CN106437883A - 用于支承涡轮护罩的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

在一方面，本主题针对一种用于支承涡轮护罩(104)的系统。系统包括至少部分地限定第一活塞套筒(118)的护罩支承件(102)，以及具有设置在第一活塞套筒(118)内的第一活塞头(120)和联接于第一活塞头(120)的第二活塞头(120)的活塞组件(110)。第一活塞头(120)与第一活塞套筒(118)的内表面(114,116)可滑动地接合。第二活塞头(122)与第二活塞套筒(128)的内表面(126)可滑动地接合。系统还包括涡轮护罩(104)，其固定地连接于活塞组件(110)，并且从护罩支承件(102)径向向内延伸。活塞组件(110)响应于施加于涡轮护罩(104)的热侧表面(106)的径向力的变化来提供涡轮护罩(104)的径向向内和径向向外的移动。

Description

用于支承涡轮护罩的系统及方法
技术领域
本主题大体上涉及一种燃气涡轮发动机。更具体而言，本主题涉及一种用于支承燃气涡轮发动机的涡轮护罩的系统及方法。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括以串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气进入压缩机区段的入口，其中一个或更多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到其到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合并且焚烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送穿过限定在涡轮区段内的热气体路径，并且接着经由排气区段从涡轮区段排出。
在特定构造中，涡轮区段包括以串流顺序的高压(HP)涡轮和低压(LP)涡轮。HP涡轮和LP涡轮均包括各种可旋转涡轮构件如成排的涡轮转子叶片和转子盘，以及各种静止涡轮构件如成排的定子导叶或喷嘴和涡轮护罩。可旋转和静止的涡轮构件至少部分地限定穿过涡轮区段的热气体路径。
各个涡轮护罩形成围绕或外接对应的成排涡轮转子叶片的环。径向间隙限定在成排的涡轮转子叶片的叶片末端与涡轮护罩中的各个的热侧表面之间。间隙大体上尺寸确定为避免叶片末端相对于热侧表面的摩擦，同时减少或防止流过穿过间隙的热气体路径的燃烧气体的泄漏，由此改进燃气涡轮发动机的总效率。
叶片末端相对于涡轮护罩的摩擦可由各种因素引起。例如，摩擦可由流过热气体路径的燃烧气体的压力脉冲，和/或由启动或燃气涡轮发动机的操作模式之间的过渡期间的涡轮区段内的热瞬变引起。叶片撞击可潜在地影响涡轮转子叶片的机械寿命，并且/或者潜在地导致穿过径向间隙的燃烧气体的不合乎需要的泄漏。
常规地，涡轮护罩刚性地安装于燃气涡轮发动机的涡轮的静止结构或部分，并且在操作期间径向地固定就位。因此，当涡轮转子叶片撞击或摩擦热侧表面时，涡轮护罩并未径向地移动，因此潜在地导致涡轮转子叶片的弯曲和/或对涡轮护罩的损坏。因此，用于安装或支承涡轮护罩的系统将是本技术中受欢迎的，其允许涡轮护罩在叶片摩擦或撞击事件期间的径向移动，因此防止或减少对涡轮转子叶片和/或涡轮护罩中的至少一个的损坏。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。
在一个方面，本主题针对一种用于支承涡轮护罩的系统。系统包括至少部分地限定第一活塞套筒的护罩支承件，以及具有设置在第一活塞套筒内的第一活塞头和联接于第一活塞头的第二活塞头的活塞组件。第一活塞头与第一活塞套筒的内表面可滑动地接合。第二活塞头与第二活塞套筒的内表面可滑动地接合。系统还包括涡轮护罩，其固定地连接于活塞组件，并且从护罩支承件径向向内延伸。活塞组件响应于施加于涡轮护罩的热侧表面的径向力的变化来提供涡轮护罩的径向向内和径向向外的移动。
本主题的另一个方面针对一种用于支承涡轮护罩的系统。系统包括护罩支承件和活塞组件。活塞组件包括固定地连接于护罩支承件的内表面的第一活塞头，以及联接于第一活塞头的第二活塞头。第二活塞头与延伸穿过外壳的活塞套筒的内表面可滑动地接合。系统还包括涡轮护罩，其固定地连接于活塞组件，并且从护罩支承件径向向内延伸。活塞组件响应于施加于涡轮护罩的热侧表面的径向力的变化来提供涡轮护罩的移动。
