CN108930556B - 从流径边界去耦和附接于流径边界外的喷嘴翼型件 - Google Patents

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Abstract

本申请提供用于燃气涡轮发动机的流径组件。举例来说，一种限定通过燃气涡轮发动机的流径以及相互正交的轴向与径向方向和围绕所述轴向方向延伸的圆周方向的流径组件包括具有与第二端相对的第一端的喷嘴翼型件，和限定流径边界的壁。所述壁在其中具有开口，所述喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述开口，使得所述第二端延伸到所述流径之外。所述流径组件进一步包括在所述喷嘴翼型件的所述第二端上延伸的盖，和延伸穿过所述第二端和所述盖以将所述第二端附接到所述盖的附接构件。还提供具有从所述流径边界去耦的喷嘴翼型件的流径组件的其它实施例。

Description

从流径边界去耦和附接于流径边界外的喷嘴翼型件
技术领域
本发明主题大体涉及限定用于流体流的路径的流径组件。更明确地说，本发明主题涉及燃气涡轮发动机的流径组件，并且，最明确地说，涉及从流径边界去耦和附接于流径边界外的喷嘴翼型件。
背景技术
更通常地，例如陶瓷基质复合物（CMC）材料的非传统高温复合材料正用于例如燃气涡轮发动机的应用中。由CMC材料制造的部件与例如金属部件的典型部件相比具有较高温度能力，这可以允许改善的部件性能和/或增大的发动机温度。通常，燃气涡轮发动机包括布置成相互流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心通常包括呈串行流次序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气从风扇提供到压缩机区段的入口，在所述压缩机区段中一个或多个轴向压缩机逐渐地压缩空气，直到空气到达燃烧区段为止。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被导引到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，并接着被导引通过排气区段，例如，到大气。
更明确地说，燃气涡轮发动机限定用于导引燃烧气体通过发动机的流径。通常，多个喷嘴翼型件（或定子轮叶）和转子叶片翼型件（或转子叶片）在流径内延伸以用于从燃烧气体流提取动能。通常，喷嘴翼型件结合到流径边界壁或与流径边界壁成整体，使得在喷嘴翼型件与壁之间的结合连接或过渡处，在喷嘴翼型件上的力或负载转移到流径边界壁。因而，应力集中在喷嘴翼型件与壁之间的结合连接或过渡处引起，确切地说，在翼型件的前边缘与后边缘处。这些应力通常超过CMC材料的材料能力，这可阻止使用CMC材料，尽管其有益处。
因此，利用CMC材料的改善的流径组件将是合乎需要的。举例来说，包括从流径边界壁去耦使得将喷嘴翼型件上的负载或力转移通过不同于边界壁的结构的喷嘴翼型件的流径组件将是有益的。作为另一实例，包括用于控制或计量到流径组件的部件的冷却或冲洗流的特征的流径组件将是有用的。
具体地，本申请技术方案1涉及一种用于燃气涡轮发动机的流径组件，所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，所述流径组件限定相互正交的轴向方向与径向方向，所述流径组件进一步限定围绕所述轴向方向延伸的圆周方向，所述流径组件包括：
喷嘴翼型件，所述喷嘴翼型件具有与第二端相对的第一端；
限定流径边界的壁，所述壁在其中具有开口，所述喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述开口，使得所述喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外；
盖，所述盖在所述喷嘴翼型件的所述第二端上延伸；以及
附接构件，所述附接构件延伸穿过所述喷嘴翼型件的所述第二端和所述盖以将所述喷嘴翼型件的所述第二端附接到所述盖。
本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的流径组件，其特征在于，所述壁具有面向所述流径的内表面和相对的外表面，其中所述盖与所述壁的所述外表面成整体。
本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的流径组件，其特征在于，所述壁具有面向所述流径的内表面和相对的外表面，其中所述盖接合到所述壁的所述外表面。
