用于陶瓷基质复合护罩悬挂器组件的方法和系统的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种用于燃气涡轮发动机的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)以及将负载从陶瓷基质复合(CMC)护罩(206)传递给CMC护罩悬挂器组件(200)的方法。这种护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)包括护罩悬挂器组件(200)和护罩(206)，护罩悬挂器组件(200)由具有第一热膨胀系数的第一材料形成，护罩悬挂器组件(200)具有前悬挂器部分(202)和分开的后悬挂器部分(204)，并且护罩(206)由具有第二热膨胀系数的第二材料形成，前悬挂器部分(202)和后悬挂器部分(204)配置成联接在一起，从而跨过护罩(206)的前径向延伸壁(208)而夹紧。
【专利说明】
用于陶瓷基质复合护罩悬挂器组件的方法和系统
技术领域
[0001]本说明书涉及一种复合护罩悬挂器组件，并且更具体地说，设计一种用于两件式陶瓷基质复合(CMC)护罩悬挂器组件的方法和系统，其跨过护罩的竖直壁而夹紧，以支撑护罩，同时将涡轮喷嘴负载通过护罩悬挂器组件传递到燃气涡轮发动机外壳中。
【背景技术】
[0002]至少某些已知的燃气涡轮发动机包括核心，其按照串流关系具有高压压缩机、燃烧器和高压涡轮(HPT)。核心发动机可操作，以便产生原生气流。高压涡轮包括成环形阵列(“排”)的固定叶片或喷嘴，其将离开燃烧器的气体引导到旋转叶片或轮叶中。一排喷嘴和一排叶片总地组成了 “级”。典型地两个或多个级按照串流关系来使用。这些构件在极高的温度环境下操作，并可被空气流冷却，从而确保恰当的使用寿命。
[0003]燃气涡轮发动机的构件(例如固定的护罩或护罩段和其支撑结构，例如，护罩悬挂器组件)暴露于加热的燃烧气体流。需要在高温下操作燃气涡轮发动机，其对于产生并从这些气体中提取能量是最高效的。然而，这种高温频繁地超过基本构件材料的温度能力，并且可能导致机械和/或物理特性的受损，或构件的变形。因此，已经利用了各种耐热涂层和/或冷却过程。如果使用冷却，其通常通过例如从发动机的高压压缩机中的不同点引导相对较冷的空气，并且将其从构件中排出，从而提供对流冷却、冲击冷却或薄膜冷却来实现。
[0004]在其它示例中，由于燃气涡轮发动机中的操作温度而使用了具有低热膨胀系数(CTE)的材料。例如，为了在这种不利的温度和压力条件下有效地操作，可使用陶瓷基质复合(CMC)材料。这些低热膨胀系数材料具有比相似的金属部件更高的温度能力，所以当在较高的操作温度下操作时，发动机能够在较高的发动机效率下操作。然而，这种陶瓷基质复合(CMC)具有在CMC的设计和应用期间必须考虑的机械特性。当同金属材料相比时，CMC材料具有相对较低的拉伸延展性或低的失效应变。另外，CMC材料具有显著不同于用作用于CMC类型材料的约束支架或悬挂器的金属合金的热膨胀系数。因此，如果CMC构件在操作期间受到限制并在一个表面上进行冷却，那么可能形成应力集中，其导致部段缩短寿命。
[0005]至少某些已知的燃气涡轮发动机是利用CMC“开放式护罩”配置制造而成的，其相对其它类型的分段的CMC护罩，例如“盒状护罩”可能是优选制造的。然而需要复杂的悬挂器组件将负载从例如涡轮的喷嘴传递通过护罩悬挂器组件，而不会损坏护罩。因为配置的原因，CMC构件的某些部分不是总是压缩的。CMC材料可承受压缩负载，但当遇到拉伸负载或力矩负载时会减少寿命。
[0006]其它悬挂器设计在悬挂器的前侧或后侧使用了柔性弹簧臂，并且在相反的侧使用了脊状臂，从而在整个护罩上提供了用于密封的轻微的夹紧负载。同时，额外的发动机构件或更复杂的悬挂器设计用于将喷嘴负载传递到护罩周围，并通过悬挂器传递到涡轮外壳中。
【发明内容】
[0007]在一个实施例中，一种用于燃气涡轮发动机的护罩和悬挂器组件包括由具有第一热膨胀系数的第一材料形成的护罩悬挂器组件，以及由具有第二热膨胀系数的第二材料形成的护罩，护罩悬挂器组件具有前悬挂器部分和分开的后悬挂器部分，并且前和后悬挂器部分配置成联接在一起，从而跨过护罩的前径向延伸壁而夹紧。
