燃?xì)鉁u輪機(jī)的cmc護(hù)罩支撐系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】燃?xì)鉁u輪機(jī)的CMC護(hù)罩支撐系統(tǒng)
對(duì)優(yōu)先權(quán)的主張
[0001]本PCT實(shí)用申請(qǐng)主張對(duì)題為“CMC護(hù)罩支撐系統(tǒng)”的具有美國專利申請(qǐng)序列號(hào)N0.61/824，491且具有2013年5月17日的提交日期的當(dāng)前未決臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和來自其的益處，將其全部通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]公開實(shí)施例大體涉及用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的護(hù)罩。更特定地，但不借助于限制，本實(shí)施例涉及在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中利用的陶瓷基復(fù)合物護(hù)罩支撐系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0005]典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常具有前端和后端，其中，其數(shù)個(gè)芯部或推進(jìn)部件軸向地位于它們之間?？諝膺M(jìn)口或入口定位于發(fā)動(dòng)機(jī)的前端處。按順序朝向后端移動(dòng)，入口跟隨有壓縮機(jī)、燃燒室以及渦輪機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解，其它部件也可以被包括于發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如，低壓和高壓壓縮機(jī)，和低壓和高壓渦輪機(jī)。然而，這并非全部清單。發(fā)動(dòng)機(jī)還典型地具有沿著發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱向軸線軸向地布置的內(nèi)部軸。內(nèi)部軸連接至渦輪機(jī)和空氣壓縮機(jī)兩者，使得渦輪機(jī)向空氣壓縮機(jī)提供旋轉(zhuǎn)輸入以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)葉片。
[0006]在操作中，空氣在壓縮機(jī)中加壓并在燃燒器中與燃料混合以產(chǎn)生熱燃燒氣體，其向下游流動(dòng)穿過渦輪級(jí)。這些渦輪級(jí)從燃燒氣體獲取能量。高壓渦輪機(jī)首先從燃燒器接收熱燃燒氣體并且包括定子噴嘴組件，該定子噴嘴組件引導(dǎo)燃燒氣體向下游穿過一組從支撐轉(zhuǎn)子盤徑向向外延伸的高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片。在兩級(jí)渦輪中，第二級(jí)定子噴嘴組件位于第一級(jí)葉片的下游，該第一級(jí)葉片依次跟隨有從第二支撐轉(zhuǎn)子盤徑向向外延伸的第二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片組。渦輪機(jī)將燃燒氣體能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
[0007]渦輪機(jī)中的每一個(gè)可包括一級(jí)或更多級(jí)轉(zhuǎn)子葉片，其從轉(zhuǎn)子盤徑向向外延伸。護(hù)罩組件界定渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子并且限定用于流動(dòng)穿過渦輪機(jī)的燃燒氣體的外邊界。渦輪機(jī)護(hù)罩可以是單一整體結(jié)構(gòu)或者可由多個(gè)節(jié)段形成。一些已知的護(hù)罩組件包括護(hù)罩懸掛器，其聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)的外殼來為多個(gè)護(hù)罩提供支撐，該護(hù)罩定位為鄰接且從渦輪葉片的頂部徑向向夕卜。護(hù)罩可借助于單個(gè)螺栓連接聯(lián)接至護(hù)罩懸掛器。然而，如果發(fā)生破裂或者螺栓故障，護(hù)罩可變得從護(hù)罩懸掛器分離。
