[发明专利]包括可磨耗材料的蜂窝结构

说明书

各种实施方案包括具有可磨耗材料的蜂窝结构，以及将此类蜂窝结构施加到燃气涡轮发动机的钢部件以减少摩擦损伤的方法。具体实施方案包括具有多个巢室的蜂窝结构，该多个巢室中的每个巢室包括包围空隙的巢室壁，以及位于该多个巢室中的每个巢室的空隙内的可磨耗材料，该可磨耗材料包括金属合金和中空颗粒。

技术领域

本公开整体涉及蜂窝结构和可磨耗材料，并且更具体地涉及包括施加到燃气涡轮发动机的钢部件以减少摩擦损伤的可磨耗材料的蜂窝结构。

背景技术

按照惯例，在旋转电机中的移动部件和静止部件之间使用可磨耗材料，使得部件中的一个部件在可磨耗材料中切出或摩擦出凹槽。在燃气涡轮发动机中，可磨耗材料通常放置在静止壳体(例如，护罩)上，并且旋转叶片在可磨耗材料中切出/摩擦出凹槽。这允许适应热增长和叶片蠕变。然而，当燃气涡轮发动机的护罩包括不锈钢作为基础材料时，需要解决钢护罩和常规可磨耗材料之间的热膨胀系数(CTE)失配增加的问题，以便提供有效的可磨耗系统。这些常规可磨耗系统无法考虑燃气涡轮发动机的高温、大气流和易氧化环境。

发明内容

本发明公开了包括可磨耗材料的蜂窝结构以及减少对涡轮发动机的钢部件的摩擦损伤的方法。在本公开的第一方面，蜂窝结构包括：多个巢室，该多个巢室中的每个巢室包括包围空隙的巢室壁；以及位于该多个巢室中的每个巢室的空隙内的可磨耗材料，该可磨耗材料包括至少一种金属合金和多个中空颗粒，该至少一种金属合金包括钎焊合金，并且多个中空颗粒包括飞灰颗粒。

在本公开的第二方面，蜂窝结构包括：多个巢室，该多个巢室中的每个巢室包括包围空隙的巢室壁；以及位于该多个巢室中的每个巢室的空隙内的可磨耗材料，该可磨耗材料包括至少一种金属合金和多个中空颗粒，该至少一种金属合金包括MCrAlY-NiAl_x，其中M为Fe、Co和Ni中的一种或多种，并且x为20％或更大，并且多个中空颗粒包含选自氧化锌、氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铈和羟基磷灰石中的至少一种。

在本公开的第三方面，减少对涡轮发动机的至少一个钢部件的摩擦损伤的方法包括：在易于摩擦的位置将金属可磨耗物填充的蜂窝结构施加到该至少一个钢部件，该蜂窝结构包括多个巢室，该多个巢室中的每个巢室包括包围空隙的巢室壁，该金属可磨耗物包括至少一种金属合金和多个中空颗粒，并且填充该多个巢室中的每个巢室的空隙。

附图说明

从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：

图1是包括紧邻壳体/护罩的叶片的燃气涡轮发动机的一部分的示意性剖视图。

图2示意性地示出了摩擦后的叶片磨损和护罩切割。

图3示出了蜂窝结构。

应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。

具体实施方式

本公开整体涉及蜂窝结构和可磨耗材料，并且更具体地涉及包括施加到燃气涡轮发动机的钢部件以减少摩擦损伤的可磨耗材料的蜂窝结构。如上所述，当燃气涡轮发动机的护罩包括不锈钢作为基础材料时，存在钢护罩和常规可磨耗材料之间的热膨胀系数(CTE)失配增加的问题。还如上所述，除了CTE失配问题之外，这些常规可磨耗系统无法考虑燃气涡轮发动机的高温、大气流和易氧化环境。

本公开的各个方面包括具有可磨耗材料的蜂窝结构，该蜂窝结构解决了与常规不锈钢部件相关联的所述的CTE失配问题，并且使用低成本材料，同时即使在大气体流量(约1725磅/秒)下也仍然保持高温能力(≥1620℉)。本公开的附加方面包括用于减少和/或防止蜂窝结构自身氧化的方法。因此，与常规方法相比，可通过利用本公开的蜂窝结构来减少钢发动机部件的损伤(例如，摩擦损伤)和氧化。此外，对损坏和氧化的敏感性降低有助于延长利用本公开的蜂窝结构的钢发动机部件的预期寿命。