[0008]在另一实施例中，一种将负载从陶瓷基质复合(CMC)护罩传递给CMC护罩悬挂器组件的方法包括将护罩悬挂器组件的前悬挂器部分和分开的后悬挂器部分夹紧在一起，护罩的前径向延伸壁定位在前悬挂器部分和后悬挂器部分之间，前径向延伸壁接收前悬挂器部分的前侧和后悬挂器部分的后侧上的夹紧力，从而在护罩和护罩悬挂器组件之间提供负载传递接头。该方法还包括将护罩悬挂器组件联接到涡轮的外壳上，并将负载从喷嘴通过护罩悬挂器组件的斜腹板部件传递给外壳。
[0009]在又一实施例中，一种燃气涡轮发动机包括由具有第一热膨胀系数的第一材料形成的护罩悬挂器组件，以及由具有第二热膨胀系数的第二材料形成的护罩，护罩悬挂器组件具有前悬挂器部分和分开的后悬挂器部分，并且前和后悬挂器部分配置成联接在一起，从而跨过护罩的前径向延伸壁而夹紧。
【附图说明】
[0010]图1-7显示了这里所述的方法和装置的示例性实施例。
[0011]图1是根据本公开的一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意图。
[0012]图2是根据本公开的一个示例性实施例的护罩悬挂器组件的侧视图。
[0013]图3是图2中所示的一段后悬挂器部分的透视图。
[0014]图4是图3中所示联接在图2中所示护罩上的部段向后看去的前透视图。
[0015]图5是从上面向前看去的护罩悬挂器组件的后透视图。
[0016]图6是从上面向后看去的护罩悬挂器组件的前透视图。
[0017]图7是沿径向向内看去的护罩悬挂器组件的透视图。
[0018]虽然各种实施例的具体特征在某些图中可能有显示而在其它图中没有显示，但这仅仅出于方便的目的。任何附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征加以参考和/或要求保护。
[0019]除非明确指出，否则这里提供的图纸并不意味着显示了本公开实施例的特征。这些特征被认为可适用于各种广泛的系统，包括本公开的一个或多个实施例。因此，这些图纸并不意味着包括本领域中的普通技术人员所熟知的为实践这里所公开的实施例而需要的所有传统特征。
[0020]部件列表:
120燃气涡轮发动机;122风扇；124高压压缩机;126燃烧器；128高压涡轮；130低压涡轮；132纵向轴线；134第一轴；136第二轴；138入口端；140出口端；142排气喷嘴组件;200护罩悬挂器组件;202前悬挂器组件;204后悬挂器组件;206护罩;208前径向延伸壁;209负载传递接头；210前径向延伸支脚；212后径向延伸支脚;214腹板部件；216轴向延伸腹板部件;218斜腹板部件；220径向内端;222径向外端；224,226悬挂器凸舌；228,230唇部；232涡轮外壳；233径向延伸本体；234孔；236紧固件；238螺母；240后径向延伸壁;242本体;244负载;246销；248，250，252，254孔;256径向向内延伸支脚；258共形密封件；262第二密封件；300部段;402，404，406凸舌;700轮廓；702径向外表面;704高出区域;706沉降区域。
【具体实施方式】
[0021 ]本公开的实施例描述了一种两件式CMC护罩悬挂器组件，其跨过护罩的前竖直壁而夹紧，以便支撑护罩，同时将涡轮喷嘴负载通过悬挂器传递到涡轮的外壳中。这种支撑方法保持护罩悬挂器组件的CMC材料处于压缩状态中(这是其具有高强度的方向)，并容许喷嘴负载通过护罩进行传递，而非作用在其周围。
[0022]前悬挂器用螺栓拧在后悬挂器上，接近悬挂器的径向外径。由具有相对较低热膨胀系数的材料(例如，但不局限于陶瓷基质复合(CMC)材料)形成的护罩在悬挂器的径向内径处被夹紧在前和后悬挂器部分之间。这种夹紧容许负载从HPT喷嘴传递到悬挂器中，并跨过护罩和护罩悬挂器组件之间的负载传递接头，同时容许CMC护罩保持压缩状态。这种夹紧还用于在护罩的前端处密封护罩后冲击空腔泄漏。在护罩的后端，这种漏泄流量通过两个共形(conf orma I)密封件而被密封住，例如但不局限于M形密封件。
