CN107120683B - 燃烧器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃烧器组件。具体而言，一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件包括燃烧器圆顶和附接至燃烧器圆顶或与其整体地形成的衬套。燃烧室衬套在前端和后端之间延伸，且与燃烧器圆顶一起至少部分地限定燃烧室。燃烧器组件另外包括在衬套的前端附近附接至衬套的安装组件以用于将燃烧器圆顶和燃烧室衬套相对于燃气涡轮发动机的结构构件支撑在燃气涡轮发动机内。

Description

燃烧器组件
联邦赞助研究
本发明在美国军队的合同号W911W6-11-2-0009下利用政府支持实现。政府可具有该发明中的某些权利。
技术领域
本主题大体涉及燃气涡轮发动机，或更具体而言涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。
背景技术
燃气涡轮发动机大体包括彼此成流连通布置的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心大体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，空气从风扇提供至压缩机区段的入口，在那里一个或多个轴向压缩机逐步压缩空气直到其达到燃烧区段。燃料与压缩空气混合且在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段传送至涡轮区段。穿过涡轮区段的燃烧气体的流驱动涡轮区段且然后传送穿过排气区段，例如至大气。
更普遍地，非传统高温材料(诸如陶瓷基质复合物(CMC)材料)用作燃气涡轮发动机内的结构构件。例如，给定CMC材料经受相对极端温度的能力，存在将燃气涡轮发动机的燃烧区段内的构件替换成CMC材料的特别关注。例如，典型燃烧区段包括内衬套、外衬套和圆顶。更普遍地，内衬套和外衬套由CMC材料形成，而圆顶由金属材料形成。
然而，某些燃气涡轮发动机在适应结合到其中的CMC材料的某些机械特性方面具有问题。例如，CMC材料相比于传统金属材料具有不同的热膨胀系数。因此，内CMC衬套和外CMC衬套至金属圆顶的附接可能需要相当复杂的附接组件。另外，鉴于环绕燃烧器组件的大多数构件由金属材料形成，这种构造可使燃气涡轮发动机内的燃烧器组件的安装复杂化。
因此，能够以允许CMC构件的预期的热膨胀量的方式安装在燃气涡轮发动机内的燃烧器组件将尤其有利。
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，或可从描述中显而易见，或可通过本发明的实践来了解。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于限定了轴向方向且包括结构构件的燃气涡轮发动机的燃烧器组件。燃烧器组件包括燃烧器圆顶和附接至燃烧器圆顶或与其整体地形成的衬套。衬套在前端和后端之间延伸。燃烧器圆顶和衬套一起至少部分地限定燃烧室。燃烧器组件另外包括在衬套的前端附近附接至衬套的安装组件以用于将燃烧器圆顶和衬套相对于燃气涡轮发动机的结构构件支撑在燃气涡轮发动机内。
在本公开的另一个示例性实施例中，提供了一种限定轴向方向和周向方向的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括压缩机区段、涡轮区段以及布置在压缩机区段和涡轮区段之间的燃烧区段。燃烧区段包括燃烧器组件，且燃烧器组件包括燃烧器圆顶以及在前端和后端之间延伸的衬套。燃烧器圆顶和衬套一起至少部分地限定燃烧室。燃烧器组件另外包括安装组件，安装组件包括在前端和后端之间延伸的支撑部件。支撑部件的前端在衬套的前端附近附接至衬套且支撑部件的后端附接至燃气涡轮发动机的结构构件以支撑燃烧器组件。
技术方案1. 一种用于限定了轴向方向且包括结构构件的燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
燃烧器圆顶；
衬套，其附接至所述燃烧器圆顶或与所述燃烧器圆顶整体地形成且在前端和后端之间延伸，所述燃烧器圆顶和衬套一起至少部分地限定燃烧室；以及
安装组件，其在所述衬套的前端附近附接至所述衬套以用于将所述燃烧器圆顶和衬套相对于所述燃气涡轮发动机的结构构件支撑在所述燃气涡轮发动机内。
技术方案2. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述安装组件包括从前端延伸至后端的支撑部件，其中所述支撑部件的前端在所述衬套的前端附近附接至所述衬套，且其中所述支撑部件的后端构造成用于附接至所述燃气涡轮发动机的结构构件。
技术方案3. 根据技术方案2所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件包括金属材料。
