[发明专利]燃气涡轮发动机及用于其的护罩和护罩悬挂器组件

说明书

技术领域

本说明书涉及一种复合护罩悬挂器组件，并且更具体地说，设计一种用于两件式陶瓷基质复合(CMC)护罩悬挂器组件的方法和系统，其跨过护罩的竖直壁而夹紧，以支撑护罩，同时将涡轮喷嘴负载通过护罩悬挂器组件传递到燃气涡轮发动机外壳中。

背景技术

至少某些已知的燃气涡轮发动机包括核心，其按照串流关系具有高压压缩机、燃烧器和高压涡轮(HPT)。核心发动机可操作，以便产生原生气流。高压涡轮包括成环形阵列(“排”)的固定叶片或喷嘴，其将离开燃烧器的气体引导到旋转叶片或轮叶中。一排喷嘴和一排叶片总地组成了“级”。典型地两个或多个级按照串流关系来使用。这些构件在极高的温度环境下操作，并可被空气流冷却，从而确保恰当的使用寿命。

燃气涡轮发动机的构件(例如固定的护罩或护罩段和其支撑结构，例如，护罩悬挂器组件)暴露于加热的燃烧气体流。需要在高温下操作燃气涡轮发动机，其对于产生并从这些气体中提取能量是最高效的。然而，这种高温频繁地超过基本构件材料的温度能力，并且可能导致机械和/或物理特性的受损，或构件的变形。因此，已经利用了各种耐热涂层和/或冷却过程。如果使用冷却，其通常通过例如从发动机的高压压缩机中的不同点引导相对较冷的空气，并且将其从构件中排出，从而提供对流冷却、冲击冷却或薄膜冷却来实现。

在其它示例中，由于燃气涡轮发动机中的操作温度而使用了具有低热膨胀系数(CTE)的材料。例如，为了在这种不利的温度和压力条件下有效地操作，可使用陶瓷基质复合(CMC)材料。这些低热膨胀系数材料具有比相似的金属部件更高的温度能力，所以当在较高的操作温度下操作时，发动机能够在较高的发动机效率下操作。然而，这种陶瓷基质复合(CMC)具有在CMC的设计和应用期间必须考虑的机械特性。当同金属材料相比时，CMC材料具有相对较低的拉伸延展性或低的失效应变。另外，CMC材料具有显著不同于用作用于CMC类型材料的约束支架或悬挂器的金属合金的热膨胀系数。因此，如果CMC构件在操作期间受到限制并在一个表面上进行冷却，那么可能形成应力集中，其导致部段缩短寿命。

至少某些已知的燃气涡轮发动机是利用CMC“开放式护罩”配置制造而成的，其相对其它类型的分段的CMC护罩，例如“盒状护罩”可能是优选制造的。然而需要复杂的悬挂器组件将负载从例如涡轮的喷嘴传递通过护罩悬挂器组件，而不会损坏护罩。因为配置的原因，CMC构件的某些部分不是总是压缩的。CMC材料可承受压缩负载，但当遇到拉伸负载或力矩负载时会减少寿命。

其它悬挂器设计在悬挂器的前侧或后侧使用了柔性弹簧臂，并且在相反的侧使用了脊状臂，从而在整个护罩上提供了用于密封的轻微的夹紧负载。同时，额外的发动机构件或更复杂的悬挂器设计用于将喷嘴负载传递到护罩周围，并通过悬挂器传递到涡轮外壳中。

发明内容

在一个实施例中，一种用于燃气涡轮发动机的护罩和悬挂器组件包括由具有第一热膨胀系数的第一材料形成的护罩悬挂器组件，以及由具有第二热膨胀系数的第二材料形成的护罩，护罩悬挂器组件具有前悬挂器部分和分开的后悬挂器部分，并且前和后悬挂器部分配置成联接在一起，从而跨过护罩的前径向延伸壁而夹紧。

在另一实施例中，一种将负载从陶瓷基质复合(CMC)护罩传递给CMC护罩悬挂器组件的方法包括将护罩悬挂器组件的前悬挂器部分和分开的后悬挂器部分夹紧在一起，护罩的前径向延伸壁定位在前悬挂器部分和后悬挂器部分之间，前径向延伸壁接收前悬挂器部分的前侧和后悬挂器部分的后侧上的夹紧力，从而在护罩和护罩悬挂器组件之间提供负载传递接头。该方法还包括将护罩悬挂器组件联接到涡轮的外壳上，并将负载从喷嘴通过护罩悬挂器组件的斜腹板部件传递给外壳。

在又一实施例中，一种燃气涡轮发动机包括由具有第一热膨胀系数的第一材料形成的护罩悬挂器组件，以及由具有第二热膨胀系数的第二材料形成的护罩，护罩悬挂器组件具有前悬挂器部分和分开的后悬挂器部分，并且前和后悬挂器部分配置成联接在一起，从而跨过护罩的前径向延伸壁而夹紧。

附图说明

图1-7显示了这里所述的方法和装置的示例性实施例。

图1是根据本公开的一个示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意图。

图2是根据本公开的一个示例性实施例的护罩悬挂器组件的侧视图。

图3是图2中所示的一段后悬挂器部分的透视图。

图4是图3中所示联接在图2中所示护罩上的部段向后看去的前透视图。

图5是从上面向前看去的护罩悬挂器组件的后透视图。