CN107917440B - 用于燃气涡轮发动机的构件组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的构件组件，其包括第一壁和第二壁，该燃气涡轮发动机具有燃烧器且限定核心空气流路。第一壁构造成用于在由燃气涡轮发动机的燃烧器限定的燃烧室下游的地点处至少部分地限定核心空气流路。此外，第二壁也构造成用于在燃烧室下游的地点处至少部分地限定核心空气流路，且关于核心空气流路位于第一壁对面。第二壁包括多个翅片，其沿径向方向朝第一壁延伸且沿周向方向间隔开。

Description

用于燃气涡轮发动机的构件组件
技术领域
本主题大体上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构件组件，其紧接地位于燃气涡轮发动机的燃烧区段下游。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括布置成与彼此流连通的风扇和核心。此外，燃气涡轮发动机的核心大体上包括成串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段以及排气区段。在操作中，空气从风扇提供至压缩机区段的入口，其中一个或多个轴向压缩机逐步地压缩空气，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焚烧，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流驱动涡轮区段，且然后传送穿过排气区段，例如至大气。
涡轮区段的前端部包括用于引导和计量从燃烧区段穿过涡轮区段的燃烧气体的涡轮喷嘴的第一级。涡轮喷嘴的第一级可在前端部处附接于燃烧区段的燃烧器的外衬套或内衬套，且在后端部处附接于例如包绕涡轮转子叶片的第一级的护罩。然而，假定喷嘴的第一级可由与燃烧区段的燃烧器的衬套不同的材料形成，则此类材料的热膨胀系数的失配可使其难以在其间形成期望的气密密封。
因此，能够与燃烧区段的燃烧器一起形成改进的密封的涡轮区段将为有用的。
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，或可从描述清楚，或可通过本发明的实践学习到。
在本公开的一个示例性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的构件组件，燃气涡轮发动机包括限定燃烧室的燃烧器，且该燃气涡轮发动机限定核心空气流路、径向方向以及周向方向。构件组件包括第一壁，其用于在燃烧室下游的地点处至少部分地限定核心空气流路。构件组件还包括第二壁，其用于在燃烧室下游的地点处至少部分地限定核心空气流路，且关于核心空气流路位于第一壁对面。第二壁包括多个翅片，其沿径向方向朝第一壁延伸且沿周向方向间隔开。
在本公开的示例性方面，提供一种限定径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燃烧区段，其包括限定燃烧室的燃烧器。燃气涡轮发动机还包括涡轮，其位于燃烧区段下游，燃烧区段和涡轮至少部分地限定燃气涡轮发动机的核心空气流路。涡轮包括构件组件和位于构件组件下游的涡轮转子叶片的第一级。构件组件包括外壁，其至少部分地限定核心空气流路，外壁包括沿径向方向向内延伸的多个外翅片，多个外翅片沿周向方向间隔开。构件组件还包括内壁，其沿径向方向位于外壁内侧且至少部分地限定核心空气流路。内壁包括沿径向方向向外延伸且沿周向方向间隔开的多个内翅片，多个内翅片中的每一个沿周向方向位于相邻外翅片之间。
本发明的这些及其他的特征、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。并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于论述本发明的原理。
技术方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的构件组件，所述燃气涡轮发动机包括限定了燃烧室的燃烧器，所述燃气涡轮发动机限定核心空气流路、径向方向以及周向方向，所述构件组件包括：
第一壁，其用于在所述燃烧室下游的地点处至少部分地限定所述核心空气流路；以及
第二壁，其用于在所述燃烧室下游的地点处至少部分地限定所述核心空气流路，且关于所述核心空气流路位于所述第一壁对面，所述第二壁包括多个翅片，所述多个翅片沿所述径向方向朝所述第一壁延伸且沿所述周向方向间隔开。
技术方案2. 根据技术方案1所述的构件组件，其特征在于，所述第一壁为外壁，其中所述第二壁为内壁，且其中所述翅片为内翅片。
技术方案3. 根据技术方案2所述的构件组件，其特征在于，所述燃气涡轮发动机的燃烧器包括内衬套和外衬套，其中所述外壁附接于所述外衬套或与所述外衬套整体结合形成，且其中所述内壁附接于所述内衬套或与所述内衬套整体结合形成。
技术方案4. 根据技术方案3所述的构件组件，其特征在于，所述外壁与所述外衬套整体结合形成，且其中所述内壁与所述内衬套整体结合形成。
技术方案5. 根据技术方案4所述的构件组件，其特征在于，所述外壁由陶瓷基质复合物(CMC)材料形成，且其中所述内壁也由CMC材料形成。
技术方案6. 根据技术方案2所述的构件组件，其特征在于，所述外壁包括沿所述径向方向向内延伸的多个外翅片，其中所述多个外翅片沿所述周向方向间隔开，且其中所述多个内翅片中的每一个沿所述周向方向位于相邻外翅片之间。
技术方案7. 根据技术方案6所述的构件组件，其特征在于，所述外翅片沿所述周向方向大致均匀地间隔开，且其中所述内翅片沿所述周向方向也大致均匀地间隔开。
