CN105518389A - 弹簧加载且密封的陶瓷基质复合物燃烧器衬套 - Google Patents

Abstract

一种燃气涡轮发动机的燃烧器衬套组件包括：圆顶(42)，其具有与发动机轴线对准的中心轴线，圆顶配置在燃烧器(16)的入口端(32)处；第一弹簧(70)，其配置在圆顶的径向在外位置处；外衬套固持件，其接合径向外罩(40)，且外衬套固持件具有密封表面，该密封表面配置在径向平面中以用于接收轴向力；陶瓷基质复合物外燃烧器衬套(60)，其具有靠着外衬套固持件安置的外衬套密封表面(62)，第一弹簧相对于衬套外衬套固持件沿轴向方向对外衬套施力；陶瓷基质复合物内燃烧器衬套(64)，其具有内衬套密封表面且接合圆顶的径向在内表面(56)；第二弹簧(76)，其接合内燃烧器衬套的径向地延伸的表面，第二弹簧沿轴向方向作用以相对于圆顶固定内燃烧器衬套。

Description

弹簧加载且密封的陶瓷基质复合物燃烧器衬套

相关申请的交叉引用

本PCT实用申请请求享有具有美国专利申请序列号No. 61/876,586的题为“Spring Loaded and Sealed Ceramic Matrix Composite Combustor Liner”且具有2013年9月11日的申请日的当前未决的临时专利的优先权和权益，其全部内容通过引用而并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及燃气涡轮发动机。更具体而言，但不作为限制，本实施例涉及陶瓷基质复合物燃烧器衬套。

背景技术

典型的燃气涡轮发动机大体上拥有前端和后端，其中其若干核心或推进构件轴向地定位在前端和后端之间。空气入口或进气口在发动机的前端处。朝发动机的后端移动，依次，进气口串联流动连通地后接压缩机、燃烧室和涡轮。本领域技术人员将容易清楚的是，附加的构件也可包括在燃气涡轮发动机中，诸如，例如低压和高压压缩机，以及高压和低压涡轮。然而，这不是穷举的列表。发动机还通常具有内部轴，该内部轴沿发动机的中心纵轴线轴向地设置。内部轴连接到涡轮和空气压缩机二者，使得涡轮对空气压缩机提供旋转输入，以驱动压缩机叶片。

在操作中，空气在压缩机中加压，且在燃烧器中与燃料混合且点燃，以用于生成向下游流过涡轮级的热燃烧气体。这些涡轮级使用叶片来从燃烧气体提取能量。高压涡轮首先从燃烧器接收热燃烧气体，且包括定子喷嘴组件，定子喷嘴组件将燃烧气体向下游引导穿过从支承转子盘沿径向向外延伸的一排高压涡轮转子叶片。在多级涡轮中，第二级定子喷嘴组件定位在第一转子级叶片的下游，后面又跟着从第二支承转子盘沿径向向外延伸的一排第二级涡轮转子叶片。涡轮将燃烧气体能量转换成机械能，且驱动轴，从而转动高压压缩机。低压涡轮的一个或更多个级可机械地联接到低压或增压压缩机，以用于驱动增压压缩机且额外地驱动入口风扇。

在发动机操作效率的驱动改善中，期望的目标是提高发动机内的操作温度。然而，一个障碍是必须保持低于临界水平的材料温度限制。否则，可破坏材料或由材料形成的构件。一种有前景的材料为陶瓷基质复合物，这归因于其轻质、可成形性和在与涡轮发动机相关的极高温度下操作的能力。例如，在燃烧器开发的领域中，燃烧器必须能够满足在涡轮发动机操作温度环境中使用的设计寿命要求。陶瓷基质复合物(CMC)的使用由于其耐高温特征而是合乎需要的。为了使燃烧器衬套能够在此种恶劣温度条件中有效地操作，已实践来使用复合物，且特别是陶瓷基质复合物(CMC)材料来用于护罩节段中，因为它们具有比金属类型部分高的温度能力。然而，此种陶瓷基质复合物(CMC)具有在CMC燃烧器衬套的设计和应用期间必须考虑的机械特征。CMC材料具有与用于形成燃烧器且供燃烧器衬套连接的金属合金显著不同的热膨胀系数。因此，如果CMC构件在操作期间在一个表面上受到约束和冷却，则可形成应力集中，从而导致构件的故障。此外，振动可导致磨损以及燃烧器衬套周围的泄漏的问题，它们都导致燃烧器的低效操作。

