弹簧加载且密封的陶瓷基质复合物燃烧器衬套的制作方法
【专利说明】弹簧加载且密封的陶瓷基质复合物燃烧器衬套
[0001]相关申请的交叉引用
本PCT实用申请请求享有具有美国专利申请序列号N0.61/876，586的题为“SpringLoaded and Sealed Ceramic Matrix Composite Combustor Liner，，且具有2013年9月 11日的申请日的当前未决的临时专利的优先权和权益，其全部内容通过引用而并入本文中。
技术领域
[0002]本发明大体上涉及燃气涡轮发动机。更具体而言，但不作为限制，本实施例涉及陶瓷基质复合物燃烧器衬套。
【背景技术】
[0003]典型的燃气涡轮发动机大体上拥有前端和后端，其中其若干核心或推进构件轴向地定位在前端和后端之间。空气入口或进气口在发动机的前端处。朝发动机的后端移动，依次，进气口串联流动连通地后接压缩机、燃烧室和涡轮。本领域技术人员将容易清楚的是，附加的构件也可包括在燃气涡轮发动机中，诸如，例如低压和高压压缩机，以及高压和低压涡轮。然而，这不是穷举的列表。发动机还通常具有内部轴，该内部轴沿发动机的中心纵轴线轴向地设置。内部轴连接到涡轮和空气压缩机二者，使得涡轮对空气压缩机提供旋转输入，以驱动压缩机叶片。
[0004]在操作中，空气在压缩机中加压，且在燃烧器中与燃料混合且点燃，以用于生成向下游流过涡轮级的热燃烧气体。这些涡轮级使用叶片来从燃烧气体提取能量。高压涡轮首先从燃烧器接收热燃烧气体，且包括定子喷嘴组件，定子喷嘴组件将燃烧气体向下游引导穿过从支承转子盘沿径向向外延伸的一排高压涡轮转子叶片。在多级涡轮中，第二级定子喷嘴组件定位在第一转子级叶片的下游，后面又跟着从第二支承转子盘沿径向向外延伸的一排第二级涡轮转子叶片。涡轮将燃烧气体能量转换成机械能，且驱动轴，从而转动高压压缩机。低压涡轮的一个或更多个级可机械地联接到低压或增压压缩机，以用于驱动增压压缩机且额外地驱动入口风扇。
[0005]在发动机操作效率的驱动改善中，期望的目标是提高发动机内的操作温度。然而，一个障碍是必须保持低于临界水平的材料温度限制。否则，可破坏材料或由材料形成的构件。一种有前景的材料为陶瓷基质复合物，这归因于其轻质、可成形性和在与涡轮发动机相关的极高温度下操作的能力。例如，在燃烧器开发的领域中，燃烧器必须能够满足在涡轮发动机操作温度环境中使用的设计寿命要求。陶瓷基质复合物(CMC)的使用由于其耐高温特征而是合乎需要的。为了使燃烧器衬套能够在此种恶劣温度条件中有效地操作，已实践来使用复合物，且特别是陶瓷基质复合物(CMC)材料来用于护罩节段中，因为它们具有比金属类型部分高的温度能力。然而，此种陶瓷基质复合物(CMC)具有在CMC燃烧器衬套的设计和应用期间必须考虑的机械特征。CMC材料具有与用于形成燃烧器且供燃烧器衬套连接的金属合金显著不同的热膨胀系数。因此，如果CMC构件在操作期间在一个表面上受到约束和冷却，则可形成应力集中，从而导致构件的故障。此外，振动可导致磨损以及燃烧器衬套周围的泄漏的问题，它们都导致燃烧器的低效操作。
[0006]如可由前文所见，允许在燃烧器内使用陶瓷基质复合物将是合乎需要的，以便允许更高的操作温度和更有效的燃气涡轮发动机操作，同时补偿以上操作条件和标准。
[0007]包括在说明书的背景段中的信息，包括本文中引用的任何参考文献及其任何描述或论述，仅是出于技术参考的目的而包括的，且不认为是界定本发明的范围的主题。
【发明内容】
[0008]根据本实施例，陶瓷基质复合物(CMC)燃烧器衬套由弹簧加载的夹紧或固定组件使用。组件在燃烧器衬套上提供轴向力以将衬套固持在合适的位置。此外，燃烧器衬套弹簧加载组件的使用提供了燃烧器衬套的对振动的抵抗力和改善的密封，从而导致改善的燃烧器操作。
