CN106988805A - 用于燃气涡轮发动机空隙控制的顺应性护罩 - Google Patents

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Abstract

本公开内容针对一种用于燃气轮机(10)的护罩组件(100,100’,100’’)。护罩组件(100,100’,100’’)包括壳(58,76)和护罩(101,101’,101’’)。护罩(101,101’,101’’)包括与壳(58,76)接合的径向外壁(108,108’,108’’)。径向内壁(102,102’,102’’)整体结合地联接至径向外壁(108,108’,108’’)。径向内壁(102,102’,102’’)和径向外壁(108,108’,108’’)共同地限定一对沿轴向相对的腔(114(a),114(a)’,114(a)’’,114(b),114(b)’,114(b)’’)。当一个或更多个燃气轮机叶片(52(a),52(b),52(c),62(a),62(b),62(c))接触径向内壁(102,102’,102’’)时，径向内壁(102,102’,102’’)朝壳(58,76)沿径向向外移动。

Description

用于燃气涡轮发动机空隙控制的顺应性护罩
技术领域
本主题大体上涉及一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件。更具体而言，本主题涉及用于具有在与转子叶片接触后沿径向向外移动的护罩的燃气涡轮发动机中的压缩机区段或涡轮区段的护罩组件。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括成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，在该处，一个或更多个轴向压缩机逐渐压缩空气，直到其达到燃烧区段。燃料与压缩的空气混合，且在燃烧区段内焚烧，由此产生燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流过限定在涡轮区段内的热气体路径，且然后经由排气区段流出涡轮区段。
在特定构造中，压缩机区段包括成串流顺序的高压(HP)压缩机和低压(LP)压缩机。类似地，涡轮区段包括成串流顺序的高压(HP)涡轮和低压(LP)涡轮。HP压缩机、LP压缩机、HP涡轮和LP涡轮包括一个或更多个沿轴向间隔开的成排的周向间隔开的转子叶片。各个转子叶片均包括转子叶片末梢。一个或更多个护罩可从转子叶片沿径向向外定位且沿周向包围转子叶片。大体上期望最小化一个或更多个护罩与转子叶片末梢之间的空隙，以最小化穿过其间的空气或燃烧产物泄漏。然而，如果空隙太小，则存在转子叶片可摩擦护罩的风险，这可导致燃气轮机效率降低。
通常，如果转子叶片中的一个或更多个接触护罩，则气动或液压系统可允许护罩沿径向向外移动，从而防止进一步摩擦。然而，这些常规系统很复杂，且向燃气轮机增加了显著的成本和重量。因此，在与转子叶片接触后沿径向向外移动且不需要气动或液压系统来提供此移动的用于燃气轮机的护罩将是本技术中受欢迎的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明理解到。
本文公开的护罩组件包括在与一个或更多个转子叶片接触后沿径向向外移动而无气动或液压系统的协助的护罩。在此方面，本文公开的护罩组件提供了常规液压或气动促动的护罩组件提供的护罩与相邻转子叶片末梢之间的最小化的间隙，但并无与其相关联的附加的重量和成本。
在一方面，本公开内容针对一种用于燃气轮机的护罩组件。护罩组件包括壳和护罩。护罩包括与壳接合的径向外壁。径向内壁整体结合地联接到径向外壁上。径向内壁和径向外壁共同地限定一对沿轴向相对的腔。在一个或更多个燃气轮机叶片接触径向内壁时，径向内壁朝壳沿径向向外移动。
本公开内容的另一个方面针对一种燃气轮机。燃气轮机包括：压缩机，其具有压缩机壳和多个压缩机叶片；燃烧区段；以及具有涡轮壳和多个涡轮叶片的涡轮。轴可旋转地联接压缩机和涡轮。用于压缩机或涡轮的护罩包括与压缩机壳或涡轮壳接合的径向外壁。径向内壁整体结合地联接到径向外壁上。径向内壁和径向外壁共同地限定一对沿轴向相对的腔。当多个压缩机叶片或多个涡轮叶片中的一个或更多个接触径向内壁时，径向内壁朝压缩机壳或涡轮壳沿径向向外移动。
在另一方面，本公开内容针对一种用于燃气轮机的护罩组件。护罩组件包括壳和护罩。护罩包括具有与壳接合的第一凸缘的径向外壁。第一凸缘包括第一多个指部。第二凸缘与壳接合且包括第二多个指部。径向内壁联接到第一多个指部和第二多个指部上。径向内壁从第一凸缘和第二凸缘沿径向向内定位。径向外壁和径向内壁共同地限定成对的沿轴向相对的腔。当一个或更多个燃气轮机叶片接触护罩壁时，第一多个指部和第二多个指部沿径向向外枢转，以使护罩壁朝壳沿径向向外移动。
本发明的第一技术方案提供了一种用于燃气轮机的护罩组件，包括：壳；以及护罩，其包括：与所述壳接合的径向外壁；以及整体结合地联接到所述径向外壁上的径向内壁，其中所述径向内壁和所述径向外壁共同地限定一对沿轴向相对的腔，以及其中在一个或更多个燃气轮机叶片接触所述径向内壁时，所述径向内壁朝所述壳沿径向向外移动。
本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述壳为压缩机壳或涡轮壳。