如可由前文所见，允许在燃烧器内使用陶瓷基质复合物将是合乎需要的，以便允许更高的操作温度和更有效的燃气涡轮发动机操作，同时补偿以上操作条件和标准。

包括在说明书的背景段中的信息，包括本文中引用的任何参考文献及其任何描述或论述，仅是出于技术参考的目的而包括的，且不认为是界定本发明的范围的主题。

发明内容

根据本实施例，陶瓷基质复合物(CMC)燃烧器衬套由弹簧加载的夹紧或固定组件使用。组件在燃烧器衬套上提供轴向力以将衬套固持在合适的位置。此外，燃烧器衬套弹簧加载组件的使用提供了燃烧器衬套的对振动的抵抗力和改善的密封，从而导致改善的燃烧器操作。

根据一些实施例，燃气涡轮发动机的燃烧器衬套组件包括：圆顶(dome)，其具有与发动机轴线对准的中心轴线，圆顶布置在燃烧器的输入端处；第一弹簧，其配置在圆顶的径向在外位置处；外衬套固持件，其接合径向外罩，且该外衬套固持件具有配置在径向平面中以用于接收轴向力的表面；陶瓷基质复合物外燃烧器衬套，其具有靠着外衬套固持件安置的外衬套密封表面，第一弹簧相对于外衬套固持件沿轴向方向对外衬套施力；陶瓷基质复合物内燃烧器衬套，其具有内衬套密封表面且接合圆顶的径向在内表面；第二弹簧，其接合内燃烧器衬套的径向地延伸的表面，第二弹簧沿轴向方向作用以相对于圆顶来固定内燃烧器衬套。

提供本发明内容来以简化的形式介绍在下文中的具体实施方式中进一步描述的构想的选择。所有上文概括的特征应理解为仅是示范性的，且本实施例的许多其他特征和目标可从本文的公开内容中习得。本发明内容既不意图确定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于限制要求保护的主题的范围。因此，在未进一步阅读整个说明书、权利要求书、和与它们一同包括的附图的情况下，将不会理解到本发明内容的限制性解释。本实施例的特征、细节、功用和优点的更深入的介绍在以下书面描述中提供，在附图中例示出，且在所附权利要求中得到限定。

附图说明

本公开内容的上文提到的和其他特征和优点、以及获得它们的方式将变得更清楚，且将通过参照结合附图作出的实施例的以下描述来更好地理解弹簧加载的燃烧器衬套，在附图中：

图1为示范燃气涡轮发动机的侧截面图；

图2为示范燃烧器的分解等距组件；

图3为组装的示范燃烧器的侧截面图；

图4为外衬套组件的截面图；

图5为内衬套组件的截面图；

图6为外衬套组件的第一弹簧的等距视图；且，

图7为内衬套组件的第二弹簧的等距视图。

具体实施方式

现在将详细地参照所提供的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例是作为公开的实施例的阐释而非限制而提供的。实际上，对本领域技术人员将是显而易见的是，可在本实施例中作出各种改型和变型，而不脱离本公开内容的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的特征可与另一实施例一起使用来产生又一个实施例。因此，期望本实施例覆盖落入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。

参看图1-7的弹簧加载的燃烧器衬套的各种实施例，其中衬套被相对于至少一个密封表面偏压到合适的位置。燃烧器衬套由陶瓷基质复合物形成，且密封表面由不同的材料形成，其中，所述燃烧器衬套和密封表面具有不同的热膨胀速率。然而，弹簧偏压力与生长速率的差异无关地维持燃烧器衬套与密封表面之间的密封接触。偏压的组件还维持适合的密封以用于改善性能，且抵抗与振动相关的问题。

如在本文中使用的，用语“轴向”或“轴向地”是指沿发动机纵轴线的维度。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“前”是指沿朝向发动机入口的方向移动，或者构件相比于另一构件相对更接近发动机入口。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“后”是指沿朝向发动机喷嘴的方向移动，或者构件相比于另一构件相对更接近发动机喷嘴。