技术方案4. 根据技术方案2所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件沿周向方向大致连续地延伸以限定环形形状。
技术方案5. 根据技术方案4所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件包括大体沿所述轴向方向延伸的多个间隙以允许所述衬套或所述燃烧器圆顶中的至少一者相对于所述安装组件的支撑部件的热膨胀。
技术方案6. 根据技术方案4所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件限定沿所述轴向方向的长度，其中所述支撑部件包括多个间隙，且其中所述多个间隙中的每一个沿所述支撑部件的长度的至少大约50%延伸。
技术方案7. 根据技术方案4所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件包括多个间隙以允许所述衬套或所述燃烧器圆顶中的至少一者相对于所述安装组件的支撑部件的热膨胀，且其中所述多个间隙中的每一个限定至少大约0.05英寸的最小宽度。
技术方案8. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套包括在前端处从所述燃烧室向外延伸的联接凸缘，其中所述燃烧器圆顶还包括相对于所述燃烧室向外延伸且定位在所述衬套的联接凸缘附近的联接凸缘，且其中所述安装组件将所述衬套的联接凸缘附接至所述燃烧器圆顶的联接凸缘。
技术方案9. 根据技术方案8所述的燃烧器组件，其特征在于，所述安装组件包括定位在所述衬套的联接凸缘附近的第一安装凸缘和定位在所述燃烧器圆顶的联接凸缘附近的第二安装凸缘，且其中所述安装组件还包括附接部件以用于将所述第一安装凸缘压向所述第二安装凸缘以将所述衬套附接至所述燃烧器圆顶。
技术方案10. 根据技术方案9中所述的燃烧器组件，其特征在于，所述安装组件还包括在前端和后端之间延伸的支撑部件，其中所述支撑部件在所述前端处包括所述第二安装凸缘，且其中所述支撑部件构造成用于附接至所述燃气涡轮发动机的结构构件。
技术方案11. 根据技术方案1中所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套是内衬套。
技术方案12. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套包括陶瓷基质复合物材料。
技术方案13. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器圆顶包括陶瓷基质复合物材料。
技术方案14. 一种限定轴向方向和周向方向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机区段；
涡轮区段；
布置在所述压缩机区段和所述涡轮区段之间的燃烧区段，所述燃烧区段包括燃烧器组件，所述燃烧器组件包括燃烧器圆顶和在前端和后端之间延伸的衬套，所述燃烧器圆顶和衬套一起至少部分地限定燃烧室；以及
安装组件，其包括在前端和后端之间延伸的支撑部件，所述支撑部件的前端在所述衬套的前端附近附接至所述衬套且所述支撑部件的后端附接至所述燃气涡轮发动机的结构构件以支撑所述燃烧器组件。
技术方案15. 根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑部件沿所述周向方向大致连续地延伸以限定环形形状。
技术方案16. 根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑部件包括大体沿所述轴向方向延伸的多个间隙以允许所述衬套或所述燃烧器圆顶中的至少一者相对于所述安装组件的支撑部件的膨胀。
技术方案17. 根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述结构构件构造为内燃烧器壳、外燃烧器壳、涡轮壳或涡轮框架部件中的至少一者。
技术方案18. 根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述衬套包括在所述前端处从所述燃烧室向外延伸的联接凸缘，其中所述燃烧器圆顶包括相对于所述燃烧室向外延伸且定位在所述衬套的联接凸缘附近的联接凸缘，且其中所述安装组件将所述衬套的联接凸缘附接至所述燃烧器圆顶的联接凸缘。
技术方案19. 根据技术方案18所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述安装组件包括定位在所述衬套的联接凸缘附近的第一安装凸缘，其中所述支撑部件包括定位在所述燃烧器圆顶的联接凸缘附近的第二安装凸缘，且其中所述安装组件还包括附接部件以用于将所述第一安装凸缘压向所述第二安装凸缘以将所述衬套附接至所述燃烧器圆顶。
技术方案20. 根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑部件包括金属材料，且其中所述衬套和所述燃烧器圆顶各自包括陶瓷基质复合物材料。