[0023]CMC护罩径向受到一个或多个销的支撑，销沿轴向穿过护罩和后悬挂器。销在护罩中是轻微松弛的，并压配合到悬挂器中。存在最里面的共形密封，以阻塞任何流量泄漏穿过护罩后销孔。
[0024]以下详细描述作为示例而非限制来举例说明本公开的实施例。可以设想本公开大体应用于将负载从一个构件传递给另一构件的分析性和方法论的实施例。
[0025]除非做出限制，否则词语“连接”、“联接”和“安装”及其变体都是广义上使用的，并且包含直接和间接的连接、联接和安装。另外，词语“连接”和“联接”及其变体并不局限于物理或机械的连接或联接。
[0026]这里使用的词语“轴向的”或“沿轴向”指沿着发动机纵向轴线的维度。结合“轴向的”或“沿轴向”使用的词语“前”指朝着发动机入口的方向移动，或者一个部件同另一部件相比相对更靠近发动机入口。结合“轴向的”或“沿轴向”使用的词语“后”指朝着发动机后部的方向移动。
[0027]这里使用的词语“径向的”或“沿径向”指在发动机的中心纵向轴线和发动机的外周边之间延伸的维度。
[0028]所有的方向基准(例如径向、轴向、近端、远端、上、下、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、之上、之下、垂直的、水平的、顺时针和逆时针)仅用于识别目的以帮助读者理解本发明，并非具有限制意义，尤其并非对本发明的位置、方位或用途有限制。除非指出，否则连接引用(例如附着、联接、连接和相连)应被广义地解释，并且可在一组部件之间包括中间部件和在部件之间包括相对运动。因此，连接引用不必指两个部件之间直接相连并且相互之间成固定的关系。典型的附图仅仅用于距离说明的目的，并且图中所反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可变化。
[0029]以下说明书参照了附图，其中在缺乏相反表现的条件下，不同图中的相同的数字代表相似的元件。
[0030]图1是燃气涡轮发动机120的示意图，其包括风扇122、高压压缩机124和燃烧器126。发动机120还包括关于燃气涡轮发动机120的纵向轴线132同轴对准的高压涡轮128和低压涡轮130。风扇122和涡轮130通过第一轴134联接在一起，并且高压压缩机124和涡轮128通过第二轴136联接在一起。在一个实施例中，发动机120是商业上可从俄亥俄州伊文代尔的GE航空发动机公司得到的F414发动机。
[0031]在操作过程中，通过发动机120的入口端138接收的空气受到风扇122的压缩，并被引导至高压压缩机124，在此处对压缩空气进行甚至进一步的压缩。来自高压压缩机124的高度压缩的空气被引导至燃烧器126，在此处使其与燃料混合，并点火以产生燃烧气体。燃烧气体从燃烧器126引导出来，以驱动涡轮128和130，并通过排气喷嘴组件142离开发动机120的出口端140，从而提供推力。
[0032]图2是根据本公开的一个示例性实施例的护罩悬挂器组件200的侧视图。图3是后悬挂器部分204(图2中所示的)的部段300的透视图。图4是联接在护罩206(图2中所示)上的部段300(图3中所示)的向后看去的前透视图。一个或多个部段300沿周向围绕轴线132(图1中所示)延伸。在示例性的实施例中，护罩悬挂器组件200可定位在高压涡轮128和/或低压涡轮130中(图1中所示)，位于成排的喷嘴(未显示)之间或其附近。护罩悬挂器组件200由具有相对较高热膨胀系数的第一金属材料形成，并且包括前悬挂器部分202和分开的后悬挂器部分204。护罩悬挂器组件200还包括由第二材料形成的护罩206，第二材料具有比第一材料相对较低的热膨胀系数。前悬挂器部分202和后悬挂器部分204配置成在前悬挂器部分202和后悬挂器部分204之间的负载传递接头209处，跨过护罩206的前径向延伸壁208而夹紧。
[0033]后悬挂器部分204包括第一前径向延伸支脚210和第二后径向延伸支脚212。后悬挂器部分204还包括一个或多个在第一支脚210和第二支脚212之间延伸的腹板部件214。具体地说，在示例性的实施例中，腹板部件214包括轴向延伸腹板部件216和斜腹板部件218，斜腹板部件218从支脚210的径向内端220延伸至支脚212的径向外端222。在各个支脚210和212的径向向外扩展部分上，相应的悬挂器凸舌224和226配置为与涡轮外壳232中的相应的唇部228和230相接合。在后径向延伸壁240和涡轮外壳232的径向向内延伸支脚256之间，利用两个共形密封件258和260(例如但不局限于M形密封件)而密封住漏泄流。在各种实施例中，第二密封件262作为密封件260的后备，例如但不局限于C形密封件。
