【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及涡轮机，特别是包括涡轮喷嘴的工业涡轮或航空涡轮喷气发动机，该涡轮喷嘴由陶瓷基质复合材料制成或具有至少部分陶瓷基质(下文称为cmc材料)。
技术介绍
1、本专利技术的应用领域特别是燃气涡轮航空发动机的应用领域。然而，本专利技术可应用于其它涡轮机，例如工业涡轮。
2、涡轮机性能的提高及其污染排放的减少导致设想越来越高的运行温度。
3、因此，对于涡轮机的热部分的元件，已经提出了使用陶瓷基质复合材料，下文称为cmc。
4、cmc材料通常由耐火纤维(诸如碳纤维或陶瓷纤维)制成的纤维增强体形成，该纤维增强体通过陶瓷基质致密化或至少部分地由陶瓷制成。
5、这些材料具有显著的热结构性能(即，使其能够形成结构元件的机械性能)以及在高温下保持这些性能的能力。此外，cmc材料的每单位体积质量比传统上用于涡轮机的热部分的元件的金属材料低得多。
6、因此，文献wo 2010/061140、wo 2010/116066和wo 2011/080443描述了具有内置平台和踵部的由cmc制成的涡轮机叶轮的叶片的生产。特别是在文献wo 2010/146288、fr 2979 662和ep 2 443 318中，还提供了cmc材料用于涡轮喷嘴的应用。
7、传统的金属涡轮喷嘴呈由若干组装的节段组成的冠形形状，每个节段包括内平台、外平台以及在内平台与外平台之间延伸并附接到它们的多个翼型件。并置的内平台形成内护罩，而并置的外平台形成外护罩。内护罩和外护罩界定了喷嘴中的气体流动路径。>
8、引入由cmc制成的喷嘴(例如高压喷嘴)使得与金属喷嘴相比可以提高所容许的最高温度，并由此减少所使用的冷却空气的量。这使得能够提高涡轮机的性能。
9、然而，cmc由于具有不同于金属的特性而对某些机械应力更为敏感。具体而言，cmc具有较大的刚度以及较低的膨胀。其在压缩下表现较好，但其容许拉伸应力低于金属的容许拉伸应力。
10、此外，由于cmc与金属之间的热膨胀差异，cmc部件难以集成到金属环境中。这在涡轮机中、尤其是在涡轮机的高压部分中甚至更为复杂，这是因为环境是热的，这加剧了材料之间的热膨胀系数的差异，高压喷嘴所经受的空气动力学载荷在该涡轮区域中也较高。
11、由cmc制成的喷嘴是已知的，诸如涡轮喷嘴，其包括固定到外壳的外支撑护罩、内支撑护罩以及多个喷嘴节段，该喷嘴节段形成在外支撑护罩与内支撑护罩之间延伸的冠部，且由cmc制成。各喷嘴节段支承在内支撑护罩和外支撑护罩上，并包括内平台、外平台和在外平台与内平台之间延伸并附接到它们的至少一个翼型件。
12、然而，需要对关于cmc喷嘴节段与内护罩的确定性保持(特别是在喷嘴节段的轴向保持方面和空气动力学载荷的吸收方面)的已知解决方案进行改进。
13、此外，显著的压差在径向和轴向方向上施加在喷嘴下方的外壳上。该外壳用于在转子与定子之间形成密封。该压差是会导致如下情况的载荷的来源，即，在给定的材料容许应力的情况下，若其施加在cmc上，则将会是高载荷。
14、还已知(特别是从文献fr 3 061 928和fr 2 973 435中)一种如上所述的喷嘴，该喷嘴还包括在叶片内部、在两个平台之间径向延伸的加强支柱，从而允许喷嘴通过支柱保持在外壳上。
15、然而，这种解决方案经由支柱吸收与喷嘴下方的压差相关的载荷和cmc冠部上的空气动力学载荷。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，难以通过提供凸缘而将cmc部件定位在金属环境上。
16、在涡轮的运行期间，支柱与其所穿过的翼型件之间会产生显著的径向间隙。更具体而言，由于支柱的膨胀大于cmc翼型件的膨胀，因此在支柱与其所穿过的翼型件之间可能出现大于0.5mm、甚至大于1mm的径向间隙。该径向间隙在翼型件的位置上产生了不确定性，并且空气动力学的下压力根据空气动力学载荷的径向合成载荷而变得随机向上或向下。
17、在完全为金属的喷嘴中，喷嘴通常是铸造的并且若干翼型件形成单个喷嘴(通常是两个一组或三个一组，即每个环节段具有两个或三个翼型件)。在此情况下，由于制造过程的原因，通道截面是可控且可复制的。
18、由于若干原因，当叶片由集成到金属环境中的cmc材料制成时，情况不再如此。首先，由于缺乏对cmc部件上公差的控制，由于cmc材料翼型件没有受到位置应力以避免损坏，以及由于cmc材料翼型件与吸收载荷的金属支柱之间的接触。
19、因此，需要改进该解决方案的cmc喷嘴的确定性保持。
技术实现思路
1、本专利技术意在通过提供一种涡轮机涡轮来缓解上述缺点和克服上述困难，该涡轮机涡轮包括至少部分地由cmc制成的涡轮喷嘴，该涡轮喷嘴的安装被简化并适于在允许其喷嘴节段独立于金属交界面部件变形的同时确定性地保持所述喷嘴节段，同时也确保了令人满意的密封。
