CN102748081B - 用于涡轮机的防护罩组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于涡轮机的防护罩组件，其包括用于涡轮机的防护罩组件，所述防护罩组件具有外防护罩，所述外防护罩具有接近所述涡轮机的运行流体流的侧，所述侧具有凸台和延伸穿过所述凸台的外防护罩孔。内防护罩位于所述外防护罩的接近所述运行流体流的所述侧与所述涡轮机的所述运行流体流之间，所述内防护罩具有内防护罩孔，所述内防护罩孔的尺寸适合于套在所述凸台上。

Description

用于涡轮机的防护罩组件
技术领域
本发明涉及一种用于将陶瓷基复合材料(CMC，ceramicmatrixcomposite)防护罩和阻隔件(discourager)连接到外部金属防护罩，以(例如)在安装过程中或因膨胀和/或收缩而调整CMC防护罩和/或阻隔件，同时阻止涡轮机中的热气到达外部金属防护罩的方法。所述方法涉及使用键槽布置以将CMC防护罩和阻隔件连接到外部金属防护罩。
背景技术
已为我们所熟知的是，工业燃气涡轮机和飞机发动机防护罩在高温环境中运行，且需要冷却方法来获得设计寿命使用周期。使用带有冷却空气的金属防护罩的一项替代方案是使用CMC材料制成的防护罩，这样就无需冷却防护罩，因为CMC的耐热性能超过金属的耐热性能。
为了解决此问题，之前已使用传统的金属密封件或复杂组件进行了尝试。例如，一种方法已使用多个销来固定CMC，或使用CMC部件中形成的钩状物。其他现有技术使用粘接到陶瓷芯的CMC，具有穿过所述陶瓷芯的销。
这些使用销的布置具有两个明显缺点，即(1)需要额外的冷却空气来维持密封件的设计寿命，以及(2)因使用昂贵的高温定制金属销而导致成本较高。流路处的金属销也需要使用冷却空气以实现所需的设计寿命，这样降低了CMC效益。
因此，需要一种将CMC防护罩安装到外部金属防护罩、并阻止热气接触外部金属防护罩的更为有效的方式。本发明旨在满足这种需要。
发明内容
一方面，本发明提供一种用于涡轮机的防护罩组件。所述防护罩组件具有外防护罩，所述外防护罩具有靠近所述涡轮机的运行流体流的一侧，所述侧具有凸台(boss)和延伸穿过所述凸台的孔。内防护罩位于所述外防护罩的靠近所述运行流体流的所述侧与所述涡轮机的运行流体流之间。所述内防护罩具有孔，其尺寸适合于套在所述凸台上。
所述防护罩组件进一步包括包围在所述内防护罩内的阻隔件组件，所述阻隔件组件偏离所述内防护罩设置，以伸出所述内防护罩、并伸入相邻防护罩组件的内防护罩中，所述阻隔件组件包括具有阻隔件孔的阻隔件以及具有安装在所述阻隔件表面上的平板部件孔的平板部件，所述阻隔件孔和所述平板部件孔与所述内防护罩孔和所述凸台对齐。其中，所述凸台采用方形配置，并具有突出侧壁。所述内防护罩孔为矩形，且其尺寸可经调整可使得隔开所述矩形的较长相对侧的距离稍稍大于方形凸台的各侧长度。矩形内防护罩孔经过配置可使一个矩形的纵轴垂直于另一个矩形的轴。所述阻隔件孔为矩形，且其尺寸可经调整以使隔开所述矩形的较长相对侧的距离稍稍大于所述方形凸台的各侧长度。
所述平板部件孔是带有螺纹的；所述平板部件包括所述孔所延伸穿过的突出凸台。所述平板部件安装在所述阻隔件的表面中的凹口中，或安装在所述阻隔件的内部空间中。所述阻隔件具有搭叠连接件。所述防护罩组件进一步包括螺栓，其延伸穿过所述外防护罩孔、所述内防护罩孔、所述阻隔件孔以及所述平板部件孔，以将所述防护罩组件固定在一起。
另一方面，阻隔件组件被包围在所述内防护罩中，且偏离所述内防护罩放置，以伸出所述内防护罩、并伸入相邻防护罩组件的内防护罩中。所述阻隔件组件具有带有孔的阻隔件以及带有安装在所述阻隔件的表面上的孔的平板部件。阻隔件孔和平板部件孔与内防护罩孔和所述凸台对齐，以便插入螺栓来将所述组件紧固在一起。
