CN111335973A - 用于燃气涡轮发动机的护罩密封 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于燃气涡轮发动机的护罩密封，具体而言一种用于限定轴向方向、径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的护罩组件包括护罩节段，该护罩节段基本上沿周向方向延伸，并且包括前壁和后壁，该前壁和后壁沿轴向方向彼此间隔开并且在它们之间限定腔；以及吊架组件，其包括第一附接部件和密封部件，第一附接部件附接到护罩节段的前壁或后壁中的一个，并且该密封部件定位在腔内并抵靠护罩节段的前壁或后壁中的另一个过盈配合。

Description

用于燃气涡轮发动机的护罩密封
联邦政府资助的研究
本发明是在政府支持下完成的。美国政府可能拥有本发明的某些权利。
技术领域
本主题大体上涉及燃气涡轮发动机。更特别地，本主题涉及用于燃气涡轮发动机的护罩(shroud)组件。
背景技术
燃气涡轮发动机的性能和效率可通过增加燃烧气体温度来改善。然而，增加的燃烧温度会例如通过增加材料故障的可能性来负面地影响燃气涡轮发动机构件。因此，高温材料，如陶瓷基质复合(CMC)材料，用于发动机的各种构件。尤其，限定发动机的核心空气流径的外边界并且沿周向包围发动机的各种压缩机和/或涡轮级的转子叶片的护罩组件可由CMC材料形成。例如，护罩节段可由SiC/Si-SiC(纤维/基质)CMC材料形成。
尽管将CMC材料用于护罩组件的某些构件，但是护罩组件可包括由其它材料形成的安装件(例如吊架)。安装件和护罩节段之间的热膨胀失配可能需要相对复杂和大的安装件，其占据比发动机所需的更多的空间，并增加了发动机的附加重量和成本。
因此，将期望一种用于燃气轮机的改进的护罩组件。尤其，在减小护罩组件的径向占地面积的同时有效地安装护罩节段的护罩组件将是有益的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明理解到。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于限定轴向方向、径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的护罩组件。该组件包括护罩节段，该护罩节段基本上沿周向方向延伸，并且包括前壁和后壁，该前壁和后壁沿轴向方向彼此间隔开并且在它们之间限定腔；以及吊架组件，其包括第一附接部件和密封部件，第一附接部件附接到护罩节段的前壁或后壁中的一个，并且该密封部件定位在腔内并抵靠护罩节段的前壁或后壁中的另一个过盈配合(interference fit)。
在某些示例性实施例中，护罩节段由陶瓷基质复合材料形成。
例如，在某些示例性实施例中，吊架组件由限定第一热膨胀系数的金属材料形成，其中形成护罩节段的陶瓷基质复合材料限定第二热膨胀系数，并且其中第一热膨胀系数大于第二热膨胀系数。
在某些示例性实施例中，吊架组件的密封部件在基准(reference)非操作温度下限定第一过盈偏转，其中吊架组件的密封部件在基准操作温度下限定第二过盈偏转，并且其中第二过盈偏转大于第一过盈偏转。
在某些示例性实施例中，吊架组件的第一附接部件附接到护罩节段的前壁，并且其中吊架组件的密封部件抵靠护罩节段的后壁过盈配合。
例如，在某些示例性实施例中，吊架组件还包括第二附接部件，其中密封部件是第二附接部件的第二密封部件，其中第一附接部件包括前部和第一密封部件，其中前部联接至护罩节段的前壁，其中第一附接部件的第一密封部件定位于在护罩节段的前壁和后壁之间限定的腔内，并且其中第一附接部件的第一密封部件抵靠护罩节段的前壁过盈配合。
例如，在某些示例性实施例中，吊架组件的后壁沿径向方向限定高度，其中第二密封部件限定长度，并且其中第二密封部件的长度大于吊架组件的后壁的高度。
例如，在某些示例性实施例中，第二附接部件在护罩节段的后壁的后侧上联接到护罩节段的后壁。
例如，在某些其它示例性实施例中，护罩节段还包括护罩本体，该护罩本体具有从该护罩本体延伸的前壁和后壁，其中该后壁限定延伸穿过其的开口，其中第二附接部件使用延伸穿过其的开口联接至后壁，其中第二密封部件在后壁和护罩本体之间的接合部和由后壁限定的开口之间的位置处限定接触后壁的远端。
在某些示例性实施例中，吊架组件包括吊架附件，该吊架附件构造成将吊架组件附接到燃气涡轮发动机的结构部件，并且其中吊架组件的密封部件从吊架附件延伸。
例如，在某些示例性实施例中，护罩节段还包括护罩本体，其中吊架组件的后壁沿径向方向限定后壁高度，并且其中护罩组件在护罩本体与吊架附件之间沿径向方向限定护罩组件高度，并且其中后壁高度与护罩组件高度的比率至少约为0.4:1，并且直至约为0.9:1。
在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机，其限定轴向方向、径向方向和周向方向。燃气涡轮发动机包括成串流关系并一起限定核心空气流径的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；以及护罩组件，其定位在压缩机区段和涡轮区段中的至少一个中并至少部分地限定核心空气流径，护罩组件包括护罩节段，该护罩节段基本上沿周向方向延伸，并且包括前壁和后壁，该前壁和后壁沿轴向方向彼此间隔开并且在它们之间限定腔；以及吊架组件，其包括第一附接部件和密封部件，第一附接部件附接到护罩节段的前壁或后壁中的一个，并且该第二附接部件定位在腔内并抵靠护罩节段的前壁或后壁中的另一个过盈配合。
在某些示例性实施例中，护罩组件限定延伸通过燃气涡轮发动机的涡轮区段的核心空气流径的一部分。
在某些示例性实施例中，燃气涡轮发动机还包括结构部件，其中吊架组件包括将吊架组件联接到结构部件的吊架附件，并且其中吊架组件的密封部件从吊架附件延伸。
