CN103038456B - 碎块容纳组件和用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法 - Google Patents

碎块容纳组件和用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于涡轮(100)的碎块容纳组件(102)。该碎块容纳组件包括多个带(130)，其配置在涡轮的护罩(110)周围并定位成使得护罩沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向布置在涡轮的叶片(108)与带之间。带包括在至少260摄氏度的温度下具有比护罩的第二韧性模量参数大的第一韧性模量参数的材料。带配置在护罩周围以防止涡轮失效造成涡轮的碎片沿径向方向释放到带的外部。

Description

碎块容纳组件和用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法
技术领域
本文所述的主题总体上涉及涡轮，例如，诸如涡轮增压器(turbocharger)和发动机的轴向涡轮。
背景技术
已知的车辆和发动机，诸如动力推动轨道车辆和野外车辆(OHV)发动机，包括诸如轴向涡轮的涡轮。涡轮可用于涡轮增压器中，涡轮增压器是车辆的发动机的一部分或与其流体联接。备选地，涡轮可与发动机的曲轴、交流发电机或发电机联接。涡轮包括与盘结合的叶片，该盘与轴结合。叶片、盘和轴位于涡轮的防护护罩(shroud)内。护罩接纳接合叶片并使叶片旋转的运动流体。叶片的旋转使轴旋转。轴的旋转可用来生成电流或其它动力。例如，轴可与基于轴的旋转而形成电流的交流发电机或发电机结合。
当叶片和盘旋转时，涡轮可经历严重的失效。在这种失效期间，一个或多个叶片可与盘分离并脱离。另外，盘可断裂并且盘的一块或更多块可脱离。脱离的叶片和块会以相当快的速度移动并具有相对大的动能和/或动量。护罩可定位成吸收脱离的叶片的一部分能量和动量。但是，高赋能叶片和盘块可冲破护罩并损伤附近的其它设备或人员。
一些涡轮具有被制造成很大且很厚的护罩。较大的护罩可能够吸收所脱离的叶片和盘块的更多能量和/或动能，但是护罩的大尺寸妨碍涡轮在一个或更多机器或发动机中使用。例如，涡轮待定位于其中的空间可具有相对小的经其装载涡轮的开口。如果护罩过大，则涡轮可能无法被置于该空间中。结果，要在护罩的强度与护罩的大小之间进行权衡。一方面，涡轮可具有相对弱的护罩，其能够装配在相对狭窄的空间中。另一方面，涡轮可具有相对大且更牢固的护罩，其不能装配在相对狭窄的空间中。
发明内容
在一个实施例中，提供一种用于涡轮的碎块容纳组件。该碎块容纳组件包括多个带，其配置在涡轮的护罩周围并定位成使得护罩沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向配置在涡轮的叶片与带之间。带包括在至少260摄氏度的温度下具有比护罩的第二韧性模量(toughness module)参数大的第一韧性模量参数的材料。带配置在护罩周围以防止由涡轮失效所造成的涡轮的碎片沿径向方向释放到带的外部。
本文公开的另一实施例提供一种用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法。该方法包括：形成多个带，其材料在至少260摄氏度的温度下具有比涡轮的护罩的第二韧性模量参数大的第一韧性模量参数；以及将带定位在护罩的外周周围，使得带沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向与涡轮的叶片对齐，其中带配置在护罩周围以防止涡轮失效造成涡轮的碎片沿径向方向释放到带的外部。
在另一实施例中，公开了一种用于涡轮的碎块容纳组件。该组件包括：容纳环，其构造成沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向在涡轮的叶片与护罩的内表面之间插入涡轮的护罩中；以及角向(angular)护壳(armor)本体，其成形为沿径向方向在涡轮的叶片与容纳环之间配置在护罩内。角向护壳本体定位在护罩内使得角向护壳本体与护罩的内表面间隔开。当碎片撞击角向护壳本体时，角向护壳本体通过相对于护罩或容纳环中的至少一个旋转来吸收涡轮的碎片的角动量。
另一实施例提供一种用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法。该方法包括：将容纳环插入涡轮的护罩中，使得容纳环沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向配置在涡轮的叶片与护罩的内表面之间；以及将角向护壳本体沿径向方向在涡轮的叶片与容纳环之间定位在护罩内，该角向护壳本体与护罩的内表面间隔开。当碎片在涡轮失效期间释放并撞击角向护壳本体时，角向护壳本体通过相对于护罩或容纳环中的至少一个旋转来吸收涡轮的碎片的角动量。
附图说明
图1是根据一个实施例的涡轮和碎块容纳组件的局部剖视图。
图2是根据一个实施例的处于部分组装构型中的图1中所示的涡轮的护罩和图1中所示的碎块容纳组件的平面视图。
图3是根据一个实施例的由图1中所示的带材(ribbon)叠层形成的若干个带的平面图。
图4是用于形成图1中所示的护罩或带的(多种)材料的样品的应力-应变曲线的示例。
图5是根据一个实施例的用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法的流程图。
图6是根据另一实施例的涡轮和碎块容纳组件的局部剖视图。
图7是根据一个实施例的图6中所示的碎块容纳组件的图6中所示的带的透视图。
图8是根据另一实施例用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法的流程图。
图9是根据另一实施例的涡轮和碎块容纳组件的局部剖视图。
图10示出了根据一个实施例的图9中所示的护罩插件的透视图。
图11是根据一个实施例的图9中所示的容纳环的透视图。
图12是根据一个实施例的图9中所示的护壳本体的透视图。
图13是根据一个实施例的图9中所示的涡轮和图9中所示的碎块容纳组件的另一截面图。
图14是根据另一实施例用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法的流程图。
具体实施方式
当结合附图阅读时，将更好地理解以上简要说明及以下对本文所述的主题的特定实施例的详细说明。如文中所用地，以单数叙述并前接用词“一”或“一个”的元件或步骤应该理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确地陈述了这种排除。此外，对本文所述的主题的“一个实施例”或“实施例”的谈及并非旨在解释为排除也结合了所叙述的特征的另外的实施例的存在。此外，除非相反地明确陈述，否则“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施例可包括另外的不具有该特性的此类元件。
图1是根据一个实施例的涡轮100和碎块容纳组件102的局部剖视图。在图示的实施例中，涡轮100是从诸如动力推动轨道车辆或OHV的车辆的发动机接收排气的涡轮增压器中可包括的轴向涡轮100。涡轮100包括沿中心轴线106定向的轴104。若干叶片108与盘126结合，该盘126与轴104结合。叶片108以风扇状布置配置在轴104周围。叶片108位于防护护罩110内。
护罩110包括吸入口112，诸如气体或液体的流体经该吸入口112进入涡轮100。流体沿大体平行于中心轴线106的方向通过叶片108。当流体移动通过护罩110时，流体使叶片108绕中心轴线106旋转。例如，叶片108在图1中所示的视图中可沿顺时针方向旋转。叶片108的旋转使轴104沿相似的方向旋转。轴104可与交流发电机或发电机(未示出)结合，以将轴104的旋转转换为电流。该电流可用来为诸如推进车辆(未示出)的牵引电机(未示出)的一个或多个负载供电。
