CN105715311A - 安装有支柱的陶瓷基复合材料喷嘴及其概念 - Google Patents

安装有支柱的陶瓷基复合材料喷嘴及其概念 Download PDF

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Abstract

提供了一种部分地由热膨胀系数低的材料形成的喷嘴组件。组件包括由热膨胀系数低的材料形成的喷嘴整流罩，并包括径向地延伸穿过喷嘴整流罩的金属支柱。负荷以两个方式中的任一个从喷嘴整流罩传递至静态结构：第一，支柱可以直接地接收负荷；和/或第二，负荷可以从喷嘴整流罩传递至内和外支撑环中的至少一个。而且，喷嘴整流罩和支柱可以允许用于内部空气流以用于冷却。

Description

安装有支柱的陶瓷基复合材料喷嘴及其概念
关于联邦政府资助的研究的声明
无。
技术领域
本实施例通常涉及复合材料喷嘴段组件。更具体地，本实施例涉及包括提供结构支撑的支柱的复合材料喷嘴段组件。
背景技术
燃气涡轮发动机包括涡轮机械核心，涡轮机械核心按照顺序流动的关系具有高压压缩机、燃烧器以及高压涡轮(“HPT”)。核心可按已知的方式运行，以生成主气流。高压涡轮包括将退出燃烧器的气体引导至旋转叶片或轮叶中的固定导叶或喷嘴的环形阵列(“行”)。一行喷嘴和一行叶片共同地组成“级”。典型地，按照顺序流动的关系使用两级或更多级。这些构件在极高的温度环境下运行，必须通过空气流而冷却，以确保足够的使用寿命。
HPT喷嘴往往配置为在限定穿过喷嘴的主流路的环形内带与外带之间延伸的翼型状导叶的阵列。
由于燃气涡轮发动机内的运行温度，期望的是，利用热膨胀系数低的材料。例如，为了在这样的剧烈的温度和压力条件下有效地运行，提出了复合材料，并且具体地，例如陶瓷基复合材料(CMC)。这些热膨胀系数低的材料具有比金属零件更高的耐热能力。发动机内的更高的运行温度导致更高的发动机效率。然而，这样的陶瓷基复合材料(CMC)具有在CMC的设计和应用的期间必须考虑的机械性质。在与金属材料相比时，CMC材料具有相对低的拉伸塑性或低的应变来失效。而且，CMC材料具有与用作CMC类型的材料的约束支架或吊架的金属合金显著地不同的热膨胀系数。因此，如果CMC构件在运行的期间在一个表面上受到约束且被冷却，则可能逐渐产生应力集中，导致段的故障。
人们已尝试由CMC材料形成的现有技术的喷嘴，获得有限的成功。这些喷嘴必须具有使受负荷控制的应力最小化的构造。人们已尝试承载作用于CMC喷嘴上的压力负荷，以在喷嘴的外带和内带处支撑。通常，在内带和外带的圆角处创建力矩，以实现该构造。这导致导叶和带的接口处的高应力，为CMC构件创建耐久性的挑战。
期望的是，改进已知的喷嘴组件，以便消除喷嘴与相关联的附件特征之间的接口处的力矩的创建。进一步期望的是，提供在限制零件上的负荷的同时，支撑CMC喷嘴的组件。进一步期望的是，允许不同的材料类型的零件之间的差热生长。
说明书的本背景部分中所包括的信息(包括本文中所引用的任何参考及其任何描述或讨论)仅出于技术参考的目的而被包括在内，并且不被认为是约束本发明的范围的主题。
发明内容
提供了一种喷嘴组件，该喷嘴组件部分地由热膨胀系数低的材料形成。组件包括由热膨胀系数低的材料形成的喷嘴整流罩，并包括径向地延伸穿过喷嘴整流罩的金属支柱。负荷以两个方式中的任一个从喷嘴整流罩传递至静态结构：第一，支柱可以直接地接收负荷；和/或第二，负荷可以从喷嘴整流罩传递至内和外支撑环中的至少一个。而且，喷嘴整流罩和支柱可以允许内部空气流以用于冷却。
根据一些实施例，喷嘴段组件包括：外支撑环和内支撑环；具有外带和内带的由热膨胀系数低的材料形成的喷嘴整流罩；喷嘴整流罩还具有在外带与内带之间延伸的导叶；在外支撑环与内支撑环之间延伸的金属支柱，支柱提供所述喷嘴整流罩与支柱或所述喷嘴整流罩与内和外支撑环中的至少一个的至少一对之间的负荷的传递，金属支柱延伸穿过喷嘴整流罩，并允许支柱穿过导叶的扩展。
本发明的第一技术方案提供了一种喷嘴段组件，包括：外支撑环和内支撑环；喷嘴整流罩，其具有外带和内带，由热膨胀系数低的材料形成；喷嘴整流罩还具有在外带与内带之间延伸的导叶；金属支柱，其在外支撑环与内支撑环之间延伸，支柱允许负荷在喷嘴整流罩与内和外支撑环中的至少一个或者喷嘴整流罩与支柱中的至少一对之间传递；金属支柱延伸穿过喷嘴整流罩，并允许支柱穿过导叶而扩展。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，外支撑环和内支撑环是360度环。
