CN107763664A - 用于涡轮发动机的燃烧器组件 - Google Patents

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CN107763664A CN201710712088.3A CN201710712088A CN107763664A CN 107763664 A CN107763664 A CN 107763664A CN 201710712088 A CN201710712088 A CN 201710712088A CN 107763664 A CN107763664 A CN 107763664A
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D.G.塞尼尔
G.S.菲尔普斯
J.D.约翰逊
C.H.萨顿
R.A.斯托尔斯
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Abstract

本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件(100)，包括圆顶部，圆顶部具有前表面(121)和内表面(120)。圆顶部的前表面(121)和内表面(120)至少部分地限定狭槽(122)。燃烧器组件(100)还包括衬套，衬套至少部分地限定燃烧室(114)，且在后端与前端之间延伸。衬套的前端定位于圆顶部的狭槽(122)内。衬套的前端包括轴向分界面(186)和径向分界面(188)。轴向分界面(186)与圆顶部的内表面(120)一起限定径向间隙(190)，并且，径向分界面(188)与圆顶部的前表面(121)一起限定轴向间隙(192)。在燃烧器组件(100)的运行状况期间，径向间隙(190)或轴向间隙(192)中的至少一个小于大约0.150英寸，以防止不理想的空气流。

Description

用于涡轮发动机的燃烧器组件
发明领域
本主题大致涉及燃气涡轮发动机，或更具体地，涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。
发明背景
燃气涡轮发动机大致包括布置成彼此流体连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心按串流的顺序大致包括压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排放区段。在运行中，将空气从风扇提供至压缩机区段的入口，其中，一个或更多个轴向压缩机逐步地使空气压缩，直到空气到达燃烧区段为止。使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。将燃烧气体从燃烧区段导引至涡轮区段。燃烧气体流通过涡轮区段驱动涡轮区段，且然后，通过排放区段而导引至例如大气。
更普遍地，非传统的高温材料(诸如，陶瓷基复合(CMC)材料)用作燃气涡轮发动机内的结构构件。例如，考虑到CMC材料承受相对极端的温度的能力，特别值得注意的是以CMC材料代替燃气涡轮发动机的燃烧区段内的构件。更具体地，燃气涡轮发动机的内衬套和外衬套更普遍地由CMC材料形成。
相比之下，燃烧区段内的圆顶部可以由金属材料形成，内衬套和外衬套附接至圆顶部。然而，可能难以在最接近于内衬套和外衬套至圆顶部的附接位置，将冷却空气提供至内衬套和外衬套。因此，能够在最接近于内衬套和外衬套至圆顶部的附接位置，将期望的冷却空气流更有效地提供至内衬套和外衬套的燃气涡轮发动机(或更具体地，燃气涡轮发动机的燃烧器组件)将是有用的。
发明内容
将在下文的描述中部分地阐明本发明的方面和优点，或可以从描述显而易见本发明的方面和优点，或可以通过实践本发明而得知本发明的方面和优点。
在本公开的一示范性的实施例中，提供燃烧器组件用于限定轴向方向和径向方向的燃气涡轮发动机。燃烧器组件包括圆顶部，圆顶部具有前表面和内表面。前表面和内表面至少部分地限定狭槽。燃烧器组件还包括衬套，衬套至少部分地限定燃烧室，并且，在后端与前端之间延伸。衬套的前端被容纳于圆顶部的狭槽内。衬套的前端包括轴向分界面和径向分界面。轴向分界面与圆顶部的内表面一起限定径向间隙，并且，径向分界面与圆顶部的前表面一起限定轴向间隙。在燃烧器组件的运行状况期间，径向间隙或轴向间隙中的至少一个小于大约0.150英寸。
在本公开的示范性的方面，提供用于制造燃气涡轮发动机的燃烧器组件的方法。燃烧器组件包括衬套和圆顶部。圆顶部包括前表面和内表面。方法包括：形成陶瓷基复合材料的衬套，从而包括基线几何结构；和从衬套去除材料，以改变基线几何结构，从而包括分界面。方法还包括将衬套安装至圆顶部。
在本公开的另一示范性的方面，提供用于使燃气涡轮发动机的燃烧器组件冷却的方法。燃烧器组件包括衬套和圆顶部，圆顶部包括前表面和内表面，前表面和内表面至少部分地限定狭槽。衬套包括被容纳于狭槽内的前端。该方法包括将冷却空气流提供至由圆顶部的前表面和内表面限定的狭槽。该方法还包括通过限定于衬套的前端与圆顶部的前表面之间的轴向间隙而提供冷却空气流，轴向间隙小于大约0.150英寸。该方法还包括通过限定于衬套的前端与圆顶部的内表面之间的径向间隙而提供冷却空气流，径向间隙小于大约0.020英寸。该方法还包括将冷却空气流提供给至少部分地由衬套和圆顶部限定的燃烧室。