在某些示例性实施例中，护罩节段由陶瓷基质复合材料形成。
在某些示例性实施例中，吊架组件由限定第一热膨胀系数的金属材料形成，其中形成护罩节段的陶瓷基质复合材料限定第二热膨胀系数，并且其中第一热膨胀系数大于第二热膨胀系数。
在某些示例性实施例中，吊架组件的第一附接部件附接到护罩节段的前壁，其中吊架组件的密封部件抵靠护罩节段的后壁过盈配合，其中吊架组件还包括第二附接部件，其中密封部件是第二附接部件的第二密封部件，其中第一附接部件包括前部和第一密封部件，其中前部联接至护罩节段的前壁，其中第一附接部件的第一密封部件定位于在护罩节段的前壁和后壁之间限定的腔内，并且其中第一附接部件的第一密封部件抵靠护罩节段的前壁过盈配合。
在本公开的另一个示例性实施例中，提供了一种用于限定轴向方向、径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的吊架组件。吊架组件包括第一附接部件，该第一附接部件包括前部和第一密封部件，该前部和第一密封部件在它们之间限定第一间隙，以用于接收燃气涡轮发动机的护罩节段的前壁；以及第二附接部件，该第二附接部件包括后部和第二密封部件，后部和第二密封部件在它们之间限定第二间隙，以用于接收燃气涡轮发动机的护罩节段的后壁，第二密封部件朝第二附接部件的后部倾斜，使得第二密封部件在安装在燃气涡轮发动机中时抵靠护罩节段的后壁过盈配合。
在某些示例性实施例中，吊架组件由金属材料形成。
在某些示例性实施例中，第一密封部件朝向第一附接部件的前部倾斜，使得第一密封部件在安装在燃气涡轮发动机中时抵靠护罩节段的前壁过盈配合。
技术方案1. 一种用于限定轴向方向、径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的护罩组件，所述护罩组件包括：
护罩节段，所述护罩节段基本上沿所述周向方向延伸，并包括前壁和后壁，所述前壁和所述后壁沿所述轴向方向彼此间隔开并在其间限定腔；以及
吊架组件，所述吊架组件包括第一附接部件和密封部件，所述第一附接部件附接到所述护罩节段的前壁或后壁中的一个，并且所述密封部件定位在所述腔内，并抵靠所述护罩节段的前壁或后壁中的另一个过盈配合。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的护罩组件，其特征在于，所述护罩节段由陶瓷基质复合材料形成。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的护罩节段，其特征在于，所述吊架组件由限定第一热膨胀系数的金属材料形成，其中形成所述护罩节段的陶瓷基质复合材料限定第二热膨胀系数，并且其中所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件的密封部件在基准非操作温度下限定第一过盈偏转，其中所述吊架组件的密封部件在基准操作温度下限定第二过盈偏转，并且其中所述第二过盈偏转大于所述第一过盈偏转。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件的第一附接部件附接到所述护罩节段的前壁，并且其中所述吊架组件的密封部件抵靠所述护罩节段的后壁过盈配合。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件还包括第二附接部件，其中所述密封部件是所述第二附接部件的第二密封部件，其中所述第一附接部件包括前部和第一密封部件，其中所述前部联接到所述护罩节段的前壁，其中所述第一附接部件的第一密封部件定位于在所述护罩节段的前壁和后壁之间限定的所述腔内，并且其中所述第一附接部件的第一密封部件抵靠所述护罩节段的前壁过盈配合。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件的后壁沿所述径向方向限定高度，其中所述第二密封部件限定长度，并且其中所述第二密封部件的长度大于所述吊架组件的后壁的高度。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的护罩组件，其特征在于，所述第二附接部件在所述护罩节段的后壁的后侧上联接至所述护罩节段的后壁。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的护罩节段，其特征在于，所述护罩节段还包括护罩本体，其中所述前壁和后壁从所述护罩本体延伸，其中所述后壁限定延伸穿过其的开口，其中所述第二附接部件使用延伸穿过其的所述开口联接至所述后壁，其中所述第二密封部件在所述后壁与所述护罩本体之间的接合部和由所述后壁限定的开口之间的位置处限定接触所述后壁的远端。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件包括吊架附件，所述吊架附件构造成将所述吊架组件附接到所述燃气涡轮发动机的结构部件，并且其中所述吊架组件的密封部件从所述吊架附件延伸。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的护罩组件，其特征在于，护罩节段还包括护罩本体，其中所述吊架组件的后壁沿所述径向方向限定后壁高度，并且其中所述护罩组件在所述护罩本体和所述吊架附件之间沿径向方向限定护罩组件高度，并且其中所述后壁高度与护罩组件高度的比率为至少约0.4:1且直至约0.9:1。
技术方案12. 一种限定轴向方向、径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机，包括：
成串流关系并一起限定核心空气流径的压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段；以及
护罩组件，所述护罩组件定位在所述压缩机区段和所述涡轮区段中的至少一个中，并且至少部分地限定所述核心空气流径，所述护罩组件包括