本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述壳包括一对沿轴向相对的凸台，以及其中所述沿轴向相对的凸台中的各个定位在一对沿轴向相对的腔中的一个中。
本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述径向外壁在轴向上为平面的且在周向上弯曲。
本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述径向外壁在轴向上为弓形的。
本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述径向外壁包括一对矩形凸缘。
本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，所述径向内壁包括从所述径向内壁的径向外表面沿径向向外延伸的凸台，以及其中所述凸台整体结合地联接到所述径向外壁上。
本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，当一个或更多个燃气轮机叶片移出与所述径向内壁的接触时，所述径向内壁沿径向向内移离所述壳。
本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述径向内壁的径向厚度大于所述径向外壁的径向厚度。
本发明的第十技术方案提供了一种燃气轮机，包括：压缩机，其包括压缩机壳体和多个压缩机叶片；燃烧区段；涡轮，其包括涡轮壳和多个涡轮叶片；可旋转地联接所述压缩机和所述涡轮的轴；以及用于所述压缩机或所述涡轮的护罩，所述护罩包括：与所述压缩机壳或所述涡轮壳接合的径向外壁；以及整体结合地联接到所述径向外壁上的径向内壁，其中所述径向内壁和所述径向外壁共同地限定一对沿轴向相对的腔，以及其中在所述多个压缩机叶片或所述多个涡轮叶片中的一个或更多个接触所述径向内壁时，所述径向内壁朝所述压缩机壳或所述涡轮壳沿径向向外移动。
本发明的第十一技术方案是在第十技术方案中，所述压缩机壳或涡轮壳包括一对沿轴向相对的凸台，以及其中所述沿轴向相对的凸台中的各个定位在一对沿轴向相对的腔中的一个中。
本发明的第十二技术方案是在第十技术方案中，所述径向外壁为平面的，以及其中所述径向内壁包括从所述径向内壁的径向外表面沿径向向外延伸的凸台，以及其中所述凸台整体结合地联接到所述径向外壁上。
本发明的第十三技术方案是在第十技术方案中，所述径向外壁在轴向上为弓形的。
本发明的第十四技术方案是在第十技术方案中，当一个或更多个燃气轮机叶片移出与所述径向内壁的接触时，所述径向内壁沿径向向内移离所述壳。
本发明的第十五技术方案是在第十技术方案中，所述护罩包括多个沿轴向对准且沿周向间隔开的护罩。
本发明的第十六技术方案是在第十五技术方案中，还包括：定位在所述多个沿轴向对准且沿周向间隔开的护罩中的各个之间的密封件。
本发明的第十七技术方案是在第十五技术方案中，在所述多个压缩机叶片或所述多个涡轮叶片中的一个或更多个接触所述径向内壁时，所述多个沿轴向对准且沿周向间隔开的护罩的各个径向内壁沿径向向外独立地移动。
本发明的第十八技术方案是在第十技术方案中，还包括：将所述轴联接到风扇上的减速齿轮。
本发明的第十九技术方案提供了一种用于燃气轮机的护罩组件，包括：壳；以及护罩，包括：径向外壁，包括：与所述壳接合的第一凸缘，所述第一凸缘包括第一多个指部；与所述壳接合的第二凸缘，所述第二凸缘包括第二多个指部；以及联接到所述第一多个指部和所述第二多个指部上且从所述第一凸缘和所述第二凸缘沿径向向内定位的径向内壁，其中所述径向外壁和所述径向外壁共同地限定一对沿轴向相对的腔，以及其中当一个或更多个燃气轮机叶片接触护罩壁时，所述第一多个指部和所述第二多个指部沿径向向外枢转，以使所述护罩壁朝所述壳沿径向向外移动。
本发明的第二十技术方案是在第十九技术方案中，所述第一多个指部限定多个槽口，以及其中所述第二多个指部中的各个均定位在所述多个槽口中的一个中。
本发明的这些及其它特征、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。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
针对本领域的技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中提出，在附图中：
图1为按照本文公开的实施例的示例性高旁通涡扇喷气发动机的示意性截面视图；
图2为图1中所示的燃气涡轮发动机的高压压缩机的截面侧视图，示出了其中的护罩组件的位置；
图3为图1中所示的燃气涡轮发动机的高压涡轮的截面侧视图，示出了其中的护罩组件的位置；
图4为一排涡轮转子叶片的一部分的前视图，示出了沿周向包围成排的涡轮转子叶片的部分的多个护罩组件；
图5为涡轮壳的截面侧视图，示出了其特征；
图6为如本文公开的护罩组件的一个实施例的截面侧视图；
图7为如本文公开的护罩组件的备选实施例的截面侧视图；
图8为图7中所示的护罩组件的实施例的备选截面侧视图，进一步示出了其特征；
图9为如本文公开的护罩组件的另一个实施例的截面前视图；以及
图10为图9中所示的护罩组件的实施例的透视图，进一步示出了其特征。
零件列表
10 涡扇喷气发动机
12 纵向或轴向中心线
14 风扇区段
16 核心/燃气涡轮发动机
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 出口导向导叶
