本主題大體涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴，且更具體而言涉及用于制造具有分離線(xiàn)間隙的噴嘴的裝置和方法，分離線(xiàn)間隙構(gòu)造成減小陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料(CMC)構(gòu)件中的熱應(yīng)力和減少與分離線(xiàn)間隙相關(guān)聯(lián)的寄生泄漏。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)大體包括處于連續(xù)流順序的壓縮機(jī)區(qū)段、燃燒區(qū)段、渦輪區(qū)段和排氣區(qū)段。在運(yùn)行中，空氣進(jìn)入壓縮機(jī)區(qū)段的入口，其中一個(gè)或多個(gè)軸向壓縮機(jī)逐漸壓縮空氣，直到其到達(dá)燃燒區(qū)段。燃料在燃燒區(qū)段內(nèi)與壓縮空氣混合和燃燒，以提供燃燒氣體，其從燃燒區(qū)段傳送通過(guò)限定在渦輪區(qū)段內(nèi)的熱氣路徑，并且然后通過(guò)排氣區(qū)段排出渦輪區(qū)段。

在特定構(gòu)造中，渦輪區(qū)段包括處于連續(xù)流順序的高壓(HP)渦輪和低壓(LP)渦輪。HP渦輪和LP渦輪各自包括多個(gè)可旋轉(zhuǎn)渦輪構(gòu)件(諸如渦輪轉(zhuǎn)子葉片、轉(zhuǎn)子盤(pán)和固持件)和多個(gè)固定渦輪構(gòu)件(諸如定子導(dǎo)葉或噴嘴、渦輪護(hù)罩和發(fā)動(dòng)機(jī)框架)。可旋轉(zhuǎn)和固定渦輪構(gòu)件至少部分地限定通過(guò)渦輪區(qū)段的熱氣路徑。隨著燃燒氣體流過(guò)熱氣路徑，熱能從燃燒氣體傳遞到可旋轉(zhuǎn)渦輪構(gòu)件和固定渦輪構(gòu)件。

用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的噴嘴和特別地HP渦輪噴嘴通常布置成翼型件形導(dǎo)葉陣列，其延伸在環(huán)形內(nèi)和外端壁之間，環(huán)形內(nèi)和外端壁限定通過(guò)噴嘴的主要流徑。具有整體內(nèi)和外端壁的噴嘴經(jīng)歷熱應(yīng)力集中，因?yàn)閲娮旖M件有封閉結(jié)構(gòu)。布置成環(huán)形陣列的相鄰的噴嘴的構(gòu)件的熱應(yīng)力和泄漏對(duì)于最佳燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能是特別受關(guān)注的。噴嘴材料的膨脹和收縮影響相鄰的噴嘴和特別地翼型件的特征之間的尺寸。大體合乎需要的是，在噴嘴經(jīng)歷許多熱應(yīng)力循環(huán)時(shí)，這些設(shè)計(jì)尺寸保持在期望預(yù)定公差內(nèi)，以便有最佳燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)性能。如果這些尺寸中的一些小于預(yù)定最佳范圍，則燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)可失速。如果大于預(yù)定最佳范圍，則燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的效率可降低。

因此，期望一種用于制造CMC噴嘴的改進(jìn)的裝置和方法。特別地，將有利的是一種用于制造噴嘴的方法和裝置，噴嘴限制由于膨脹和收縮引起的熱應(yīng)力，在關(guān)鍵設(shè)計(jì)尺寸上保持公差且減少與CMC構(gòu)件中的分離線(xiàn)間隙相關(guān)聯(lián)的寄生泄漏。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)，或者根據(jù)該描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)可為明顯的，或者可通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明來(lái)學(xué)習(xí)本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)。