本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，外支撑环和内支撑环是弧形段。
本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，外支撑环和内支撑环中的至少一个由静态结构支撑。
本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，外支撑环和内支撑环中的至少一个以来自静态结构的悬臂布置支撑。
本发明的第六技术方案是在第四技术方案中，外支撑环和内支撑环中的至少一个在轴向端部处被支撑。
本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，金属支柱通过螺栓连接、滑动配合销连接、钩与搭叠件的连接以及整体连接而连接至内带和外带中的至少一个。
本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，还包括将轴向负荷或切向负荷中的至少一个从喷嘴整流罩传递至内支撑环和外支撑环中的至少一个。
本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，还包括通过从支柱延伸至导叶的腔内表面的垫而传递负荷。
本发明的第十技术方案是在第八技术方案中，还包括通过位于喷嘴整流罩上面或下面中的至少一个的表面而将负荷从喷嘴整流罩传递至金属支柱与内和外支撑环中的至少一个。
本发明的第十一技术方案是在第八技术方案中，还包括通过喷嘴整流罩与金属支柱、内和外支撑环中的至少一个之间的销接头而传递负荷。
本发明的第十二技术方案是在第一技术方案中，还包括控制喷嘴整流罩的径向位置。
本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，还包括在内和外带中的一个处的喷嘴整流罩与金属支柱之间、内支撑环与外支撑环之间的接口。
本发明的第十四技术方案是在第十二技术方案中，还包括销接头或位于内带和外带中的一个处。
本发明的第十五技术方案是在第一技术方案中，还包括穿过喷嘴组件的流路。
本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，流路还包括延伸穿过喷嘴整流罩的导叶的至少一个腔。
本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，流路还包括延伸穿过支柱并与喷嘴整流罩的腔流连通的至少一个腔。
本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，金属支柱具有多个冷却孔以用于在导叶的内部表面上的冲击空气。
本发明的第十九技术方案是在第十八技术方案中，喷嘴整流罩的导叶具有与流路流连通的多个冷却膜孔。
本发明的第二十技术方案是在第十八技术方案中，流路还与内带流连通。
所有的上文概述的特征将被理解为仅示范性的，并且可以从本文中的公开发现结构和方法的更多的特征和目标。因此，在未进一步阅读整个说明书、与概要一起被包括在内的权利要求书和附图的情况下，将不能理解对概要的限制的解释。
附图说明
通过参考结合附图而作出的以下的描述，这些实施例的上面提到的特征和优点及其他特征和优点以及获得这些特征和优点的方式将变得更显而易见，并且将更清楚地理解实施例，其中：
图1是示范性的燃气涡轮发动机的侧视截面图；
图2是由多个喷嘴段组件形成的示范性的喷嘴环的透视图；
图3是包括延伸穿过整流罩的支柱的喷嘴段组件的透视装配图；
图4是图3的喷嘴段组件的分解装配图；
图5是用于喷嘴段组件的各种安装选项的示意截面图；
图6是图3的喷嘴组件的部分截面图；
图7是喷嘴与凸耳的接头的第一截面图；
图8是喷嘴与销的接头的第二截面图；
图9是在图5的线9-9处截取的截面图；
图10是在图5的线10-10处截取的截面图；
图11是用于喷嘴段的备选的安装结构的透视图；
图12是密封盒的透视图；
图13是示范性的密封盒的截面图；
图14是示范性的支柱的透视图；
图15是图14的示范性的支柱的截面图；以及，
图16是用于喷嘴组件的备选的构造的横截面。
零件列表
零件编号 零件名称
10 燃气涡轮发动机
12 发动机入口端
13 核心推进器
14 压缩机
