安装在横向构件上的涡轮环组件制造技术

本发明专利技术涉及一种围绕轴线

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】安装在横向构件上的涡轮环组件


[0001]本专利技术涉及一种用于涡轮机的涡轮环组件，其中该组件包括由陶瓷基质复合材料制成的多个角环段，这些角环段端对端地设置以形成涡轮环
。
[0002]本专利技术的应用领域特别是航空燃气涡轮发动机领域
。
然而，本专利技术也可应用于其他涡轮机，例如工业涡轮
。

技术介绍

[0003]在全金属涡轮环组件的情况下，有必要冷却该组件的所有元件且特别是受到最热流影响的涡轮环
。
因为所使用的冷却流是从发动机的主流中提取的，所以这种冷却对发动机的性能有重大影响
。
此外，涡轮环使用金属限制了增加涡轮温度的可能性，然而增加涡轮温度将允许提高航空发动机的性能
。
[0004]为了试图解决这些问题，已经考虑生产由陶瓷基质复合
(CMC)
材料制成的涡轮环段，以免除金属材料的实施
。
[0005]CMC
材料具有良好的机械性能，使其能够构成结构元件且有利地在高温下维持这些机械性能
。CMC
材料的实施允许有利地减少在运行期间施加的冷却流，并由此提高了涡轮机的性能
。
此外，
CMC
材料的实施允许有利地减少涡轮机的质量并减少金属部件所遇到的热膨胀的影响
。
[0006]此外，已知文献
FR 2 540 939、GB 2 480 766、EP 1 350 927、US2014/0271145、US2012/082540
和
FR 2 955 898
，它们公开了涡轮环组件
。
[0007]环段包括环形基部和外表面，环形基部的内表面限定涡轮环的内表面，两个突出部从外表面径向延伸，突出部的端部保持在金属环形支撑结构的两个凸缘之间
。
[0008]因此，使用
CMC
环段可以显著减少冷却涡轮环所需的通风量
。
然而，
CMC
具有与金属材料不同的机械行为，需要重新考虑其集成以及将其定位在涡轮内的方式
。
事实上，
CMC
不容许收缩配合组件
(
通常用于金属环
)
，且其热膨胀比金属材料的热膨胀小
。
[0009]此外，使用
CMC
环段增加了将其集成到涡轮壳体中所需的零部件数量，这增加了组件的成本和重量并且需要复杂的组装程序
(
套筒收缩
、
定位销组装等
)。