技术方案8. 根据技术方案6所述的构件组件，其特征在于，所述外壁包括相邻外翅片之间的多个外谷部，其中所述内壁包括相邻内翅片之间的多个内谷部，其中所述外翅片沿所述径向方向朝所述内谷部延伸，且其中所述内翅片沿所述径向方向朝所述外谷部延伸。
技术方案9. 根据技术方案8所述的构件组件，其特征在于，所述内翅片中的每一个沿所述径向方向限定与相应的外谷部的空隙，其中由所述构件组件的内壁和外壁限定的所述核心空气流路的部分限定沿所述径向方向的高度，其中所述空隙小于所述核心空气流路的高度的大约百分之十五(15％)。
技术方案10. 根据技术方案8所述的构件组件，其特征在于，所述外翅片中的每一个沿所述径向方向限定与相应的内谷部的空隙，其中由所述构件组件的内壁和外壁限定的所述核心空气流路的部分限定沿所述径向方向的高度，其中所述空隙小于所述核心空气流路的高度的大约百分之十五(15％)。
技术方案11. 根据技术方案3所述的构件组件，其特征在于，所述外壁的外翅片、所述内壁的内翅片以及所述核心空气流路各自在沿所述燃气涡轮发动机的中心轴线的地点处限定沿所述径向方向的高度，且其中所述内翅片和所述外翅片的高度为所述核心空气流路的高度的至少大约百分之五十(50％)。
技术方案12. 根据技术方案1所述的构件组件，其特征在于，所述构件组件当安装在所述燃气涡轮发动机中时紧接地位于所述燃气涡轮发动机的燃烧器的燃烧室下游。
技术方案13. 根据技术方案1所述的构件组件，其特征在于，各个翅片限定沿所述轴向方向的弯曲轮廓。
技术方案14. 根据技术方案1所述的构件组件，其特征在于，所述第一壁为外壁，其中所述构件组件定位在所述燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片的第一级前方，且其中所述构件组件的外壁附接于护罩组件或与所述护罩组件整体结合形成，所述护罩组件沿所述径向方向位于涡轮转子叶片的第一级外侧。
技术方案15. 根据技术方案1所述的构件组件，其特征在于，所述第二壁的翅片各自限定翅片末梢，且其中以下至少一者：所述第二壁限定所述翅片末梢处的多个空气流通道，或所述第一壁限定所述翅片末梢附近的多个空气流通道。
技术方案16. 根据技术方案1所述的构件组件，其特征在于，所述第二壁包括基部部分，且其中所述第二壁的翅片附接于所述第二壁的基部部分。
技术方案17. 一种限定了径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：
燃烧区段，其包括限定了燃烧室的燃烧器；以及
涡轮，其位于所述燃烧区段下游，所述燃烧区段和所述涡轮至少部分地限定所述燃气涡轮发动机的核心空气流路，所述涡轮包括构件组件和位于所述构件组件下游的涡轮转子叶片的第一级，所述构件组件包括：
外壁，其至少部分地限定所述核心空气流路，所述外壁包括沿所述径向方向向内延伸的多个外翅片，所述多个外翅片沿所述周向方向间隔开；以及
内壁，其沿所述径向方向位于所述外壁内侧且至少部分地限定所述核心空气流路，所述内壁包括沿所述径向方向向外延伸且沿所述周向方向间隔开的多个内翅片，所述多个内翅片中的每一个沿所述周向方向位于相邻外翅片之间。
技术方案18. 根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机的燃烧器包括内衬套和外衬套，其中所述外壁附接于所述外衬套或与所述外衬套整体结合形成，且其中所述内壁附接于所述内衬套或与所述内衬套整体结合形成。
技术方案19. 根据技术方案17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述外壁包括相邻外翅片之间的多个外谷部，其中所述内壁包括相邻内翅片之间的多个内谷部，其中所述外翅片沿所述径向方向朝所述内谷部延伸，且其中所述内翅片沿所述径向方向朝所述外谷部延伸。
技术方案20. 根据技术方案19所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述内翅片中的每一个沿所述径向方向限定与相应的外谷部的空隙，其中由所述构件组件的内壁和外壁限定的所述核心空气流路的部分限定沿所述径向方向的高度，其中所述空隙小于所述核心空气流路的高度的大约百分之十五(15％)。
附图说明
针对本领域普通技术人员的本发明的完整且开放的公开(包括其最佳模式)在参照附图的说明书中阐述，在附图中：
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为根据本公开的示例性实施例的包括构件组件的燃烧器组件和涡轮区段的一部分的示意性截面视图。
图3为沿图2的线3-3截取的图2的示例性构件组件的轴向截面视图。
图4为沿图2的线4-4截取的图2的示例性构件组件的径向截面视图。
图5为根据本公开的另一示例性实施例的包括构件组件的燃烧器组件和涡轮区段的一部分的示意性截面视图。
图6为根据本公开的又一示例性实施例的包括构件组件的燃烧器组件和涡轮区段的一部分的示意性截面视图。
图7为根据本公开的另一示例性实施例的构件组件的轴向截面视图。
图8为根据本公开的又一示例性实施例的构件组件的轴向截面视图。
构件清单
参照标号 构件
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
37 核心空气流路
38 风扇
40 叶片
42 盘
44 促动部件
46 动力齿轮箱
48 机舱
50 风扇壳或机舱
52 出口导向导叶
54 下游区段
56 旁通空气流通道
58 空气
60 入口
62 空气的第一部分
64 空气的第二部分
66 燃烧气体
68 定子导叶
70 涡轮转子叶片
72 定子导叶
74 涡轮转子叶片
76 风扇喷嘴排气区段
78 热气体通路
100 燃烧器组件
102 内衬套
104 内衬套的后端部