大體提供懸臂裝置，其限制CMC構(gòu)件中的熱應(yīng)力和與分離線(xiàn)間隙相關(guān)聯(lián)的泄漏，以及提供用于制造這種噴嘴的方法。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，懸臂噴嘴包括至少兩個(gè)翼型件，其構(gòu)造成懸臂型式，各個(gè)翼型件具有外表面，外表面限定延伸在前緣和后緣之間的壓力側(cè)和吸力側(cè)。外端壁設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向外側(cè)，外端壁限定前緣面、后緣面和沿徑向面向外的端表面。內(nèi)端壁設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向內(nèi)側(cè)，內(nèi)端壁限定前緣面、后緣面和沿徑向面向內(nèi)的端表面。外端壁和內(nèi)端壁中的僅一個(gè)為分段的而另一個(gè)端壁為整體的。至少一個(gè)分離線(xiàn)間隙設(shè)置在分段端壁上，鄰近端壁側(cè)表面。至少一個(gè)分離線(xiàn)間隙在大體軸向方向上定位在各個(gè)翼型件之間且延伸在分段端壁的前緣面和后緣面之間。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，懸臂噴嘴包括至少兩個(gè)翼型件，其構(gòu)造成鯡魚(yú)骨型式，各個(gè)翼型件具有外表面，外表面限定延伸在前緣和后緣之間的壓力側(cè)和吸力側(cè)。外端壁設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向外側(cè)，外端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向外的端表面。內(nèi)端壁設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向內(nèi)側(cè)，內(nèi)端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向內(nèi)的端表面。至少兩個(gè)分離線(xiàn)間隙交替地設(shè)置在外端壁和內(nèi)端壁上，鄰近端壁側(cè)表面。至少兩個(gè)分離線(xiàn)間隙在大體軸向方向上定位在翼型件之間且延伸在外端壁或內(nèi)端壁的前緣面和后緣面之間。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，公開(kāi)一種制造噴嘴組件的裝置和方法。噴嘴組件包括至少兩個(gè)翼型件，各個(gè)翼型件具有外表面，外表面限定延伸在前緣和后緣之間的壓力側(cè)和吸力側(cè)。外端壁設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向外側(cè)，外端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向外的端表面。內(nèi)端壁設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向內(nèi)側(cè)，內(nèi)端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向內(nèi)的端表面。至少一個(gè)分離線(xiàn)間隙設(shè)置成鄰近分段端壁上的側(cè)表面，分段端壁選自外端壁和內(nèi)端壁中的至少一個(gè)。至少一個(gè)分離線(xiàn)間隙在大體軸向方向上定位在各個(gè)翼型件之間且延伸在所述分段端壁的前緣面和后緣面之間。噴嘴支承結(jié)構(gòu)包括支柱，其延伸通過(guò)各個(gè)翼型件、噴嘴的外端壁和噴嘴的內(nèi)端壁。外吊架設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向外側(cè)，外吊架包括沿徑向面向內(nèi)的端表面，其鄰近所述外端壁的面向外的端表面。內(nèi)吊架設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向內(nèi)側(cè)，內(nèi)吊架包括沿徑向面向外的端表面，其鄰近所述內(nèi)端壁的面向內(nèi)的端表面。

在一些實(shí)施例中，第一噴嘴組件的支柱連結(jié)到第一噴嘴組件的內(nèi)吊架或外吊架中的至少一個(gè)，而第二噴嘴組件的支柱連結(jié)到第二噴嘴組件的內(nèi)吊架或外吊架中的至少一個(gè)。在其它實(shí)施例中，第一噴嘴組件的支柱連接到第一噴嘴組件的內(nèi)吊架或外吊架中的至少一個(gè)，而第二噴嘴組件的支柱連接到第二噴嘴組件的內(nèi)吊架或外吊架中的至少一個(gè)。

技術(shù)方案1. 一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴，所述噴嘴包括：

至少兩個(gè)翼型件，其構(gòu)造成懸臂型式，各個(gè)翼型件具有外表面，所述外表面限定延伸在前緣和后緣之間的壓力側(cè)和吸力側(cè)；

外端壁，其設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向外側(cè)，所述外端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向外的端表面；

內(nèi)端壁，其設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向內(nèi)的端表面；

其中，所述外端壁和所述內(nèi)端壁中的一個(gè)為分段端壁，而另一個(gè)為整體端壁；和

至少一個(gè)分離線(xiàn)間隙，其設(shè)置在所述分段端壁上，鄰近端壁側(cè)表面，所述至少一個(gè)分離線(xiàn)間隙在大體軸向方向上定位在各個(gè)翼型件之間且延伸在所述分段端壁的前緣面和后緣面之間。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的噴嘴，其特征在于，所述至少兩個(gè)翼型件構(gòu)造成環(huán)形陣列。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴為渦輪風(fēng)扇中的固定定子導(dǎo)葉噴嘴。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案3所述的噴嘴，其特征在于，進(jìn)一步包括：

至少一個(gè)護(hù)罩組件。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的噴嘴，其特征在于，所述護(hù)罩組件圍繞所述固定定子導(dǎo)葉噴嘴形成環(huán)形環(huán)。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的噴嘴，其特征在于，所述至少兩個(gè)翼型件大體為中空的。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)端壁進(jìn)一步包括選自下者的至少一個(gè)側(cè)表面：壓力側(cè)斜面、吸力側(cè)斜面。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的噴嘴，其特征在于，所述外端壁進(jìn)一步包括選自下者的至少一個(gè)側(cè)表面：壓力側(cè)斜面、吸力側(cè)斜面。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的噴嘴，其特征在于，所述至少兩個(gè)翼型件、外端壁和內(nèi)端壁由選自下者的至少一種材料形成：復(fù)合材料、陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料、塑料和金屬。

技術(shù)方案10. 一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴，所述噴嘴包括：

至少兩個(gè)翼型件，其構(gòu)造成鯡魚(yú)骨型式，各個(gè)翼型件具有外表面，所述外表面限定延伸在前緣和后緣之間的壓力側(cè)和吸力側(cè)；

外端壁，其設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向外側(cè)，所述外端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向外的端表面；

內(nèi)端壁，其設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向內(nèi)的端表面；和

至少兩個(gè)分離線(xiàn)間隙，其交替地設(shè)置在所述外端壁和所述內(nèi)端壁上，鄰近端壁側(cè)表面，所述至少兩個(gè)分離線(xiàn)間隙在大體軸向方向上定位在所述翼型件之間且延伸在所述外端壁或所述內(nèi)端壁的前緣面和后緣面之間。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的噴嘴，其特征在于，所述至少兩個(gè)翼型件構(gòu)造成環(huán)形陣列。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴構(gòu)造成渦輪風(fēng)扇中的固定定子導(dǎo)葉噴嘴。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的噴嘴，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個(gè)護(hù)罩組件。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案13所述的噴嘴，其特征在于，所述護(hù)罩組件形成圍繞所述固定定子導(dǎo)葉噴嘴的環(huán)形環(huán)。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的噴嘴，其特征在于，所述至少兩個(gè)翼型件大體為中空的。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)端壁進(jìn)一步包括選自下者的至少一個(gè)側(cè)表面：壓力側(cè)斜面、吸力側(cè)斜面。