本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的流径组件，其特征在于，所述附接构件限定延伸穿过所述附接构件的内部冷却过道。
本申请技术方案5涉及根据技术方案4所述的流径组件，其特征在于，所述附接构件限定从所述内部冷却过道延伸到所述附接构件的外部表面的流道。
本申请技术方案6涉及根据技术方案5所述的流径组件，其特征在于，所述附接构件由金属材料形成。
本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的流径组件，其特征在于，所述流径组件包括两个附接构件，每一附接构件延伸穿过所述喷嘴翼型件的所述第二端和所述盖以将所述喷嘴翼型件的所述第二端附接到所述盖，每一附接构件大体沿着所述圆周方向延伸。
本申请技术方案8涉及根据技术方案1所述的流径组件，其特征在于，所述喷嘴翼型件的所述第二端限定用于收纳所述附接构件的翼型件孔隙，其中所述盖限定用于收纳所述附接构件的第一盖孔隙和第二盖孔隙。
本申请技术方案9涉及根据技术方案1所述的流径组件，其特征在于，所述喷嘴翼型件具有限定所述喷嘴翼型件的外表面的压力侧和抽吸侧，其中所述盖具有面向所述喷嘴翼型件的所述第二端的内表面，且其中间隙限定于所述喷嘴翼型件的所述外表面与所述盖的所述内表面之间。
本申请技术方案10涉及根据技术方案1所述的流径组件，其特征在于，所述喷嘴翼型件和所述盖由陶瓷基质复合物材料形成。
本申请技术方案11涉及根据技术方案1所述的流径组件，其特征在于，所述附接构件由陶瓷基质复合物材料形成。
本申请技术方案12涉及一种用于燃气涡轮发动机的流径组件，所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，所述流径组件限定相互正交的轴向方向与径向方向，所述流径组件进一步限定围绕所述轴向方向延伸的圆周方向，所述流径组件包括：
多个喷嘴翼型件，每一喷嘴翼型件具有与第二端相对的第一端；
限定流径边界的壁，所述壁在其中具有多个开口，每一喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述多个开口中的一个，使得每一喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外；
多个盖，所述多个盖中的一个盖在所述多个喷嘴翼型件中的一个喷嘴翼型件的所述第二端之上延伸，使得单独的盖在每一喷嘴翼型件的所述第二端之上延伸；以及
多个附接构件，所述多个附接构件中的至少一个附接构件延伸穿过每一喷嘴翼型件的所述第二端和其相应盖以将每一喷嘴翼型件的所述第二端附接到其相应盖。
本申请技术方案13涉及根据技术方案12所述的流径组件，其特征在于，所述多个喷嘴翼型件中的每一喷嘴翼型件从所述壁去耦。
本申请技术方案14涉及根据技术方案12所述的流径组件，其特征在于，所述多个附接构件中的每一个相对于所述轴向和圆周方向偏斜。
本申请技术方案15涉及根据技术方案12所述的流径组件，其特征在于，所述多个附接构件中的每一附接构件限定延伸穿过所述附接构件的内部冷却通道。
本申请技术方案16涉及根据技术方案15所述的流径组件，其特征在于，所述多个附接构件中的每一附接构件限定从所述内部冷却过道延伸到所述附接构件的外部表面的流道。
本申请技术方案17涉及根据技术方案12所述的流径组件，其特征在于，每一喷嘴翼型件的所述第二端限定用于收纳所述多个附接构件中的一个的翼型件孔隙，其中每一盖限定用于收纳所述多个附接构件中的一个的第一盖孔隙和第二盖孔隙，且其中扣环定位于每一第一盖孔隙和第二盖孔隙处。
本申请技术方案18涉及根据技术方案12所述的流径组件，其特征在于，每一喷嘴翼型件具有梢端，且其中密封件定位于每一喷嘴翼型件的所述梢端与其相应盖之间。
本申请技术方案19涉及根据技术方案12所述的流径组件，其特征在于，所述喷嘴翼型件、所述壁和所述盖由陶瓷基质复合物材料形成。
本申请技术方案20涉及一种用于燃气涡轮发动机的流径组件，所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，所述流径组件限定相互正交的轴向方向与径向方向，所述流径组件进一步限定围绕所述轴向方向延伸的圆周方向，所述流径组件包括：
涡轮喷嘴段，所述涡轮喷嘴段包括
多个喷嘴翼型件，每一喷嘴翼型件具有与第二端相对的第一端；
限定流径边界的壁，所述壁在其中具有多个开口，每一喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述多个开口中的一个，使得每一喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外；