本公开的一个实施例提供了一种用于支承固定地连接于活塞组件的涡轮护罩的方法，其中活塞组件包括连接于涡轮护罩并且设置在第一压力室内的第一活塞头，以及连结于第一活塞头并且设置在压力室与第二压力室之间的第二活塞头，并且其中涡轮护罩的热侧指向涡轮的热气体路径。该方法包括使第一压力室以第一加压介质加压，以便相对于第一活塞头的后侧提供第一径向力，以及使第二压力室以第二加压介质加压，以便相对于第二活塞头提供第二径向力。当第一径向力和第二径向力的和大致等于施加于涡轮护罩的热侧表面的径向向外的力时，涡轮护罩由活塞组件保持在第一位置。当第一径向力和第二径向力的和小于施加于涡轮护罩的热侧表面的径向向外的力时，涡轮护罩移动至第二位置。
技术方案1. 一种用于支承涡轮护罩的系统，所述系统包括：
护罩支承件，所述护罩支承件至少部分地限定其中的第一活塞套筒；
活塞组件，其具有设置在所述第一活塞套筒内的第一活塞头和联接于所述第一活塞头的第二活塞头，其中所述第一活塞头与所述第一活塞套筒的内表面可滑动地接合，其中所述第二活塞头与第二活塞套筒的内表面可滑动地接合；以及
涡轮护罩，其固定地连接于所述活塞组件并且从所述护罩支承件径向向内延伸，其中所述活塞组件响应于施加于所述涡轮护罩的热侧表面的径向向外的力提供所述活塞护罩的径向向内和径向向外的移动。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，第一压力室在所述第一活塞头与所述第二活塞头之间至少部分地限定在所述护罩支承件内，其中所述第一压力室在第一压力下加压以在所述第一活塞头的后侧表面上提供第一径向力。
技术方案3. 根据技术方案2所述的系统，其特征在于，所述第二活塞套筒的第二端部开启，并且与加压介质供应源流体连通，其中所述加压介质供应源在第二压力下加压以在所述第二活塞头上提供第二径向力。
技术方案4. 根据技术方案3所述的系统，其特征在于，当所述径向向外的力由流过所述涡轮护罩的所述热侧表面的燃烧气体提供时，所述第一径向力和所述第二径向力的和大致等于施加于所述涡轮护罩的所述热侧表面的所述径向力。
技术方案5. 根据技术方案3所述的系统，其特征在于，当所述径向向外的力由涡轮转子叶片末端提供时，所述第一径向力和所述第二径向力的和小于施加于所述涡轮护罩的所述热侧表面的所述径向力。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述第二活塞套筒延伸穿过所述护罩支承件的径向外壁部分，其中所述第二活塞套筒与加压介质供应源流体连通。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述第二活塞套筒径向地延伸穿过包绕所述护罩支承件的外壳，其中所述第二活塞套筒与加压介质供应源流体连通。
技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述第一活塞头包括至少一个孔口，其中所述孔口朝所述涡轮护罩的后侧表面提供穿过所述第一活塞头的流体流。
技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，所述护罩支承件限定所述第一活塞头与所述护罩支承件的中间壁部分之间的第一压力室，以及限定在所述中间壁与所述护罩支承件的径向外壁部分之间的第二压力室，其中所述第二活塞套筒径向地延伸穿过所述中间壁，并且通向所述第二压力室。
技术方案10. 根据技术方案1所述的系统，其特征在于，横跨所述第二活塞头的径向压力△与横跨所述涡轮护罩的径向压力△相同。
技术方案11. 一种用于支承涡轮护罩的系统，所述系统包括：
护罩支承件；
活塞组件，其具有固定地连接于所述护罩支承件的内表面的第一活塞头，以及联接于所述第一活塞头的第二活塞头，其中所述第二活塞头与延伸穿过外壳的活塞套筒的内表面可滑动地接合；以及
涡轮护罩，其固定地连接于所述活塞组件并且从所述护罩支承件径向向内延伸，其中所述活塞组件响应于施加于所述涡轮护罩的热侧表面的径向向外的力的变化提供所述涡轮护罩的移动。
技术方案12. 根据技术方案11所述的系统，其特征在于，横跨所述第二活塞头的径向压力△与横跨所述涡轮护罩的径向压力△大致相同。