1．一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件(100)，限定轴向方向(A)和径向方向(R)，所述燃烧器组件(100)包括：
圆顶部，包括前表面(121)和内表面(120)，所述前表面(121)和所述内表面(120)至少部分地限定狭槽(122)；和
衬套，所述衬套至少部分地限定燃烧室(114)，且在后端与前端之间延伸，所述衬套的前端被容纳于所述圆顶部的狭槽(122)内，所述衬套的所述前端包括轴向分界面(186)和径向分界面(188)，所述轴向分界面(186)与所述圆顶部的所述内表面(120)一起限定径向间隙(190)，并且，所述径向分界面(188)与所述圆顶部的所述前表面(121)一起限定轴向间隙(192)，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述径向间隙(190)或轴向间隙(192)中的至少一个小于大约0.150英寸。
2．根据技术方案1所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述径向间隙(190)或轴向间隙(192)中的至少一个小于大约0.020英寸。
3．根据技术方案2所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述径向间隙(190)小于大约0.020英寸。
4．根据技术方案3所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述径向间隙(190)为0.005与0.015英寸之间。
5．根据技术方案3所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述轴向间隙(192)小于大约0.150英寸。
6．根据技术方案5所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述轴向间隙(192)为0.050与0.100英寸之间。
7．根据技术方案1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述径向分界面(188)是机器加工的表面。
8．根据技术方案1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述轴向分界面(186)是机器加工的表面。
9．根据技术方案1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述圆顶部的所述前表面(121)沿着所述径向方向(R)直线地延伸。
10．根据技术方案1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述衬套是外衬套(108)，并且，其中，所述环形圆顶部是外圆顶部区段(118)。
11．根据技术方案1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述衬套是内衬套(102)，并且，其中，所述环形圆顶部是内圆顶部区段(116)。
12．根据技术方案1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述衬套由陶瓷基复合材料组成，并且，其中，所述环形圆顶部由金属材料组成。
13．一种用于制造燃气涡轮发动机的燃烧器组件的方法(200)，所述燃烧器组件包括衬套和圆顶部，所述圆顶部包括前表面和内表面，所述方法包括：
在(202)形成陶瓷基复合材料的衬套，从而包括基线几何结构；
(206)从所述衬套去除材料，以改变所述基线几何结构，从而包括分界面；以及
在(212)将所述衬套安装至所述圆顶部。
14．根据技术方案13所述的方法，其中，在(202)形成衬套用以包括基线几何结构包含形成衬套用以包括前端，该前端包括所述基线几何结构，其中，从所述衬套去除材料，以改变所述基线几何结构，从而包括分界面在(206)包含从所述衬套的前端去除材料，以改变所述基线几何结构，从而包括轴向分界面和径向分界面。
15．根据技术方案14所述的方法，其中，从所述衬套的前端去除材料在(206)包含在(208)对所述衬套的前端进行机器加工，以限定所述轴向分界面。
参考下文的描述和所附权利要求，将更清楚地理解本发明的这些及其他特征、方面以及优点。被包括于本说明书中且组成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且，连同描述一起用来解释本发明的原理。
附图简述
在参考附图的说明书中阐明针对本领域普通技术人员的本发明的包括最佳模式的详尽的授权的公开，其中：
图1是根据本主题的各种实施例的示范性的燃气涡轮发动机的示意横截面图。
图2是根据本公开的示范性的实施例的燃烧器组件的示意横截面图。