碎块容纳组件102包括配置在护罩110的外周116周围的多个带130。在图示的实施例中，护罩110的外周116包括护罩110的外表面的与叶片108径向方向对齐的部分。例如，外周116可包括护罩110的沿从中心轴线106和轴104向外延伸的径向方向118与叶片108对齐的部分。在图1中所示的实施例中，径向方向118垂直于中心轴线106。
带130配置在护罩110的外侧，使得护罩110沿径向方向118配置在带130与叶片108之间。带130可邻接护罩110的外表面。在图示的实施例中，通过将长形(elongate)带材114缠绕在护罩110的外周116周围来形成带130。例如，带130可包括通过长形连续带材114在护罩110周围的螺旋缠绕而形成的多个叠层。带材114的每一个叠层都可代表带130中的一个。带130在本文中也称为径向方向对齐的带130，这是因为形成带130的带材114的叠层沿径向方向118彼此径向对齐。
碎块容纳组件102配置在护罩110的外周116周围，以在涡轮100的失效期间防止涡轮100的碎块释放到碎块容纳组件102的外部。例如，在涡轮100的失效期间，当叶片108、盘126和轴104正在以相对快的速度旋转时，叶片108中的一个或多个可折断并与盘126分离。另外，盘126在涡轮100的失效期间可折断为较小的块。脱离的叶片108和/或盘126的区段朝向护罩110和碎块容纳组件102大体沿径向方向118径向方向向外移动。碎块容纳组件102通过防止叶片108和/或盘126的区段经过碎块容纳组件102来防止所脱离的叶片108和/或盘126的区段从涡轮100逸出。
图2是根据一个实施例处于部分装配构型中的涡轮100的护罩110和碎块容纳组件102的平面图。涡轮100的叶片108(在图1中示出)、盘126(在图1中示出)和轴104(在图1中示出)在图2中未示出。在图示的实施例中，径向对齐的带130由在相对端202、204之间连续延伸的带材114形成。端部202可联接到护罩110上，诸如通过将端部202焊接到护罩110上或以其它方式将端部202固定到护罩110上。端部202联接到护罩110上且带材114螺旋地缠绕在护罩110的外周116周围，使得带材114包围由护罩110限定的吸入口112并形成多个叠层。在图示的实施例中，带材114沿逆时针方向缠绕在护罩110上。备选地，带材114可沿顺时针方向缠绕在护罩110周围。当完成将带材114缠绕到护罩110上时，相对端部204可与带材114联接。
带材114可沿叶片108旋转的相同方向缠绕在护罩110周围。例如，如果叶片108从图2中所示的视角沿逆时针方向围绕中心轴线106旋转，则带材114也可沿逆时针方向缠绕在护罩110周围。备选地，带材114可沿与叶片108旋转的相反的方向缠绕在护罩110的周围。如果叶片108沿逆时针方向围绕中心轴线106旋转，则带材114可沿顺时针方向缠绕在护罩110的周围。
径向对齐的带130可从形成带材114的材料的卷筒200供应。带材114可以是能被卷绕到并储存在卷筒200上以及从卷筒200展开到护罩110上以形成碎块容纳组件102的大致平面或板状本体。带材114被解开到护罩110上使得带材114自相重叠。如图1和2中所示，带材114自相重叠。例如，带材114可具有在带材114的相对上侧208和下侧210(也在图1中示出)之间延伸的厚度尺寸206(在图2中示出)。带材114自相重叠使得带材的第一区段的上侧208接合带材114的覆盖第一区段的不同的第二段的下侧210。
备选地，可提供多个带材114。例如，带材114可被切割成区段，其中每一区段都围绕护罩110的外周116的一部分延伸。在这种实施例中，带材114的区段可呈在外周116的一部分上延伸的弧形。在另一实施例中，可提供均围绕护罩110的外周116延伸一次的若干带材114。例如，可将第一带材114卷绕到护罩110上使得第一带材114包围外周116一次。然后，可将第二、不同的带材114卷绕到第一带材114上，使得第二带材114也包围外周116一次。可以以此方式将另外的带材114单独卷绕到下方的带材114上。
碎块容纳组件102可被改装到已有的涡轮100上。在涡轮100已制成和/或插入机器或发动机后可通过将带材114缠绕在护罩110周围来向涡轮100添加碎块容纳组件102。例如，在将碎块容纳组件102联接到护罩110上前涡轮100可已经制成并使用了一次或更多次。在一个实施例中，可在涡轮100已被置于发动机或机器的内部后沿径向方向118向涡轮100添加碎块容纳组件102而扩大涡轮100的大小。可将涡轮100装载到发动机或机器的不够大以包括相对厚的护罩110的开口中。在将涡轮100插入发动机或机器后，可将碎块容纳组件102置于护罩110周围，以使护罩110的有效厚度增大到原本将妨碍护罩110被置于发动机或机器中的厚度。
回到对图1中所示的碎块容纳组件102的论述，在图示的实施例中，带材114包括从上侧208突出的突出体(dimple)128。突出体128是带材114的从上侧208向外突出的延伸体。备选地，下侧210可包括突出体128或上侧208和下侧210两者都可包括突出体128。在另一实施例中，带材114不包括突出体128。突出体128从上侧208延伸以便接合带材114的重叠区段的下侧210并在空间上分离带材114的重叠区段。
图3是根据一个实施例由带材114的叠层形成的若干径向对齐的带130A、130B、130C的平面图。图3中所示的视图是碎块容纳组件102的一部分的放大视图。带130A、130B、130C代表由带材114的彼此重叠的部分形成的不同带130。在一个实施例中，单个带130A、130B或130C包括围绕护罩110延伸一次的一层带材114。如图3中所示，从下带130A的上侧208突出的突出体128接合中间带130B的下侧210。从中间带130B的上侧208突出的突出体128接合上带130C的下侧210。
突出体128位于带130A、130B、130C之间以在相邻的重叠带130A、130B、130C之间提供气隙306。例如，下带130A的突出体128通过气隙306在空间上将相邻的下带130A和中间带130B彼此分离。中间带130B的突出体128通过气隙306在空间上将中间带130B和上带130C彼此分离。
碎块容纳组件102在涡轮100(在图1中示出)失效时通过吸收由于涡轮100的失效而形成的碎片的动能和/或角动量时而防止叶片108(在图1中示出)和/或盘126(在图1中示出)的区段冲破碎块容纳组件102。碎片可包括当脱离的叶片108和/或盘126的区段撞击护罩110时由于护罩110破裂而产生的脱离的叶片108、盘126的区段和/或护罩110的区段。
碎块容纳组件102可通过容许径向对齐的带130的相对移动而吸收碎片的能量和动量。例如，当碎片撞击碎块容纳组件102时，带130中的两个或更多个可沿不同或相对的方向移动。当带130沿不同方向移动时，带130吸收碎片的能量和动量。例如，带130可伸展、移动和/或彼此刮擦。由碎片所造成的带130之间的伸展和/或相对移动可导致至少一部分动能和动量转换为由在相对于彼此移动的相邻带130之间的刮擦或摩擦所造成的热量或热能。吸收碎片的能量和动量可减小或消除释放到碎块容纳组件102的外部的碎片的量。
在一个实施例中，气隙306容许带130A、130B、130C相对于彼此的另外的移动。气隙306提供了用于相邻带130A、130B、130C在彼此接触前伸展的另外的空间。例如，当碎片撞击下带130A时，下带130A可随着下带130A朝中间带130B被迫压并被向上迫压到下带130A与中间带130B之间的气隙306中而吸收碎片的一部分动能和动量。下带130A移向中间带130B并在下带130A的上侧208撞击中间带130B的下侧210前至少部分地使气隙306塌缩。
