[发明专利]用于低延性涡轮罩的安装装置

说明书

技术领域

本发明通常涉及气体涡轮发动机，且更特别地涉及将由低延性材料制成的罩安装在这样的发动机的涡轮区段的装置和方法。

背景技术

典型的气体涡轮发动机包括涡轮机芯，该涡轮机芯具有处于串行流关系的高压压缩机、燃烧器以及高压涡轮。可以以已知的方式操作机芯来产生主级气体流。高压涡轮(也被称为气体发生器涡轮)包括从主级气体流提取能量的一个或更多转子。各个转子包括由旋转盘装载一环形列的叶片或动叶。穿过转子的流路被罩部分地限定，该罩为包围限定叶片或动叶的梢的固定结构。这些构件在极高温的环境中运行，并必须被空气流冷却以确保足够的使用寿命。典型地，从压缩机提取(抽取)用于冷却的空气。抽取空气的使用负面地影响燃料消耗率(“SFC”)并通常应该减小。

已建议以诸如陶瓷基体复合物(CMCs)的具有更佳的高温耐性的材料来代替金属罩结构。这些材料具有独特的必须在诸如罩片段的物体的设计和应用的期间考虑的机械特性。例如，与金属材料相比，CMC材料具有相对低的拉伸延性或相对低的断裂应变。而且，CMCs具有约1.5-5微英寸/英寸/°F的范围的热膨胀系数(“CTE”)，该热膨胀系数与用作针对金属罩的支撑件的商业的金属合金显著地不同。这样的金属合金典型地具有约7-10微英寸/英寸/°F的范围的CTE。

CMC罩肯定地必须位于发动机内以有效地工作。一些CMC罩已被设计成带有罩构件，通过使用金属夹紧元件而将该罩构件附连至发动机外壳。这些设计尽管对于安装和定位是有效的，但是可能需要多个紧密地隔开的螺栓。在螺栓可能产生高的弯曲应力，这有悖于针对螺栓的使用的最佳工程实践。

其他CMC罩安装设计避免了使用栓接的夹具，但是从周围的金属硬件通过CMC罩本身的箱横截面而传输高负荷。这降低了罩片段的可靠性。

由此，需要用于安装CMC及其他低延性的涡轮结构的装置，该装置使位于罩的机械负荷减小。

发明内容

本发明致力于该需求，提供了被保持器定位并保持至周围的结构的罩片段，该保持器允许罩和悬挂件之间的径向间隙。

根据本发明的一个方面，用于气体涡轮发动机的罩装置包括环形的金属悬挂件、罩片段以及保持器，该罩片段设置于悬挂件的内侧，包含低延性材料并具有由对置的前壁和后壁以及对置的内壁和外壁限定的横截面形状，壁在对置的第一端面和第二端面之间延伸，其中，内壁限定弓形的内流路表面，该保持器机械地联接至接合罩片段的悬挂件而将罩片段保持至悬挂件，并允许罩片段沿径向移动。

附图说明

结合附图并参照以下的描述，可以最佳地理解本发明，在附图中：

图1是合并了根据本发明的一方面而构造的罩安装装置的气体涡轮发动机的涡轮区段的一部分的示意性横截面图；

图2是图1示出的罩片段的示意性透视图；

图3是图2的罩片段的底视图；

图4是图3的一部分的放大图；以及

图5是图1示出的涡轮区段的一部分的正面截面图。

具体实施方式

参照附图，其中，相同的标号在各种视图中始终表示同一要素，图1描绘了涡轮的一小部分，该部分为已知类型的气体涡轮发动机的一部分。涡轮的功能是以已知的方式从来自上游燃烧器(图中未显示)的高温加压燃烧气体提取能量并将能量转化为机械功。涡轮通过轴而驱动上游压缩机(图中未显示)以将加压空气供应至燃烧器。

在此描述的原理同样地可应用至涡轮风扇、涡轮喷气机、涡轮轴发动机以及用于其他运载体或固定应用的涡轮发动机。此外，尽管涡轮罩被用作示例，但是本发明的原理可应用于至少部分地暴露至气体涡轮发动机的主燃烧气体流路的任何低延性的流路构件。

涡轮包括固定喷嘴10。该固定喷嘴10可以为单体构造或组合构造，并包括被环形的外带14包围限定的多个翼形固定涡轮静叶12。外带14限定了穿过涡轮喷嘴10的气体流的外部径向界限。外带14可以为连续的环形元件或可以被分段。

在喷嘴10的下游，存在转子盘(图中未显示)，该转子盘绕着发动机的中心轴线旋转，并装载一列翼形涡轮叶片16。布置包括多个弓形罩片段18的罩，以环绕并紧密地包围涡轮叶片16，由此，对于流经涡轮叶片16的热气体流而限定外部径向流路界限。

在涡轮叶片16的下游，存在下游固定喷嘴17。该固定喷嘴17可以为单体构造或组合构造，并包括被环形的外带21包围限定的多个翼形固定涡轮静叶19。外带21限定了穿过涡轮喷嘴17的气体流的外部径向界限。外带21可以为连续的环形元件或可以被分段。