图3是图2的示范性的燃烧器组件的附接点的特写横截面图，其中，根据本公开的示范性的实施例的外衬套的前端附接至外圆顶部区段。
图4是图3的示范性的外衬套的前端的特写独立视图。
图5是图3的示范性的外衬套的前端的示意轴向图。
图6是根据本公开的示范性的实施例的外衬套的侧视横截面图。
图7是用于制造根据本公开的示范性的方面的燃气涡轮发动机的燃烧器组件的方法的流程图。
图8是用于使根据本公开的示范性的方面的燃气涡轮发动机的燃烧器组件的构件冷却的方法的流程图。
发明详述
现在，将对本发明的本实施例详细地作出参考，在附图中，图示本发明的一个或更多个示例。详细描述使用了数字标示和字母标示来指附图中的特征。附图和描述中的相同或类似的标示用于指本发明的相同或类似的零件。如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”以及“第三”能互换地用于将构件彼此区分开，并且，不旨在表明个别的构件的位置或重要性。术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机内的相对位置，前是指更接近于发动机入口的位置，并且，后是指更接近于发动机喷嘴或排放部的位置。术语“上游”和“下游”是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，并且，“下游”是指流体流至的方向。
现在，参考附图，其中，在所有的图中，同一数字指示相同的元件，图1是根据本公开的示范性的实施例的燃气涡轮发动机的示意横截面图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡扇喷气发动机10，在本文中被称为“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(与供参考的纵向中心线12平行地延伸)、径向方向R以及周向方向(即，围绕轴向方向A延伸的方向；未描绘)。通常，涡扇10包括风扇区段14和核心涡轮发动机16，核心涡轮发动机16安置于自风扇区段14起的下游。
所描绘的示范性的核心涡轮发动机16大致包括限定环形入口20的大体上管状的外壳18。外壳18成串流的关系地包封：压缩机区段，包括增压机或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排放喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34以驱动式将HP涡轮28连接至HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36以驱动式将LP涡轮30连接至LP压缩机22。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括变距风扇38，变距风扇38具有多个风扇叶片40，风扇叶片40以间隔开的方式联接至盘42。如所描绘的，风扇叶片40大致沿着径向方向R从盘42向外延伸。各风扇叶片40可围绕俯仰轴P相对于盘42而旋转，依靠风扇叶片40可操作地联接至合适的致动部件44，致动部件44配置成一致共同地变更风扇叶片40的间距。风扇叶片40、盘42以及致动部件44可一起通过LP轴36横过动力齿轮箱46而围绕纵向轴线12旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，这些齿轮用于使LP轴36的旋转速度逐步减低至更高效的旋转风扇速度。
仍然参考图1的示范性的实施例，盘42被可旋转的根据空气动力学形成轮廓的前短舱48覆盖，以促进通过多个风扇叶片40的空气流。另外，示范性的风扇区段14包括环形风扇壳体或外短舱50，环形风扇壳体或外短舱50周向地环绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当意识到，短舱50可以配置成相对于核心涡轮发动机16被多个周向隔开的出口引导导叶52支撑。此外，短舱50的下游区段54可以在核心涡轮发动机16的外部部分之上延伸，以便于将旁通空气流通路56限定于其间。
在涡扇发动机10的运行期间，一定体积的空气58通过短舱50的相关联的入口60和/或风扇区段14而进入涡扇10。当该一定体积的空气58横穿风扇叶片40时，如箭头62所指示的空气58的第一部分被指引或导引至旁通空气流通路56中，并且，如箭头64所指示的空气58的第二部分被指引或导引至LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比一般被称为旁通比。然后，随着空气的第二部分64被导引通过高压(HP)压缩机24而到达燃烧区段26中(在此与燃料混合且燃烧，以提供燃烧气体66)，空气的第二部分64的压力增加。