[0008]護(hù)罩必須能夠滿足用于在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)操作溫度和壓力環(huán)境下使用的設(shè)計(jì)壽命要求。為了允許當(dāng)前材料在這樣的劇烈的溫度和壓力條件下有效運(yùn)行，已經(jīng)實(shí)踐利用復(fù)合物，并且尤其是陶瓷基復(fù)合物(CMC)材料以用于在護(hù)罩節(jié)段中使用，因?yàn)樗鼈儽冉饘兕愋筒糠志哂懈叩某袦啬芰ΑＨ欢?，這樣的陶瓷基復(fù)合物(CMC)材料具有在作為護(hù)罩節(jié)段或部件使用的CMC的設(shè)計(jì)和應(yīng)用期間必須考慮的機(jī)械性質(zhì)。當(dāng)與金屬材料對(duì)比時(shí)，CMC材料具有相對(duì)低的拉伸塑性或者低的失效應(yīng)變。而且，CMC材料具有與用作用于CMC類型材料的護(hù)罩的約束支撐或懸掛器的金屬合金顯著地不同的熱膨脹系數(shù)。因而，如果在操作期間CMC護(hù)罩節(jié)段被約束并在一個(gè)表面上冷卻，應(yīng)力集中可發(fā)展，從而導(dǎo)致節(jié)段的故障。
[0009]如通過前述可看出，將期望克服燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的這些和其它缺陷。而且，將期望改善CMC護(hù)罩支撐系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本實(shí)施例，帶有負(fù)載分布的護(hù)罩支撐系統(tǒng)包括:護(hù)罩懸掛器，其在至少周向方向上延伸，該護(hù)罩懸掛器具有在軸向方向上被保持器支撐壁分開的第一壁和第二壁;陶瓷基復(fù)合物護(hù)罩，其布置于在第一和第二壁與保持器支撐壁之間的護(hù)罩懸掛器中；保持器，其具有周向分開的第一和第二螺栓孔，該保持器行進(jìn)穿過護(hù)罩;第一和第二螺栓，其行進(jìn)穿過護(hù)罩懸掛器并接合保持器的第一和第二螺栓孔。護(hù)罩支撐系統(tǒng)，其中，護(hù)罩懸掛器具有第一和第二螺栓孔，第一和第二螺栓孔周向地分開。護(hù)罩支撐系統(tǒng)，其中，護(hù)罩懸掛器的第一和第二螺栓孔以平行或者相對(duì)彼此成某一角度中的一者延伸穿過護(hù)罩懸掛器。護(hù)罩支撐系統(tǒng)還包括從保持器支撐壁垂下的凸起部。護(hù)罩支撐系統(tǒng)還包括在每個(gè)凸起部中的護(hù)罩懸掛器螺栓孔。該護(hù)罩支撐系統(tǒng)，其中，護(hù)罩布置于第一和第二凸起部之間。護(hù)罩支撐系統(tǒng)還包括在護(hù)罩懸掛器中的空氣擴(kuò)散器空腔孔。護(hù)罩支撐系統(tǒng)，其中，第一和第二壁中的一者作為彈簧起作用。護(hù)罩支撐系統(tǒng)，其中，保持器具有多個(gè)突起以結(jié)合護(hù)罩。護(hù)罩支撐系統(tǒng)還包括設(shè)于保持器之下和護(hù)罩懸掛器內(nèi)的擋板。
[0011 ]所有的上述特征僅被理解為示例性的，并且本發(fā)明的更多特征和目標(biāo)可以從本文中的公開習(xí)得。因此，沒有對(duì)整個(gè)說明書、權(quán)利要求、和與其一起包括的圖示的進(jìn)一步閱讀，將不會(huì)理解本總結(jié)的限制性解釋。
【附圖說明】
[0012]這些示例性實(shí)施例的上述和其它特征和優(yōu)點(diǎn)，以及獲得它們的方式將變得更加明顯，并且通過參照結(jié)合附圖做出的實(shí)施例的下列說明，護(hù)罩支撐系統(tǒng)將更易理解，其中:
[0013]圖1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)視剖視圖；
[0014]圖2是裝配的示例性渦輪機(jī)護(hù)罩支撐區(qū)段系統(tǒng)的側(cè)視剖視圖；
[0015]圖3是示例性護(hù)罩支撐系統(tǒng)的分解軸測(cè)圖；
[0016]圖4是示例性護(hù)罩支撐系統(tǒng)的后-前向視剖視圖；
[0017]圖5是繪出護(hù)罩支撐系統(tǒng)的一個(gè)螺栓連接的詳細(xì)剖視圖；
[0018]圖6是示例性護(hù)罩支撐系統(tǒng)的護(hù)罩懸掛器的下軸測(cè)圖；
[0019]圖7是示例性護(hù)罩的軸測(cè)圖；
[0020]圖8是保持器的軸測(cè)圖；并且，
[0021 ]圖9是用于護(hù)罩支撐系統(tǒng)的擋板的軸測(cè)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]現(xiàn)在將對(duì)提供的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)參照，在附圖中示出了其一個(gè)或更多個(gè)實(shí)例。每個(gè)實(shí)例借助于說明而不是公開實(shí)施例的限制提供。事實(shí)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是在本實(shí)施例中可進(jìn)行各種修改和變化而不脫離本公開的范圍和精神。例如，示出或描述為一個(gè)實(shí)施例的部分的特征可與另一實(shí)施例一起使用以產(chǎn)生其它實(shí)施例。因而，意圖為，本發(fā)明覆蓋落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的這樣的修改和變型和它們的等同。