106 内衬套的前端部
108 外衬套
110 外衬套的后端部
112 外衬套的前端部
114 燃烧室
116 内环形圆顶
118 外环形圆顶
124 燃料/空气混合器
126 外阻挡件的外整流罩
130 内阻挡件的内整流罩
132 构件组件
134 涡轮转子叶片的第一级
136 外壁
138 外翅片
140 内壁
142 内翅片
144 外凸缘
145 凸缘
146 壳
148 护罩组件
150 内凸缘
151 凸缘
152 外谷部
154 内谷部
156 外翅片末梢
158 内翅片末梢
160 翼弦线
162 前缘
164 后缘
166 中弧线。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用了标号和字母指定来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的指定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，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。用语"前"和"后"是指燃气涡轮发动机内的相对位置，其中前是指更靠近发动机入口的位置，且后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。用语"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，且"下游"是指流体流至的方向。
本公开大体上涉及用于燃气涡轮发动机的构件组件，其大体上包括第一内壁和第二外壁。内壁和外壁各自至少部分地限定穿过燃气涡轮发动机的核心空气流路，且内壁沿燃气涡轮发动机的径向方向位于外壁内侧。此外，内壁和外壁紧接地位于由燃气涡轮发动机的燃烧器限定的燃烧室下游。在某些实施例中，外壁可包括多个外翅片，其沿径向方向向内延伸且大体上沿燃气涡轮发动机的周向方向间隔开。此外，在某些实施例中，内壁可类似地包括多个内翅片，其沿径向方向向外延伸且大体上沿周向方向间隔开，其中各个内翅片沿径向方向位于相邻外翅片之间。内翅片不需要接触外壁，且外翅片不需要接触内壁。此类构造可替换燃气涡轮发动机的传统第一级涡轮喷嘴，且可提供较轻的组件，从而形成改进的气密密封，同时执行大致相同的功能。
现在参照附图，其中相同标号贯穿图指示相同元件，图1为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的实施例而言，燃气涡轮发动机为高旁通涡扇喷气发动机10，其在本文中称为“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(平行于用于参照而提供的纵向中心线12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；未绘出)。大体上，涡扇10包括风扇区段14以及设置在风扇区段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大体上包括大致管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18以串流关系包围：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。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段以及喷气排气喷嘴区段32一起限定穿过核心涡轮发动机16的核心空气流路37。
对于绘出的实施例而言，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于盘42的多个风扇叶片40。如绘出的那样，风扇叶片40大体上沿径向方向R从盘42向外延伸。各个风扇叶片40可借助于风扇叶片40(其可操作地联接于适合的促动部件44)围绕桨距轴线P关于盘42旋转，适合的促动部件44一致地构造成共同地改变风扇叶片40的桨距。风扇叶片40、盘42以及促动部件44可由跨过动力齿轮箱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，其用于将LP轴36的旋转速度逐步降低至更高效的旋转风扇速度。
仍然参照图1的示例性实施例，盘42由空气动力学定轮廓的可旋转前机舱48覆盖，以促进空气流穿过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向包绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应当认识到的是，机舱50可构造成由多个周向间隔开的出口导向导叶52关于核心涡轮发动机16支撑。此外，机舱50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁通空气流通道56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定量的空气58穿过机舱50的关联入口60和/或风扇区段14进入涡扇10。在一定量的空气58跨过风扇叶片40经过时，如由箭头62指示的空气58的第一部分引导或传送到旁通空气流通道56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分引导或传送到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常被称为旁通比。