在一个实施例中，带材114被缠绕在护罩110(在图1中示出)周围以形成径向对齐的带130的方向是基于叶片108(在图1中示出)在涡轮100的操作期间旋转的方向。如上所述，带材114可沿与叶片108旋转相同或相反的方向被螺旋地缠绕在外周110周围。如果带材114沿叶片108旋转的反方向缠绕在护罩110周围，则在涡轮100的失效期间当碎片撞击带130时带130可在护罩110周围收紧(tighten)。例如，撞击下带130A的碎片可具有使下带130A相对于护罩110移动的一定角动量。下带130A可沿使重叠的带130A、130B、130C在护罩110上收紧的方向移动。带130A、130B、130C的这种移动可致使带材114被更紧地缠绕在护罩110周围。带材114收紧在护罩110上可协助带130A、130B、130C以防止另外的碎片冲破碎块容纳组件102并从其逸出。
备选地，带材114沿与叶片108(在图1中示出)旋转的相同方向缠绕在护罩110(在图1中示出)周围。撞击下带130A的碎片的角动量可致使下带130A沿致使重叠的带130A、130B、130C在护罩110周围松弛的方向相对于护罩110移动。例如，碎片的角动量可致使带130A、130B、130C沿与带材114被缠绕在护罩110周围的相同方向移动。带130A、130B、130C的这种移动可致使带材114在护罩110周围松弛。带材114在护罩110上的松弛可以致使带130A、130B、130C进一步移动分开。例如，带材114的松弛可扩大在带130A、130B、130C之间的气隙306。扩大的气隙306可容许带130A、130B、130C在带130A、130B、130C彼此接合或接触前从碎片吸收更多能量。
在一个实施例中，碎块容纳组件102由具有比护罩110更大的强度和/或延展性的一种或更多材料形成。碎块容纳组件102的较大强度和/或延展性容许碎块容纳组件102相对于护罩110从失效的涡轮100吸收碎片的更多能量和/或动量。在一个实施例中，碎块容纳组件102的带130具有比护罩110的韧性模量参数更大的韧性模量参数。韧性模量参数可基于形成带130和护罩110的材料的一种或多种特性。在一个实施例中，韧性模量参数基于材料的最终拉伸强度特性、屈服强度特性、和/或失效伸长率特性。例如，韧性模量参数可基于以下关系：
(等式1)
其中，UTS代表最终拉伸强度特性，YSTR代表屈服强度特性，△d代表失效伸长率特性，且UT代表韧性模量参数(UT)
图4是用于形成护罩110(在图1中示出)或带130的(多种)材料的样品的应力-应变曲线400的一示例。应力-应变曲线400仅作为示例提供以论证可如何测量最终拉伸强度特性(UTS)、屈服强度特性(YSTR)和失效伸长率特性(△d)。
应力-应变曲线400在水平轴线402旁边被示出，该水平轴线402代表形成护罩110(在图1中示出)和/或带材114(在图1中示出)的材料的样品的应变(Є)。例如，水平轴线402代表样品的变形，诸如当拉力施加至样品时样品的伸长率。竖直轴线404代表施加至样品的应力(σ)。例如，竖直轴线404可代表施加至样品的拉应力(σ)。
应力-应变曲线400说明了在施加至护罩110(在图1中示出)和/或带130的(多种)材料的样品的应力(σ)与样品的应变(Є)之间的关系。应力-应变曲线400开始于水平轴线402与竖直轴线404的交点处或其附近，此处很小的应力至零应力(σ)施加至样品且样品未变形或变形很小。应力(σ)施加至样品并在测量应变(Є)时提高。应力(σ)继续提高直至样品例如通过断裂或折断成多块而失效。应力-应变曲线400上样品失效的点可被称为断裂点406(破裂和断裂)。
可对护罩110(在图1中示出)和/或带材114(在图1中示出)的(多种)材料测量最终拉伸强度特性(UTS)作为当向材料的样品施加拉力、压缩或剪力时材料可承受的应力(σ)。在一个实施例中，最终拉伸强度特性(UTS)是(多种)材料在失效前可承受的最大拉应力(σ)。可测量最终拉伸强度(UTS)作为对材料生成的应力-应变曲线400上的最大应力(σ)。最终拉伸强度特性(UTS)可以以诸如帕斯卡的应力单位表达。
可对护罩110(在图1中示出)和/或带130的(多种)材料测量屈服强度特性(YSTR)作为在(多种)材料开始塑性变形前护罩110和/或带130的(多种)材料可承受的应力(σ)。可向护罩110或带130的材料施加不超过护罩110或带130的屈服强度特性(YSTR)的应力(σ)而不使材料塑性变形。一旦向材料施加的应力(σ)超过屈服强度特性(YSTR)，则材料便塑性变形。屈服强度特性(YSTR)可以以诸如帕斯卡的应力单位表达。在应力-应变曲线400上示出的屈服强度特性(YSTR)的位置仅作为示例提供。
可对护罩110(在图1中示出)和/或带130的(多种)材料测量失效伸长率特性(△d)作为当(多种)材料在于拉伸负荷下失效时(多种)材料的长度变化。例如，可向护罩110或带130的材料的样品施加升高的拉伸负荷。样品可随着拉伸负荷施加和升高而被拉长。最终，样品可断裂成两个或更多个区段。在样品的原始长度(当未施加拉伸负荷时)与样品刚好在样品失效前的最终长度之间的样品长度的百分比变化可用于定义失效伸长率特性(△d)。可测量样品的最终长度作为样品在应力-应变曲线400上的断裂点406处或刚好在此点前的长度。
备选地，护罩110(在图1中示出)和/或带130的韧性模量参数(UT)可定义为形成护罩110和/或带130的材料的应力-应变曲线400下方的总面积408。例如，可测量应力-应变曲线400下方的总面积408作为应力-应变曲线400所围绕的面积。在图示的实施例中，总面积408在水平轴线402与应力-应变曲线400之间和在竖直轴线404与从断裂点406延伸到水平轴线402的竖直线410之间延伸。
在一个实施例中，带130(在图1中示出)在升高的温度下具有比护罩110(在图1中示出)更大的强度和/或延展性。在涡轮100(在图1中示出)的操作期间，相对热的气体可流经涡轮100。气体可将护罩110和/或带130加热至至少500华氏度(或260摄氏度)的提高的温度。仅举例而言，护罩110和/或带130可被加热至高于500华氏度(或260摄氏度)以上的温度，诸如至少700华氏度(或371摄氏度)、1000华氏度(或537.8摄氏度)、1200华氏度(或648.9摄氏度)、1500华氏度(或815.6摄氏度)或更高。这些提高的温度可限制可用于带130的材料的类型。例如，这些提高的温度可防止使用具有较低熔点或软化点的材料作为带130。
带130(在图1中示出)在提高的温度下相对于护罩110(在图1中示出)的强度和/或延展性更大的强度和/或延展性可由在一个或多个提高的温度下具有比护罩110的韧性模量参数(UT)更大的韧性模量参数(UT)的带130代表。当带130和护罩110被加热至至少500华氏度(或260摄氏度)的温度时，带130的韧性模量参数(UT)可大于护罩110的韧性模量参数(UT)。备选地，当带130和护罩110被加热至至少700华氏度(或371摄氏度)、1000华氏度(或537.8摄氏度)、1200华氏度(或648.9摄氏度)、1500华氏度(或815.6摄氏度)或更高的温度时，带130的韧性模量参数(UT)可大于护罩110的韧性模量参数(UT)。在一个实施例中，当带130和护罩110被加热至在1000华氏度与1200华氏度(或537.8摄氏度与648.9摄氏度)之间的温度时，带130的韧性模量参数(UT)大于护罩110的韧性模量参数(UT)。备选地，当带130和护罩110被加热至700华氏度与1500华氏度(或371摄氏度与815.6摄氏度)之间的温度时，带130的韧性模量参数(UT)大于护罩110的韧性模量参数(UT)。
带130可由具有大于200百万帕斯卡(MPa)的最终拉伸强度特性(UTS)的材料形成。例如，带材114可由具有至少850MPa的最终拉伸强度特性(UTS)的不锈钢形成。在另一示例中，带材114可由具有至少900MPa的最终拉伸强度特性(UTS)的钛或钛合金形成。备选地，带材114可包括镍合金、芳纶或诸如Kevlar®的对位芳纶或由这些材料形成。相比之下，护罩110(在图1中示出)可包括诸如铸铁、铁合金、高硅钼球墨铸铁(hi-sil-moly ductile iron)等具有较低最终拉伸强度特性(UTS)的材料或由这些材料形成。
