混合涡轮机喷嘴制造技术

一种用于燃气涡轮发动机的涡轮机喷嘴设备包括：环形的内部带(12)；限定该内部带的环形的外部带(14)；在内部带与外部带之间延伸并将内部带与外部带互连的多个翼型形状的结构翼片(16A)；和在内部带与外部带之间延伸的多个翼型形状的非结构翼片(16B)，每一个非结构翼片都具有由内部带接收的根部端(18)和由外部带接收的尖端(20)，使得每一个非结构翼片相对于内部带和外部带在有限的程度上自由运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】
技术介绍
本专利技术主要涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于这种发动机的涡轮机喷嘴，这种发动机结合有由低延展性材料制成的翼型件。常规燃气涡轮发动机包括涡轮机械芯部，该涡轮机械芯部具有成串行流关系的高压压缩器、燃烧器、和高压涡轮机。该芯部能够以已知的方式运转以产生主要气体流。高压涡轮机(还被称之为燃气发生器涡轮机)包括从该主要气体流中提取能量的一个或多个级。每一个级均包括固定的涡轮机喷嘴，接着该固定的涡轮机喷嘴的是承载涡轮机叶片的下游转子。这些部件在极高温度环境中运转，并且必须被空气流冷却以确保具有适当的使用期限。通常，用于冷却的空气被从压缩器中提取出(排出)。排出空气的使用负面地影响了燃料消耗率(specific fuel consumpt1n，“SFC”)并且通常应该被最小化。金属涡轮机结构可被诸如陶瓷基复合材料(“CMC”)之类的具有更好的高温性能的材料替代。CMC的密度为在涡轮发动机的热段中使用的常规金属超级合金的密度的约三分之一，由此通过在保持相同的翼型件几何形状的同时用CMC替代该金属合金，降低了该部件的重量。通过替换涡轮机喷嘴中的大部分翼型件，该组件的总重量降低，同样降低了对于冷却空气流的需要。CMC和相似的材料均具有独特的机械性能，这些独特的机械性能在诸如护罩节段之类的物件的设计和应用期间必须被考虑。例如，当与金属材料相比时，CMC材料具有导致失效的相对低的拉伸塑性或低应变。同样，CMC具有为超级合金的热膨胀系数(“CTE”)的约三分之一的热膨胀系数，这意味着两种不同材料之间的刚性连结在从组装状况的温度变化的情况下引起了大应变和应力。用于CMC的可容许应力极限同样低于金属合金，这促使出现了对于用于CMC部件的简单且低应力的设计存在需要。因此，存在使部件上的机械载荷最小化的、用于安装CMC和其它低延展性翼型件的设备的需要。
技术实现思路
该需要通过本专利技术得到解决，本专利技术提供了一种包括非结构翼型件的涡轮机喷嘴，这些非结构翼型件被定位周围结构并保持于周围结构，同时允许有限的运动自由。根据本专利技术的一方面，一种用于燃气涡轮发动机的护罩设备包括一种用于燃气涡轮发动机的涡轮机喷嘴设备，该涡轮机喷嘴设备包括:环形的内部带；限定该内部带的环形的外部带；多个翼型形状的结构翼片，其在内部带与外部带之间延伸并将内部带与外部带互连；和多个翼型形状的非结构翼片，其在内部带与外部带之间延伸，每一个非结构翼片都具有由内部带接收的根部端和由外部带接收的尖端，使得每一个非结构翼片都能够相对于内部带和外部带在有限的程度上自由运动。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于组装用于燃气涡轮发动机的涡轮机喷嘴的方法。该方法包括:提供环形的内部带、限定内部带的环形的外部带、和在内部带与外部带之间延伸并将内部带与外部带互连的多个翼型形状的结构翼片；将翼型形状的非结构翼片通过形成在内部带与外部带中的一个中的开口插入；以及封闭住该开口，使得非结构翼片在内部带与外部带之间延伸，每一个非结构翼片都具有由内部带接收的根部端和由外部带接收的尖端，使得每一个非结构翼片都能够相对于内部带和外部带在有限的程度上自由运动。【附图说明】通过参考结合附图进行的下列说明可最佳地理解本专利技术，附图中:图1是根据本专利技术的一方面构建的用于燃气涡轮发动机的涡轮机喷嘴组件的示意性透视图；图2是图1中所示的涡轮机喷嘴的一部分的放大图；图3是用于燃气涡轮发动机的替代涡轮机喷嘴的一部分的示意性透视图；图4是图3中所示的涡轮机喷嘴的一部分的放大图；图5是祸轮机喷嘴的一部分的截面图；和图6是沿图5的线6-6获得的视图。