技术方案13. 根据技术方案11所述的系统，其特征在于，第一压力室在所述第一活塞头与所述第二活塞头之间至少部分地限定在所述护罩支承件内，其中所述第一压力室在第一压力下加压以在所述第一活塞头的后侧表面上提供第一径向力。
技术方案14. 根据技术方案13所述的系统，其特征在于，所述活塞套筒的一个端部开启，并且与加压介质供应源流体连通，其中所述加压介质供应源在第二压力下加压以在所述第二活塞头上提供第二径向力。
技术方案15. 根据技术方案14所述的系统，其特征在于，当所述径向向外的力由流过所述涡轮护罩的所述热侧表面的燃烧气体提供时，所述第一径向力和所述第二径向力的和大致等于施加于所述涡轮护罩的所述热侧表面的所述径向力。
技术方案16. 根据技术方案14所述的系统，其特征在于，当所述径向向外的力由涡轮转子叶片末端提供时，所述第一径向力和所述第二径向力的和小于施加于所述涡轮护罩的所述热侧表面的所述径向力。
技术方案17. 根据技术方案11所述的系统，其特征在于，所述第一活塞头包括至少一个孔口，其中所述孔口朝所述涡轮护罩的后侧表面提供穿过所述第一活塞头的流体流。
技术方案18. 一种用于支承涡轮护罩的方法，其中所述涡轮护罩固定地连接于活塞组件，其中所述活塞组件包括连接于所述涡轮护罩并且设置在第一压力室内的第一活塞头，以及连结于所述第一活塞头并且设置在所述第一压力室与第二压力室之间的第二活塞头，其中所述涡轮护罩的热侧表面指向涡轮的热气体路径，所述方法包括：
使所述第一压力室以第一加压介质加压，以便相对于所述第一活塞头的后侧提供第一径向力；
使所述第二压力室以第二加压介质加压，以便相对于所述第二活塞头提供第二径向力；
其中当所述第一径向力和所述第二径向力的和大致等于施加于所述涡轮护罩的所述热侧表面的径向向外的力时，所述涡轮护罩由所述活塞组件保持在第一位置；并且
其中当所述第一径向力和所述第二径向力的和小于施加于所述涡轮护罩的所述热侧表面的所述径向向外的力时，所述涡轮护罩移动至第二位置。
技术方案19. 根据技术方案18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括调整所述第一压力室和所述第二压力室中的至少一个中的压力，以保持所述第一径向力和所述第二径向力的所述和与由燃烧气体施加于所述涡轮护罩的所述热侧的所述径向向外的力之间的平衡。
技术方案20. 根据技术方案18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括调整所述第一压力室和所述第二室中的至少一个中的所述压力，以增大、减小或保持所述涡轮转子叶片末端与所述涡轮护罩的所述热侧之间的径向间隙。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：
图1为根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图；
图2为根据本发明的一个实施例的如图1中所示的燃气涡轮发动机的高压(HP)涡轮部分的放大截面侧视图；
图3为根据本发明的各种实施例的包括活塞组件的涡轮护罩组件的放大视图；
图4为根据本发明的各种实施例的包括活塞组件的涡轮护罩组件的放大视图；
图5为根据本发明的各种实施例的包括活塞组件的涡轮护罩组件的放大视图；以及
图6为用于支承涡轮护罩的方法的流程图。
部件列表
10 涡扇喷气发动机
12 纵向或轴向中心线
14 风扇区段
16 芯部涡轮发动机
18 外壳
20 入口
22 低压压缩机
24 高压压缩机
26 燃烧区段
28 高压涡轮
30 低压涡轮
32 喷气排气区段
34 高压轴/转轴
36 低压轴/转轴
38 风扇转轴/轴
39 减速齿轮
40 风扇叶片
42 风扇壳或机舱
44 出口导叶
46 下游区段
48 旁通空气流通路
50 空气
52 入口
54 空气的第一部分
56 空气的第二部分
58 空气的第二部分
60 燃烧气体
62 定子导叶
64 涡轮转子叶片
66 定子导叶
68 涡轮转子叶片
70 风扇喷嘴排气区段
72 热气体路径
74 第一级部分
76 成排定子导叶
79 成排涡轮转子导叶
80 壳
82 叶片末端部分
84 加压介质
85 冷却介质源
86 第二压力室-仓室
88 外壳
90 加压介质供应源
92 加压介质
93-99 未使用
100 涡轮护罩组件
102 护罩支承件/吊架
104 涡轮护罩
