本发明专利技术涉及一种涡轮(1)，其包括壳体、外金属护罩(9)、内金属护罩(5)以及环形分配器(2)，所述环形分配器(2)包括多个CMC环分段(20)，每个分段(20)包括桅杆(6)、内平台(24)、外平台(26)和至少一个叶片(28)，所述叶片(28)具有限定内壳(280)的中空轮廓，所述内平台和所述外平台各自具有开口(245、246)，该开口与所述内壳相通，所述桅杆(6)穿过所述开口和所述内壳，并固定到所述外壳，连接到所述环形分段。每个叶片包括至少一个向叶片内侧轴向突出的第一径向台肩(72)，并且每个桅杆包括至少一个向桅杆外部轴向突出的第二台肩(71)。杆外部轴向突出的第二台肩(71)。杆外部轴向突出的第二台肩(71)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】载荷分散的具有CMC喷嘴的涡轮发动机涡轮
[0001]本专利技术涉及涡轮发动机，特别是航空涡轮发动机或工业涡轮，更具体地涉及由具有陶瓷基体或具有至少部分陶瓷基体的复合材料(下文称为CMC材料)制成的涡轮分配器。
技术介绍
[0002]本专利技术的应用领域特别是航空燃气涡轮发动机。然而，本专利技术可应用于其他涡轮发动机，例如工业涡轮。
[0003]提高涡轮的性能并减少其污染排放导致考虑越来越高的运行温度。
[0004]对于涡轮发动机高温部分的元件，因此建议使用陶瓷基复合材料，下文中表示为CMC。
[0005]CMC材料通常由纤维增强材料形成，该纤维增强材料由耐火纤维制成，例如碳或陶瓷纤维，由陶瓷或至少部分陶瓷基体致密化。
[0006]这些材料具有显著的热结构性能，也就是说使它们能够构成结构元件的机械强度性能以及在高温下保持这些机械强度性能的能力。此外，CMC材料的密度远低于传统上用于涡轮发动机高温部分元件的金属材料。
[0007]因此，文献WO2010/061140、WO2010/116066和WO2011/080443描述了具有集成平台和根部的CMC涡轮发动机叶轮叶片的生产。在文献WO2010/146288、FR2979662和EP2443318中，也提出了将CMC材料用于涡轮发动机分配器的建议。
[0008]传统的金属涡轮分配器具有由多个组装的分段组成的冠形，每个分段包括内平台、外平台和多个在内平台和外平台之间延伸并与其一体的叶片。周向端对端并置的内平台形成内护罩，周向端对端并置的外平台形成外护罩。内护罩和外护罩界定分配器级中的气体流动路径。
[0009]与金属分配器相比，引入由CMC制成的分配器，例如高压分配器，可以提高最大耐受温度，从而减少使用的冷却空气量。因此，这允许提高涡轮发动机的性能。
[0010]然而，CMC由于其不同于金属的性质，对某些机械应力更为敏感。事实上，CMC具有更高的刚性和更低的膨胀性。它的压缩性能更好，但是其容许的拉应力低于金属。
[0011]此外，由于CMC和金属之间的热膨胀差异，CMC零件在金属环境中的集成非常微妙。在涡轮发动机中，尤其是在涡轮发动机的高压部分，这一点更加微妙，因为环境非常热，这加剧了材料之间热膨胀系数的差异，高压分配器承受的空气动力载荷在该涡轮区域更高。
[0012]CMC分配器是已知的，例如涡轮分配器包括与壳体一体的外支撑护罩、内支撑护罩，以及多个CMC环分段，所述多个环形分段形成在外支撑护罩和内支撑护罩之间延伸的冠部。每个环分段支承在内支撑护罩和外支撑护罩上，并且包括内平台、外平台和至少一个在外平台和内平台之间延伸并与其一体的叶片。
[0013]然而，需要改进已知的解决方案，以确定CMC环形分段固定到内护罩，特别是保持环分段的轴向保持力和空气动力载荷的分散。
[0014]此外，在分配器下方的壳体上径向施加了明显的压差。该壳体用于在转子和定子
之间形成密封。这种压力变化是载荷的来源，如果将其施加在CMC上，考虑到允许的材料，该压力变化将过高。
[0015]如上所述的分配器，并进一步包括在两个平台之间的叶片内径向延伸的加强桅杆，允许分配器被桅杆保持在壳体上，这也是已知的，特别是在文件FR3061928和FR2973435中。
[0016]然而，这种解决方案通过桅杆将与分配器下方的压差相关的载荷和CMC冠部上的空气动力载荷分散开来。此外，由于上述与CMC和金属材料之间的不同机械行为有关的原因，很难通过夹紧将CMC部分定位在金属环境上。
[0017]众所周知，通过用于定位在桅杆上的轴向和切向凸耳，确保CMC叶片的切向和轴向定位，从而使CMC叶片在运行中由于轴向和切向气动载荷而被压在金属桅杆上。
[0018]然而，在涡轮运行期间，金属部分，如桅杆、内外支撑护罩和桅杆所穿过的叶片之间会产生较大的径向间隙，尽管在寒冷时，该间隙为零。更具体地说，在运行中，由于CMC叶片上的膨胀系数低于桅杆和护罩的金属材料，因此CMC叶片与内外支撑护罩之间的接口处会产生径向间隙。