技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的噴嘴，其特征在于，所述外端壁進(jìn)一步包括選自下者的至少一個(gè)側(cè)表面：壓力側(cè)斜面、吸力側(cè)斜面。

技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案10所述的噴嘴，其特征在于，所述至少兩個(gè)翼型件、外端壁和內(nèi)端壁由選自下者的至少一種材料形成：復(fù)合材料、陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料、塑料和金屬。

技術(shù)方案19. 一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴組件，所述噴嘴組件包括：

至少兩個(gè)翼型件，各個(gè)翼型件具有外表面，所述外表面限定延伸在前緣和后緣之間的壓力側(cè)和吸力側(cè)；

外端壁，其設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向外側(cè)，所述外端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向外的端表面；

內(nèi)端壁，其設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)端壁包括前緣面、后緣面和沿徑向面向內(nèi)的端表面；和

至少一個(gè)分離線(xiàn)間隙，其設(shè)置成鄰近分段端壁上的端壁側(cè)表面，所述分段端壁選自所述外端壁和所述內(nèi)端壁中的至少一個(gè)，所述至少一個(gè)分離線(xiàn)間隙在大體軸向方向上定位在各個(gè)翼型件之間且延伸在所述分段端壁的前緣面和后緣面之間，和

噴嘴支承結(jié)構(gòu)，所述噴嘴支承結(jié)構(gòu)包括：

支柱，其延伸通過(guò)各個(gè)翼型件、所述噴嘴的外端壁和所述噴嘴的內(nèi)端壁；

外吊架，其設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向外側(cè)，所述外吊架包括沿徑向面向內(nèi)的端表面，其鄰近所述外端壁的面向外的端表面；和

內(nèi)吊架，其設(shè)置在各個(gè)翼型件的徑向內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)吊架包括沿徑向面向外的端表面，其鄰近所述內(nèi)端壁的面向內(nèi)的端表面。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的噴嘴組件，其特征在于，所述至少兩個(gè)翼型件、外端壁、內(nèi)端壁和噴嘴支承結(jié)構(gòu)由選自下者的至少一種材料形成：復(fù)合材料、陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料、塑料和金屬。

參照以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。附圖結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并且和描述共同用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的原理。

附圖說(shuō)明

在說(shuō)明書(shū)中闡述本發(fā)明的對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)完整和能夠?qū)嵤┑墓_(kāi)，包括其最佳模式，說(shuō)明書(shū)參照了附圖，其中：

圖1為根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性橫截面圖；

圖2為根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪部分的放大周向橫截面?zhèn)纫晥D；

圖3為根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的組裝好的噴嘴組件的透視圖；

圖4為具有連結(jié)的相鄰的噴嘴的完全分段噴嘴組件的透視圖，其中沒(méi)有本公開(kāi)的分離線(xiàn)間隙；

圖5為根據(jù)本公開(kāi)的懸臂實(shí)施例的相鄰的噴嘴的三個(gè)翼型件節(jié)段的透視圖，其示出鄰近的噴嘴之間的外端壁分離線(xiàn)間隙；

圖6為根據(jù)本公開(kāi)的懸臂實(shí)施例的連結(jié)的相鄰的噴嘴陣列組件的透視圖；

圖7為根據(jù)本公開(kāi)的鯡魚(yú)骨實(shí)施例的相鄰的噴嘴的翼型件的透視圖，其示出鄰近的噴嘴之間的交替的外和內(nèi)端壁分離線(xiàn)間隙；

圖8為根據(jù)本公開(kāi)的鯡魚(yú)骨實(shí)施例的連結(jié)的相鄰的噴嘴陣列組件的透視圖。

參考標(biāo)號(hào)列表：

10渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

12縱向或軸向中心線(xiàn)

14風(fēng)扇區(qū)段

16核心/燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

18外殼

20入口

22低壓壓縮機(jī)

24高壓壓縮機(jī)

26燃燒區(qū)段

28高壓渦輪

30低壓渦輪

32噴氣排氣區(qū)段

34高壓軸/軸桿

36低壓軸/軸桿

37減速裝置

38風(fēng)扇軸桿/軸

40風(fēng)扇葉片

42風(fēng)扇殼或機(jī)艙

44出口導(dǎo)葉

46下游區(qū)段

48旁通空氣流通路

50第一級(jí)

52排

54定子導(dǎo)葉

56排

58渦輪轉(zhuǎn)子葉片

60第二級(jí)

62排

64定子導(dǎo)葉

66排

68渦輪轉(zhuǎn)子葉片

70熱氣路徑

72護(hù)罩組件

74護(hù)罩組件

76葉片末梢

78葉片末梢

100噴嘴組件

102噴嘴

104徑向方向

106周向方向

108噴嘴支承結(jié)構(gòu)