多个盖，所述多个盖中的一个盖在所述多个喷嘴翼型件中的一个喷嘴翼型件的所述第二端之上延伸，使得单独的盖在每一喷嘴翼型件的所述第二端之上延伸；
翼型件孔隙，所述翼型件孔隙限定在每一喷嘴翼型件的所述第二端中；
限定在每一盖中的第一盖孔隙和第二盖孔隙；以及
附接构件，
其中所述翼型件孔隙、第一盖孔隙和第二盖孔隙限定于圆弧上，且
其中所述附接构件沿着所述圆弧延伸，使得所述附接构件收纳于所述翼型件孔隙、第一盖孔隙和第二盖孔隙中。
发明内容
本发明的各方面及优势将部分在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实践得知。
在本主题的一个示范性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的流径组件。所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，以及相互正交的轴向方向和径向方向，和围绕所述轴向方向延伸的圆周方向。所述流径组件包括喷嘴翼型件，其具有与第二端相对的第一端和限定流径边界的壁。所述壁在其中具有开口，所述喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述开口，使得所述喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外。所述流径组件进一步包括在所述喷嘴翼型件的所述第二端上延伸的盖，和延伸穿过所述喷嘴翼型件的所述第二端和所述盖以将所述喷嘴翼型件的所述第二端附接到所述盖的附接构件。
在本主题的另一示范性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的流径组件。所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，以及相互正交的轴向方向和径向方向，和围绕所述轴向方向延伸的圆周方向。所述流径组件包括多个喷嘴翼型件，每一喷嘴翼型件具有与第二端相对的第一端。所述流径组件还包括限定流径边界和在其中具有多个开口的壁。每一喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述多个开口中的一个，使得每一喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外。所述流径组件进一步包括多个盖。所述多个盖中的一个盖在所述多个喷嘴翼型件中的一个喷嘴翼型件的所述第二端上方延伸，使得单独的盖在每一喷嘴翼型件的所述第二端上方延伸。此外，所述流径组件包括多个附接构件，且所述多个附接构件中的至少一个附接构件延伸穿过每一喷嘴翼型件的所述第二端和其相应盖以将每一喷嘴翼型件的所述第二端附接到其相应盖。
在本主题的再一示范性实施例中，提供一种用于燃气涡轮发动机的流径组件。所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，以及相互正交的轴向方向和径向方向，和围绕所述轴向方向延伸的圆周方向。所述流径组件包括一涡轮喷嘴段。所述涡轮喷嘴段包括多个喷嘴翼型件，每一喷嘴翼型件具有与第二端相对的第一端。所述涡轮喷嘴段进一步包括限定流径边界的壁。所述壁在其中具有多个开口，且每一喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述多个开口中的一个，使得每一喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外。所述涡轮喷嘴段还包括多个盖。所述多个盖中的一个盖在所述多个喷嘴翼型件中的一个喷嘴翼型件的所述第二端上方延伸，使得单独的盖在每一喷嘴翼型件的所述第二端上方延伸。此外，所述涡轮喷嘴段包括在每一喷嘴翼型件的所述第二端中限定的翼型件孔隙；在每一盖中限定的第一盖孔隙和第二盖孔隙；和附接构件。所述翼型件孔隙、第一盖孔隙和第二盖孔隙限定于圆弧上，且所述附接构件沿着所述圆弧延伸，使得所述附接构件收纳于所述翼型件孔隙、第一盖孔隙和第二盖孔隙中。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整且启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，其中：
图1提供根据本发明主题的各种实施例的示范性燃气涡轮发动机的示意性横截面图。