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，在那里它与燃料混合且焚烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66从燃烧区段26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HP涡轮定子导叶68(其联接于外壳18)和HP涡轮转子叶片70(其联接于HP轴或转轴34)的连续级取得，因此使HP轴或转轴34旋转，从而支撑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LP涡轮定子导叶72(其联接于外壳18)和LP涡轮转子叶片74(其联接于LP轴或转轴36)的连续级从燃烧气体66取得，因此使LP轴或转轴36旋转，从而支撑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排出之前相当大地增加，也提供推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体通路78，以用于将燃烧气体66传送穿过核心涡轮发动机16。
然而，应当认识到的是，图1中绘出的示例性涡扇发动机10仅作为示例，且在其他示例性实施例中，涡扇发动机10可具有任何其他适合的构造。此外，或备选地，本公开的方面可与任何其他适合的航空燃气涡轮发动机(诸如涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等)一起利用。此外，本公开的方面还可与任何其他陆基燃气涡轮发动机(诸如发电燃气涡轮发动机)或任何航改式燃气涡轮发动机(诸如航海燃气涡轮发动机)一起利用。
现在参照图2，提供根据本公开的示例性实施例的燃烧器组件100和涡轮的局部放大侧截面视图。在至少某些示例性方面，图2的燃烧器组件100可定位在图1的示例性涡扇发动机10的燃烧区段26中，且类似地，图2的涡轮可定位在图1的示例性涡扇发动机10的涡轮区段中。
如所示，燃烧器组件100大体上包括内衬套102以及外衬套108，内衬套102大体上沿轴向方向A在后端部104与前端部106之间延伸，外衬套108也大体上沿轴向方向A在后端部110与前端部112之间延伸。内衬套102和外衬套108一起在其间至少部分地限定燃烧室114。内衬套102和外衬套108各自附接于环形圆顶，或与该环形圆顶整体结合形成。更具体而言，环形圆顶包括与内衬套102的前端部106整体结合形成的内圆顶区段116，以及大体上与外衬套108的前端部112一起形成的外圆顶区段118。此外，内圆顶区段116和外圆顶区段118各自可整体结合形成(或备选地，可由以任何适合的方式附接的多个构件形成)，且各自可沿周向方向C延伸，以限定环形形状。然而，应当认识到的是，在其他实施例中，燃烧器组件100可不包括内圆顶区段116和/或外圆顶区段118；可包括附接于相应的内衬套102和外衬套108的单独形成的内圆顶区段116和/或外圆顶区段118；或可具有任何其他适合的构造。
仍参照图2，燃烧器组件100还包括多个燃料空气混合器124，其沿周向方向C(未示出)间隔开且至少部分地定位在环形圆顶内。更具体而言，多个燃料空气混合器124沿径向R至少部分地设置在外圆顶区段118与内圆顶区段116之间。来自涡扇发动机10的压缩机区段的压缩空气流到燃料空气混合器124中或穿过燃料空气混合器124，在那里压缩空气与燃料混合且点燃，以在燃烧室114内产生燃烧气体66。内圆顶区段116和外圆顶区段118构造成协助将此类压缩空气流从压缩机区段提供到燃料空气混合器124中或穿过燃料空气混合器124。例如，外圆顶区段118在前端部处包括外整流罩126，且内圆顶区段116类似地在前端部处包括内整流罩130。外整流罩126和内整流罩130可协助将压缩空气流从压缩机区段26引导到或穿过燃料空气混合器124中的一者或多者。再一次，然而，在其他实施例中，环形圆顶可以以任何其他适合的方式构造。
对于绘出的实施例而言，内衬套102和外衬套108各自由陶瓷基质复合物(CMC)材料形成，陶瓷基质复合物(CMC)材料为具有高温能力的非金属材料。用于此类衬套102、108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它们的组合。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Dow Corning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。
仍参照图2，且如以上论述的那样，燃烧气体66从燃烧室114流到且穿过涡扇发动机10的涡轮区段，在那里来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由涡轮定子导叶和涡轮转子叶片的连续级取得。值得注意地，图2中绘出的涡轮构造为HP涡轮28，其紧接地位于由燃烧区段26的燃烧器组件100限定的燃烧室114下游。
如绘出的那样，图2的示例性HP涡轮28包括构件组件132，其定位在HP涡轮28的前端部处，处于燃烧器组件100的燃烧室114下游(更确切地说，紧接在燃烧器组件100的燃烧室114下游)的地点。此外，构件组件132紧接地定位在涡轮转子叶片的第一级134上游。如将在下面更详细地描述的那样，构件组件132构造成使燃烧气体66从燃烧室114沿期望的流动方向定向，以提高HP涡轮28的性能。绘出的HP涡轮28的构件组件132大体上可替换HP涡轮28的喷嘴的第一级。