110翼型件

112壓力側(cè)

114吸力側(cè)

116前緣

118后緣

120內(nèi)端壁

121沿徑向面向內(nèi)的端表面

122沿徑向面向外的端表面

124壓力側(cè)斜面

125吸力側(cè)斜面

126前緣斜面

127后緣斜面

130外端壁

131沿徑向面向內(nèi)的端表面

132沿徑向面向外的端表面

134壓力側(cè)斜面

135吸力側(cè)斜面

136前緣斜面

137后緣斜面

140支柱

150內(nèi)吊架

151沿徑向面向內(nèi)的端表面

152沿徑向面向外的端表面

154壓力側(cè)斜面

155吸力側(cè)斜面

156前緣斜面

157后緣斜面

160外吊架

161沿徑向面向內(nèi)的端表面

162沿徑向面向外的端表面

164壓力側(cè)斜面

165吸力側(cè)斜面

166前緣斜面

167后緣斜面

200懸臂分離線(xiàn)間隙

202懸臂分離線(xiàn)間隙

300噴嘴節(jié)段

400鯡魚(yú)骨分離線(xiàn)間隙

402鯡魚(yú)骨分離線(xiàn)間隙

404鯡魚(yú)骨分離線(xiàn)間隙

406鯡魚(yú)骨分離線(xiàn)間隙

408外端壁

410內(nèi)端壁。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施例，其一個(gè)或多個(gè)示例示出在附圖中。詳細(xì)描述使用數(shù)字和字母標(biāo)號(hào)來(lái)表示圖中的特征。圖和描述中的相同或類(lèi)似標(biāo)號(hào)被用來(lái)表示本發(fā)明的相同或類(lèi)似部件。如本文使用，用語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”可互換地用來(lái)使一個(gè)構(gòu)件與另一個(gè)區(qū)別開(kāi)，并且不意圖表示單獨(dú)的構(gòu)件的位置或重要性。用語(yǔ)“上游”和“下游”表示相對(duì)于流體路徑中的流體流的相對(duì)流向。例如，“上游”表示流體流出的流向，而“下游”表示流體流到的流向。

進(jìn)一步，如本文使用，用語(yǔ)“軸向”或“沿軸向”表示沿著發(fā)動(dòng)機(jī)的縱向軸線(xiàn)的維度。結(jié)合“軸向”或“沿軸向”使用的用語(yǔ)“前”表示朝向發(fā)動(dòng)機(jī)入口的方向，或構(gòu)件比另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)入口。結(jié)合“軸向”或“沿軸向”使用的用語(yǔ)“后”表示朝向發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的方向，或構(gòu)件比另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)更接近發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴。用語(yǔ)“徑向”或“沿徑向”表示延伸在發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱向軸線(xiàn)和外發(fā)動(dòng)機(jī)周邊之間的維度。

具有整體內(nèi)和外端壁的燃?xì)鉁u輪噴嘴經(jīng)歷熱應(yīng)力集中，由于噴嘴組件有封閉結(jié)構(gòu)。分開(kāi)單個(gè)端壁(內(nèi)或外端壁)會(huì)形成具有分離線(xiàn)間隙的懸臂噴嘴結(jié)構(gòu)，分離線(xiàn)間隙允許整體(不分離)端壁驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的熱響應(yīng)，而不對(duì)抗相對(duì)的(分離)端壁所施加的應(yīng)力。備選地，分離內(nèi)和外端壁，以形成具有分離線(xiàn)間隙的鯡魚(yú)骨噴嘴結(jié)構(gòu)，分離線(xiàn)間隙允許端壁的整體(不分離)部分驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的熱響應(yīng)，而不對(duì)抗端壁的相對(duì)的(分離)部分所施加的應(yīng)力。另外，這些實(shí)施例提供要由此連結(jié)的較大噴嘴節(jié)段，從而減少接頭、分離線(xiàn)切口和間隙的數(shù)量。平衡來(lái)自分離線(xiàn)切口的泄漏以及熱應(yīng)力為渦輪構(gòu)件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)優(yōu)化。本公開(kāi)增加噴嘴設(shè)計(jì)空間且提供優(yōu)化泄漏和應(yīng)力設(shè)計(jì)。通過(guò)整體端壁部分地組合構(gòu)件提供優(yōu)于完全分段構(gòu)件的泄漏益處，完全分段構(gòu)件被證明減少渦輪設(shè)計(jì)中的寄生流。

現(xiàn)在參照附圖，圖1為在本文稱(chēng)為“渦輪風(fēng)扇10”的示例性高旁通渦輪風(fēng)扇類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)10的示意性橫截面圖，其可結(jié)合本公開(kāi)的多個(gè)實(shí)施例。如圖1中顯示的那樣，渦輪風(fēng)扇10具有延伸通過(guò)其中的縱向或軸向中心線(xiàn)軸線(xiàn)12，以用于參照。大體上，渦輪風(fēng)扇10可包括核心渦輪或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14，其設(shè)置在風(fēng)扇區(qū)段16下游。

