CN106460542A - 护罩挂架组件 - Google Patents

Abstract

提供用于燃气涡轮发动机的护罩挂架组件(30)或护罩组件(30)，其中，挂架(32)包括径向地悬垂且轴向地延伸的臂。臂(45)或固持件(60)接合在护罩(50)中形成的凹穴(56)，以便相对于挂架(32)将护罩(50)固持在期望位置中。后方固持结构设在挂架(32)上且提供用于密封件结构的承座，该密封件结构偏压固持件(60)，以便挂架(32)的臂(45)维持接合在护罩凹穴(56)中。可在挂架(32)处利用挡板(52)来冷却护罩(50)的至少一些部分。

Description

护罩挂架组件

关于联邦政府资助的声明

无

相关文献的交叉引用

本申请主张对在2014年6月12日提交的题为“SHROUD HANGER ASSEMBLY”的美国临时专利申请序列号No. 62/011241的优先权，其公开内容通过参照而并入本文中。

技术领域

本实施例涉及用于在燃气涡轮发动机中使用的护罩挂架组件。更具体而言，本实施例涉及而不限于护罩挂架组件，该护罩挂架组件利用具有至少一个凹穴的护罩，其通过从固持件悬垂的臂而被固持且还包括对护罩进行偏压的弹簧密封件。

背景技术

燃气涡轮发动机包括涡轮机核心，涡轮机核心具有处于串联流动关系的高压压缩机、燃烧器、和高压涡轮(“HPT”)。核心能够以已知的方式操作，以生成主气体流。高压涡轮包括将离开燃烧器的气体引导到旋转叶片或动叶中的静止静叶或喷嘴的环形阵列(“排”)。一排喷嘴和一排叶片共同地组成“级”。典型地，以串联流动的关系使用两个或更多个级。这些构件在极高温度环境中操作，且必须由空气流冷却，以确保充分的使用寿命。

由于燃气涡轮发动机的主流动路径内的操作温度，故期望利用具有低热膨胀系数的材料。例如，为了在此种苛刻的温度和压力条件下有效率地操作，已提议了复合物材料，且具体而言，例如陶瓷基质复合物(CMC)材料。这些低热膨胀系数材料具有比金属部件高的温度能力。发动机内的更高的操作温度导致更高的发动机效率，且这些材料可比传统使用的金属更为轻质。然而，此种陶瓷基质复合物(CMC)具有在CMC的设计和应用期间必须考虑的机械特性。当与金属材料比较时，CMC材料具有相对低的拉伸延性或低的失效应变。而且，CMC材料具有与用作用于CMC类型材料的限制支持件或悬架的金属合金显著不同的低热膨胀系数。

低延性材料的一个合乎需要的用途是涡轮护罩。然而，已知护罩挂架组件存在各种问题。例如，虽然CMC对于与护罩一起使用而言是合乎需要的，但挂架可备选地由金属合金形成。因此，产生了此前阻止与金属组合地使用低热膨胀系数材料的问题，即如何处理相邻构件之间的不同膨胀。

一些挂架组件利用增多构件和重量的螺栓和固持件结构。

还期望确保适当地密封护罩挂架组件。此种密封问题可因不同材料的部件的热生长而显现。此种生长可导致密封表面之间的间隙，且可为不合乎需要的。因此，因该不同的生长而需要密封结构。此种结构也增大重量。

此外，使用由可不同于限定护罩的低延性、低热膨胀系数第二材料的第一材料制成的多件式挂架结构也可导致不合乎需要的空气泄漏。可能合乎需要的是，克服这些和其他缺陷以提供如下护罩挂架组件，该护罩挂架组件提供不同材料的部件之间的界面的密封，且对部件进行偏压以补偿其间的不同热生长。

包括在说明书的本背景技术部分中的信息，包括在本文中引用的任何参考文献及其任何描述或论述，仅是用于技术参考目的而包括的，且不被认为是用来限定本发明范围的主旨。

发明内容

提供用于燃气涡轮发动机的护罩挂架组件或护罩组件，其中，挂架包括径向地悬垂且轴向地延伸的臂。臂或固持件接合在护罩中形成的凹穴，以便相对于挂架将护罩固持在期望位置中。后方固持结构设在挂架上且提供用于密封件结构的承座，该密封件结构偏压固持件，以便挂架的臂维持接合在护罩凹穴中。可在挂架处利用挡板来冷却护罩的至少一些部分。