本发明的这些和其它特征、方面和优点参照以下描述和所附权利要求将变得更好理解。结合到本说明书中且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且与说明书一起用来说明本发明的原理。
附图说明
针对本领域的普通技术人员包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照了附图的说明书中阐述，在附图中：
图1是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是根据本公开的示例性实施例定位在图1的示例性燃气涡轮发动机的燃烧区段中的燃烧器组件的侧剖面图。
图3是根据本公开的另一示例性实施例的燃烧器组件的透视图。
图4是图3的示例性燃烧器组件的区段的透视性截面视图。
图5是图3的示例性燃烧器组件的附接部分的局部放大的透视性截面视图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的存在的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标号来表示附图中的特征。在附图和描述中使用相似或类似的标号来表示本发明的相似或类似的部分。如本文所使用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用以将一个构件与另一个区分开，且不意在强调独立构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”表示相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”表示流体从其流动的方向，且“下游”表示流体流至的方向。
现在参照附图，其中相同的数字贯穿附图指示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体而言，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高通涡扇喷气发动机10，在本文中称作“涡扇发动机10”。如图1中所示，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于为了参考提供的纵向中心线12延伸)、径向方向R和围绕轴向方向A延伸的周向方向(未示出)。大体上，涡扇10包括风扇区段14和布置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
绘出的示例性核心涡轮发动机16大体上包括限定环形入口12的大致管状的外壳18。外壳18包围且核心涡轮发动机16包括(成串流关系)：包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(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将HP涡轮28传动地连接至HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接至LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷嘴区段32一起限定核心空气流路37。
对于描绘的实施例，风扇区段14包括可变桨距风扇38，其具有以间隔开的方式联接至盘42的多个风扇叶片40。如绘出的那样，风扇叶片40大体沿径向方向R从盘42向外延伸。由于风扇叶片40可操作地联接至构造成共同地一致改变风扇叶片40的桨距的合适的变桨机构44，每个风扇叶片40可相对于盘42围绕桨距轴线P旋转。风扇叶片40、盘42和变桨机构44可通过跨过动力齿轮箱46的LP轴36围绕纵向轴线12一起旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮以用于将风扇38相对于LP轴36的旋转速度调节至更加有效的旋转风扇速度。
还参照图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前毂48覆盖，前毂48空气动力学地成形以促进穿过多个风扇叶片40的空气流。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向环绕核心涡轮发动机16的至少一部分和/或风扇38。示例性机舱50由多个沿周向间隔的出口导向导叶52相对于核心涡轮发动机16支撑。此外，机舱50的下游区段54越过核心涡轮发动机16的外部部分延伸以便限定其之间的旁通空气流通道56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定量空气58通过风扇区段14和/或机舱50的关联的入口60进入涡扇10。