在另一项实施例中，所述外防护罩中的所述凸台直立在存在所述凸台的所述外防护罩表面的平面上。从平面图上看，所述凸台大体具有方形轮廓，且通常具有圆角。
在此实施例中，所述防护罩组件包括：外防护罩，其具有靠近所述涡轮机的运行流体流的侧，所述侧具有至少两个凸台，每个凸台具有延伸穿过所述凸台的外防护罩孔；以及至少两个内防护罩，其设置成邻近彼此以形成膨胀空间，所述内防护罩设在所述外防护罩的靠近所述运行流体流的所述侧与所述涡轮机的所述运行流体流之间，所述内防护罩具有至少两个内防护罩孔，所述内防护罩孔的尺寸适合于套在所述至少两个凸台上。
所述防护罩组件进一步包括被包围设于所述内防护罩内的至少两个阻隔件组件，所述阻隔件组件偏离所述内防护罩设置以覆盖所述膨胀空间，每个阻隔件组件包括具有至少两个阻隔件孔的阻隔件以及具有安装在所述阻隔件的表面上的至少两个平板部件孔的平板部件，所述阻隔件孔和所述平板部件孔与所述内防护罩孔和所述凸台对齐。每个凸台采用方形配置，并具有突出侧壁。
所述内防护罩孔为矩形，且每个内防护罩孔的尺寸可经调整以使隔开所述矩形的较长相对侧的距离稍稍大于每个方形凸台的各侧长度。所述矩形内防护罩孔经过配置可使得一个矩形的纵轴垂直于另一个矩形的轴。所述阻隔件孔为矩形，且其尺寸可经调整以使隔开所述矩形的较长相对侧的距离稍稍大于所述方形凸台的各侧长度。矩形内防护罩孔经过配置可使得一个矩形的纵轴垂直于另一个矩形的轴。所述平板部件孔是带有螺纹的。所述平板部件包括所述平板部件孔所延伸穿过的突出凸台。所述平板部件均安装在所述阻隔件的表面中的凹口中，或均安装在所述阻隔件的内部空间中。所述阻隔件具有搭叠连接件。所述防护罩组件进一步包括至少一个螺栓，其延伸穿过所述外防护罩孔、所述内防护罩孔、每个阻隔件孔隙以及所述平板部件孔，以将所述防护罩组件固定在一起。
在另一项实施例中，所述内防护罩和所述阻隔件中的所述孔隙为矩形，其中该矩形的较长相对侧以一定距离隔开，所述距离稍稍大于所述内防护罩中的方形凸台的相对侧之间的距离。这样，所述防护罩或所述阻隔件的矩形槽可置于所述方形凸台上，从而所述凸台的直立面可接触所述矩形孔隙的较长侧并相对于其滑动，从而调整所述内防护罩内的所述阻隔件的位置。
在又一项实施例中，平板部件具有至少一个孔，所述孔与所述外防护罩的所述凸台以及所述内防护罩的所述矩形孔对齐。在一项典型实施例中，所述平板部件具有两个孔，所述孔与两个凸台以及所述内防护罩中的两个矩形孔对齐。
在另一项实施例中，所述平板部件容纳在所述阻隔件的表面中的凹口中。在一项替代实施例中，所述平板部件安装在所述阻隔件内的内部空间中。
所述平板部件的所述孔隙中通常具有螺纹以容纳紧固件，例如，螺栓。这样，所述内防护罩/阻隔件组件可通过螺栓安装到所述外防护罩，所述螺栓与所述平板部件螺纹配合而不会直接向所述内防护罩施加螺栓力。对所述内防护罩内的所述阻隔件进行调整可通过在紧固所述螺栓之前，经由所述矩形孔隙相对滑动所述阻隔件或所述内防护罩来实现。
所述平板部件的大小和硬度用于调整施加于所述内防护罩和阻隔件的径向弹簧力的量。所述螺栓包含在外防护罩块中，在所述外防护罩块中，不必进行冷却。通常，所述内防护罩由陶瓷基复合材料(CMC)制成，这样可极大地减少对冷却气体的需求。
使用不具有任何额外的冷却空气的CMC内防护罩提供了有益于效率和输出的发动机性能优势。与以前相比，本发明可以更低的成本结构来使用CMC内防护罩。本发明的连接方法无需使用特殊材料制成的定制销，且因此减少了相关硬件的整体成本。此外，所述连接不会受到热气环境的影响，因此与以前所进行的连接相比，显著降低了对连接进行冷却和净化空气的需求。
附图说明
图1是包括空心CMC内防护罩和位于CMC内防护罩内的阻隔密封件的外部金属防护罩组件的透视图；
图2是图1所示外部金属防护罩组件的截面端视图，其所示为CMC内防护罩和阻隔密封件经由平板部件/螺栓布置连接到外部金属防护罩的表面上的凸台；