如在本文中使用的，用语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵轴线与发动机外周之间延伸的维度。

首先参看图1，示出了具有发动机入口端12的燃气涡轮发动机10的示意性侧截面图，空气在发动机入口端12中进入推进器核心13，核心13大体上由高压压缩机14、燃烧器16、和多级高压涡轮20限定。共同地，推进器核心13在操作期间提供动力。尽管燃气涡轮发动机10在航空实施例中示出，但此种实例不应当认作是限制性的，因为燃气涡轮发动机10可用于航空、发电、工业、船舶等。

在操作中，空气通过燃气涡轮发动机10的发动机入口端12进入，且移动穿过至少一个压缩级，在此，空气压力增大且被引导至燃烧器16。压缩空气与燃料混合且焚烧，以提供热燃烧气体，该热燃烧气体朝高压涡轮20离开燃烧器16。在高压涡轮20处，从热燃烧气体提取能量，从而引起转子和涡轮叶片的旋转，这又引起高压轴24的旋转。高压轴24朝燃气涡轮发动机10的前部向前延伸，以继续一个或更多个高压压缩机14级的旋转。低压涡轮21也可用于从附加的低压压缩机级进一步提取能量和动力。风扇18由低压轴28连接到低压涡轮21，以形成用于燃气涡轮发动机10的推力。这可为直接连接或通过齿轮箱或其他传动机构的间接连接。低压空气可也用于协助冷却燃气涡轮发动机10的构件。

燃气涡轮发动机10关于发动机轴线26轴对称，以便各种发动机构件绕其旋转。轴对称的高压轴24穿过涡轮发动机前端延伸到后端中，且由轴结构上的轴承轴接。高压轴24围绕燃气涡轮发动机10的发动机轴线26旋转。高压轴24可为中空的，以允许低压轴28在其中且独立于高压轴旋转而旋转。低压轴28也可围绕发动机的发动机轴线26旋转。在操作期间，轴24、28与连接到轴的其他结构(诸如涡轮20、21的转子组件)一起旋转，以便形成用于各种类型的操作的动力，包括但不限于动力和工业、海洋或航空使用领域。

现在参看图2，绘出了燃烧器16的分解等距组件。在分解组件中，外罩40在图的左下区域处示出。外罩40限定空气进入燃烧器圆顶42的入口和通路。多个外罩40可围绕发动机轴线26间隔。外罩40在形状上大体上为环形的，且可由各种材料形成，包括但不限于金属合金。燃烧器圆顶42在外罩40内，且燃烧空气行进穿过燃烧器圆顶42。在外罩40和燃烧器圆顶42附近，弹簧70从燃烧器圆顶42且靠着弹簧板80推。弹簧板80相对于外燃烧器衬套60的外衬套凸缘62(也称为外衬套密封表面)作用，以将外衬套凸缘62固定在弹簧板80与外衬套固持件84之间。弹簧70从燃烧器圆顶42沿轴向向后方向的方向作用。轴向力可为向前或向后的。

内燃烧器衬套64在外燃烧器衬套60的径向内侧。衬套60、64提供对燃烧过程的一些温度保护，且可允许将冷却空气引入燃烧室17(图3)中。内燃烧器衬套64具有内衬套凸缘66，弹簧76(图3)相对于该内衬套凸缘66作用，以将内燃烧器衬套64固持在合适的位置。与外衬套60一样，内衬套凸缘66限定内衬套密封表面。根据一些实施例，弹簧76可由多个弹簧77形成。弹簧77相对于内衬套固持件86作用，以沿向前的方向推内燃烧器衬套64。该分解组件将在以下的截面图中进一步描述。

现在参看图3，绘出了燃气涡轮发动机燃烧器16的侧截面。燃烧器16具有围绕发动机轴线26环形地延伸的入口端32和出口端34。入口端32沿轴向方向布置在出口端34的前方。将看到的是，燃烧器16还包括燃烧室17，燃烧室17由外燃烧器衬套60、内燃烧器衬套64和燃烧器圆顶42限定。燃烧器圆顶42示为在设计方面为单个环形的，以便单个周向排的燃料/空气混合器51设在形成于此种燃烧器圆顶42中的开口内，但备选地可使用多节段环形圆顶。根据在各种发动机操作状态下的燃烧器16的期望性能，燃料喷嘴(未示出)对燃料/空气混合器51提供燃料。还将理解的是，罩外部40可包括外罩，且内罩41位于燃烧室17的上游，以便将空气流引导到燃料/空气混合器51中。扩散器(未示出)从压缩机接收空气流，且将其提供至燃烧器16。