在一定量空气58穿越风扇叶片40时，由箭头62指出的空气58的第一部分引导或传送到旁通空气流通道56中，且由箭头64指出的空气58的第二部分引导或传送到核心空气流路37中，或更特别地到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称作旁通比。空气的第二部分64的压力然后在其传送穿过高压(HP)压缩机24且到燃烧区段26中时增加，在那里其与燃料混合且燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66传送穿过HP涡轮28，在那里来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接至外壳18的HP涡轮定子导叶68和联接至HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级取得，因此导致HP轴或转轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后传送穿过LP涡轮30，在那里热能和动能的第二部分经由联接至外壳18的LP涡轮定子导叶72和联接至LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级从燃烧气体66取得，因此导致LP轴或转轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后传送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32以提供推进推力。同时，空气的第一部分62的压力在空气的第一部分62传送穿过旁通空气流通道56时在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前显著地增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定用于将燃烧气体66传送穿过核心涡轮发动机16的热气体通路78。
然而，应了解的是，图1中绘出的示例性涡扇发动机10仅作为示例提供，且在其它示例性实施例中，涡轮发动机10可具有任何其它合适的构造。应了解的是，在还有其它示例性实施例中，本公开的方面可结合到任何其它合适的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开的方面可结合到例如涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机或涡轮喷气发动机中。
现在参照图2，提供了安装在图1的涡扇发动机10的燃烧区段26内的燃烧器组件100的侧截面视图。如图所示，燃烧器组件100位于燃烧区段26内——在压缩机区段的下游和涡轮区段的上游。如将在下文中更加详细地论述的那样，燃烧器组件100大体上限定前端处的多个开口102，燃烧器组件100构造成通过其接收压缩空气(来自压缩机区段)和燃料(例如，来自燃烧喷嘴104)的流。燃料和压缩空气使用一个或多个燃料-空气喷射硬件组件106混合。混合物然后提供至燃烧器组件100的燃烧室108，此燃料-空气混合物在燃烧室中燃烧以产生燃烧气体。此燃烧气体设为穿过燃烧器组件100的出口110且到涡轮区段中以用于驱动涡轮区段。
燃烧器组件100大体上包括第一燃烧室部件和第二燃烧室部件。对于绘出的实施例，第一燃烧室部件构造为燃烧器圆顶112且第二燃烧室部件构造为燃烧室衬套。特别对于绘出的实施例，燃烧室衬套构造为燃烧室内衬套114。另外，燃烧器组件100包括第三燃烧室部件，其对于绘出的实施例构造为燃烧室外衬套116。值得注意的是，对于绘出的示例性实施例，燃烧室外衬套116和燃烧器圆顶112由一件单独、连续的材料整体地形成。然而，在其它实施例中，燃烧室外衬套116和燃烧器圆顶112可改为分别地形成。
仍参照图2，第一燃烧室部件和第二燃烧室部件(即，燃烧器圆顶112和燃烧室内衬套114)以及燃烧室外衬套116各自由陶瓷基质复合物(“CMC”)材料形成。CMC材料是具有高温能力的非金属材料。用于燃烧器圆顶112和燃烧室衬套(例如，内衬套114和外衬套116)的示例性CMC材料可包括碳化硅、硅、二氧化硅或氧化铝基质材料及其组合。陶瓷纤维可嵌入基质内，诸如像蓝宝石和碳化硅(例如，Textron的SCS-6)的包括单丝的氧化稳定增强纤维，以及包括碳化硅(例如，Nippon Carbon的NICALON®、Ube Industries的TYRANNO®和DowCorning的SYLRAMIC®)、硅酸铝(例如，Nextel的440和480)以及短切晶须和纤维(例如，Nextel的440和SAFFIL®)以及可选地陶瓷颗粒(例如，硅、铝、锆、钇的氧化物及其组合)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)的粗纱和纱。