被带130吸收的碎片的能量的量可基于在护罩110和带130的材料的最终拉伸强度特性(UTS)的相对差异。如果带130的最终拉伸强度特性(UTS)等于或接近护罩110的最终拉伸强度特性(UTS)(诸如彼此相差在10%以内)，则带130可比具有比护罩110的最终拉伸强度特性(UTS)大得多的最终拉伸强度特性(UTS)(诸如100%、200%、300%、400%、500%、1000%等)的带130吸收更少的碎片能量。例如，随着在护罩110和带130的最终拉伸强度特性(UTS)之间的差异扩大，带130可吸收更多赋能碎片并防止更多碎片冲破碎块容纳组件102。
带130可由比形成护罩110的(多种)材料更昂贵的一种或更多材料形成。例如，购买用于带130的材料的成本可大于购买相同量的用于制造护罩110的材料的成本。如上所述，带130可在有限的面积内联接到护罩110上以减小所使用的带130的量。例如，可仅在护罩110的沿径向方向118与叶片108对齐的区域内和/或在预期碎片在涡轮100失效的情况下撞击的护罩110的区域内向护罩110添加带130。缩小施用带130的区域可通过避免在护罩110的更大面积上安置带130的材料而减少为了制造带130而购买的材料数量。
图5是根据一个实施例用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法700的流程图。方法700可用于向已有的涡轮100(在图1中示出)添加碎块容纳组件102(在图1中示出)。例如，方法700可用于在涡轮100被制造成不带碎块容纳组件102时将涡轮100改装成包括碎块容纳组件102。
在702，生产在提高的温度下具有相对高的强度和/或延展性的(多种)材料的长形带材。例如，长形带材114(在图1中示出)可由具有比形成涡轮100(在图1中示出)的护罩110(在图1中示出)的材料的韧性模量参数(UT)更大的韧性模量参数(UT)的材料的片材形成。长形带材114的韧性模量参数(UT)在至少500华氏度(或260摄氏度)的温度下可大于护罩110的韧性模量参数(UT)。
在704，具有相对高的强度和/或延展性的(多种)材料的带材的一端联接到轴向涡轮的护罩上。例如，带材114(在图1中示出)的端部202(在图2中示出)可被焊接或以其它方式固定到涡轮100(在图1中示出)的护罩110(在图1中示出)上。
在706，具有相对高的强度和/或延展性的(多种)材料的带材螺旋地卷绕在轴向涡轮的护罩周围。例如，带材114(在图1中示出)可螺旋地卷绕在护罩110(在图1中示出)的外周116(在图1中示出)周围。带材114可缠绕在护罩110周围，使得带材114自相重叠多次以形成多个带130(在图1中示出)。带130彼此径向地对齐。例如，带130彼此重叠，使得带130沿径向方向118(在图1中示出)对齐。带材114可卷绕到护罩110上使得护罩110沿径向方向118位于涡轮100(在图1中示出)的盘126(在图1中示出)和叶片108(在图1中示出)之间。
带材形成碎块容纳组件，当轴向涡轮失效时，该碎块容纳组件防止轴向涡轮的碎片向外冲出该碎块容纳组件。例如，碎片容纳组件在轴向涡轮的护罩周围形成护壳，以防止碎片飞出轴向涡轮并损伤附近的构件、设备和人员。
图6是根据另一实施例的涡轮500和碎块容纳组件502的局部剖视图。在图示的实施例中，涡轮500是与涡轮100(在图1中示出)相似的轴向涡轮。涡轮500可以是用于向车辆提供原动力的旋转发动机的一部分或将流体运动转化为有用能量的系统的一部分。涡轮500包括沿中心轴线506定向的轴504。若干叶片508与盘526结合，该盘526与轴504结合。叶片508配置在防护护罩510内。
与护罩110(在图1中示出)相似，护罩510限定将流体接收到涡轮500中的吸入口512。流体经过叶片508并使叶片508绕中心轴线506旋转。叶片508的旋转使轴504也旋转。
碎块容纳组件502包括围绕护罩510的外周516配置的若干个轴向地对齐的带530。带530可邻接护罩510的外表面。如下所述，带530形成为呈盘形状，每个盘都具有中心开口600(在图7中示出)，护罩510和叶片508配置在中心开口600内。带530沿中心轴线506彼此轴向地对齐。护罩510的外周516是护罩510的外表面的沿径向方向518与叶片508径向对齐的部分，轴向518在图示的实施例中从中心轴线506和轴504向外延伸。在图1中所示的实施例中，径向方向518垂直于中心轴线506。
图7是根据一个实施例的图6中所示的碎块容纳组件502的带530中的一个的透视图。带530形成为呈包围中心开口600的盘的形状。带530可围绕中心开口600连续地延伸，使得带530不包括任何端部或间隙。备选地，带530可在中心开口600周围延伸并包括配置在带530的相对端部之间的间隙。
带530具有在相对侧604、606之间延伸的厚度尺寸602。当带530配置在护罩510(在图6中示出)周围时，可沿平行于中心轴线506(在图6中示出)的方向测量厚度尺寸602。带530具有在相对侧610、612之间延伸的宽度尺寸608。内缘610可邻接护罩510(在图6中示出)的外周516(在图6中示出)。当带530结合时，可沿径向方向518(在图6中示出)测量宽度尺寸608。在图示的实施例中，宽度尺寸608显著大于厚度尺寸602。例如，宽度尺寸608可为厚度尺寸602的至少3或4倍。
中心开口600具有在内缘610的彼此相对的部分之间延伸的内径尺寸614。内径尺寸614可确定尺寸成使得内缘610邻靠(abut)护罩510(在图6中示出)的外周516(在图6中示出)。备选地，内径尺寸614可较大使得内缘610未邻接护罩510。例如，具有大小确定为使第一组带530接合护罩510的内径尺寸614的第一组带530可设置有配置在第一组带530的外侧的具有较大内径尺寸614的第二组带530。第二组带530的内径尺寸614可足够大以致第二组带530的内缘610接合第一组带530的外缘612，其中第一组带530配置在护罩510与第二组带530之间。
回到对图6中所示的碎块容纳组件502的论述，可通过在平行于中心轴线506的方向上并排叠置带530来将带530安置到护罩510上。带530可定位在护罩510周围使得第一带530的正侧604(在图7中示出)接合相邻的第二带530的背侧606(在图7中示出)且第一带530的背侧604接合第三带530的正侧604。如图6中所示，带530被置于护罩510上，使得带530在平行于中心轴线506的方向上彼此对齐。
与碎块容纳组件102(在图1中示出)相似，可通过在涡轮500已制造和/或安装到机器或发动机中之后沿中心轴线506将带530叠置到护罩510上来将碎块容纳组件502改装到已有的涡轮500上。在一个实施例中，在涡轮500已被置于发动机或机器的内部后向涡轮500添加碎块容纳组件502以扩大涡轮500在径向方向518上的大小。可将涡轮500装载到发动机或机器的不够大以包括相对厚的护罩510的开口中。在将涡轮500插入发动机或机器后，可将碎块容纳组件502置于护罩510周围，以使护罩510的有效厚度增大到原本将妨碍护罩510被置于发动机或机器中的厚度。
在一个实施例中，带530包括与突出体128(在图1中示出)相似的突出体。突出体可从带530的侧604、606(在图7中示出)中的一个或多个突出以使相邻的带530彼此接合和分离。例如，突出体可提供与带130(在图1中示出)之间的气隙306(在图3中示出)相似的气隙。与带130的突出体128相反，带530的突出体可在平行于中心轴线506的方向上突出，而带130的突出体128在平行于径向方向118(在图1中示出)的方向上从带130突出。与在带130之间的气隙306相反，在带530之间的气隙可沿平行中心轴线506的方向延伸，而在带130之间的气隙306沿径向方向118延伸。
碎块容纳组件502防止来自涡轮500的碎片(诸如脱离的叶片508、盘526的区段、和/或护罩510的区段)在涡轮500失效时冲破碎块容纳组件502。碎块容纳组件502的带530吸收由于涡轮500的失效而形成的碎片的动能和/或角动量，以防止碎片冲出碎块容纳组件502。