将认识到的是，外衬套和内衬套60、64可由陶瓷基质复合物(CMC)形成，其为具有高温能力和低延展性的非金属材料。一般来说，CMC材料包括陶瓷纤维，例如，碳化硅(SiC)，其形式由顺应性材料如氮化硼(BN)涂布。纤维被以陶瓷类型的基质涂布，其一个形式为碳化硅(SiC)。通常，衬套60、64由低延展性、具有高温能力的材料构造。CMC材料大体上具有小于或等于大约1%的室温拉伸延展性，这在本文中用于限定低拉伸延展性材料。更具体而言，CMC材料具有在大约0.4%到大约0.7%的范围中的室温拉伸延展性。用于此种衬层的示范复合材料包括碳化硅、硅、硅石或矾土基质材料，以及它们的组合。通常，陶瓷纤维埋入基质内，如氧化稳定增强纤维，包括如蓝宝石和碳化硅的单丝(例如，Textron的SCS-6)，以及包括碳化硅(例如，Nippon Carbon的NICALON®、Ube Industries的TYRANNO®，和Dow Corning的SYLRAMIC®)、硅酸铝(例如，Nextel的440和480)、和短切的晶须和纤维(例如，Nextel的440和SAFFIL®)、以及可选的陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y的氧化物及其组合)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)。在大约1000-1200华氏度的温度下，CMC材料通常具有在1.3x10^-6in/in/华氏度到大约3.5x10^-6in/in华氏度的范围中的热膨胀系数。

形成过程大体上伴随着使用多个预浸料坯层的CMC的制造，各自处于包括期望的陶瓷纤维增强材料、CMC基质材料的一个或更多个前体、和有机树脂粘合剂的“带”的形式。根据惯例，预浸料坯带可通过利用含有陶瓷前体和粘合剂的浆料浸渍增强材料来形成。用于前体的优选材料将取决于对CMC构件的陶瓷基质期望的特定成分，例如，SiC粉末和/或一种或更多种含碳材料(如果期望的基质材料为SiC)。显著的含碳材料包括炭黑、酚醛树脂、和呋喃树脂，包括糠醇(C₄H₃OCH₂OH)。其他典型的浆料成分包括促进预浸料坯带的柔韧性的有机粘合剂(例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB))，和促进浆料的流动性以允许浸渍纤维增强材料的用于粘合剂的溶剂(例如，甲苯和/或甲基异丁基酮(MIBK))。浆料还可包含一种或更多种颗粒填料，其旨在存在于CMC构件的陶瓷基质中，例如，在Si-SiC基质的情况中的硅和/或SiC粉末。

在允许浆料部分地干燥，且如果适合，部分地固化粘合剂(B级)之后，将所得的预浸料坯带与其他带叠布，且然后压实，且如果适合则固化，同时经历升高的压力和温度，以产生预形件。然后将预形件在真空或不活泼气氛中加热(焚烧)来分解粘合剂，移除溶剂，且将前体转变成期望的陶瓷基质材料。由于粘合剂的分解，结果为多孔CMC本体，其可经历熔渗(MI)来填充孔隙且产生CMC构件。用于以上过程的特定的处理技术和参数将取决于材料的特定成分。

CMC材料具有以下特征，其中沿平行于纤维长度的方向(“纤维方向”)的材料抗拉强度比沿垂直方向的抗拉强度强。该垂直方向可包括基质、层间、次级或三级纤维方向。各种物理性能也可能在纤维和基质方向之间不同。根据一些实施例，外衬套凸缘62和内衬套凸缘66的纤维可沿发动机径向方向延伸，以用于改善强度。