根据一些实施例，护罩挂架和护罩组件包括：护罩挂架，其具有且前腿、后腿和在前腿与后腿之间延伸的连结板；臂，其从连结板悬垂，且具有轴向延伸部分；护罩，其由低热热膨胀系数材料形成，从前腿朝后腿延伸且具有用于接收轴向延伸部分的凹穴；固持件，其从后腿悬垂且被夹到其；和顺应性密封件，其沿轴向方向对护罩应用轴向力，以将固持件维持在凹穴中。

提供本发明内容，以用简化的方式介绍以下在具体实施方式中描述的构思的选择。本发明内容既不意图确定要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不意图限制要求保护的主题的范围。所有以上概括的特征应仅理解为示范，并且可从本文中的公开内容发现结构和方法的许多更多的特征和目的。在本发明的在附图中例示且在所附权利要求中限定的各种实施例的以下书面描述中提供本发明的特征、细节、用途、和优势的更详细的陈述。因此，在不进一步阅读整个说明书、权利要求和与其一同包括的附图的情况下，不能理解本发明内容的限制性解释。

附图说明

通过参考结合附图做出的下列说明，这些实施例的上述和其他特征和优点以及获得它们的方式将变得更显而易见，并且实施例将被更好地理解，其中：

图1是示范燃气涡轮发动机的侧截面图；

图2是从燃气涡轮发动机移除的护罩挂架组件的等距视图；

图3是图2的组件的侧截面图；

图4是移除了护罩的挂架的下等距视图；

图5是从挂架移除的示范护罩的等距视图；且

图6是护罩具有多个凹穴且挂架具有多个固持臂的备选实施例的侧截面图。

具体实施方式

应当理解的是，实施例在应用中不限于在下列说明中阐述或在附图中例示出的构件的构造和布置的细节。所描绘的实施例能够具有其他实施例并且能够以多种方式实践或执行。作为所公开的实施例的说明而非限制提供各实例。实际上，在本实施例中可进行各种更改和变化而不脱离本公开的范围或精神这点对于本领域技术人员而言将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用，以仍形成其他实施例。因此，意图使本公开覆盖在所附权利要求的范围内的这种更改和变化，以及它们的等同物。

图1-6中描绘了护罩挂架组件的实施例。护罩挂架组件包括具有结构布置的挂架，其中，挂架提供用于护罩的径向固持特征。根据一个实施例，护罩形成为具有凹穴，该凹穴由臂接合，该臂从挂架连结板悬垂且轴向地延伸以便定位在护罩凹穴中。偏压力可被应用于护罩，以便将护罩凹穴固持为与臂接合。根据一些实施例，挂架可具有多个臂且护罩可具有多个凹穴。

而且，应当理解的是，在本文中使用的措词和用语用于说明目的，并且不应被认为是限制。在本文中，“包含”、“包括”或“具有”和它们的变型的使用意图包括在其后列出的项和它们的等同物以及附加项。除非另外列出，否则在本文中的用语“连接”、“联接”和“安装”以及它们的变型被广泛地使用且包括直接和非直接连接、联接、和安装。此外，用语“连接”、“联接”和它们的变型不限于物理或机械连接或联接。

如在本文中所使用的，用语“轴向”或“轴向地”指沿着发动机纵向轴线的维度。与“轴向”或“轴向地”结合地使用的用语“向前”指沿朝向发动机进口或如下构件的方向移动，该构件与另一构件相比离发动机进口相对更近。与“轴向”或“轴向地”结合地使用的用语“向后”指沿朝向发动机喷嘴或如下构件的方向移动，该构件与另一构件相比离发动机喷嘴相对更近。

如在本文中所使用的，用语“径向”和“径向地”指在发动机的中央纵向轴线与外发动机环境之间延伸的维度。用语“近侧”或“向近侧”(它们自身或与用语“径向”或“径向地”结合的)使用指沿朝向中央纵向轴线或如下构件的方向移动，该构件与另一构件相比离该中央纵向轴线相对更近。用语“远侧”或“向远侧”(它们自身或与用语“径向”或“径向地”结合的)使用指沿朝向外发动机周围或如下构件的方向移动，该构件与另一构件相比离该外发动机周围相对更近。