46 下游区段
48 旁通空气流通路
50(a) 第一压缩机级
50(b) 第二压缩机级
50(c) 第三压缩机级
52(a) 压缩机定子导叶
52(b) 压缩机定子导叶
52(c) 压缩机定子导叶
54(a) 压缩机转子叶片
54(b) 压缩机转子叶片
54(c) 压缩机转子叶片
56(a) 压缩机转子叶片末梢
56(b) 压缩机转子叶片末梢
56(c) 压缩机转子叶片末梢
58 压缩机壳
60(a) 成排定子导叶
60(b) 成排定子导叶
60(c) 成排定子导叶
62(a) 成排转子叶片
62(b) 成排转子叶片
62(c) 成排转子叶片
64(a) 第一涡轮级
64(b) 第二涡轮级
64(c) 第三涡轮级
66(a) 成排定子导叶
66(b) 成排定子导叶
66(c) 成排定子导叶
68(a) 涡轮定子导叶
68(b) 涡轮定子导叶
68(c) 涡轮定子导叶
70(a) 成排转子叶片
70(b) 成排转子叶片
72(a) 涡轮转子叶片
72(b) 涡轮转子叶片
74(a) 涡轮叶片末梢
74(b) 涡轮叶片末梢
76 涡轮壳
78 热气体路径
80 密封件
82(a) 壳凸台
82(b) 壳凸台
84(a) 槽口
84(b) 槽口
86(a) 腔
86(b) 腔
88 未使用
90 轴向方向
92 径向方向
94 周向方向
95-99 未使用
100 护罩组件的第一实施例
100’ 护罩组件的第二实施例
100’’ 护罩组件的第三实施例
101 护罩的第一实施例
101’ 护罩的第二实施例
101’’ 护罩的第三实施例
102 径向内壁
104 径向内壁的径向内表面
106 径向内壁的径向外表面
108 径向外壁
110 径向外壁的径向内表面
112 径向外壁的径向外表面
114 腔
116 腔
118 径向内壁凸台
120(a) 凸缘
120(b) 凸缘
122 径向内壁的径向厚度
124 径向外壁的径向厚度
126 腔
128 槽口
130 槽口
132 护罩收纳腔
134 涡轮壳的径向内表面
136 凸缘
138 径向内壁部分
140 弹簧
141-199 未使用
200 空气
202 入口部分
204 空气的第一部分
206 空气的第二部分
208 压缩的空气
210 燃烧气体
212 LP涡轮导叶
214 HP涡轮导叶。
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。该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。如本文中所使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路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，且"下游"指示流体流至的流动方向。
各个实例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中制作出改型和变型，而不会脱离其范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一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，期望本发明覆盖归入所附权利要求和其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出于图示目的将大体上在并入涡扇喷气发动机中的涡轮护罩的背景下描述，但本领域的普通技术人员将容易认识到，本发明的实施例可应用于并入任何涡轮机的任何涡轮，且不限于燃气涡扇喷气发动机，除非权利要求中具体阐释。
现在参看附图，其中相同的数字表示附图各处相同的元件，图1为示例性高旁通涡扇类型的燃气涡轮发动机10("涡扇10")的示意性截面视图，其可并入本文公开的各种实施例。如图1中所示，涡扇10具有用于参考目的的延伸穿过其间的纵向或轴向中心线轴线12。大体上，涡扇10可包括设置在风扇区段16下游的核心涡轮或燃气涡轮发动机14。
燃气涡轮发动机14大体上可包括限定环形入口20的基本管状的外壳18。外壳18可由多个壳形成。外壳18包围成串流关系的具有增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；具有高压(HP)涡轮28和低压(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传动地联接HP涡轮28和HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36传动地联接LP涡轮30和LP压缩机22。LP转轴36还可联接到风扇区段16的风扇转轴或轴38上。在一些实施例中，LP转轴36可直接地联接到风扇转轴38上(即，直接驱动构造)。在其它实施例(如图1中所示的一个)中，LP转轴36可经由减速齿轮39连接到风扇转轴38上(即，间接驱动或齿轮驱动构造)。
如图1中所示，风扇区段16包括多个风扇叶片40，其联接到风扇转轴38上且从风扇转轴38沿径向向外延伸。环形风扇壳或机舱42沿周向包围风扇区段16和/或燃气涡轮发动机14的至少一部分。多个沿周向间隔开的出口导向导叶44可关于燃气涡轮发动机14支承机舱42。此外，机舱42的下游区段46可在燃气涡轮发动机14的外部上延伸，以限定其间的旁通空气流通路48。
