用于低延性涡轮罩的安装装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于低延性涡轮罩的安装装置。具体而言，一种用于气体涡轮发动机的罩装置，包括环形的金属悬挂件、罩片段以及保持器，该罩片段设置在悬挂件的内侧，包含低延性材料并具有由对置的前壁和后壁以及对置的内壁和外壁限定的横截面形状，壁在对置的第一端面和第二端面之间延伸，其中，内壁限定弓形的内流路表面，该保持器机械地联接至接合罩片段的悬挂件而将罩片段保持至悬挂件，并允许罩片段沿径向移动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及气体涡轮发动机，且更特别地涉及将由低延性材料制成的罩安装在这样的发动机的涡轮区段的装置和方法。
技术介绍
典型的气体涡轮发动机包括涡轮机芯，该涡轮机芯具有处于串行流关系的高压压缩机、燃烧器以及高压涡轮。可以以已知的方式操作机芯来产生主级气体流。高压涡轮(也被称为气体发生器涡轮)包括从主级气体流提取能量的一个或更多转子。各个转子包括由旋转盘装载一环形列的叶片或动叶。穿过转子的流路被罩部分地限定，该罩为包围限定叶片或动叶的梢的固定结构。这些构件在极高温的环境中运行，并必须被空气流冷却以确保足够的使用寿命。典型地，从压缩机提取(抽取)用于冷却的空气。抽取空气的使用负面地影响燃料消耗率(“SFC”)并通常应该减小。已建议以诸如陶瓷基体复合物(CMCs)的具有更佳的高温耐性的材料来代替金属罩结构。这些材料具有独特的必须在诸如罩片段的物体的设计和应用的期间考虑的机械特性。例如，与金属材料相比，CMC材料具有相对低的拉伸延性或相对低的断裂应变。而且，CMCs具有约1.5-5微英寸/英寸/° F的范围的热膨胀系数(“CTE”)，该热膨胀系数与用作针对金属罩的支撑件的商业的金属合金显著地不同。这样的金属合金典型地具有约7-10微英寸/英寸/° F的范围的CTE。CMC罩肯定地必须位于发动机内以有效地工作。一些CMC罩已被设计成带有罩构件，通过使用金属夹紧元件而将该罩构件附连至发动机外壳。这些设计尽管对于安装和定位是有效的，但是可能需要多个紧密地隔开的螺栓。在螺栓可能产生高的弯曲应力，这有悖于针对螺栓的使用的最佳工程实践。其他CMC罩安装设计避免了使用栓接的夹具，但是从周围的金属硬件通过CMC罩本身的箱横截面而传输高负荷。这降低了罩片段的可靠性。由此，需要用于安装CMC及其他低延性的涡轮结构的装置，该装置使位于罩的机械负荷减小
技术实现思路
本专利技术致力于该需求，提供了被保持器定位并保持至周围的结构的罩片段，该保持器允许罩和悬挂件之间的径向间隙。根据本专利技术的一个方面，用于气体涡轮发动机的罩装置包括环形的金属悬挂件、罩片段以及保持器，该罩片段设置于悬挂件的内侧，包含低延性材料并具有由对置的前壁和后壁以及对置的内壁和外壁限定的横截面形状，壁在对置的第一端面和第二端面之间延伸，其中，内壁限定弓形的内流路表面，该保持器机械地联接至接合罩片段的悬挂件而将罩片段保持至悬挂件，并允许罩片段沿径向移动。附图说明结合附图并参照以下的描述，可以最佳地理解本专利技术，在附图中: 图1是合并了根据本专利技术的一方面而构造的罩安装装置的气体涡轮发动机的涡轮区段的一部分的示意性横截面 图2是图1示出的罩片段的示意性透视 图3是图2的罩片段的底视 图4是图3的一部分的放大图；以及 图5是图1示出的涡轮区段的一部分的正面截面图。具体实施例方式参照附图，其中，相同的标号在各种视图中始终表示同一要素，图1描绘了涡轮的一小部分，该部分为已知类型的气体涡轮发动机的一部分。涡轮的功能是以已知的方式从来自上游燃烧器(图中未显示)的高温加压燃烧气体提取能量并将能量转化为机械功。涡轮通过轴而驱动上游压缩机(图中未显示)以将加压空气供应至燃烧器。在此描述的原理同样地可应用至涡轮风扇、涡轮喷气机、涡轮轴发动机以及用于其他运载体或固定应用的涡轮发动机。