图2提供根据本发明主题的示范性实施例的图1的燃气涡轮发动机的流径组件的示意性横截面图。
图3提供根据本发明主题的示范性实施例的沿着图2的线3-3截取的图2的流径组件的示意性横截面图。
图4提供根据本发明主题的示范性实施例的沿着图2的线4-4截取的图2的流径组件的示意性横截面图。
图5提供根据本发明主题的示范性实施例的沿着图2的线5-5截取的图2的流径组件的示意性横截面图。
图6提供根据本发明主题的示范性实施例的图2的流径组件的涡轮喷嘴段的示意性横截面图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例示于附图中。详细描述中使用数字和字母标示来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标记来指代本发明的相同或类似部分。如本说明书所用，术语“第一”、“第二”与“第三”可互换使用以区分开一个部件与另一部件，而并非意图表示个别部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。举例来说，“上游”是指流体流出的方向，而“下游”是指流体流向的方向。
现参看附图，其中相同的标记贯穿附图指示相同的元件，图1是根据本公开的示范性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更确切地说，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁路涡扇喷气发动机10，其在本文中被称为“涡扇发动机10”。如图1中展示，涡扇发动机10限定轴向方向A（平行于出于参考目的而提供的纵向中心线12延伸）和径向方向R。一般来说，涡扇10包括风扇区段14和安置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
所描绘的示范性核心涡轮发动机16通常包括限定环形入口20的大体上管状的外壳体18。外壳体18以串行联流关系包覆：压缩机区段，其包括增压器或低压（LP）压缩机22和高压（HP）压缩机24；燃烧区段26；涡轮机区段，其包括高压（HP）涡轮机28和低压（LP）涡轮机30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压（HP）轴或转轴34将HP涡轮机28传动地连接到HP压缩机24。低压（LP）轴或转轴36将LP涡轮机30传动地连接到LP压缩机22。在涡扇发动机10的其它实施例中，可提供额外转轴，使得发动机10可被描述为多转轴发动机。
对于所描绘的实施例，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式连接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘，风扇叶片40从盘42大体沿着径向方向R朝外延伸。风扇叶片40和盘42可通过LP轴36围绕纵向轴线12一起旋转。在一些实施例中，可包括具有多个齿轮的动力齿轮箱，以用于将LP轴36的旋转速度逐步降低到更高效的旋转风扇速度。
仍参考图1的示范性实施例，盘42由可旋转的前舱体48覆盖，前舱体48具有空气动力学轮廓以促进气流穿过所述多个风扇叶片40。另外，示范性风扇区段14包括环形风扇壳体或外部舱体50，其沿圆周包围风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应了解，舱体50可配置成相对于核心涡轮发动机16由多个沿圆周间隔开的出口导流板52支撑。此外，舱体50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部分上（over）延伸，以便在其间限定旁路气流通道56。
在涡扇发动机10的操作期间，大量空气58穿过舱体50和/或风扇区段14的相关联入口60进入涡扇10。当大量空气58横穿风扇叶片40时，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或导引到旁路气流通道56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或导引到LP压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为旁路比。