安装有支柱的陶瓷基复合材料喷嘴及其概念的制作方法_2

文档序号:9928174阅读:来源:国知局
膨胀系数低的材料,诸 如陶瓷基复合材料。组件还包括由备选的材料形成的支柱,诸如能够承载比热膨胀系数低 的材料更高的负荷的金属材料。支柱承载穿过喷嘴段组件而到发动机支架硬件的负荷上。
[0036] 而且,应理解,本文中所使用的词组和术语是出于描述的目的,不应当被认为是限 制性的。本文中的"包括"、"包含"或"具有"及其变型的使用旨在包含其后列出的项及其等 效物以及另外的项。除非另有限制,否则本文中的用语"连接"、"联接"和"安装"及其变型广 泛地使用,并且包含直接和间接连接、联接以及安装。另外,用语"连接"和"联接"及其变型 不被约束于物理或机械连接或联接。
[0037] 如本文中所使用的,用语"轴向的"或"轴向地"是指沿着发动机的纵轴线的尺寸。 结合"轴向的"或"轴向地"来使用的用语"向前地"是指沿朝向发动机入口的方向移动,或与 另一构件相比而相对地更接近发动机入口的构件。结合"轴向的"或"轴向地"来使用的用语 "向后地"是指沿朝向发动机的后部的方向移动。
[0038]如本文中所使用的,术语"径向的"或"径向地"是指在发动机的中心纵轴与外发动 机周缘之间延伸的尺寸。
[0039] 所有的方向参考(例如,径向、轴向、近端、远端、上部、下部、向上、向下、左边、右 边、横向、前面、后面、顶部、底部、上面、下面、竖直、水平、顺时针、逆时针)仅用于识别的目 的,以帮助读者理解本发明,并且不创建限制,具体地关于位置、定向或本发明的使用的限 制。连接参考(例如,附接、联接、连接以及连结)将被广义地解释,并且可以包括一批元件之 间的中间部件和元件之间的相对移动,除非另有指示。因此,连接参考未必推断出两个元件 直接地连接且彼此处于固定的关系。示范性的附图仅出于图示的目的,附图中反映出的尺 寸、位置、顺序以及相对大小可能变化。
[0040] 首先参考图1,示出燃气涡轮发动机10的示意侧视截面图。燃气涡轮发动机10的功 能是从高压高温燃烧气体提取能量并将能量转化成用于作功的机械能。燃气涡轮发动机10 具有发动机入口端12,在发动机入口端12中,空气进入核心推进器13,核心推进器13大体上 由全都沿着发动机轴线26定位的压缩机14、燃烧器16以及多级高压涡轮20限定。共同地,核 心推进器13在运行的期间提供推力或动力。燃气涡轮发动机10可以用于航空、发电、工业、 船舶等。
[0041] 在运行中,空气进入穿过燃气涡轮发动机10的发动机入口端12,并移动穿过增大 空气压力的至少一个压缩级,并被引导至燃烧器16。使压缩空气与燃料混合而焚烧,从而提 供热的燃烧气体,该热的燃烧气体朝向高压涡轮20退出燃烧器16。在高压涡轮20处,能量 从热的燃烧气体提取,导致涡轮叶片的旋转,涡轮叶片的旋转进而导致轴24的旋转。轴24朝 向燃气涡轮发动机10的前面传递,以取决于涡轮设计而使一个或更多个压缩机14级、涡扇 18或入口风扇叶片的旋转继续。涡扇18通过轴28而连接至低压涡轮21并创建用于燃气涡轮 发动机10的推力。也可以利用低压涡轮21来提取另外的能量和给附加的压缩机级提供动 力。
[0042]现在参考图2,描绘喷嘴环29的透视图。喷嘴环29可以位于高压涡轮20和/或低压 涡轮21 (图1)内。喷嘴环29由一个或更多个喷嘴段组件30形成。喷嘴段组件30引导燃烧气体 向下游穿过随后的一行转子叶片(未示出),该行转子叶片从支撑转子23(图5)径向地向外 延伸。喷嘴环29和限定喷嘴环29的多个喷嘴段组件30帮助通过转子23(图5)而提取能量。另 外,可以在压缩机14中利用喷嘴,压缩机14可以是高压或低压压缩机中的任一个。喷嘴环29 包括内带52、外带54以及延伸穿过喷嘴整流罩50的多个支柱70(图3)。内带52和外带54围绕 发动机轴线26(图1)延伸360度,从而限定喷嘴环29。
[0043]喷嘴环29由多个喷嘴段组件30形成,各喷嘴段组件30包括内支撑环40、至少一个 喷嘴整流罩50以及吊架或外支撑环60。延伸穿过至少一个喷嘴整流罩50的是支柱70(图3)。 支柱70承载从喷嘴段组件30在内支撑环40处的径向地向内的一侧至外支撑环60处的径向 地向外的一侧的负荷,其中负荷被传递至静态结构15且机械地支撑喷嘴整流罩50。支柱70 可以以本文中所描述的包括螺栓连接、紧固、捕获以及这些方式的组合的各种方式连接至 内支撑环40和外支撑环中的至少一个并整体地形成。