燃烧气体66被导引通过HP涡轮28，在此，经由联接至外壳18的HP涡轮定子导叶68的连续级和联接至HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70，从燃烧气体66提取热能和/或动能的一部分，因而导致HP轴或转轴34旋转，从而支持HP压缩机24的运行。然后，燃烧气体66被导引通过LP涡轮30，在此，经由联接至外壳18的LP涡轮定子导叶72的连续级和联接至LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74，从燃烧气体66提取热能和动能的第二部分，因而导致LP轴或转轴36旋转，从而支持LP压缩机22的运行和/或风扇38的旋转。
随后，燃烧气体66被导引通过核心涡轮发动机16的喷气排放喷嘴区段32，以提供推进推力。同时地，在空气的第一部分62从涡扇10的风扇喷嘴排放区段76排出之前，随着空气的第一部分62被导引通过旁通空气流通路56，空气的第一部分62的压力大体上增加，从而也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷气排放喷嘴区段32至少部分地限定热气路径78，热气路径78用于将燃烧气体66导引通过核心涡轮发动机16。
应当意识到，然而，图1中所描绘的示范性的涡扇发动机10仅作为示例，而在其他示范性的实施例中，涡扇发动机10可以具有任一其他合适的配置。
现在，参考图2，提供根据本公开的示范性的实施例的燃烧器组件100的特写横截面图。例如，图2的燃烧器组件100可以定位于图1的示范性的涡扇发动机10的燃烧区段26中。更具体地，图2提供了图2的示范性的燃烧器组件100的侧视横截面图。
如图所示，燃烧器组件100大致包括：内衬套102，大致沿着轴向方向A延伸于后端104与前端106之间；和外衬套108，同样地大致沿着轴向方向A延伸于后端110与前端112之间。内衬套102和外衬套108一起至少部分地将燃烧室114限定于其间。内衬套102和外衬套108各自附接至环形圆顶部。更具体地，环形圆顶部包括：内圆顶部区段116，附接至内衬套102的前端106；和外圆顶部区段118，附接至外衬套108的前端112。内圆顶部区段116和外圆顶部区段118可以整体地形成(或备选地，可以由以任何合适的方式附接的多个构件形成)，并且，可以各自沿着周向方向C延伸，以限定环形形状。如将在下文中参考图3而更详细地讨论的，内圆顶部区段116和外圆顶部区段118各自还包括前表面120和内表面121(即，相对于燃烧室114的内部)，前表面120和内表面121至少部分地限定狭槽122，以便分别容纳内衬套102的前端106和外衬套108的前端112。
燃烧器组件100还包括多个燃料空气混合器124，这些燃料空气混合器124沿着周向方向C隔开，并且，至少部分地定位于环形圆顶部内。更具体地，多个燃料空气混合器124沿着径向方向R至少部分地安置于外圆顶部区段118与内圆顶部区段116之间。来自涡扇发动机10的压缩机区段的压缩空气流入或流过燃料空气混合器124，在此压缩空气与燃料混合而点燃，从而在燃烧室114内生成燃烧气体66。内圆顶部区段116和外圆顶部区段118配置成帮助从压缩机区段提供这样的压缩空气流至燃料空气混合器124中或经过燃料空气混合器124。例如，外圆顶部区段118包括前端128处的外整流罩126，并且，内圆顶部区段116类似地包括前端132处的内整流罩130。外整流罩126和内整流罩130可以帮助从压缩机区段26指引压缩空气流至燃料空气混合器124中的一个或更多个中或经过燃料空气混合器124中的一个或更多个。
此外，内圆顶部区段116和外圆顶部区段118各自包括附接部分，附接部分配置成帮助将燃烧器组件100安装于涡扇发动机10内。例如，外圆顶部区段118包括附接延伸部分134，附接延伸部分134配置成安装至外燃烧器壳体136，并且，内圆顶部区段116包括类似的附接延伸部分138，附接延伸部分138配置成附接至涡扇发动机10内的环形支撑部件140。在某些示范性的实施例中，内圆顶部区段116可以整体地形成为单个环形构件，并且，类似地，外圆顶部区段118还可以整体地形成为单个环形构件。然而应当意识到，在其他示范性的实施例中，内圆顶部区段116和/或外圆顶部区段118可以备选地由以任何合适的方式联结的一个或更多个构件形成。例如，关于外圆顶部区段118，在某些示范性的实施例中，外整流罩126可以与外圆顶部区段118分离地形成，并且，使用例如焊接过程来附接至外圆顶部区段118的前端128。类似地，附接延伸部分134还可以与外圆顶部区段118分离地形成，并且，使用例如焊接过程来附接至外圆顶部区段118的前端128。另外，或备选地，内圆顶部区段116可以具有类似的配置。
仍然参考图2，示范性的燃烧器组件100还包括隔热屏142，隔热屏142围绕所描绘的燃料空气混合器124定位。对于所描绘的实施例，示范性的隔热屏142附接至外圆顶部区段118和内圆顶部区段116，并且，在外圆顶部区段118与内圆顶部区段116之间延伸。隔热屏142配置成保护涡扇发动机10的某些构件免受燃烧室114的相对极端的温度。