15 静态结构
16 燃烧器
18 涡扇
20 高压涡轮
21 低压涡轮
23 转子
24 轴
26 发动机轴线
28 轴
29 喷嘴环
30 喷嘴段组件
31 悬臂连接件
33 支架
40 内支撑环
41 第一部分
42 下表面
44 向上延伸的表面
45 第二部分
46 供给孔
47 腔
48 轴环
49 轴环
50 整流罩
52 内带
54 外带
56 导叶
57 后缘
58 冷却流路
59 膜孔
60 外支撑环
62 后端
64 前端
65 面
66 紧固孔口
68 流路
70 支柱
72 紧固孔
73 螺柱
74 凸缘
75 垫
76 密封盒接口
77 肩部
78 冷却路径
79 冷却孔
80 负荷承载垫
81 前缘
82 负荷承载垫
83 后缘
84 槽
85 主体
86 冷却孔
89 伸出部
130 喷嘴段组件
140 内支撑环
144 板
147 紧固孔口
150 喷嘴整流罩
152 内带
154 外带
155 凸耳
156 导叶
157 凸耳面
160 外支撑环
170 支柱
172 搭叠件
174 搭叠件缺口
176 搭叠件接头
180 肩部
182 第一部分
184 第二部分
255 销
具体实施方式
应理解，所描绘的实施例在应用中不限于在以下的描述中阐明或在附图中图示的构件的构造和布置的细节。所描绘的实施例能够是其他实施例并能够以各种方式实践或执行。经由解释而提供各示例，不限于所公开的实施例。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本公开的范围或精神的情况下，可以在本实施例中作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以再产生又一实施例。因此，由于这样的修改和变型属于所附权利要求及其等效物的范围内，因而旨在本公开涵盖这样的修改和变型。
在图1-16中描绘喷嘴段组件的实施例。喷嘴段组件利用热膨胀系数低的材料，诸如陶瓷基复合材料。组件还包括由备选的材料形成的支柱，诸如能够承载比热膨胀系数低的材料更高的负荷的金属材料。支柱承载穿过喷嘴段组件而到发动机支架硬件的负荷上。
而且，应理解，本文中所使用的词组和术语是出于描述的目的，不应当被认为是限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用旨在包含其后列出的项及其等效物以及另外的项。除非另有限制，否则本文中的用语“连接”、“联接”和“安装”及其变型广泛地使用，并且包含直接和间接连接、联接以及安装。另外，用语“连接”和“联接”及其变型不被约束于物理或机械连接或联接。
如本文中所使用的，用语“轴向的”或“轴向地”是指沿着发动机的纵轴线的尺寸。结合“轴向的”或“轴向地”来使用的用语“向前地”是指沿朝向发动机入口的方向移动，或与另一构件相比而相对地更接近发动机入口的构件。结合“轴向的”或“轴向地”来使用的用语“向后地”是指沿朝向发动机的后部的方向移动。
如本文中所使用的，术语“径向的”或“径向地”是指在发动机的中心纵轴与外发动机周缘之间延伸的尺寸。
所有的方向参考(例如，径向、轴向、近端、远端、上部、下部、向上、向下、左边、右边、横向、前面、后面、顶部、底部、上面、下面、竖直、水平、顺时针、逆时针)仅用于识别的目的，以帮助读者理解本发明，并且不创建限制，具体地关于位置、定向或本发明的使用的限制。连接参考(例如，附接、联接、连接以及连结)将被广义地解释，并且可以包括一批元件之间的中间部件和元件之间的相对移动，除非另有指示。因此，连接参考未必推断出两个元件直接地连接且彼此处于固定的关系。示范性的附图仅出于图示的目的，附图中反映出的尺寸、位置、顺序以及相对大小可能变化。
首先参考图1，示出燃气涡轮发动机10的示意侧视截面图。燃气涡轮发动机10的功能是从高压高温燃烧气体提取能量并将能量转化成用于作功的机械能。燃气涡轮发动机10具有发动机入口端12，在发动机入口端12中，空气进入核心推进器13，核心推进器13大体上由全都沿着发动机轴线26定位的压缩机14、燃烧器16以及多级高压涡轮20限定。共同地，核心推进器13在运行的期间提供推力或动力。燃气涡轮发动机10可以用于航空、发电、工业、船舶等。