[0044]现在参考图3,描绘示范性的喷嘴段组件30的透视图。喷嘴段组件30示出为具有位 于图的右侧的前端和朝向图的左侧的后端。喷嘴段组件30位于上游旋转涡轮叶片与下游旋 转涡轮叶片之间。喷嘴段组件30从上游旋转涡轮叶片(未示出)接收燃烧气流。通过喷嘴段 组件30而使燃烧气流转向,以便增大下游涡轮叶片(未示出)处的输出功。
[0045]起始于喷嘴段组件30的下端,内支撑环40周向地延伸,从而限定喷嘴段组件30的 一部分。内支撑环40还轴向地延伸,从而限定喷嘴段组件30的段的下端。内支撑环40包括周 向地且轴向地延伸的最底下的表面42和径向地向上地延伸的表面44,在表面44中设置有 多个冷却孔。天使之翼(angel wings)可以在内支撑环40的前端和后端处延伸。
[0046]设置在内支撑环40上的是至少一个整流罩50。整流罩50可以是通常被称为"单叶" 的单导叶类型或可以是通常被称为"双叶"的双导叶类型。这些只不过是示范性的,因为可 以在喷嘴段组件30中利用另外的数量的导叶。整流罩50包括内带52、外带54以及在内带52 与外带54之间延伸的至少一个导叶56。内带52的上表面为燃烧气体提供一个流动表面。外 带54的下表面为燃烧气体提供相对的流动表面。这些表面限定穿过喷嘴段组件30的燃烧气 体流的边界,其中导叶56在这些表面之间延伸。
[0047]设置在整流罩50上的是外支撑环60,外支撑环60将喷嘴段组件30连接至静态结构 15。外支撑环60还在前端64与后端62之间周向地且轴向地延伸。外支撑环60还在外支撑环 60与内支撑环40之间的支柱70上捕获整流罩50。支柱70紧固至外支撑环60并连接至内支撑 环40,以传递负荷穿过喷嘴段组件30。整流罩50定位成浮置于支柱70上,并且,在外支撑环 60与内支撑环40之间被捕获。
[0048]现在参考图4,描绘喷嘴段组件30的分解透视图。内支撑环40包括径向下表面42和 从下表面42的前端延伸的径向地向外延伸的上表面44。穿过上表面44而设置的是多个转子 吹扫供给孔46,转子吹扫供给孔46接收穿过喷嘴段组件30的冷却空气,并且穿过内支撑环 40而送出。供给孔46与定位在内支撑环40的向内的表面42上的圆形轴环48、49流连通。供给 孔46允许空气沿圆周方向或轴向方向中的任一个或两者退出内支撑环40。轴环48、49接收 支柱70,提供与内支撑环40的接合,并且根据一个实施例,轴环48、49可以通过在内支撑环 40中捕获支柱70的滑动配合销连接而紧固。第二部分45(图12)定位在轴环48、49的上缘与 上表面44之间,从而在轴环48、49与转子吹扫供给孔46之间创建流腔(flow cavity)。正如 本领域技术人员所知,内支撑环40的下表面42可以包括蜂窝层。
[0049] 定位在内支撑环40上的是整流罩50,整流罩50包括内带52、外带54以及导叶56。导 叶56的内部至少部分地是空心的,限定了冷却流路58。导叶56可以包括沿着导叶的外表面 的多个膜孔59,从而为导叶56提供冷却。例如,导叶56可以包括沿着后缘57的多个膜孔59, 以便使导叶56的可能形成热点的区域冷却。导叶56的其他位置还可以包括冷却膜孔,以便 为导叶56提供期望的运行温度。
[0050]冷却流路58还包括将支柱70接收在其中的第二功能。在装配时,支柱70向下地延 伸穿过外带54、内带52中的导叶56,使得支柱70的下端接合内支撑环40。根据本实施例,支 柱70定位在轴环48、49内,并且可以以包括但不限于滑动配合销连接的各种方式连接。而 且,虽然示出单个支柱70,但还可以通过导叶56中的每一个而利用另外的支柱。因而,在喷 嘴段组件30示出带有具有两个导叶56的整流罩50的示范性的实施例中,将在本示范性的实 施例中利用两个支柱70。
[0051 ]外支撑环60定位在上带54的径向地向外的一侧。外支撑环60包括多个紧固孔口 66 和冷却流路68。备选地,紧固孔口 66能够从凸缘74延伸,并且通过螺母或类似的紧固件而紧 固在外支撑环60处。
[0052]整流罩50的冷却流路58与外支撑环60的流路68流连通。冷却空气能够移动穿过外 支撑环60并向下地移动穿过支柱70,以使导叶56冷却,再进一步径向地向内地移动至内支 撑环40。
[0053]支柱70向下定位穿过整流罩50,并在该位置处被外支撑环60和内支撑环40捕获。 多个紧固孔口 66与设置在支柱70的凸缘74中的紧固孔72对准,以连接这些结构。凸缘74定 位在
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