[发明专利]用于气体涡轮机的涡轮机环组件

说明书

背景技术

本发明涉及用于气体涡轮机的涡轮机环，无论是工业气体涡轮机 还是形成飞机发动机的气体涡轮机。

在气体涡轮机中，涡轮机环在涡轮机的转动机轮上限定了流动区， 以用于热气流穿过其中。为了尽可能确保最高的效率，十分重要的是， 避免气体直接穿过涡轮机机轮的叶片的顶端和所述环的内表面之间。 因此，在常规方法中，涡轮机环在其内表面上设有可摩擦材料层，涡 轮机顶端能够与该层相接触，而不会在热源的尺寸改变的作用下或者 由于施加于叶片的离心力发生明显的损害。

涡轮机环通常制成为多个金属材料的邻接部分。

例如，文献US 6 758 653提出了利用热结构复合材料来代替涡轮 机环部分的金属材料，更加具体而言，利用陶瓷基复合(CMC)材料来 代替。这种材料具有机械属性，使其适合于构成结构元件，并具有在 高温下保持这些属性的能力，而其密度却远低于通常使用在这种应用 中的那些金属材料的密度。

因此，用CMC材料来代替涡轮机环部分的金属材料很有吸引力。 然而，必须设计一种用于相当复杂的环部分的组件，以适应CMC材料 的膨胀系数和金属外壳(环部分被组装在在该金属外壳内)的材料的膨 胀系数之间的差异，同时将邻接部分的渗漏降到最低。

发明目的和发明内容

本发明的目的是提供一种简化的CMC涡轮机环组件，其也用来将 所述环的支撑结构和流动区之间的气体渗漏降到最低，所述流动区在 所述环内穿过涡轮机机轮。

通过一种用于气体涡轮机的涡轮机环组件而实现该目的，所述组 件包括：

·由陶瓷基复合(CMC)材料制成的一体的开口环；

·楔形的CMC部件，其具有侧面，该侧面在所述开口的任意一侧 上与所述环的端部相接触，以闭合所述环；

·环绕所述CMC环的环形金属支撑结构，该环形金属支撑结构的 轮廓的大部分与该CMC环相接触，所述CMC环通过预应力而安装在 所述金属结构内部；

·至少一个在所述楔形部件上施加弹性回复力的元件，以当所述 开口在所述环形金属结构和所述CMC环之间的不均匀膨胀的作用下 开启的时候，保持该楔形部件与所述CMC环的端部相接触；以及

·至少一个用来阻止所述CMC环绕它的轴线转动的元件。

因此，利用一体的环，所述涡轮机环组件的结构得以简化。此外， 使用CMC材料可以减少冷却需求，从而减少了对冷却空气流的需要。

在第一实施例当中，所述金属结构包括两个环形金属支撑件，所 述CMC环安装在该两个环形金属支撑件之间。

所述施加弹性回复力的元件可以是预应力的弹性可变形的叶片， 该叶片首先挤靠所述环形金属支撑件，其次挤靠所述楔形部件。

在第二实施例当中，所述金属结构包括金属箍，该金属箍环绕所 述CMC环的外圆周表面。

那么，所述施加弹性回复力的元件可以是预应力的弹性可变形的 舌状物，该舌状物与所述金属箍一体结合，并且挤靠所述楔形部件。

所述金属结构还包括两个环形金属支撑件，所述CMC环和所述金 属箍安装在这两个环形金属支撑件之间，从而能够使得至少沿着径向 方向在所述金属箍和所述环形金属支撑件之间发生不均匀膨胀。

有利地，设置有居中装置，以用来将所述金属箍和所述CMC环居 中。

所述金属箍可以通过多个弹性可变形的叶片而安装在所述环形金 属支撑件之间。

有利地，密封垫圈插置于所述CMC环的至少一个横向面和所述环 形金属支撑件中的一个的对向面之间。

在两个实施例当中，优选地，所述楔形部件具有内端面，该内端 面在所述涡轮机环组件在工作中通常暴露的温度下，大致与所述CMC 环的内圆周表面相连贯。

所述CMC环可以设有可摩擦材料层，该可摩擦材料层位于所述 CMC环的内圆周表面上。

有利地，所述CMC环的材料是自愈合陶瓷基复合材料。

所述CMC环的材料可以设有涂层，该涂层形成用来保护以防腐蚀 的环境屏障。

有利地，所述CMC环包括由三维编织制成的纤维加强件。

还是有利地，所述CMC环和所述楔形部件由相同材料制成。

附图说明

通过阅读由参考附图而进行非限定表示的下述描述，能够更好地 理解本发明，其中：