图2为图1中所示的HP压缩机24的放大截面侧视图，其可并入本文公开的各种实施例。如图2中所示，HP压缩机24可包括三个压缩机级50。例如，HP压缩机24可包括成串流顺序的第一级50(a)、第二级50(b)和第三级50(c)。但是，压缩机级50的总数可按需要或期望大于或小于三个。
如图2中所示，各个级50(a-c)均包括对应的成排60(a), 60(b), 60(c)的沿周向间隔开的压缩机定子导叶52(a), 52(b)和52(c)和对应的成排62(a), 62(b), 62(c)的沿周向间隔开的压缩机转子叶片54(a), 54(b)和54(c)。成排60(a-c)的定子导叶52(a-c)和成排62(a-c)的转子叶片54(a-c)沿HP轴34(图1)轴向地间隔开。转子叶片54(a-c)联接到HP轴34上，且从HP轴34沿径向向外延伸至对应的叶片末梢56(a), 56(b)和56(c)。定子导叶52(a-c)在涡扇10的操作期间关于转子叶片54(a-c)保持静止。
壳或外壳58沿周向包绕成排60(a-c)的定子导叶52(a-c)和成排62(a-c)的转子叶片54(a-c)。壳58可为整体的(即，用于整个HP压缩机24的单个壳)。作为备选，壳58可以是分段的，使得壳58的各个节段均包绕例如成排62(a-c)的转子叶片54(a-c)中的一个、成排62(a-c)的转子叶片54(a-c)中的一个，或一个压缩机级50(a-c)的一部分。
HP压缩机24还可包括联接到壳58上的一个或更多个护罩组件100。为了清楚的目的，图2中示出了对应于一排62(a)转子叶片54(a)的仅一个护罩组件100。然而，附加的护罩组件100可对应于成排62(b-c)的转子叶片54(b-c)。护罩组件100与转子叶片54(a)的叶片末梢56(a)沿径向间隔开，以形成其间的空隙间隙。大体上期望最小化叶片末梢56(a)与护罩组件100之间的空隙间隙(特别是在涡扇10的巡航操作期间)，以减小叶片末梢56(a)上和穿过空隙间隙的泄漏。如下文更详细所述，如果转子叶片54(a)中的一个接触护罩组件100，则护罩组件100可关于壳58沿径向向外移动。在此方面，护罩组件100可定位成比许多常规护罩更接近叶片末梢56(a)，从而最小化空隙间隙。
图3为图1中所示的HP涡轮26的放大截面侧视图，其可并入本文公开的各种实施例。如图3中所示，HP涡轮26可包括三个涡轮级64。例如，HP涡轮26可包括成串流顺序的第一级64(a)、第二级64(b)和第三级64(c)。但是，涡轮级64的总数可按需要或期望大于或小于三个。
如图3中所示，各个级64(a-c)均包括对应的成排66(a), 66(b), 66(c)沿周向间隔开的涡轮定子导叶68(a), 68(b)和68(c)和对应成排70(a)和70(b)的沿周向间隔开的涡轮转子叶片72(a)和72(b)。成排66(a-c)的定子导叶52(a-c)和成排70(a-b)的转子叶片72(a-b)沿HP轴34(图1)轴向地间隔开。尽管图3中未示出，但第三级64(c)可包括成排的转子叶片。转子叶片72(a-b)联接到HP轴34上，且从HP轴34沿径向向外延伸至对应的叶片末梢74(a)和74(b)。定子导叶68(a-c)在涡扇10的操作期间关于转子叶片72(a-b)保持静止。在此方面，定子导叶68(a-c)和转子叶片72(a-c)至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体从燃烧区段26(图1)发送穿过HP涡轮28。
壳或外壳76沿周向包绕成排66(a-c)的定子导叶68(a-c)和成排70(a-b)的转子叶片72(a-c)。壳76可为整体的(即，用于整个HP涡轮26的单个壳)。作为备选，壳76可以是分段的，使得壳76的各个节段均包绕例如成排70(a-b)的转子叶片72(a-b)中的一个、成排70(a-b)的转子叶片72(a-b)中的一个或一个涡轮级64(a-c)的一部分。
HP压缩机24还可包括联接到壳76上的一个或更多个护罩组件100。为了清楚的目的，图3中示出了对应于一排70(a)转子叶片72(a)的仅一个护罩组件100。然而，附加的护罩组件100可对应于成排70(b)的转子叶片72(b)。护罩组件100与转子叶片72(a)的叶片末梢74(a)沿径向间隔开，以形成其间的空隙间隙。大体上期望最小化叶片末梢74(a)与护罩组件100之间的空隙间隙，以减小叶片末梢74(a)上和穿过空隙间隙的来自热气体路径78的泄漏。如将在下文更详细所述，如果转子叶片72(a)中的一个接触护罩组件100，则护罩组件100可关于壳76沿径向向外移动。在此方面，护罩组件100可定位成比常规护罩更接近叶片末梢74(a)，从而最小化空隙间隙。
如图1中所示，空气200在涡扇10的操作期间进入涡扇10的入口部分202。空气200的第一部分204流入旁通流动通路48，且空气200的第二部分206流入LP压缩机22的入口20。
空气200的第二部分206流过LP压缩机22，在该处，联接到LP轴36上的LP压缩机定子导叶216和LP压缩机转子叶片218的连续级逐渐地压缩在发送到HP压缩机24的途中流过其间的空气200的第二部分206。HP压缩机24中的定子导叶52(a-c)和涡轮转子叶片54(a-c)进一步压缩流过其间的空气200的第二部分206。在此方面，HP涡轮24提供压缩的空气208至燃烧区段26，在该处，其与燃料混合且焚烧以提供燃烧气体210。