对于所描绘的实施例，内衬套102和外衬套108各自由作为具有高温性能的非金属材料的陶瓷基复合(CMC)材料形成。针对这样的衬套102、108而利用的示范性的CMC材料可以包括碳化硅、硅、二氧化硅或氧化铝基体材料及以上的材料的组合。陶瓷纤维可以嵌入基体内，诸如，包括如蓝宝石(sapphire)和碳化硅那样的单丝的氧化稳定增强纤维(例如Textron的SCS-6)以及包括碳化硅的粗纱和纱线(例如，日本碳素公司的NICALON®、日本宇部兴产株式会社的TYRANNO®和美国道康宁公司的SYLRAMIC®)、硅酸铝(例如，纳克斯泰尔公司的440和480)以及短切的晶须和纤维(例如，纳克斯泰尔公司的440和SAFFIL®)，和(可选地)陶瓷颗粒(例如，Si、Al、Zr、Y及以上的元素的组合的氧化物)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)。在大约1000-1200°F的温度下，CMC材料可以具有大约1.3×10−6英寸/英寸/°F至大约3.5×10−6英寸/英寸/°F的范围内的热膨胀系数。
相比之下，包括内圆顶部区段116和外圆顶部区段118的环形圆顶部可以由金属形成，诸如，镍基超合金(在大约1000-1200°F的温度下，具有大约8.3-8.5×10−6英寸/英寸/°F的热膨胀系数)或钴基超合金(在大约1000-1200°F的温度下，具有大约7.8-8.1×10−6英寸/英寸/°F的热膨胀系数)。
仍然参考图2，在内衬套102的后端104处，且在外衬套108的后端110处，燃烧器组件100分别包括内活塞环密封件146和外活塞环密封件148。内活塞环密封件146附接至内活塞环保持器150，内活塞环保持器150从内壳延伸，且附接至内壳(对于所描绘的实施例，内壳为环形支撑部件140)。类似地，外活塞环密封件148附接至外活塞环保持器152，外活塞环保持器152从外壳延伸，且附接至外壳(对于所描绘的实施例，外壳包括外燃烧器壳体136和外涡轮壳体154)。内活塞环保持器150和外活塞环保持器152配置成大致沿着轴向方向A且大致沿着径向方向R适应内衬套102和外衬套108的膨胀。
仍然参考图2，并且，如上文所讨论的，燃烧气体66从燃烧室114流入或流经涡扇发动机10的涡轮区段，在此，经由涡轮定子导叶的连续级和涡轮转子叶片从燃烧气体66提取热能和/或动能的一部分。在图2中燃烧器组件100的后部示意地描绘了第一级(1)涡轮叶片156。
现在，参考图3，描绘附接点的特写示意横截面图，在此，将外衬套108的前端112安装至外圆顶部区段118于外圆顶部区段118的狭槽122内。图3的视图(图2的也是)是处于燃烧器组件的运行状况期间。更具体地，图3描绘如下的状况期间的燃烧器组件：燃料在燃烧室114内燃烧而生成燃烧气体，并且，燃烧器组件100的所有的构件都达到了稳定的温度。
为了允许外衬套108与外圆顶部区段118之间和内衬套102与内圆顶部区段116之间的相对热膨胀，使用多个安装组件144来将外衬套108附接至外圆顶部区段118且将内衬套102附接至内圆顶部区段116。更具体地，安装组件144将外衬套108的前端112附接至外圆顶部区段118于外圆顶部区段118的狭槽122内，并且，将内衬套102的前端106附接至内圆顶部区段116于内圆顶部区段116的狭槽122内(参见图2)。如文所述，狭槽122至少部分地分别由内圆顶部区段116和外圆顶部区段118的前表面120和内表面121限定，此外，狭槽122分别容纳内衬套102和外衬套108的前端106、112。
特别地关于图3中所描绘的外衬套108的前端112和外圆顶部区段118，外圆顶部区段118包括底板158和轭(yolk)160。底板158和轭160各自大体上彼此平行地延伸，对于所描绘的实施例，这是与涡扇发动机10的轴向方向A大体上平行的方向(还参见图2)。值得注意，狭槽122限定于底板158与轭160之间。而且，在某些示范性的实施例中，轭160可以与外圆顶部区段118一起沿周向延伸(跟随底板158)。在这样的配置下，狭槽122可以被认为是环形狭槽。然而，在其他实施例中，轭160可以包括多个沿周向隔开的调整片，轭160的个别的调整片中的每个与底板158一起限定狭槽122的个别的分段的部分。
所描绘的示范性的安装组件144延伸穿过外圆顶部区段118的轭160、外衬套108的前端112(定位于狭槽122中)以及外圆顶部区段118的底板158。更具体地，对于所描绘的实施例，安装组件144包括销162和套管164。销162包括头部166和柄部168，柄部168延伸穿过轭160、外衬套108的前端112(定位于狭槽122中)以及底板158。螺母170附接至销162的柄部168的远端。在某些示范性的实施例中，销162可以配置为螺栓，并且，螺母170可以可旋转地与销162的螺纹部分(在例如柄部168的远端处)接合，以便紧固安装组件144。然而备选地，在其他示范性的实施例中，销162和螺母170可以具有任何其他合适的配置。例如，在其他示范性的实施例中，销162可以包括柄部168，柄部168限定了大体上平滑的圆柱状的形状，并且，螺母170可以配置为夹子。
