陶瓷复合材料燃烧器圆顶和衬里制造技术

一种用于涡轮机发动机的燃烧器，其包括由陶瓷基复合(CMC)材料制成的圆顶，圆顶固定在支撑结构内。燃烧器包括由CMC材料制成的外衬，外衬固定到支撑结构内的圆顶。燃烧器还包括由CMC材料制成的内衬，内衬固定到支撑结构内的圆顶。圆顶。圆顶。

【技术实现步骤摘要】
陶瓷复合材料燃烧器圆顶和衬里


[0001]本公开涉及包括燃烧器的涡轮机发动机。

技术介绍

[0002]涡轮机发动机中的燃烧器接收燃料和高度压缩空气的混合物，其被点燃以产生热燃烧气体。这些热气体用于在涡轮中提供扭矩，以提供机械动力和推力。典型的燃烧器布局至少部分地由金属构成，金属重量大并且需要多壁结构和高水平的冷却以保护燃烧器免受极高温度的影响。金属在高温下的膨胀也会产生干扰气流的间隙并降低燃料效率。
附图说明
[0003]本公开的特征和优点将从以下对各种示例性实施例的描述中显而易见，如附图中所示，其中相似的附图标记通常表示相同、功能类似和/或结构类似的元件。
[0004]图1示出了航空涡轮机发动机的示例。
[0005]图2示出了沿图1中所示的涡轮机发动机的线2
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2截取的燃烧器的示意横截面视图。
[0006]图3示出了沿图2中所示的燃烧器的线3
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3截取的燃烧室的示意横截面视图。
[0007]图4示出了沿图3中所示的燃烧器的线4
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4截取的燃烧室的示意横截面视图。
[0008]图5示意性地示出了一些实施例的燃烧器的实施例，其中圆顶、外衬和内衬都由CMC材料制成。
[0009]图6示出了一些实施例的紧固件的横截面视图。
[0010]图7示意性地示出了结构安装件、紧固件的外阵列和内阵列的立体图，其中为了清楚起见去除了圆顶、内衬和外衬。
[0011]图8A示出了紧固件的外阵列，其中结构安装件被移除。
[0012]图8B示出了紧固件的内阵列，其中结构安装件被移除。
[0013]图9示出了燃烧室的后向视图。
[0014]图10示出了燃烧室的后向视图，其中结构安装件被移除。
[0015]图11示意性地示出了一些实施例的另一燃烧器。
具体实施方式
[0016]本公开的特征、优点和实施例通过考虑以下详细描述、附图和权利要求来阐述或显而易见。此外，应当理解，以下详细描述是示例性的并且旨在提供进一步的解释，而不限制所要求保护的本公开的范围。
[0017]下面详细讨论各种实施例。尽管讨论了特定实施例，但这仅是为了说明的目的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以使用其他部件和构造。
[0018]如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个
部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
[0019]术语“前”和“后”是指涡轮机发动机或运载器内的相对位置，并且是指涡轮机发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
[0020]术语“外”和“内”是指涡轮机发动机内距发动机的中心线轴线的相对位置。例如，外是指更远离中心线轴线的位置，而内是指更靠近中心线轴线的位置。
[0021]除非另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征的间接联接、固定或附接。
[0022]本公开和各种实施例涉及涡轮机发动机，也称为燃气涡轮发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮机。这些涡轮机发动机可应用于各种技术和行业。本文可以在航空发动机和飞行器机械的背景下描述各种实施例。
[0023]在一些情况下，涡轮机发动机被构造为直接驱动发动机。在其他情况下，涡轮机发动机可以被构造为具有齿轮箱的齿轮发动机。在一些情况下，涡轮机发动机的推进器可以是封装在风扇壳体和/或机舱内的风扇。这种类型的涡轮机发动机可以称为“管道式发动机”。在其他情况下，涡轮机发动机的推进器可以暴露(例如，不在风扇壳体或机舱内)。这种类型的涡轮机发动机可以称为“开式转子发动机”或“非管道式发动机”。
[0024]在燃烧器设计中期望使用陶瓷基复合材料(CMC)，因为CMC材料具有比金属高得多的热容。尽管一些燃烧器设计已将CMC用于燃烧器的某些部分，但这些仍然依赖金属用于圆顶和其他燃烧器部件。由于更换了较重的金属部件并简化了内部设计，全CMC设计的优势在于减少冷却、减轻重量和缩短燃烧器长度。与部分CMC燃烧器设计相比，全CMC设计还可能提供通过消除圆顶和衬里之间的附接间隙来改进气流控制、通过消除附加导流板来减轻重量、以及减少圆顶上的冷却。