燃烧气体210流过HP涡轮28，在该处，定子导叶68(a-c)和涡轮转子叶片72(a-b)从燃烧气体210获得动能和/或热能的第一部分。该能量获取支持HP压缩机24的操作。燃烧气体210然后流过LP涡轮30，在该处，联接到LP轴36上的连续级的LP涡轮定子导叶212和LP涡轮转子叶片214从燃烧气体210获得热能和动能的第二部分。该能量获取促使LP轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇转轴或轴38的旋转。燃烧气体210然后经由喷气排气喷嘴区段32流出燃气涡轮发动机14。
连同涡扇10，核心涡轮14用作相似的目的，且在陆基燃气轮机、空气的第一部分204与空气的第二部分206之比小于涡扇的该比的涡轮喷气发动机，以及风扇区段16没有机舱42的无涵道风扇发动机中遇到类似的环境。在涡扇、涡轮喷气和无涵道发动机中的各个中，减速装置(例如，减速变速箱39)可被包括在任何轴和转轴之间。例如，减速变速箱39可设置在LP转轴36与风扇区段16的风扇轴38之间。
护罩组件100的多个实施例将在下文中描述为定位在HP涡轮28的成排70(a)的涡轮转子叶片72(a)附近。然而，护罩组件100的各种实施例可定位在HP涡轮28中的任何成排的涡轮转子叶片附近。此外，护罩组件100的各种实施例均还可定位LP涡轮30、LP压缩机22和/或HP压缩机24附近。
图4-6示出了护罩组件100的第一实施例。更具体而言，图4为成排70(a)的涡轮转子叶片72(a)的一部分的前视图，示出了沿周向包围成排70(a)的涡轮转子叶片72(a)的该部分的多个护罩组件100。图5为涡轮壳76的截面侧视图，示出了其各种特征。图6为护罩组件100的一个实施例的截面侧视图，示出了其各种特征。
如图4-6中所示，护罩组件100限定由箭头90标出的轴向方向，由箭头92标出的径向方向，以及由箭头94标出的周向方向。大体上，轴向方向沿纵轴线12延伸，径向方向从纵轴线12正交地向外延伸，且周向方向围绕纵轴线12同心地延伸。
图4示出了沿周向包围HP涡轮28中的成排70(a)的涡轮转子叶片72(a)的多个护罩组件100(a), 100(b), 100(c)。尽管为了清楚起见仅示出了排70(a)的九十度部分，但应当认识到的是，附加的护罩组件100也可沿周向包围排70(a)的其余270度。如图4中所示，护罩组件100沿轴向对准，且每三十度定位(即，排70(a)的九十度部分中的三个护罩组件100(a), 100(b), 100(c))。在此方面，十二个护罩组件100可沿周向包围排70(a)；但是，更多或更少的护罩组件100可按需要或期望包围排70(a)。护罩组件100(a), 100(b)和100(c)中的各个与相邻的护罩组件100沿周向间隔开。在此方面，密封件80可定位在护罩组件100(a), 100(b)和100(c)中的各个之间，以防止燃烧气体210散逸出热气体路径78。
如下文将更详细所述，护罩组件100包括具有径向内壁102的护罩101。护罩组件100(a), 100(b)和100(c)的护罩101的各个径向内壁102是关于涡轮壳76独立地沿径向可移动的。例如，护罩组件100(a)的径向内壁102可在与涡轮叶片72(a)中的一个或更多个接触后沿径向向外移动，而护罩组件100(b)的径向内壁102保持静止。
如图5中所示，涡轮壳76限定护罩收纳腔132，以用于收纳和定位护罩组件100的护罩101。护罩收纳腔132与成排70(a)的涡轮叶片72(a)大体上沿轴向对准且定位在其径向外侧。涡轮壳76包括第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)，其从护罩收纳腔132的相对侧沿轴向向内延伸到护罩收纳腔132中。在此方面，第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)分别限定从第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)沿径向向外定位的第一槽口84(a)和第二槽口84(b)。此外，第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)分别限定从第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)沿径向向内定位的第一腔部分86(a)和第二腔部分86(b)。
图6示出了定位在涡轮壳76的护罩收纳腔132中的护罩101。更具体而言，护罩101包括具有径向内表面104和径向外表面106的径向内壁102。径向内壁102的部分定位在第一腔部分86(a)和第二腔部分86(b)中。在此方面，径向外表面104在第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)附近且与第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)沿径向间隔开，而径向内表面106在涡轮转子叶片72(a)附近。径向内表面104和径向外表面106沿周向方向94弯曲，且在轴向方向90上是平面的。
