[发明专利]由法兰支撑的涡轮机环组件

说明书

本发明涉及涡轮机环组件，其包括：由陶瓷基复合材料制成的多个环扇区(10)构成的涡轮机环(1)以及包括两个法兰(32,36)的环支撑结构(3)。环扇区(10)包括两个拉环(14，16)，拉环在环支撑结构(3)的两个环形法兰之间延伸，每个拉环包括环形槽(140；160)，环支撑结构(3)的每个法兰上的环形凸起(34；38)插入在环形槽(140；160)中。弹性元件(60；70)被插入在凸起的上壁和相应槽的上壁之间，或者凸起的下壁和相应槽的下壁之间。

背景技术

本发明的应用领域尤其涉及燃气涡轮航空发动机。不过，本发明可应用于其它涡轮发动机，例如工业涡轮机。

已知陶瓷基复合材料(CMC)在高温下保持其机械性能，使其适于制成热结构元件。

在燃气涡轮航空发动机中，提高效率并减少某些污染排放寻求在更高的温度下运行。对于完全由金属制造出的涡轮机环组件，通常在温度高于可由金属材料承受的温度的时候，必须冷却组件的所有元件，特别是经受极热流的涡轮机环。由于所使用的冷却流通过发动机从主流中提取出，这种冷却对发动机的性能有显著的影响。况且，用于涡轮机环的金属的使用限制了涡轮机中提高温度的可能性，尽管其可以提高航空发动机的性能。

这就是为什么已经设想为发动机的各个发热部分使用CMC，尤其是由于CMC表现出比常规使用的耐火金属密度更低的额外优点。

因此，文献US2012/0027572特别描述了用CMC制造单片涡轮机环扇区，所述环扇区包括环形基座，它具有限定了涡轮机环内侧面的内面，以及外表面，从外表面延伸两个拉环状部分，其端部结合在所述环支撑的金属结构壳体中。

CMC环扇区的使用能够显著减少冷却涡轮机环所需的通风量。不过，固定住环扇区的位置仍然是个问题，特别是在面对金属支撑结构和CMC环扇区之间发生的膨胀不同之时。况且，另一个问题在于由强加的运动生成的应力。此外，即便万一转子轮的叶片尖与环扇区内侧面发生接触，环扇区仍需要固定在原位。

发明内容

本发明寻求避免这些缺点，为此提出了一种涡轮机环组件，其包括多个由陶瓷基复合材料制成的环扇区形成的涡轮机环以及具有第一和第二环形法兰的环支撑结构。每个环扇区有一部分形成具有内面的环形基座，该内面限定涡轮机环内侧面，以及外面，第一和第二拉环从该外面径向延伸。每个环扇区的拉环被保持在环支撑结构的两个环形法兰之间。每个环扇区的第一和第二拉环都分别在其表面有环形槽，环形槽面向环支撑结构的第一环形法兰和第二环形法兰。每个环支撑结构的第一环形法兰和第二环形法兰都在其表面有环形凸起，该环形凸起面向一个环扇区拉环。第一法兰的环形凸起被每个环扇区的第一拉环的环形槽容纳，而第二法兰的环形凸起被每个环扇区的第二拉环的环形槽容纳。至少一个弹性元件被插在第一法兰的环形凸起和第一拉环的环形槽之间，也被插在第二法兰的环形凸起和第二拉环的环形槽之间。每个弹性元件都被插在出现在环扇区的第一拉环中槽的顶壁或者相应的第二拉环中槽的顶壁和环结构的第一法兰的环形凸起的顶壁或相应的第二法兰的环形凸起的顶壁之间。亦或每个弹性元件都被插在出现在环扇区的第一拉环中槽的底壁或者相应的第二拉环中槽的底壁和环结构的第一法兰的环形凸起的底壁或相应的第二法兰的环形凸起的底壁之间。

通过使用上面定义的环扇区的连接几何学以及通过在法兰凸起和环形扇区的拉环中的槽之间插入弹性元件，保证了即便万一在扇区和支撑结构之间发生的膨胀不同，通过保持弹性来补偿这种膨胀，环扇区仍保持原位。

在本发明的涡轮机环组件的实施方式中，每个弹性元件由在一个环形凸起和对应的槽之间安装有弹性预应力的分体式环形圈构成。

在本发明的涡轮机环组件的另一个实施方式中，每个弹性元件由至少一片呈现波纹状的刚性材料构成。在这种情况下，弹性元件可以由波纹板制成。

根据本发明的涡轮机环组件的特定特征，环支撑结构的两个环形法兰的凸起在环扇区的拉环的环形槽上施加应力，其中环支撑结构的一个法兰在涡轮机环的轴向方向上是可以弹性形变的。