在运行中，空气进入穿过燃气涡轮发动机10的发动机入口端12，并移动穿过增大空气压力的至少一个压缩级，并被引导至燃烧器16。使压缩空气与燃料混合而焚烧，从而提供热的燃烧气体，该热的燃烧气体朝向高压涡轮20退出燃烧器16。在高压涡轮20处，能量从热的燃烧气体提取，导致涡轮叶片的旋转，涡轮叶片的旋转进而导致轴24的旋转。轴24朝向燃气涡轮发动机10的前面传递，以取决于涡轮设计而使一个或更多个压缩机14级、涡扇18或入口风扇叶片的旋转继续。涡扇18通过轴28而连接至低压涡轮21并创建用于燃气涡轮发动机10的推力。也可以利用低压涡轮21来提取另外的能量和给附加的压缩机级提供动力。
现在参考图2，描绘喷嘴环29的透视图。喷嘴环29可以位于高压涡轮20和/或低压涡轮21(图1)内。喷嘴环29由一个或更多个喷嘴段组件30形成。喷嘴段组件30引导燃烧气体向下游穿过随后的一行转子叶片(未示出)，该行转子叶片从支撑转子23(图5)径向地向外延伸。喷嘴环29和限定喷嘴环29的多个喷嘴段组件30帮助通过转子23(图5)而提取能量。另外，可以在压缩机14中利用喷嘴，压缩机14可以是高压或低压压缩机中的任一个。喷嘴环29包括内带52、外带54以及延伸穿过喷嘴整流罩50的多个支柱70(图3)。内带52和外带54围绕发动机轴线26(图1)延伸360度，从而限定喷嘴环29。
喷嘴环29由多个喷嘴段组件30形成，各喷嘴段组件30包括内支撑环40、至少一个喷嘴整流罩50以及吊架或外支撑环60。延伸穿过至少一个喷嘴整流罩50的是支柱70(图3)。支柱70承载从喷嘴段组件30在内支撑环40处的径向地向内的一侧至外支撑环60处的径向地向外的一侧的负荷，其中负荷被传递至静态结构15且机械地支撑喷嘴整流罩50。支柱70可以以本文中所描述的包括螺栓连接、紧固、捕获以及这些方式的组合的各种方式连接至内支撑环40和外支撑环中的至少一个并整体地形成。
现在参考图3，描绘示范性的喷嘴段组件30的透视图。喷嘴段组件30示出为具有位于图的右侧的前端和朝向图的左侧的后端。喷嘴段组件30位于上游旋转涡轮叶片与下游旋转涡轮叶片之间。喷嘴段组件30从上游旋转涡轮叶片(未示出)接收燃烧气流。通过喷嘴段组件30而使燃烧气流转向，以便增大下游涡轮叶片(未示出)处的输出功。
起始于喷嘴段组件30的下端，内支撑环40周向地延伸，从而限定喷嘴段组件30的一部分。内支撑环40还轴向地延伸，从而限定喷嘴段组件30的段的下端。内支撑环40包括周向地且轴向地延伸的最底下的表面42和径向地向上地延伸的表面44，在表面44中设置有多个冷却孔。天使之翼(angelwings)可以在内支撑环40的前端和后端处延伸。
设置在内支撑环40上的是至少一个整流罩50。整流罩50可以是通常被称为“单叶”的单导叶类型或可以是通常被称为“双叶”的双导叶类型。这些只不过是示范性的，因为可以在喷嘴段组件30中利用另外的数量的导叶。整流罩50包括内带52、外带54以及在内带52与外带54之间延伸的至少一个导叶56。内带52的上表面为燃烧气体提供一个流动表面。外带54的下表面为燃烧气体提供相对的流动表面。这些表面限定穿过喷嘴段组件30的燃烧气体流的边界，其中导叶56在这些表面之间延伸。
设置在整流罩50上的是外支撑环60，外支撑环60将喷嘴段组件30连接至静态结构15。外支撑环60还在前端64与后端62之间周向地且轴向地延伸。外支撑环60还在外支撑环60与内支撑环40之间的支柱70上捕获整流罩50。支柱70紧固至外支撑环60并连接至内支撑环40，以传递负荷穿过喷嘴段组件30。整流罩50定位成浮置于支柱70上，并且，在外支撑环60与内支撑环40之间被捕获。
现在参考图4，描绘喷嘴段组件30的分解透视图。内支撑环40包括径向下表面42和从下表面42的前端延伸的径向地向外延伸的上表面44。穿过上表面44而设置的是多个转子吹扫供给孔46，转子吹扫供给孔46接收穿过喷嘴段组件30的冷却空气，并且穿过内支撑环40而送出。供给孔46与定位在内支撑环40的向内的表面42上的圆形轴环48、49流连通。供给孔46允许空气沿圆周方向或轴向方向中的任一个或两者退出内支撑环40。轴环48、49接收支柱70，提供与内支撑环40的接合，并且根据一个实施例，轴环48、49可以通过在内支撑环40中捕获支柱70的滑动配合销连接而紧固。第二部分45(图12)定位在轴环48、49的上缘与上表面44之间，从而在轴环48、49与转子吹扫供给孔46之间创建流腔(flowcavity)。正如本领域技术人员所知，内支撑环40的下表面42可以包括蜂窝层。