106 热侧部分/表面
108 后侧部分/表面
109 径向空隙
110 阻尼器/活塞组件
112 壁
112(a) 前壁
112(b) 后壁
114 内表面-前壁
116 内表面-后壁
118 第一活塞套筒
120 第一活塞头
122 第二活塞头
124 轴/机械连杆
126 内表面-第二活塞套筒
128 第二活塞套筒
130 侧表面-第一活塞头
132 活塞/环密封件
134 侧表面-第二活塞头
136 活塞/环密封件
138 第一压力室
140 孔口
142 开口端部-第二活塞套筒
144 中间壁/挡板
146 径向外壁部分
148 仓室
149-199 未使用
P1 第一压力
P2 第二压力
200 径向向外的力
202 第一径向向内的力
204 第二径向向内的力
300 第一径向位置
302 第二径向位置
400 方法
402 步骤
404 步骤
406 步骤
408 步骤。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通道中的流体流的相对流动方向。例如，"上游"是指流体流自的流动方向，而"下游"是指流体流至的流动方向。
各个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出改型和变型，而不脱离其范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可用于另一个实施例上以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖归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。尽管本发明的示例性实施例将出于图示目的大体上在并入到涡扇喷气发动机中的涡轮护罩的背景下描述，但本领域技术人员将容易认识到，本发明的实施例可应用于并入到任何涡轮机中的任何涡轮，并且不限于燃气涡扇喷气发动机，除非权利要求中具体叙述。
现在参照附图，其中相同的标记遍及附图指示相同的元件，图1为如可并入本发明的各种实施例的、本文中称为"涡扇10"的示例性高旁通比涡扇喷气发动机10的示意性截面视图。如图1中所示，涡扇10具有出于参照目的延伸穿过其的纵向或轴向中心线轴线12。大体上，涡扇10可包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的芯部涡轮发动机或燃气涡轮发动机16。
芯部涡轮发动机16可大体上包括限定环形入口20的大致管状的外壳18。外壳18包围或至少部分地形成成串流关系的具有增压器或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩机24的压缩机区段、燃烧区段26、包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30的涡轮区段，以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接于HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接于LP压缩机22。(LP)轴或转轴36还可连接于风扇区段14的风扇转轴或轴38。在特定实施例中，如图1中所示，(LP)轴或转轴36可直接地连接于风扇转轴38，如以直接驱动构造。在备选实施例中，(LP)轴或转轴36可经由减速齿轮39连接于风扇转轴38，如以间接驱动或齿轮驱动构造。
如图1中所示，风扇区段14包括多个风扇叶片40，其联接于风扇转轴38，并且从风扇转轴38径向向外延伸。环形风扇壳或机舱42周向地包绕风扇区段14和/或芯部涡轮发动机16的至少一部分。本领域技术人员将认识到，机舱42可构造成由多个周向地间隔的出口导叶44关于芯部涡轮发动机16支承。此外，机舱42的下游区段46可在芯部涡轮发动机16的外部分之上延伸，以便限定其间的旁通空气流通路48。
在涡扇10的操作期间，一定体积的空气50通过机舱42和/或风扇区段14的相关联的入口52进入涡扇10。当一定体积的空气50横穿风扇叶片40时，如由箭头54指示的空气50的第一部分引导或发送到旁通空气流通路48中，并且如由箭头56指示的空气50的第二部分引导或发送到LP压缩机22中。空气的第一部分54与空气的第二部分56之间的比通常称为旁通比。空气的第二部分56的压力接着在其朝高压(HP)压缩机24发送(如由箭头58指示)时增大。空气的第二部分58从HP压缩机24发送到燃烧区段26中，其中其与燃料混合并且焚烧以提供燃烧气体60。