护罩节段，所述护罩节段基本上沿所述周向方向延伸，并包括前壁和后壁，所述前壁和所述后壁沿所述轴向方向彼此间隔开并在其间限定腔；以及
吊架组件，所述吊架组件包括第一附接部件和密封部件，所述第一附接部件附接到所述护罩节段的前壁或后壁中的一个，并且所述第二附接部件定位在所述腔内，并抵靠所述护罩节段的前壁或后壁中的另一个过盈配合。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述护罩组件限定延伸穿过所述燃气涡轮发动机的涡轮区段的核心空气流径的一部分。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还包括：
结构部件，其中所述吊架组件包括将所述吊架组件联接至所述结构部件的吊架附件，并且其中所述吊架组件的密封部件从所述吊架附件延伸。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述护罩节段由陶瓷基质复合材料形成，其中所述吊架组件由限定第一热膨胀系数的金属材料形成，其中形成所述护罩节段的所述陶瓷基质复合材料限定第二热膨胀系数，并且其中所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数。
技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述吊架组件的第一附接部件附接到所述护罩节段的前壁，其中所述吊架组件的密封部件抵靠所述护罩节段的后壁过盈配合，其中所述吊架组件还包括第二附接部件，其中所述密封部件是所述第二附接部件的第二密封部件，其中所述第一附接部件包括前部和第一密封部件，其中所述前部联接至所述护罩节段的前壁，其中所述第一附接部件的第一密封部件定位于在所述护罩节段的前壁和后壁之间限定的所述腔内，并且其中所述第一附接部件的第一密封部件抵靠所述护罩节段的前壁过盈配合。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述腔是护罩腔，其中所述护罩组件还至少部分地限定位于所述前壁的前方的前缓冲腔和位于所述后壁的后方的后缓冲腔，其中所述护罩腔构造成在所述燃气涡轮发动机的操作期间限定压力大于所述前缓冲腔的压力并且大于所述后缓冲腔的压力。
技术方案18. 一种用于限定轴向方向、径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的吊架组件，所述吊架组件包括：
第一附接部件，其包括前部和第一密封部件，所述前部和第一密封部件在其间限定第一间隙，以用于接收所述燃气涡轮发动机的护罩节段的前壁；以及
第二附接部件，其包括后部和第二密封部件，所述后部和第二密封部件在其间限定第二间隙，以用于接收所述燃气涡轮发动机的护罩节段的后壁，所述第二密封部件构造成在安装在所述燃气涡轮发动机中时抵靠所述护罩节段的后壁过盈配合。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的吊架组件，其特征在于，所述吊架组件由金属材料形成。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的吊架组件，其特征在于，所述第二密封部件朝所述第二附接部件的后部倾斜，使得所述第二密封部件在安装在所述燃气涡轮发动机中时抵靠所述护罩节段的后壁过盈配合，并且其中所述第一密封部件朝所述第一附接部件的前部倾斜，使得所述第一密封部件在安装在所述燃气涡轮发动机中时抵靠所述护罩节段的前壁过盈配合。
本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求书变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域普通技术人员之一的其最佳模式的本发明的完整且充分的公开在参照附图的说明书中提出，在附图中：
图1是根据本主题的各个实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；
图2是图1中所示的燃气涡轮发动机的压缩机区段、燃烧区段和高压涡轮区段的横截面视图；
图3是示例性护罩组件的透视图；
图4是图3的护罩组件的局部侧视横截面视图；以及
图5是图4的护罩组件的一个区段的近视横截面视图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的现有实施例，其一个或多个实例在附图中示出。该详细描述使用了数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和说明书中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。
词语"示例性"在本文中用于表示"用作实例、例证或示范"。本文描述为"示例性"的任何实施方式不一定解释为相比其它实施方式优选或有利的。
如本文使用的，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，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
用语"前"和"后"是指燃气涡轮发动机或车辆内的相对位置，并且是指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，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体流自的方向，且"下游"是指流体流至的方向。
除非本文另外规定，用语"联接"，"固定"，"附接到"等是指直接联接、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、固定或附接两者。