图3是图1所示外部金属防护罩组件的下侧视图，其所示为具有两个带有螺纹的孔隙的平板部件，所述带有螺纹的孔隙安装在阻隔件表面上且与外部金属防护罩中的两个凸台对齐；
图4是外部金属防护罩组件的下侧视图，其所示为在右侧上大体直立的方形凸台以及位于左侧上的阻隔件及其凹口，但平板部件未安装在所述凹口中；
图5是图4所示阻隔件的透视图，但所述阻隔件具有位于阻隔件凹口中的平板部件，且具有位于平板部件中的两个带有螺纹的凸台部件，所述带有螺纹的凸台部件与外部金属防护罩中的凸台对齐；
图6是CMC内防护罩的透视图，其所示为与外部金属防护罩上的凸台以及平板部件上的凸台部件对齐的一对矩形键槽。
图7所示为图1所示外防护罩组件的一项替代实施例的下侧视图，其图示了阻隔件中用于安装平板部件的内部空间或空隙，且图示了连通内部空间且与平板部件中的孔隙对齐的两个孔；
图8是图7所示阻隔件的端视图，其图示了安装有平板部件的内部空间；
图9是图8所示阻隔件的透视图；
图10是不具有平板的图8所示阻隔件的截面图，其图示了内部空间和连通所述内部空间的两个孔隙；
图11是图7所示外防护罩组件的替代截面图，其图示了具有内部空间和所述内部空间内的平板部件的阻隔件，以及螺栓，所述螺栓延伸穿过外部金属防护罩的凸台、插入平板部件的带有螺纹的孔以紧固CMC防护罩和阻隔件，从而使其接触/抵靠外部金属防护罩；
图12是阻隔件的一项替代实施例的透视图，所述阻隔件具有公配置型搭叠特征，以便连接到相应母配置型阻隔件；
图13所示为经由搭叠布置彼此连接的不同单元的阻隔件；
图14是图13所示方框B的放大图；
图15和16是经由图12所示搭叠布置彼此连接的阻隔件的截面图，其中一个图示有平板部件(图15)，且一个未图示有平板部件(图16)。
具体实施方式
参阅附图，图1是本发明的外防护罩组件的透视图。所述组件包括：外部金属防护罩10，其具有延伸穿过所述外部金属防护罩10的孔9；空心CMC防护罩6，其中具有孔14(图6中更为详细地进行了图示)；以及阻隔密封件2，其中具有孔11(图9中更为详细地进行了图示)且位于CMC防护罩6的内部。
图2是图1所示外防护罩组件的截面端视图，且图示了CMC防护罩6和阻隔密封件2经由平板部件/螺栓布置连接到外防护罩10的表面上的凸台16。阻隔密封件2的孔11的尺寸可经调整以使外部金属防护罩10上的凸台16装入孔11中。具有带有螺纹的孔5的金属平板部件4位于阻隔件2的凹口7中。
包括CMC防护罩6、阻隔件2和平板部件4的组件安装到外部金属防护罩10，方法是：在外部金属防护罩中的凸台16上，对齐CMC防护罩中的孔14、阻隔件中的孔11以及平板部件4中的带有螺纹的孔5，然后使紧固件，例如，螺栓8穿过外部金属防护罩10中的孔9、穿过凸台16且与平板部件4中的带有螺纹的孔5进行螺纹配合。紧固螺栓8以使CMC防护罩/阻隔件/平板部件组件紧密接触外部金属防护罩的表面12，如图2所示。
所述阻隔件及其功能在同时待审的第12/576,386号申请案中进行了揭示，所述申请案的全文以引用的方式并入本说明书中。
图3是图1所示为外防护罩组件10的下侧视图(为了易于理解，该图假设所示CMC防护罩6近乎透明)，其图示了具有两个带有螺纹的孔5的平板部件4，所述平板部件4安装在阻隔件2的凹口7中。在所示实施例中，所述带有螺纹的孔5形成为突出凸台部件5，从而可提供螺栓8的额外螺纹长度。
图3图示了以下情况，即两个CMC防护罩6以其之间的较小间隙13安装到外部金属防护罩。在此布置中，设置在CMC防护罩内部的相应阻隔件相对于CMC防护罩进行调整，以形成重叠区域18，这样间隙13基本由阻隔件阻塞。因此，每个阻隔件即防止热气直接到达(havingadirectlineto)外部金属防护罩10，并形成穿过间隙13到达外部金属防护罩10的曲径(tortuouspath)。这样即可在外部金属防护罩10中使用传统的金属密封件来有效密封外部金属防护罩10周围的二次流泄露。