在空气的第二部分64被导引通过高压（HP）压缩机24并进入燃烧区段26时，空气的第二部分64的压力接着增加，在燃烧区段26处，空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导引通过HP涡轮机28，在HP涡轮机28处经由连接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和连接到HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因此使HP轴或转轴34旋转，进而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66接着被导引通过LP涡轮机30，在LP涡轮机30处经由连接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和连接到LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和动能的第二部分，因此使LP轴或转轴36旋转，进而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后被导引通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32以提供推进力。同时，当空气的第一部分62在从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导引通过旁路气流通道56时，空气的第一部分62的压力大体上增大，从而还提供推进力。HP涡轮机28、LP涡轮机30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66导引通过核心涡轮发动机16。
应了解，虽然相对于具有核心涡轮发动机16的涡扇10来描述，但是本主题可适用于其它类型的涡轮机械。举例来说，本主题可适合与涡轮螺桨、涡轮轴、涡轮喷气发动机、工业和海洋燃气涡轮发动机和/或辅助动力单元一起使用或用于以上各项中。
图2提供发动机10的流径组件的示意性横截面图。图3提供沿着图2的线3-3截取的图2的流径组件的示意性横截面图。如图2和3中所展示，流径组件100限定流径102，例如，通过例如热气路径78的燃气涡轮发动机16的流径102。流径组件100限定相互正交的轴向方向A和径向方向R，以及围绕轴向方向A延伸的圆周方向C。
如图2和3中所说明，流径组件100包括喷嘴翼型件104，其例如可为以上描述的HP涡轮机定子叶片68中的一个。翼型件104具有与凸抽吸侧108相对的凹压力侧106。翼型件104的相对的压力侧106和抽吸侧108沿着翼型件跨度S在第一端110与相对的第二端112之间径向延伸。第一端110定位于流径组件100的内壁114处，且第二端112定位于组件100的外壁116处或附近。此外，翼型件104的压力侧106和抽吸侧108在前边缘118与相对的后边缘120之间轴向延伸。另外，压力侧106和抽吸侧108限定翼型件104的外表面122。
流径组件100的内壁114限定流径102的内边界，且外壁116限定流径102的外边界。在图2和3中展示的示范性实施例中，外壁116在其中具有开口124，喷嘴翼型件104的第二端112突出或延伸穿过所述开口。因而，翼型件104的第二端112延伸到流径102之外，且不与外壁116成整体，不结合到或以其它方式连接到外壁116，而更确切地，从外壁116去耦。在其它实施例中，翼型件104的内端110类似地可突出或延伸穿过内壁114中的开口，使得内端110延伸到流径102之外，且不连接到内壁114，而是从内壁114去耦。在一些实施例中，内端110和外端112中的仅一个可延伸到流径102之外，但在其它实施例中，两端110、112可延伸到流径102之外，使得翼型件104从内和外流径边界两者去耦。
如图2和3中所描绘，盖126在喷嘴翼型件104的突出穿过外壁116中的开口124的第二端112之上延伸。盖126围住在由盖126限定的空腔128内的翼型件104的第二端112，例如，以帮助控制从和到在喷嘴翼型件104周围延伸穿过外壁116的流径102的泄漏。优选地，盖126与外壁116成整体，即，盖126和壁116形成为单个一体式结构。在其它实施例中，盖126可结合或另外连接到外壁116。将盖126与外壁116整合或将盖126连接到外壁116帮助防止在翼型件104的第二端112周围和通过外壁116中的开口124的泄漏。举例来说，如图2和3中所展示，外壁116具有面向流径102的内表面116a和背对流径102且与其分隔开的相对外表面116b。盖126沿着边缘或倒圆角126b接合到外壁116的外表面116b，例如，通过将盖126与壁116整合在一起或结合等等，使得盖126隔离翼型件104的第二端112。然而，在其它实施例中，盖126可打开，例如，以允许通过盖126的冷却或冲洗流。盖126是打开还是闭合可取决于系统的冷却或冲洗需求。
