涡轮组件以及设置有这种组件的气体涡轮发动机制造技术

一种涡轮组件(1)，该涡轮组件包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮组件以及设置有这种组件的气体涡轮发动机


[0001]本专利技术涉及一种涡轮组件，该涡轮组件包括多个环区段以及环支撑结构，该多个环区段由陶瓷基复合材料(CMC)制成，多个环区段组装形成涡轮环。
[0002]本专利技术的应用领域特别是航空气体涡轮发动机或涡轮机。然而，本专利技术适用于其他涡轮机，例如工业涡轮。

技术介绍

[0003]在航空气体涡轮发动机中，效率的提高和一些污染排放的减少导致寻求在更高的温度下运转。从目前的技术来看，全金属涡轮环组件是已知的。然而，有必要冷却该组件的所有元件，特别是涡轮环，因为涡轮环经受非常热的流，其温度高于金属材料所能承受的温度。
[0004]然而，这种冷却对发动机的性能有显著影响，因为所使用的冷却流取自发动机的主流。此外，涡轮环所使用的金属限制了涡轮温度升高的可能性，然而这将改善航空发动机的性能。
[0005]为了解决上述问题，设想生产一种由陶瓷基复合材料(CMC)制成的涡轮环区段，以避免使用金属材料。
[0006]众所周知，陶瓷基复合材料能在明显高于金属的温度下保持其力学特性，这使得陶瓷基复合材料能够构成热结构元件。使用这种类型的材料使得能够减小部件的冷却流速，从而提高涡轮机的性能。此外，CMC材料的优点是具有比通常用于生产涡轮环的金属具有更低的密度。这使得能够设想整个涡轮机的显著质量增加。
[0007]在文献US 2012/0027572中特别地描述了用单个CMC材料块生产涡轮环区段。环区段包括环形基座和外部面，该环形基座的内部面限定涡轮环的内部面和外部面，两个支柱从该外部面径向延伸，该支柱的端部保持在金属环支撑结构的两个凸缘之间。
[0008]因此，使用CMC环区段使得能够显著减少冷却涡轮环所需的通风量。然而，CMC具有不同于金属材料的力学性能，CMC的集成以及在涡轮内的定位方式必须重新设计。实际上，CMC不能承受收缩配合的安装(通常用于金属环)，并且CMC的热膨胀低于金属材料。
[0009]文献WO 2015/191 169已经公开了一种涡轮组件，该涡轮组件包括多个由陶瓷复合材料制成的涡轮环区段、由外部壳体保持的支撑结构(该结构包括环形护罩和环形间隔件区段)以及扩散空气的空气导流器。
[0010]文献WO 2015/108 658还公开了一种涡轮组件，该涡轮组件包括环支撑结构和多个涡轮环区段，该多个涡轮环区段共同形成涡轮环。该组件还包括设置有通道的导流器，该导流器使得能够在涡轮环区段的径向内部面上引入冷却空气。
[0011]最后，文献EP 3 118 417公开了一种涡轮组件，该涡轮组件包括多个由CMC陶瓷材料制成的涡轮环区段和环支撑结构。导流器可以径向地被布置在支撑件和环区段之间。
[0012]然而，这些文献都没有描述或建议通过在所述间隔件区段中的一个上互锁来安装空气扩散器，也没有描述或建议根据本专利技术的空气扩散器的结构。