图4是外部金属防护罩10的下侧视图，其图示了在右侧上大体直立的方形凸台16以及在左侧上的阻隔件2及其凹口7，但平板部件4未安装在所述凹口7中。图5是图4所示阻隔件2的透视图，但所述阻隔件2具有位于阻隔件凹口7中的平板部件4，且具有位于平板部件4中的两个带有螺纹的突出凸台部件5，所述带有螺纹的突出凸台部件5与外部金属防护罩10中的凸台16对齐。
图6是CMC内防护罩6的透视图，其图示了设置成与外部金属防护罩10上的凸台16以及平板部件4上的凸台部件5对齐的一对矩形键槽14。每个矩形键槽14的尺寸可经调整以使隔开矩形的较长相对侧的距离稍稍大于方形凸台16的各个侧的长度，从而使所述键槽可套在外部金属防护罩10上的方形凸台16上、并可相对于其滑动，由此使得可相对于外部金属防护罩10对CMC防护罩6进行位置调整，因为不同材料制成的部件的热膨胀会具有一定差异，即CMC与金属会发生不同的膨胀。
在图6所示实施例中，矩形键槽14布置在CMC防护罩6中，从而使一个矩形的纵轴(即平行于所述矩形的较长侧的轴)垂直于另一个矩形的轴。这样即可基于与上述相同的理由，相对于外部金属防护罩10对CMC防护罩6进行额外的位置调整。
图7所示为外防护罩组件的一项替代实施例的下侧视图，其图示了阻隔件2中用于安装平板部件4的内部空间或空隙20。阻隔件2具有连通内部空间20、且与平板部件4中的孔5对齐的两个孔11。
图8是图7所示阻隔件2的端视图。在此图中，平板部件4安置在内部空间20内。
图9是图8所示阻隔件的透视图。矩形孔11设置成与外部金属防护罩10上的凸台16以及平板部件4上的凸台部件5对齐。每个矩形孔11的尺寸可经调整，以使隔开矩形的较长相对侧的距离稍稍大于方形凸台16的各个侧的长度，从而使所述孔套在外部金属防护罩10上的方形凸台16上、并可相对于其滑动。这样即可相对于CMC防护罩6以及外部金属防护罩10，在相对外防护罩10的轴向和切向上对阻隔件2进行位置调整，如上所述。
图10是不具有平板4的图8所示阻隔件2的截面图。内部空间20所示为具有连通所述内部空间20的两个孔11。
图11是图7所示外防护罩组件的替代截面图。在此布置中，阻隔件2具有内部空间20和设于所述内部空间内的平板部件4，且螺栓8延伸穿过外部金属防护罩10的凸台16中的孔9插入平板部件4的带有螺纹的孔5以紧固CMC防护罩6和阻隔件2，从而使其接触外部金属防护罩10的表面12。
图12是具有公配置型搭叠部分(maleconfiguredshiplap)24的阻隔件2的一项替代实施例的透视图。其使得可连接到具有相应母部分26的阻隔件，如图13和14所示。图14是图13所示方框7c的放大图。
图15和16是经由搭叠布置24、26彼此连接的阻隔件的截面图。在图15中，设有平板部件4，而在图16中，没有设置平板部件4。
虽然已结合目前被认为是最具实用性和较佳的实施例说明了本发明，但应了解本发明不限于已公开的实施例，而是应涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效配置。

Claims (17)

1.一种用于涡轮机的防护罩组件，所述防护罩组件包括：
外防护罩(10)，其具有靠近所述涡轮机的运行流体流的侧，所述侧具有凸台(16)和延伸穿过所述凸台(16)的外防护罩孔(9)；
内防护罩(6)，其设在所述外防护罩的靠近所述运行流体流的所述侧与所述涡轮机的所述运行流体流之间，所述内防护罩具有内防护罩孔(14)，所述内防护罩孔(14)的尺寸适合于套在所述凸台(16)上；以及
被包围设于所述内防护罩内的阻隔件组件，所述阻隔件组件偏离所述内防护罩(6)设置，以伸出所述内防护罩、并伸入相邻防护罩组件的内防护罩中。