定位在内支撑环40上的是整流罩50，整流罩50包括内带52、外带54以及导叶56。导叶56的内部至少部分地是空心的，限定了冷却流路58。导叶56可以包括沿着导叶的外表面的多个膜孔59，从而为导叶56提供冷却。例如，导叶56可以包括沿着后缘57的多个膜孔59，以便使导叶56的可能形成热点的区域冷却。导叶56的其他位置还可以包括冷却膜孔，以便为导叶56提供期望的运行温度。
冷却流路58还包括将支柱70接收在其中的第二功能。在装配时，支柱70向下地延伸穿过外带54、内带52中的导叶56，使得支柱70的下端接合内支撑环40。根据本实施例，支柱70定位在轴环48、49内，并且可以以包括但不限于滑动配合销连接的各种方式连接。而且，虽然示出单个支柱70，但还可以通过导叶56中的每一个而利用另外的支柱。因而，在喷嘴段组件30示出带有具有两个导叶56的整流罩50的示范性的实施例中，将在本示范性的实施例中利用两个支柱70。
外支撑环60定位在上带54的径向地向外的一侧。外支撑环60包括多个紧固孔口66和冷却流路68。备选地，紧固孔口66能够从凸缘74延伸，并且通过螺母或类似的紧固件而紧固在外支撑环60处。
整流罩50的冷却流路58与外支撑环60的流路68流连通。冷却空气能够移动穿过外支撑环60并向下地移动穿过支柱70，以使导叶56冷却，再进一步径向地向内地移动至内支撑环40。
支柱70向下定位穿过整流罩50，并在该位置处被外支撑环60和内支撑环40捕获。多个紧固孔口66与设置在支柱70的凸缘74中的紧固孔72对准，以连接这些结构。凸缘74定位在支柱70的上端处，并且密封盒接口76位于支柱70的下端处。紧固件(未示出)可以延伸穿过外支撑环60和凸缘74。支柱70在凸缘74与密封盒接口76之间延伸，成形为与流路58的形状匹配。在示范性的实施例中，支柱70成形为具有翼型状剖面，以在类似地成形的冷却流路58内配合。然而，可以利用各种备选的形状。处于支柱70的后缘处的是与冷却路径78流连通的多个冷却孔79。冷却路径78接收穿过冷却流路68处的外支撑环60的流，该流进入支柱70并经过冷却孔79或继续向下地前进至密封盒接口76以用于通过内支撑环40而分散。另外，支柱70可以包括给导叶56提供冷却空气的冷却孔86。本领域技术人员将理解，在装配时，至少流路58、68、78和轴环48、49还限定穿过喷嘴组件30的腔，该腔允许冷却空气移动穿过。
支柱70还包括位于上端附近并位于凸缘74下方的多个负荷承载垫80。负荷承载垫80主要地位于支柱70的与导叶56的压力侧相对应的一侧。类似地，负荷承载垫82位于密封盒接口76上的下端处。垫80、82将整流罩50适当地定位至支柱70。在运行的期间，导叶的压力侧在整流罩50上创建横向和切向负荷，并且垫80、82将负荷传递至支柱70，由此限制CMC整流罩结构50上的负荷施加。垫80、82在限制传递至整流罩50的切向负荷的同时，提供接合支柱70和整流罩50的方式。备选地规定，喷嘴段组件30允许负荷以整流罩50上的最小的应力穿过支柱70而传递。在该喷嘴段组件30中，整流罩50可以径向地沿着内支撑环40与外支撑环60之间的支柱70浮置。尽管整流罩50和支柱70的材料不同，零件还是可以在不损伤整流罩50的情况下以不同的速率扩展。
支柱70是金属的并且可以是铸造的、机器加工的或两者的一些组合。支柱70由比整流罩50更牢固的材料形成。喷嘴段组件30的剩余的部分可以由包括但不限于CMC的一些热膨胀系数低的材料形成。
现在参考图5，出于描述的目的，以示意连接描绘示范性的喷嘴段组件30的侧视截面图。喷嘴段组件30可以连接至燃气涡轮发动机10的静态结构15，例如发动机外壳。喷嘴段组件30可以以悬臂式方式安装或备选地从外支撑环60悬挂。例如，悬臂式连接件31可以在各喷嘴段组件30的轴向前端或轴向后端中的一个处的上端。更进一步，如在所描绘的配置中，喷嘴段组件30可以从下安装件或上安装件以悬臂式伸出。如本文中所使用的，用语“悬臂式”意指沿径向或轴向方向在一端处被支撑。因此，内支撑环可以从外支撑环以悬臂式伸出。备选地，外支撑环可以从内支撑环以悬臂式伸出。这还可以包括单独地或组合地在一个或两个轴向端部处支撑。而且，两个支撑环都可以被支撑，使得两者都不以悬臂式伸出。
