不具有冷装配间隙的涡轮环组件制造技术

一种涡轮环组件，包括由陶瓷基体复合材料制成而形成涡轮环(1)的环扇区(10)和包括第一和第二环形凸缘(32、36)的环支承结构(3)，每个环扇区具有保持在环支承结构(3)的两个环形凸缘(32、36)之间的第一和第二凸片(14、16)。固定至第一环形凸缘(32)的第一和第二保持元件(40、41)接纳在第一凸片(14)的第一和第二开口(142、143)中，而固定至第二环形凸缘(36)的第一和第二保持元件接纳在第二凸片(16)的第一和第二开口中。在冷的状态下，在开口与保持元件存在于所述开口中的部分之间存在径向间隙。第一和第二环形凸缘(32、34)在其与第一和第二凸片(14、16)相对的面上包括围绕凸缘周向地分布的多个支承部分(34、38)，在冷的状态下，每个环部段的第一和第二凸片(14、16)的端部(141、161)径向抵靠于两个支承部分(34、36)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不具有冷装配间隙的涡轮环组件
本专利技术的应用领域特别是燃气涡轮航空发动机。然而，本专利技术可应用于其它涡轮发动机，例如工业涡轮。
技术介绍
已知陶瓷基体复合物(CMC)材料用于在高温下保留其机械特性，这使得它们适用于构建热结构元件。在燃气涡轮航空发动机中，改善的效率和减小的特定污染排放物两者都导致寻求实现在更高的温度下运行。对于整体由金属制成的涡轮环组件而言，需要冷却该组件中的所有元件，特别是涡轮环，涡轮环受到非常热的流的影响，其通常是在高于金属材料所能承受温度的温度下。这种冷却对于发动机的性能具有显著影响，这是由于所使用的冷却流取自通过发动机的主流。此外，即使提高涡轮中的温度会允许航空发动机的性能得到改善，但对于涡轮环使用金属限制了提高涡轮中的温度的可能性。此外，金属涡轮环组件在温度变化的作用下变形，由此改变流动通道的间隙，并由此改变涡轮的性能。这就是已提出提案要将CMC用于发动机的各种热部分的原因，尤其是由于CMC具有密度的附加优势，其密度低于常用耐火金属的密度。因此，特别是在文献US2012/0027572中描述了将涡轮环扇区制作成CMC单件。环扇区包括具有内面和外面的环形基部，该内面限定了涡轮环的内部面，两个凸片成形部分从该外面延伸，且两个凸片成形部分的端部接合在金属环支承结构中的壳体中。CMC环扇区的使用使得可能显著减少冷却涡轮环所需的通风量。然而，将环扇区保持在位仍然存在问题，尤其是在具有可能发生在金属支承结构与CMC环扇区之间的不同膨胀的面中。这就是需要提供各组装零件之间的特定最小间隙量的原因。遗憾的是，在接触涡轮的叶片末端的情形中，这种间隙使得对通道形状的良好控制以及环扇区的性能降级。此外，这种间隙的存在导致振动问题。
技术实现思路
本专利技术寻求避免这些缺陷，且为此目的，本专利技术提供了一种涡轮环组件，该涡轮环组件包括多个环扇区以及环支承结构，多个环扇区由陶瓷基体复合材料制成，以形成涡轮环，环支承结构具有第一环形凸缘和第二环形凸缘，每个环扇区的一部分形成环形基部，该环形基部在涡轮环的径向上具有内面和外面，内面限定涡轮环的内部面，第一凸片和第二凸片从外面延伸，每个环扇区的凸片被保持在环支承结构的两个环形凸缘之间。每个环扇区的第一凸片包括第一开口和第二开口，第一开口和第二开口分别接纳固定至第一环形凸缘的第一保持元件和第二保持元件的一部分，在冷的状态下，在第一凸片中的第一开口和第二开口与保持元件的存在于所述第一开口和所述第二开口中的部分之间存在径向间隙。制作保持元件的材料的热膨胀系数大于环扇区的陶瓷基体复合材料的热膨胀系数，第一开口呈现沿涡轮环的周向延伸的长圆形。每个环扇区的第二凸片包括第一开口和第二开口，第一开口和第二开口接纳固定至第二环形凸缘的第三保持元件和第四保持元件的一部分，在冷的状态下，在第二凸片的第一开口和第二开口与保持元件的存在于所述第一开口和所述第二开口中的部分之间存在径向间隙。制作保持元件的材料的热膨胀系数大于环扇区的陶瓷基体复合材料的热膨胀系数，第一开口呈现沿涡轮环的周向延伸的长圆形，第一凸片的第一开口和第二开口与第二凸片的第一开口和第二开口轴向对齐。第一环形凸缘在其面向每个环扇区的第一凸片的面上包括多个推力部分，多个推力部分沿周向分布在第一凸缘上，在冷的状态下，每个环扇区的第一凸片的端部径向抵靠于两个推力部分。第二环形凸缘在其面向每个环扇区的第二凸片的面上包括多个推力部分，多个推力部分沿周向分布在第二凸缘上，在冷的状态下，每个环扇区的每个第二凸片的端部径向抵靠于两个推力部分。