护罩101还包括具有径向内表面110和径向外表面112的径向外壁108。径向外壁108的径向内表面110的轴向中心部分整体结合地联接到径向内壁102的径向外表面106的轴向中心部分上。径向外壁108的径向外端定位在尺寸确定成将径向外壁108装固到其中的第一槽口84(a)和第二槽口84(b)中。即，径向外壁108与涡轮壳76接合或联接到涡轮壳76上。作为备选，一个或更多个弹簧140(图3)可将径向外壁108装固在第一槽口84(a)和第二槽口84(b)中。类似径向内壁102，径向外壁108沿周向方向94弯曲。然而，相对于轴向方向90，径向外壁108为弓形。在此方面，径向外壁108的轴向外端沿径向向内至轴向中心部分弯曲，该中心部分整体结合地联接到径向内壁102上。因此，径向外壁108的轴向外端定位在其轴向中心部分的径向外侧。
径向内壁102和径向外壁108共同地限定第一腔114(a)和与第一腔114(a)沿轴向间隔开的第二腔114(b)。第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)定位在第一腔114(a)和第二腔114(b)中。如下文将更详细所述，第一腔114(a)和第二腔114b(b)提供用于径向内壁102在与涡轮叶片74(a)中的一个或更多个接触后沿径向向外移动的空隙。
径向外壁108和涡轮壳76共同地限定腔116。腔116提供用于径向外壁108的轴向中心部分在涡轮叶片74(a)中的一个或更多个接触径向外壁102后沿径向向外移动的空隙。
在涡扇10的操作期间，护罩101在与涡轮叶片74(a)中的一个或更多个接触后沿径向向外移动。该径向移动防止了护罩101和/或涡轮叶片72(a)的侵蚀，这可加宽护罩101与涡轮叶片末梢74(a)之间的间隙，且降低涡扇10的效率。更具体而言，在一个或更多个涡轮叶片74(a)接触径向内壁102的径向内表面104时，径向外壁108压缩且沿径向向外移动，从而收缩腔116。这使径向内壁102沿径向向外朝涡轮壳76移动，以最小化由一个或更多个涡轮叶片74(a)施加到其上的力，由此防止上述侵蚀。径向内壁102的径向外表面106与第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)之间的沿径向间隔开的关系提供了空隙来适应径向内壁102的径向移动。该沿径向向外的移动也收缩腔114(a),114(b)。
当与径向内壁104接触的一个或更多个涡轮叶片72(a)移出与涡轮叶片72(a)的接触时，护罩101回到其接触之前的构造。更具体而言，径向外壁108沿径向向内扩展和移动，从而将腔116扩大至其接触之前的尺寸。这使径向内壁102沿径向向内移离涡轮壳76且回到其接触之前的位置。在此方面，腔114(a),114(b)也扩展至其接触之前的尺寸。
护罩101优选由适合的镍或钴合金构成。适合的镍和钴合金包括由UnitedTechnologies Corporation(Hartford, Connecticut, USA)生产的WASPALOY®合金和由Special Metal Corporation(New Hartford, New York, USA)生产的INCONEL®合金。但是，任何适合的材料都可用于构造护罩101。
图7-8示出了包括护罩101’的护罩组件100’的备选实施例。更具体而言，护罩101’包括径向内壁102’，其具有径向内表面104’、径向外表面106’，以及在径向内表面104’与径向外表面106’之间延伸的径向厚度122。径向内壁102’定位在第一腔部分86(a)和第二腔部分86(b)中。在此方面，径向外表面104在第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)附近且与其沿径向间隔开，而径向内表面106’在涡轮转子叶片72(a)附近。径向内表面104’和径向外表面106’沿周向方向94弯曲。
径向内壁102’包括中心凸台118，其从径向内壁102’的径向外表面104’沿径向向外延伸。如图8中最佳所示，中心凸台118可为三角形。在此方面，中心凸台118沿径向向外的方向沿周向变窄。但是，中心凸台118可具有任何适合的形状(例如，矩形、半球形等)或形状组合(例如，具有三角形底座的矩形)。
护罩101’还包括径向外壁108’，其具有径向内表面110’、径向外表面112’，以及在径向内表面110’与径向外表面112’之间延伸的径向厚度124。径向外壁108’的径向内表面110’的轴向中心部分整体结合地联接到中心凸台118上。径向外壁108’的径向外端定位在尺寸确定成将径向外壁108’装固到其中的第一槽口84(a)和第二槽口84(b)中。径向外表面112’接触涡轮壳76(图5)的径向内表面134。类似于径向内壁102’，径向外壁108’在轴向方向90为平面的，且在周向方向94上弯曲。径向内壁102’的径向厚度122优选大于径向外壁108’的径向厚度124。但是，径向厚度122可小于径向厚度124或与其相同。
径向外壁108’可任选地包括第一凸缘120(a)和与第一凸缘120(a)沿周向间隔开的第二凸缘120(b)。具体而言，第一凸缘120(a)可定位在径向外壁108’的一个周向端上，且第二凸缘120(b)可定位在径向外壁108’的另一个周向端上。
径向内壁102’和径向外壁108’共同地限定第一腔114(a)’和与第一腔114(a)沿轴向间隔开的第二腔114(b)’。第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)定位在第一腔114(a)’和第二腔114(b)’中。类似于第一腔114(a)和第二腔114(b)，第一腔114(a)’和第二腔114(b)’提供了用于径向内壁102’在与涡轮叶片74(a)中的一个或更多个接触后沿径向向外移动的空隙。