当碎片和/或护罩510导致带530沿径向方向518向外拉伸时，碎块容纳组件502吸收碎片的能量和动量。当带530沿向外方向拉伸时，带530吸收碎片的能量和动量。另外，带530的拉伸可导致带530彼此刮擦。带530彼此刮擦并且将碎片的动能和动量的至少一部分转换为由刮擦的相邻带530之间的刮擦或摩擦形成的热量或热能。吸收碎片的能量和动量可减小或消除释放到碎块容纳组件502的外侧的碎片的量。
在一个实施例中，带530在提高的温度下具有比护罩510更大的强度和/或延展性。带530在提高的温度下相对于护罩510的强度和/或延展性的较大的强度和/或延展性可由在一个或多个提高的温度下具有比护罩510的韧性模量参数(UT)更大的韧性模量参数(UT)的带530代表。当带530和护罩510被加热至至少500华氏度(或260摄氏度)的温度时，带530的韧性模量参数(UT)可大于护罩510的韧性模量参数(UT)。备选地，当带530和护罩510被加热至至少700华氏度(或371摄氏度)、1000华氏度(或537.8摄氏度)、1200华氏度(或648.9摄氏度)、1500华氏度(或815.6摄氏度)或更高的温度时，带530的韧性模量参数(UT)可大于护罩510的韧性模量参数(UT)。在一个实施例中，当带530和护罩510被加热至在1000华氏度与1200华氏度(或537.8摄氏度与648.9摄氏度)之间的温度时，带530的韧性模量参数(UT)大于护罩510的韧性模量参数(UT)。备选地，当带530和护罩510被加热至在700华氏度与1500华氏度(或371摄氏度与815.6摄氏度)之间的温度时，带530的韧性模量参数(UT)大于护罩510的韧性模量参数(UT)。
带530可由与带130(在图1中示出)相似的材料形成。例如，带530可由具有大于200百万帕斯卡(MPa)的最终拉伸强度特性(UTS)的材料形成。在一个实施例中，带530由具有至少850MPa的最终拉伸强度特性(UTS)的不锈钢形成。在另一示例中，带530可由具有至少900MPa的最终拉伸强度特性(UTS)的钛或钛合金形成。备选地，带530包括镍合金、芳纶或诸如Kevlar®的对位芳纶或由这些材料形成。
被带530吸收的碎片的能量的量可基于在护罩510和带530的材料的最终拉伸强度特性(UTS)的相对差异。如上所述，随着在护罩510和带530的最终拉伸强度特性(UTS)之间的差异扩大，带530可吸收更多赋能碎片并防止更多碎片冲破碎块容纳组件502。
图8是根据另一实施例的用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法800的流程图。方法800可用于向已有的涡轮500(在图6中示出)添加碎块容纳组件502(在图6中示出)。例如，方法800可用于在涡轮500被制造成不带有碎块容纳组件502时将涡轮500改装成包括碎块容纳组件102。
在802，生产包括在提高的温度下具有相对高的强度和/或延展性的(多种)材料的盘。盘可以是具有通过盘中心的开口的大致平面本体。例如，带530(在图6中示出)可形成为呈具有中心开口600(在图7中示出)的盘形状。带530可从具有比形成涡轮500(在图6中示出)的护罩510(在图6中示出)的材料的韧性模量参数(UT)大的韧性模量参数(UT)的材料的片材切割而成。带530的韧性模量参数(UT)在至少500华氏度(或260摄氏度)的温度下可大于护罩510的韧性模量参数(UT)。
在804，将盘中的至少一个置于轴向涡轮的外罩上。例如，将带530(在图6中示出)中的至少一个置于涡轮500(在图6中示出)的护罩510(在图6中示出)上。可将带530置于护罩510上使得护罩510位于带530的中心开口600(在图7中示出)内。
在806，将一个或多个另外的盘叠置在轴向涡轮的护罩上。例如，在一个实施例中，将一个或多个另外的带530(在图6中示出)彼此并排叠置到护罩510(在图6中示出)上。带530可彼此轴向地对齐并在护罩510的外周516(在图6中示出)周围延伸。例如，带530可在平行于中心轴线506(在图6中示出)的方向上彼此对齐。
将盘置于外罩周围以形成碎块容纳组件，当轴向涡轮失效时，该碎块容纳组件防止轴向涡轮的碎片向外冲出该碎块容纳组件。例如，碎片容纳组件在轴向涡轮的护罩周围形成护壳，以防止碎片飞出轴向涡轮并损伤附近的其它构件、设备和人员。
图9是根据另一实施例的涡轮900和碎块容纳组件902的局部剖视图。涡轮900可以是与涡轮100、500(在图1和6中示出)相似的轴向涡轮。例如，涡轮900包括与盘926结合的若干个叶片908。尽管在图9中未示出，但盘926可与沿中心轴线906定向并与轴104、504(在图1和6中示出)相似的轴结合。叶片908位于涡轮900的防护外罩910内。
在图示的实施例中，碎块容纳组件902位于护罩910的内部。例如，与图1和图6中所示的碎块容纳组件102、502的实施例相反，碎块容纳组件902可沿从中心轴线906向外延伸的径向方向928在叶片908与外罩910之间位于护罩910的内部。碎块容纳组件902包括柱形外罩插件904、容纳环912、和角向护壳本体914。备选地，碎块容纳组件902可包括容纳环912和护壳本体914且不包括护罩插件904。
继续参照图9，图10示出了根据一个实施例的外罩插件904的透视图。护罩插件904具有在相对的前端916和后端918之间延伸的大致柱形形状。在图示的实施例中，前端916配置在外罩910(在图9中示出)的吸入口920(在图9中示出)处或其附近。吸入口920是涡轮900(在图9中示出)的开口，该开口由护罩910限定且流体流经该开口以使叶片908(在图9中示出)和盘926(在图9中示出)旋转。前端916可在吸入口920处或其附近邻接外罩910以将护罩插件904定位在外罩910内。例如，前端916限定可接合护罩910以相对于外罩910定位护罩插件904的径向突出的凸缘。
外罩插件904包括在护罩插件904周围延伸的通槽1000。通槽1000限定外罩插件904的凹进部分，该凹进部分配置在护罩插件904的后端918和内部台肩1002之间。内部台肩1002是外罩插件904的向内突出的唇缘。例如，护罩插件904在内部台肩1002处的内径小于外罩插件904在通槽1000处的内径。
护罩插件904被示出为在前端916与后端918之间连续延伸的单体。备选地，外罩插件904可由多个单独的部分形成。例如，护罩插件904可分为两个本体，诸如上半球或上半体和下半球或下半体。
回到对图9中所示的涡轮900和碎块容纳组件902的论述，外罩插件904经吸入口920被装载到护罩910中。外罩插件904定位在叶片908与护罩910的内表面922之间。在图示的实施例中，外罩插件904与内表面922间隔开或分离。备选地，护罩插件904可邻接内表面922。
图11是根据一个实施例的容纳环912的透视图。容纳环912限定中心开口1100。中心开口1100足够大以容许护壳本体914(在图9中示出)配置在容纳环912与叶片908(在图9中示出)之间，同时容许叶片908自由旋转。容纳环912可形成为连续环箍(hoop)。备选地，容纳环912由结合在一起以形成图11中所示的环箍的两个或更多单独的部分形成。容纳环912足够小以装配在外罩插件904(在图9中示出)的通槽1000(在图10中示出)的内部。容纳环912在相对的前缘1102和后缘1104之间延伸。当容纳环912定位在护罩插件904中时，前缘1102接合外罩插件904(在图9中示出)的内部台肩1002(在图10中示出)上。后缘1104可限定从容纳环912向外延伸的径向突出的凸缘。
回到对图9中所示的涡轮900和碎块容纳组件902的论述，容纳环912定位在护罩插件904的通槽1000内和外罩插件904与涡轮900的叶片908之间。容纳环912可定位成使得前缘1104(在图11中示出)接合护罩插件904的内部台肩1002。
护壳本体914配置在容纳环912与叶片908之间。例如，护壳本体914可在容纳环912的中心开口1100(在图11中示出)的内部与容纳环912联接，使得容纳环912配置在护壳本体914与外罩插件904之间。