备选地，喷嘴段组件30可以在支架33的前端和后端两者处被支撑于外支撑环60处。更进一步，静态结构15可以位于喷嘴段组件30的径向地向内的一端处，例如位于内支撑环40(图3)附近，以便在径向地向内的位置处提供支撑。在这些布置中，喷嘴段组件30从例如发动机外壳的静态结构15被支撑，静态结构15是喷嘴段组件30的径向地向外的部分。备选地，或另外，静态结构15可以延伸至喷嘴段组件30的径向地向内的位置。另外，如可以从所描绘的示意连接发现的，喷嘴段组件30可以支撑轴向负荷。转子23可以位于喷嘴段组件30的径向地向内的位置。
实施例还描绘轴向负荷从喷嘴导叶50穿过内支撑环40和外支撑环60的传递。位于喷嘴整流罩50的下端和上端附近的是螺柱51、53。在内支撑环40和外支撑环60处，螺柱51、53定位成接合并允许轴向负荷的传递。在描绘中，由于诸如外支撑环60处的表面与螺柱53的完全径向的接合，因而轴向负荷传递可以大体上是沿从左到右的方向。另外，或备选地，如通过螺柱51、53与内支撑环40的壁或凸缘的成角度的接合表面所示出的，轴向负荷传递也可以相对于轴向方向而稍成角度。
仍然参考图5，截面图还描绘了在图9中示出的截面线9-9。而且，截面图描绘了在图10中示出的截面线10-10。这些截面穿过喷嘴段组件30而截取，以用于分别以与径向方向成一角度和沿径向方向观察，并且将在本文中进一步讨论。
现在参考图6，示出喷嘴段组件30的部分地截面的透视图。截面图描绘外支撑环60与内支撑环40之间的CMC整流罩50和金属支柱70的构造和捕获。所利用的本实施例是延伸穿过外支撑环60并接合支柱70的凸缘74的紧固件。密封盒接口76延伸至轴环49中，以在内支撑环40与外支撑环60之间的位置处捕获支柱70。如在截面图中所示出的，这还提供流路，该流路用于在冷却流路68之间穿过支柱70并进入腔47的连通，以供给转子吹扫供给孔46的供给孔。
如同样地示出的，移动穿过支柱70和冷却路径68的冷却空气可以向外经过利用来使导叶56冷却的多个冷却孔79、86(图4)。导叶56是至少部分地空心的，以将支柱70定位在其中，并允许冷却空气沿着导叶的内部移动至沿着导叶定位的冷却膜孔。
图6还描绘在支柱70与密封盒或内环40之间的一个或更多个位置处CMC整流罩50的捕获或夹入。支柱70包括肩部77，肩部77接合从整流罩50延伸的伸出部89。这提供径向外边界。在肩部77的径向下面，喷嘴整流罩50也可以被内支撑环40捕获。以该方式，支柱70和内支撑环40在适当的位置处捕获喷嘴整流罩50。可以在支柱70与整流罩50之间的接合的各种位置处利用该捕获或夹入，以将组件锁定在一起和/或将负荷从喷嘴整流罩50传递至支柱70。
现在参考图7，在喷嘴段组件30的外部位置处描绘轴向示意截面图。外支撑环60或它的一些延伸部可以包括沿轴向方向延伸的面65和切向地延伸的面。邻近于面65的是凸耳155，凸耳155可以从例如发动机外壳的静态结构15延伸或连接至静态结构15，并且可以具有对应的凸耳面157，凸耳面157与面65相对。由于凸耳155是固定的，因而凸耳155起逆时针特征的作用，并且在运行的期间对由整流罩50创建的切向负荷起作用。这允许切向负荷从喷嘴整流罩至外支撑环60的传递。
凸耳155可以由多个横截面形状形成。如所描绘的，形状大体示出为基本正方形的横截面。然而，可以使用具有基本平行于面65以用于在运行期间接合的凸耳面157的其他形状。备选地，凸耳面157可以由从静态结构15延伸或连接至这样的静态结构15以便支撑整流罩喷嘴段组件30的切向负荷的变化的形状形成。
现在参考图8，提供用于喷嘴段组件30的备选的连接件的轴向示意图。先前的实施例适应切向负荷，而图8的本实施例为切向或径向负荷的任一个或两者而提供。在本实施例中，示出内支撑环40的轴向视图。该连接件提供延伸穿过内支撑环40的销255，并且沿大体上轴向的方向或以与轴向方向成一角度延伸。该连接件用于至少两个目的。第一，销255支撑内支撑环40的径向负荷。另外，销255连接件也可以支撑内支撑环40的切向负荷。关于图7和图8的实施例两者，支柱70和连接件规定负荷可以在喷嘴整流罩50上面或下面传递至外支撑环60和下支撑环40的任一个或两者。
销255的形状示出为圆形，然而可以利用其他形状。类似地，内支撑环40内的接收孔口可以是与销255的形状匹配的一些对应的形状，以传输或支撑径向或切向负荷中的任一个或两者。更进一步，本领域技术人员应当认识到，图7和图8的实施例可以用于内支撑环40或外支撑环60中。