在涡扇10的操作期间，护罩101’在与涡轮叶片74(a)中的一个或更多个接触后沿径向向外移动。正如护罩101，该径向移动防止护罩101’和/或涡轮叶片72(a)的侵蚀。更具体而言，当一个或更多个涡轮叶片74(a)接触径向内表面104’时，中心凸台118沿径向压缩，从而使径向内壁102’沿径向向外朝涡轮壳76移动。这最小化由一个或更多个涡轮叶片74(a)施加到径向内壁102’上的力，从而防止上述侵蚀。径向内壁102’的径向外表面106’与第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)之间的沿径向间隔开的关系提供了空隙来适应径向内壁102’的径向移动。该沿径向向外的移动也收缩腔114(a)’,114(b)’。
当与径向内壁104’接触的一个或更多个涡轮叶片72(a)移出与涡轮叶片72(a)的接触时，护罩101’回到其接触之前的构造。更具体而言，径向外壁108’沿径向扩展，从而使径向内壁102’沿径向向内移离涡轮壳76且回到其接触之前的位置。在此方面，腔114(a)’,114(b)’也扩展至其接触之前的尺寸。
图9-10示出了包括护罩101’’的护罩组件100’’的另一个备选实施例。更具体而言，护罩101’’包括具有径向内表面104’’和径向外表面106’’的径向内壁102’’。径向内壁102’’定位在第一腔部分86(a)和第二腔部分86(b)中。在此方面，径向外表面104’’在第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)附近且与其沿径向间隔开，而径向内表面106’’在涡轮转子叶片72(a)附近。径向内表面104’’和径向外表面106’’在轴向方向90上为平面的，且在周向方向94上弯曲。
护罩101’’还包括径向外壁108’’，其具有第一径向内壁部分138(a)和第二径向内壁部分138(b)。第一内壁部分138(a)包括第一凸缘136(a)，且第二径向内壁部分138(b)包括第二凸缘136(b)。第一凸缘136(a)和第二凸缘136(b)沿轴向间隔开且沿径向对准。此外，第一凸缘136(a)和第二凸缘136(b)在周向方向94上比在轴向方向90上显著更长(例如，长十倍、长二十倍等)。在此方面，第一凸缘136(a)和第二凸缘136(b)定位在尺寸确定为将第一凸缘136(a)和第二凸缘136(b)装固在其中的第一槽口84(a)和第二槽口84(b)。
第一凸缘136(a)和第二凸缘136(b)分别包括第一多个沿周向间隔开的指部128(a)和第二多个沿周向间隔开的指部128(b)。第一多个指部128(a)限定各个相邻成对指部128(a)之间的第一多个槽口130(a)，且第二多个指部128(b)限定各个相邻成对的指部128(b)之间的第二多个槽口130(b)。第一多个指部128(a)和第二多个指部128(b)中的各个分别从第一凸缘136(a)和第二凸缘136(b)沿轴向和沿径向向内延伸，且联接到径向内壁102’’的径向外表面106’’上。如图9-10中所示，第一多个指部128(a)联接到定位在第二腔86(b)中的径向外表面106’’的一部分上。类似地，第二多个指部128(b)联接到定位在第一腔86(a)中的径向外表面106’’的一部分上。在此方面中，第一多个指部128(a)中的各个定位在由第二多个指部128(b)形成的第二多个槽口130(b)中的一个中。类似地，第二多个指部128(b)中的各个定位在由第一多个指部128(a)形成的第一多个槽口130(a)中的一个中。第一多个指部128(a)和第二多个指部128(b)中的各个均可为直的或弯曲的。
第一多个指部128(a)和第二多个指部128(b)共同地限定第一腔114(a)’’和与第一腔114(a)’’沿轴向间隔开的第二腔114(b)’’。第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)定位在第一腔114(a)’’和第二腔114(b)’’中，其提供用于径向内壁102’’在与涡轮叶片74(a)中的一个或更多个接触后沿径向向外移动的空隙。
第一多个指部128(a)、第二多个指部128(b)和涡轮壳76共同地限定腔116’’。腔116’提供用于第一多个指部128(a)和第二多个指部128(b)在涡轮叶片74(a)中的一个或更多个接触径向内壁102’’时沿径向向外移动的空隙。
在涡扇10的操作期间，护罩101’’在与涡轮叶片74(a)中的一个或更多个接触后沿径向向外移动。该径向移动防止护罩101和/或涡轮叶片72(a)的侵蚀。更具体而言，当一个或更多个涡轮叶片74(a)接触径向内壁102’’的径向内表面104’’时，第一多个指部128(a)和第二多个指部128(b)沿径向向外枢转，从而收缩腔116’’。这使径向内壁102’’沿径向向外朝涡轮壳76移动，以最小化由一个或更多个涡轮叶片74(a)施加到其上的力，从而防止上述侵蚀。径向内壁102’’的径向外表面106’’与第一壳凸台82(a)和第二壳凸台82(b)之间的沿径向间隔开的关系提供了空隙来适应径向内壁102’’的径向移动。该沿径向向外移动还收缩腔114(a)’’,114(b)’’。