另外，套管164在形状上为大致圆柱状并且被定位在狭槽122内围绕销162的柄部168。对于所描绘的实施例，通过将螺母170紧固于销162上，使套管164被压在轭160与底板158之间。此外，对于所描绘的实施例，安装组件144包括金属垫环172，金属垫环172围绕套管164和销162定位。垫环172定位在外衬套108的前端112中的开口174中。垫环172包括外轴环176和内轴环180，外轴环176定位成与外衬套108的外表面178相邻，并且，内轴环180定位成与外衬套108的内表面182相邻。垫环172另外包括主体184。当外衬套108相对于外圆顶部区段118而大致沿着径向方向R向内和向外移动时，金属垫环172可以降低外衬套108的前端112上的磨损量。
然而应当意识到，虽然使用在本文中描绘且描述的示范性的附接组件144将外衬套108的前端112附接至外圆顶部区段118，但在本公开的其他实施例中，附接组件144可以具有任何其他合适的配置，并且此外在其他实施例中，仍然可以使用任何其他合适的附接组件。
仍然参考图3，所描绘的外衬套108的前端112还包括轴向分界面186和径向分界面188。轴向分界面186配置为外衬套108的前端112的一部分，其面向外圆顶部区段118的底板158，或更具体地，面向外圆顶部区段118的内表面120。径向分界面188配置为内衬套的前端112的一部分，其面向外圆顶部区段118的前表面121。对于所描绘的实施例，轴向分界面186和内表面120各自沿与轴向方向A平行的方向延伸，并且，径向分界面188和前表面121各自沿与径向方向R平行的方向延伸。
此外，对于所描绘的实施例，轴向分界面186与外圆顶部区段118的内表面120一起限定径向间隙190，并且，径向分界面188与外圆顶部区段118的前表面121一起限定轴向间隙192。对于所描绘的实施例，在燃烧器组件100的运行状况期间，径向间隙190或轴向间隙192中的至少一个小于大约0.150英寸。更具体地，对于所描绘的实施例，在燃烧器组件100的运行状况期间，径向间隙190或轴向间隙192中的至少一个小于大约0.020英寸。
例如，仍然参考图3的实施例，在燃烧器组件100的运行状况期间，径向间隙190小于大约0.020英寸，并且，在燃烧器组件100的运行状况期间，轴向间隙192小于大约0.150英寸。更具体地，对于所描绘的实施例，由外衬套112的轴向分界面186与外圆顶部区段118的内表面120一起限定的径向间隙190为大约0.005英寸与大约0.015英寸之间，并且，由外衬套112的径向分界面188与外圆顶部区段118的前表面121一起限定的轴向间隙192为大约0.050英寸与大约0.100英寸之间。应当意识到，如本文中所使用的，近似的术语(诸如，“大约”和“近似地”)是指在百分之十(10%)的误差范围内。
燃烧器组件100可以如此设计，以致于由轴向分界面186与内表面120一起限定的径向间隙190和由径向分界面188与前表面121一起限定的轴向间隙192允许仅预定量的空气流经过进入到燃烧室114中。值得注意，允许在燃烧器组件100的运行状况期间的这样的空气流可以确保燃烧室114内的相对较热的燃烧气体不流入和/或流过外圆顶部区段118的狭槽122，若流入和/或流过则可能损伤燃烧器组件100的一些构件。
现在，参考图4，提供图2和图3的外衬套108的前端112的特写独立视图。更具体地，图4示出包括基线几何结构的外衬套108的前端112。外衬套108可以由例如CMC材料形成，使得外衬套108包括基线几何结构。随后，可以机器加工外衬套108，以限定轴向分界面186和径向分界面188。在图4中，以假想线描绘基线几何结构。因此，对于所描绘的实施例，轴向分界面186是机器加工的表面，并且，径向分界面188也是机器加工的表面。通过形成外衬套108的前端112来包括基线几何结构，且随后，机器加工出基线几何结构，从而限定轴向分界面186和径向分界面188，一旦外衬套108的前端112被容纳于外圆顶部区段118的狭槽122内，在燃烧器组件100的运行状况期间，外衬套108的前端112就可以分别与外圆顶部区段118的内表面120和前表面121一起限定期望的径向间隙190和轴向间隙192。
此外，现在，参考图5，提供图2和图3的外衬套108的前端112的轴向图。更具体地，图5还示出包括基线几何结构(以想象图示出)的外衬套108的前端112。如所描绘的，CMC构件的某些制造方法可能导致难以形成外衬套108的前端112来包括相对于燃气涡轮发动机的中心线12的精确地圆形的内表面。因此，通过形成外衬套108的前端112来包括基线几何结构(以想象图描绘)且随后机器加工出前端112的基线几何结构，从而限定轴向分界面186和径向分界面188(参见图4)，可以确保沿着周向方向C分别与外圆顶部区段118的内表面120和前表面121一起限定更一致的径向间隙190和轴向间隙192。更具体地，机器加工出外衬套108的前端112的基线几何结构的过程可以确保轴向分界面186相对于燃气涡轮发动机的中心线12限定更精确的圆形的形状，和因此与外圆顶部区段118的内表面120一起限定更一致的径向间隙190。