现在参考图9，示出支柱70的截面图，如图5中所示出的，截面线穿过多个负荷承载垫80。在该视图中，负荷承载垫80示出为接合整流罩50的冷却流路58的内部表面。通过这些负荷承载垫80，整流罩50上的负荷传输至支柱70。具体地，当整流罩50遇到空气流并沿切向方向接收压力负荷时，整流罩50能够将该负荷穿过负荷承载垫80而传输至支柱70。类似地，来自支柱70的负荷可通过凸缘74(图14)上的负荷垫75(图14)而传输至外支撑环60。
参考图10，如图5中所示出的，在负荷承载垫82处对支柱70截取的截面图。根据图10的截面图，视图示出为往下看支柱70。如在先前的图中，示出内带52用于参考。负荷承载垫82示出为从支柱70的下端延伸，以便于接合整流罩50的下端，更具体地，冷却流路58的内侧表面。
现在参考图11，备选的喷嘴段组件130的透视图设有另外的实施例以用于安装喷嘴段组件130。喷嘴整流罩150包括导叶156的径向端部处的内带152和外带154。支柱170延伸至导叶156中，并包括外带154的轴向端部处的至少一个搭叠件172。搭叠件172沿圆周方向比外带154的长度更长。搭叠件172的一端包括搭叠件缺口174，搭叠件缺口174接收邻近的搭叠件172的圆周端部。该缺口174和搭叠件172提供搭叠件接头176。在本实施例中，搭叠件接头176位于外带154的后端处。然而，搭叠件接头176可以备选地移动至外带154的前端或中间位置。而且，搭叠件172和搭叠件接头176可以另外或备选地沿着内带152使用。
在喷嘴段组件130的前端处的是L状肩部180。肩部180由第一部分182和第二部分184限定，第一部分182从外带154延伸。肩部180与搭叠件172一起受静态结构15(图5)支撑。肩部180和搭叠件172还连接至支柱170，使得通过静态结构15(图5)并穿过支柱170而提供对各喷嘴段组件130的支撑。
现在参考图12，描绘示范性的内支撑环40的透视图。内支撑环40可以形成为单个结构或可以由两个或更多个件或结构形成。本实施例利用包括下表面42和径向地延伸的表面44的第一部分41和插入第一部分41中的第二部分45。第二部分45可以压入配合、蒸煮(braised)或紧固至第一部分41中。第二部分45可以备选地与第一部分41整体地形成。第二部分45为在轴环48、49与转子吹扫供给孔46之间的冷却空气提供流腔。
现在参考图13，描绘内支撑环40的侧视截面图。在实施例中，穿过轴环49而切出截面。在所描绘的实施例中，轴环49示出为圆形，然而，可以利用备选的形状来接收支柱70的下密封盒接口76。冷却空气从支柱70进入内支撑环40，并且沿轴向地向前的方向移动至与转子吹扫供给孔46流连通的腔47。
轴环49提供用于捕获支柱70并抑制支柱70的圆周移动和支柱70的轴向移动的下支架。轴环49包括紧固孔口147，紧固件可以穿过紧固孔口147而定位并进一步接合支柱70，从而一旦放置在轴环49内，就在适当的位置捕获支柱70。这抑制支柱70相对于内支撑环40的径向运动。可以进一步由外支撑环60限制径向运动。
现在参考图14，示出支柱70的透视图。在支柱70的顶部，凸缘74定位，并且包括与设置在外支撑环60中的图形匹配的多个紧固孔72。在带有紧固孔72的匹配的图形的情况下，凸缘74螺栓连接至外支撑环60，从而提供支柱70的上定位限制，而内支撑环40提供下限制。凸缘74还包括用于穿过喷嘴段组件30的冷却空气的冷却流路78。凸缘74还可以包括围绕周缘的多个垫75，以从整流罩50的上带传输负荷或将负荷传输至外支撑环60。
位于凸缘74下方的是多个负荷承载垫80，负荷承载垫80主要地位于与导叶56(图4)的压力侧相对应的位置，然而这只不过是示范性的，垫可以位于除了与压力侧相对应以外的各种位置。在运行期间，导叶56的压力侧创建沿燃气涡轮发动机10的圆周方向推动导叶56和整流罩50的力。负荷承载垫80接收该负荷，并且将负荷传输至支柱70，使得整流罩50不被损伤。虽然在导叶56的压力侧示出两个负荷承载垫80，但另外的负荷承载垫80可以位于例如与导叶56的前缘81相对应的位置，在该位置处，高压燃烧气体接合导叶56和整流罩50。
支柱70的内部是至少部分地空心的，从而在其中提供流路78。根据一个流路，冷却空气可以接合用于导叶56的冷却的冷却孔86。这些冷却孔86可以是位于导叶56中的各种位置处的供给膜孔。根据第二流路，以虚线示出的空气向下地移动穿过支柱70，并穿过密封盒接口76而移出，以便于提供进入密封盒腔47(图12)中并穿过供给孔46(图12)的转子吹扫空气。
