[發(fā)明專利]在冷態(tài)下彈性保持的渦輪環(huán)組件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680080640.5
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN109072705B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·泰松;M·卡林;J·卡龍
• 申請（專利權(quán)）人: 賽峰飛機發(fā)動機公司
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04;F01D11/08;F01D25/24
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 茅翊忞

一種渦輪環(huán)組件，包括多個環(huán)扇區(qū)(10)，多個所述環(huán)扇區(qū)由陶瓷基復合材料制成并形成渦輪環(huán)(1)和環(huán)支承結(jié)構(gòu)(3)，所述環(huán)支承結(jié)構(gòu)具有第一環(huán)狀凸緣(32)和第二環(huán)狀凸緣(36)，每個環(huán)扇區(qū)具有突片(14、16)。每個環(huán)扇區(qū)(10)的第一突片(14)具有環(huán)狀凹槽(140)，其接收第一凸緣(32)的環(huán)狀突起(34)，在冷態(tài)下，在環(huán)狀突起(34)與環(huán)狀凹槽(140)之間存在間隙(J1)。每個環(huán)扇區(qū)(10)的第二突片(16)經(jīng)由彈性保持元件(50)連接到環(huán)支承結(jié)構(gòu)(3)。每個環(huán)扇區(qū)(10)的第二突片(16)包括至少一個開口(17)，該開口接收保持元件(40)與環(huán)支承結(jié)構(gòu)(3)的第二環(huán)狀凸緣(36)剛性連接的一部分，在冷態(tài)下，在第二突片(16)的開口(17)與保持元件(40)存在于所述開口中的部分之間存在間隙(J2)，所述保持元件由具有比形成環(huán)扇區(qū)的陶瓷基復合材料的熱膨脹系數(shù)大的熱膨脹系數(shù)的材料制成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的應用領(lǐng)域具體是燃氣輪機航空發(fā)動機的應用領(lǐng)域。但是，本發(fā)明適用于其它渦輪發(fā)動機，例如，工業(yè)渦輪機。

背景技術(shù)

已知陶瓷基復合(CMC)材料用于在高溫下保持其機械性能，這使得它們適于構(gòu)成熱結(jié)構(gòu)元件。

在燃氣輪機航空發(fā)動機中，提高效率和減少某些污染排放導致尋求在更高溫度下運行。對于完全由金屬制成的渦輪環(huán)組件，有必要對組件的所有元件進行冷卻，特別是對經(jīng)受通常比金屬材料能夠承受的溫度更熱的很熱的流的渦輪環(huán)進行冷卻。由于所使用的冷卻流從流過發(fā)動機的主流中獲得，這種冷卻對發(fā)動機的性能具有顯著影響。另外，盡管會改善航空發(fā)動機的性能，但渦輪環(huán)使用金屬限制了提高渦輪機內(nèi)溫度的可能性。

此外，金屬渦輪環(huán)組件會在熱流的作用下變形，從而改變與流動通道相關(guān)聯(lián)的間隙，并因此改變渦輪機的性能。

這就是為什么已提出將CMC用于發(fā)動機的各種熱部分的原因，特別是因為CMC具有密度比常規(guī)使用的難熔金屬密度低的額外優(yōu)點。

因此，在文獻US2012/0027572中具體描述了將渦輪環(huán)扇區(qū)制成CMC單件。環(huán)扇區(qū)具有環(huán)狀基部，所述環(huán)狀基部具有內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面限定渦輪環(huán)內(nèi)表面，從所述外表面伸出兩個突片形成部，所述突片形成部使其端部與金屬環(huán)支承結(jié)構(gòu)中的外殼接合。

使用由CMC制成的環(huán)扇區(qū)使得能夠顯著減少冷卻渦輪環(huán)所需的通風量。但是，保持或維持環(huán)扇區(qū)就位仍然是個問題，特別是在金屬支承結(jié)構(gòu)與CMC環(huán)扇區(qū)之間可能發(fā)生不同膨脹。另外，另一個問題在于，在冷熱時均控制通道的形狀，而不會在環(huán)扇區(qū)上產(chǎn)生過大應力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明尋求避免這些缺點，并且為此目的，本發(fā)明提供了一種渦輪環(huán)組件，包括多個環(huán)扇區(qū)，多個環(huán)扇區(qū)由陶瓷基復合材料制成并形成渦輪環(huán)和環(huán)支承結(jié)構(gòu)，環(huán)支承結(jié)構(gòu)具有第一環(huán)狀凸緣和第二環(huán)狀凸緣，每個環(huán)扇區(qū)具有環(huán)狀基部形成部，環(huán)狀基部形成部具有內(nèi)表面和外表面，內(nèi)表面限定渦輪環(huán)的內(nèi)表面，從外表面伸出第一突片和第二突片，每個環(huán)扇區(qū)的突片保持在環(huán)支承結(jié)構(gòu)的兩個環(huán)狀凸緣之間；渦輪環(huán)組件的特征在于，每個環(huán)扇區(qū)的第一突片在其面向環(huán)支承結(jié)構(gòu)的第一環(huán)狀凸緣的面內(nèi)包括環(huán)狀凹槽，環(huán)支承結(jié)構(gòu)的第一環(huán)狀凸緣在其面向每個環(huán)扇區(qū)的第一突片的面上包括環(huán)狀突起，第一凸緣的環(huán)狀突起接收在每個環(huán)扇區(qū)的第一突片的環(huán)狀凹槽中，當冷時，在環(huán)狀突起與環(huán)狀凹槽之間存在間隙；其中，每個環(huán)扇區(qū)的至少第二突片通過至少一個彈性保持元件連接到環(huán)支承結(jié)構(gòu)；并且其中，每個環(huán)扇區(qū)的第二突片包括至少一個開口，在開口中接收有保持元件的一部分，保持元件固定到環(huán)支承結(jié)構(gòu)的第二環(huán)狀凸緣，當冷時，在第二突片的開口與保持元件存在于開口中的部分之間存在間隙，所述保持元件由具有比環(huán)扇區(qū)的陶瓷基復合材料的熱膨脹系數(shù)大的熱膨脹系數(shù)的材料制成。