[0025]本公开的一些实施例提供用于涡轮机发动机中的燃烧器的圆顶和衬里的全CMC设计。该设计包括专用安装硬件设计，从而防止发动机的支撑结构与CMC圆顶和衬里之间的CMC上直接金属接触造成损坏，以及在周围金属发动机和燃烧器部件的热引起膨胀期间提供灵活性并维持CMC部件相对于彼此的分离和位置。
[0026]图1示出了根据本公开的实施例的涡轮机发动机100的示例。这种发动机的类型包括涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机、涡轮机和涡轮喷气发动机。涡轮机发动机100被保护罩105覆盖，因此在该外部视图中唯一可见的部件是风扇组件110。图1中未示出的喷嘴也从涡轮机发动机100的后端突出超过保护罩105。
[0027]图2示出了沿图1中所示的涡轮机发动机100的线2
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2截取的示意横截面视图，其可以结合本公开的一个或多个实施例。在该示例中，涡轮机发动机100是双线轴涡轮机，其包括高速系统和低速系统，两者都部分地被保护罩105覆盖。涡轮机发动机100的低速系统包括风扇组件110、低压压缩机210(也称为增压器)和低压涡轮215，所有这些都通过沿涡轮机发动机100的中心线轴线220延伸的低速轴(图2中未示出)连接。风扇组件110、低压压缩机210和低压涡轮215都围绕中心线轴线220一致地旋转。
[0028]涡轮机发动机100的高速系统包括高压压缩机225、燃烧器230和高压涡轮235，所有这些都通过沿涡轮机发动机100的中心线轴线220延伸的高速轴(图2中未示出)连接。高压压缩机225和高压涡轮235以与低压部件的旋转不同的旋转速度(并且在一些实施例中，
以相对于低压系统的更高旋转速度和/或反向旋转方向)围绕中心线轴线220一致地旋转。
[0029]低压系统和高压系统的部件定位成使得涡轮机发动机100吸入的一部分空气流过涡轮机发动机100，从前向后通过风扇组件110，低压压缩机210、高压压缩机225、燃烧器230、高压涡轮235和低压涡轮215。涡轮机发动机100吸入的另一部分空气绕过低压系统和高压系统，并沿箭头240从前向后流动。
[0030]燃烧器230位于高压压缩机225和高压涡轮235之间。燃烧器230可包括用于接收来自燃料系统(图2中未示出)的燃料和来自高压压缩机225的空气的混合物的一种或多种构造。该混合物被点燃，产生从前向后流过高压涡轮235的热燃烧气体，高压涡轮235提供扭矩以旋转高压轴，并由此旋转高压压缩机225。在离开高压涡轮之后，燃烧气体继续从前向后流过低压涡轮215，低压涡轮21本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮机发动机的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器包括：圆顶，所述圆顶由陶瓷基复合(CMC)材料制成并固定在支撑结构内；外衬，所述外衬由所述CMC材料制成，所述外衬固定到所述支撑结构内的所述圆顶；以及内衬，所述内衬由所述CMC材料制成，所述内衬固定到所述支撑结构内的所述圆顶。2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，其中，所述外衬和所述内衬具有围绕所述涡轮机发动机的中心线轴线的圆柱形形状，所述外衬的半径大于所述内衬的半径。3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，其中，所述支撑结构由金属制成并且包括外通道和内通道，所述外通道和所述内通道各自具有围绕所述中心线轴线的环形形状，所述外通道的半径大于所述内通道的半径，其中，所述外衬和所述圆顶的第一区段通过第一紧固件阵列固定在所述外通道内，并且其中，所述内衬和所述圆顶的第二区段通过第二紧固件阵列固定在所述内通道内。4.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，进一步包括施加到一个或多个紧固件的至少一个外表面的耐磨涂层。5.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，其中，所述支撑结构的所述外通道包括外壁和内壁，并且其中所述第一紧固件阵列中的至少一个紧固件包括(a)穿透所述外壁、所述外衬、所述圆顶和所述内壁的金属螺栓，以及(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖安，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：