專利名稱：首尾相連地組裝兩個(gè)具有不同熱膨脹系數(shù)的部件的方法和由此獲得的組件的制作方法
的部件的方法和由此獲得的
組件
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及通過各自的邊緣部分而重疊起來的兩個(gè)部件的首尾相 連的組件，所述的部件由具有各自不同的熱膨脹系數(shù)的材料制成。
本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域在于將燃?xì)鉁u輪機(jī)(特別是航空燃?xì)鉁u輪機(jī))的 組件中的部件組裝在一起，更特別但非排他地，所述的兩個(gè)部件分別 由金屬和陶瓷基復(fù)合(CMC)材料制成。這種組件的實(shí)例為由航空發(fā) 動(dòng)機(jī)中的上游第二管嘴和下游第二管嘴構(gòu)成的組件，或者由燃?xì)鉁u輪 機(jī)的燃燒室中的端壁和內(nèi)壁或外壁構(gòu)成的組件。
為了將由具有顯著不同的膨脹系數(shù)的材料制成的部件組裝在一 起，已知的方法是利用柔韌的且能夠發(fā)生彈性變形以吸收尺寸變化之 間的差異的連接件。因此，已知的是使用柔韌的連接件，用以將燃?xì)?br> 渦輪機(jī)中的CMC燃燒室壁和金屬外殼連接在一起?？梢蕴貏e地參考文 件US 2006/0032237。
圖1是局部的概略性的視圖，其示出了將金屬上游第二管嘴1和 CMC下游第二管嘴2在離開燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)的出口處組裝起來的 這樣的連接件的使用(此處，參考燃?xì)饬魍ㄟ^發(fā)動(dòng)機(jī)的流動(dòng)方向而使用 術(shù)語"上游"和"下游")。
所述的柔韌的連接件具體表現(xiàn)為金屬連接耳片(tab)3，其是彎曲的 從而是可彈性變形的。在耳片3的一端上，每一連接耳片3通過例如 螺栓連接而固定到凸緣4上，該凸緣4形成了上游第二管嘴1的一部 分，該部分位于上游第二管嘴1的下游端部邊緣附近。在耳片3的另 一端上，每一耳片3通過例如螺栓連接而在下游第二管嘴2的上游端 部邊緣附近固定到下游第二管嘴2的壁上。因?yàn)樵诠茏?和2的相鄰 的環(huán)形邊緣部分之間存在間隙，所以通過例如具有瓣的拼合金屬墊片(split metal gasket)的密封裝置5來提供密封，該拼合金屬墊片固定到管 嘴1的下游端部上。
連接耳片的使用在組裝過程中引入了一定數(shù)量的處理和調(diào)整。此 外，所述的連接耳片和凸緣的存在以及對(duì)于密封裝置的需求導(dǎo)致了重 量和生產(chǎn)成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種組裝方法，其能夠克服所述的缺點(diǎn)， 并且為了這個(gè)目的，本發(fā)明提供一種將第一部件和第二部件通過各自 的基本上是環(huán)形的邊緣部分而首尾相連地組裝在一起的方法，所述部 件分別由具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料所制成，所述的方法包括以下
步驟
-使得所述的第一部件的邊緣部分的厚度小于該部件的其余部分的 厚度；
-在所述的第一部件的較小厚度的邊緣部分形成一系列柔韌的舌 部，所述舌部彼此間被狹槽所分隔開，所述的狹槽直接通過切削或機(jī)
械加工而獲得；
-將所述的兩個(gè)部件的邊緣部分中的一個(gè)在一段距離上接合到另一 個(gè)中，這段距離不小于所述的狹槽的總長(zhǎng)度；以及
-通過固定元件將所述的兩個(gè)部件組裝在一起，每一固定元件將所 述的第一部件的邊緣部分的舌部連接于所述的第二部件的邊緣部分；
所述的兩個(gè)部件的邊緣部分中的一個(gè)以這樣的方式接合到另一個(gè) 中所述的邊緣部分基本上在工作時(shí)通常遇到的高溫下相互接觸。
因此，本發(fā)明的卓越之處在于，所述的柔韌的連接件的功能直接 地結(jié)合在所述部件的一個(gè)之中；本發(fā)明的卓越之處還在于，所述的部 件之間的相互接合能夠直接獲得在工作中遇到的高溫下基本上密封的 連接，因此顯著地簡(jiǎn)化了組件。
舌部的另一優(yōu)點(diǎn)是，他們使得組裝在一起的邊緣部分中的外形的 可能的缺陷或者不規(guī)則被補(bǔ)償，特別是當(dāng)所述的邊緣部分為環(huán)形并且 具有相對(duì)大的直徑的時(shí)候。
有利地，所述的舌部在由具有較大膨脹系數(shù)且表現(xiàn)出彈性變形能力的材料制成的所述部件的邊緣部分中形成。
所述的第一部件可以由金屬制成，所述的第二部件由陶瓷基復(fù)合 材料制成。
在實(shí)施例中，所述的第一部件的邊緣部分可以在低溫下無間隙地 且產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力地接合在所述的第二部件的邊緣部分上。
在另一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的第二部件的邊緣部分在低溫下有 間隙地接合在所述的第一部件的邊緣部分上。在這種環(huán)境下，并且優(yōu) 選地，所述的第一部件的邊緣部分的舌部和所述的第二部件的邊緣部 分之間的連接設(shè)置成在低溫下通過所述的舌部的彈性變形而局部地按 壓該舌部抵靠所述的第二部件的邊緣部分。
本發(fā)明還提供一種能夠通過實(shí)施所述的方法而獲得的類型的組 件，換言之，提供一種組件，其包括首尾相連地布置并且通過各自的 基本上為環(huán)形的邊緣部分而連接在一起的第一部件和第二部件，所述
的部件分別由具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料制成，在該組件中
-所述的第一部件具有厚度小于該第一部件的其余部分的厚度的邊 緣部分，并且該邊緣部分表現(xiàn)出一系列柔韌的舌部，所述舌部被狹槽
所分隔開并且與所述的第一部件一體地形成；
-所述部件的邊緣部分中的一個(gè)在一段距離上接合到另一個(gè)中，該 距離不小于所述的狹槽的總長(zhǎng)度；并且
-每一個(gè)固定元件將所述的第一部件的邊緣部分的舌部連接于所述 的第二部件的邊緣部分；
所述部件的邊緣部分中的一個(gè)以這樣的方式接合在另一個(gè)中所 述的邊緣部分在工作中通常遇到的高溫下基本上相互接觸。
這種組件可以構(gòu)成用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的組件的壁結(jié)構(gòu)。特別地，所 述的第一部件和第二部件可以分別構(gòu)成燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)的第二管 嘴的上游壁部分和下游壁部分。


本發(fā)明通過閱讀下述描述能夠更好地獲得理解，下述的描述是通 過非限定性的表示并且參考附圖給出的，其中-
-圖l是局部剖面，如上文所述，其高度概略性地示出了一種已知的通過柔韌的連接件制成組件的方法；
-圖2是燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)的元件的高度概略性的軸向半剖視
-圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的上游部分和下游部分組裝在一起的 燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)的第二管嘴的概略性視圖； -圖4是示出了圖3的細(xì)節(jié)的更大比例的視圖； -圖5是圖4的V-V平面上的剖視-圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的上游部分和下游部分組裝在一 起的燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)的第二管嘴的概略性視圖； -圖7是圖6的細(xì)節(jié)的更大比例的視圖； -圖8是圖7的環(huán)-WI平面上的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的應(yīng)用的具體領(lǐng)域?yàn)槿細(xì)鉁u輪機(jī)領(lǐng)域，特別是航空發(fā)動(dòng)機(jī)， 特別地例如圖2中部分地且以高度概略性的方式所示的發(fā)動(dòng)機(jī)。
在燃?xì)饬鲃?dòng)的方向上，圖2示出了燃燒室10、高壓(HP)渦輪機(jī)20、 低壓(LP)渦輪機(jī)30和管嘴，其中所述的高壓(HP)渦輪機(jī)20具有插置于 所述的燃燒室10和所述的HP渦輪機(jī)20之間的入口管嘴22。
所述的燃燒室具有端壁12,其中容納有注射器14;內(nèi)壁16和 外壁18，所述的端壁12與這兩個(gè)壁相連接。在內(nèi)壁16和外壁18的下 游端部上，他們連接于所述管嘴的內(nèi)平臺(tái)和外平臺(tái)。
用于將來自所述的LP渦輪機(jī)的氣流引向下游的管嘴包括主管嘴 40和第二管嘴，該第二管嘴由上游部分或上游第二管嘴50以及下游部 分或下游第二管嘴60構(gòu)成，所述的下游部分或下游第二管嘴60在下 游的方向上延伸了主管嘴40和上游第二管嘴50。
主管嘴40具有環(huán)狀截面，其被內(nèi)壁42和外壁44所限定。內(nèi)壁42 的端部為錐形出口或錐形排氣口 41。主管嘴40引導(dǎo)來自LP渦輪機(jī)30 的主氣流或"熱"氣流。
上游第二管嘴50由剛性外壁54所限定，該外壁54包圍所述的壁 44并且在其中與所述的壁44共同限定出環(huán)形空間，來自發(fā)動(dòng)機(jī)入口處 的風(fēng)扇(未示出)的第二氣流或"冷"氣流在所述的環(huán)形空間中流動(dòng)，所述的第二氣流或"冷"氣流包圍燃燒室并且特別地用作冷卻氣流。因此，
主管嘴的外壁44被在上游第二管嘴中流動(dòng)的空氣所冷卻。上游第二管嘴的外壁54在其下游端部部分連接于限定了下游第二管嘴60的剛性環(huán)形壁62。
主管嘴40的外壁44由耐火金屬制成，例如"鉻鎳鐵合金"，而上游第二管嘴50的外壁54則典型地由鈦或鈦合金制成。
下游第二管嘴60的壁62可以有利地由陶瓷基復(fù)合(CMC)材料制成，這種材料具有的高溫性能使得其能夠承受排氣管嘴位置處的熱燃?xì)饬鞯臏囟榷话l(fā)生損壞，并且不需要對(duì)其外部進(jìn)行主動(dòng)冷卻。需注意的是從壁44和54之間的空間漏出的"冷"空氣可能會(huì)導(dǎo)致在壁62的內(nèi)表面的上游部分上形成冷卻空氣的保護(hù)膜。
因此，將CMC復(fù)合材料用于下游第二管嘴60作用于限制了對(duì)于冷卻空氣的總的需求并且使得下游第二管嘴能夠在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單，同時(shí)與金屬相比卻大大減輕了重量。
CMC材料的顯著特性在于他們的熱結(jié)構(gòu)特性以及他們?cè)诟邷叵卤３诌@些特性的能力。他們由纖維強(qiáng)化物構(gòu)成，該纖維強(qiáng)化物由耐火纖維(碳或陶瓷)制成，該強(qiáng)化物由陶瓷基所密化，特別是由碳化物、氮化物、耐火氧化物等的陶瓷基所密化。CMC材料的典型實(shí)例為C-SiC材料(碳纖維強(qiáng)化物和碳化硅基體)、SiC-SiC材料和C-C/SiC材料(包括碳和碳化硅的基體)。制造CMC復(fù)合部件的方法已成為公知技術(shù)。所述的纖維強(qiáng)化物能夠由液體技術(shù)(使用樹脂浸漬，該樹脂是陶瓷基的前體并且通過熟化和高溫分解將該樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)樘沾?，該工藝可以反?fù)進(jìn)行)或由氣體技術(shù)(化學(xué)氣相滲透)來密化。
因?yàn)镃MC材料具有不同于金屬的膨脹系數(shù)，其膨脹系數(shù)一般顯著地較小，所以在壁54和62之間的連接需要表現(xiàn)出足夠的柔韌性，以彌補(bǔ)相互連接的部件之間的熱源的尺寸變化中的差異，從而不損壞所述的部件或所述的連接，同時(shí)還提供在第二管嘴的上游部分和下游部分之間的大體上的密封。
在圖3至圖5的實(shí)施例中，上游第二管嘴壁54的下游環(huán)形邊緣部分54a和下游第二管嘴壁62的上游環(huán)形邊緣部分62a相互接合，邊緣部分54a包圍邊緣部分62a。邊緣部分54a比壁54的保持結(jié)構(gòu)性功能的其余部分的厚度薄，并 且舌部70在邊緣部分54a中形成，所述舌部被狹槽72所分隔開。所 述的舌部直接通過在壁54的金屬中切削或者機(jī)械加工狹槽72而獲得。 舌部70和狹槽72基本上從邊緣部分54a的下游端部軸向延伸，所述 的狹槽的終端形成圓形內(nèi)凹，以避免在所述狹槽的端部發(fā)生應(yīng)力集中。
壁54和62通過螺栓連接而組裝在一起，螺栓74的頭部抵靠在壁 62的內(nèi)表面上。螺栓固定是通過舌部70的中心部分由每一舌部70實(shí) 現(xiàn)的，或者至少是由部分的舌部實(shí)現(xiàn)的。還能通過鉚釘來實(shí)現(xiàn)固定。
在圖3至圖5所示的實(shí)施例中，環(huán)形邊緣部分62a和54a中的一 個(gè)在低溫下無間隙地且有預(yù)應(yīng)力地接合在另一個(gè)中，從而在工作中通 常遇到的高溫下保持相互接觸。具有預(yù)應(yīng)力的組件能夠以已知的方式 來實(shí)施，即在將邊緣部分54a接合在邊緣部分62a上之前加熱金屬壁 54。通過確保環(huán)形邊緣部分62a在不小于狹槽72的長(zhǎng)度的距離上接合 到環(huán)形邊緣部分54a上，基本上保證上游和下游第二管嘴之間的連接 處在工作中的密封。
為邊緣部分54a選擇較小的厚度，從而獲得與狹槽72結(jié)合的舌部 70，舌部70是柔韌的，具有足以使得組件能夠獲得預(yù)應(yīng)力并且使得組 裝在一起的部件之間的有差別的膨脹被"跟蹤(tracked)"的彈性變形的 范圍。舌部70還用于補(bǔ)償組裝在一起的邊緣部分之間的形狀的缺陷或 不規(guī)則。因?yàn)榻饘俚膹椥宰冃蔚哪芰σ话阋獜?qiáng)于CMC材料的彈性變形 的能力，優(yōu)選的是所述的舌部在金屬中形成。然而，在CMC材料部件 中形成舌部在材料表現(xiàn)出足夠彈性變形的能力的情況下并非是被排除 的。
在圖6至圖8的優(yōu)選的實(shí)施例中，上游第二管嘴壁154的下游環(huán) 形邊緣部分154a和下游第二管嘴162的上游環(huán)形邊緣部分162a相互 接合，邊緣部分162a包圍邊緣部分154a。
如同圖3至圖5中的實(shí)施例，邊緣部分154a的厚度小于壁154的 其余部分的厚度，并且舌部170在邊緣部分154a中形成。舌部170直 接通過在壁154的金屬中切削或機(jī)械加工狹槽172而獲得。舌部170 和狹槽172從邊緣部分154a的下游端部基本上在軸向方向上延伸。邊 緣部分154a的較小厚度使得柔韌的舌部170能夠形成，該舌部表現(xiàn)出良好的彈性變形的能力。
環(huán)形邊緣部分154a和162a中的一個(gè)在低溫下形成間隙J(圖8)而接合在另一個(gè)中。選擇間隙J從而在工作中通常遇到的高溫下，邊緣部分154a可能通過較小的壓力而壓抵在邊緣部分162a上。在計(jì)劃的應(yīng)用中，間隙J典型的為幾十毫米。通過確保邊緣部分162a在至少等于狹槽172的長(zhǎng)度的距離上接合在邊緣部分154a上，于是基本上能夠保證在上游第二管嘴和下游第二管嘴之間的連接在工作中的密封。間隙J和狹槽172的存在使得能夠彌補(bǔ)在熱源的尺寸變化中的差別。
壁154和162通過螺栓連接而組裝在一起，螺栓174的頭部抵靠在壁154的內(nèi)表面上。螺栓固定在舌部170中心部分處通過每一舌部170而實(shí)現(xiàn)，或者至少通過一部分舌部而實(shí)現(xiàn)。還能夠通過鉚釘來實(shí)現(xiàn)固定。如圖8所示，如果舌部170能夠進(jìn)行彈性變形，則螺栓連接的充分緊固使得舌部170局部地壓抵在邊緣部分162a的內(nèi)表面上。因此，沒有必要在高溫下緊固螺栓，所述的螺栓有利地與自鎖螺母相配合。
可見的是，彈性變形的能力還用于彌補(bǔ)組裝在一起的邊緣部分之間的形狀的缺陷或不規(guī)則。
上述的用于將上游和下游第二管嘴組裝在一起的技術(shù)可以用于將如圖2所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的其它部件組裝在一起。
例如，這種組件可以被用于由金屬制成的燃燒室端壁12和由CMC材料制成的燃燒室內(nèi)壁16和燃燒室外壁18中的一個(gè)和/或另一個(gè)之間。
權(quán)利要求
1、一種將第一部件和第二部件通過各自的基本上是環(huán)形的邊緣部分而首尾相連地組裝在一起的方法，所述部件分別由具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料所制成，所述的方法包括以下步驟·使得所述的第一部件的邊緣部分的厚度小于該部件的其余部分的厚度；·在所述的第一部件的較小厚度的邊緣部分形成一系列柔韌的舌部，所述舌部彼此間被狹槽所分隔開，所述的狹槽直接通過切削或機(jī)械加工而獲得；·將所述的兩個(gè)部件的邊緣部分中的一個(gè)在一段距離上接合到另一個(gè)中，這段距離不小于所述的狹槽的總長(zhǎng)度；以及·通過固定元件將所述的兩個(gè)部件組裝在一起，每一固定元件將所述的第一部件的邊緣部分的舌部連接于所述的第二部件的邊緣部分；所述的兩個(gè)部件的邊緣部分中的一個(gè)以這樣的方式接合到另一個(gè)中所述的邊緣部分基本上在工作時(shí)通常遇到的高溫下相互接觸。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述的舌部在由具有較大熱膨 脹系數(shù)且表現(xiàn)出彈性變形能力的材料制成的所述部件的邊緣部分中形 成。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述的第一部件由金屬制成， 所述的第二部件由陶瓷基復(fù)合材料制成。
4、 如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述的第一部件 的邊緣部分在低溫下無間隙地且產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力地接合在所述的第二部件 的邊緣部分上。
5、 如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述的第二部件 的邊緣部分在低溫下有間隙地接合在所述的第一部件的邊緣部分上。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的第一部件的邊緣部分的 舌部和所述的第二部件的邊緣部分之間的連接設(shè)置成在低溫下通過所 述的舌部的彈性變形而局部地按壓該舌部抵靠所述的第二部件的邊緣 部分。
7、 一種組件，其包括首尾相連地布置并且通過各自的基本上為環(huán) 形的邊緣部分而連接在一起的第一部件和第二部件，所述的部件分別 由具有不同的熱膨脹系數(shù)的材料制成，在該組件中-所述的第一部件具有厚度小于該第一部件的其余部分的厚度的邊 緣部分，并且該邊緣部分表現(xiàn)出一系列柔韌的舌部，所述舌部被狹槽所分隔開并且與所述的第一部件一體地形成；-所述部件的邊緣部分中的一個(gè)在一段距離上接合到另一個(gè)中，該 距離不小于所述的狹槽的總長(zhǎng)度；并且-每一個(gè)固定元件將所述的第一部件的邊緣部分的舌部連接于所述 的第二部件的邊緣部分；所述部件的邊緣部分中的一個(gè)以這樣的方式接合在另一個(gè)中所 述的邊緣部分在工作中通常遇到的高溫下基本上相互接觸。
8、 如權(quán)利要求7所述的組件，其中所述的舌部在由具有較大熱膨 脹系數(shù)且表現(xiàn)出彈性變形能力的材料制成的部件的邊緣部分中形成。
9、 如權(quán)利要求7所述的組件，其中所述的第一部件由金屬制成， 所述的第二部件由陶瓷基復(fù)合材料制成。
10、 如權(quán)利要求7至9的任一項(xiàng)所述的組件，其中所述的第一部 件的邊緣部分在低溫下無間隙地且產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力地接合在所述的第二部 件的邊緣部分上。
11、 如權(quán)利要求7至9任一項(xiàng)所述的組件，其中所述的第二部件 的邊緣部分在低溫下有間隙地接合在所述的第一部件的邊緣部分上。
12、如權(quán)利要求ll所述的組件，其中每一固定元件通過局部地按壓所述舌部抵靠所述的第二部分的邊緣部分而將該舌部連接于所述的 第二部件的邊緣部分。
13、 如權(quán)利要求7至12的任一項(xiàng)所述的組件，其中所述的第一部 件和第二部件構(gòu)成燃?xì)鉁u輪機(jī)的組件的壁結(jié)構(gòu)。
14、 如權(quán)利要求7至12的任一項(xiàng)所述的組件，其中所述的第一部 件和第二部件分別構(gòu)成燃?xì)鉁u輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)的第二管嘴的上游壁部分 和下游壁部分。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，為了將由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料制成的兩個(gè)部件(154、162)在他們的邊緣部分(154a、162a)上組裝起來并且相互接合，方法包括沿著一個(gè)所述部件的薄邊緣，形成耳片(170)，所述耳片(170)被狹槽(172)所分隔開的并且通過切削或機(jī)械加工所述部件的材料而獲得，并且通過將他們(174)連接到耳片上而將所述部件組裝起來。邊緣部分相互接合從而形成在工作過程中遇到的高溫下大體上的相互的緊密接觸。本發(fā)明能夠特別地用于組裝分別由金屬和陶瓷基復(fù)合材料制成的部件，特別是例如在航空燃?xì)鉁u輪機(jī)中的上游和下游第二管嘴。
文檔編號(hào)F01D25/24GK101646842SQ200880009901
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月5日
發(fā)明者E·科內(nèi)特 申請(qǐng)人:斯奈克瑪動(dòng)力部件公司