单数形式"一个"、"一种"和"该"包括复数对象，除非上下文清楚地另外指出。
如本文在说明书和权利要求书各处使用的近似语言用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个用语如"大约"、"大概"和"大致"修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于测量值的仪器的精度，或构造或制造构件和/或***的方法或机器的精度。例如，近似语言可表示在10%的裕度内。
这里和说明书和权利要求书各处，范围限制组合和互换，此范围被识别且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。例如，本文公开的所有范围都包含端点，且端点可与彼此独立地组合。
现在参看附图，图1为根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机100的示意性横截面视图。更尤其，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机100是航空高涵道比涡扇喷气发动机，其构造成安装在飞行器上，如，以机翼下的构造或安装在尾部的构造。如图1中所示，燃气涡轮发动机100限定轴向方向A(与用于参照提供的纵向中心线102平行或同轴延伸)、径向方向R和周向方向C1(即，围绕轴向方向A延伸的方向；见图3)。大体上，燃气涡轮发动机100包括风扇区段104和设置在风扇区段104的下游的涡轮机106。
所示的示例性涡轮机106大体上包括基本上管状的外壳108，其限定环形入口110。外壳108以串流关系包围包括第一增压或LP压缩机114和第二HP压缩机116的压缩机区段112；燃烧区段118；包括第一HP涡轮122和第二LP涡轮124的涡轮区段120；以及喷气排气喷嘴区段126。HP轴或转轴128将HP涡轮122传动地连接到HP压缩机116。LP轴或转轴130将LP涡轮124传动地连接到LP压缩机114。压缩机区段、燃烧区段118、涡轮区段和喷气排气喷嘴区段126一起限定穿过涡轮机106的核心空气流径132。
仍参看图1的实施例，风扇部分104包括可变桨距风扇134，该可变桨距风扇134具有以周向间隔开的方式联接至盘138的多个风扇叶片136。如图所示，风扇叶片136大体上沿径向方向R从盘138向外延伸。各个风扇叶片136通过风扇叶片136关于盘138围绕变桨轴线P可旋转，风扇叶片136可操作地联接到适合的致动部件140上，致动部件140构造成例如一致地共同改变风扇叶片136的桨距。风扇叶片136、盘138和致动部件140可通过穿过动力变速箱142的LP轴130围绕纵向中心线102一起旋转。动力变速箱142包括多个齿轮，其使LP轴130的转速逐步降低至更有效的旋转风扇速度。
仍参看图1的示例性实施例，盘138由可旋转的前机舱144覆盖，前机舱144为空气动力轮廓，以促进空气流穿过多个风扇叶片136。另外，示例性风扇区段104包括环形风扇壳或外机舱146，其沿周向包绕风扇134和/或涡轮机106的至少一部分。此外，对于所示实施例，机舱146由多个周向间隔开的出口导叶148相对于涡轮机106支承。此外，机舱146的下游区段150在涡轮机106的外部上方延伸，以便在它们之间限定旁通空气流通路152。
在燃气涡轮发动机100的操作期间，一定量空气154经由机舱146和/或风扇区段104的相关联的入口156进入燃气涡轮发动机100中。当一定量空气154穿过风扇叶片136时，如由箭头158指出的空气154的第一部分引导或传送到旁通空气流通路152中，且如由箭头160指出的空气154的第二部分引导或传送到LP压缩机114中。空气的第二部分160的压力然后在其传送穿过高压(HP)压缩机116且进入燃烧区段118时增大。
仍参看图1，来自压缩机区段的空气的压缩的第二部分160与燃料混合，且在燃烧区段118内焚烧来提供燃烧气体162。燃烧气体162从燃烧区段118沿热气体通路174传送穿过HP涡轮122，在该处，来自燃烧气体162的热能和/或动能的一部分经由联接到外壳108的HP涡轮定子导叶164和联接到HP轴或转轴128的HP涡轮转子叶片166的连续级提取，因此引起HP轴或转轴128旋转，从而支持HP压缩机116的操作。燃烧气体162然后传送穿过LP涡轮124，在该处，热能和动能的第二部分从燃烧气体162经由联接到外壳108的LP涡轮定子导叶168和联接到LP轴或转轴130的LP涡轮转子叶片170的连续级提取，因此引起LP轴或转轴130旋转，从而支持LP压缩机114的操作和/或风扇134的旋转。
随后，燃烧气体162传送通过涡轮机106的喷气排气喷嘴区段126，以提供推进推力。同时，空气的第一部分158的压力在空气的第一部分158从燃气涡轮发动机100的风扇喷嘴排气区段172排出之前其传送穿过旁通空气流通路152时基本上增大，也提供了推进推力。HP涡轮122、LP涡轮124和喷气排气喷嘴区段126至少部分地限定热气体通路174来用于将燃烧气体162传送穿过涡轮机106。
将认识到，图1中绘出的示例性燃气涡轮发动机100仅通过举例，且在其它示例性实施例中，燃气涡轮发动机100可具有任何其它适合的构造。例如，燃气涡轮发动机可包括任何合适数量和/或构造的压缩机、涡轮、轴或转轴等。此外，尽管描绘为包括可变桨距风扇124和动力变速箱142，但是在其它实施例中，燃气涡轮发动机可包括固定桨距风扇、直接驱动构造等。另外地或备选地，本公开的方面可结合任何其它适合的航空燃气涡轮发动机使用，如，涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。此外，本公开的方面还可结合任何其它陆基燃气涡轮发动机、如发电燃气涡轮发动机或任何航改燃气涡轮发动机、如船用燃气涡轮发动机使用。