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14可大體包括基本管狀外殼18，其限定環(huán)形入口20。外殼18可由多個(gè)殼形成。外殼18包圍處于連續(xù)流關(guān)系的具有增壓器或低壓(LP)壓縮機(jī)22、高壓(HP)壓縮機(jī)24的壓縮機(jī)區(qū)段、燃燒區(qū)段26、包括高壓(HP)渦輪28、低壓(LP)渦輪30的渦輪區(qū)段和噴氣排氣噴嘴區(qū)段32。高壓(HP)軸或軸桿34將HP渦輪28驅(qū)動(dòng)性地連接到HP壓縮機(jī)24。低壓(LP)軸或軸桿36將LP渦輪30 驅(qū)動(dòng)性地連接到LP壓縮機(jī)22。(LP)軸桿36可還連接到風(fēng)扇區(qū)段16的風(fēng)扇軸桿或軸38。在特定實(shí)施例中，(LP)軸桿36可直接連接到風(fēng)扇軸桿38，諸如在直接驅(qū)動(dòng)構(gòu)造中。在備選構(gòu)造中，在間接驅(qū)動(dòng)或齒輪驅(qū)動(dòng)構(gòu)造中，(LP)軸桿36可通過(guò)減速裝置37連接到風(fēng)扇軸桿38，諸如減速齒輪箱。如期望或需要的那樣，這種減速裝置可包括在發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的任何適當(dāng)?shù)妮S/軸桿之間。

如圖1中顯示的那樣，風(fēng)扇區(qū)段16包括多個(gè)風(fēng)扇噴嘴40，其聯(lián)接到風(fēng)扇軸桿38且從風(fēng)扇軸桿38沿徑向向外延伸。環(huán)形風(fēng)扇殼或機(jī)艙42沿周向包圍風(fēng)扇區(qū)段16和/或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的至少一部分。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，機(jī)艙42可構(gòu)造成相對(duì)于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14通過(guò)多個(gè)沿周向間隔開(kāi)的出口導(dǎo)葉44支承。此外，機(jī)艙42的下游區(qū)段46 (在導(dǎo)葉44下游)可延伸在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的外部分上，以便在其之間限定旁通空氣流通路48。

圖2提供如圖1中顯示的那樣的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)14的HP渦輪28部分的放大橫截面圖，其可結(jié)合本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。如圖2中顯示的那樣，HP渦輪28包括處于連續(xù)流關(guān)系的第一級(jí)50，第一級(jí)50包括成環(huán)形陣列52的定子導(dǎo)葉噴嘴54(僅顯示一個(gè))，其與成環(huán)形陣列56的渦輪轉(zhuǎn)子噴嘴58(僅顯示一個(gè))沿軸向間隔開(kāi)。HP渦輪28進(jìn)一步包括第二級(jí)60，第二級(jí)60包括成環(huán)形陣列62的定子導(dǎo)葉噴嘴64(僅顯示一個(gè))，其與成環(huán)形陣列66的渦輪轉(zhuǎn)子噴嘴68(僅顯示一個(gè))沿軸向間隔開(kāi)。渦輪轉(zhuǎn)子噴嘴58,68從HP軸桿34沿徑向向外延伸且聯(lián)接到HP軸桿34(圖1)。如圖2中顯示的那樣，定子導(dǎo)葉噴嘴54,64和渦輪轉(zhuǎn)子噴嘴58,68至少部分地限定熱氣路徑70，以將燃燒氣體從燃燒區(qū)段26(圖1)傳送通過(guò)HP渦輪28。

如圖2中進(jìn)一步顯示，HP渦輪可包括一個(gè)或多個(gè)護(hù)罩組件，其各自形成圍繞成環(huán)形陣列的轉(zhuǎn)子噴嘴的環(huán)形環(huán)。例如，護(hù)罩組件72可形成圍繞第一級(jí)50的成環(huán)形陣列56的轉(zhuǎn)子噴嘴58的環(huán)形環(huán)，并且護(hù)罩組件74可形成圍繞第二級(jí)60的成環(huán)形陣列66的渦輪轉(zhuǎn)子噴嘴68的環(huán)形環(huán)。大體上，護(hù)罩組件72,74的護(hù)罩與各個(gè)轉(zhuǎn)子噴嘴68的噴嘴末梢76,78沿徑向間隔開(kāi)。徑向間隙或間隙CL限定在噴嘴末梢76,78和護(hù)罩之間。護(hù)罩和護(hù)罩組件大體減少來(lái)自熱氣路徑70的泄漏。

應(yīng)當(dāng)注意，其護(hù)罩和護(hù)罩組件可另外以類(lèi)似的方式用于低壓壓縮機(jī)22、高壓壓縮機(jī)24和/或低壓渦輪30中。因此，本文公開(kāi)的護(hù)罩和護(hù)罩組件不限于用于HP渦輪中，而是相反可用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的任何適當(dāng)?shù)膮^(qū)段中。