大体上，构件组件132包括第一外壁136，其在燃烧室114下游的地点处至少部分地限定核心空气流路37。绘出的示例性外壁136包括沿径向方向R向内延伸的多个外翅片138。构件组件132还包括第二内壁140，其在燃烧室114下游的地点处也至少部分地限定核心空气流路37，且沿径向方向R位于外壁136内侧(即，关于核心空气流路37在外壁136对面)。绘出的示例性内壁140类似地包括沿径向方向R向外延伸的多个内翅片142。如将在下面从图和描述认识到的那样，多个内翅片142中的每一个沿周向方向C位于相邻外翅片138之间，且具有与相邻外翅片138的形状互补的形状。此外，内壁140与外壁136完全分离，因为内壁140不直接连接于外壁136。例如，内翅片142不接触外壁136，且外翅片138不接触内壁140。
如绘出的那样，对于图2的实施例而言，内翅片142与内壁140的基部部分整体结合形成，且更具体而言，由内壁140的部分形成。类似的，对于图2的实施例而言，外翅片138与外壁136的基部部分整体结合形成，且更具体而言，由外壁136的部分形成。然而，在本公开的其他实施例中，内翅片142可单独地形成且附接于内壁140的基部部分，且/或外翅片138可单独地形成且附接于外壁136的基部部分。
如还在图2中绘出的那样，对于绘出的实施例而言，构件组件132的外壁136附接于燃烧器组件100的外衬套108或与其整体结合形成，且类似地，构件组件132的内壁140附接于燃烧器组件100的内衬套102或与其整体结合形成。更具体而言，对于绘出的实施例而言，外壁136与外衬套108整体结合形成，且内壁140与内衬套102整体结合形成。例如，在至少某些示例性实施例中，外壁136和内壁140(除了外衬套108和内衬套102之外)各自可由CMC材料形成。然而，应当认识到的是，在其他实施例中，外壁136可与外衬套108分离地形成，且/或内壁140可与内衬套102分离地形成(见例如图5)。此外，在还有其他实施例中，外衬套108、内衬套102、外壁136以及内壁140中的一者或多者可由任何其他适合的材料形成，诸如适合的金属材料。
仍参照图2，绘出的构件组件132的示例性外壁136还包括外凸缘144，其位于外翅片138后面且沿径向方向R向外延伸。外壁136的外凸缘144用于将构件组件132的外壁136附接于燃气涡轮发动机的壳146，且对于绘出的实施例而言，还用于将外壁136附接于包绕第一级涡轮转子叶片134的护罩组件148。类似地，对于绘出的实施例而言，内壁140包括内凸缘150，其在内翅片142后面的地点处沿径向方向R向内延伸。内壁140的内凸缘150用于将构件组件132的内壁140附接于燃气涡轮发动机的内结构构件(未示出)。外壁136的外凸缘144和/或内壁140的内凸缘150可沿周向方向C连续地延伸，或备选地，可构造为沿周向方向C间隔开的多个离散凸缘。然而，在其他实施例中，构件组件132的外壁136或内壁140中的一者或两者可替代地以任何其他适合的方式安装在燃气涡轮发动机内。
现在参照图3，提供沿图2的线3-3截取的图2的示例性构件组件132的轴向截面视图。如先前陈述的那样，构件组件132的内壁140沿径向方向R位于外壁136内侧，且内壁140和外壁136一起限定了在其间延伸的核心空气流路37的一部分。
外壁136的多个外翅片138中的每一个沿周向方向C间隔开，且类似地，多个内翅片142中的每一个沿周向方向C间隔开。此外，内翅片142沿周向方向C位于相邻外翅片138之间。更具体而言，对于绘出的实施例而言，外翅片138中的每一个沿周向方向C大致上均匀地间隔开，且此外，内翅片142中的每一个沿周向方向C也大致上均匀地间隔开。
此外，外壁136在相邻外翅片138之间包括多个外谷部152，且内壁140类似地在相邻内翅片142之间包括多个内谷部154。此外，各个外翅片138包括外翅片末梢156，且各个内翅片142包括内翅片末梢158。值得注意地，如本文中使用的那样，外谷部152是指在沿轴向中心线12的给定地点处的、相邻外翅片138之间的径向最外的地点，而内谷部154是指在沿轴向中心线12的给定地点处的、相邻内翅片142之间的径向最内的地点。此外，外翅片138的外翅片末梢156是指给定的外翅片138的径向最内的地点，而内翅片142的内翅片末梢158是指给定的内翅片142的径向最外的地点。
如绘出的那样，外翅片138沿径向方向R朝内谷部154延伸，使得外翅片138的外翅片末梢156定位成邻近于内谷部154。此外，内翅片142沿径向方向R朝外谷部152延伸，使得内翅片142的内翅片末梢158定位成邻近于外谷部152。
此外，对于绘出的实施例而言，外翅片138中的每一个与彼此大致相同大小，且内翅片142中的每一个也与彼此大致相同大小。例如，外谷部152各自限定关于轴向中心线12沿径向方向R的半径ROV，其中半径ROV对于各个外谷部152而言为大约相等的；相应的外翅片138中的每一个的外翅片末梢156限定关于轴向中心线12沿径向方向R的半径ROT，其中半径ROT对于各个外翅片末梢156而言为大约相等的；内谷部154各自限定关于轴向中心线12沿径向方向R的半径RIV，其中半径RIV对于各个内谷部154而言为大约相等的；且相应内翅片142中的每一个的内翅片末梢158限定关于轴向中心线12沿径向方向R的半径RIT，其中半径RIT对于各个内翅片末梢158而言为大约相等的。应当认识到的是，如本文中使用的那样，近似用语(诸如“大约”或“近似”)是指在百分之十(10％)的裕度内。
此外，应当认识到的是，由构件组件132限定的核心空气流路37的部分，在沿轴向中心线12的给定地点处限定沿径向方向R的高度HCAF。在给定地点处由构件组件132限定的核心空气流路37的高度HCAF可指外谷部152的半径ROV与内谷部154的半径RIV之间的差。