现在参看图2，图2提供了图1的涡轮机106的压缩机区段112、燃烧区段118和涡轮区段120的侧视横截面视图。更确切地说，示出了HP压缩机116的后端、燃烧器区段118和HP涡轮122的前端。
压缩空气176通过位于HP压缩机116后端或出口的扩散器178离开HP压缩机116，并扩散到燃烧区段118中。涡轮机106的燃烧区段118由径向内部燃烧器壳180和径向外部燃烧器壳182环形地包围。径向内部燃烧器壳180和径向外部燃烧器壳182均大体上沿轴向方向A延伸并且以环形环包绕燃烧器组件184。内部燃烧器壳180和外部燃烧器壳182在燃烧区段118的前端处的环形扩散器178处连结在一起。
如图所示，燃烧器组件184大体上包括大体上沿轴向方向A在后端188和前端190之间延伸的内衬套186，以及也大体上沿轴向方向A在后端194和前端196之间延伸的外衬套192。内衬套186和外衬套192一起至少部分地在其间限定燃烧室198。内衬套186和外衬套192各自附接到环形圆顶或与环形圆顶整体形成。更特别地，环形圆顶包括与内衬套186的前端190整体形成的内圆顶区段200和大体上与外衬套192的前端196形成的外圆顶区段202。此外，内圆顶区段200和外圆顶区段202可各自整体地形成(或备选地可由以任何合适的方式附接的多个构件形成)，并且可各自沿周向方向C1延伸以限定环形形状。然而，应当理解，在其它实施例中，燃烧器组件184可不包括内圆顶区段200和/或外圆顶区段202；可包括分别形成的附接到各自的内衬套186和外衬套192的内圆顶区段200和/或外圆顶区段202；或可具有任何其它合适的构造。
仍参看图2，燃烧器组件184还包括多个燃料空气混合器204，其沿周向方向C1间隔开并且至少部分地定位在环形圆顶内。更特别地，多个燃料空气混合器204沿径向方向R至少部分地设置在外圆顶区段202和内圆顶区段200之间。来自燃气涡轮发动机100的压缩机区段112的压缩空气176流入或流过燃料空气混合器204，其中压缩空气176与燃料混合并点燃，以在燃烧室198内产生燃烧气体162。内圆顶区段200和外圆顶区段202构造为帮助提供压缩空气176从压缩机区段112进入或穿过燃料空气混合器204的这样的流动。
如上所述，燃烧气体162从燃烧室198流入并流过燃气涡轮发动机100的涡轮区段120，在该处，来自燃烧气体162的一部分热能和/或动能通过HP涡轮122和LP涡轮124内的涡轮定子导叶和涡轮转子叶片的连续级提取。更确切地说，如图2中所示，来自燃烧室198的燃烧气体162流入位于燃烧室198下游不远的HP涡轮122中，在该处，来自燃烧气体162的热能和/或动能通过HP涡轮定子导叶164和HP涡轮转子叶片166的连续级提取。
如图2中所示，并非所有压缩空气176都流入或直接流过燃料空气混合器204并流入燃烧室198。一些压缩空气176排放到包绕燃烧器组件184的仓室206中。仓室206大体上限定在燃烧器壳180,182与衬套186,192之间。外燃烧器壳182和外衬套192限定外仓室208，其大体上从燃烧室198沿径向向外设置。内燃烧器壳180和内衬套186限定内仓室210，其大体上相对于燃烧室198设置在径向内侧。随着压缩空气176由扩散器178扩散，一些压缩空气176沿径向向外流入外仓室208中，并且一些压缩空气176沿径向向内流入内仓室210中。
沿径向向外流入外仓室208中的压缩空气176大体上沿轴向流向涡轮区段120。确切地说，压缩空气176在HP涡轮122定子导叶164和转子叶片166上方流动。外仓室208也可延伸至LP涡轮124(图1)。
如图2中进一步所示，HP涡轮122包括一个或多个护罩组件300，每个护罩组件300围绕HP涡轮转子叶片166的环形阵列形成环形护罩环。在该实例中，环形护罩环围绕HP涡轮122的第一级212的转子叶片166的环形阵列沿周向设置，并且环形环围绕第二级214的涡轮转子叶片166的环形阵列沿周向设置。大体上，护罩组件300的护罩或护罩节段与每个转子叶片166的叶片尖端216沿径向间隔开。护罩组件300大体上减少了进入和离开核心空气流径132的径向泄漏，并且还可减少轴向泄漏。
每个护罩组件300包括护罩节段302和吊架组件304。护罩节段302从每个转子叶片166的叶片尖端216沿径向向外定位，并且至少部分地限定核心空气流径132。每个护罩节段302包括径向外侧306和径向内侧308。每个护罩节段302的内侧308可包括例如涂覆有环境屏障涂层(EBC)的基于陶瓷的可磨耗材料。然而，备选地，在其它实施例中，可在护罩节段302的内侧308上提供任何其它合适的材料和/或涂层。此外，如下面将更详细阐释的，每个护罩节段302都联接到相应的吊架组件304。吊架组件304将每个护罩节段302联接至涡轮机的结构构件，并且更确切地说，联接至外壳182(对于所示实施例)。
应注意，护罩组件300可以类似方式还用于LP压缩机114、HP压缩机116和/或LP涡轮124中。因此，本文所公开的护罩组件300不限于在HP涡轮122中使用，而是可更广泛地用于燃气涡轮发动机100或涡轮发动机的任何合适的区段中。
现在参看图3，图3提供了示例性护罩组件300的透视图。护罩组件300可定位在压缩机区段112或涡轮区段120中的至少一个中，并且至少部分地限定核心空气流径132。通过举例的方式，护罩组件300可沿径向方向R定位于HP涡轮122的转子叶片166的外侧，并且沿周向包围HP涡轮122的转子叶片166，如图2中所示。在其它实施例中，护罩组件300可位于燃气涡轮发动机100内的其它区段或位置中。
如下面将参考例如图4进行更详细的阐释，所示的示例性护罩组件300大体上包括与吊架组件304联接的护罩节段302。值得注意的是，护罩节段302和吊架组件304各自大体上沿周向方向C延伸。护罩组件300大体上可包括沿周向方向C顺序布置的多个单独的护罩节段302和吊架组件304，以共同形成周向护罩组件300。