如在本文中所使用的，用语“侧向”或“侧向地”指与轴向和径向维度都垂直的维度。

所有的方向参考(例如，径向、轴向、近侧、远侧、较高、较低、朝上、朝下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上面、下面、竖直、水平、顺时针、逆时针)仅用于识别目的，以帮助读者理解本发明，且不形成限制，具体而言不限制本发明的位置、定向、或用途。连接基准(例如，附接、联接、连接、和连结)应被宽泛地解释，且可包括在元件的集合之间的中间部件和在元件之间的相对移动，除非另外指示。因此，连接基准不一定意味着两个元件直接连接且以固定的关系连接于彼此。示范附图仅用于例示目的，且附于其的图中反映的维度、位置、顺序和相对大小可改变。

现在参考图1，示出燃气涡轮发动机10的示意侧截面图。涡轮的功能为从高压和高温燃烧气体提取能量，且将该能量转变为用于功的机械能。涡轮10具有发动机进口端部12，空气在该发动机进口端部12中进入核心或推进器13中，核心或推进器13大体上由都沿发动机轴线26定位的压缩机14、燃烧器16和多级高压涡轮20限定。共同地，推进器13在操作期间提供功率。燃气涡轮发动机10可用于航空、功率生成、工业、航海等。

在操作中，空气穿过发动机10的空气进口端部12进入且移动穿过至少一个压缩级，在该处，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被焚烧，从而提供热燃烧气体，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，从而引起涡轮叶片的旋转，其又引起轴24的旋转。轴24朝发动机的前部经过，以取决于涡轮设计，继续一个或更多个压缩机级14、涡轮风扇18或进口风扇叶片的旋转。涡轮风扇18通过轴28连接至低压涡轮21且形成用于涡轮发动机10的推力。低压涡轮21还可用于提取更多能量且对额外的压缩机级供能。

本实施例至少涉及大体上示出的护罩挂架组件30。护罩挂架组件30可用于限定邻近旋转部件的流动路径，旋转部件诸如涡轮叶片20、21或压缩机14内的叶片。护罩挂架组件30在示意图1视图中示意地示出。组件30可配置在涡轮20、21叶片或压缩机14叶片的径向在外端部处。在涡轮或压缩机的叶片旋转时，组件中的护罩50(图2)提供流动路径边界。

现在参照图2，描绘了示范护罩挂架组件30的等距视图。组件30包括挂架32和安装在挂架32内的护罩50和固持件60，固持件60用于提供弹簧承座以用于将护罩50偏压推动到与挂架32的接合位置中，从而排除护罩50从挂架32径向向下意外落下的可能性。

挂架32可为单件式挂架或者可为多件式挂架组件。挂架32提供将护罩50安装在固定位置中的位置和结构。护罩50提供用于涡轮和压缩机的外流动路径。挂架32配置在涡轮或压缩机叶片的径向外侧，且具有邻近护罩50的径向在外位置。在本实施例中，挂架32包括第一突片38和第二突片40。突片38、40提供可用于将挂架32安装于涡轮壳体的结构。腿39从第一突片38悬垂，且第二腿41可从第二突片40悬垂。突片38、40示为在轴向方向上延伸，且可备选地形成为相对于完全轴向方向成角度地延伸。此外，突片38、40示为从前方延伸至后方方向。然而，根据一些备选方式，突片38、40可形成为沿从后到前方向延伸。

腿39、41可从突片38、40沿完全径向方向延伸，或者可相对于完全径向方向成角度。

连结板42从第一腿39朝第二腿41和第二突片40延伸。连结板42限定用于护罩的顶板，使得由第一腿39的一部分、第二腿41的至少一部分和连结板42形成腔。

挂架32可由各种材料形成。根据一些实施例，挂架32可由具有相对较高的热膨胀系数的金属材料形成。例如，金属材料可谓镍基合金。此外，根据其他备选实施例，挂架32可由其他材料形成，诸如相对较低热膨胀系数材料。一个此种材料在强度/负载要求、温度和操作条件允许使用陶瓷基质复合物或其他复合物材料的情况下可为此种材料。

护罩50位于连结板42的腔46内。护罩50具有下表面59，下表面59限定用于涡轮20(图1)的流动路径边界。护罩50被臂(图3)在径向方向上固持在腔46中。臂45可形成为一个或更多个区段的形式，这一个或更多个区段可一体地形成或可在随后的制造步骤中连结。臂45从连结板42的下表面59悬垂，且在轴向方向上延伸。护罩50形成为具有凹穴56(图3)，凹穴56接收臂且在径向方向上将护罩50固持在期望位置。护罩50包括斜面54，该斜面54可接合臂45，以便限制护罩50在腔46内的周向移动。