[0009]根据一些实施例，燃气涡轮发动机的燃烧器衬套组件包括:圆顶(dome)，其具有与发动机轴线对准的中心轴线，圆顶布置在燃烧器的输入端处;第一弹簧，其配置在圆顶的径向在外位置处;外衬套固持件，其接合径向外罩，且该外衬套固持件具有配置在径向平面中以用于接收轴向力的表面；陶瓷基质复合物外燃烧器衬套，其具有靠着外衬套固持件安置的外衬套密封表面，第一弹簧相对于外衬套固持件沿轴向方向对外衬套施力；陶瓷基质复合物内燃烧器衬套，其具有内衬套密封表面且接合圆顶的径向在内表面;第二弹簧，其接合内燃烧器衬套的径向地延伸的表面，第二弹簧沿轴向方向作用以相对于圆顶来固定内燃烧器衬套。
[0010]提供本
【发明内容】
来以简化的形式介绍在下文中的【具体实施方式】中进一步描述的构想的选择。所有上文概括的特征应理解为仅是示范性的，且本实施例的许多其他特征和目标可从本文的公开内容中习得。本
【发明内容】
既不意图确定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于限制要求保护的主题的范围。因此，在未进一步阅读整个说明书、权利要求书、和与它们一同包括的附图的情况下，将不会理解到本
【发明内容】
的限制性解释。本实施例的特征、细节、功用和优点的更深入的介绍在以下书面描述中提供，在附图中例示出，且在所附权利要求中得到限定。
【附图说明】
[0011]本公开内容的上文提到的和其他特征和优点、以及获得它们的方式将变得更清楚，且将通过参照结合附图作出的实施例的以下描述来更好地理解弹簧加载的燃烧器衬套，在附图中:
图1为示范燃气涡轮发动机的侧截面图；
图2为示范燃烧器的分解等距组件；
图3为组装的示范燃烧器的侧截面图；
图4为外衬套组件的截面图；
图5为内衬套组件的截面图；
图6为外衬套组件的第一弹簧的等距视图;且，
图7为内衬套组件的第二弹簧的等距视图。
【具体实施方式】
[0012]现在将详细地参照所提供的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例是作为公开的实施例的阐释而非限制而提供的。实际上，对本领域技术人员将是显而易见的是，可在本实施例中作出各种改型和变型，而不脱离本公开内容的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的特征可与另一实施例一起使用来产生又一个实施例。因此，期望本实施例覆盖落入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
[0013]参看图1-7的弹簧加载的燃烧器衬套的各种实施例，其中衬套被相对于至少一个密封表面偏压到合适的位置。燃烧器衬套由陶瓷基质复合物形成，且密封表面由不同的材料形成，其中，所述燃烧器衬套和密封表面具有不同的热膨胀速率。然而，弹簧偏压力与生长速率的差异无关地维持燃烧器衬套与密封表面之间的密封接触。偏压的组件还维持适合的密封以用于改善性能，且抵抗与振动相关的问题。
[0014]如在本文中使用的，用语“轴向”或“轴向地”是指沿发动机纵轴线的维度。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“前”是指沿朝向发动机入口的方向移动，或者构件相比于另一构件相对更接近发动机入□。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“后”是指沿朝向发动机喷嘴的方向移动，或者构件相比于另一构件相对更接近发动机喷嘴。
[0015]如在本文中使用的，用语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵轴线与发动机外周之间延伸的维度。
[0016]首先参看图1，示出了具有发动机入口端12的燃气涡轮发动机10的示意性侧截面图，空气在发动机入口端12中进入推进器核心13，核心13大体上由高压压缩机14、燃烧器
16、和多级高压涡轮20限定。共同地，推进器核心13在操作期间提供动力。尽管燃气涡轮发动机10在航空实施例中示出，但此种实例不应当认作是限制性的，因为燃气涡轮发动机10可用于航空、发电、工业、船舶等。