[0034]前悬挂器部分202包括径向延伸本体233，其包括一个或多个孔234，孔234配置成接收相应的紧固件236，例如通过螺母238固定的螺栓236。在各种实施例中，使用了其它机械紧固件236。
[0035]护罩206由CMC形成，并且包括前径向延伸壁208、后径向延伸壁240以及在其之间沿轴向延伸的本体242。当完全组装时，前壁208被夹紧在前悬挂器部分202和后悬挂器部分204的第一前径向延伸支脚210之间。螺栓236将前悬挂器部分202和后悬挂器部分204固定在一起，从而提供预定的夹紧力。从护罩206传递到悬挂器组件200中的负载244通过斜腹板部件218、悬挂器凸舌226和唇部230而传至涡轮外壳232。
[0036]通过销246还为护罩206提供了径向支撑，销246穿过后径向延伸壁240中的孔248、支脚212中的孔250、支脚210中的孔252、以及护罩206的前径向延伸壁208中的孔254。
[0037]在示例性的实施例中，如图3和图4中所示，后悬挂器部分204的第一前径向延伸支脚210和护罩206的前径向延伸壁208包括互补的凸舌402，其沿周向围绕支脚210和壁208而间隔开。具体地说，支脚210包括凸舌404，并且壁208包括凸舌406，其在沿径向向外延伸的凸舌404之间沿径向向外延伸。通过这种方式，凸舌404和凸舌406关于后悬挂器部分204和护罩206的周边而彼此相对交错接合。
[0038]图5是从上面向前看去的护罩悬挂器组件200的后透视图。图6是从上面向后看去的护罩悬挂器组件200的前透视图。在示例性的实施例中，所示护罩206的前径向延伸壁208被夹紧在前悬挂器部分202的径向延伸本体233和支脚210的径向内端220之间。
[0039]图7是沿径向向内看去的护罩悬挂器组件200的透视图。在示例性的实施例中包括轮廓700，其沿周向沿着后悬挂器部分204的径向外表面702而间隔开。轮廓700包括与各个销246相对应的高出区域704。各个高出区域的增加的材料提供了用于相应的销的空间，销在高出区域704的区域中穿过后悬挂器部分204。与紧固件236相对应并且位于高出区域704之间的表面702的沉降区域706容许用于拧紧、拧松或联接紧固件236的工具作业间隙。
[0040]应该懂得，上面已经特别详细描述的实施例仅仅是示例或可能的实施例，并且存在许多可包含进来的其它组合、添加或备选方案。
[0041]这里使用的近似语句在整个说明书和权利要求中可用于修饰可准许进行修改的任何数量表述，而不导致其相关的基本功能发生变化。因此，由词语例如“大约”和“基本”修饰的值并不局限于所规定的精确值。至少在某些情况下，近似语句可与用于测量该值的仪器的精度相对应。除非上下文或语句中明确指出，否则这里和整个说明书及权利要求的范围内，范围的限制可进行组合和/或互换，这种范围被标识并包括包含在该范围内的所有子范围。
[0042]上述通过斜陶瓷基质复合(CMC)腹板部件传递压缩负载的方法和系统的实施例提供了一种有效且可靠的方法来在操作和温度剧增期间保持CMC构件处于压缩状态。更具体地说，这里所述的方法和系统有利于将多件式悬挂器组件联接到CMC护罩上，并通过CMC悬挂器传递护罩负载，使得护罩和悬挂器组件的CMC构件保留在压缩状态。结果，这里所述的方法和系统有利于以有效且可靠的方式延长护罩和悬挂器组件的使用寿命。