此外，尽管涡轮罩被用作示例，但是本专利技术的原理可应用于至少部分地暴露至气体涡轮发动机的主燃烧气体流路的任何低延性的流路构件。涡轮包括固定喷嘴10。该固定喷嘴10可以为单体构造或组合构造，并包括被环形的外带14包围限定的多个翼形固定涡轮静叶12。外带14限定了穿过涡轮喷嘴10的气体流的外部径向界限。外带14可以为连续的环形元件或可以被分段。在喷嘴10的下游，存在转子盘(图中未显示)，该转子盘绕着发动机的中心轴线旋转，并装载一列翼形涡轮叶片16。布置包括多个弓形罩片段18的罩，以环绕并紧密地包围涡轮叶片16，由此，对于流经涡轮叶片16的热气体流而限定外部径向流路界限。在涡轮叶片16的下游，存在下游固定喷嘴17。该固定喷嘴17可以为单体构造或组合构造，并包括被环形的外带21包围限定的多个翼形固定涡轮静叶19。外带21限定了穿过涡轮喷嘴17的气体流的外部径向界限。外带21可以为连续的环形元件或可以被分段。如图2所示，各个罩片段18具有由对置的内壁20和外壁22以及前壁24和后壁26限定的大致空心的横截面形状。可以在壁的相交处使用辐射状的、尖锐的或四方缘的过渡。罩腔28被限定于壁20、22、24以及26内。过渡壁29在前壁24和外壁22之间以某个角度延伸，且在以横截面观看时与中央纵向轴线成锐角。轴向伸长的安装槽27穿过外壁22、过渡壁29以及前壁24。内壁20限定了弓形的径向内流路表面30。内壁20轴向地向前延伸超过前壁24以限定前凸缘或前悬突32，并且还轴向地向后延伸超过后壁26以限定后凸缘或后悬突34。流路表面30在正视图中沿圆弧行进(例如，从前向后看，反之亦然)。罩片段18由已知类型的陶瓷基体复合(CMC)材料构造而成。通常地，可商业性地获得的CMC材料包括陶瓷型纤维，例如，被涂覆诸如氮化硼(BN)的覆盖材料的形式的SiC。纤维被装载于陶瓷型基体内，该陶瓷型基体的一个形式为碳化硅(SiC)。典型地，CMC型材料具有不大于约1%的室温拉伸延性，在此用来限定并意味着低拉伸延性的材料。通常地，CMC型材料具有约0.4%至约0.7%的范围的室温拉伸延性。与此相比，金属具有至少约5%的室温拉伸延性，例如，约5%至约15%的范围的室温拉伸延性。罩片段18也能够由其他低延性、耐高温的材料构造而成。罩片段18的流路表面30可以合并一层环境阻隔涂层(“EBC”)，该层可以为适于与CMC材料一起使用的已知类型的防磨损材料和/或耐摩擦材料。该层有时被称作“耐摩涂层”，标号38。如在此所使用的那样，术语“防磨损”暗示着当涡轮叶片16高速地转入罩片段18的内侧时，耐摩涂层38能够在与涡轮叶片16的梢接触的期间被磨损、研磨或侵蚀，而对涡轮叶片的梢不造成损害或几乎不造成损害。该防磨损特性可能为耐摩涂层38的基于其物理结构或一些组合的材料复合的结果。耐摩涂层38可以包括陶瓷层，诸如氧化钇稳定的氧化错或娃招酸银钡。通过引用而合并于本文中的美国专利N0.7749565 (Johnson等)描述了适于制造耐摩涂层38的示范性复合和方法。图3和图4更详细地描绘了耐摩涂层38。在所说明的示例中，耐摩涂层38形成图案。图案通过降低暴露而与涡轮叶片16的梢接触的表面面积，从而提高耐摩涂层的防磨损性。特别地，耐摩涂层38具有形成于此的多个并排的凹槽39。凹槽39的存在将包括交替的峰41和谷43的形状赋予表面。凹槽39通常沿前后方向行进，且各个凹槽39具有前端45、中央部47以及后端49。在平视图中，凹槽39可以弯曲。例如，如图3所示，各个凹槽39弯曲，使得其中央部47相对于其前端45和后端49而沿横向方向或切线方向偏移。罩片段18包括对置的端面42 ( —般也被称为“切口”面)。端面42可以位于被称为“径向平面”的与发动机的中央轴线平行的平面，或者端面42可以从径向平面轻微地偏移，或者端面42可以被定向成使得端面42与这样的径向平面成锐角。当被组装成完整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于气体涡轮发动机的罩装置，包括：环形的金属悬挂件；罩片段，设置在所述悬挂件的内侧，包含低延性材料并具有由对置的前壁和后壁以及对置的内壁和外壁限定的横截面形状，所述壁在对置的第一端面和第二端面之间延伸，其中，所述内壁限定弓形的内流路表面；以及保持器，机械地联接至接合所述罩片段的所述悬挂件而将所述罩片段保持至所述悬挂件，并允许所述罩片段沿径向移动。