此外，应当认识到的是，内壁140的多个内翅片142和外壁136的多个外翅片138各自还分别限定高度(高度HIF以及高度HOF)。内翅片142的高度HIF可指内壁140的内翅片142的内翅片末梢158的半径RIT与内壁140的相邻内谷部154的半径RIV之间的差。类似地，外翅片138的高度HOF可指外壁136的外翅片138的外翅片末梢156的半径ROT与外壁136的相邻外谷部152的半径ROV之间的差。应当认识到的是，对于绘出的实施例而言，内壁140的内翅片142的高度HIF和外壁136的外翅片138的高度HOF，各自大于或等于在沿轴向中心线12的给定地点处的核心空气流路37的高度HCAF的大约百分之五十(50%)。例如，在某些实施例中，内壁140的内翅片142的高度HIF和外壁136的外翅片138的高度HOF，可大于或等于在沿轴向中心线12的给定地点处的核心空气流路37的高度HCAF的大约百分之六十(60％)，诸如大于或等于在沿轴向中心线12的给定地点处的核心空气流路37的高度HCAF的大约百分之七十五(75％)。然而，应当认识到的是，翅片138、142的高度HOF、HIF可沿轴向方向A变化，且各自可在由构件组件限定的喉部处达到最大高度HOF、HIF。
此外，应当认识到的是，在某些示例性实施例中，内壁140和外壁136中的一者或多者可包括允许空气流穿过其(即，到核心空气流路37中)的开口或孔。例如，如在图3中以假想线绘出的那样，内壁140可限定在内谷部154中的一者或多者处的空气流通道155以及在内翅片末梢158中的一者或多者处的空气流通道159，且类似地，外壁136可限定在外谷部152中的一者或多者处的空气流通道153以及在外翅片末梢156中的一者或多者处的空气流通道157。尽管绘出的实施例包括空气流通道153、155、157、159中的每一个的单个，但是应当认识到的是，在其他示例性实施例中，外谷部152中的每一个、外翅片末梢156中的每一个、内谷部154中的每一个以及内翅片末梢158中的每一个可分别包括一个或多个空气流通道153、155、157、159。包括空气流通道153、155、157、159可用作流体阻挡件，以阻止流路空气在内翅片末梢158和外翅片末梢156上经过。
现在参照图4，提供沿图2的线4-4截取的构件组件132的内壁140和外壁136的多个翅片的径向视图。如绘出的那样，多个外翅片138中的每一个限定沿轴向方向A的弯曲轮廓，且此外，多个内翅片142中的每一个也限定沿轴向方向A的弯曲轮廓。更具体而言，多个内翅片142和外翅片138中的每一个限定沿轴向方向A的翼型形状，以用于将流过其的燃烧空气流沿期望的方向引导。例如，对于绘出的径向截面，多个内翅片142和外翅片138中的每一个可限定从前缘162延伸至后缘164的翼弦线160以及也从前缘162延伸至后缘164的中弧线166。对于绘出的实施例，中弧线166从翼弦线160偏离，使得内翅片142和外翅片138中的每一个限定弧度。此外，对于绘出的实施例而言，内翅片142和外翅片138中的每一个限定沿轴向方向A的充分足够的弧度/曲线，使得翼弦线160在相应的内翅片142和外翅片138外侧延伸。
值得注意地，图4的径向截面视图近似穿过核心空气流路37的高度HCAF的一半截取。对于绘出的实施例而言，内翅片142和外翅片138大小确定成使得各自在沿径向方向R的该地点处限定大致相等的截面径向区域。
如将从图2至4以及本文中的描述认识到的那样，包括根据本公开的一个或多个示例性方面的构件组件可提供较轻且更高效的燃气涡轮发动机。更具体而言，通过包括附接于燃烧器组件的外衬套或与燃烧器组件的外衬套整体结合形成的构件组件的外壁，连同附接于燃烧器组件的内衬套或与燃烧器组件的内衬套整体结合形成的构件组件的内壁，燃气涡轮发动机可减少穿过其间的连接渗出的燃烧气体的量。类似地，通过包括连续的内壁和外壁，燃气涡轮发动机可减少穿过常规喷嘴节段之间的轴向间隙渗出的燃烧气体的量。此外，此类构造可消除对额外的密封构件和硬件的需要，这可降低燃气涡轮发动机的成本和重量。此外，通过包括根据本公开的内翅片和外翅片，较少的表面区域可需要冷却，且/或构件可由能够处理升高的温度的材料形成，使得较少的冷却空气可在燃气涡轮发动机的操作期间需要。
此外，包括根据本公开的一个或多个示例性方面的构件组件可提供更耐用的发动机。具体而言，由于内壁和外壁彼此不接触且不直接连接于彼此，故这降低了构件上的开裂和其他危险的风险。
然而，应当认识到的是，图2至4中绘出且以上描述的示例性构件组件132仅作为示例提供，且在其他示例性实施例中，构件组件132可具有任何其他适合的构造。例如，在其他实施例中，多个内翅片142或外翅片138中的一者或多者可限定与其余内翅片142和外翅片138不同的形状或大小，或内壁或外壁中的一者可完全地不包括翅片。此外，或备选地，多个内翅片142和外翅片138中的一者或两者可不沿周向方向C大致相等地间隔开，且替代地，可基于例如燃烧区段26的燃料喷嘴的周向位置而不均匀地间隔开。类似地，在其他实施例中，多个内翅片142和外翅片138中的一者或两者可为了任何适合的理由或目的而沿轴向方向A限定不同曲线。此外，仍在其他实施例中，多个内翅片142和外翅片138中的一者或两者可沿轴向方向A限定不同形状，诸如在沿轴向方向A的前端部或后端部处的或多或少尖突的角。
此外，仍在其他实施例中，构件组件132可以以任何其他适合的方式附接于燃烧器组件100和/或护罩。例如，现在参照图5，提供根据本公开的另一示例性实施例的燃烧器组件100和涡轮的局部放大截面视图。图5的示例性燃烧器组件100和涡轮可以以与以上参照图2描述的示例性燃烧器组件100和涡轮大致相同的方式构造。因此，相同或类似的标号可表示相同或类似的部分。
例如，示例性燃烧器组件100大体上包括内衬套102和外衬套108，内衬套102和外衬套108一起限定燃烧室114。燃烧器组件100还包括环形圆顶，其定位在内衬套102和外衬套108的前端部处，与内衬套102和外衬套108整体结合形成。环形圆顶包括多个开口，多个燃料空气混合器124穿过该开口提供，以用于在操作期间生成燃烧气体66。