[0023]參照?qǐng)D1-9，繪出了陶瓷基復(fù)合物("CMC")護(hù)罩懸掛器支撐系統(tǒng)的各種實(shí)施例。護(hù)罩懸掛器支撐系統(tǒng)可用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各種部分中，包括但不限于，高壓和低壓渦輪機(jī)以及壓縮機(jī)。懸掛器支撐系統(tǒng)包括負(fù)載分布保持器和冗余親合件(redundant coupling)以將系統(tǒng)保持在一起。所有的這些特征改進(jìn)了制造、操作或性能中的任意者或全部。
[0024]如在本文中所使用的，術(shù)語“軸向”或“軸向地”意指沿著發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線的維度。結(jié)合“軸向”或“軸向地”使用的術(shù)語“向前”意指在朝向發(fā)動(dòng)機(jī)入口或與另一部件相比相對(duì)更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)入口的部件的方向上移動(dòng)。結(jié)合“軸向”或“軸向地”使用的術(shù)語“向后”指的是在朝向發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴或者與另一部件相比相對(duì)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的部件的方向上移動(dòng)。
[0025]如在本文中所使用的，術(shù)語“徑向”或“徑向地”意指在發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱向軸線和外發(fā)動(dòng)機(jī)圓周之間延伸的維度。術(shù)語“鄰近”或者“鄰近地”，單獨(dú)地或者結(jié)合術(shù)語“徑向”或者“徑向地”的使用意指在朝向中心縱向軸線或者與另一部件相比相對(duì)更接近中心縱向軸線的部件的方向上移動(dòng)。術(shù)語“末端”或“末端地”單獨(dú)地或者結(jié)合術(shù)語“徑向”或者“徑向地”的使用，意指在朝向發(fā)動(dòng)機(jī)外周，或者與另一部件相比相對(duì)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)外周的部件的方向上移動(dòng)。
[0026]如在本文中所使用的，術(shù)語“橫向”或“橫向地”意指垂直于軸向和徑向維度兩者的維度。
[0027]所有方向性參照(例如，徑向、軸向、鄰近、遠(yuǎn)處、較高、較低、向上、向下、左、右、橫向、前、后、頂部、底部，在…上面、在…下面、豎直、水平、順時(shí)針、逆時(shí)針)僅僅用于鑒別目的來有助于讀者對(duì)本發(fā)明的理解，并且不產(chǎn)生限制，尤其是關(guān)于位置，方向或者本發(fā)明的使用。連接參照(例如，附接的、聯(lián)接的、連接的和結(jié)合的)將被寬泛地解釋并且可包括在元件集合之間的中間構(gòu)件和元件之間的相對(duì)移動(dòng)，除非另外指示。同樣地，連接參照并不必表示兩個(gè)元件直接地連接和處于相互的固定關(guān)系。示例性附圖僅僅出于說明的目的，并且所附至其的在圖中反映的維度、位置、順序和相對(duì)尺寸可以變化。
[0028]首先參照?qǐng)D1，顯示了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意側(cè)視剖視圖。渦輪機(jī)的作用是從高壓且高溫燃燒氣體獲取能量并將能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以用于工作。渦輪機(jī)10具有發(fā)動(dòng)機(jī)入口端12，其中空氣進(jìn)入芯部或推進(jìn)器13，其大體由壓縮機(jī)14、燃燒室16和多級(jí)高壓渦輪機(jī)20限定。共同地，在操作期間推進(jìn)器13提供。燃?xì)鉁u輪機(jī)10可以用于航空，發(fā)電，工業(yè)，航運(yùn)等。
[0029]在操作中，空氣穿過發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣入口端12進(jìn)入并移動(dòng)穿過至少一個(gè)壓縮級(jí)，在壓縮級(jí)中，空氣壓力增加并被引導(dǎo)至燃燒器1