图12是根据一个实施例的护壳本体914的透视图。护壳本体914在中心开口1300周围延伸并限定中心开口1300。中心开口1300足够大以容许叶片908(在图9中示出)在护壳本体914内自由旋转。护壳本体914可形成为连续环箍。备选地，护壳本体914由结合在一起以形成图示的环箍的两个或更多部分形成。如图9中所示，护壳本体914可具有字母C的截面形状。例如，护壳本体914在通过互相连接的侧1306结合的相对的正侧1302和背侧1304之间延伸。正侧1302和背侧1304彼此大致平行地定向并相对于互相连接的侧1306倾斜地定向，使得正侧1302、背侧1304和互相连接的侧1306形成大致“C”形。备选地，护壳本体914可形成不同形状。
图13是根据一个实施例的涡轮900和碎块容纳组件902的另一截面图。护壳本体914定位在容纳环912的中心开口1100(在图11中示出)内。如图13中所示，护壳本体914与护罩910的内表面922间隔开。例如，护壳本体914至少通过容纳环912与内表面922分隔。护壳本体914位于涡轮900的叶片908与容纳环912之间。护壳本体914定位成使得护壳本体914的正侧1302接合容纳环912的前缘1102且背侧1304接合由容纳环912的后缘1104所提供的凸缘。如图13中所示，护壳本体914具有大致C形截面，使得在护壳本体914与容纳环912之间提供了空隙1400。空隙1400在叶片908周围延伸并由护壳本体914和容纳环912界定。
容纳环912配置在涡轮900的叶片908与外罩插件904之间。在图示的实施例中，容纳环912位于护罩插件904的通槽1000中。例如，容纳环912在外罩插件904的后端918和内部台肩1002之间位于护罩插件904内。通槽1000可用于相对于外罩910和/或叶片908定位容纳环912。
碎块容纳组件902防止当涡轮900失效时产生的碎片(诸如脱离的叶片908和/或已与盘926的剩余部分分离的盘926的区段)冲破护罩910并损伤附近的其它设备或人员。当碎片撞击碎块容纳组件902时，碎块容纳组件902吸收碎片的动能和角动量。由于叶片908和盘926在涡轮900失效时可以以相对快的速度旋转，因此所产生的碎片可具有相当大的角动量。例如，碎片可沿在涡轮900失效前切向于叶片908和盘906的旋转移动的路径飞向碎块容纳组件902。
为了吸收碎片的角动量，护壳本体914、容纳环912和外罩插件904中的两个或更多能够相对于彼此绕中心轴线906旋转。例如，护罩插件904可被固定在外罩910上且不能相对于护罩910旋转。护壳本体914和容纳环912可能够相对于外罩插件904和/或相对于彼此旋转。当碎片沿相对于护壳本体914倾斜地定向的方向撞击护壳本体914时，碎片可导致护壳本体914和/或容纳环912相对于护罩插件904旋转。碎片的角动量可被传递到护壳本体914和/或容纳环912而使护壳本体914和/或容纳环912旋转。结果，护壳本体914和/或容纳环912吸收碎片的角动量。
护壳本体914与容纳环912之间的空隙1400为护壳本体914提供了朝容纳环912塌缩的空间。护壳本体914可在碎片撞击护壳本体914时吸收碎片的能量和/或动量并塌缩到空隙1400中。例如，碎片的动能和/或动量的至少一部分可用于使护壳本体914弯曲或折叠到空隙1400中。
碎块容纳组件902由能够耐受可通过涡轮900的流体的相对高的温度的材料形成。例如，碎块容纳组件902可由能够耐受至少500华氏度(或260摄氏度)的温度而不失效、熔化或断裂的材料形成。在一个实施例中，外罩插件904包括与护罩910相同的(多种)材料或由这些材料形成。例如，外罩插件904可由铸造成在图10中所示的形状的铁或铁合金形成。
在一个实施例中，容纳环912和/或护壳本体914可由具有比护罩910和/或外罩插件904更大的强度和/或延展性的一种或多种材料形成。容纳环912和/或护壳本体914的较大强度和/或延展性容许碎块容纳组件902仅相对于护罩910吸收更多由失效的涡轮900产生的碎片的能量和/或动量。在一个实施例中，容纳环912和/或护壳本体914具有比外罩910和/或护罩插件904的韧性模量参数更大的韧性模量参数(UT)。
容纳环912和/或护壳本体914在提高的温度下可具有比外罩910和/或护罩插件904的韧性模量参数(UT)大的韧性模量参数(UT)。例如，在至少500华氏度(或260摄氏度)、700华氏度(或371摄氏度)、1000华氏度(或537.8摄氏度)、1200华氏度(或648.9摄氏度)、1500华氏度(或815.6摄氏度)或更高的温度下，容纳环912和/或护壳本体914的韧性模量参数(UT)大于外罩910和/或护罩插件904的韧性模量参数(UT)。在一个实施例中，在1000华氏度与1200华氏度(或537.8摄氏度与648.9摄氏度)之间的温度下，容纳环912和/或外罩插件914的韧性模量参数(UT)大于护罩910和/或外罩插件904的韧性模量参数(UT)。备选地，在700华氏度与1500华氏度(或371摄氏度与815.6摄氏度)之间的温度下，容纳环912和/或护壳本体914的韧性模量参数(UT)大于护罩910和/或外罩插件904的韧性模量参数(UT)。
容纳环912和/或护壳本体914可由具有大于200百万帕斯卡(MPa)的最终拉伸强度特性(UTS)的材料形成。例如，容纳环912和/或护壳本体914可由具有至少850MPa的最终拉伸强度特性(UTS)的不锈钢形成。在另一示例中，容纳环912和/或护壳本体914可由具有至少900MPa的最终拉伸强度特性(UTS)的钛或钛合金形成。备选地，容纳环912和/或护壳本体914可包括镍合金、芳纶或诸如Kevlar®的对位芳纶或由这些材料形成。
被容纳环912和/或护壳本体914吸收的碎片的能量可基于(1)护罩910和(2)容纳环912和/或护壳本体914的材料的最终拉伸强度特性(UTS)的相对差异。如上所述，随着在(1)外罩910和(2)容纳环912和/或护壳本体914的最终拉伸强度特性(UTS)之间的差异扩大，容纳环912和/或护壳本体914可吸收赋能碎片并防止更多碎片冲破碎块容纳组件902。
在护壳本体914与叶片908之间的间距可需要被保持在预定极限内以便确保足量的流经涡轮900的流体与叶片908互相作用并使其旋转。例如，如果在护壳本体914与叶片908之间的间距过小，则护壳本体914可干扰叶片908的旋转。
在一个实施例中，护壳本体914由一种或多种比形成容纳环12和/或护罩插件904的材料的热膨胀系数(CTE)特性更小的CTE特性的材料形成。CTE特性代表在一致或固定压力下本体的大小或体积的每度温度变化的分数变化。随着材料的CTE特性增加，由该材料制成的样品的一个或多个尺寸在经历温度变化时相对于由具有较低CTE特性的材料制成的样品而言可以以较大的量变化。护壳本体914的CTE特性可比容纳环912的CTE特性小，以确保护壳本体914不会明显膨胀并干扰叶片908的旋转。在一个实施例中，护壳本体914的CTE特性可以是负的。负的CTE特性表示当护壳本体914被加热时护壳本体914可收缩。
容纳环912和护壳本体914的CTE特性可基于彼此，使得容纳环912和护壳本体914对于预定温度变化的总尺寸变化不会使护壳本体914接触或接合叶片908。例如，如果容纳环912具有相对大的CTE特性，则护壳本体914的CTE特性可能需要相对小，使得在容纳环912和护壳本体914的总尺寸变化不会干扰叶片908的旋转。相反地，如果容纳环912具有相对小的CTE特性，则护壳本体914的CTE特性可较大。
图14是根据另一实施例的用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法1500的流程图。方法1500可用于向已有的涡轮902(在图9中示出)添加碎块容纳组件902(在图9中示出)。例如，方法1500可用于在涡轮900被制造成不带有碎块容纳组件902时将涡轮900改装成包括碎块容纳组件902。
在1502，将护壳本体插入容纳环中。例如，可将护壳本体914(在图9中示出)插入容纳环912(在图9中示出)的中心开口1100(在图11中示出)中。