相反，燃烧器圆顶42、外罩40、和内罩41通常由金属制成，诸如，例如镍基超级合金(在大约1000-1200华氏度的温度下具有大约8.3-8.5x10^-6in/in华氏度的热膨胀系数)，或钴基超级合金(在大约1000-1200华氏度的温度下具有大约7.8-8.1x10^-6in/in/华氏度的热膨胀系数)。对流冷却空气可分别提供至外衬套和内衬套60、64的表面，且用于膜冷却的空气可提供至此种衬套的内表面和外表面。因此，衬套60和64由于用于它们的材料而更能够处理存在于燃烧室17中的极端温度环境，但将它们附接到用于燃烧器圆顶42和罩40、41的不同材料提出了另外的难题。在其他限制之中，金属成分不可焊接到外衬套和内衬套60、64的CMC材料。

对径向外燃烧器衬套60的前端、径向外罩40的后部，和燃烧器圆顶42的径向外部提供安装组件35，以便适应此种构件经历的变化的热生长。将认识到的是，图3中所示的安装布置在由外燃烧器衬套60、外罩40和燃烧器圆顶42的外部经历的任何热生长之前。然而，在操作期间，外燃烧器衬套60、外罩40和燃烧器圆顶42外部分别经历沿径向方向的热生长。因此，外罩40的后部和燃烧器圆顶42外部沿径向方向相对于发动机纵轴线26朝外燃烧器衬套60滑动或移动。根据本实施例，允许外燃烧器衬套60在此种生长下移动而不松开和允许振动，且从而进一步同时保持密封状态和阻止泄漏。

燃烧器16包括外罩40和燃烧器圆顶42，其中，外罩40也环形地延伸，且沿外罩40的径向内表面与燃烧器圆顶42连结。燃烧器圆顶42沿径向方向从外罩40向下悬垂，且由各种节段形成，以便将燃烧器圆顶42大体上定位在外燃烧器衬套60与内燃烧器衬套64之间。燃烧器圆顶42至少包括从外罩40悬垂的第一节段44。第二节段46从第一节段44悬垂，且在第三节段48成角度向下对角地转向且连结混合器板50的第三节段48下方的圆顶的混合器板部分之前沿向前方向轴向地转向，混合器板50向下延伸至圆顶42的具有多个节段52、54、56的下部。第一、第二和第三节段44、46、48形成为整体结构，但备选地可分开地形成且随后紧固、焊接、硬焊或以其他方式连接。

外燃烧器衬套60与外第一节段44相对，外燃烧器衬套60大体上沿轴向方向延伸且包括径向向上地延伸的外衬套凸缘62。外衬套凸缘62限定与第一节段44匹配的外衬套密封表面。外衬套凸缘62和燃烧器圆顶42的外第一节段44具有平行表面，其中，弹簧70可定位在其间，以相对于燃烧器圆顶42且朝外燃烧器衬套60沿轴向方向作用。

现在还参看图4，绘出了燃烧器圆顶42和外燃烧器衬套60的详细截面图。在第一节段44处，弹簧70定位成沿轴向方向加荷或偏压，从而沿轴向方向从外圆顶第一节段44推。弹簧70可采用各种形式，且例如可为波形弹簧，该波形弹簧具有多个峰部和谷部，该多个峰部和谷部大体上沿发动机轴向方向向前和向后延伸。弹簧70可作为单个节段或以多个节段的形式围绕发动机的发动机轴线26环形地延伸，从而相对于燃烧器圆顶42的第一节段44提供力。根据一些实施例，弹簧70可相对于外衬套凸缘62直接地作用。然而，如截面图中所示，弹簧70还可相对于弹簧板80作用。弹簧板80作用为阻止外衬套凸缘62上的过度磨损的耐磨板(wear plate)。弹簧板80可由环形地延伸的平面本体形成，或可由围绕发动机轴线26环形地延伸的两个或更多个节段形成。如本实施例中所示，弹簧板80构造为弹簧壳体，该弹簧壳体大体上为U形，包括第一、第二和第三侧81、82、83。然而，弹簧壳体可由有助于将弹簧70固持在合适位置的各种形状形成。