【具体实施方式】参照附图，在附图中，相同的附图标记遍及多幅视图表示相同的元件，图1和图2描绘了根据本专利技术的一方面构建的示例性涡轮机喷嘴10。该涡轮机喷嘴10是形成燃气涡轮发动机的涡轮机段的一部分的固定部件。将明白的是，涡轮机喷嘴10在燃气涡轮发动机中会被安装在涡轮机转子的上游，转子盘承载一系列翼型形状的涡轮机叶片，喷嘴和转子限定该涡轮机的一个级。该喷嘴的主要功能是将燃烧气体流引入到下游涡轮机转子级中。涡轮机是已知类型的燃气涡轮发动机的已知部件，并且用于从来自上游燃烧器(未示出)的高温加压的燃烧气体中提取能量并用于将该能量转换成机械功，该机械功随后被用于驱动压缩器、风扇、轴、或其它机械载荷(未示出)。本文中所述的原理同样适用于涡轮风扇发动机、涡轮喷气发动机、和涡轮轴发动机、以及用于其它车辆或处于固定应用中的涡轮发动机。注意，如在本文中所使用的那样，术语“轴向的”或“纵向的”指的是平行于燃气涡轮发动机的旋转轴线的方向，而“径向的”指的是垂直于该轴向方向的方向，并且“切向的”或“周向的”指的是共同垂直于该轴向方向和切向方向的方向。(参见图1中的箭头“A”、“R”、和“T”)。这些方向性术语仅出于便于描述的目的加以使用并且无需要求于此所述结构的具体方位。涡轮机喷嘴10包括环形的内部带(band) 12和环形的外部带14，这两个带分别限定穿过涡轮机喷嘴10的热气体流动路径的内部边界和外部边界。一系列翼型形状的涡轮机翼片放置在内部带12与外部带14之间。这一系列翼片均包括与一组非结构翼片16B交替的一组结构翼片16A(在图1中以“X”标记)。涡轮机喷嘴10可被视为“混合”结构，这是因为结构翼片16A与非结构翼片16B由具有不同特性的材料制成。每一个结构翼片16A均具有在前缘与后缘之间延伸的相对的凹侧和凸侧，并且在根部端18与尖端20之间延伸。设置足够多的结构翼片16A以便在发动机运转期间维持内部带12与外部带14之间的同心关系，并且用于控制内部带12与外部带14之间的相对热生长。如在本文中所使用的那样，术语“结构的”表示构造成并安装成在内部带12与外部带14之间传递热载荷和/或机械载荷的翼片16A。结构翼片16A与内部带12和外部带14在功能方面是成一整体的，并且可以是单个铸造或锻造部件的一部分，或者可被熔接、铜焊、或机械地固定至内部带12和外部带14。在所示示例中，内部带12和外部带14均是连续的环状结构，但作为选择，带中的一个或两者均可由多个节段构成。在所示具体示例中，存在围绕涡轮机喷嘴10的周向等距离地间隔开的12个结构翼片16A。结构翼片16A由诸如金属合金之类的坚固的易延展的材料制成。例如，出于该目的可使用已知类型的镍基、铁基、或钴基“超级合金”。每一个非结构翼片16B均具有在前缘与后缘之间延伸的相对的凹侧和凸侧，并且在根部端22与尖端24之间延伸。一个或多个非结构翼片16B周向地放置在每一对结构翼片16A之间。在所示具体示例中，存在围绕涡轮机喷嘴10的周向等距离地间隔开的48个非结构翼片16B，并且非结构翼片16B被四个一组成组设置。单个结构翼片16A将相邻组的非结构翼片16B分尚开。如在本文中所使用的那样，术语“非结构的”表示构造成并安装成使得它们并不在内部带12与外部带14之间传递显著的热载荷和/或机械载荷的当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃气涡轮发动机的涡轮机喷嘴设备，包括：环形的内部带；环形的外部带，所述外部带限定所述内部带；多个翼型形状的结构翼片，所述结构翼片在所述内部带与所述外部带之间延伸并将所述内部带与所述外部带互连；和多个翼型形状的非结构翼片，所述非结构翼片在所述内部带与所述外部带之间延伸，每一个非结构翼片都具有由所述内部带接收的根部端和由所述外部带接收的尖端，使得每一个非结构翼片相对于所述内部带和所述外部带在有限的程度上自由运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JB贾米森，SA斯特朗，AT威廉斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US