定子導(dǎo)葉噴嘴54,64在發(fā)動(dòng)機(jī)10中的定位和狀況特別受關(guān)注，特別是受到噴嘴的膨脹和收縮的影響，由于噴嘴組件在其經(jīng)歷許多熱氣運(yùn)行循環(huán)時(shí)的熱應(yīng)力和泄漏。因此且現(xiàn)在參照?qǐng)D3-8，本公開(kāi)進(jìn)一步涉及一種裝置和方法，用于將燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10的相鄰的噴嘴102組裝成包括端壁分離線(xiàn)間隙。根據(jù)本公開(kāi)的相鄰的噴嘴102為在發(fā)動(dòng)機(jī)10中的環(huán)形陣列中彼此相鄰或?qū)⒈舜讼噜彽膰娮?。本文公開(kāi)的噴嘴102可用于代替定子導(dǎo)葉54、定子導(dǎo)葉64或發(fā)動(dòng)機(jī)中的任何其它適當(dāng)?shù)墓潭ǖ幕谝硇图慕M件。

如例如圖3中顯示的那樣，根據(jù)本公開(kāi)的噴嘴102包括翼型件110，其具有外表面，外表面限定壓力側(cè)112、吸力側(cè)114、前緣116和后緣118。壓力側(cè)112和吸力側(cè)114延伸在前緣116和后緣118之間，如大體理解的那樣。在典型實(shí)施例中，翼型件110大體為中空的，因而允許冷卻流體流過(guò)其中和設(shè)置在其中的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)構(gòu)件。

噴嘴102進(jìn)一步包括內(nèi)端壁120和外端壁130，其各自大體沿著徑向方向104在其徑向外端處連接到翼型件110。對(duì)于懸臂實(shí)施例(圖5和6)，成陣列的噴嘴中的鄰近的噴嘴102可沿著周向方向106并排定位，如顯示的那樣，并且定位或切割成使得內(nèi)端壁120為整體的或連續(xù)的，并且分段外端壁130的鄰近的側(cè)表面包含分離線(xiàn)間隙且因此不接觸，從而使各個(gè)噴嘴從其內(nèi)端壁懸伸。類(lèi)似地，噴嘴可從外端壁130懸伸，其中分離線(xiàn)間隙定位在內(nèi)端壁120上。

對(duì)于鯡魚(yú)骨實(shí)施例(圖7和8)，成陣列的噴嘴中的鄰近的噴嘴102可沿著周向方向106并排定位，如顯示的那樣，并且定位或切割成使得內(nèi)端壁120的每隔一個(gè)相鄰的噴嘴包含設(shè)置在噴嘴側(cè)表面處的分離線(xiàn)間隙，并且不接觸。另外，外端壁130的每隔一個(gè)相鄰的噴嘴包含設(shè)置在噴嘴側(cè)表面處的分離線(xiàn)間隙，且不接觸，從而為噴嘴組件的鯡魚(yú)骨互連型式。內(nèi)端壁120可設(shè)置在翼型件110的徑向內(nèi)側(cè)，而外端壁130可設(shè)置在翼型件110的徑向外側(cè)。內(nèi)端壁120可包括例如沿徑向面向內(nèi)的端表面121和沿徑向面向外的端表面122，它們沿徑向彼此間隔開(kāi)。內(nèi)端壁120可進(jìn)一步包括多個(gè)側(cè)表面，包括壓力側(cè)斜面124、吸力側(cè)斜面125、前緣面126和后緣面127。類(lèi)似地，外端壁130可包括例如沿徑向面向內(nèi)的端表面131和沿徑向面向外的端表面132，它們沿徑向彼此間隔開(kāi)。外端壁130可進(jìn)一步包括多個(gè)側(cè)表面，包括壓力側(cè)斜面134、吸力側(cè)斜面135、前緣面136和后緣面137。

在示例性實(shí)施例中，翼型件110、內(nèi)端壁120和外端壁130可由陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料(“CMC”)形成。但是備選地，可使用其它適當(dāng)?shù)牟牧?，諸如適當(dāng)?shù)乃芰稀?fù)合材料、金屬等。

噴嘴102可在發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行期間經(jīng)歷多個(gè)負(fù)載，包括沿著軸向方向的負(fù)載(如沿著中心線(xiàn)12所限定)。進(jìn)一步，用于形成噴嘴102和相關(guān)聯(lián)支承結(jié)構(gòu)108(即CMC和金屬，相應(yīng)地，在示例性實(shí)施例中)的材料中的差異可在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間導(dǎo)致噴嘴102和/或支承結(jié)構(gòu)108的不合需要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，特別地沿著徑向方向104。大體合乎需要的是改進(jìn)相關(guān)聯(lián)噴嘴102和支承結(jié)構(gòu)108之間的負(fù)載傳遞，并且降低由于這種負(fù)載和相對(duì)運(yùn)動(dòng)而損害噴嘴102的與支承結(jié)構(gòu)108交接的構(gòu)件的風(fēng)險(xiǎn)。本公開(kāi)描述的布置在懸臂或鯡魚(yú)骨型式中的分離線(xiàn)間隙提供空間，用于在設(shè)計(jì)尺寸公差內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而減小在噴嘴組件構(gòu)件上的熱應(yīng)力。