护罩节段302大体上包括护罩本体310，护罩本体310限定外侧306和内侧308，其中内侧308至少部分限定燃气涡轮发动机的核心空气流径132(见图1和图2)。此外，护罩节段302包括前壁312和后壁314，前壁312和后壁314沿轴向方向A彼此间隔开并且一起在它们之间限定腔316。值得注意的是，前壁312和后壁314中的每个从护罩本体310大体上沿径向方向R向外延伸，并且进一步与护罩本体310大体上沿周向方向C延伸。
简要地，将理解，腔316由吊架组件304进一步限定。在操作期间，可向腔316馈送来自压缩机区段的旁通燃烧器的冷却空气，例如，通过外仓室208(见图2)。需要这种空气来冷却护罩节段302和吊架组件304，并且通常处于比流径气体更大的压力下。例如，当从压缩机区段接收空气时，腔316的压力可随着发动机操作速度而增加(并且压缩机区段在更高的旋转速度处产生更高的压力空气)。这样的构造可帮助防止热流径气体沿径向向外渗入吊架组件304和/或护罩节段302/护罩组件腔中，从而可能损坏此构件。因此，在护罩节段302与吊架组件304之间需要密封，以防止腔316内的这种冷却空气以不受控制的方式逸入到流径中。
仍参看图3，吊架组件304联接至护罩节段302，并且还构造为将护罩节段302在燃气涡轮发动机内安装至例如燃气涡轮发动机的结构构件(如外壳182，如上面参考图2所述)。更确切地说，吊架组件304包括构造为将吊架组件304附接到燃气涡轮发动机的结构部件的吊架附件，并且再更确切地说，包括前吊架附件318和后吊架附件320。对于所示的实施例，前吊架附件318和后吊架附件320各自构造为钩。然而，在其它示例性实施例中，可使用任何其它合适的机械紧固件(例如，螺栓、螺钉等)。
此外，吊架组件304大体上包括第一附接部件322和第二附接部件324，其中第一附接部件322包括第一密封部件325，而第二附接部件324包括第二密封部件326。第一附接部件322附接到前壁312或后壁314中的一个，并且第二附接部件322附接到前壁312或后壁314中的另一个。更确切地说，对于所示的实施例，吊架组件304的第一附接部件322附接到护罩节段302的前壁312，并且吊架组件304的第二附接部件322附接到后壁314。如将在下面更详细地阐释，第一附接部件322还包括定位于腔316外部(前壁312的前方)的前部328和位于腔316内部(前壁312的后方)并且抵靠前壁312过盈配合的第一密封部件325，并且第二附接部件324还包括位于腔316外部(后壁314的后方)的后部350和位于腔316外部(后壁314的前方)并抵靠后壁314过盈配合的第二密封部件326。以此方式，大体上将认识到，对于所示的实施例，第一密封部件235和第二密封部件326分别抵靠前壁312和后壁314过盈配合，以提供期望的密封。此外，以此方式，将理解，第二密封部件326大体上朝向第二附接部件324的后部350倾斜，使得在安装在燃气涡轮发动机中时，第二密封部件326抵靠护罩节段302的后壁314过盈配合，并且类似地，在至少某些实施例中，第一密封部件325朝向第一附接部件322的前部328倾斜，使得在安装在燃气涡轮发动机中时，第一密封部件325抵靠护罩节段302的前壁312过盈配合。值得注意的是，如本文所用，用语"倾斜"是指构件表面的有效倾斜度。例如，第二密封部件326可在其远端处包括凸块或其它突起，使得第二密封部件326有效地例如朝着后壁314倾斜。然而，将理解，在其它实施例中，第一密封部件325和/或第二密封部件326可分别不朝前壁312或后壁314倾斜，而是改为前壁312和/或后壁314可包括凸块、***、突起、斜面等，以便于与相应的密封部件325,326的过盈配合。
此外，还以此方式，将理解，前部328和第一密封部件325一起在其间(沿轴向方向A)限定第一间隙，以用于接收燃气涡轮发动机的护罩节段302的前壁312，并且类似地，后部350和第二密封部件326在其间(沿轴向方向A)共同限定第二间隙，以用于接收燃气涡轮发动机的护罩节段302的后壁314。
现在还参看图4，将进一步更详细阐释护罩组件300。值得注意的是，图4示出了安装在燃气涡轮发动机内的护罩组件300。因此，对于所示的实施例，前吊架附件318和后吊架附件320联接至燃气涡轮发动机的结构部件，并且更确切地说，联接至燃气涡轮发动机的壳182，以将护罩组件300安装在燃气涡轮发动机内。
如上所述，吊架组件304大体上包括第一附接部件322和第二附接部件324，其中第一附接部件322包括第一密封部件325，而第二附接部件324包括第二密封部件326。此外，将理解，第一附接部件322的前部328机械地紧固到护罩节段302的前壁312，并且更确切地说，在前壁312的前侧332处机械地紧固到护罩节段302的前壁312。对于所示实施例，前壁312限定一个或多个开口334，该开口334大体上沿轴向方向A延伸穿过所述前壁。类似地，第一附接部件322的前部328包括大体上沿轴向方向A延伸穿过其的对应的一个或多个开口336。提供了一个或多个机械紧固件338，其延伸穿过第一附接部件322的前部328的一个或多个开口336和护罩节段302的前壁312的一个或多个开口334来联接两个构件。一个或多个机械紧固件338可包括一个或多个螺栓、螺钉、铆钉、销等。更特别地，对于所示实施例，机械紧固件338固定至前部328，但可滑动地接收于/可滑动地联接至相应的开口334以适应构件之间的相对热增长。