技术实现思路

[0010]因此，本专利技术的主要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但同时仍然具有减小的质量，并且进一步降低了
CMC
环段在涡轮运行期间所承受的机械应力的强度
。
[0011]该目的是由于一种围绕轴线延伸的涡轮环组件而实现的，该组件包括由陶瓷基质复合材料制成的形成涡轮环的多个环段以及由涡轮壳体保持的环支撑结构
。
每个环段包括基部，彼此轴向间隔开的上游闩锁突出部和下游闩锁突出部从该基部径向向外延伸
。
[0012]根据本专利技术的涡轮环组件特别值得注意的是，其还包括横向构件，该横向构件机械地连接到环支撑件并且包括抵靠环段的上游闩锁突出部的第一径向凸缘，且对于每个环
段包括至少两个横向销和一个径向弹簧，每个横向销穿过环段的上游闩锁突出部和下游闩锁突出部以及环支撑件以保持环段与环支撑件彼此固定，并且径向弹簧一方面保持抵靠环段且另一方面保持抵靠环支撑件，环支撑件还包括第二径向凸缘，该第二径向凸缘抵靠环段的下游闩锁突出部，每个环段的上游闩锁突出部和下游闩锁突出部轴向上布置在第一径向凸缘与第二径向凸缘之间
。
[0013]因此，根据本专利技术的涡轮环组件的架构允许在不使用金属环的保持技术的情况下提供对由
CMC
材料制成的每个环段的径向和轴向保持，并且以如下方式起作用：一方面，控制其位置且避免其振动，同时还允许环段进而延及到环在温度升高以及压力变化的影响下自由变形，这特别是由于界面处的金属部件的数量减少所致
。
[0014]在该架构中，对由
CMC
材料制成的环的径向保持，一方面通过使所述至少两个销借助于为此目的提供的轴向孔而穿过每个环段和环支撑件来提供
、
另一方面通过将金属弹簧放置在两个销之间并径向支撑在环段与环支撑件之间来提供
。
[0015]特别地，弹簧允许保持环段布置在相同径向位置
。
[0016]对由
CMC
材料制成的环的轴向保持，一方面通过将环支撑件固定到横向构件
(
例如，通过由螺钉与螺母形成的至少一个组件将环支撑件和横向构件一起附接在壳体外部
)
来提供
、
另一方面通过环的上游闩锁突出部与横向构件之间的平面接触以及通过环支撑件与环的下游闩锁突出部之间的平面接触来提供
。
[0017]此外，涡轮环组件的这种架构和构造提供了一种在涡轮环与环支撑结构以及壳体之间没有螺栓连接的解决方案，这种连接是由于横向销而实现的，这允许显著减少组件的总质量
。
此外，螺栓连接的消除还允许以不同的方式布置环组件的各零部件，这还允许通过减少构成涡轮环组件的元件的数量来在质量方面进行改进
。
[0018]此外，径向销的消除减少了环支撑结构的零部件的机加工操作
。
其结果是改进了零部件数量，进而因此降低了组件的重量和成本
。
[0019]根据涡轮环组件的第一方面，所述第一径向凸缘可以包括第一部分和在第一部分径向内侧的第二部分，第二部分包括彼此轴向分开且均固定到第一部分的第一突出部和第二突出部，第一突出部在第二突出部的轴向上游，并且第二突出部抵靠上游闩锁突出部
。
[0020]因此，横向构件的第一径向凸缘允许最小化金属部件中的切向应力，从而一方面提供了对环的保持，并且还补偿了
CMC
环段的强制造离差，特别是环的轴向长度
。
[0021]此外，将横向构件生产为单件允许显著减少保持环所需的零部件数量
。
[0022]此外，制造公差不那么严重，横向构件允许吸纳环段之间的间隙，而
360
°
凸缘无法做到这一点
。
[0023]根据涡轮环组件的第二方面，所述第一径向凸缘的下游突出部可以包括固定到第一径向凸缘的第一部分上的第一端和自由且与第一端相反的第二端，下游突出部还包括径向槽，这些径向槽成等角间隔地间隔开且各自从第二端延伸到圆形开口，径向槽的数量至多等于环段的数量
。
[0024]槽所通入的圆形开口允许减少该区域中的应力集中
。
在一个实施方式中，槽的数量可以等于环段的数量
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种围绕轴线
(X
‑
X)
延伸的涡轮环组件
(2)
，包括：多个环段
(10)
，这些环段
(10)
由陶瓷基质复合材料制成，形成涡轮环
(4)
；以及环支撑结构
(6)
，所述环支撑结构由涡轮壳体保持，每个环段
(2)
包括基部
(12)
，从所述基部
(12)
径向向外延伸有彼此轴向间隔开的上游闩锁突出部
(16)
和下游闩锁突出部
(14)
，其特征在于，所述组件
(2)
还包括：横向构件
(20)
，所述横向构件
(20)
机械地连接到所述环支撑件
(6)
并且包括抵靠所述环段
(10)
的所述上游闩锁突出部
(16)
的第一径向凸缘
(210)
，以及对于每个环段
(10)
，至少两个横向销
(40)
和一个径向弹簧
(70)
，其中，每个横向销
(40)
穿过所述环段
(10)
的所述上游闩锁突出部
(16)
和所述下游闩锁突出部
(14)
以及所述环支撑件
(6)
，以保持所述环段
(10)
和所述环支撑件
(6)
固定于彼此，并且，所述径向弹簧
(70)
在正交于所述轴向方向
(X
‑
X)
的径向方向
(D
R
)
上保持一方面抵靠所述环段
(10)
并且另一方面抵靠所述环支撑件
(6)
以保持所述环段布置在相同径向位置，所述环支撑件
(6)
还包括第二径向凸缘
(68)
，所述第二径向凸缘
(68)
抵靠所述环段
(10)
的所述下游闩锁突出部
(14)
，每个环段
(10)
的所述上游闩锁突出部
(16)
和所述下游闩锁突出部
(14)
轴向上布置在所述第一径向凸缘
(210)
与所述第二径向凸缘
(68)
之间，并且所述第一径向凸缘
(210)
包括第一部分
(2103)
和在所述第一部分
(210)
的径向内侧的第二部分
(2104)
，所述第二部分
(2104)
包括第一突出部
(2105)
和第二突出部
(2106)
，所述第一突出部
(2105)
和所述第二突出部
(2106)
彼此轴向分开并且均固定到所述第一部分
(2103)
，所述第一突出部
(2105)
位于所述第二突出部
(2106)
的轴向上游，并且所述第二突出部
(2106)
抵靠所述上游闩锁突出部
(16)。2.
根据权利要求1所述的组件
(2)
，其中，所述第一径向凸缘
(210)
的所述下游突出部
(2106)
包括固定到所述第一径向凸缘
(210)
的所述第一部分
(2103)
的第一端和自由且与所述第一端相对的第二端，所述下游突出部
(2106)
还包括径向槽
(222)
，所述径向槽
(222)
等角间隔地间隔开并且各自从所述第二端延伸到开口
(224)
，所述径向槽
(222)
的数量至多等于所述环段
(10)
的数量
。3.
根据权利要求1或2所述的组件
...

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