燃烧气体60发送穿过HP涡轮28，其中来自燃烧气体60的热能和/或动能的一部分经由联接于外壳18的HP涡轮定子导叶62和联接于HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片64的连续级抽取，因此引起HP轴或转轴34旋转，由此支持HP压缩机24的操作。燃烧气体60接着发送穿过LP涡轮30，其中热能和动能的第二部分从燃烧气体60经由联接于外壳18的LP涡轮定子导叶66和联接于LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片68的连续级抽取，因此引起LP轴或转轴36旋转，由此支持LP压缩机22的操作和/或风扇转轴或轴38的旋转。
燃烧气体60接着发送穿过芯部涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32来提供推进推力。同时，空气的第一部分54的压力在空气的第一部分54在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段70排出之前发送穿过旁通空气流通路48时显著地增大，提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径72，用于将燃烧气体60发送穿过芯部涡轮发动机16。
连同涡扇发动机，芯部涡轮16用于类似目的，并且看到了陆基燃气涡轮、涡轮喷气发动机(其中空气的第一部分54与空气的第二部分56之比小于涡扇的)和无涵道风扇发动机(其中风扇区段14没有机舱42)中的类似环境。在涡扇发动机、涡轮喷气发动机和无涵道发动机中的各个中，减速装置(例如，减速齿轮箱39)可包括在任何轴与转轴之间，例如，在(LP)轴或转轴36与风扇区段14的风扇转轴或轴38之间。
图2提供了根据本发明的各种实施例的HP涡轮28的示例性级74的截面侧视图，其包括一排76静止导叶62(仅示出了一个导叶)和一排78涡轮转子叶片64(仅示出了一个转子叶片)。意图是，如图2中所示的HP涡轮28的级74可代表HP涡轮28或LP涡轮30的定子导叶或涡轮转子叶片的任何级，并且图2不意图将如本文中所述或要求权利的本发明限于芯部涡轮发动机16的定子导叶或涡轮转子叶片的任何特定级，除非权利要求中另外规定。
如图2中所示，一个或更多个静止结构如构架或壳80可包绕成排76,78的静止导叶62和涡轮转子叶片64。在各种实施例中，涡轮护罩组件100形成围绕成排78的涡轮转子叶片64的环。涡轮护罩组件100大体上包括护罩支承件或吊架部分102和涡轮护罩104。在特定实施例中，涡轮护罩组件100可经由护罩支承件102联接或连接于壳80或其它静止支承结构。
在特定实施例中，涡轮护罩104可形成为由陶瓷材料或陶瓷基质复合(CMC)材料制成的连续的整体或无缝环。在其它实施例中，涡轮护罩104可由其它材料如金属材料形成。在特定实施例中，涡轮护罩104可由围绕成排78的涡轮叶片64环形地布置的多个涡轮护罩块或节段形成。
在特定实施例中，如图2中所示，涡轮护罩104包括热侧部分或表面106，以及与热侧表面106径向间隔的后侧部分或表面108。径向空隙109限定在涡轮转子叶片64的热侧表面106与叶片末端部分82之间。大体上合乎需要的是使径向空隙109尽可能最小化，特别是在涡扇10的巡航操作期间，以减小从热气体路径72穿过径向空隙109的泄漏。然而，径向空隙109还必须解决压力脉冲、热瞬变，或可引起涡轮转子叶片64朝涡轮护罩104径向向外转移和/或转移到涡轮护罩104中，因此潜在地导致涡轮转子叶片64与涡轮护罩104的热侧表面106之间的叶片摩擦或冲击事件的其它发生。
在各种实施例中，如图2中所示，涡轮护罩组件100包括阻尼器或活塞组件110。活塞组件110基于在燃气涡轮发动机16的点火操作期间施加于热侧表面106上的径向向外的力200或径向向外的力200的变化来提供涡轮护罩104的大致径向向内和/或大致径向向外的移动。径向向外的力200大体上由流过燃气涡轮发动机16的HP涡轮28和/或LP涡轮30的热气体路径72的燃烧气体60提供。然而，有时，径向向外的力200可由涡轮转子叶片64的叶片末端部分82提供，如在叶片撞击或摩擦事件的情况下。