当与径向内壁104’’接触的一个或更多个涡轮叶片72(a)移出与径向内壁104’’的接触时，护罩101’’回到其接触之前的构造。更具体而言，第一多个指部128(a)和第二多个指部128(b)沿径向向内枢转，从而将腔116’’扩大至其接触之前的尺寸。这使径向内壁102’’沿径向向内移离涡轮壳76且回到其接触之前的位置。在此方面，腔114(a)’’,114(b)’’也扩展至其接触之前的尺寸。
本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于燃气轮机(10)的护罩组件(100, 100’, 100’’)，包括：
壳(58,76)；以及
护罩(101, 101’, 101’’)，其包括：
与所述壳(58, 76)接合的径向外壁(108, 108’, 108’’)；以及
整体结合地联接至所述径向外壁(108, 108’, 108’’)的径向内壁(102, 102’,102’’)，其中所述径向内壁(102, 102’, 102’’)和所述径向外壁(108, 108’, 108’’)共同地限定一对沿轴向相对的腔(114(a), 114(a)’, 114(a)’’, 114(b), 114(b)’, 114(b)’’)，以及其中在一个或更多个燃气轮机叶片(52(a), 52(b), 52(c), 62(a), 62(b),62(c))接触所述径向内壁(102, 102’, 102’’)时所述径向内壁(102, 102’, 102’’)朝所述壳(58,76)沿径向向外移动。
2. 根据权利要求1所述的护罩(100, 100’, 100’’)，其特征在于，所述壳(58, 76)为压缩机壳(58)或涡轮壳(76)。
3. 根据权利要求1所述的护罩(100, 100’, 100’’)，其特征在于，所述壳(58,76)包括一对沿轴向相对的凸台(82(a), 82(b))，以及其中所述沿轴向相对的凸台(82(a), 82(b))中的各个定位在所述一对沿轴向相对的腔(114(a), 114(a)’, 114(a)’’, 114(b), 114(b)’, 114(b)’’)中的一个中。
4. 根据权利要求1所述的护罩(100, 100’, 100’’)，其特征在于，所述径向外壁(108,108’, 108’’)在轴向上为平面的且在周向上弯曲。
5. 根据权利要求1所述的护罩(100, 100’, 100’’)，其特征在于，所述径向外壁(108,108’, 108’’)在轴向上是弓形的。
6. 根据权利要求1所述的护罩(100, 100’, 100’’)，其特征在于，所述径向外壁(108,108’, 108’’)包括一对矩形的凸缘(120(a), 120(b))。
7. 根据权利要求1所述的护罩(100, 100’, 100’’)，其特征在于，所述径向内壁(102,102’, 102’’)包括从所述径向内壁(102, 102’, 102’’)的径向外表面(106, 106’,106’’)沿径向向外延伸的凸台(118)，以及其中所述凸台(118)整体结合地联接至所述径向外壁(108, 108’, 108’’)。
8. 根据权利要求1所述的护罩(100, 100’, 100’’)，其特征在于，当一个或更多个燃气轮机叶片(52(a), 52(b), 52(c), 62(a), 62(b), 62(c))移出与所述径向内壁(102,102’, 102’’)的接触时，所述径向内壁(102, 102’, 102’’)沿径向向内移离所述壳(58,76)。
9. 根据权利要求1所述的护罩(100, 100’, 100’’)，其特征在于，所述径向内壁(102,102’, 102’’)的径向厚度(122)大于所述径向外壁(108, 108’, 108’’)的径向厚度(124)。
10.一种燃气轮机(10)，包括：
压缩机(22,24)，其包括压缩机壳体(58)和多个压缩机叶片(52(a), 52(b), 52(c))；
燃烧区段(26)；
涡轮(28,30)，其包括涡轮壳(76)和多个涡轮叶片(62(a), 62(b), 62(c))；
可旋转地联接所述压缩机(22,24)和所述涡轮(28,30)的轴(34,36)；以及
用于所述压缩机(22,24)或所述涡轮(28,30)的护罩(100, 100’, 100’’)，所述护罩(100, 100’, 100’’)包括：
与所述压缩机壳(58)或所述涡轮壳(76)接合的径向外壁(108, 108’, 108’’)；以及
整体结合地联接至所述径向外壁(108, 108’, 108’’)的径向内壁(102, 102’,102’’)，其中所述径向内壁(102, 102’, 102’’)和所述径向外壁(108, 108’, 108’’)共同地限定一对沿轴向相对的腔(114(a), 114(a)’, 114(a)’’, 114(b), 114(b)’, 114(b)’’)，以及其中在所述多个压缩机叶片(52(a), 52(b), 52(c))或所述多个涡轮叶片(62(a), 62(b), 62(c))中的一个或更多个接触所述径向内壁(102, 102’, 102’’)时，所述径向内壁(102, 102’, 102’’)朝所述压缩机壳(58)或所述涡轮壳(76)沿径向向外移动。
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