在1504，将容纳环和护壳本体插入外罩插件中。在一个实施例中，将容纳环912(在图9中示出)和护壳本体914(在图9中示出)置于护罩插件904(在图9中示出)中。可将容纳环912和护壳本体914定位在外罩插件904的通槽1000(在图10中示出)中。在一个实施例中，容纳环912、护壳本体914和护罩插件904的组合形成碎块容纳组件902(在图9中示出)。
在1506，将碎块容纳组件装载到涡轮的外罩中。例如，可经护罩910的吸入口920(在图9中示出)将碎块容纳组件902(在图9中示出)插入外罩910(在图9中示出)中。碎块容纳组件902可定位成使得护壳本体914(在图9中示出)和容纳环912(在图9中示出)位于叶片908(在图9中示出)与护罩910之间。
在一个实施例中，提供一种用于涡轮的碎块容纳组件。该碎块容纳组件包括多个带，其配置在涡轮的外罩周围并定位成使得护罩沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向配置在涡轮的叶片与带之间。带包括在至少260摄氏度的温度下具有比外罩的第二韧性模量参数大的第一韧性模量参数的材料。带配置在护罩周围以防止涡轮失效造成涡轮的碎片沿径向方向释放到带的外部。
在另一方面，带由螺旋地缠绕在外罩的外周周围的长形带材形成。
在另一方面，各带被限定为覆盖带材的另一层和/或由带材的另一层覆盖的一层带材。
在另一方面，带沿径向方向彼此对齐。
在另一方面，带形成为盘，每个盘都包围中心开口，其中，盘在护罩的外周周围延伸并且外罩至少部分地配置在盘的中心开口内。
在另一方面，轴沿中心轴线定向且带沿平行于中心轴线的方向彼此对齐。
在另一方面，各带在相对的第一侧和第二侧之间延伸，第一侧包括接合相邻的一个带的第二侧的突出的突出体，突出体通过气隙将带分离。
在另一方面，带包括不锈钢、镍合金、钛、或钛合金中的至少一种。
在另一方面，第一和第二韧性模量参数分别基于带和护罩的最终拉伸强度特性、屈服强度特性、或失效伸长率特性中的至少一个。
本文所公开的另一实施例提供一种用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法。该方法包括：形成多个带，其材料在至少260摄氏度的温度下具有比涡轮的外罩的第二韧性模量参数更大的第一韧性模量参数；以及将带定位在护罩的外周周围，使得带沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向与涡轮叶片对齐，其中带配置在外罩周围以防止涡轮失效造成涡轮的碎片沿径向方向释放到带的外部。
在另一方面，形成步骤包括形成具有第一韧性模量参数的材料的长形带材，且定位步骤包括将带材螺旋地缠绕在护罩的外周周围。
在另一方面，各带形成为在定位步骤期间覆盖带材的另一层和/或由带材的另一层覆盖的一层带材。
在另一方面，定位步骤包括使带沿径向方向彼此对齐。
在另一方面，形成步骤包括将带形成为具有第一韧性模量参数的材料的盘，这些盘包围中心开口，其中，外罩至少部分地配置在中心开口内。
在另一方面，涡轮包括轴，叶片与该轴互连且该轴沿中心轴线定向，定位步骤包括使带沿平行于中心轴线的方向彼此对齐。
在另一方面，形成步骤包括将各带设置为在相对的第一侧和第二侧之间延伸，其中第一侧包括突出的突出体，定位步骤包括通过由突出体所形成的气隙使相邻的带彼此分离。
在另一方面，第一和第二韧性模量参数分别基于带和护罩的最终拉伸强度特性、屈服强度特性、或失效伸长率特性中的至少一个。
在另一实施例中，公开了一种用于涡轮的碎块容纳组件。该组件包括：容纳环，其构造成沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向在涡轮的叶片与外罩的内表面之间插入涡轮的护罩中；以及角向护壳本体，其成形为沿径向方向在涡轮的叶片与容纳环之间配置在外罩内。角向护壳本体定位在护罩内使得角向护壳本体与外罩的内表面间隔开。当碎片撞击角向护壳本体时，角向护壳本体通过相对于护罩或容纳环中的至少一个旋转来吸收涡轮的碎片的角动量。
在另一方面，该组件还包括构造成在容纳环与外罩的内表面之间插入护罩中的柱形外罩插件，其中容纳环、角向护壳本体、或护罩插件中的一个或多个在涡轮失效期间相对于容纳环、角向护壳本体、或外罩插件中的另一个旋转，以吸收碎片的角动量。
在另一方面，柱形护罩插件与容纳环联接。
在另一方面，角向护壳本体限定在角向护壳本体与容纳环之间的空隙，角向护壳本体定位成当碎片撞击角向护壳本体时塌缩到该空隙中以吸收碎片的能量。
在另一方面，角向护壳本体具有比容纳环的第二热膨胀系数(CTE)特性小的第一CTE特性。
在另一方面，容纳环和角向护壳本体经外罩的吸入口插入护罩中和叶片与外罩的内表面之间。
另一实施例提供一种用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法。该方法包括：将容纳环插入涡轮的护罩中，使得容纳环沿从涡轮的轴向外延伸的径向方向布置在涡轮的叶片与外罩的内表面之间；以及将角向护壳本体沿径向方向在涡轮的叶片与容纳环之间定位在护罩内，该角向护壳本体与外罩的内表面间隔开。当碎片在涡轮的失效期间释放并撞击角向护壳本体时，角向护壳本体通过相对于护罩或容纳环中的至少一个旋转来吸收涡轮的碎片的角动量。
在另一方面，该方法还包括在容纳环与外罩的内表面之间将柱形护罩插件装载到外罩中，其中容纳环、角向护壳本体、或护罩插件中的一个或多个在涡轮失效期间相对于容纳环、角向护壳本体、或外罩插件中的另一个旋转，以吸收碎片的角动量。
在另一方面，定位步骤包括相对于容纳环将角向护壳本体定位成使得在角向护壳本体与容纳环之间限定空隙，角向护壳本体定位成当碎片撞击角向护壳本体时塌缩到该空隙中以吸收碎片的能量。
在另一方面，角向护壳本体具有比容纳环的第二热膨胀系数(CTE)特性小的第一CTE特性。
在另一方面，插入步骤包括经护罩的吸入口在叶片与外罩的内表面之间将容纳环插入护罩中且定位步骤包括经吸入口在叶片与外罩的内表面之间将角向护壳本体装载到护罩中。
应理解，以上说明旨在进行说明，而非加以限制。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合地使用。另外，在不脱离其范围的前提下，可做出许多改型以使具体情形或材料适合所公开的主题的教导。虽然本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定所公开的主题的参数，但它们绝非限制并且是示例性的实施例。在回顾以上描述以后，诸多其它实施例对于本领域的技术人员来说将显而易见。因此，所述主题的范围应该参考所附权利要求和赋予这种权利要求的等同装置的完整范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包括”和“其中”的通俗英语等效术语。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，且并非旨在对它们的对象施加数值要求。此外，以下权利要求的限制不是以装置加功能的格式书写且并非旨在基于美国法律第35条112款第六段来解释，除非且直到这种权利要求限制清楚地使用“用于…的装置”继之以陈述功能而不陈述进一步的结构的书面表达。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的示例来公开所述主题的若干实施例，并且还使本领域的任何技术人员能够实施主题的实施例，包括制造并使用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果此类其它示例没有不同于权利要求的文字语言的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则此类其它示例预期包含在权利要求的保护范围内。

Claims (27)

1.一种用于涡轮的碎块容纳组件，所述组件包括：