还在支柱70的下端处示出负荷承载垫82，负荷承载垫82如前所述地接收来自导叶56的负荷，并且将力负荷传输至支柱70，支柱70为喷嘴段组件30提供改进的负荷处理。
沿着支柱70的右手边向下地延伸的是主体85，主体85具有前缘81和后缘83。后缘83包括使导叶56的后缘83冷却的多个冷却孔79。因此，支柱70的内部提供与位于后缘83处的冷却孔79和密封盒接口76的流路连通，以用于冷却内支撑环40。应当理解，虽然冷却孔79示出在一个位置处，但支柱70的另外的位置可以包括其他这样的冷却孔。而且，冷却孔86可以以备选的图形和配置布置，并且不应当限制于所示出的具体的图形。
作为备选方案，或除了紧固孔72之外，一个或更多个螺柱73可以从支柱70的上表面延伸。螺柱73可以将支柱70相对于外支撑环60(图4)或诸如发动机外壳或其他固定结构的静态结构15(图5)而定位。螺柱73还可以用于传递一些圆周或切向负荷。
现在参考图15，描绘支柱70的侧视截面图。在上端处示出凸缘74，并且紧固孔72中的一个描绘为带有穿过第二孔口。虽然支柱70的内部描绘为基本开放的，但备选的实施例可以包括用于将冷却空气流引导至期望的位置的壁。如前面所提到的，在支柱的不同的位置处提供冷却属于本公开的范围内，并且所描绘的实施例仅仅是示范性的。
参考图16，示出喷嘴段组件130的备选的实施例，其中，内支撑环140和外支撑环160延伸360度，而不是如先前的实施例中那样由段形成。喷嘴段组件130包括外支撑环160，外支撑环160在内支撑环140上面的适当位置处捕获支柱170和喷嘴整流罩150。本实施例利用比先前的实施例沿着轴向方向更弯曲的内带152和外带154。另外，本段的整流罩150包括单个导叶156。因而，应当理解，取决于将安装喷嘴段组件的区域中的燃气涡轮发动机10的构件，以及取决于针对燃气涡轮发动机10内的条件的设计参数，喷嘴段组件30、130可能在圆周长度上变化，并且可能在轴向长度和形状上变化。例如，喷嘴段组件30、130可能具有预选的分段的长度或可能形成完整的环。
出于图示的目的而提出了本发明的若干实施例的前面的描述。不旨在为详尽的或将本发明限于所公开的精确的步骤和/或形式，并且显然地，鉴于上文的教导，许多修改和变型是可能的。旨在本发明的范围和所有的等效物由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种喷嘴段组件，包括：
外支撑环和内支撑环；
喷嘴整流罩，其具有外带和内带，由热膨胀系数低的材料形成；
所述喷嘴整流罩还具有在所述外带与所述内带之间延伸的导叶；
金属支柱，其在所述外支撑环与所述内支撑环之间延伸，所述支柱允许负荷在所述喷嘴整流罩与内和外支撑环中的至少一个或者所述喷嘴整流罩与所述支柱中的至少一对之间传递；
所述金属支柱延伸穿过所述喷嘴整流罩，并允许所述支柱穿过所述导叶而扩展。
2.根据权利要求1所述的喷嘴段组件，其特征在于，所述外支撑环和所述内支撑环是360度环。
3.根据权利要求1所述的喷嘴段组件，其特征在于，所述外支撑环和所述内支撑环是弧形段。
4.根据权利要求1所述的喷嘴段组件，其特征在于，所述外支撑环和所述内支撑环中的至少一个由静态结构支撑。
5.根据权利要求4所述的喷嘴段组件，其特征在于，所述外支撑环和所述内支撑环中的所述至少一个以来自所述静态结构的悬臂布置支撑。
6.根据权利要求4所述的喷嘴段组件，其特征在于，所述外支撑环和所述内支撑环中的至少一个在轴向端部处被支撑。
7.根据权利要求1所述的喷嘴段组件，其特征在于，所述金属支柱通过螺栓连接、滑动配合销连接、钩与搭叠件的连接以及整体连接而连接至所述内带和所述外带中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的喷嘴段组件，其特征在于，还包括将轴向负荷或切向负荷中的至少一个从所述喷嘴整流罩传递至所述内支撑环和外支撑环中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的喷嘴段组件，其特征在于，还包括通过从所述支柱延伸至所述导叶的腔内表面的垫而传递所述负荷。
10.根据权利要求8所述的喷嘴段组件，其特征在于，还包括通过位于所述喷嘴整流罩上面或下面中的至少一个的表面而将负荷从所述喷嘴整流罩传递至所述金属支柱与所述内和外支撑环中的至少一个。
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