2、本专利技术的目的还在于允许调节翼型件在上部护罩上的轴向定位。
3、本专利技术的一个主题提供了一种涡轮机涡轮，其包括：外壳；由金属制成的外支撑护罩，该外支撑护罩固定到外壳并限定轴向方向和径向方向；由金属制成的内支撑护罩；环形的涡轮喷嘴，该涡轮喷嘴包括由陶瓷基质复合材料制成的多个喷嘴节段，该多个喷嘴节段形成在外支撑护罩与内支撑护罩之间延伸的冠部。
4、此外，每个节段包括内平台、外平台和至少一个翼型件，该至少一个翼型件在内平台与外平台之间径向延伸、并且具有中空轮廓，该中空轮廓限定径向延伸的内壳体，并且该涡轮针对每个节段还包括至少一个支柱，该至少一个支柱固定到金属护罩并且经由翼型件的壳件径向穿过该节段。
5、根据本专利技术的一般性特征，针对每个节段，外平台包括面向外金属护罩的径向外表面和从外平台的径向外表面径向突出地延伸的轴向止挡件，并且外金属护罩包括面向外平台的径向内表面和从外金属护罩的径向内表面径向突出地延伸的互补轴向止挡件，该轴向止挡件沿着轴向方向支承抵靠该互补轴向止挡件并且相对于要流过涡轮的气流的方向位于该互补轴向止挡件的上游，并且该轴向止挡件的与该互补轴向止挡件接触的表面相对于与该轴向方向正交的平面具有加工角度，该加工角度被选择为用于调节所述节段的至少一个叶片相对于轴向方向的定向。
6、因此，本专利技术提供了一种用于控制穿过喷嘴中的流动路径的流的通道截面的解决方案，其包括由金属支柱穿过但保持在非应力位置的中空cmc翼型件的组件。
7、在喷嘴节段与固定到支柱的外金属护罩之间的平面支承——即在两个平面表面之间——使得可以免除关于喷嘴环的支撑结构(特别是由外金属护罩9和外壳形成的支撑结构)绕喷嘴环的径向轴线的旋转自由度，且此外可以免除沿着轴向方向da——即沿着发动机中心线——的平移自由度。这使得可以确保喷嘴保持在适当的位置，并由此在运行中控制喷嘴的通道截面，并具有可逐个翼型件地复制的通道截面，因为轴向止挡件的接触表面被加工成确保这种情况。
8、根据涡轮的第一方面，支柱和外金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制造涡轮机涡轮(1)的方法，其中，在第一步骤中，由陶瓷基质复合材料形成喷嘴(2)；然后在第二步骤中，控制其叶片轮廓的定向；然后在第三步骤中，确定与互补轴向止挡件(96)接触的轴向止挡件(260)的表面(262)的加工角度，以调整所述至少一个叶片相对于外金属护罩(9)的定向；在第四步骤中，加工与互补轴向止挡件(96)接触的所述轴向止挡件(260)的所述表面(262)；以及在第五步骤中，将所述喷嘴组装在所述护罩上以及所述涡轮的外壳上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述涡轮机涡轮(1)包括：外壳；由金属制成的外支撑护罩(9)，该外支撑护罩(9)固定到所述外壳并限定轴向方向(DA)和径向方向(DR)；由金属制成的内支撑护罩(5)；环形的涡轮喷嘴(2)，该涡轮喷嘴(2)包括由陶瓷基质复合材料制成的多个喷嘴节段(20)，所述多个喷嘴节段(20)形成在所述外支撑护罩(9)与所述内支撑护罩(5)之间延伸的冠部；
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述支柱(6)和所述外金属护罩(9)能够制成为单个部件。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，其中，所述支柱(6)是中空的。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种制造涡轮机涡轮(1)的方法，其中，在第一步骤中，由陶瓷基质复合材料形成喷嘴(2)；然后在第二步骤中，控制其叶片轮廓的定向；然后在第三步骤中，确定与互补轴向止挡件(96)接触的轴向止挡件(260)的表面(262)的加工角度，以调整所述至少一个叶片相对于外金属护罩(9)的定向；在第四步骤中，加工与互补轴向止挡件(96)接触的所述轴向止挡件(260)的所述表面(262)；以及在第五步骤中，将所述喷嘴组装在所述护罩上以及所述涡轮的外壳上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述涡轮机涡轮(1)包括：外壳；由金属制成的外支撑护罩(9)，该外支撑护罩(9)固定到所述外壳并限定轴向...
【专利技术属性】
技术研发人员：奥雷琳·盖拉德，克莱门特·埃米尔·安德烈·卡津，塞巴斯蒂安·塞尔日·弗朗西斯·康格拉特尔，克莱门特·贾罗塞，帕斯卡尔·塞德里克·塔巴林，
申请(专利权)人：赛峰飞机发动机公司，
类型：发明
国别省市：
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