另外，盖126具有面向喷嘴翼型件104的第二端112的内表面126a。如图2和3中所展示，间隙G限定于翼型件104的外表面122与盖126的内表面126a之间。流过流径102的一些流体可流过外壁116中的开口124并且到间隙G内。如下文将更详细地描述，流径组件100可包括用于防止此流体例如在流径泄漏时流出盖和/或在交叉泄漏时从翼型件104的压力侧106流动到抽吸侧108的一个或多个特征。
一个或多个附接构件130延伸穿过喷嘴翼型件104中的孔隙和盖126以将翼型件104的第二端112附接到盖126。所述附接构件130可为销、螺栓或用于将翼型件104附接到盖126的其它合适扣件。更确切地说，参看图3，翼型件第二端112限定至少一个翼型件孔隙132，且盖126限定与翼型件孔隙132对准的第一盖孔隙134和第二盖孔隙136以收纳附接部件130。将了解，在翼型件第二端112限定多于一个翼型件孔隙132的实施例中，盖126同样地限定多于一个第一盖孔隙134和多于一个第二盖孔隙136。在此类实施例中，针对每一翼型件孔隙132限定第一盖孔隙134和第二盖孔隙136，使得可通过每一第一盖孔隙134、翼型件孔隙132和第二盖孔隙136收纳附接部件130以将翼型件104附接到盖126。举例来说，在图2中所说明的实施例中，使用两个附接构件130将翼型件104附接到盖126，其中每一附接部件130延伸穿过翼型件104的第二端112和盖126以将翼型件104附接到盖126。因而，喷嘴翼型件104的第二端112限定两个翼型件孔隙132，且盖126限定两个第一盖孔隙134和两个第二盖孔隙136，一个第一盖孔隙134和第二盖孔隙136对应于每一翼型件孔隙132。
可使用多种机制将附接构件130保留于孔隙132、134、136中。举例来说，可围绕用以将翼型件104附接到其相应盖126的附接构件130的邻近端缠绕锁线，使得锁线在附接构件130之间延伸，且阻碍附件构件130在孔隙132、134、136外工作。在另一实施例中，附接构件130可焊接或以其它方式连接到索环138（下文更详细地描述），索环帮助将附接构件130保留在孔隙132、134、136中。在再一实施例中，每一附接构件130可在一端上具有例如D形头部的头部或其它特征，其与盖126中的互补特征配合以帮助防止附接构件130从孔隙132、134、136缩回或在孔隙132、134、136外工作。另外，在此类实施例中，附接构件130的另一端可铜焊到盖126以还帮助将附接构件130保留在孔隙中。
将了解，优选地，每一翼型件孔隙132与其相应盖孔隙134、136精确对准以使泄漏和翼型件104与盖126之间的相对运动最小化。此外，如下文中更详细地解释，翼型件104和盖126可由例如CMC材料的相同材料形成，以使这些部件之间的差热生长最小化，换言之，因为翼型件104与盖126具有大体上相同的热膨胀系数（CTE）。在一些实施例中，附接构件130还可由与翼型件104和盖126相同的材料形成，例如CMC材料，以使翼型件104、盖126与附接构件130之间的差热生长最小化。然而，在其它实施例中，附接构件130可由例如金属或金属合金的不同材料形成，所述不同材料具有与翼型件104和盖126不同的CTE。在此类实施例中，附接构件130可具有受控制的冷却机构以使附接构件130与翼型件104和盖126之间的CTE不匹配最小化。
如图2和3中进一步说明，可使用多个索环138，例如，以帮助防止在附接构件130周围的泄漏。在所说明的实施例中，将扣环138定位于每一翼型件孔隙132、第一盖孔隙134和第二盖孔隙136处。更具体地说，扣环138定位于每一孔隙132、134、136的每一侧或端上。然而，在其它实施例中，扣环138可包括于每一孔隙132、134、136的仅一侧或端上，或可使用任何其它合适数目个和配置的索环138。并且，索环138是可选的，且在一些实施例中，可省略。
继续图2和3的示范性实施例，每一附接构件130限定沿着附接构件130的轴线AAM延伸的内部冷却过道140。在其它实施例中，内部冷却过道140可以其它方式延伸穿过附接构件130，例如，以大体螺旋配置或以任何其它合适的配置。另外，特别参看图3，每一附接构件130可限定一个或多个流道142，每一流道从内部冷却过道140延伸到附接构件130的外部表面144。内部冷却过道140和流道142提供通过附接构件130的受控制的冷却路径。即，在流径102外流动的较冷、较高压力流体可流过通过附接构件130的内部冷却过道140，例如，以冷却附接构件130，以及附接构件130穿过的盖126和翼型件104的第二端112。此外，从内部冷却过道140分支的流道142可提供较冷的流体流，例如，到如图3中所展示的在盖126与翼型件104之间的间隙G，以冷却或冲洗盖126与翼型件104之间的空间。内部冷却过道140和流道142可被定大小以计量通过过道的流量，例如，以控制通过过道140、142的冷却、冲洗或泄漏。