此外，返回参考图2，应当意识到，内衬套102的前端106可以按与外衬套108的前端112大体上相同的方式形成，且同样地，内衬套102的前端106可以按与外衬套108的前端112附接至外圆顶部区段118的大体上相同的方式附接至内圆顶部区段116。例如，将内衬套102的前端106附接至内圆顶部区段116的安装组件144可以按与将外衬套108的前端112附接至外圆顶部区段118的安装组件144的大体上相同的方式配置。另外，内圆顶部区段116可以限定前表面121和内表面120(即相对于燃烧室114的内)。另外，内衬套102的前端106可以包括：轴向分界面186，其面向内圆顶部区段116的内表面120；和径向分界面188，其面向内圆顶部区段116的前表面121。在燃烧器组件100的运行状况期间，内衬套102的前端106的轴向分界面186可以与内圆顶部区段116的内表面120一起限定小于大约0.020英寸的径向间隙，此外，在燃烧器组件100的运行状况期间，内衬套102的前端106的径向分界面188可以与内圆顶部区段116的前表面121一起限定小于大约0.150英寸的径向间隙。
而且，仍然应当意识到，在其他示范性的实施例中，衬套的其他部分和/或燃气涡轮发动机的其他构件可以按类似的方式形成，以确保这样的衬套的部分(或燃气涡轮发动机的其他构件)与相邻的构件一起限定期望的厚度和/或空隙。例如，现在，参考图6，提供根据本公开的示范性的实施例的衬套的侧视横截面图。在某些示范性的实施例中，衬套可以是以与在上文中参考图2至图5而描述的外衬套108大体上相同的方式配置的外衬套108。因此，相同的数字可以指相同或类似的零件。
例如，如所描绘的，图6的外衬套108大致在后端110与前端112之间延伸。外衬套108此外限定了中跨区域193，中跨区域193定位于前端112与后端110之间。此外，外衬套108大致限定内表面194和相对的外表面195，当安装时，内表面194至少部分地限定燃烧室(参见图2)。正如在上文中参考图4和图5而描述的外衬套108，图6的外衬套108例如由CMC材料形成，使得外衬套108包括基线几何结构。继形成之后，可以在各种位置对外衬套108进行机器加工，以限定如可以期望用于特定应用的一些分界面。更具体地，如在想象图中经由各种加工线196描绘的，对外衬套108的前端112进行机器加工以限定轴向分界面197，对外衬套108的中跨区域193进行机器加工以便在外表面195处限定中跨分界面198，并且，对外衬套108的后端110进行机器加工以限定后端分界面199。值得注意，如此形成图6的示范性的外衬套108，使得外衬套108的剩余部分(即，在机器加工之后)包括足够的质量或厚度来维持任何期望的机械性质(例如，刚度、强度、柔性等)。
然而应当意识到，在其他一些示范性的实施例中仍然可以对图6的外衬套108的基线几何结构的任何其他合适的部分进行机器加工以限定期望的分界面。此外，在还有其他一些实施例中，燃气涡轮发动机的任何其他合适的构件，且具体地，由CMC材料形成的任何其他合适的构件，可以按与图6的示范性的外衬套108类似的方式配置，从而包括可以机器加工出而限定期望的分界面的基线几何结构。
现在，参考图7，提供了根据本公开的示范性的方面的用于制造燃气涡轮发动机的燃烧器组件的方法(200)。在图7中描绘的示范性的方法(200)可以用于制造在上文中参考图2至图5而描述的示范性的燃烧器组件。因此，根据示范性的方法(200)而制造的示范性的燃烧器组件可以包括衬套和圆顶部，圆顶部包括前表面和内表面，前表面和内表面共同至少部分地限定狭槽。
示范性的方法(200)包括在(202)形成衬套以便包括具有基线几何结构的前端。在某些实施例中，衬套可以是燃烧器组件的内衬套，或备选地，可以是燃烧器组件的外衬套。值得注意，对于所描绘的实施例，在(202)形成衬套包括在(204)形成陶瓷基复合材料的衬套。
而且，示范性的方法(200)包括在(206)从衬套的前端去除材料，以改变基线几何结构，从而包括轴向分界面和径向分界面。在某些示范性的实施例中，在(206)从衬套的前端去除材料包括：在(208)对衬套的前端进行机器加工，以限定轴向分界面，和在(210)对衬套的前端进行机器加工，以限定径向分界面。
此外，仍然参考图7，示范性的方法(200)另外包括在(212)将衬套的前端至少部分地安装于圆顶部的狭槽内，以致于轴向分界面与圆顶部的内表面一起限定径向间隙，并且，径向分界面与圆顶部的前表面一起限定轴向间隙。对于所描绘的示范性的方面，在燃烧器组件的运行状况期间，轴向间隙或径向间隙中的至少一个小于大约0.150英寸，或更具体地，在燃烧器组件的运行状况期间，小于大约0.020英寸。具体地，在至少某些示范性的方面，在燃烧器组件的运行状况期间，径向间隙可以小于大约0.020英寸，并且，在燃烧器组件的运行状况期间，轴向间隙可以小于大约0.150英寸。
根据本公开的一个或更多个示范性的方面而制造的燃烧器组件可以确保在燃烧器组件的运行状况期间，通过限定于衬套的前端与圆顶部之间的间隙提供期望的量的空气流，以致于相对较热的燃气不流过燃烧器圆顶部的狭槽，倘若流过可能损伤燃烧器组件的某些构件。