固持件60在护罩50的后方方向上间隔，固持件60连接于第二腿41的径向在内端部。固持件60可以或者可以不被认为是挂架32的一部分。固持件60可具有各种形式，但包括表面62，表面62限定用于弹簧密封件的承座。根据本实施例，固持件60具有倒“h”形状，但这不是限制。固持件60可通过c形夹具70连接于第二腿41。

现在参照图3，在侧截面图中示出了护罩挂架组件30。护罩挂架组件30包括挂架32、护罩50和密封件47。如之前描述的，挂架32包括第一和第二突片38、40，它们作用为将组件30连接于发动机壳体。第一腿39从第一突片38悬垂，且第二腿41从第二突片40悬垂。连结板42在第一腿39和第二腿41及突片40之间延伸。连结板42示为具有线性形状。连结板42可由线性结构形成，该线性结构在延伸范围内可成角度或者其可为轴向的。而且，根据一些实施例，连结板42可由两个或更多个线性区段形成，或可为曲线的或曲线或线性区段的组合。连结板42沿周向方向延伸，以限定具有部分地限定挂架节段的预选周向长度的弧形节段。

向下延伸的臂45从连结板42悬垂。臂45可沿径向方向悬垂，或相对于发动机的径向方向成少许角度地悬垂。臂45由第一部分44和第二部分48限定，第一部分44向下延伸，第二部分48沿轴向方向延伸。第二臂部分48可包括凸肩49，在该凸肩49中，臂提供用于护罩50的固持特征。

护罩50示为具有护罩基部59和直立护罩部分58以及轴向护罩部分57。轴向和径向部分57、58可与基部59一体地形成，且可具有各种形状，这些形状中的一个可为L形特征。护罩50的径向延伸部分58具有如下长度，该长度使得轴向部分57接合凸肩49且将护罩50相对于在基部59下方旋转的涡轮叶片定位在径向可接受的部位中。径向和轴向部分58、57与基部59组合地限定凹穴56，臂45至少部分地定位在凹穴56中。因此，臂45作用为用于护罩50的一体径向定位件，且还抑制护罩50从挂架32的腔46的移除。

为了固持适当地定位在凹穴56内的臂45，一个或更多个弹簧可用于提供轴向和径向力中的一者或二者。组件弹簧80定位在护罩50的上方且从连结板42悬垂。弹簧80在护罩50的上部分57上施加向下的力，从而迫使相对于臂45向下推该上部分57，且具体而言是凸肩49。而且，顺应性密封件47描绘为接合护罩50的径向延伸部分58。密封件47沿轴向前方方向推护罩50，以便臂45保持接合在凹穴56内，且护罩可以不被从该接合中意外地移除。顺应性密封件47示为在截面中为W形状，具有线性节段和成角度的峰和谷。然而，作为备选方案，弹簧还可具有曲线的峰和谷。利用其他形式的偏压弹簧，其还形成处于环形形式的密封件类型结构，且阻止挂架32与护罩50之间的空气泄漏。而且，虽然示出了两个弹簧，但弹簧可包括两个轴向弹簧或其他偏压形式。

脚43从第二腿41悬垂，使得脚43和腿41形成非限制性的L形结构。固持件60从脚43悬垂，固持件60具有大体上H形构造，包括用于顺应性密封件47的接合的接合表面62。固持件60和腿41，包括脚43，由c形夹具70固持在一起。夹具70接合两个结构，且通过两个结构之间的对接将此种结构固持在一起，从而提供坚固的结构，密封件47可相对于该坚固的结构偏压护罩50。

现在参照图4，从向上看的仰视图示出挂架32的等距视图。在腔46内，臂45从连结板42悬垂，且包括开口容积55，在该开口容积55中，流动的空气穿过挂架32行进到挡板。

52。挡板52可配置在臂45下方或容积55内。在该视图中，挡板承座81位于第一腿39的后表面上。挡板承座81为从第一周向端部到第二周向端部延伸穿过第一腿39的弧形沟槽。备选地，挡板承座81可弦向地延伸。根据一些实施例，承座81可从挂架32的一端延伸到相反端，或可以形成在一个或更多个节段中。容积55可与延伸穿过挂架32的冷却孔口流动连通。