如图3中进一步说明，翼型件104的第二端112限定翼型件104的梢端146。梢端146为翼型件104的径向最外表面。如图3中所展示，凹槽148限定于梢端146中，且密封件150定位于凹槽148中以提供盖内表面126a与翼型件104之间在梢端146处的密封件。更确切地说，密封件150可包括于流径组件100中，例如，以防止从压力侧106到翼型件104的抽吸侧108的交叉泄漏。从在较高压力下的压力侧106到在较低压力下的抽吸侧108的此交叉泄漏可负面地影响发动机性能。因此，可包括密封件150以最小化和/或防止此泄漏。
虽然关于单喷嘴翼型件104描述图2和3，但将了解，沿着圆周方向C彼此间隔开的多个喷嘴翼型件104形成涡轮喷嘴组件。包括在由内壁114和外壁116限定的流径102内延伸的喷嘴翼型件104的环的涡轮喷嘴组件组成涡轮区段的涡轮喷嘴级，涡轮区段例如先前描述的HP涡轮区段28或LP涡轮区段30。因此，关于图2和3中说明的实施例，流径组件100包括多个喷嘴翼型件104，其中每一翼型件104的第二端112延伸穿过流径组件100的外壁116中的多个开口124中的一个开口124，使得每一翼型件104的第二端112延伸到流径102之外。如先前所描述来配置喷嘴翼型件104、内壁114和外壁116。另外，流径组件100包括多个盖126，使得每一翼型件104的第二端112由其自身的盖126覆盖。即，多个盖126中的一个盖126在多个翼型件104中的一个喷嘴翼型件104的第二端112上方延伸，使得单独的盖126在每一翼型件104的第二端112上方延伸。将盖126如上所述来配置。此外，流径组件100包括用于将每一翼型件104的第二端112附接到其相应盖126的多个附接构件130。更确切地说，多个附接构件130中的至少一个附接构件130延伸穿过每一翼型件104的第二端112和其相应盖126以将每一翼型件104的第二端112附接到其相应盖126。在如图2中展示的示范性实施例中，两个附接构件130延伸穿过每一翼型件104的第二端112和其相应盖126以将第二端112附接到盖126。将多个附接构件130中的每一附接构件130如先前所描述配置，且每一翼型件104的第二端112限定至少一个翼型件孔隙132，且每一盖126限定至少一个第一盖孔隙134和至少一个第二盖孔隙136以用于收纳如上所述的附接构件130。另外，在一些实施例中，每一翼型件104的梢端146限定凹槽148，用于收纳密封件150以提供翼型件104与其相应盖126之间的密封件。
现在转到图4和5，可按多种配置来布置多个翼型件104。特别参看图4，提供沿着图2的线4-4截取的图2的流径组件的示意性横截面图。更确切地说，图4提供根据本发明主题的示范性实施例的单涡轮喷嘴段200的顶部横截面图，所述单涡轮喷嘴段即涡轮喷嘴组件的具有单喷嘴翼型件104的段。将了解，多个片段200形成涡轮喷嘴组件，其限定流径组件100的至少一部分，如先前所描述。如图4中所展示，单段200具有翼型件104之间的足够间距以允许附接构件130大体沿着圆周方向C延伸。即，多个翼型件104和其相应盖126充分间隔开，使得可大体沿着圆周方向C对准附接构件130，同时允许插入附接构件130和将其从流径组件100移除，盖的边缘或倒圆角126b以虚线展示。如图4中进一步说明，且如上所述，每一附接构件130中的流道142可被限定以当将附接构件130插入到其相应孔隙132、134、136内时，与相应盖126与翼型件104之间的间隙G大体对准。