多个带，其配置在所述涡轮的护罩周围且定位成使得所述护罩沿从所述涡轮的轴向外延伸的径向方向配置在所述涡轮的叶片与所述带之间，所述带包括在至少260摄氏度的温度下具有比所述护罩的第二韧性模量参数大的第一韧性模量参数的材料，其中，所述带配置在所述护罩周围以防止所述涡轮的失效造成所述涡轮的碎片沿所述径向方向释放到所述带的外部。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述带由螺旋地缠绕在所述护罩的外周周围的长形带材形成。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述带中的每一个都被限定为覆盖所述带材的另一层的一层带材和/或由所述带材的另一层覆盖的一层带材。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述带沿所述径向方向彼此对齐。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述带形成为盘，每个盘都包围中心开口，所述盘在所述护罩的外周周围延伸，所述护罩至少部分地配置在所述盘的中心开口内。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述轴沿中心轴线定向并且所述带沿平行于所述中心轴线的方向彼此对齐。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述带中的每一个都在相对的第一侧和第二侧之间延伸，所述第一侧包括接合相邻的一个带的第二侧的突出的突出体，所述突出体通过气隙将所述带分离。
8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一韧性模量参数和第二韧性模量参数分别基于所述带和所述护罩的最终拉伸强度特性、屈服强度特性、或失效伸长率特性中的至少一个。
9.一种用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法，所述方法包括：
形成多个带，其材料在至少260摄氏度的温度下具有比所述涡轮的护罩的第二韧性模量参数大的第一韧性模量参数，其中，所述涡轮的叶片在所述护罩内旋转；以及
将所述带定位在所述护罩的外周周围，使得所述带沿从所述涡轮的轴向外延伸的径向方向与所述涡轮的叶片对齐，其中，所述带配置在所述护罩周围以防止所述涡轮的失效造成所述涡轮的碎片沿所述径向方向释放到所述带的外部。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成多个带包括形成具有所述第一韧性模量参数的材料的长形带材，且所述将所述带定位在所述护罩的外周周围包括将所述带材螺旋地缠绕在所述护罩的外周周围。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述带中的每一个都在所述将所述带定位在所述护罩的外周周围期间形成为覆盖所述带材的另一层和/或由所述带材的另一层覆盖的一层带材。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将所述带定位在所述护罩的外周周围包括使所述带沿所述径向方向彼此对齐。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成多个带包括将所述带形成为具有所述第一韧性模量参数的材料的盘，所述盘包围中心开口，所述护罩至少部分地配置在所述中心开口内。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述涡轮包括轴，所述叶片与所述轴互连且所述轴沿中心轴线定向，所述将所述带定位在所述护罩的外周周围包括使所述带沿平行于所述中心轴线的方向彼此对齐。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成多个带包括将所述带中的每一个都设置为在相对的第一侧和第二侧之间延伸，所述第一侧包括突出的突出体，所述将所述带定位在所述护罩的外周周围包括通过由所述突出体所形成的气隙使相邻的带彼此分离。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一韧性模量参数和第二韧性模量参数分别基于所述带和所述护罩的最终拉伸强度特性、屈服强度特性、或失效伸长率特性中的至少一种。
17.一种用于涡轮的碎块容纳组件，所述组件包括：
容纳环，其构造成沿从所述涡轮的轴向外延伸的径向方向在所述涡轮的叶片与护罩的内表面之间插入所述涡轮的护罩中；以及
角向护壳本体，其成形为沿所述径向方向在所述涡轮的叶片与所述容纳环之间配置在所述护罩内，所述角向护壳本体定位在所述护罩内，使得所述角向护壳本体与所述护罩的内表面间隔开，其中，当碎片撞击所述角向护壳本体时，所述角向护壳本体构造成通过能够相对于所述护罩或所述容纳环旋转来吸收所述涡轮的碎片的角动量。
18.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述组件还包括构造成在所述容纳环与所述护罩的内表面之间插入所述护罩中的柱形护罩插件，其中，所述容纳环、所述角向护壳本体、或所述护罩插件中的一个或多个在所述涡轮失效期间相对于所述容纳环、所述角向护壳本体、或所述护罩插件中的另一个旋转，以吸收所述碎片的角动量。
19.根据权利要求18所述的组件，其特征在于，所述柱形护罩插件与所述容纳环联接。
20.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述角向护壳本体限定在所述角向护壳本体与所述容纳环之间的空隙，所述角向护壳本体定位成当所述碎片撞击所述角向护壳本体时塌缩到所述空隙中以吸收所述碎片的能量。
21.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述角向护壳本体具有比所述容纳环的第二热膨胀系数(CTE)特性小的第一CTE特性。
22.根据权利要求17所述的组件，其特征在于，所述容纳环和所述角向护壳本体经所述护罩的吸入口插入所述护罩中和在所述叶片与所述护罩的内表面之间。
23.一种用于向涡轮添加碎块容纳组件的方法，所述方法包括：
将容纳环插入涡轮的护罩中，使得所述容纳环沿从所述涡轮的轴向外延伸的径向方向配置在所述涡轮的叶片与所述护罩的内表面之间；以及
沿所述径向方向在所述涡轮的叶片与所述容纳环之间将角向护壳本体配置在所述护罩内，所述角向护壳本体与所述护罩的内表面间隔开，其中，当碎片在所述涡轮的失效期间被释放并撞击所述角向护壳本体时，所述角向护壳本体构造成通过能够相对于所述护罩和所述容纳环旋转来吸收所述涡轮的碎片的角动量。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述容纳环与所述护罩的内表面之间将柱形护罩插件装载到所述护罩中，其中，所述容纳环、所述角向护壳本体、或所述护罩插件中的一个或多个在所述涡轮失效期间相对于所述容纳环、所述角向护壳本体、或所述护罩插件中的另一个旋转，以吸收所述碎片的角动量。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述将所述角向护壳本体配置在所述护罩内包括将所述角向护壳本体相对于所述容纳环定位成使得在所述角向护壳本体与所述容纳环之间限定空隙，所述角向护壳本体定位成当所述碎片撞击所述角向护壳本体时塌缩到所述空隙中以吸收所述碎片的能量。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述角向护壳本体具有比所述容纳环的第二热膨胀系数(CTE)特性小的第一CTE特性。
27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述将容纳环插入所述涡轮的护罩中包括经所述护罩的吸入口在所述叶片与所述护罩的内表面之间将所述容纳环插入所述护罩中，且所述将所述角向护壳本体配置在所述护罩内包括经所述吸入口将所述角向护壳本体装载到所述护罩中和所述叶片与所述护罩的内表面之间。
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