由于环支承结构的环形凸缘上存在的多个推力部分，故而可能在冷的状态下在环扇区已被组装时将环扇区没有间隙地保持在环支承结构上，环扇区第一方面通过固定至环支承结构的环形凸缘的保持元件与存在于环扇区的凸片中的开口之间的接触被保持，第二方面通过环支承结构的环形凸缘上存在的推力部分与环扇区的凸片之间的接触被保持。本专利技术的涡轮环组件还显著在于，尽管如此，其也使得可能在冷的状态下在固定至环支承结构的环形凸缘的保持元件与环扇区的凸片中存在的开口之间在保持元件的不同于其与开口接触区域的区域中布置有静态间隙。因此，借助保持元件在环扇区的凸片中的开口中膨胀，从而减小在冷的状态下所存在的静态间隙，可能在热的状态下补偿由于环支承结构的膨胀而导致的推力部分的保持度的损失。根据本专利技术的涡轮环组件的具体特征，第一保持元件和第二保持元件分别由固定至第一环形凸缘的第一销钉和第二销钉形成，且其中，第三保持元件和第四保持元件分别由固定至第二环形凸缘的第三销钉和第四销钉形成。在本专利技术的涡轮环组件的第一具体方面中，存在于第一环形凸缘和第二环形凸缘上的推力部分通过沿周向延伸的凹入部分彼此间隔开。该凹部用于便于将环扇区组装在环支承结构上。在本专利技术的涡轮环组件的第二具体方面中，该涡轮环组件具有多个可调整的偏心夹紧元件，每个夹紧元件具有偏心地紧固在夹紧元件上的夹头，每个夹头形成存在于第一环形凸缘和第二环形凸缘上的推力部分。通过使用偏心夹紧元件，可能在冷的状态下调整环扇区与环支承结构之间的推力。在本专利技术的涡轮环组件的第三具体方面中，每个环扇区的第一凸片具有分别与第一环形凸缘的两个推力部分接触的两个推力表面，这两个推力表面在共同的第一推力平面中延伸，具有长圆形的第一开口的顶边缘与第一推力平面对齐，第二开口的顶部与所述第一推力平面相切。类似地，每个环扇区的第二凸片具有分别与第二环形凸缘的两个推力部分接触的两个推力表面，这两个推力表面在共同的第二推力平面中延伸，具有长圆形的第一开口的顶边缘与第二推力平面对齐，第二开口的顶部与所述第二推力平面相切。各接触区域在推力平面上的这种对齐用于避免与热膨胀系数的差异相关联的任何沿径向的相对运动，并在冷的状态下和在热的状态下都保持相同的接触区域。在本专利技术的涡轮环组件的第四具体方面中，每个环扇区的第一凸片的第二开口呈长圆形，具有长圆形的第二开口的顶边缘与第一推力平面对齐，且其中，每个环扇区的第二凸片的第二开口呈长圆形，具有长圆形的第二开口的顶边缘与第二推力平面对齐，每个环扇区的第一凸片的端部包括位于两个推力表面之间的凹部且接纳固定至第一环形凸缘的居中元件，每个环扇区的第二凸片的端部包括位于两个推力表面之间的凹部且接纳固定于第二环形凸缘的居中元件。通过使用环扇区的每个凸片中的两个长圆形开口，使得环支承结构与环扇区之间的相对运动是对称的。这用于在每个环扇区的中间轴线与环支承结构的等效半径之间保持良好的一致性。居中元件用于避免热膨胀期间环扇区运动偏心。在本专利技术的涡轮环组件的第五具体方面中，固定至第一径向凸缘的第一保持元件和第二保持元件以及固定至第二径向凸缘的第三保持元件和第四保持元件通过可调整的偏心夹紧元件形成。通过对于每个保持元件使用偏心夹紧元件，用于相对于环支承结构调整环扇区的径向高度的能力进一步增加，且由此，用于调整各环扇区之间的间隙的能力也进一步增加。附图说明在阅读通过非限制性指示并参考附图给出的以下描述后，可更好地理解本专利技术，附图中：-图1是本专利技术的涡轮环组件的实施例的第一示意性立体图；-图2是图1的涡轮环组件的第二示意性立体图；-图3是图1的涡轮环组件在图1中所示的剖面III上的剖视图；-图4是图2的涡轮环组件在图2中所示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮环组件，所述涡轮环组件包括多个环扇区(10)以及环支承结构(3)，所述多个环扇区由陶瓷基体复合材料制成，以形成涡轮环(1)，所述环支承结构具有第一环形凸缘(32)和第二环形凸缘(36)，每个环扇区的一部分形成环形基部(12)，所述环形基部在所述涡轮环的径向(DA)上具有内面和外面，所述内面限定所述涡轮环的内部面，第一凸片(14)和第二凸片(16)从所述外面延伸，每个环扇区的凸片被保持在所述环支承结构(3)的两个环形凸缘(32、36)之间；所述组件的特征在于，每个环扇区(10)的所述第一凸片(14)包括第一开口(142)和第二开口(143)，所述第一开口接纳固定至所述第一环形凸缘(32)的第一保持元件的一部分，所述第二开口接纳固定至所述第一环形凸缘的第二保持元件的一部分，在冷的状态下，在所述第一凸片(14)中的所述第一开口(142)和所述第二开口(143)与所述第一保持元件和所述第二保持元件的存在于所述第一开口和所述第二开口中的部分之间存在径向间隙(J1)，制作所述