另外，燃烧器圆顶112(和整体地形成的燃烧室外衬套116)和燃烧室内衬套114各自沿周向方向C大致连续地延伸以限定环形形状，如将在下文论述的图3的实施例中更加清楚地示出的那样。还如将在下文更加详细地论述的那样，燃烧室内衬套114接合至燃烧器圆顶112，使得燃烧室内衬套114以及整体地形成的燃烧室外衬套116和燃烧器圆顶112一起限定环形燃烧室108。因此，绘出的示例性燃烧器组件100构造为环形燃烧器。
仍参照图2，燃烧室外衬套116和燃烧室内衬套114各自大体沿轴向方向A延伸——燃烧室外衬套116在前端118和后端120之间延伸且燃烧室内衬套114同样在前端122和后端124之间延伸。另外，燃烧器圆顶112包括后壁126和过渡部分。特别地，描绘的燃烧器圆顶112包括外过渡部分128和内过渡部分130。外过渡部分128沿径向方向R沿后壁126的外缘定位，且内过渡部分130沿径向方向R沿后壁126的内缘定位。内过渡部分128和外过渡部分130各自关于燃烧器圆顶112的后壁126沿周向延伸(见图2)。
外过渡部分128从后壁126朝外衬套116延伸，且内过渡部分130从后壁126朝内衬套114延伸。如上所述，对于绘出的实施例，外衬套116与燃烧器圆顶112(包括后壁126和外过渡部分128)整体地形成，且因此外过渡部分128从后壁126无缝地延伸至外衬套116。例如，燃烧器圆顶112和燃烧室外衬套116一起限定从燃烧器圆顶112延伸至燃烧室外衬套116的连续且无缝的表面。
仍参照图2，且如上文简要叙述的那样，燃烧器圆顶112另外限定开口102且燃烧器组件100包括燃料-空气喷射器硬件组件106。更具体而言，燃烧器圆顶112限定多个开口102且燃烧器组件100包括相应的多个燃料-空气喷射器硬件组件106——每个开口102构造成用于接收多个燃料-空气喷射器硬件组件106中的相应一个(例如见下文的图3)。
多个燃料-空气喷射器硬件组件106可各自包括，例如旋流器和/或导流板。如上文简要叙述，燃料-空气喷射器硬件组件106构造成从燃料喷嘴104接收可燃燃料的流且从涡扇发动机10的压缩机区段接收压缩空气。各个燃料-空气喷射器硬件组件106在多个开口102中的相应一个处直接附接至燃烧器圆顶112。另外，如绘出的那样，各个燃料-空气喷射器硬件组件106延伸进入或穿过此开口102。更具体而言，燃烧器圆顶112限定暴露于燃烧室108的热侧132和相对的冷侧134。示例性燃料-空气喷射器硬件组件106各自直接附接至燃烧器圆顶112的热侧132且直接附接至燃烧器圆顶112的冷侧134。例如，如将在下文的图3中更加清楚的是，对于绘出的实施例，各个燃料-空气喷射器硬件组件106独立于其它燃料-空气喷射器硬件组件106(或更加特别地，相邻的燃料-空气喷射器硬件组件106)直接地附接至燃烧器圆顶112。例如，当绘出的燃烧器组件100的燃烧器圆顶112沿周向方向C连续地延伸时，对于燃烧器圆顶112和多个燃料-空气喷射器硬件组件106不需要另外或辅助的支撑。
仍参照图2，对比整体地形成的燃烧室外衬套116和燃烧器圆顶112，对于绘出的实施例，燃烧室内衬套114与燃烧器圆顶112和燃烧室外衬套116分别地形成。燃烧室内衬套114大体通过安装组件136附接至燃烧器圆顶112。特别地，第一燃烧室部件(即，燃烧器圆顶112)包括第一联接凸缘138，且第二燃烧室部件(即，燃烧室内衬套114)包括第二联接凸缘140。第一联接凸缘138和第二联接凸缘140彼此相邻定位，且各自大体上从燃烧室108向外延伸。特别地，对于绘出的实施例，第一联接凸缘138和第二联接凸缘140大体沿径向方向R向内延伸。
此外，绘出的示例性安装组件136包括第一安装凸缘142和第二安装凸缘144。第一安装凸缘142定位在燃烧器圆顶112的第一联接凸缘138附近，且第二安装凸缘144定位在燃烧室内衬套114的第二联接凸缘140附近。此外，安装组件136还包括附接部件146以用于将第一安装凸缘142压向第二安装凸缘144来附接燃烧器圆顶112与燃烧室内衬套114。例如，附接部件146可将第一安装凸缘142和第二安装凸缘144夹在一起来附接燃烧器圆顶112与燃烧室内衬套114。
因此，安装组件136附接至燃烧室外衬套116和燃烧器圆顶112。更特别地，对于绘出的实施例，安装组件136在燃烧室内衬套114的前端122附近附接至燃烧室内衬套114以用于相对于涡扇发动机10的结构构件支撑涡扇发动机10内的燃烧器圆顶112和燃烧室内衬套114。例如，绘出的示例性安装组件136包括支撑部件148，其限定大体沿轴向方向A从前端150延伸至后端152的长度149。支撑部件148的前端150包括第二安装凸缘144，且如上所述并如将在下文中更加详细地论述的那样，在燃烧室内衬套114的前端122附近附接至燃烧室内衬套114。
如本文所使用，用语“前端附近”可表示相比于后端大体更接近前端的位置。因此，例如，燃烧器组件100可限定大体沿轴向方向A在一个或多个开口102与至涡轮区段的出口110之间的长度154。安装组件136可在燃烧器组件长度154的至少大约前50%内附接至燃烧室内衬套114。更具体而言，对于绘出的实施例，安装组件136可在燃烧器组件长度154的至少大约前40%内、在燃烧器组件长度154的至少大约前30%内或在燃烧器组件长度154的至少大约前20%内附接至燃烧室内衬套114。应了解的是，如本文所使用，近似用语(诸如“大约”或“大概”)表示在10%的误差容限内。