弹簧板80相对于外衬套固持件84轴向地对衬套60加荷。外衬套固持件84沿外罩40的径向内表面配置。通过相对于外衬套固持件84固定外衬套凸缘62，在衬套60与外衬套固持件84之间形成密封。密封为环形的，且大体上围绕发动机轴线26延伸。与外燃烧器衬套60相对，外衬套固持件84大体上为L形的，但例如可包括外衬套固持件唇部85，以将外衬套固持件84正确地定位在外罩40的端部处。然而，只要提供表面或其他密封结构来导致相对于衬套60或与衬套60的密封，则可使用各种形状。外衬套固持件84可由环形整体结构形成，或可由围绕燃气涡轮发动机10的发动机轴线26环形地延伸的两个或更多个节段形成。

本构造允许弹簧70相对于圆顶42作用，从而相对于外衬套固持件84对弹簧板80和外燃烧器衬套60施力，以便组件被夹持在合适的位置，且外燃烧器衬套60不可移动。通过以此种方式固定外燃烧器衬套60，弹簧70提供足以使外燃烧器衬套60靠着金属外衬套固持件84安置的轴向负载。在外罩40和燃烧器圆顶42膨胀时，安装组件35固持与圆顶和外衬套固持件84接合的外燃烧器衬套60，以在所有的发动机操作状态中形成和维持密封状态。该布置还阻止沿轴向方向的振动，其可导致过早的冲击磨损、瞬时泄漏、或发动机的不稳定操作。通过使用弹簧70，外衬套凸缘62靠着外衬套固持件84安置，且消除了外燃烧器衬套60与外衬套固持件84之间的振动。此外，消除了磨损、泄漏和不稳定燃烧器操作问题。

再次参看图2、图3且还有图5，其中，绘出了燃烧器16的内衬套组件的详细截面图。内燃烧器衬套64在燃烧器16的径向在内侧，内燃烧器衬套64包括内衬套凸缘66，其沿径向向内(向下)转向，且靠着燃烧器圆顶42的第三内节段56安置。在燃烧器16的该下侧上，混合器板50配置有从其悬垂的第一内节段52、相对于第一内节段52成角度延伸的第二内节段54、和大体上沿径向向内延伸的第三内节段56。内燃烧器衬套64和内衬套凸缘66靠着该第三内节段56安置，以允许内衬套凸缘66固定在内衬套固持件86与圆顶第三内节段56之间。这提供了内衬套固持件86与燃烧器圆顶42之间的密封。内衬套凸缘66可为平面的，且接合弹簧76或耐磨板90。如前文关于外燃烧器衬套60所述的，这也消除了与内衬套固持件86、燃烧器圆顶42和内燃烧器衬套64之间的材料热生长失配相关的问题。内组件包括弹簧76，以促进内衬套固持件86与内燃烧器衬套64之间的接合。此外，弹簧76和耐磨板90组合提供了与组件外燃烧器衬套60相反的沿从后到前的方向的轴向力，这也消除了冲击磨损、瞬时泄漏和燃烧器的不稳定操作状态。最终，这些组件进一步减少了排放，且提供了更好的持久性，这导致了更长的飞行中发动机时间，以及与发动机操作相关的更低检修成本。

内衬套固持件86可具有各种形式，且根据本实施例，具有下凸缘76和延伸到内衬套固持件唇部89的水平本体88，内衬套固持件唇部89为L形以固持弹簧76。根据本实施例，弹簧76在轴向维度上比弹簧70长，且可由具有多个峰部和谷部的一个或更多个弹簧77形成，该多个峰部和谷部在内衬套固持件86内围绕中心线发动机轴线26环形地延伸。由于多个这些弹簧77的使用，通过弹簧76相对于刚性的内衬套固持件86作用，故在耐磨板90上且相对于内衬套凸缘66引入轴向力。结果，阻止了内燃烧器衬套64的移动，且进一步阻止了泄漏，同时组件也抵抗衬套64的磨损。

根据这些实施例中的任一者，弹簧70、76沿轴向方向作用来将CMC衬套60、64固定在燃烧器圆顶42与衬套固持件84、86之间的位置。这两个实施例都阻止与CMC衬套60、64上的发动机振动相关的过早冲击磨损。负载必须足以使衬套60、64靠着固持件84、86或圆顶节段44、56安置。

