空隙控制环组件的制作方法
【专利说明】空隙控制环组件
[0001]优先权请求
本 PCT 实用申请请求享有名称为〃Passive Control of Gas Turbine ClearancesUsing Ceramic Matrix Composites Inserts〃且具有申请日为 2013 年 6 月 11 日的序列号为61/ 833544的美国专利申请的当前未决的临时申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文中。
[0002]背景
本实施例大体上涉及一种燃气涡轮发动机。更具体而言，本实施例涉及但不限于用于设置成与燃气涡轮发动机的旋转部分上沿径向向外的区域相对或设置在该区域处的定子构件的空隙控制结构。
[0003]典型的燃气涡轮发动机大体上拥有前端和后端，其若干核心构件或推进构件沿轴向定位在其间。空气入口或进气口位于发动机的前端处。朝后端移动，按顺序，进气口随后有扇、燃烧室和涡轮。本领域的技术人员将容易了解的是，额外构件也可包括在发动机中，例如，诸如低压压缩机和高压压缩机，以及低压涡轮和高压涡轮。然而，这不是详尽的列表。
[0004]压缩机和涡轮大体上包括沿轴向成级堆叠的成排翼型件。各级均包括一排沿周向间隔开的定子静叶，以及围绕涡轮发动机的中心轴或轴线旋转的一排转子叶片。多级低压涡轮在多级高压涡轮之后，且通常通过第二轴接合到设置在用于对飞行中的飞行器供能的典型涡扇飞行器发动机构造中的压缩机上游的风扇。
[0005]定子由多个喷嘴节段形成，喷嘴节段在周向端部处邻接以形成围绕燃气涡轮发动机的轴线的完整环。各个喷嘴节段均可包括单个静叶，其通常称为单件。作为备选，喷嘴节段可以为每个节段具有两个静叶，其大体上称为双件。在第三实施例中，额外数目的静叶可设置在单个节段上。在这些实施例中，静叶在内带与外带之间延伸。
[0006]典型的燃气涡轮发动机使用高压涡轮和低压涡轮来使从高温燃烧气体的能量获取尽可能大。涡轮区段通常具有沿发动机的中心纵轴线轴向地设置的内部轴。叶片沿周向分布在转子上，引起内部轴旋转。内部轴连接到转子和空气压缩机两者上，使得涡轮提供旋转输入给空气压缩机以驱动压缩机叶片。这在操作期间对压缩机供能且随后驱动涡轮。当燃烧气体向下游流过涡轮级时，从其获得能量且燃烧气体的压力降低。
[0007]在操作中，空气在压缩机中加压且与燃烧器中的燃料相混合以用于生成向下游流过涡轮级的热燃烧气体。这些涡轮级从燃烧气体获得能量。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，其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。定子喷嘴以一定方式使热燃烧气体转向，使得相邻的下游涡轮叶片处的获取尽可能大。在两级涡轮中，第二级定子喷嘴组件定位在第一级叶片下游，随后依次为从第二支承转子盘沿径向向外延伸的一排第二级转子叶片。涡轮将燃烧气体能量转换成机械能。
[0008]在燃气涡轮发动机的此操作期间，期望的是使移动的转子构件以及与转子构件的径向外侧相对的定子构件之间的密封泄漏尽可能小。限制这些区域中的空隙改善发动机的性能。在操作期间，旋转构件和定子构件的热和机械增长上的较大差异使得难以匹配转子/定子的偏移。当相对偏移增大时，转子/定子空隙增大，允许了泄漏或增大寄生流。暂时失配也导致起飞加速期间的空隙开口。减小发动机空气流泄漏导致改善的燃料效率和减少的燃料焚烧。
[0009]将期望克服这些及其它不足，以便减小转子和定子构件之前的空隙并且降低排气温度过调。
[0010]
根据一些实施例，一种被动空隙控制限制定子构件相对于转子构件之间的热膨胀。低热膨胀系数被动空隙控制环可位于在发动机操作期间热膨胀的静止构件上或附近。控制环由诸如CMC (陶瓷基质复合物)这样具有低热膨胀系数的材料形成，且因此抑制或阻止相邻定子构件随温度升高而膨胀。限制定子构件的膨胀减小转子/定子空隙，且限制沿穿过发动机核心的流动通路的流体的寄生泄漏。