图3和4提供了根据本发明的各种实施例的包括活塞组件110的涡轮护罩组件100的放大视图。在特定实施例中，如图2,3和4中共同所示，护罩支承件102包括一个或更多个外壁112。例如，在特定实施例中，护罩支承件102包括与后壁112(b)轴向间隔的前壁112(a)。前壁112(a)的至少一部分大致平行于后壁112(b)的至少一部分延伸。在各种实施例中，前壁112(a)的内表面114和后壁112(b)的内表面116可将第一活塞套筒118至少部分地限定在护罩支承件102内。第一活塞套筒118可在护罩支承件102内大致径向延伸。
在各种实施例中，如图2,3和4中所示，活塞组件110包括设置在第一活塞套筒118内的第一活塞头120，以及经由(多个)轴或机械连杆124联接于第一活塞头120的第二活塞头122。在特定实施例中，如图3和4中所示，第一活塞头120与前壁112(a)和后壁112(b)的内表面114,116可滑动地接合。在其它实施例中，如图2中所示，第一活塞头120固定于前壁112(a)和后壁112(b)的内表面114,116。
在各种实施例中，如图2,3和4中所示，第二活塞头122与第二活塞套筒128的内表面126可滑动地接合。在特定实施例中，如图3和4中所示，密封形成在前壁112(a)和后壁112(b)的内表面114,116与第一活塞头120的侧表面130之间。密封可经由一个或更多个活塞或环密封件132至少部分地形成。如图2,3和4中所示，密封形成在第二活塞套筒128的内表面126与第二活塞头122的侧表面134之间。密封可经由一个或更多个活塞或环密封件136至少部分地形成。
在各种实施例中，涡轮护罩104可固定地连接于活塞组件110。如图2,3和4中所示，涡轮护罩104从护罩支承件102和/或活塞组件110朝涡轮转子叶片64径向向内延伸。在特定实施例中，涡轮护罩104可连接或联接于第一活塞头120。涡轮护罩104可由任何适合的手段(如由焊接、销、连杆和/或其它机械紧固件)连接或联接于活塞组件110和/或第一活塞头120。
在各种实施例中，如图2,3和4中所示，护罩支承件102将第一压力室138至少部分地限定在涡轮护罩组件100内。例如，第一压力室138可至少部分地限定在前壁112(a)的至少一部分与后壁112(b)的至少一部分之间。在特定实施例中，第一压力室138在第一活塞头120与第二活塞头122之间至少部分地限定在护罩支承件102内。在特定实施例中，如图3和4中所示，第一活塞头120包括至少一个孔口140。孔口140可提供从第一压力室138穿过第一活塞头120并且朝涡轮护罩104的后侧表面108的流体流，由此潜在地提供后侧表面108的对流、传导和/或冲击冷却中的至少一种。
第一压力室138可形成或构造成接收加压介质84的流，如来自冷却介质源85如LP压缩机22或HP压缩机24(图1)的压缩空气。加压介质84将第一压力室138加压至第一压力P1，因此相对于第一活塞头120施加第一径向向内的力202。第一径向向内的力202可足以在离涡轮转子叶片64的叶片末端部分82的期望径向距离处下推(push down)和/或保持涡轮护罩104，由此保持其间的期望的径向空隙109。第一压力P1可取决于燃气涡轮发动机16的操作模式或状态。例如，较高发动机RPM可导致较高的第一压力P1，而发动机的较低RPM可导致较低的第一压力P1。
在特定实施例中，如图2和3中所示，第二活塞套筒128径向地或大致径向地延伸穿过壳80，并且延伸到第二压力室或仓室86中。在一个实施例中，第二压力室86可限定在壳80与外壳88之间。第二压力室86与加压介质供应源90流体连通，加压介质供应源90如由箭头92指示地将加压气体、液体、蒸汽或其它介质供应至第二压力室86。
在特定实施例中，加压介质供应源90可包括LP压缩机22和HP压缩机24中的至少一个。在特定实施例中，如图3和4中所示，加压介质供应源90可在外壳88和/或燃气涡轮发动机16外部。如图2,3和4中所示，加压介质供应源90利用加压介质92将第二压力室86加压至第二压力P2。压力P2可大于、小于或等于第一压力室138内的压力P1。