如圖3和4中看到的那樣，相鄰的噴嘴102相應(yīng)地稱(chēng)為第一噴嘴210和第二噴嘴212。相鄰的噴嘴組件100相應(yīng)地稱(chēng)為第一噴嘴組件200和第二噴嘴組件202。相鄰的噴嘴支承結(jié)構(gòu)108相應(yīng)地稱(chēng)為第一噴嘴支承結(jié)構(gòu)220和第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)222。第一噴嘴組件200包括第一噴嘴210和第一噴嘴支承結(jié)構(gòu)220，而第二噴嘴組件202包括第二噴嘴212和第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)222。應(yīng)當(dāng)理解，第一和第二噴嘴組件200,202，噴嘴210,212和噴嘴支承結(jié)構(gòu)220,222可為相應(yīng)地在發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)或在發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)使用的任何兩個(gè)相鄰的噴嘴組件100、噴嘴102和噴嘴支承結(jié)構(gòu)108。

在圖3中，根據(jù)本公開(kāi)的噴嘴102包括翼型件110，其具有外表面，外表面限定壓力側(cè)112、吸力側(cè)114、前緣116和后緣118。壓力側(cè)112和吸力側(cè)114延伸在前緣116和后緣118之間，如大體理解的那樣。在典型實(shí)施例中，翼型件110為大體中空的，從而允許冷卻流體流過(guò)其中，以及設(shè)置在其中的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)構(gòu)件。

如圖3中進(jìn)一步示出，噴嘴102可為噴嘴組件100的構(gòu)件，噴嘴組件100可另外包括噴嘴支承結(jié)構(gòu)108。各個(gè)支承結(jié)構(gòu)108可聯(lián)接到噴嘴102，以支承發(fā)動(dòng)機(jī)10中的噴嘴102。進(jìn)一步支承結(jié)構(gòu)108可將負(fù)載從噴嘴102傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)10內(nèi)的多個(gè)其它構(gòu)件。

支承結(jié)構(gòu)108可包括例如支柱140。支柱140可大體延伸通過(guò)翼型件110，諸如大體沿徑向通過(guò)翼型件110的內(nèi)部。支柱140可進(jìn)一步延伸通過(guò)內(nèi)端壁120和外端壁130，諸如通過(guò)其中的膛孔(無(wú)標(biāo)號(hào))。大體上，支柱208可將噴嘴102的徑向端之間的負(fù)載傳遞到支承結(jié)構(gòu)108的其它構(gòu)件。負(fù)載可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)10的這些構(gòu)件傳遞到其它構(gòu)件，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)殼等。

例如，支承結(jié)構(gòu)108可包括內(nèi)吊架150和外吊架160，其各自沿著大體徑向方向104在其徑向外端處連接到支柱140。成陣列的支承結(jié)構(gòu)108中的鄰近的支承結(jié)構(gòu)108可沿著周向方向106并排定位，如顯示的那樣，內(nèi)吊架150的相鄰的表面接觸外吊架150的相鄰的表面。內(nèi)吊架150可設(shè)置在支柱140的徑向內(nèi)側(cè)，而外吊架160可設(shè)置在支柱140的徑向外側(cè)。進(jìn)一步，內(nèi)吊架150可定位在翼型件110和內(nèi)端壁120的大體徑向內(nèi)側(cè)。外吊架160可定位在翼型件110和外端壁130的大體徑向外側(cè)。內(nèi)吊架150可包括例如沿徑向面向內(nèi)的端表面151和沿徑向面向外的端表面152，它們沿徑向彼此間隔開(kāi)。內(nèi)吊架150可進(jìn)一步包括多個(gè)側(cè)表面，包括壓力側(cè)斜面154、吸力側(cè)斜面155、前緣面156和后緣面157。類(lèi)似地，外吊架160可包括例如沿徑向面向內(nèi)的端表面161和沿徑向面向外的端表面162，其沿徑向彼此間隔開(kāi)。外吊架160可進(jìn)一步包括多個(gè)側(cè)表面，包括壓力側(cè)斜面164、吸力側(cè)斜面165、前緣面166和后緣面167。

在示例性實(shí)施例中，支柱140、內(nèi)吊架150和外吊架160由金屬形成。但是備選地，可使用其它適當(dāng)?shù)牟牧?，諸如適當(dāng)?shù)乃芰稀?fù)合材料等。

因此且現(xiàn)在參照?qǐng)D5，根據(jù)本公開(kāi)的從內(nèi)端壁120懸伸的三個(gè)翼型件噴嘴節(jié)段300可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)端壁分離線(xiàn)間隙200,202，其用于控制在相關(guān)聯(lián)的噴嘴102和支承結(jié)構(gòu)之間以及在相鄰的噴嘴102之間的噴嘴材料膨脹和收縮負(fù)載。噴嘴102的各個(gè)分離線(xiàn)間隙200,202鋸切過(guò)外端壁或在尺寸上形成于各個(gè)噴嘴節(jié)段上。分離線(xiàn)間隙大體沿軸向通過(guò)端壁從前緣面136延伸到后緣面137。內(nèi)端壁120為整體或連續(xù)的，而不具有分離線(xiàn)間隙。備選地，噴嘴102可從外端壁130懸伸，分離線(xiàn)間隙200,202定位在內(nèi)端壁120上。

圖6為根據(jù)本公開(kāi)和圖5的懸臂實(shí)施例的連結(jié)的相鄰的噴嘴102陣列組件的透視圖。顯示的實(shí)施例從整體或連續(xù)的內(nèi)端壁120懸臂，其中分離線(xiàn)間隙200,202圍繞外端壁130上的整個(gè)周緣定位。