参看图6，示出了弹簧70的等距视图。弹簧70为环形波形弹簧的形式。弹簧具有沿向前和向后的方向延伸的多个峰部71和谷部72。弹簧70可由抗蠕变合金形成，诸如作为非限制性实例WASPALOY、RENE 41或GTD222。弹簧相对于外衬套固持件84的密封表面偏压外燃烧器衬套60。

可使用各种备选设计。例如，弹簧70可由形成环形形状的节段替换。备选地，弹簧可由两个或更多个结构形成，它们不形成完整的环形形状，但提供轴向弹簧力。例如，多个v形或u形结构可形成在燃烧器圆顶42上，以相对于外衬套凸缘62对弹簧板施力。此外，例如，多个螺旋弹簧可围绕燃烧器圆顶42布置，以便提供轴向力。

参看图7，示出了弹簧77的等距视图。如前所述，弹簧77也为波形弹簧，其在内燃烧器衬套64上提供轴向力。本实施例可使用一个或更多个弹簧77来提供期望的弹簧力。与图6的实施例一样，弹簧77包括多个峰部和谷部，该多个峰部和谷部沿轴向方向延伸，以便相对于衬套64提供弹簧力。

如关于图6所述的，各种备选实施例可用于在衬套64上提供轴向力。例如，波形弹簧的节段可形成环形形状，而非单个结构。作为另一备选方案，弹簧力可由多个U形或V形结构提供，它们连接到内衬套固持件86，且直接地或者间接地接合内燃烧器衬套64。

在另一备选方案中，弹簧70、76可布置成沿与所示的那些相反的方向引导轴向力。此外，应当理解的是，尽管衬套60、64上的轴向力被描述和定向成沿相反的方向作用，但力可以备选地沿相同的方向布置。

根据本实施例，夹紧的衬套组件克服了已知的现有技术问题，其中材料差别由高温操作环境内的热膨胀加重。CMC燃烧器衬套由相对于燃烧器金属结构的弹簧力夹紧，以便在不同速率的热生长时，不允许衬套与燃烧器的其余结构之间的泄漏。弹簧力沿轴向方向作用，以维持衬套的安置，阻止与不同热生长速率、振动和不当密封相关的问题。

出于例示目的，已提出了结构和方法的以上描述。其不旨在为穷举的或将结构和方法限于所公开的精确形式和/或步骤，且显然，鉴于以上教导，许多修改和变型是可能的。在本文中所述的特征可以以任何组合方式来组合。在本文中所述的方法的步骤可以以实际上可能的任何顺序来执行。应当理解的是，尽管已经示出和描述了复合结构的某些形式，但其不限于此，且相反，将仅由其所附的权利要求限制。

尽管在本文中已描述和例示了多个创造性实施例，但本领域技术人员将容易构想出多种其他手段和/或结构，以执行功能并且/或者获得本文中所述的结果和/或一个或更多个优点，且此种变型和/或修改中的各个认为在本文中所述的实施例的范围内。更一般来说，本领域技术人员将容易认识到，本文中所述的所有参数、尺寸、材料和构造都意图为示范性的，且实际参数、尺寸、材料、和/或构造将取决于利用本创造性教导的一个或多个特定应用。本领域技术人员将认识到，或能够仅利用常规实验就确定本文中所述的特定创造性实施例的许多等同方案。因此，应理解的是，前述实施例仅是作为实例提出的，且在所附权利要求及其等同物的范围内，创造性实施例可与明确描述和提出的那样不同地实施。本公开的创造性实施例涉及本文中所述的各单独特征、系统、制品、材料、套件、和/或方法。此外，两个或更多个此种特征、系统、制品、材料、套件、和/或方法的任何组合在此种特征、系统、制品、材料、套件、和/或方法不相互矛盾的情况下包括在本公开的创造性范围内。

实例用于公开实施例，包括最佳实施方式，且还允许本领域技术人员实施设备和/或方法，包括制作和使用任何装置或系统，和执行任何合并的方法。这些实例不意图为穷举的，或将本公开限定于所公开的精确步骤和/或形式，且鉴于以上教导，许多修改和变型是可能的。本文中所述的特征可以以任何组合方式来组合。本文中所述的方法的步骤可以以实际上可能的任何顺序来执行。

