空隙控制環(huán)組件的制作方法
【專利說(shuō)明】空隙控制環(huán)組件
[0001]優(yōu)先權(quán)請(qǐng)求
本 PCT 實(shí)用申請(qǐng)請(qǐng)求享有名稱為〃Passive Control of Gas Turbine ClearancesUsing Ceramic Matrix Composites Inserts〃且具有申請(qǐng)日為 2013 年 6 月 11 日的序列號(hào)為61/ 833544的美國(guó)專利申請(qǐng)的當(dāng)前未決的臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文中。
[0002]背景
本實(shí)施例大體上涉及一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。更具體而言，本實(shí)施例涉及但不限于用于設(shè)置成與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分上沿徑向向外的區(qū)域相對(duì)或設(shè)置在該區(qū)域處的定子構(gòu)件的空隙控制結(jié)構(gòu)。
[0003]典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)大體上擁有前端和后端，其若干核心構(gòu)件或推進(jìn)構(gòu)件沿軸向定位在其間?？諝馊肟诨蜻M(jìn)氣口位于發(fā)動(dòng)機(jī)的前端處。朝后端移動(dòng)，按順序，進(jìn)氣口隨后有扇、燃燒室和渦輪。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解的是，額外構(gòu)件也可包括在發(fā)動(dòng)機(jī)中，例如，諸如低壓壓縮機(jī)和高壓壓縮機(jī)，以及低壓渦輪和高壓渦輪。然而，這不是詳盡的列表。
[0004]壓縮機(jī)和渦輪大體上包括沿軸向成級(jí)堆疊的成排翼型件。各級(jí)均包括一排沿周向間隔開(kāi)的定子靜葉，以及圍繞渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的中心軸或軸線旋轉(zhuǎn)的一排轉(zhuǎn)子葉片。多級(jí)低壓渦輪在多級(jí)高壓渦輪之后，且通常通過(guò)第二軸接合到設(shè)置在用于對(duì)飛行中的飛行器供能的典型渦扇飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造中的壓縮機(jī)上游的風(fēng)扇。
[0005]定子由多個(gè)噴嘴節(jié)段形成，噴嘴節(jié)段在周向端部處鄰接以形成圍繞燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的軸線的完整環(huán)。各個(gè)噴嘴節(jié)段均可包括單個(gè)靜葉，其通常稱為單件。作為備選，噴嘴節(jié)段可以為每個(gè)節(jié)段具有兩個(gè)靜葉，其大體上稱為雙件。在第三實(shí)施例中，額外數(shù)目的靜葉可設(shè)置在單個(gè)節(jié)段上。在這些實(shí)施例中，靜葉在內(nèi)帶與外帶之間延伸。
[0006]典型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用高壓渦輪和低壓渦輪來(lái)使從高溫燃燒氣體的能量獲取盡可能大。渦輪區(qū)段通常具有沿發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱軸線軸向地設(shè)置的內(nèi)部軸。葉片沿周向分布在轉(zhuǎn)子上，引起內(nèi)部軸旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部軸連接到轉(zhuǎn)子和空氣壓縮機(jī)兩者上，使得渦輪提供旋轉(zhuǎn)輸入給空氣壓縮機(jī)以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)葉片。這在操作期間對(duì)壓縮機(jī)供能且隨后驅(qū)動(dòng)渦輪。當(dāng)燃燒氣體向下游流過(guò)渦輪級(jí)時(shí)，從其獲得能量且燃燒氣體的壓力降低。