圖7為根據(jù)本公開(kāi)的鯡魚(yú)骨實(shí)施例的具有兩個(gè)節(jié)段的相鄰的噴嘴的五個(gè)翼型件102的透視圖，其示出鄰近的噴嘴節(jié)段之間的交替的外端壁408和內(nèi)端壁410分離線(xiàn)間隙400,402,404,406。此實(shí)施例可能需要在一些翼型件和端壁之間的接口處的額外的連接接頭。例如，一個(gè)翼型件(兩個(gè)翼型件節(jié)段的一個(gè)翼型件)可不具有端壁，外或內(nèi)端壁，這取決于節(jié)段在陣列中的相對(duì)位置，直到相鄰的節(jié)段被連結(jié)，以提供缺少的端壁。連接可將翼型件嵌套在匹配翼型件的輪廓的端壁腔體的內(nèi)部。

圖8為根據(jù)本公開(kāi)和圖7的鯡魚(yú)骨實(shí)施例的連結(jié)的相鄰的噴嘴102陣列組件的透視圖。此實(shí)施例顯示交替的分離線(xiàn)間隙400,402,404和406，其圍繞外端壁130和內(nèi)端壁120上的整個(gè)周緣定位在每隔一個(gè)翼型件之間。

根據(jù)本公開(kāi)的方法可包括例如組裝第一噴嘴組件200和第二噴嘴組件202。圖3和4示出噴嘴組件的一個(gè)實(shí)施例，其可為已經(jīng)根據(jù)本公開(kāi)而組裝的第一噴嘴組件200或第二噴嘴組件202。在圖4的實(shí)施例中，在本方法的其它步驟之前，執(zhí)行組裝第一和第二噴嘴組件200,202的步驟，包括本文論述的連結(jié)步驟。

組裝好的第一或第二噴嘴組件200,202包括噴嘴210,212和噴嘴支承結(jié)構(gòu)220,222。噴嘴支承結(jié)構(gòu)220,222的支柱140大體延伸通過(guò)噴嘴210,212，諸如通過(guò)翼型件110、其內(nèi)端壁120和外端壁130。在示例性實(shí)施例中，組裝第一噴嘴組件200和/或第二噴嘴組件202的步驟包括例如步驟：將第一或第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)220,222的支柱140穿過(guò)第一或第二噴嘴210,222，諸如通過(guò)翼型件210、其內(nèi)端壁120和外端壁130。組裝第一噴嘴組件200和/或第二噴嘴組件202的步驟可進(jìn)一步包括例如步驟：將第一或第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)220,222的支柱140連結(jié)到第一或第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)220,222的內(nèi)吊架150或外吊架160中的一個(gè)或兩者。在一些實(shí)施例中，支柱140可與內(nèi)吊架150或外吊架160中的一個(gè)成整體且因而不需要連結(jié)到此吊架上。在其它實(shí)施例中，支柱140可需要連結(jié)到吊架150,160兩者上。例如，在圖3的實(shí)施例中，支柱140與外吊架160成整體且連結(jié)到內(nèi)吊架150上。

根據(jù)本公開(kāi)連結(jié)構(gòu)件可在構(gòu)件之間形成接頭230。在示例性實(shí)施例中，連結(jié)通過(guò)將構(gòu)件(諸如支柱140和內(nèi)和/或外吊架150,160)釬焊在一起而實(shí)現(xiàn)。備選地，連結(jié)可通過(guò)焊接或另一種適當(dāng)?shù)倪B結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本公開(kāi)的連結(jié)技術(shù)大體使用熔化且然后固化的填料材料和/或構(gòu)件的熔化且然后固化的表面來(lái)將所述構(gòu)件固定在一起。根據(jù)本公開(kāi)的構(gòu)件的連接可通過(guò)例如適當(dāng)?shù)臋C(jī)械緊固件或大體產(chǎn)生可移除的連接的另一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本公開(kāi)的方法可進(jìn)一步包括例如步驟：將第一噴嘴支承結(jié)構(gòu)210和第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)212連結(jié)在一起。例如，連結(jié)步驟可包括將第一噴嘴支承結(jié)構(gòu)210和第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)222的內(nèi)吊架150連結(jié)在一起和將第一噴嘴支承結(jié)構(gòu)210和第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)212的外吊架160連結(jié)在一起。特別地和如例如圖4中顯示的那樣，第一噴嘴支承結(jié)構(gòu)210的內(nèi)吊架150的吸力側(cè)斜面155和第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)212的內(nèi)吊架150的壓力側(cè)斜面154可連結(jié)在一起，而第一噴嘴支承結(jié)構(gòu)210的外吊架160的吸力側(cè)斜面165和第二噴嘴支承結(jié)構(gòu)212的外吊架160的壓力側(cè)斜面164可連結(jié)在一起。根據(jù)本公開(kāi)的構(gòu)件的連接可通過(guò)例如適當(dāng)?shù)臋C(jī)械緊固件或大體產(chǎn)生可移除的連接的另一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)。

本書(shū)面描述使用示例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專(zhuān)利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例包括不異于權(quán)利要求的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。