[发明专利]在冷态下弹性保持的涡轮环组件

说明书

一种涡轮环组件，包括多个环扇区(10)，多个所述环扇区由陶瓷基复合材料制成并形成涡轮环(1)和环支承结构(3)，所述环支承结构具有第一环状凸缘(32)和第二环状凸缘(36)，每个环扇区具有突片(14、16)。每个环扇区(10)的第一突片(14)具有环状凹槽(140)，其接收第一凸缘(32)的环状突起(34)，在冷态下，在环状突起(34)与环状凹槽(140)之间存在间隙(J1)。每个环扇区(10)的第二突片(16)经由弹性保持元件(50)连接到环支承结构(3)。每个环扇区(10)的第二突片(16)包括至少一个开口(17)，该开口接收保持元件(40)与环支承结构(3)的第二环状凸缘(36)刚性连接的一部分，在冷态下，在第二突片(16)的开口(17)与保持元件(40)存在于所述开口中的部分之间存在间隙(J2)，所述保持元件由具有比形成环扇区的陶瓷基复合材料的热膨胀系数大的热膨胀系数的材料制成。

技术领域

本发明的应用领域具体是燃气轮机航空发动机的应用领域。但是，本发明适用于其它涡轮发动机，例如，工业涡轮机。

背景技术

已知陶瓷基复合(CMC)材料用于在高温下保持其机械性能，这使得它们适于构成热结构元件。

在燃气轮机航空发动机中，提高效率和减少某些污染排放导致寻求在更高温度下运行。对于完全由金属制成的涡轮环组件，有必要对组件的所有元件进行冷却，特别是对经受通常比金属材料能够承受的温度更热的很热的流的涡轮环进行冷却。由于所使用的冷却流从流过发动机的主流中获得，这种冷却对发动机的性能具有显著影响。另外，尽管会改善航空发动机的性能，但涡轮环使用金属限制了提高涡轮机内温度的可能性。

此外，金属涡轮环组件会在热流的作用下变形，从而改变与流动通道相关联的间隙，并因此改变涡轮机的性能。

这就是为什么已提出将CMC用于发动机的各种热部分的原因，特别是因为CMC具有密度比常规使用的难熔金属密度低的额外优点。

因此，在文献US2012/0027572中具体描述了将涡轮环扇区制成CMC单件。环扇区具有环状基部，所述环状基部具有内表面和外表面，所述内表面限定涡轮环内表面，从所述外表面伸出两个突片形成部，所述突片形成部使其端部与金属环支承结构中的外壳接合。

使用由CMC制成的环扇区使得能够显著减少冷却涡轮环所需的通风量。但是，保持或维持环扇区就位仍然是个问题，特别是在金属支承结构与CMC环扇区之间可能发生不同膨胀。另外，另一个问题在于，在冷热时均控制通道的形状，而不会在环扇区上产生过大应力。

发明内容

本发明寻求避免这些缺点，并且为此目的，本发明提供了一种涡轮环组件，包括多个环扇区，多个环扇区由陶瓷基复合材料制成并形成涡轮环和环支承结构，环支承结构具有第一环状凸缘和第二环状凸缘，每个环扇区具有环状基部形成部，环状基部形成部具有内表面和外表面，内表面限定涡轮环的内表面，从外表面伸出第一突片和第二突片，每个环扇区的突片保持在环支承结构的两个环状凸缘之间；涡轮环组件的特征在于，每个环扇区的第一突片在其面向环支承结构的第一环状凸缘的面内包括环状凹槽，环支承结构的第一环状凸缘在其面向每个环扇区的第一突片的面上包括环状突起，第一凸缘的环状突起接收在每个环扇区的第一突片的环状凹槽中，当冷时，在环状突起与环状凹槽之间存在间隙；其中，每个环扇区的至少第二突片通过至少一个弹性保持元件连接到环支承结构；并且其中，每个环扇区的第二突片包括至少一个开口，在开口中接收有保持元件的一部分，保持元件固定到环支承结构的第二环状凸缘，当冷时，在第二突片的开口与保持元件存在于开口中的部分之间存在间隙，所述保持元件由具有比环扇区的陶瓷基复合材料的热膨胀系数大的热膨胀系数的材料制成。