[0019]在运行中具有这些间隙开口有两个问题。首先，会产生额外的泄漏，降低涡轮发动机的性能。其次，如果在分配器的上部和下部都产生了径向间隙，则无法再确保叶片的径向定位。如果没有这种确定的径向定位，可能会出现一些有害的后果，例如叶片的不及时径向移动(振动)和/或在流道中产生台阶，即着陆。
[0020]因此，需要改善该解决方案的CMC分配器的确定性保持能力。
技术实现思路
[0021]本专利技术拟通过提出一种涡轮发动机涡轮解决上述缺点并克服上述困难，该涡轮发动机涡轮包括至少部分地由CMC制成的涡轮发动机分配器，其安装被简化并且适于以确定的方式保持其环形分段，同时允许所述分段变形独立于界面处的金属部件变形，确保密封良好。
[0022]更具体地，本专利技术拟限制甚至消除在运行中桅杆和CMC叶片之间的径向间隙开口，从而利用流动路径中的轴向和切向空气动力载荷来控制CMC叶片的径向定位。
[0023]本专利技术的一个目的提出了一种涡轮发动机涡轮，其包括壳体、与壳体一体的外金属支撑护罩、内金属支撑护罩以及环形涡轮分配器，所述环形涡轮分配器限定轴向和径向并且包括多个由陶瓷基复合材料制成的分配器分段，所述分配器分段形成在所述外支撑护罩和所述内支撑护罩之间延伸的冠部。
[0024]此外，每个分段包括金属桅杆、内平台、外平台和至少一个叶片，所述叶片在所述内平台和所述外平台之间径向延伸并且具有限定径向延伸的内壳的中空轮廓，所述内平台和所述外平台各自具有与叶片的所述内壳相通的开口，所述桅杆穿过所述开口和所述内壳，且一方面固定到所述外壳，另一方面连接到所述环形分段。
[0025]根据本专利技术的一般特征，每个叶片包括至少一个沿轴向从所述叶片的内表面朝向所述叶片内部突出的第一径向台肩，并且每个桅杆包括至少一个从所述桅杆的外表面沿轴向向所述桅杆外部突出的第二台肩，所述第二台肩被配置为沿径向与所述第一台肩配合并将所述叶片径向压靠在所述桅杆上。
[0026]因此，本专利技术允许在运行中限制甚至消除金属桅杆和CMC叶片之间的径向间隙开口，从而减少甚至消除关于叶片位置的不确定性。
[0027]设置在中空叶片内侧和桅杆外侧的台肩允许克服叶片定位中缺乏确定性的问题，台肩允许利用流动路径中的空气动力载荷径向向内或向外挤压叶片。
[0028]在正常运行中，CMC叶片上的空气动力载荷的合力允许CMC整流罩压靠内护罩或外护罩之一，从而径向定位。本专利技术允许添加确定性径向定位解决方案，从而在所有类型的发动机运行中控制CMC叶片的位置。
[0029]根据涡轮的第一方面，至少一个第一台肩包括与轴向成第一非零角度的第一斜面部分，并且至少一个第二台肩包括与轴向成第二非零角度的第二斜面部分，所述第一角度和第二角度具有相同的度数。
[0030]斜面凸片在金属桅杆上的CMC叶片的径向位置提供确定性的保持力。这些连接到本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涡轮发动机涡轮(1)，包括壳体(4)、与所述壳体(4)一体的外金属支撑护罩(9)、内金属支撑护罩(5)以及环形涡轮分配器(2)，所述环形涡轮分配器(2)限定轴向(D
A
)和径向(D
R
)并且包括多个由陶瓷基复合材料制成的分配器分段(20)，所述分配器分段(20)形成在所述外支撑护罩(9)和所述内支撑护罩(5)之间延伸的冠部，每个分段(20)包括金属桅杆(6)、内平台(24)、外平台(26)和至少一个叶片(28)，所述叶片(28)在所述内平台(24)和所述外平台(26)之间径向延伸并且具有限定径向延伸的内壳(280)的中空轮廓，所述内平台(24)和所述外平台(26)各自具有开口(245、246)，该开口(245、246)与所述叶片(28)的所述内壳(280)相通，所述桅杆(6)穿过所述开口(245、246)和所述内壳(280)，并且一方面固定到所述外壳(4)，另一方面连接到所述环形分段(20)，特征在于，每个叶片(28)包括至少一个沿轴向(D
A
)从所述叶片(28)的内表面(281)朝向所述叶片(28)的内部突出的第一径向台肩(72)，并且每个桅杆(6)包括至少一个从所述桅杆(6)的外表面(67)沿轴向(D
A
)朝向所述桅杆(6)外部突出的第二台肩(71)，所述第二台肩被配置为沿径向(D
R
)与所述至少一个第一台肩(72)配合并将所述叶片(28)径向压靠在所述桅杆(6)上，所述至少一个第一台肩(72)包括与轴向(D
A
)成第一非零角度(β)的第一斜面部分(720)，并且所述至少一个第二台肩(71)包括与轴向(D
A
)成第二非零角度(α)的第二斜面部分(710)，所述第一角度(β)和第二角度(α)具有相同的值。2.根据权利要求1所述的涡轮(1)，其中，所述第一角度(β)和第二角度(α)各自介于10
°
和8...
【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯，
申请(专利权)人：赛峰航空器发动机，
类型：发明
国别省市：
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