[0007]在操作中，空氣在壓縮機(jī)中加壓且與燃燒器中的燃料相混合以用于生成向下游流過(guò)渦輪級(jí)的熱燃燒氣體。這些渦輪級(jí)從燃燒氣體獲得能量。高壓渦輪首先從燃燒器接收熱燃燒氣體，且包括定子噴嘴組件，其將燃燒氣體向下游引導(dǎo)穿過(guò)從支承轉(zhuǎn)子盤(pán)沿徑向向外延伸的一排高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片。定子噴嘴以一定方式使熱燃燒氣體轉(zhuǎn)向，使得相鄰的下游渦輪葉片處的獲取盡可能大。在兩級(jí)渦輪中，第二級(jí)定子噴嘴組件定位在第一級(jí)葉片下游，隨后依次為從第二支承轉(zhuǎn)子盤(pán)沿徑向向外延伸的一排第二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片。渦輪將燃燒氣體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
[0008]在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的此操作期間，期望的是使移動(dòng)的轉(zhuǎn)子構(gòu)件以及與轉(zhuǎn)子構(gòu)件的徑向外側(cè)相對(duì)的定子構(gòu)件之間的密封泄漏盡可能小。限制這些區(qū)域中的空隙改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。在操作期間，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和定子構(gòu)件的熱和機(jī)械增長(zhǎng)上的較大差異使得難以匹配轉(zhuǎn)子/定子的偏移。當(dāng)相對(duì)偏移增大時(shí)，轉(zhuǎn)子/定子空隙增大，允許了泄漏或增大寄生流。暫時(shí)失配也導(dǎo)致起飛加速期間的空隙開(kāi)口。減小發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流泄漏導(dǎo)致改善的燃料效率和減少的燃料焚燒。
[0009]將期望克服這些及其它不足，以便減小轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)件之前的空隙并且降低排氣溫度過(guò)調(diào)。
[0010]
根據(jù)一些實(shí)施例，一種被動(dòng)空隙控制限制定子構(gòu)件相對(duì)于轉(zhuǎn)子構(gòu)件之間的熱膨脹。低熱膨脹系數(shù)被動(dòng)空隙控制環(huán)可位于在發(fā)動(dòng)機(jī)操作期間熱膨脹的靜止構(gòu)件上或附近?？刂骗h(huán)由諸如CMC (陶瓷基質(zhì)復(fù)合物)這樣具有低熱膨脹系數(shù)的材料形成，且因此抑制或阻止相鄰定子構(gòu)件隨溫度升高而膨脹。限制定子構(gòu)件的膨脹減小轉(zhuǎn)子/定子空隙，且限制沿穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)核心的流動(dòng)通路的流體的寄生泄漏。
[0011]—種空隙控制環(huán)組件包括:定子構(gòu)件，其設(shè)置成與燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子構(gòu)件相對(duì)；空隙控制環(huán)，其由單個(gè)結(jié)構(gòu)形成且沿軸向延伸設(shè)置在所述定子構(gòu)件的至少一部分的徑向外側(cè)；空隙控制環(huán)具有低于定子構(gòu)件的至少一部分的熱膨脹系數(shù)，且定子構(gòu)件的所述至少一部分受限于熱膨脹且受限于從轉(zhuǎn)子構(gòu)件的增長(zhǎng)。
[0012]—種空隙控制環(huán)組件包括壓縮機(jī)排放壓力密封定子、與壓縮機(jī)排放壓力密封轉(zhuǎn)子相對(duì)的蜂窩狀耐磨件、圍繞壓縮機(jī)排放壓力密封定子沿周向延伸的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物控制環(huán)，陶瓷基質(zhì)復(fù)合物控制環(huán)為單件式結(jié)構(gòu)，并且陶瓷基質(zhì)復(fù)合物控制環(huán)限制壓縮機(jī)排放壓力密封定子的熱膨脹且保持密封定子與密封轉(zhuǎn)子之間緊密的密封空隙。
[0013]所有上文列出的特征應(yīng)當(dāng)理解為僅為示例性的，且燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的被動(dòng)空隙控制的很多特征和目的可從本文的公開(kāi)內(nèi)容中找到。因此，在未進(jìn)一步閱讀整個(gè)說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求和其包括的附圖的情況下，將理解到該概述沒(méi)有限制性意義。
【附圖說(shuō)明】
[0014]通過(guò)連同附圖參照對(duì)實(shí)施例的以下描述，這些示例性實(shí)施例的上文提到的和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)以及獲得它們的方式將變得更清楚，且空隙控制特征將更好理解，其中:
圖1為示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的側(cè)部截面視圖；
圖2為在壓縮機(jī)排放壓力密封件處的示例性對(duì)接部附近的控制環(huán)的側(cè)部截面視圖；
圖3為壓縮機(jī)內(nèi)的示例性控制環(huán)布置；
圖4為控制環(huán)的另一個(gè)示例性實(shí)施例；
圖5為控制環(huán)的又一個(gè)示例性實(shí)施例；
圖6為具有固持肩部布置的另一個(gè)實(shí)施例；
圖7為具有在殼凸緣的徑向外側(cè)位置處的環(huán)的另一個(gè)實(shí)施例；
圖8為具有多個(gè)控制包覆物的另一個(gè)實(shí)施例；
圖9為具有用于與殼接合的成角度表面的控制環(huán)實(shí)施例；
圖10為具有俘獲靜葉平臺(tái)和/或殼結(jié)構(gòu)的凸緣的控制環(huán)；
圖11為在相鄰的殼結(jié)構(gòu)膨脹時(shí)閉合間隙的可動(dòng)控制環(huán)的實(shí)施例；
圖12為圖11的備選實(shí)施例；
圖13為用作葉片護(hù)罩環(huán)的控制環(huán)； 圖14為用作葉片護(hù)罩環(huán)的控制環(huán)的備選實(shí)施例；
圖15為控制環(huán)和集成的葉片護(hù)罩環(huán)的另一個(gè)備選實(shí)施例；
圖16為具有偏置機(jī)構(gòu)的備選實(shí)施例的側(cè)部截面視圖；
圖17為圖16的實(shí)施例的局部等距視圖；
圖18為具有多個(gè)偏置機(jī)構(gòu)的另一個(gè)備選實(shí)施例的側(cè)部截面視圖；
圖19為圖18的偏置機(jī)構(gòu)的個(gè)實(shí)施例的等距視圖；
圖20為圖19的備選偏置機(jī)構(gòu)的等距視圖；以及，
圖21為具有圖19和圖20的偏置機(jī)構(gòu)的不意圖的圖18的實(shí)施例的等距視圖。
[0015]詳細(xì)描沐
現(xiàn)在將詳細(xì)地參照提供的實(shí)施例，其一個(gè)或多個(gè)示例在附圖中示出。各個(gè)示例通過(guò)說(shuō)明的方式提供，而不限制公開(kāi)的實(shí)施例。實(shí)際上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚的是，在不脫離本公開(kāi)內(nèi)容的范圍或精神的情況下，可在本實(shí)施例中做出各種修改和變型。例如，示為或描述為一個(gè)實(shí)施例的特征可結(jié)合另一個(gè)實(shí)施例使用以產(chǎn)生進(jìn)一步的實(shí)施例。因此，意圖使本發(fā)明覆蓋落入所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的此類(lèi)修改和變型。
[0016]參看圖1-圖21，繪出了具有被動(dòng)空隙控制環(huán)的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各種實(shí)施例?？刂骗h(huán)抑制其自身和相鄰的定子硬件的熱增長(zhǎng)以避免定子構(gòu)件與轉(zhuǎn)子構(gòu)件之間的增大間距。如本文使用的用語(yǔ)定子構(gòu)件是指靜止結(jié)構(gòu)，且用語(yǔ)轉(zhuǎn)子構(gòu)件是指相對(duì)于定子構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
[0017]如本文使用的用語(yǔ)〃軸向〃或〃軸向地〃是指沿發(fā)動(dòng)機(jī)的縱軸線的維度。連同〃軸向〃或〃軸向地〃使用的用語(yǔ)〃前〃是指沿朝發(fā)動(dòng)機(jī)入口的方向移動(dòng)，或構(gòu)件相比于另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)地更接近發(fā)動(dòng)機(jī)入口。連同〃軸向〃或〃軸向地〃使用的用語(yǔ)〃后〃是指沿朝發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的方向移動(dòng)，或構(gòu)件相比于另一個(gè)構(gòu)件相對(duì)地更接近發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴。
[0018]如本文使用的用語(yǔ)〃徑向〃或〃徑向地〃是指在發(fā)動(dòng)機(jī)的中心縱軸線與發(fā)動(dòng)機(jī)外周之間延伸的維度。用語(yǔ)〃近側(cè)〃或〃向近