此外，现在参考图8，提供根据本公开的示范性的方面的用于使燃气涡轮发动机的燃烧器组件冷却的方法(300)。在图8中描绘的示范性的方法(300)可以用于使在上文中参考图2至图5描述的示范性的燃烧器组件冷却。因此，示范性的方法(300)的示范性的燃烧器组件可以包括衬套和圆顶部，圆顶部包括前表面和内表面，前表面和内表面共同至少部分地限定狭槽。而且，衬套可以包括被容纳于圆顶部的狭槽内的前端。
示范性的方法(300)包括在(302)将冷却空气流提供至由圆顶部的内表面和前表面限定的狭槽。冷却空气流可以是通过燃气涡轮发动机的压缩机区段的空气流的一部分。例如，在(302)将冷却空气流提供至狭槽可以包括将空气流的一部分通过压缩机区段在圆顶部的前表面之上提供至狭槽。
另外，示范性的方法(300)包括在(304)通过限定于衬套的前端与圆顶部的前表面之间的轴向间隙提供冷却空气流，轴向间隙小于大约0.150英寸。示范性的方法(300)另外包括在(306)通过限定于衬套的前端与圆顶部的内表面之间的径向间隙提供冷却空气流，径向间隙小于大约0.020英寸。更具体地，轴向间隙可以限定于衬套的前端的径向分界面与圆顶部的前表面之间，此外，径向间隙可以限定于衬套的前端的轴向分界面与圆顶部的内表面之间。
此外，如还描绘地，示范性的方法(300)包括在(308)将冷却空气流提供给至少部分地由衬套和圆顶部限定的燃烧室。根据示范性的方法(300)冷却燃烧器组件可以确保将足够的量的冷却空气流通过狭槽、围绕衬套的前端并提供至燃烧室，以防止燃烧气体通过狭槽而流回。此外，通过径向间隙和轴向间隙提供冷却空气流，由此，可以防止过多的冷却空气流经过。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且，还允许本领域任何技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何包括的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。如果这样的其他示例包括未区别于权利要求的字面语言的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求的范围内。

Claims (10)

1. 一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件(100)，限定轴向方向(A)和径向方向(R)，所述燃烧器组件(100)包括：
圆顶部，包括前表面(121)和内表面(120)，所述前表面(121)和所述内表面(120)至少部分地限定狭槽(122)；和
衬套，所述衬套至少部分地限定燃烧室(114)，且在后端与前端之间延伸，所述衬套的前端被容纳于所述圆顶部的狭槽(122)内，所述衬套的所述前端包括轴向分界面(186)和径向分界面(188)，所述轴向分界面(186)与所述圆顶部的所述内表面(120)一起限定径向间隙(190)，并且，所述径向分界面(188)与所述圆顶部的所述前表面(121)一起限定轴向间隙(192)，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述径向间隙(190)或轴向间隙(192)中的至少一个小于大约0.150英寸。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述径向间隙(190)或轴向间隙(192)中的至少一个小于大约0.020英寸。
3.根据权利要求2所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述径向间隙(190)小于大约0.020英寸。
4.根据权利要求3所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述径向间隙(190)为0.005与0.015英寸之间。
5.根据权利要求3所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述轴向间隙(192)小于大约0.150英寸。
6.根据权利要求5所述的燃烧器组件(100)，其中，在所述燃烧器组件(100)的运行状况期间，所述轴向间隙(192)为0.050与0.100英寸之间。
7.根据权利要求1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述径向分界面(188)是机器加工的表面。
8.根据权利要求1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述轴向分界面(186)是机器加工的表面。
9.根据权利要求1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述圆顶部的所述前表面(121)沿着所述径向方向(R)直线地延伸。
10.根据权利要求1所述的燃烧器组件(100)，其中，所述衬套是外衬套(108)，并且，其中，所述环形圆顶部是外圆顶部区段(118)。
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