[0043]本书面说明使用示例来描述本公开，包括最佳模式，并且还可使本领域中的技术人员实践本公开，包括制造和利用任何装置或系统，并执行任何所含方法。本公开可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非不同于权利要求语言的结构元件，或者如果其包括与权利要求语言无实质差异的等效的结构元件，那么这些其它示例都属于权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种用于燃气涡轮发动机的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，所述组件包括: 护罩悬挂器组件(200)，其由具有第一热膨胀系数的第一材料形成，所述护罩悬挂器组件(200)具有前悬挂器部分(202)和分开的后悬挂器部分(204);和 护罩(206)，其由具有第二热膨胀系数的第二材料形成，所述前悬挂器部分(202)和所述后悬挂器部分(204)配置成联接在一起，以便跨过所述护罩(206)的前径向延伸壁而夹紧。2.根据权利要求1所述的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，其特征在于，所述前悬挂器部分(202)和所述后悬挂器部分(204)配置为利用机械紧固件(236)连接件而联接在一起。3.根据权利要求1所述的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，其特征在于，所述前悬挂器部分(202)和所述后悬挂器部分(204)配置为利用螺栓(236)连接件而联接在一起。4.根据权利要求1所述的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，其特征在于，所述第一热膨胀系数等于所述第二热膨胀系数。5.根据权利要求1所述的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料是陶瓷基质复合材料。6.根据权利要求1所述的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，其特征在于，所述护罩(206)受到销(246)的径向支撑，所述销(246)穿过所述护罩(206)的径向向外延伸壁(208，240)，并穿过所述后悬挂器部分(204)的径向向内延伸支脚(210，212)。7.根据权利要求1所述的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，其特征在于，所述护罩悬挂器组件(200)包括在前径向延伸支脚(210)和所述后悬挂器部分(204)的后径向延伸支脚(212)之间沿轴向延伸的轴向腹板部件(216)。8.根据权利要求1所述的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，其特征在于，所述护罩悬挂器组件(200)包括斜腹板部件(218)，其从前径向延伸支脚(210)的径向内端(220)延伸至所述后悬挂器部分(204)的后径向延伸支脚(212)的径向外端(222)。9.根据权利要求1所述的护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)，其特征在于，所述后悬挂器部分(204)受到第一凸舌(224)和第二凸舌(226)的径向支撑，所述第一凸舌(224)从所述后悬挂器部分(204)的前支脚(210)的径向外端沿轴向延伸，并且所述第二凸舌(226)从所述后悬挂器部分(204)的后支脚(212)的径向外端沿轴向延伸，所述第一凸舌和所述第二凸舌(224，226)配置成同包围所述护罩(206)和护罩悬挂器组件(200)的外壳(232)的周向唇部(228，230)相接合。10.一种燃气涡轮发动机(120)包括: 护罩悬挂器组件(200)，其由具有第一热膨胀系数的第一材料形成，所述护罩悬挂器组件(200)具有前悬挂器部分(202)和分开的后悬挂器部分(204);和 护罩(206)，其由具有第二热膨胀系数的第二材料形成，所述前悬挂器部分(202)和所述后悬挂器部分(204)配置成联接在一起，以便跨过所述护罩(206)的前径向延伸壁(208)而夹紧。
【文档编号】F01D25/24GK105927295SQ201610106090
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】J.D.夏皮罗
【申请人】通用电气公司