此外，对于绘出的实施例而言，还构造为HP涡轮28的涡轮包括构件组件132，其紧接地定位在由燃烧器组件100的内衬套102和外衬套108限定的燃烧室114下游。构件组件132大体上包括具有多个内翅片142的内壁140，和包括多个外翅片138的外壁136。然而，对于绘出的实施例而言，外壁136不与外衬套108整体结合形成，且替代地，简单地附接于外衬套108。此外，内壁140不与内衬套102整体结合形成，且替代地，简单地附接于内衬套102。更具体而言，外衬套108包括外凸缘144，外凸缘144构造成用于附接至外衬套108的凸缘145，且内衬套102类似地包括内凸缘150，内凸缘150构造成用于附接至内衬套102的凸缘151。值得注意地，对于绘出的实施例而言，外衬套108可由与外壁136相同的材料形成，且类似地，内衬套102可由与内壁140相同的材料形成。此类构造可允许外衬套108直接附接于外壁136，且内衬套102直接附接于内壁140，而不用考虑在燃气涡轮发动机的操作期间的不期望的热应力。此类直接附接可防止燃烧气体在操作期间的任何不期望的泄漏。
此外，对于图5的实施例而言，HP涡轮28还包括包绕涡轮转子叶片的第一级的、定位在涡轮转子叶片的第一级134的径向外侧的护罩组件148。护罩组件148可定位成与多个第一级转子叶片134的径向外末梢具有大致紧密的空隙，以用于与多个第一级转子叶片134形成密封。对于绘出的实施例而言，护罩组件148的至少一部分与构件组件132的外壁136整体结合形成。此类构造可降低燃烧气体66在燃气涡轮发动机的操作期间的泄漏的风险。
然而，应当认识到的是，在本公开的又一示例性实施例中，外壁136还可与外衬套108和护罩组件148两者整体结合形成。例如，简要地参照图6，提供以与图2大致相同的方式构造的燃烧器组件100和涡轮的另一局部放大截面视图，燃烧器组件100的外衬套108与构件组件132的外壁136整体结合形成且连续地延伸至构件组件132的外壁136，且构件组件132的外壁136继而与护罩组件148整体结合形成且连续地延伸至护罩组件148。值得注意地，对于整体结合形成的这些构件而言，在构件相遇处不存在接缝或间隙。
此外，如以上提及的那样，在本公开的还有其他示例性实施例中，内翅片142、内谷部154、外翅片138以及外谷部152中的一者或多者可限定任何其他适合的形状。例如，现在参照图7，从与图2的线3-3相同的视角观察，提供根据本公开的另一示例性实施例的构件组件132的轴向截面视图。图7的构件组件132也可以以类似于图2至4的示例性构件组件132的方式构造，且因此，相同或类似的标号可表示相同或类似的部分。
如绘出的那样，图7的示例性构件组件132类似地包括具有多个外翅片138的外壁136，外壁136还包括相邻外翅片138之间的多个外谷部152，且各个外翅片138限定外翅片末梢156。此外，图7的构件组件132包括具有多个内翅片142的内壁140，内壁140还包括相邻内翅片142之间的多个内谷部154，且各个内翅片142限定内翅片末梢158。各个外翅片138的外翅片末梢156沿径向方向R朝相应的内谷部154延伸，且各个内翅片142的内翅片末梢158沿径向方向R朝相应的外谷部152延伸。
然而，对于图7的实施例而言，内壁140和外壁136构造成使得内翅片末梢158沿径向方向R限定与相应的外谷部152的相对较小的空隙CI，且类似地使得外翅片末梢156沿径向方向R限定与相应的内谷部154的相对较小的空隙CO。更具体而言，如绘出的那样，对于图7的实施例而言，与例如相邻内翅片142和外翅片138之间的间隔相比以及与限定在内壁140和外壁136之间的核心空气流路37的高度HCAF相比，空隙CO、CI可相对较小。
例如，在至少某些示例性实施例中，空隙CO、CI各自可小于核心空气流路37的高度HCAF的大约百分之十五(15％)，诸如小于核心空气流路37的高度HCAF的大约百分之十(10％)，诸如小于核心空气流路37的高度HCAF的大约百分之五(5％)。此类构造还可改进构件组件132引导穿过其的燃烧气体流的效率。
此外，如以上还提及的那样，在其他示例性实施例中，内翅片142或外翅片138中的一者或多者可与相应的内壁140的基部部分141和/或外壁136的基部部分137分离地形成。例如，简要地参照图8，内壁140包括基部部分141(形成内环)和多个单独形成的翅片142。单独形成的翅片142构造为部分喷嘴(即，朝外壁136延伸但未达到外壁136的喷嘴)，且附接于基部部分141。类似地，外壁136包括基部部分137(形成外环)和多个单独形成的翅片138。单独形成的翅片138也构造为部分喷嘴(即，朝内壁140延伸但未达到内壁140的喷嘴)，且附接于基部部分137。此外，对于绘出的实施例而言，多个单独形成的翅片142、138各自可沿周向方向C间隔开，且可沿周向方向C在内翅片142与外翅片138之间交替。
该书面描述使用示例以公开本发明(包括最佳模式)，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以及执行任何包含的方法)。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则旨在使这些其他示例处于权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于燃气涡轮发动机的构件组件，所述燃气涡轮发动机包括限定了燃烧室的燃烧器，所述燃气涡轮发动机限定核心空气流路、径向方向以及周向方向，所述构件组件包括：
第一壁，其用于在所述燃烧室下游的地点处至少部分地限定所述核心空气流路；以及