如上所述，安装组件136构造成用于支撑涡扇发动机10内的燃烧器圆顶112、燃烧室内衬套114和燃烧室外衬套116。特别地，示例性支撑部件148构造成用于在后端152处附接至涡扇发动机10的结构构件。更具体而言，支撑部件148包括附接凸缘156，支撑部件148通过附接凸缘156附接至涡轮发动机10的结构构件以支撑燃烧器组件100。对于绘出的实施例，结构构件构造为至少部分地限定穿过涡轮区段的流路的涡轮框架158。然而，在其它实施例中，结构构件可为涡扇发动机10内的任何静态的结构部件。例如，在其它实施例中，结构构件可为内压缩机壳160、外压缩机壳162、涡轮壳164等。
如将在下文更加详细地论述的那样，参照图3至图5的示例性实施例，安装组件136可由金属材料形成。更具体而言，支撑部件148(包括第二联接凸缘140和第一联接凸缘138)可各自由金属材料形成。此构造在涡扇发动机10的操作期间可允许期望的热增长量。更具体而言，当燃烧室内衬套114、外衬套116和燃烧器圆顶112全部通过安装组件136支撑在燃烧室内衬套114的前端122处时，燃料-空气喷射器硬件组件106和至涡轮区段的入口之间的距离将大致由安装组件136的热增长量指出。此外，当环绕燃烧器组件100的各种其它构件(诸如内压缩机壳160、外压缩机壳162和涡轮壳164)也全部由金属材料形成时，尽管燃烧器组件100的CMC构件和安装组件136之间不匹配的热增长，但安装组件136的热增长将有可能匹配此构件的热增长且确保燃烧器组件100在涡扇发动机100内的期望位置。
现在参照图3至图5，提供了根据本公开的示例性实施例的燃烧器组件100的各种视图。图3至图5的示例性燃烧器组件100可以大致同样的方式构造为图2的示例性燃烧器组件100，且对应地，相同或类似的数字可表示相同或类似的部分。特别地，图3提供了组装的燃烧器组件100的透视图；图4提供了图3的示例性燃烧器组件100的区段的透视性截面视图；且图5提供了图3的示例性燃烧器组件100的安装组件136的附接部分的局部放大的截面视图。
如可在图3中最清楚看出的是，燃烧器组件100包括穿过一个或多个燃烧室部件延伸的多个冷却孔166以允许穿过其的冷却空气流。特别地，绘出的示例性燃烧器组件100包括穿过燃烧室外衬套116、燃烧室内衬套114和燃烧器圆顶112延伸的多个冷却孔166，以允许一定量的冷却空气流过其中。冷却空气可从燃烧器组件100安装到其中的燃气涡轮发动机的压缩机区段提供。
如之前所述，燃烧器组件100大体构造为环形燃烧器。因此，燃烧室外衬套116、燃烧器圆顶112(对于绘出的实施例，与燃烧室外衬套116整体地形成)和燃烧室内衬套114(例如见图4)各自沿周向方向C大致连续地延伸以限定环形形状。虽然未在图3中绘出，但(燃烧器圆顶112的)第一联接凸缘138和(燃烧室内衬套114的)第二联接凸缘140也在周向方向上大致连续地延伸。此外，安装组件136(且更具体而言，第一安装凸缘142和包括第二安装凸缘144的支撑部件148)也各自沿周向方向C大致连续地延伸以限定环形形状。因此，支撑部件148可称作环形支撑部件148。值得注意的是，第一安装凸缘142由邻近彼此沿周向布置的多个独立安装支架168形成。
对于绘出的实施例，相比于燃烧室内衬套114、燃烧器圆顶112和燃烧室外衬套116(其可各自由CMC材料形成)，安装组件136大体由金属材料形成。因此，形成安装组件136的第一安装凸缘142的安装支架168由金属材料形成，如包括第二安装凸缘144的支撑部件148那样。为了适应热膨胀系数的不匹配，支撑部件148包括大体沿轴向方向A延伸的多个间隙170。然而，在其它实施例中，多个间隙170可改为在任何合适的方向上延伸。值得注意的是，包括多个间隙170可另外为燃烧器组件100提供振动阻尼和其它益处。
此外，绘出的多个间隙170各自沿支撑部件148的长度149的至少大约50%延伸。特别对于绘出的实施例，多个间隙170中的每一个沿支撑部件148的长度149的至少大约60%延伸。此外，多个间隙170中的各个间隙170限定宽度171(图3)。当绘出的间隙170大体沿轴向方向A延伸时，宽度171大体沿周向方向C限定。各个间隙170的宽度171可为至少大约0.05英寸、至少大约0.10英寸、至少大约0.20英寸或任何其它合适的宽度。间隙170允许燃烧室外衬套116或燃烧器圆顶112中的至少一者相对于安装组件136的支撑部件148的相对膨胀。更具体而言，间隙170允许各个CMC构件(即，燃烧室内衬套114、燃烧器圆顶112和燃烧室外衬套116)大体沿径向方向R相对于安装组件136的支撑部件148的相对膨胀。