现在参照图5，示出了护罩50。在该视图中，凹穴56描绘在部分57下方且在斜面壁54之间。凹穴56接收来自挡板52(图3)的流动连通，使得至少可冷却护罩50的前方部分。护罩50还包括外伸部53，该外伸部53位于护罩50径向部分58的后面或后方。

根据其他实施例，护罩50可具有朝后方方向延伸的凹穴，以便在所描绘的臂设计之外或作为其备选方案，接收来自后方向前延伸位置的臂。此外对于该实施例，弹簧可位于护罩50的前方位置，以便将护罩50向后偏压到此种备选臂设计上。

现在参照图6，描绘了备选实施例的侧截面图。备选实施例包括护罩挂架组件130。如之前指出的，挂架132可由一个或更多个部分形成，以限定多件式挂架组件。在本实施例中，第一挂架部分134包括突片，以用于将挂架132连接于发动机壳体。组件132的下部分包括固持件144、145。第一挂架部分134靠着固持件144、145承座且被利用C形夹具170夹在一起。固持件144、145可采取各种形式，但各自包括轴向部分148和凸肩149。固持件还包括弹簧承座162，弹簧承座162根据示范实施例从凸肩149和轴向部分148沿径向方向悬垂。根据一些实施例，固持件144、145可与第一挂架部分134一体地形成，或者备选地，可分开地形成且以所描绘的各种方式连结在一起。顺应性弹簧或密封件弹簧147从弹簧承座162延伸到护罩150。

如之前论述的，护罩150可采取各种形式，且根据本实施例，护罩150包括第一和第二凹穴156、157。根据本示范实施例，护罩150在截面中为I形的，以便两个凹穴156、157形成在连结板151的向前和向后侧上。可利用各种形式的截面形状，以允许在护罩上应用两个或更多个凹穴。此外，凹穴可沿轴向方向对准，或者可沿轴向方向周向地偏移。

出于例示目的，已提出了本发明的若干实施例的前述描述。这些示例不意图为详尽的或将本公开限制于所公开的精确步骤和/或形式，且明显，鉴于上面的教导，许多更改和变化是可能的。意图通过所附的权利要求限定本发明的范围和所有的等同物。

Claims (17)

1.一种护罩挂架和护罩组件(30)，包括：

护罩挂架(32)，其具有前腿(39)、后腿(41)和在所述前腿(32)与后腿(39)之间延伸的连结板(42)；

臂(45)，其从所述连结板(42)悬垂，且具有轴向延伸部分(48)；

护罩(50)，其由低热热膨胀系数材料形成，从所述前腿(39)朝所述后腿(41)延伸且具有用于接收所述轴向延伸部分(48)的凹穴(56)；

固持件(60)，其从所述后腿(41)悬垂；和

顺应性密封件(47)，其沿轴向方向对所述护罩(50)应用轴向力，以将所述固持件(60)维持在所述凹穴(56)中。

2.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，所述臂(45)具有从连结板(42)悬垂的第一部分(44)和从所述第一部分(44)延伸的第二部分(48)。

3.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，所述护罩挂架(32)为单件式挂架。

4.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，所述护罩挂架(32)为多件式挂架。

5.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，所述低热膨胀系数材料是陶瓷基质复合物(CMC)。

6.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，所述固持件(60)一体地形成在所述护罩挂架(32)上。

7.根据权利要求6所述的护罩挂架组件(30)，所述固持件(60)从所述后腿(41)延伸。

8.根据权利要求7所述的护罩挂架组件(30)，所述固持件(60)连接于所述护罩挂架(32)。

9.根据权利要求8所述的护罩挂架组件(30)，所述固持件(60)被夹到所述护罩挂架(32)。

10.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，还包括接合所述固持件(60)的所述顺应性密封件(47)。

11.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，所述护罩(50)具有面朝前凹穴(56)。

12.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，所述护罩(50)具有第一凹穴(156)和第二凹穴(157)。

13.根据权利要求12所述的护罩挂架组件(30)，所述护罩(50)为I形的。

14.根据权利要求12所述的护罩挂架组件(30)，包括第一密封件(147)和第二密封件(147)。

15.根据权利要求14所述的护罩挂架组件(30)，所述第一密封件和所述第二密封件(147)沿轴向方向对准。

16.根据权利要求1所述的护罩挂架组件(30)，所述护罩(50)具有面朝后凹穴(157)。

17.根据权利要求16所述的护罩挂架组件(30)，所述顺应性密封件(47)沿从后到前方向作用。