并且所述翼型件(2)由陶瓷基质复合物(CMC)材料制成。

技术领域

本发明涉及用于诸如燃气涡轮或涡轮发动机的高温应用的复合涡轮叶片，其适于安装和组装在涡轮或发动机的转子或盘上，以便提供不同的涡轮级，特别是在热气路径中。

背景技术

为了提高燃气涡轮发动机的效率和性能，例如，需要可在比传统燃气涡轮更高的温度下运行的涡轮。为了满足这些运行要求，在过去提议使用所谓的超合金(例如镍基超合金)来制造涡轮叶片。但是，这些材料易于腐蚀，而且限于某个高温范围。此外，在现有技术中，已经提出了用于用例如冷却空气供应冷却高温涡轮叶片的不同方法。但是，随着温度升高，所需的冷却空气量增加，燃气涡轮的整体性能和效率降低。为了进一步提高由超合金制成的涡轮叶片的耐温能力，已经提出了陶瓷隔热涂层(TBC)。但是，对于这样的具有陶瓷涂层的涡轮叶片也存在关于高温应用的范围的限制，而且它们的制造相当复杂。

此外，在过去提出了用于高温燃气涡轮的涡轮叶片，其由陶瓷材料实现：例如，在EP 0 712 382 B1中，公开了使用共晶陶瓷纤维来制造涡轮叶片，其中，陶瓷共晶纤维用来制造陶瓷基质复合物。

US 2003/0207155 A1也描述了由陶瓷材料制成的高温涡轮叶片，其中，提供冷却导管来在燃气发动机在高温范围中运行的期间，冷却涡轮叶片。

但是，这些已知的用于高温应用的涡轮叶片都有缺点，它们需要单独的冷却器件，诸如冷却导管，或者无法实现所需的机械属性，特别是抵抗这样的涡轮叶片的一些部分或位置中的增大的负载的高强度。由陶瓷材料制成的已知涡轮叶片的另一个问题在于，它们的特征在于对异物损伤的抵抗力相当低。此外，上面描述的共晶陶瓷材料具有较低的断裂韧度，使得应用这样的陶瓷材料来实现涡轮叶片且特别是这样的叶片的翼型件受到相当大的限制。

发明内容

考虑到这些缺点，本发明的问题是提供一种用于高温应用的复合涡轮叶片，其同时结合了对抗异物损伤的高抵抗力和高断裂韧度和高耐温能力或可运行的温度范围。

借助于根据本发明实施例的复合涡轮叶片来解决此问题。

根据本发明的复合涡轮叶片具有用于安装在转子的对应的组装凹槽中的根部，以及连接到所述根部上的翼型件，其中，提供内部承载结构，其延伸经过所述根部的至少一部分和所述翼型件的至少一部分，而且其特征在于，所述内部承载结构由高强度共晶陶瓷制成，并且所述翼型件由陶瓷基质复合物(CMC)材料制成。至少在叶片的根部以及连接到根部上的翼型件的一些部分中提供所述内部承载结构。由于对内部承载结构使用高强度共晶陶瓷，涡轮叶片具有所需的提高的机械属性，以应用在这样的燃气涡轮的高温范围中。