现在具体参照图4和图5，示例性附接部件146构造为螺母172和螺栓174，确切地说多个螺母172和螺栓174，各个螺栓174延伸穿过第一安装凸缘142和第二安装凸缘144以及第一联接凸缘138和第二联接凸缘140。螺栓174各自包括压在第一安装凸缘142上的头部176，且每个相应的螺母172与相应螺栓174螺纹接合，压在第二安装凸缘144上。在此构造的情况下，分别将燃烧器圆顶112的第一联接凸缘138和第二联接凸缘140与燃烧室内衬套114附接的力在第一安装凸缘142和第二安装凸缘144的内表面区域当中分配。因此，第一联接凸缘138和第二联接凸缘140在最小量的点力施加至其的情况下压在一起。此构造可限制对第一联接凸缘138和第二联接凸缘140的损坏。
此外，如可在图5的截面视图中所见的那样，安装组件136还包括套筒178，确切地说多个套筒178，各个套筒178在第一联接凸缘138和第二联接凸缘140内围绕相应的螺栓174延伸。套筒178可用作螺栓174(由金属材料形成)与第一联接凸缘138和第二联接凸缘140(由CMC材料形成)之间的阻挡物。因此，自CMC材料在金属材料上的任何磨损将由与螺栓174相对的套筒178吸收。值得注意的是，第一联接凸缘138和第二联接凸缘140一起限定组合宽度180，且各个套筒类似地限定长度182。对于绘出的实施例，各个套筒178的长度182小于第一联接凸缘138和第二联接凸缘140的组合宽度180以允许套筒178(其可由金属材料形成)与第一联接凸缘138和第二联接凸缘140之间的相对热膨胀。
包括套筒178、第一安装凸缘142和第二安装凸缘144可允许燃烧器圆顶112更加耐久地附接至燃烧室内衬套114。更特别地，在金属螺栓174与CMC圆顶112和内衬套114之间包括此金属构件可在燃烧器组件100的操作期间降低螺栓174过早磨损的风险。
然而，应了解的是，本文中描述的示例性燃烧器组件100仅作为示例提供，且在本公开的其它示例性实施例中，燃烧器组件100可具有任何其它合适的构造。例如，在其它示例性实施例中，燃烧室外衬套116可不与燃烧器圆顶112整体地形成，且可改为以任何合适的方式附接至燃烧器圆顶112。此外，在某些示例性实施例中，燃烧室内衬套114(除燃烧室外衬套116之外或替代其)可与燃烧器圆顶112整体地形成。此外，在还有其它实施例中，燃烧器圆顶112可具有任何其它合适的构造。例如，在某些实施例中，燃烧器圆顶112可不包括外过渡部分128或内过渡部分130中的一者或两者。或备选地，外过渡部分128或内过渡部分130中的一者或两者可以任何其它合适的方式构造。
此外，虽然对于本文描述的实施例，安装组件136大体位于燃烧器组件100的径向内部位置处，但在其它实施例中，安装组件136可改为位于径向外部位置处。例如，在这样的示例性实施例中，安装组件136可构造成将燃烧室外衬套116附接至分别地形成的燃烧室108圆顶。此外，虽然对于绘出的实施例安装组件136在燃烧室衬套的前端处附接至燃烧室衬套和圆顶，但在其它实施例中，安装组件136可改为例如在燃烧室衬套的后端或任何其它合适的位置处附接至燃烧室衬套。此外，在还有其它实施例中，安装组件136(包括支撑部件148)可从联接凸缘138、140向前延伸(相对于如绘出的实施例中的向后延伸)至燃气涡轮发动机内位于联接凸缘138、140前方的支撑部件。
此外，虽然对于绘出的实施例，限定燃烧室108的各种构件大致沿周向方向C连续地延伸以限定环形形状，但在其它示例性实施例中，此构件可改为包括沿周向方向C间隔的多个构件以限定燃烧室108。此外或备选地，在其它实施例中，燃烧器组件100可具有以任何其它合适的方式安装至燃烧器圆顶112的任何其它合适的燃料-空气喷射器硬件组件106。
此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域的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以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于限定了轴向方向和径向方向且包括结构构件的燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
燃烧器圆顶；
衬套，其附接至所述燃烧器圆顶或与所述燃烧器圆顶整体地形成且在前端和后端之间延伸，所述燃烧器圆顶和衬套一起至少部分地限定燃烧室，所述衬套限定沿径向方向从所述燃烧室向外延伸的联接凸缘；以及
安装组件，其在所述衬套的前端附近附接至所述衬套的所述联接凸缘以用于将所述燃烧器圆顶和衬套相对于所述燃气涡轮发动机的结构构件支撑在所述燃气涡轮发动机内。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述安装组件包括从前端延伸至后端的支撑部件，其中所述支撑部件的前端在所述衬套的前端附近附接至所述衬套，且其中所述支撑部件的后端构造成用于附接至所述燃气涡轮发动机的结构构件。