仍然参照吊架组件304的第一附接部件322，第一附接部件322的第一密封部件325定位在由护罩节段302的前壁312和后壁314限定的腔316内。第一附接部件322的第一密封部件325抵靠护罩节段302的前壁312过盈配合，并且更确切地说，抵靠护罩节段302的前壁312的后侧340过盈配合。值得注意的是，对于所示的实施例，第一附接部件322的第一密封部件325的远端/径向内端342在护罩本体310与前壁312之间的接合部以及开口334和前壁312之间的位置处接触前壁312。
现在参照第二附接部件324，如所提到的，第二附接部件324包括抵靠护罩节段302的后壁314过盈配合的第二密封部件326。更确切地说，第二密封部件326抵靠护罩节段302的后壁314的前侧344过盈配合。与前壁312一样，后壁314包括延伸穿过其中的一个或多个开口346，例如沿轴向方向A。第二密封部件326在后壁314与护罩本体310之间的接合部和由后壁314限定的一个或多个开口346之间的位置处限定接触后壁314的远端/径向内端348。将在下面更详细地论述第二密封部件326到后壁314的前侧344的过盈配合。
与第一附接部件322相似，第二附接部件324包括机械地紧固到后壁314的后部350。第二附接部件324的后部350限定一个或多个开口350，该一个或多个开口350对应于在护罩节段302的后壁314中限定的一个或多个开口346。提供一个或机械紧固件354，其延伸穿过第二附接部件324的后部350的一个或多个开口352和护罩节段302的后壁314的一个或多个开口346，以联接两个构件。一个或多个机械紧固件354可包括螺栓、螺钉、铆钉、销等中的一个或多个。更特别地，对于所示实施例，机械紧固件354固定至后部350，但可滑动地接收于/可滑动地联接至相应的开口346以适应构件之间的相对热增长。
此外，对于所示的实施例，第二密封部件326从后吊架附件320大体上向内延伸，并且更特别地，对于所示的实施例，第二密封部件326沿径向方向R大体上向内延伸。此外，将理解，吊架组件304的后壁314沿径向方向R限定高度356。类似地，吊架组件304的第二附接部件324的第二密封部件326限定长度358。第二密封部件326的长度358基本上等于或大于吊架组件304的后壁314的高度356，如在至少某些示例性实施例中，高达后壁314的高度356的约五倍。
如将理解，根据上述示例性方面中的一个或多个构造的护罩组件300可允许护罩组件300在燃气涡轮发动机内占据相对小的径向占地面积。例如，对于所示的实施例，将理解，护罩组件300还在护罩本体310(或更确切地说，护罩本体310的内侧308)和吊架附件(如前吊架附件318或后吊架附件320(无论哪个导致更大的高度360))之间沿径向方向R限定护罩组件高度360。对于所示实施例，后壁314的高度356与护罩组件300的高度360的比率为至少约0.4:1且高达约1:1。
此外，将理解，本文描述的示例性护罩组件300构造成提供抵靠护罩节段302的前壁312和/或后壁314的有效密封，尽管径向占地面积相对小。对于所示的实施例，这是通过利用所利用的构件的材料特性以及这些构件的布置来实现的。例如，对于所示的实施例，护罩节段302由陶瓷基质复合材料形成。护罩节段302的陶瓷基质复合材料限定第一热膨胀系数。相反，吊架组件304由限定第二热膨胀系数的材料形成。例如，吊架组件304可由金属材料形成。因此，第二热膨胀系数(即，吊架组件304的热膨胀系数)大于第一热膨胀系数(即，护罩节段302的陶瓷基质复合材料的热膨胀系数)。
因此，在安装有护罩组件300的燃气涡轮发动机的操作期间，随着温度升高，吊架组件304相对于护罩节段302膨胀，使得第一密封部件325压靠前壁312的340的内侧，并且随着构件的温度升高，第二密封部件326以更大的力压靠后壁314的内侧308(分别提高了与前壁312和后壁314形成密封的密封部件325,326的有效性))。
更确切地说，现在简要地参看图5，示出了吊架组件304的第二密封部件326和护罩节段302的后壁314的近视视图。如图所示，第二密封部件326抵靠护罩节段302的后壁314过盈配合。更确切地说，第二密封部件326安装成使得从其自然位置偏转。偏转量可称为"过盈偏转"。为了示出过盈偏转的量，以虚线示出了第二密封部件326的第一位置326'。第二密封部件326的第一位置326'是第二密封部件326在构件暴露于基准非操作温度(如标准日间温度(例如华氏70度))时的位置。吊架组件304的第二密封部件326在基准非操作温度下限定第一过盈偏转362。在至少一些实施例中，第一过盈偏转362可为至少约0.1毫米，如大于或等于0.2毫米、0.25毫米或0.35毫米，或直至约10毫米。
第二密封部件326的第二位置326"也以虚线示出。第二密封部件326的第二位置326"是第二密封部件326在构件暴露于诸如构件的巡航操作温度的基准操作温度时的位置。吊架组件304的第二密封部件326在基准操作温度下限定第二过盈偏转364。第二过盈偏转364大于第一过盈偏转362，如至少约5％更大、至少约10％更大、至少约20％更大、至少约30％更大、至少约50％更大，如直至约500％更大。
将理解，随着过盈偏转的增加，产生了第二密封部件326与护罩节段302的后壁314之间的接触压力增大。随着接触压力增大，第二密封部件326与后壁314之间的密封有效性得以提高。因此，随着燃气涡轮发动机操作期间温度的升高，提供了密封有效性的提高。
值得注意的是，尽管未在图5中示出，但是将理解，第一附接部件322的第一密封部件325可与以基本相同的方式构造的前壁312过盈配合。因此，将理解，随着过盈偏转的增加，在第一密封部件325和护罩节段302的前壁312之间产生增加的接触压力。随着接触压力增大，第一密封部件325和前壁312之间的密封有效性得以提高。因此，随着燃气涡轮发动机操作期间的温度的升高，提供了密封有效性的提高。
再次参看图4，将理解，由于在安装有护罩组件300的燃气涡轮发动机的操作期间腔316内的压力增加，第一密封部件325和第二密封部件326的定位还可分别具有提高与前壁312和后壁314形成的密封的有效性的益处。