第二壁，其用于在所述燃烧室下游的地点处至少部分地限定所述核心空气流路，且关于所述核心空气流路位于所述第一壁对面，所述第二壁包括多个翅片，所述多个翅片沿所述径向方向朝所述第一壁延伸且沿所述周向方向间隔开；
其中各个翅片限定沿轴向方向具有压力侧和吸力侧的翼型形状，且其中各个翅片包括下游端部且限定沿所述径向方向的高度，其中各个翅片的高度朝所述下游端部渐缩。
2.根据权利要求1所述的构件组件，其特征在于，所述第一壁为外壁，其中所述第二壁为内壁，且其中所述翅片为内翅片。
3.根据权利要求2所述的构件组件，其特征在于，所述燃气涡轮发动机的燃烧器包括内衬套和外衬套，其中所述外壁附接于所述外衬套或与所述外衬套整体结合形成，且其中所述内壁附接于所述内衬套或与所述内衬套整体结合形成。
4.根据权利要求3所述的构件组件，其特征在于，所述外壁与所述外衬套整体结合形成，且其中所述内壁与所述内衬套整体结合形成。
5.根据权利要求4所述的构件组件，其特征在于，所述外壁由陶瓷基质复合物(CMC)材料形成，且其中所述内壁也由CMC材料形成。
6.根据权利要求2所述的构件组件，其特征在于，所述外壁包括沿所述径向方向向内延伸的多个外翅片，其中所述多个外翅片沿所述周向方向间隔开，且其中所述多个内翅片中的每一个沿所述周向方向位于相邻外翅片之间。
7.根据权利要求6所述的构件组件，其特征在于，所述外翅片沿所述周向方向大致均匀地间隔开，且其中所述内翅片沿所述周向方向也大致均匀地间隔开。
8.根据权利要求6所述的构件组件，其特征在于，所述外壁包括相邻外翅片之间的多个外谷部，其中所述内壁包括相邻内翅片之间的多个内谷部，其中所述外翅片沿所述径向方向朝所述内谷部延伸，且其中所述内翅片沿所述径向方向朝所述外谷部延伸。
9.根据权利要求8所述的构件组件，其特征在于，所述内翅片中的每一个沿所述径向方向限定与相应的外谷部的空隙，其中由所述构件组件的内壁和外壁限定的所述核心空气流路的部分限定沿所述径向方向的高度，其中所述空隙小于所述核心空气流路的高度的大约百分之十五(15％)。
10.根据权利要求8所述的构件组件，其特征在于，所述外翅片中的每一个沿所述径向方向限定与相应的内谷部的空隙，其中由所述构件组件的内壁和外壁限定的所述核心空气流路的部分限定沿所述径向方向的高度，其中所述空隙小于所述核心空气流路的高度的大约百分之十五(15％)。
11.根据权利要求3所述的构件组件，其特征在于，所述外壁的外翅片、所述内壁的内翅片以及所述核心空气流路各自在沿所述燃气涡轮发动机的中心轴线的地点处限定沿所述径向方向的高度，且其中所述内翅片和所述外翅片的高度为所述核心空气流路的高度的至少大约百分之五十(50％)。
12.根据权利要求1所述的构件组件，其特征在于，所述构件组件当安装在所述燃气涡轮发动机中时紧接地位于所述燃气涡轮发动机的燃烧器的燃烧室下游。
13.根据权利要求1所述的构件组件，其特征在于，各个翅片限定沿所述轴向方向的弯曲轮廓。
14.根据权利要求1所述的构件组件，其特征在于，所述第一壁为外壁，其中所述构件组件定位在所述燃气涡轮发动机的涡轮转子叶片的第一级前方，且其中所述构件组件的外壁附接于护罩组件或与所述护罩组件整体结合形成，所述护罩组件沿所述径向方向位于涡轮转子叶片的第一级外侧。
15.根据权利要求1所述的构件组件，其特征在于，所述第二壁的翅片各自限定翅片末梢，且其中以下至少一者：所述第二壁限定所述翅片末梢处的多个空气流通道，或所述第一壁限定所述翅片末梢附近的多个空气流通道。
16.根据权利要求1所述的构件组件，其特征在于，所述第二壁包括基部部分，且其中所述第二壁的翅片附接于所述第二壁的基部部分。
17.一种限定了径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：
燃烧区段，其包括限定了燃烧室的燃烧器；以及
涡轮，其位于所述燃烧区段下游，所述燃烧区段和所述涡轮至少部分地限定所述燃气涡轮发动机的核心空气流路，所述涡轮包括构件组件和位于所述构件组件下游的涡轮转子叶片的第一级，所述构件组件包括：
外壁，其至少部分地限定所述核心空气流路，所述外壁包括沿所述径向方向向内延伸的多个外翅片，所述多个外翅片沿所述周向方向间隔开；以及
内壁，其沿所述径向方向位于所述外壁内侧且至少部分地限定所述核心空气流路，所述内壁包括沿所述径向方向向外延伸且沿所述周向方向间隔开的多个内翅片，所述多个内翅片中的每一个沿所述周向方向位于相邻外翅片之间；
其中各个翅片限定沿轴向方向具有凸出侧和凹入侧的翼型形状，且其中各个翅片包括下游端部且限定沿所述径向方向的高度，其中各个翅片的高度朝所述下游端部渐缩。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机的燃烧器包括内衬套和外衬套，其中所述外壁附接于所述外衬套或与所述外衬套整体结合形成，且其中所述内壁附接于所述内衬套或与所述内衬套整体结合形成。
19.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述外壁包括相邻外翅片之间的多个外谷部，其中所述内壁包括相邻内翅片之间的多个内谷部，其中所述外翅片沿所述径向方向朝所述内谷部延伸，且其中所述内翅片沿所述径向方向朝所述外谷部延伸。
20.根据权利要求19所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述内翅片中的每一个沿所述径向方向限定与相应的外谷部的空隙，其中由所述构件组件的内壁和外壁限定的所述核心空气流路的部分限定沿所述径向方向的高度，其中所述空隙小于所述核心空气流路的高度的大约百分之十五(15％)。
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