在各种实施例中，第二活塞套筒128的一个端部142开启。在特定实施例中，开启端部142与第二压力室86和/或加压介质供应源90流体连通。因此，加压介质92可相对于第二活塞头122施加第二径向力204。径向力204可为径向向内的力。压力P2也可取决于燃气涡轮发动机16的操作模式或状态和/或压力P1，并且/或者根据它们调整。
在特定实施例中，如图4中所示，第二活塞套筒128径向地或大致径向地延伸穿过护罩支承件102的中间壁或挡板144。中间壁144可在前壁112(a)与后壁112(b)之间至少部分地延伸。在一个实施例中，护罩支承件102的中间壁144和径向外壁部分146可至少部分地限定其间的压力室148。
如图4中所示，压力室148与加压介质供应源90流体连通，以便将加压介质92提供至第二压力室86。加压介质供应源90利用加压介质92将压力室148加压至压力P2。压力室148中的压力P2可大于、小于或等于压力P1。在特定实施例中，横跨第二活塞头122(从第一压力室138至第二压力室86,148)的径向压力△小于横跨涡轮护罩104(从热气体路径72至第一仓室138)的径向压力梯度。
在各种实施例中，第二活塞套筒128的一个端部142与压力室148和/或加压介质供应源90流体连通。因此，加压介质92可相对于第二活塞头122施加径向力204。径向径向力204可为径向向下的力，如当第二压力P2大于第一压力室138中的压力P1时。
在本发明的各种实施例中，第二活塞头122的尺寸或形状和来自加压介质供应源90的压力P2可选择或指定为使得横跨第二活塞头122的径向压力△与横跨涡轮护罩104的径向压力△相同。此外或在备选方案中，第一活塞头120的尺寸或形状和来自冷却介质源85的压力P1可选择或指定为使得横跨第二活塞头122的径向压力△与横跨涡轮护罩104的径向压力△相同。因此，分别施加于第一活塞头120和第二活塞头122上的径向力202和204的和可大致等于施加于涡轮护罩104的径向向外的力200，使得在涡轮护罩上存在零或大致为零的净径向力。
图5提供了包括操作中的活塞组件110的涡轮护罩组件100的放大视图。如图5中所示并且如以实线表现的，当第一径向力202和第二径向力204的和大致等于施加于涡轮护罩104的热侧表面106的热侧径向力200时，活塞组件110可将涡轮护罩104相对于中心线12保持或支承在第一径向位置300。第一径向位置300可调整成保持或实现涡轮转子叶片64的叶片末端部分82与涡轮护罩的热侧表面106之间的优选径向空隙109。例如，第一压力室138中的第一压力P1和/或第二压力室86或148(图4)中的第二压力P2可通过修改压力介质84,92的流来增大或减小，以便相对于叶片末端部分82径向向内或径向向外移动涡轮护罩。
在其中第一径向力202和第二径向力204的和小于施加于涡轮护罩104的热侧表面106上的热侧径向力200的情形中，如在叶片撞击或摩擦事件或热气体路径内的燃烧气体脉动期间，活塞组件允许涡轮护罩如以图5中的虚线指示地移动至第二径向位置304，因此减小或防止对涡轮护罩104和/或涡轮转子叶片64的叶片末端部分82的损坏。
图6为根据本发明的各种实施例的方法流程图。如图6中所示，如图2,3,4和5中所示和如本文中所述的各种实施例提供了用于支承涡轮护罩的方法400。在步骤402处，方法400包括使第一压力室以第一加压介质加压，以便相对于第一活塞头的后侧提供第一径向力。在步骤404处，方法400包括使第二压力室86,148以第二加压介质加压，以便相对于第二活塞头提供第二径向力。在406处，方法400提供了，当第一径向力和第二径向力的和大致等于施加于涡轮护罩的热侧表面的热侧径向力时，涡轮护罩由活塞组件保持在第一位置。在408处，方法400提供了，当第一径向力和第二径向力的和小于施加于涡轮护罩的热侧表面的热侧径向力时，涡轮护罩移动至第二位置。
在特定实施例中，方法400可包括调整第一压力室和第二压力室中的至少一个中的压力，以保持第一径向力和第二径向力的和与热侧径向力之间的平衡。在一个实施例中，方法400可包括调整第一压力室和第二室中的至少一个中的压力，以增大、减小或保持涡轮转子叶片末端与涡轮护罩的热侧之间的径向空隙。