【技术特征摘要】
2011.12.15 US 13/327,3491.一种用于气体涡轮发动机的罩装置，包括: 环形的金属悬挂件； 罩片段，设置在所述悬挂件的内侧，包含低延性材料并具有由对置的前壁和后壁以及对置的内壁和外壁限定的横截面形状，所述壁在对置的第一端面和第二端面之间延伸，其中，所述内壁限定弓形的内流路表面；以及 保持器，机械地联接至接合所述罩片段的所述悬挂件而将所述罩片段保持至所述悬挂件，并允许所述罩片段沿径向移动。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述保持器包括中央部，该中央部带有从该中央部横向地向外延伸的一对对置的臂。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述保持器的表面被夹紧至所述悬挂件，且所述罩片段的所述外壁被限制于所述悬挂件和所述保持器的一部分之间。4.根据权利要求3所述的装置，其中，弹簧被夹紧于所述悬挂件和所述保持器之间并弹性地支承所述罩片段以促使该罩片段径向地在内侧紧贴所述保持器。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述内壁轴向地向前延伸超过所述前壁以限定前悬突，且所述内壁轴向地向后延伸超过所述后壁以限定后悬突。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述悬挂件被环形的涡轮外壳包围并装载。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述悬挂件包括分别被所述涡轮外壳的前轨和后轨容纳的轴向隔开的前钩和后钩。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述悬挂件具有环形主体，该环形主体带有相对于其后端径向地设置于内侧的前端。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述罩片段包括过渡壁，该过渡壁设置在所述前壁和所述外壁之间并以锐角延伸至所述前壁和所述外壁的这两者。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述过渡壁与所述悬挂件的所述主体大致平行地延伸。11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述悬挂件包括弹性的后内腿，该后内腿轴向地向前弹性地加载所述罩片段紧贴所述悬挂件的前内腿的支承表面。12.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在所述罩片段的内侧的空心的冲击挡板。13.根据权利要求12所述的装置，其中，冷却剂供给通道延伸穿过所述悬挂件并连接至所述冲击挡板的内部。14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述罩片段包含陶瓷基体复合材料。15.根据权利要求1所述的装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ弗兰克斯，RL道蒂，JD夏皮洛，SR鲁利，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：