技术实现思路

[0013]本专利技术的一个目的是提出一种涡轮环组件，该涡轮环组件不具有上述缺点，特别是该涡轮环组件比现有技术中已知的涡轮环组件轻，并且，特别是移除了通常存在于这种集成件中的所有螺栓连接。
[0014]为此，本专利技术涉及一种围绕纵向轴线延伸的涡轮组件，该组件包括：
[0015]‑
多个由陶瓷基复合材料制成的涡轮环区段，该涡轮环区段周向首尾相连地装配以形成涡轮环，每个涡轮环区段包括基座，该基座具有径向内部面和径向外部面，上游支柱和下游支柱从该径向外部面径向向外延伸并轴向彼此间隔开，
[0016]‑
由外部环形涡轮壳体保持的环支撑结构，所述环支撑结构包括环形护罩和多个角间隔件区段，该多个角间隔件区段共同形成环形间隔件，所述环形间隔件被固定到所述环形护罩上，并且每个涡轮环区段通过所述支柱被固定在所述环形间隔件上，
[0017]‑
至少一个空气扩散器，该至少一个空气扩散器被配置成将冷却空气扩散在所述涡轮环区段中的至少一个的所述径向外部面上。
[0018]根据本专利技术，所述至少一个空气扩散器通过互锁安装在所述角间隔件区段中的一个上，处于互锁的位置，空气扩散器具有内部腔体和径向内部面，该径向内部面被多个开口到该腔体的空气喷射孔穿透，空气扩散器的附接构件被开口到所述腔体的进气孔穿透，并且每个角间隔件区段包括至少一个空气供应管道，该至少一个空气供应管道一方面开口到角间隔件区段的上游面中的一个，另一方面开口到狭槽的T形的互锁区域的底部中，面向扩散器的附接构件的进气孔的口部，当该扩散器处于其互锁的位置时，使得该空气供应管道与所述空气喷射孔流体连通。
[0019]由于本专利技术的这些特征，特别是由于空气扩散器在角间隔件区段中的一个上的互锁，简化了扩散器的安装，扩散器不再需要使用套筒或销来固定，并且减小了涡轮环组件的总质量。
[0020]此外，这种安装使得能够保持使用由陶瓷基复合材料制成的环和相关的优点。根据本专利技术的其他有利的和非限制性的特征，这些特征单独或组合采用：
[0021]‑
每个角间隔件区段在其径向内部面上具有直线的互锁狭槽，该直线的互锁狭槽在其长度的部分上具有T形的横截面的互锁区域，并且每个空气扩散器在其径向外部部分中也设置有T形的附接构件，该T形的附接构件被配置成能够被接纳并且互锁到所述互锁区域中；
[0022]‑
所述附接构件包括至少一个与所述互锁狭槽的T形的互锁区域配合的邻接部，以便一旦空气扩散器处于互锁的位置，则阻止空气扩散器的轴向位移；
[0023]‑
每个角间隔件区段包括轴向向下游定向的上游钩部和下游指状部，环形护罩包括两个向上游开口的环形槽，并且这些槽旨在分别接纳所述上游钩部和所述下游指状部；
[0024]‑
每个间隔件区段设置有上游凸缘，该涡轮的喷嘴形成布置在所述涡轮环组件的上游的冠部，该涡轮的喷嘴轴向压靠在该上游凸缘上，以将所述上游钩部和所述下游指状部分别保持在环形护罩的对应的槽中；
[0025]‑
所述环形护罩包括下游凸缘，该下游凸缘沿涡轮环的轴向方向的厚度通常小于环区段的下游支柱的厚度，下游凸缘在环区段的下游支柱上施加应力；
[0026]‑
使用固定柱销(pion)将环区段的所述上游支柱固定在间隔件区段的上游凸缘
上，使用固定柱销将环区段的所述下游支柱固定在该同一间隔件区段的至少一个下游支柱上，柱销主要轴向延伸；
[0027]‑
每个角间隔件区段在其两个周向端部处具有用于接纳密封凸片的密封狭槽，这些密封凸片被布置在所述密封狭槽中，位于两个周向首尾相连地布置的角间隔件区段之间。
[0028]本专利技术还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括如上所述的涡轮组件。
附图说明
[0029]本专利技术的其他特征、目的和优点将通过以下说明来呈现，以下说明完全是说明性的而非限制性的，并且应该结合附图来阅读，在附图中：
[0030]‑
图1示出了根据本专利技术的安装在涡轮机中的涡轮组件的纵向剖面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种围绕纵向轴线(X
‑
X
’
)延伸的涡轮组件(1)，所述组件(1)包括：
‑
多个由陶瓷基复合材料制成的涡轮环区段(20)，所述涡轮环区段周向首尾相连地装配以形成涡轮环(2)，每个涡轮环区段(20)包括基座(21)，所述基座具有径向内部面(211)和径向外部面(212)，上游支柱(22)和下游支柱(23)从所述径向外部面径向向外延伸并轴向彼此间隔开，
‑
由外部环形涡轮壳体(4)保持的环支撑结构(3)，所述环支撑结构(3)包括环形护罩(6)和多个角间隔件区段(70)，所述多个角间隔件区段共同形成环形间隔件(7)，所述环形间隔件(7)被固定到所述环形护罩(6)上，并且每个所述涡轮环区段(20)通过所述支柱(22，23)被固定在所述环形间隔件(7)上，
‑
至少一个空气扩散器(8)，所述至少一个空气扩散器被配置成将冷却空气扩散在所述涡轮环区段(20)中的至少一个的所述径向外部面(212)上，其特征在于，所述至少一个空气扩散器(8)通过互锁安装在所述角间隔件区段(70)中的一个上，处于互锁的位置，所述空气扩散器(8)具有内部腔体(80)和径向内部面(81)，所述径向内部面被多个开口到所述腔体(80)的空气喷射孔(810)穿透，所述空气扩散器(8)的附接构件(82)被开口到所述腔体(80)的进气孔(825)穿透，并且每个角间隔件区段(70)包括至少一个空气供应管道(75)，所述至少一个空气供应管道一方面开口到所述角间隔件区段的上游面(76)中的一个，另一方面开口到狭槽(74)的T形的互锁区域(742)的底部中，面向所述扩散器的所述附接构件(82)的所述进气孔(825)的口部，当所述扩散器(8)处于所述扩散器的互锁的位置时，使得所述空气供应管道(75)与所述空气喷射孔(810)流体连通。2.根据权利要求1所述的涡轮组件(1)，其特征在于，每个角间隔件区段(70)在所述角间隔件区段的径向内部面(712)上具有直线的互锁狭槽(74)，所述直线的互锁狭槽在所述直线的互锁狭槽的长度的部分上具有T形的横截面的互锁区域(742)，并且每个空气扩散器(8)在所述空气扩散器的径向外部部分中...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥勒列恩，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：