3.根据权利要求2所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件包括金属材料。
4.根据权利要求2所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件沿周向方向大致连续地延伸以限定环形形状。
5.根据权利要求4所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件包括大体沿所述轴向方向延伸的多个间隙以允许所述衬套或所述燃烧器圆顶中的至少一者相对于所述安装组件的支撑部件的热膨胀。
6.根据权利要求4所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件限定沿所述轴向方向的长度，其中所述支撑部件包括多个间隙，且其中所述多个间隙中的每一个沿所述支撑部件的长度的至少大约50%延伸。
7.根据权利要求4所述的燃烧器组件，其特征在于，所述支撑部件包括多个间隙以允许所述衬套或所述燃烧器圆顶中的至少一者相对于所述安装组件的支撑部件的热膨胀，且其中所述多个间隙中的每一个限定至少大约0.05英寸的最小宽度。
8.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套包括在前端处从所述燃烧室向外延伸的联接凸缘，其中所述燃烧器圆顶还包括相对于所述燃烧室向外延伸且定位在所述衬套的联接凸缘附近的联接凸缘，且其中所述安装组件将所述衬套的联接凸缘附接至所述燃烧器圆顶的联接凸缘。
9.根据权利要求8所述的燃烧器组件，其特征在于，所述安装组件包括定位在所述衬套的联接凸缘附近的第一安装凸缘和定位在所述燃烧器圆顶的联接凸缘附近的第二安装凸缘，且其中所述安装组件还包括附接部件以用于将所述第一安装凸缘压向所述第二安装凸缘以将所述衬套附接至所述燃烧器圆顶。
10.根据权利要求9所述的燃烧器组件，其特征在于，所述安装组件还包括在前端和后端之间延伸的支撑部件，其中所述支撑部件在所述前端处包括所述第二安装凸缘，且其中所述支撑部件构造成用于附接至所述燃气涡轮发动机的结构构件。
11.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套是内衬套。
12.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套包括陶瓷基质复合物材料。
13.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器圆顶包括陶瓷基质复合物材料。
14.一种限定轴向方向和周向方向的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机区段；
涡轮区段；
布置在所述压缩机区段和所述涡轮区段之间的燃烧区段，所述燃烧区段包括燃烧器组件，所述燃烧器组件包括燃烧器圆顶和在前端和后端之间延伸的衬套，所述燃烧器圆顶和衬套一起至少部分地限定燃烧室；以及
安装组件，其包括在前端和后端之间延伸的支撑部件，所述支撑部件的前端在所述衬套的前端附近附接至所述衬套且所述支撑部件的后端附接至所述燃气涡轮发动机的结构构件以支撑所述燃烧器组件。
15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑部件沿所述周向方向大致连续地延伸以限定环形形状。
16.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑部件包括大体沿所述轴向方向延伸的多个间隙以允许所述衬套或所述燃烧器圆顶中的至少一者相对于所述安装组件的支撑部件的膨胀。
17.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述结构构件构造为内燃烧器壳、外燃烧器壳、涡轮壳或涡轮框架部件中的至少一者。
18.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述衬套包括在所述前端处从所述燃烧室向外延伸的联接凸缘，其中所述燃烧器圆顶包括相对于所述燃烧室向外延伸且定位在所述衬套的联接凸缘附近的联接凸缘，且其中所述安装组件将所述衬套的联接凸缘附接至所述燃烧器圆顶的联接凸缘。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述安装组件包括定位在所述衬套的联接凸缘附近的第一安装凸缘，其中所述支撑部件包括定位在所述燃烧器圆顶的联接凸缘附近的第二安装凸缘，且其中所述安装组件还包括附接部件以用于将所述第一安装凸缘压向所述第二安装凸缘以将所述衬套附接至所述燃烧器圆顶。
20.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述支撑部件包括金属材料，且其中所述衬套和所述燃烧器圆顶各自包括陶瓷基质复合物材料。
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