2.根据权利要求1所述的防护罩组件，其特征在于：所述阻隔件组件包括具有阻隔件孔(11)的阻隔件(2)以及具有平板部件孔(5)的平板部件(4)，所述平板部件孔(5)用螺纹安装在所述阻隔件的表面上，所述阻隔件孔(11)、所述平板部件孔(5)、所述内防护罩孔和所述凸台对齐，所述平板部件包括所述孔所延伸穿过的突出凸台(16)。
3.根据权利要求2所述的防护罩组件，其特征在于：所述凸台(16)采用方形配置，并具有突出侧壁，且所述内防护罩孔(14)为矩形，且其尺寸可经调整以使隔开所述矩形的较长相对侧的距离稍稍大于方形凸台的各侧长度，矩形内防护罩孔经过配置以使一个矩形的纵轴垂直于另一个矩形的轴，所述阻隔件孔为矩形，且其尺寸可经调整以使隔开所述矩形的较长相对侧的距离稍稍大于所述方形凸台的各侧长度。
4.根据权利要求2所述的防护罩组件，其特征在于：所述平板部件安装在所述阻隔件(2)的表面中的凹口(7)中。
5.根据权利要求2所述的防护罩组件，其特征在于：所述平板部件安装在所述阻隔件(2)的内部空间(20)中。
6.根据权利要求2所述的防护罩组件，其特征在于：所述阻隔件具有搭叠连接件(24)。
7.根据权利要求2所述的防护罩组件，其特征在于：进一步包括螺栓(8)，其延伸穿过所述外防护罩孔、所述内防护罩孔、所述阻隔件孔以及所述平板部件孔，以将所述防护罩组件固定在一起。
8.一种用于涡轮机的防护罩组件，所述防护罩组件包括：
外防护罩(10)，其具有靠近所述涡轮机的运行流体流的侧，所述侧具有至少两个凸台(16)，每个凸台具有延伸穿过所述凸台(16)的外防护罩孔(9)；
至少两个内防护罩(6)，其设置成邻近彼此以形成膨胀空间，所述内防护罩设在所述外防护罩的靠近所述运行流体流的所述侧与所述涡轮机的所述运行流体流之间，每个内防护罩均具有至少两个内防护罩孔(14)，所述内防护罩孔(14)的尺寸适合于套在所述至少两个凸台(16)上；以及
分别被包围设于相应的所述内防护罩内的至少两个阻隔件组件，所述阻隔件组件偏离所述内防护罩设置以覆盖所述膨胀空间。
9.根据权利要求8所述的防护罩组件，其特征在于：每个阻隔件组件包括具有至少两个阻隔件孔(11)的阻隔件(2)、以及具有安装在所述阻隔件的表面上的至少两个平板部件孔(5)的平板部件(4)，所述阻隔件孔、所述平板部件孔、所述内防护罩孔和所述凸台对齐。
10.根据权利要求9所述的防护罩组件，其特征在于：每个凸台(16)采用方形配置，并具有突出侧壁。
11.根据权利要求10所述的防护罩组件，其特征在于：所述内防护罩孔(14)为矩形，且每个内防护罩孔(14)的尺寸可经调整以使隔开所述矩形的较长相对侧的距离稍稍大于每个方形凸台的各侧长度，矩形内防护罩孔经过配置可使得一个矩形的纵轴垂直于另一个矩形的轴。
12.根据权利要求10所述的防护罩组件，其特征在于：所述阻隔件孔(11)为矩形，且每个阻隔件孔(11)的尺寸可经调整以使隔开所述矩形的较长相对侧的距离稍稍大于每个方形凸台(16)的各侧长度，矩形内防护罩孔经过配置以使一个矩形的纵轴垂直于另一个矩形的轴。
13.根据权利要求9所述的防护罩组件，其特征在于：所述平板部件孔(5)是带有螺纹的。
14.根据权利要求9所述的防护罩组件，其特征在于：所述平板部件包括所述平板部件孔(5)所延伸穿过的突出凸台(16)。
15.根据权利要求9所述的防护罩组件，其特征在于：所述平板部件均安装在所述阻隔件(2)的表面中的凹口(7)中。
16.根据权利要求9所述的防护罩组件，其特征在于：每个平板部件安装在所述阻隔件中的内部空间(20)中。
17.权利要求9所述的防护罩组件，其特征在于：所述阻隔件具有搭叠连接件(24)，所述组件可进一步包括至少一个螺栓(8)，其延伸穿过所述外防护罩孔、所述内防护罩孔、每个阻隔件孔以及所述平板部件孔，以将所述防护罩组件固定在一起。
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