本文中限定和使用的任何定义都应当理解为对照词典定义、通过引用并入的文献中的定义、和/或限定用语的普通含义。本文中在说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”和“一个”应当理解为意思是“至少一个”，除非不同地明确指出。本文中在说明书和权利要求中使用的短语“和/或”应当理解为指这样结合的元件中的“任一者或二者”，即，在一些情况中结合地存在而在其他情况中分离地存在的元件。

还应当理解的是，除非不同地明确指出，否则在包括多于一个步骤或动作的在本文中要求保护的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序不一定限于方法的步骤或动作的所阐述的顺序。

在权利要求以及在以上说明书中，所有的过渡短语如“包括”、“包含”、“承载”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由…构成(composed of)”等应理解为开放的，即，意思是包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册中所述的，仅过渡短语“由…构成(consisting of)”和“基本上由…构成(consisting essentially of)”应当分别是封闭或半封闭的过渡短语。

Claims (18)

1. 一种燃气涡轮发动机(10)的燃烧器衬套组件，包括：

圆顶(42)，其具有与发动机轴线(26)对准的中心轴线，所述圆顶布置在燃烧器(16)的入口端(32)处；

第一弹簧(70)，其配置在所述圆顶的径向在外位置处；

外衬套固持件(84)，其接合径向外罩(40)，且所述外衬套固件具有密封表面(91)，所述密封表面(91)配置在径向平面中以用于接收来自所述第一弹簧的轴向力；

陶瓷基质复合物外燃烧器衬套(60)，其具有靠着所述外衬套固持件安置的外衬套密封表面(62)，所述第一弹簧相对于所述外衬套固持件沿轴向方向对所述外衬套施力；

陶瓷基质复合物内燃烧器衬套(64)，其具有内衬套密封表面(66)且接合所述圆顶的径向在内表面(56)；

第二弹簧(76)，其接合所述内燃烧器衬套的所述径向地延伸的表面，所述第二弹簧沿轴向方向作用，以相对于所述圆顶固定所述内燃烧器衬套。

2. 根据权利要求1所述的燃烧器衬套组件，其中，所述第一弹簧为波形弹簧。

3. 根据权利要求2所述的燃烧器衬套组件，还包括配置在所述圆顶与所述外燃烧器衬套之间的第一弹簧板(80)。

4. 根据权利要求3所述的燃烧器衬套组件，其中，所述第一弹簧板形成弹簧壳体(81、82、83)。

5. 根据权利要求4所述的燃烧器衬套组件，所述第一弹簧收纳在所述弹簧壳体内且相对于所述圆顶作用。

6. 根据权利要求1所述的燃烧器衬套组件，还包括配置在所述圆顶的径向在内位置处的内衬套固持件(86)。

7. 根据权利要求6所述的燃烧器衬套组件，所述第二弹簧接合所述内衬套固持件和耐磨板(90)。

8. 根据权利要求7所述的燃烧器衬套组件，所述耐磨板接合所述内燃烧器衬套。

9. 根据权利要求8所述的燃烧器衬套组件，其中，所述第二弹簧为波形弹簧。

10. 根据权利要求1所述的燃烧器衬套组件，其中，所述外衬套密封表面径向地延伸。

11. 根据权利要求1所述的燃烧器衬套组件，其中，所述内衬套密封表面径向地延伸。

12. 根据权利要求6所述的燃烧器衬套组件，其中，所述圆顶、所述内燃烧器衬套和所述内衬套固持件在所述燃烧器的径向内位置处接合。

13. 根据权利要求1所述的燃烧器衬套组件，其中，所述外衬套被沿向前方向轴向地施力。

14. 根据权利要求13所述的燃烧器衬套组件，其中，所述内衬套被沿向后方向轴向地施力。

15. 根据权利要求1所述的燃烧器衬套组件，其中，所述罩和所述圆顶限定相交处，所述第一弹簧和所述弹簧板配置在该相交处。

16. 根据权利要求1所述的燃烧器衬套组件，其中，所述外衬套密封表面和所述第一弹簧板平行且为平面的。

17. 根据权利要求16所述的燃烧器衬套组件，其中，所述外衬套密封表面的纤维基本上沿径向方向延伸。

18. 根据权利要求17所述的燃烧器衬套组件，其中，所述外衬套密封表面沿基本上周向的方向延伸。