保持元件的材料的热膨胀系数大于所述环扇区的陶瓷基体复合材料的热膨胀系数，所述第一开口呈现沿所述涡轮环的周向延伸的长圆形；其中，每个环扇区(10)的所述第二凸片(16)包括第一开口(162)和第二开口(163)，所述第一开口接纳固定至所述第二环形凸缘(36)的第三保持元件的一部分，所述第二开口接纳固定至所述第二环形凸缘的第四保持元件的一部分，在冷的状态下，在所述第二凸片(16)中的所述第一开口(162)和所述第二开口(163)与所述第三保持元件和所述第四保持元件的存在于所述第一开口和所述第二开口中的部分之间存在径向间隙(J2)，制作所述保持元件的材料的热膨胀系数大于所述环扇区的陶瓷基体复合材料的热膨胀系数，所述第一开口呈现沿所述涡轮环的周向延伸的长圆形，所述第一凸片的所述第一开口和所述第二开口与所述第二凸片的所述第一开口和所述第二开口轴向对齐；其中，所述第一环形凸缘(32)在其面向每个环扇区(10)的所述第一凸片(14)的面(32a)上包括多个推力部分(34)，所述多个推力部分沿周向分布在第一凸缘上，在冷的状态下，每个环扇区的所述第一凸片(14)的端部(141)径向抵靠于两个推力部分(34)；以及其中，所述第二环形凸缘(36)在其面向每个环扇区(10)的所述第二凸片(16)的面(36a)上包括多个推力部分(38)，所述多个推力部分沿周向分布在第二凸缘上，在冷的状态下，每个环扇区的每个第二凸片(16)的端部(161)径向抵靠于两个推力部分(38)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.21 FR 16523921.一种涡轮环组件，所述涡轮环组件包括多个环扇区(10)以及环支承结构(3)，所述多个环扇区由陶瓷基体复合材料制成，以形成涡轮环(1)，所述环支承结构具有第一环形凸缘(32)和第二环形凸缘(36)，每个环扇区的一部分形成环形基部(12)，所述环形基部在所述涡轮环的径向(DA)上具有内面和外面，所述内面限定所述涡轮环的内部面，第一凸片(14)和第二凸片(16)从所述外面延伸，每个环扇区的凸片被保持在所述环支承结构(3)的两个环形凸缘(32、36)之间；所述组件的特征在于，每个环扇区(10)的所述第一凸片(14)包括第一开口(142)和第二开口(143)，所述第一开口接纳固定至所述第一环形凸缘(32)的第一保持元件的一部分，所述第二开口接纳固定至所述第一环形凸缘的第二保持元件的一部分，在冷的状态下，在所述第一凸片(14)中的所述第一开口(142)和所述第二开口(143)与所述第一保持元件和所述第二保持元件的存在于所述第一开口和所述第二开口中的部分之间存在径向间隙(J1)，制作所述保持元件的材料的热膨胀系数大于所述环扇区的陶瓷基体复合材料的热膨胀系数，所述第一开口呈现沿所述涡轮环的周向延伸的长圆形；其中，每个环扇区(10)的所述第二凸片(16)包括第一开口(162)和第二开口(163)，所述第一开口接纳固定至所述第二环形凸缘(36)的第三保持元件的一部分，所述第二开口接纳固定至所述第二环形凸缘的第四保持元件的一部分，在冷的状态下，在所述第二凸片(16)中的所述第一开口(162)和所述第二开口(163)与所述第三保持元件和所述第四保持元件的存在于所述第一开口和所述第二开口中的部分之间存在径向间隙(J2)，制作所述保持元件的材料的热膨胀系数大于所述环扇区的陶瓷基体复合材料的热膨胀系数，所述第一开口呈现沿所述涡轮环的周向延伸的长圆形，所述第一凸片的所述第一开口和所述第二开口与所述第二凸片的所述第一开口和所述第二开口轴向对齐；其中，所述第一环形凸缘(32)在其面向每个环扇区(10)的所述第一凸片(14)的面(32a)上包括多个推力部分(34)，所述多个推力部分沿周向分布在第一凸缘上，在冷的状态下，每个环扇区的所述第一凸片(14)的端部(141)径向抵靠于两个推力部分(34)；以及其中，所述第二环形凸缘(36)在其面向每个环扇区(10)的所述第二凸片(16)的面(36a)上包括多个推力部分(38)，所述多个推力部分沿周向分布在第二凸缘上，在冷的状态下，每个环扇区的每个第二凸片(16)的端部(161)径向抵靠于两个推力部分(38)。2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一保持元件和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·勒普雷特，T·泰松，A·里普伦迪，T·勒韦，
申请(专利权)人：赛峰航空陶瓷技术公司，赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR