CN111271734A - 用于涡轮发动机的燃烧器组件 - Google Patents

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CN111271734A CN201910931808.4A CN201910931808A CN111271734A CN 111271734 A CN111271734 A CN 111271734A CN 201910931808 A CN201910931808 A CN 201910931808A CN 111271734 A CN111271734 A CN 111271734A
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E.A.瓦列霍鲁伊斯
A.M.吉奇
J.E.法默
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Abstract

一种用于限定径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的燃烧器组件包括：衬套组件，该衬套组件至少部分地限定燃烧室且包括在下游端与上游端之间延伸的至少一个衬套，该至少一个衬套的下游端限定径向开口以及沿着周向方向和沿着径向方向延伸的界面表面；以及密封部件，该密封部件包括本体、凸缘和径向元件，该本体限定沿着径向方向延伸且邻近至少一个衬套的界面表面定位的本体表面，该凸缘从本体向前延伸，且该径向元件联接到凸缘且延伸到由至少一个衬套限定的径向开口中。

Description

用于涡轮发动机的燃烧器组件
联邦政府资助的研究
该发明在政府支持下进行。美国政府可具有本发明中的某些权利。
技术领域
本主题大体上涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件，或更特别地涉及一种用于燃烧器组件的密封组件和一种用于制造其的方法。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心以串流顺序大体上包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇提供到压缩机区段的入口，在该处一个或多个轴向压缩机逐渐地压缩空气，直到它到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合且焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段传送到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气流驱动涡轮区段，且然后传送通过排气区段，例如，到大气。
更一般地，非传统的高温材料，诸如陶瓷基质复合(CMC)材料，用作燃气涡轮发动机内的构件。例如，给定对于CMC材料耐受相对极端温度的能力，特别关注的是用CMC材料替换燃气涡轮发动机的燃烧区段内的构件。更特别地，燃气涡轮发动机的燃烧区段内的内衬套和外衬套更一般地由CMC材料形成。
相反，包绕内衬套和外衬套的某些结构构件以及邻近于此类内衬套和外衬套定位的构件可由金属材料形成。然而，CMC衬套与金属构件之间不同的热膨胀系数可使难以在两个构件之间形成密封。因此，用于在CMC构件与金属构件之间形成密封的简化组件将是有用的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来学习。
在本公开内容的一个示例性实施例中，提供一种用于限定径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的燃烧器组件。燃烧器组件包括衬套组件，该衬套组件至少部分地限定燃烧室且包括在下游端与上游端之间延伸的至少一个衬套，该至少一个衬套的下游端限定径向开口以及沿着周向方向和沿着径向方向延伸的界面表面；以及密封部件，该密封部件包括本体、凸缘和径向元件，该本体限定沿着径向方向延伸且邻近至少一个衬套的界面表面定位的本体表面，该凸缘从本体向前延伸，且径向元件联接到凸缘且延伸到由至少一个衬套限定的径向开口中。
在某些示例性实施例中，衬套组件的至少一个衬套由陶瓷基质复合材料形成，且其中密封部件由金属材料形成。
在某些示例性实施例中，密封部件的本体的本体表面与由衬套组件的至少一个衬套限定的界面表面可滑动地接合。
在某些示例性实施例中，密封部件的本体限定下游密封表面，该下游密封表面构造成用于在安装时接触燃气涡轮发动机内邻近构件的对应密封件。
在某些示例性实施例中，径向开口为在至少一个衬套的下游端处的由至少一个衬套限定的多个径向开口的第一径向开口，且其中多个径向开口沿着周向方向间隔开。
例如，在某些示例性实施例中，密封部件的径向元件为密封部件的多个径向元件的第一径向元件，且其中多个径向元件的每个径向元件联接到密封部件的凸缘且延伸到由至少一个衬套限定的多个径向开口的相应径向开口中。
在某些示例性实施例中，径向开口限定沿着径向方向的长度和沿着该长度的恒定截面几何形状。
在某些示例性实施例中，至少一个衬套包括定位在径向开口内的磨损涂层。
在某些示例性实施例中，密封部件的径向元件限定截面几何形状，该截面几何形状大致等于至少一个衬套的径向开口的截面几何形状。
在某些示例性实施例中，密封部件沿着周向方向连续地延伸，以形成周向密封环。
在某些示例性实施例中，至少一个衬套的界面表面沿着周向方向连续地延伸，以形成完整的环状物(loop)。
在某些示例性实施例中，至少一个衬套包括沿着周向方向间隔开的多个衬套，且其中多个衬套一起限定界面表面。
在本公开内容的另一个示例性实施例中，提供一种限定径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括以串流顺序布置的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段，该燃烧器区段包括燃烧器组件，该燃烧器组件包括衬套组件，该衬套组件至少部分地限定燃烧室且包括在下游端与上游端之间延伸的至少一个衬套，该至少一个衬套的下游端限定径向开口以及沿着周向方向和沿着径向方向延伸的界面表面；以及密封部件，该密封部件包括本体、凸缘和径向元件，该本体限定沿着径向方向延伸且邻近至少一个衬套的界面表面定位的本体表面，该凸缘从本体向前延伸，且径向元件联接到凸缘且延伸到由至少一个衬套限定的径向开口中。
在某些示例性实施例中，涡轮区段包括翼型部件的第一级，其中翼型部件的第一级包括限定上游端的基部，其中上游端包括密封板，且其中密封部件的本体接触密封板以与密封板形成密封。
例如，在某些示例性实施例中，密封部件的本体限定下游密封表面，且其中下游密封表面接触密封板以与密封板形成密封。
在某些示例性实施例中，衬套组件的至少一个衬套由陶瓷基质复合材料形成，且其中密封部件由金属材料形成。
在本公开内容的另一个示例性方面，提供一种用于制造燃气涡轮发动机的燃烧器组件的方法，该燃烧器组件包括衬套组件和密封部件，该衬套组件包括在下游端处限定界面表面的至少一个衬套。该方法包括：提供密封部件，该密封部件沿着周向方向连续地延伸，以形成密封环；以及将密封部件移动到至少一个衬套上，使得密封部件的本体的本体表面接触由至少一个衬套限定的界面表面。
在某些示例性方面，密封部件包括凸缘，且其中将密封部件移动到至少一个衬套上包括将密封部件的凸缘在由至少一个衬套限定的径向开口上移动。
例如，在某些示例性方面，密封部件还包括径向元件，且其中该方法还包括：将密封部件的径向元件移动到由至少一个衬套限定的径向开口中；以及将径向元件联接到密封部件的凸缘。
在某些示例性方面，衬套组件的至少一个衬套由陶瓷基质复合材料形成，且其中密封部件由金属材料形成。
技术方案1. 一种用于限定径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
衬套组件，所述衬套组件至少部分地限定燃烧室且包括在下游端与上游端之间延伸的至少一个衬套，所述至少一个衬套的下游端限定径向开口以及沿着所述周向方向和沿着所述径向方向延伸的界面表面；以及
密封部件，所述密封部件包括本体、凸缘和径向元件，所述本体限定沿着所述径向方向延伸且邻近所述至少一个衬套的界面表面定位的本体表面，所述凸缘从所述本体向前延伸，且所述径向元件联接到所述凸缘且延伸到由所述至少一个衬套限定的所述径向开口中。
技术方案2. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述衬套组件的至少一个衬套由陶瓷基质复合材料形成，且其中所述密封部件由金属材料形成。
技术方案3. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述密封部件的本体的本体表面与由所述衬套组件的至少一个衬套限定的所述界面表面可滑动地接合。
技术方案4. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述密封部件的本体限定下游密封表面，所述下游密封表面构造成用于在安装时接触所述燃气涡轮发动机内邻近构件的对应密封件。
技术方案5. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述径向开口为在所述至少一个衬套的下游端处由所述至少一个衬套限定的多个径向开口的第一径向开口，且其中所述多个径向开口沿着所述周向方向间隔开。
技术方案6. 根据技术方案5所述的燃烧器组件，其中，所述密封部件的径向元件为所述密封部件的多个径向元件的第一径向元件，且其中所述多个径向元件的每个径向元件联接到所述密封部件的凸缘且延伸到由所述至少一个衬套限定的所述多个径向开口的相应径向开口中。
技术方案7. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述径向开口限定沿着所述径向方向的长度和沿着所述长度的恒定截面几何形状。
技术方案8. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述至少一个衬套包括定位在所述径向开口内的磨损涂层。
技术方案9. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述密封部件的径向元件限定截面几何形状，所述截面几何形状大致等于所述至少一个衬套的径向开口的截面几何形状。
技术方案10. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述密封部件沿着所述周向方向连续地延伸，以形成周向密封环。
技术方案11. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述至少一个衬套的界面表面沿着所述周向方向连续地延伸，以形成完整的环状物。
技术方案12. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其中，所述至少一个衬套包括沿着所述周向方向间隔开的多个衬套，且其中所述多个衬套一起限定所述界面表面。
技术方案13. 一种限定径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
以串流顺序布置的压缩机区段、燃烧器区段和涡轮区段，所述燃烧器区段包括燃烧器组件，所述燃烧器组件包括
衬套组件，所述衬套组件至少部分地限定燃烧室且包括在下游端与上游端之间延伸的至少一个衬套，所述至少一个衬套的下游端限定径向开口以及沿着所述周向方向和沿着所述径向方向延伸的界面表面；以及
密封部件，所述密封部件包括本体、凸缘和径向元件，所述本体限定沿着所述径向方向延伸且邻近所述至少一个衬套的界面表面定位的本体表面，所述凸缘从所述本体向前延伸，且所述径向元件联接到所述凸缘且延伸到由所述至少一个衬套限定的所述径向开口中。
技术方案14. 根据技术方案13所述的燃气涡轮发动机，其中，所述涡轮区段包括翼型部件的第一级，其中翼型部件的所述第一级包括限定上游端的基部，其中所述上游端包括密封板，且其中所述密封部件的本体接触所述密封板以与所述密封板形成密封。
技术方案15. 根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其中，所述密封部件的本体限定下游密封表面，且其中所述下游密封表面接触所述密封板以与所述密封板形成所述密封。
技术方案16. 根据技术方案13所述的燃气涡轮发动机，其中，所述衬套组件的至少一个衬套由陶瓷基质复合材料形成，且其中所述密封部件由金属材料形成。
技术方案17. 一种用于制造燃气涡轮发动机的燃烧器组件的方法，所述燃烧器组件包括衬套组件和密封部件，所述衬套组件包括在下游端处限定界面表面的至少一个衬套，所述方法包括：
提供所述密封部件，所述密封部件沿着周向方向连续地延伸，以形成密封环；以及
将所述密封部件移动到所述至少一个衬套上，使得所述密封部件的本体的本体表面接触由所述至少一个衬套限定的所述界面表面。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述密封部件包括凸缘，且其中将所述密封部件移动到所述至少一个衬套上包括将所述密封部件的凸缘在由所述至少一个衬套限定的径向开口上移动。
技术方案19. 根据技术方案18所述的方法，其中，所述密封部件还包括径向元件，且其中所述方法还包括：
将所述密封部件的径向元件移动到由所述至少一个衬套限定的所述径向开口中；以及
将所述径向元件联接到所述密封部件的凸缘。
技术方案20. 根据技术方案17所述的方法，其中，所述衬套组件的至少一个衬套由陶瓷基质复合材料形成，且其中所述密封部件由金属材料形成。
参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中阐述，在附图中：
图1是根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
图2是根据本公开内容的示例性实施例的燃烧器组件的示意性截面视图。
图3是根据本公开内容的示例性实施例的暴露于非操作温度的图2的示例性燃烧器组件的外衬套的下游端的局部放大示意性截面视图。
图4是暴露于操作温度的图3的外衬套的下游端的局部放大示意性截面视图。
图5是根据本公开内容的另一个示例性实施例的燃烧器组件的外衬套的下游端的局部放大示意性截面视图。
图6是如沿着燃气涡轮发动机的轴向方向观察的图3的外衬套的下游端的示意图。
图7是如沿着燃气涡轮发动机的径向方向观察的根据本公开内容的另一个示例性实施例的燃烧器组件的衬套组件的下游端的示意图。
图8是根据本公开内容的示例性方面的用于制造燃烧器组件的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明出现的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细的描述使用数字和字母标记来表示图中的特征。图和描述中相似或类似的标记用来表示本发明的相似或类似的部分。
词语“示例性”在本文中用来意指“用作示例、实例或例示”。本文中描述为“示例性”的任何实施方式不一定解释为优于其它实施方式优选或有利的。
如本文中使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个构件与另一个区分开，且不意在表示各个构件的位置或重要性。
用语“前”和“后”表示燃气涡轮发动机或车辆内的相对位置，且表示燃气涡轮发动机或车辆的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，前表示更接近于发动机入口的位置，且后表示更接近于发动机喷嘴或排气的位置。
用语“上游”和“下游”表示相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”表示流体流自的方向，且“下游”表示流体流到的方向。
除非本文中另外指定，否则用语“联接”、“固定”、“附接到”等表示直接联接、固定或附接以及通过一个或多个中间构件或特征的间接联接、固定或附接。
除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数标记。
如本文中在说明书和权利要求各处使用的，近似语言适用于修饰在不引起其涉及的基本功能上的改变的情况下可允许变化的任何数量表达。因此，由一个或多个用语(诸如“约”、“大约”和“大致”)修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些实例中，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造构件和/或***的方法或机器的精度。例如，近似语言可表示处于百分之10的裕度内。
这里以及在说明书和权利要求各处，除非上下文或语言另外指示，否则范围限制被组合和互换，此类范围被标识且包括包含在其中的所有子范围。例如，本文中公开的所有范围包含端点，且端点可彼此独立地组合。
现在参照图(其中相同的数字指示在图各处的相同元件)，图1为根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更特别地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁通涡轮风扇喷气发动机10，本文中称为“涡轮风扇发动机10”。如图1中示出的，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(平行于提供用于参照的纵向中心线12延伸)、径向方向R和周向方向(即，围绕轴向方向A延伸的方向；未描绘)。大体上，涡轮风扇10包括风扇区段14和从风扇区段14下游设置的核心涡轮发动机16。
描绘的示例性核心涡轮发动机16大体上包括大致管状的外壳18，该外壳18限定环形入口20。外壳18包围(成串流关系)：压缩机区段，该压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，该涡轮区段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括可变桨距的风扇38，风扇38具有以间隔开的方式联接到盘42的多个风扇叶片40。如描绘的，风扇叶片40从盘42大体上沿着径向方向R向外延伸。每个风扇叶片40可凭借风扇叶片40围绕俯仰轴线P相对于盘42旋转，风扇叶片40可操作地联接到合适的促动部件44，促动部件44构造成使风扇叶片40的桨距一致共同地变化。风扇叶片40、盘42和促动部件44可通过横跨动力齿轮箱46的LP轴36围绕纵向轴线12一起旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，这些齿轮用于使LP轴36的旋转速度降低到更有效的旋转风扇速度。
仍参照图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，前机舱48使空气动力轮廓促进通过多个风扇叶片40的空气流。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其周向地包绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。机舱50由多个周向间隔开的出口引导静叶52相对于核心涡轮发动机16支承。机舱50的下游区段54在核心涡轮发动机16的外部部分上延伸，以便限定在它们之间的旁通空气流通路56。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关联的入口60进入涡轮风扇10。随着一定量的空气58横穿风扇叶片40，如由箭头62指示的空气58的第一部分引导或传送到旁通空气流通路56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分引导或传送到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率一般称为旁通比。然后随着空气的第二部分64传送通过高压(HP)压缩机24且传送到燃烧区段26中，空气的第二部分64的压力增加，在燃烧区段26中空气的第二部分64与燃料混合且焚烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66传送通过HP涡轮28，在该处来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳18的HP涡轮定子静叶68和联接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级获得，从而促使HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后传送通过LP涡轮30，在该处热能和动能的第二部分从燃烧气体66经由联接到外壳18的LP涡轮定子静叶72和联接到LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级获得，从而促使LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后传送通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32来提供推进推力。同时，随着空气的第一部分62在它从涡轮风扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前传送通过旁通空气流通路56，空气的第一部分62的压力大致增加，还提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，热气体路径78用于将燃烧气体66传送通过核心涡轮发动机16。
然而，应了解的是，图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机10仅作为示例，且在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可具有任何其它合适的构造。例如，在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可为任何其它合适的航空燃气涡轮发动机，诸如涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机等。此外，在还有其它示例性实施例中，本公开内容的方面可结合到任何其它合适的燃气涡轮发动机中，例如，包括任何合适数量或构造的轴、压缩机、涡轮等。而且，虽然描绘为航空燃气涡轮发动机，在其它实施例中，本公开内容的方面可结合到陆基燃气涡轮发动机、航空衍生(aeroderivative)燃气涡轮发动机等中。
现在参照图2，提供根据本公开内容的示例性实施例的燃烧器组件100的局部放大截面视图。例如，图2的燃烧器组件100可定位在图1的示例性涡轮风扇发动机10的燃烧区段26中。更特别地，图2提供图2的示例性燃烧器组件100的侧截面视图。
如示出的，燃烧器组件100大体上包括衬套组件，该衬套组件包括至少一个衬套。特别地，对于示出的实施例，衬套组件的至少一个衬套包括：内衬套102，该内衬套102在下游端104(或对于示出的实施例为后端)与上游端106(或对于示出的实施例为前端)之间大体上沿着轴向方向A延伸；以及外衬套108，该外衬套108也在下游端110与上游端112之间大体上沿着轴向方向A延伸。内衬套102和外衬套108一起至少部分地限定它们之间的燃烧室114。如将了解的是，对于示出的实施例，燃烧器组件100构造为环形燃烧器，使得内衬套102和外衬套108各自沿着周向方向C延伸(见下文)，以限定围绕中心轴线(例如，轴线12)的圆形/环形形状，且同样使得燃烧室114为环形燃烧室。例如，外衬套102可沿着周向方向C连续地延伸，或备选地可包括多个衬套，这些衬套形成用于燃烧器组件100的连续外衬套。类似地，内衬套108可沿着周向方向C连续地延伸，或备选地可包括多个衬套，这些衬套形成用于燃烧器组件100的连续内衬套。下文将更详细地论述此类构造。
另外，内衬套102和外衬套108各自附接到环形穹顶。更特别地，环形穹顶包括：内穹顶区段116，该内穹顶区段116附接到内衬套102的上游端106；以及外穹顶区段118，该外穹顶区段118附接到外衬套108的上游端112。内穹顶区段116和外穹顶区段118可整体地形成(或备选地可由以任何合适的方式附接的多个构件形成)，且还可各自沿着周向方向C延伸，以限定环形形状。内穹顶区段116和外穹顶区段118还各自至少部分地限定槽122，该槽122分别用于接收内衬套102的上游端106和外衬套108的上游端112。
燃烧器组件100还包括多个燃料空气混合器124，燃料空气混合器124沿着周向方向C间隔开且至少部分地定位在环形穹顶内。更特别地，多个燃料空气混合器124至少部分地沿着径向方向R设置在外穹顶区段118与内穹顶区段116之间。来自涡轮风扇发动机10的压缩机区段的压缩空气流入或流过燃料空气混合物124，在该处压缩空气与燃料混合且点燃以在燃烧室114内产生燃烧气体66。内穹顶区段116和外穹顶区段118构造成帮助提供从压缩机区段进入或通过燃料空气混合器124的此类压缩空气流。例如，外穹顶区段118在上游端128处包括外罩126，且内穹顶区段116在上游端132处类似地包括内罩130。外罩126和内罩130可帮助引导从压缩机区段26进入或通过燃料空气混合器124中的一个或多个的压缩空气流。
而且，内穹顶区段116和外穹顶区段118各自包括附接部分，附接部分构造成帮助将燃烧器组件100安装在涡轮风扇发动机10内。例如，外穹顶区段118包括构造成安装到外燃烧器壳136的附接延伸部134，且内穹顶区段116包括构造成附接到涡轮风扇发动机10内的环形支承部件140的类似附接延伸部138。在某些示例性实施例中，内穹顶区段116可整体地形成为单个环形构件，且类似地，外穹顶区段118也可整体地形成为单个环形构件。
然而，应了解的是，在其它示例性实施例中，内穹顶区段116和/或外穹顶区段118可备选地由以任何合适的方式连结的一个或多个构件形成。例如，参照外穹顶区段118，在某些示例性实施例中，外罩126可与外穹顶区段118分开形成且使用例如焊接过程来附接到外穹顶区段118的上游端128。类似地，附接延伸部134也可与外穹顶区段118分开形成且使用例如焊接过程来附接到外穹顶区段118的上游端128。另外或备选地，内穹顶区段116可具有类似的构造。
对于所描绘的实施例，衬套组件的至少一个衬套(且更特别是内衬套102和外衬套108)各自由陶瓷基质复合(CMC)材料形成，该材料为具有高温性能的非金属材料。用于此类衬套102、108的示例性CMC材料可包括碳化硅、硅、二氧化硅或氧化铝基质材料和其组合。陶瓷纤维可嵌入基质内，诸如包括像蓝宝石或碳化硅(例如，Textron的SCS-6)的单丝的氧化稳定增强纤维，以及粗纱和纱，粗纱和纱包括碳化硅(例如，Nippon Carbon的NICALON®、Ube Industries的TYRANNO®和Dow Corning的SYLRAMIC®)、硅酸铝(例如，Nextel的440和480)以及短切晶须和纤维(例如，Nextel的440和SAFFIL®)，以及可选的陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y的氧化物和其组合)和无机填料(例如，叶蜡石、钙硅石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱土)。至少某些CMC材料在大约1000-1200°F的温度下可具有在约1.3×10−6 in/in/°F至约3.5×10−6 in/in/°F的范围内的热膨胀系数。
仍参照图2，燃烧器组件100还包括用于与邻近于燃烧器组件100定位的燃气涡轮发动机的构件形成密封的特征。更特别地，对于示出的实施例，燃烧器组件100构造成与燃气涡轮发动机的涡轮区段的翼型部件150的第一级形成密封。对于示出的实施例，翼型部件150的第一级为涡轮喷嘴的第一级，且包括限定上游端的基部。更特别地，翼型部件150的第一级包括限定上游端154的外基部152和限定上游端158的内基部156。外基部152的上游端154和内基部156的上游端158各自包括密封板160。如将从本文中的论述所了解的，燃烧器组件100的特征构造成与外基部152的上游端158和内基部156的上游端154的密封板160形成密封。
更特别地，现在还参照图3(图3提供衬套组件的至少一个衬套的外衬套108的下游端110的局部放大视图)，如描绘的，外衬套108的下游端110限定径向开口162以及沿着径向方向R和(如下文将更详细解释的，例如参照图6)沿着周向方向C延伸的界面表面164。更特别地，衬套组件的外衬套108包括在其下游端110处形成的凹槽166，其中界面表面164形成凹槽166的部分。将了解的是，在本文中使用的，特定衬套的用语“下游端”表示衬套的下游区段，该下游区段包括衬套的小于百分之二十的轴向长度。
此外，燃烧器组件100包括密封部件168，该密封部件168可与外衬套108的下游端110操作，以与燃气涡轮发动机的邻近构件形成密封。对于示出的实施例，密封部件168大体上包括本体170、凸缘172和径向元件174。凸缘172从密封部件168的本体170朝向径向开口162延伸。特别地，对于示出的实施例，凸缘172从本体170向前延伸经过/超过由外衬套108限定的径向开口162。此外，密封部件168的径向元件174联接到凸缘172且至少部分地延伸到由外衬套108限定的径向开口162中。在某些示例性实施例中，径向元件174可固定地联接到凸缘172，例如，通过焊接或一些其它的固定机械联接(例如，螺钉连接、胶水或环氧树脂连接等)。备选地，在其它实施例中，密封部件168的径向元件174可移动地联接到凸缘172，诸如可滑动地联接到凸缘172。
值得注意地，对于示出的实施例，由外衬套108限定的径向开口162定位在界面表面164的紧接(immediately)前方，且沿着径向方向R限定长度176且沿着长度176限定恒定截面几何形状。例如，对于示出的实施例，径向开口162沿着其长度176限定恒定的圆形截面几何形状。此外对于示出的实施例，密封部件168的径向元件174限定截面几何形状，该截面几何形状大致等于外衬套108的径向开口162的截面几何形状。例如，对于示出的实施例，径向元件174限定圆形截面几何形状，该圆形截面几何形状具有大致等于径向开口162的圆形截面几何形状的直径的直径。例如，径向元件174可构造为销或其它合适的结构。然而，在其它实施例中，径向开口162和径向元件174可具有其它合适的互补形状。
而且，密封部件168的本体170限定本体表面178，该本体表面178沿着径向方向R延伸且邻近于外衬套108的界面表面164定位。本体表面178和界面表面164可在密封部件168与外衬套108之间一起形成密封。将了解的是，如本文中使用的，用语“密封”，如可限定在两个构件之间，表示两个构件限定它们之间的相对小的测量间隙或没有间隙，以限制它们之间的可允许的空气流或防止它们之间的任何空气流。因此，在某些示例性实施例中，密封可表示两个构件接触彼此且形成大致气密的密封，或备选地可表示两个构件限定它们之间的相对小的测量间隙来以期望的方式约束它们之间的空气流。
此外，将了解的是，对于示出的实施例，密封部件168的本体170接触外基部152的上游端154的密封板160，以与密封板160形成密封。更特别地，对于示出的实施例，本体表面178定位在密封部件168的前/上游侧处，且本体170还包括密封表面180，该密封表面180定位在接触密封板160以与密封板160形成密封的密封部件168的后/下游侧处。
简要地，将进一步了解的是，外基部152的上游端154还包括用于将密封板160保持在适当位置且允许密封板160与外基部152的上游端154进一步形成密封的组件。更特别地，该组件包括凸缘182，凸缘182带有穿过其延伸的螺栓184，以将密封板160的内端185压在外基部152的上游端154的唇部186上，以及将外端压在密封部件168的基部170的密封表面180上。
以此类方式，密封部件168可在外衬套108的下游端110与燃气涡轮发动机的后邻近构件(对于示出的实施例，即，翼型部件150的第一级)之间形成密封。
如下文将更详细描述的，将进一步了解的是，密封部件168构造成形成密封环194(见图6)，密封环194在周向方向C上连续地延伸，以(至少部分地)围绕外衬套108的下游端110形成圆形形状，其如上文指出的那样类似地具有环形形状。如上文还指出的，外衬套108可由CMC材料形成。然而，相反，对于示出的实施例，密封部件168可由金属材料形成。例如，密封部件168可由金属形成，诸如镍基超级合金(镍基超级合金在大约1000-1200°F的温度下可具有约8.3-8.5×10−6 in/in/°F的热膨胀系数)或钴基超级合金(钴基超级合金在大约1000-1200°F的温度下可具有约7.8-8.1×10−6 in/in/°F的热膨胀系数)。因而，在燃气涡轮发动机的操作期间，密封部件168可相对于外衬套108膨胀，使得沿着由密封部件168形成的密封环194的径向方向R的有效直径相对于沿着外衬套108的下游端110的径向方向R的有效直径增加。
现在特别地参照图4，描绘此类示例性方面。更特别地，图4描绘在燃气涡轮发动机的操作期间的图3的示例性外衬套108和密封部件168，其中增加的操作温度促使密封部件168相对于外衬套108膨胀。因此，如示出的，密封部件168的凸缘172现在与衬套108的下游端110沿着径向方向R限定径向间隙188，且类似地，密封部件168的本体170与凹槽166的径向内表面限定类似尺寸的径向间隙190。然而，给定上文描述构造的外衬套108和密封部件168，密封部件168可保持外衬套108的下游端110与燃气涡轮发动机的邻近构件的上游端154之间的密封。
更特别地，如描绘的，密封部件168的本体170的本体表面178与由衬套组件的外衬套108限定的界面表面164可滑动地接合。以此类方式，尽管密封部件168相对于外衬套108膨胀的事实，本体表面178和界面表面164可保持它们之间的密封。此外，如示出的，密封部件168的径向元件174与由外衬套108限定的径向开口162可滑动地接合。以此类方式，径向元件174可确保密封部件168相对于外衬套108沿着轴向方向A保持其位置，同时允许密封部件168沿着径向方向R膨胀和/或收缩。
然而，将了解的是，在其它实施例中，任何其它合适的径向开口162和径向元件174的构造可提供用于相对于外衬套108沿着轴向方向A约束密封部件168，同时允许沿着径向方向R的相对移动。例如，在至少某些示例性实施例(诸如图5的备选示例性实施例)中，外衬套108可包括磨损涂层192，该磨损涂层192至少部分地定位在径向开口162内。例如，如图5中描绘的，磨损涂层192可有效地构造为衬套或其它材料，其构造成与密封部件168的径向元件174对接，以减少外衬套108上的磨损(给定不同材料—陶瓷基质复合材料对金属材料)。然而在其它实施例中，可不提供此类磨损涂层192，或可提供其它合适的构造。
而且，如上文指出的，外衬套108围绕周向方向C延伸，以限定环形形状，且类似地，密封部件168在周向方向C上延伸，以限定环形密封环194。参照图6，描绘图2到图4的示例性燃烧器组件100的外衬套108的下游端110的示意图，其中密封部件168定位在其上。如示出的，密封部件168沿着周向方向C连续地延伸，以形成周向密封环194，且外衬套108类似地沿着周向方向C连续地延伸，以形成类似的环形形状。以此类方式，将了解的是，外衬套108的界面表面164(在图6中由密封部件168掩盖)沿着周向方向C连续地延伸，以形成完整的环状物，且密封部件168的本体170的本体表面178类似地沿着周向方向C连续地延伸，以形成完整的环状物。本体表面178和界面表面164可一起限定用于燃烧器组件100的360度密封。
而且，如示意性描绘的，将了解的是，上文描述且在图3和图4中描绘的径向开口162为在外衬套108的下游端110处由外衬套108限定的多个径向开口162的第一径向开口162。对于示出的实施例，由外衬套108限定的多个径向开口162沿着周向方向C间隔开。此外，如还示意性描绘的，还将了解的是，密封部件168的径向元件174为密封部件168的多个径向元件174的第一径向元件174。多个径向元件174的每个径向元件174联接到密封部件168的凸缘172且延伸到外衬套108的多个径向开口162的相应径向开口162中。以此类方式，定位在多个径向开口162中的多个径向元件174可在燃气涡轮发动机的操作期间相对于外衬套108沿着轴向方向A约束密封部件168，同时仍允许在燃气涡轮发动机的操作期间密封部件168与外衬套108之间的相对径向膨胀。
然而，将了解的是，在其它示例性实施例中，任何其它合适的构造可提供用于燃烧器组件100、燃气涡轮发动机等。例如，现在简要地参照图7，提供根据本公开内容的另一个示例性实施例的燃烧器组件100的衬套组件的下游端的平面图。对于图7中描绘的实施例，衬套组件的至少一个外衬套108不是沿着周向方向C连续延伸的单个外衬套，而是多个外衬套108。多个外衬套108沿着周向方向C布置以形成沿着周向方向C的有效连续的外衬套。外衬套108中的每个可以以与上文描述的外衬套108类似的方式构造。例如，外衬套108中的每个可限定下游端110，且此类衬套中的一个或多个在下游端110处限定径向开口162。此外，衬套中的每个在下游端110处限定沿着径向方向R和沿着周向方向C延伸的界面表面164，使得多个外衬套108一起限定界面表面164，该界面表面164沿着周向方向C连续延伸，以形成完整的环状物。
而且，将了解的是，虽然上文关于图3到图6描述的示例性密封部件168构造成在翼型部件150的第一级的外基部152与外衬套108之间形成密封，在其它实施例中，可提供额外的或备选的密封部件168以在内衬套102的下游端104与翼型部件150的第一级的内基部156之间形成密封(见图2)。例如，在此类实施例中，内衬套102的下游端104可限定一个或多个径向开口和界面表面，且密封部件可包括：本体，该本体具有邻近于界面表面定位的本体表面；凸缘；以及径向部件，该径向部件联接到凸缘且至少部分地延伸到内衬套的径向开口中。然而，值得注意地，密封部件可在尺寸方面设置成在冷/非操作条件下时限定间隙(类似于图4中的间隙188和190)，以允许密封部件在热/操作条件(例如，操作条件)期间膨胀。
现在参照图8，提供根据本公开内容的示例性方面的用于制造燃气涡轮发动机的燃烧器组件的方法300的流程图。根据方法300制造的燃烧器组件可以以与上文描述的对于图1到图7其它的示例性燃烧器组件中的一个或多个类似的方式构造。因此，将了解的是，燃烧器组件可包括衬套组件和密封部件，其中衬套组件包括在下游端处限定界面表面的至少一个衬套。
方法300大体上包括在(302)处提供密封部件。密封部件沿着周向方向连续地延伸，以形成密封环。值得注意地，如本文中使用的，用语“提供”仅表示使构件可用，且未明确地要求制造或形成此类构件。
方法300还包括在(304)处将密封部件移动到至少一个衬套上，使得密封部件的本体的本体表面接触由燃烧器组件的衬套组件的至少一个衬套限定的界面表面。对于所描绘的示例性方面，将了解的是，密封部件包括凸缘，且在(304)处将密封部件移动到至少一个衬套上包括在(306)处将密封部件的凸缘在由至少一个衬套限定的径向开口上移动。
此外，对于所描绘的示例性方面，密封部件包括径向元件，且方法300还包括在(308)处将密封部件的径向元件移动到由至少一个衬套限定的径向开口中，以及在(310)处将径向元件联接到密封部件的凸缘。
如同上文描述的示例性实施例一样，将了解的是，衬套组件的至少一个衬套可由陶瓷基质复合材料形成，且密封部件可由金属材料形成。然而，形成根据本公开内容的一个或多个示例性方面的燃烧器组件可允许密封部件在燃气涡轮发动机的操作期间相对于至少一个衬套沿着径向方向移动，同时保持两个构件之间的密封。
该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求的字面语言无实质的差别的等同结构元件，此类其它示例意在处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于限定径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
衬套组件，所述衬套组件至少部分地限定燃烧室且包括在下游端与上游端之间延伸的至少一个衬套，所述至少一个衬套的下游端限定径向开口以及沿着所述周向方向和沿着所述径向方向延伸的界面表面；以及
密封部件，所述密封部件包括本体、凸缘和径向元件，所述本体限定沿着所述径向方向延伸且邻近所述至少一个衬套的界面表面定位的本体表面，所述凸缘从所述本体向前延伸，且所述径向元件联接到所述凸缘且延伸到由所述至少一个衬套限定的所述径向开口中。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套组件的至少一个衬套由陶瓷基质复合材料形成，且其中所述密封部件由金属材料形成。
3.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述密封部件的本体的本体表面与由所述衬套组件的至少一个衬套限定的所述界面表面可滑动地接合。
4.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述密封部件的本体限定下游密封表面，所述下游密封表面构造成用于在安装时接触所述燃气涡轮发动机内邻近构件的对应密封件。
5.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述径向开口为在所述至少一个衬套的下游端处由所述至少一个衬套限定的多个径向开口的第一径向开口，且其中所述多个径向开口沿着所述周向方向间隔开。
6.根据权利要求5所述的燃烧器组件，其特征在于，所述密封部件的径向元件为所述密封部件的多个径向元件的第一径向元件，且其中所述多个径向元件的每个径向元件联接到所述密封部件的凸缘且延伸到由所述至少一个衬套限定的所述多个径向开口的相应径向开口中。
7.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述径向开口限定沿着所述径向方向的长度和沿着所述长度的恒定截面几何形状。
8.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述至少一个衬套包括定位在所述径向开口内的磨损涂层。
9.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述密封部件的径向元件限定截面几何形状，所述截面几何形状大致等于所述至少一个衬套的径向开口的截面几何形状。
10.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述密封部件沿着所述周向方向连续地延伸，以形成周向密封环。
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