驱动至零净径向力的技术目的在于以使在涡轮叶片接触的事件中，各个独立涡轮护罩可由涡轮转子叶片64推离正轨(push out of the way)，替代进行摩擦或冲击，其可导致对涡轮叶片末端部分82和/或涡轮护罩104的损坏。此外或在备选方案中，本发明的各种实施例可保持大致恒定的径向末端空隙109，并且因此通过允许径向空隙109尽可能紧，同时在摩擦事件中防止涡轮护罩和/或涡轮转子叶片损坏来加强性能。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种用于支承涡轮护罩(104)的系统，所述系统包括：
护罩支承件(102)，所述护罩支承件(102)至少部分地限定其中的第一活塞套筒(118)；
活塞组件(110)，其具有设置在所述第一活塞套筒(118)内的第一活塞头(120)和联接于所述第一活塞头(120)的第二活塞头(122)，其中所述第一活塞头(120)与所述第一活塞套筒(118)的内表面(114,116)可滑动地接合，其中所述第二活塞头(122)与第二活塞套筒(128)的内表面(126)可滑动地接合；以及
涡轮护罩(104)，其固定地连接于所述活塞组件(110)并且从所述护罩支承件(102)径向向内延伸，其中所述活塞组件(110)响应于施加于所述涡轮护罩(104)的热侧表面(106)的径向向外的力(200)提供所述活塞护罩(104)的径向向内和径向向外的移动。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二活塞套筒(128)延伸穿过所述护罩支承件(102)的径向外壁部分(146)，其中所述第二活塞套筒(128)与加压介质供应源(90)流体连通。
3.根据权利要求1至权利要求2中任一项所述的系统，其特征在于，所述第二活塞套筒(128)径向地延伸穿过包绕所述护罩支承件(102)的外壳(80)，其中所述第二活塞套筒(128)与加压介质供应源(90)流体连通。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一活塞头(120)包括至少一个孔口(140)，其中所述孔口(140)朝所述涡轮护罩(104)的后侧表面提供穿过所述第一活塞头(120)的流体流。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的系统，其特征在于，所述护罩支承件(102)限定所述第一活塞头(120)与所述护罩支承件(102)的中间壁部分(144)之间的第一压力室(138)，以及限定在所述中间壁(144)与所述护罩支承件(102)的径向外壁部分(146)之间的第二压力室(148)，其中所述第二活塞套筒(128)径向地延伸穿过所述中间壁(144)，并且通向所述第二压力室(148)。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的系统，其特征在于，横跨所述第二活塞头(122)的径向压力△与横跨所述涡轮护罩(104)的径向压力△相同。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的系统，其特征在于，第一压力室(138)在所述第一活塞头(120)与所述第二活塞头(122)之间至少部分地限定在所述护罩支承件(102)内，其中所述第一压力室(138)在第一压力(P1)下加压以在所述第一活塞(120)的后侧表面上提供第一径向力(202)，并且其中所述第二活塞套筒(128)的第二端部开启，并且与加压介质供应源(85)流体连通，其中所述加压介质供应源(85)在第二压力(P2)下加压以在所述第二活塞头(122)上提供第二径向力(204)。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，当所述径向向外的力(200)由流过所述涡轮护罩(104)的所述热侧表面(106)的燃烧气体(60)提供时，所述第一径向力(202)和所述第二径向力(204)的和大致等于施加于所述涡轮护罩(104)的所述热侧表面(106)的所述径向力(200)。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，当所述径向向外的力(200)由涡轮转子叶片末端(82)提供时，所述第一径向力(202)和所述第二径向力(204)的和小于施加于所述涡轮护罩(104)的所述热侧表面(106)的所述径向力(200)。
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