[0011]—种空隙控制环组件包括:定子构件，其设置成与燃气涡轮发动机内的转子构件相对；空隙控制环，其由单个结构形成且沿轴向延伸设置在所述定子构件的至少一部分的径向外侧；空隙控制环具有低于定子构件的至少一部分的热膨胀系数，且定子构件的所述至少一部分受限于热膨胀且受限于从转子构件的增长。
[0012]—种空隙控制环组件包括压缩机排放压力密封定子、与压缩机排放压力密封转子相对的蜂窝状耐磨件、围绕压缩机排放压力密封定子沿周向延伸的陶瓷基质复合物控制环，陶瓷基质复合物控制环为单件式结构，并且陶瓷基质复合物控制环限制压缩机排放压力密封定子的热膨胀且保持密封定子与密封转子之间紧密的密封空隙。
[0013]所有上文列出的特征应当理解为仅为示例性的，且燃气涡轮发动机中的被动空隙控制的很多特征和目的可从本文的公开内容中找到。因此，在未进一步阅读整个说明书、权利要求和其包括的附图的情况下，将理解到该概述没有限制性意义。
【附图说明】
[0014]通过连同附图参照对实施例的以下描述，这些示例性实施例的上文提到的和其它的特征和优点以及获得它们的方式将变得更清楚，且空隙控制特征将更好理解，其中:
图1为示例性燃气涡轮发动机的侧部截面视图；
图2为在压缩机排放压力密封件处的示例性对接部附近的控制环的侧部截面视图；
图3为压缩机内的示例性控制环布置；
图4为控制环的另一个示例性实施例；
图5为控制环的又一个示例性实施例；
图6为具有固持肩部布置的另一个实施例；
图7为具有在壳凸缘的径向外侧位置处的环的另一个实施例；
图8为具有多个控制包覆物的另一个实施例；
图9为具有用于与壳接合的成角度表面的控制环实施例；
图10为具有俘获静叶平台和/或壳结构的凸缘的控制环；
图11为在相邻的壳结构膨胀时闭合间隙的可动控制环的实施例；
图12为图11的备选实施例；
图13为用作叶片护罩环的控制环； 图14为用作叶片护罩环的控制环的备选实施例；
图15为控制环和集成的叶片护罩环的另一个备选实施例；
图16为具有偏置机构的备选实施例的侧部截面视图；
图17为图16的实施例的局部等距视图；
图18为具有多个偏置机构的另一个备选实施例的侧部截面视图；
图19为图18的偏置机构的个实施例的等距视图；
图20为图19的备选偏置机构的等距视图；以及，
图21为具有图19和图20的偏置机构的不意图的图18的实施例的等距视图。
[0015]详细描沐
现在将详细地参照提供的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过说明的方式提供，而不限制公开的实施例。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离本公开内容的范围或精神的情况下，可在本实施例中做出各种修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的特征可结合另一个实施例使用以产生进一步的实施例。因此，意图使本发明覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0016]参看图1-图21，绘出了具有被动空隙控制环的燃气涡轮发动机的各种实施例。控制环抑制其自身和相邻的定子硬件的热增长以避免定子构件与转子构件之间的增大间距。如本文使用的用语定子构件是指静止结构，且用语转子构件是指相对于定子构件旋转的旋转构件。
[0017]如本文使用的用语〃轴向〃或〃轴向地〃是指沿发动机的纵轴线的维度。连同〃轴向〃或〃轴向地〃使用的用语〃前〃是指沿朝发动机入口的方向移动，或构件相比于另一个构件相对地更接近发动机入口。连同〃轴向〃或〃轴向地〃使用的用语〃后〃是指沿朝发动机喷嘴的方向移动，或构件相比于另一个构件相对地更接近发动机喷嘴。
[0018]如本文使用的用语〃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。用语〃近侧〃或〃向近