更确切地说，将理解，护罩组件300至少部分地(例如，与发动机的其它构件一起)限定前缓冲腔366和后缓冲腔368。当燃气涡轮发动机操作时，与分别前缓冲腔366和后缓冲腔368内的压力相比，腔316内的压力由于接收到的压缩冷却空气(例如，来自外仓室208；见图2)而增加。例如，腔316与缓冲腔366,368之间的压差大体上随着发动机功率的增加而进一步增加(如上所述，即，随着转速、温度和绝对压力的增加)。此外，腔316和后缓冲腔368之间的压差的增加将趋于使第二密封部件326在向后的方向上抵靠后护罩壁314偏转，并因此将增加第二密封部件326的后密封表面处的接触力和接触压力。类似地，腔316与前缓冲腔366之间的压差的增加将趋于使第一密封部件325在向后的方向上抵靠前护罩壁312偏转，并因此将增加第一密封部件325的前密封表面处的接触力和接触压力。此外，大体上将理解，前缓冲腔366中的压力大体上大于后缓冲腔328中的压力。因此，整个护罩组件300大体上将由气压沿向后方向推动，并因此，第一密封部件325上的总接触力大体上大于第二密封部件326上的总接触力。
将理解，用于增加密封表面处的接触压力的两种机制：在腔316与缓冲腔366,368之间的差热增长和差压，允许在吊架组件304和护罩节段302之间组装时使用非常小的初始过盈。该总体特性极大地简化了构件的组装，并且可允许简化所需的加工公差，所述加工公差否则将为了如下需要被实现：构件的组装、发动机操作时的有效密封以及护罩组件300在所有操作条件下的支承。
然而，将理解，仅通过举例的方式提供了例如在图3至图5中描绘的示例性护罩组件300。在其它实施例中，护罩组件300可具有任何其它合适的构造。例如，在其它实施例中，护罩组件300可具有用于将护罩组件300附接到燃气涡轮发动机的结构构件的任何其它合适的附接部件、任何其它合适的第一附接部件322、用于将护罩节段302附接到吊架组件304的任何其它合适的机械紧固构造或设计、任何其它合适尺寸化的构件(例如，壁高、密封部件长度、护罩组件高度等)等。此外，在其它示例性实施例中，第一附接部件322可附接到后壁314，并且第二密封部件326可抵靠前壁312过盈配合。
本书面描述使用了实例来公开本发明，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，包括制作和使用任何装置或***，以及执行任何并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于限定轴向方向、径向方向和周向方向的燃气涡轮发动机的护罩组件，所述护罩组件包括：
护罩节段，所述护罩节段基本上沿所述周向方向延伸，并包括前壁和后壁，所述前壁和所述后壁沿所述轴向方向彼此间隔开并在其间限定腔；以及
吊架组件，所述吊架组件包括第一附接部件和密封部件，所述第一附接部件附接到所述护罩节段的前壁或后壁中的一个，并且所述密封部件定位在所述腔内，并抵靠所述护罩节段的前壁或后壁中的另一个过盈配合。
2.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，所述护罩节段由陶瓷基质复合材料形成。
3.根据权利要求2所述的护罩节段，其特征在于，所述吊架组件由限定第一热膨胀系数的金属材料形成，其中形成所述护罩节段的陶瓷基质复合材料限定第二热膨胀系数，并且其中所述第一热膨胀系数大于所述第二热膨胀系数。
4.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件的密封部件在基准非操作温度下限定第一过盈偏转，其中所述吊架组件的密封部件在基准操作温度下限定第二过盈偏转，并且其中所述第二过盈偏转大于所述第一过盈偏转。
5.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件的第一附接部件附接到所述护罩节段的前壁，并且其中所述吊架组件的密封部件抵靠所述护罩节段的后壁过盈配合。
6.根据权利要求5所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件还包括第二附接部件，其中所述密封部件是所述第二附接部件的第二密封部件，其中所述第一附接部件包括前部和第一密封部件，其中所述前部联接到所述护罩节段的前壁，其中所述第一附接部件的第一密封部件定位于在所述护罩节段的前壁和后壁之间限定的所述腔内，并且其中所述第一附接部件的第一密封部件抵靠所述护罩节段的前壁过盈配合。
7.根据权利要求5所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件的后壁沿所述径向方向限定高度，其中所述第二密封部件限定长度，并且其中所述第二密封部件的长度大于所述吊架组件的后壁的高度。
8.根据权利要求5所述的护罩组件，其特征在于，所述第二附接部件在所述护罩节段的后壁的后侧上联接至所述护罩节段的后壁。
9.根据权利要求8所述的护罩节段，其特征在于，所述护罩节段还包括护罩本体，其中所述前壁和后壁从所述护罩本体延伸，其中所述后壁限定延伸穿过其的开口，其中所述第二附接部件使用延伸穿过其的所述开口联接至所述后壁，其中所述第二密封部件在所述后壁与所述护罩本体之间的接合部和由所述后壁限定的开口之间的位置处限定接触所述后壁的远端。
10.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，所述吊架组件包括吊架附件，所述吊架附件构造成将所述吊架组件附接到所述燃气涡轮发动机的结构部件，并且其中所述吊架组件的密封部件从所述吊架附件延伸。
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