现参看图5，提供沿着图2的线5-5截取的图2的流径组件的示意性横截面图。更具体地说，图5提供根据本发明主题的另一示范性实施例的双涡轮喷嘴段300的顶部横截面图，所述双涡轮喷嘴段即涡轮喷嘴组件的具有两个喷嘴翼型件104的段。与单段200相似，双段300中的多个可用以形成涡轮喷嘴组件，并且进而形成流径组件100的至少一部分，如先前所描述。然而，不同于单段200，双段300缺乏喷嘴翼型件104之间的足够间距以大体沿着圆周方向C对准附接构件130。更确切地，如图5中所说明，多个附接构件130中的每一个相对于轴向方向A和圆周方向C偏斜。即，为了有助于将附接构件130插入到相应孔隙132、134、136内和从孔隙132、134、136移除附接构件130，附接构件130从轴向方向A和圆周C偏移。如图5中所展示，通过使附接构件130偏移或偏斜，一个翼型件104的盖126不阻挡邻近盖126和翼型件104的附接构件孔隙132、134、136。偏移或偏斜的附接构件130可用于缺乏喷嘴翼型件104之间的足够间距的任一涡轮喷嘴段或组件，以允许附接构件130大体沿着圆周方向C延伸。举例来说，图5中描绘的附接构件130的偏斜或偏移的配置可用于具有多于一个翼型件104的双、三或任何涡轮喷嘴段。偏斜或偏移的附接构件配置也可以用于具有例如单件内壁114和外壁116的单件涡轮喷嘴组件。
现在转到图6，提供根据本发明主题的示范性实施例的涡轮喷嘴段400的示意性横截面图。如关于图5所描述，可能必须针对具有多于一个喷嘴翼型件104的涡轮喷嘴段将附接构件130偏移或偏斜。然而，如图6中示意性地说明，在包括跨越多达180°的涡轮喷嘴段400的一些实施例中，如果翼型件孔隙132、第一盖孔隙134和第二盖孔隙136限定在圆弧上，且附接构件130是弧形棒，即，沿着圆弧延伸的棒，那么附接构件130可大体沿着圆周方向C延伸。如图6中所展示，单个附接构件130延伸穿过被限定穿过邻近翼型件104的多个孔隙132、134、136。涡轮喷嘴段400可为大致180°段，如图6中所展示，使得使用两个涡轮喷嘴段400形成流径组件100的涡轮喷嘴组件。在其它实施例中，涡轮喷嘴段400可小于180°，例如，涡轮喷嘴组件可包括三个120°涡轮喷嘴段400。
如先前所描述，附接构件130可由例如金属或金属合金的金属材料形成，且内部冷却过道140和流道142可用以冷却附接构件130且使附接构件130、翼型件104与盖126之间的任何差热生长的影响最小化。在其它实施例中，附接构件130可由为具有高温能力的非金属材料的陶瓷基质复合物（CMC）材料形成。翼型件104和盖126优选地也由CMC材料形成。如上所述，翼型件104可为位于热气路径78内的涡轮喷嘴翼型件，其中归因于燃烧气体66的相对高的温度，其可特别适用于利用CMC材料。然而，例如HP压缩机24的部件的涡扇发动机10的其它部件也可包括CMC材料。用于此类部件的示范性CMC材料可包括碳化硅（SiC）、硅、氮化硅或氧化铝基质材料和其组合。陶瓷纤维可嵌入基质内，例如氧化稳定的增强纤维，其包括如蓝宝石和碳化硅（例如，Textron的SCS-6）的单丝；以及粗纱和纱线，包括碳化硅（例如，Nippon Carbon的NICALON®、UbeIndustries的TYRANNO®和Dow Corning的SYLRAMIC®）、硅酸铝（例如，Nextel的440和480）；以及短切的晶须和纤维（例如，Nextel的440和SAFFIL®）和任选地陶瓷颗粒（例如，Si、Al、Zr、Y以及它们的组合的氧化物）和无机填充剂（例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石）。举例来说，在某些实施例中，将纤维束形成为增强带，例如单向增强带，所述纤维束可以包括陶瓷耐火材料涂层。多个带可铺设在一起（例如，作为板层）以形成预成型部件。纤维束在形成预成型件之前或在形成预成型件之后可浸渍有浆料组合物。预成型件可随后经受热处理，例如固化或烧穿，以在预成型件中产生高焦化残余物，并随后经受化学处理，例如利用硅的熔融浸渗或化学蒸汽浸渗，以获得由具有期望化学组合物的CMC材料形成的部件。在其它实施例中，CMC材料可形成为例如碳纤维织物而不是形成为带。
更具体地说，CMC材料，且确切地说SiC/SiC/Si-SiC（纤维/基质）连续纤维增强陶瓷复合物（continuous fiber-reinforced ceramic composite，CFCC）材料和工艺，的实例描述于美国专利第5,015,540；5,330,854；5,336,350；5,628,938；6,024,898；6,258,737；6,403,158和6,503,441号以及美国专利申请公开第2004/0067316号中。此类工艺一般需要使用多个预浸体（预浸材料）层来制造CMC，例如板层材料可包括由陶瓷纤维、纺织或编织陶瓷纤维织物或已浸渍有基质材料的堆叠式陶瓷纤维丝束组成的预浸材料。在一些实施例中，每个预浸材料层呈“带”形式，所述带包括期望陶瓷纤维强化材料、CMC基质材料的一个或多个前驱体和有机树脂粘合剂。可通过以含有陶瓷前驱体和粘合剂的浆液浸渍加强材料来形成预浸材料带。用于前驱体的优选材料将取决于对于CMC部件的陶瓷基质期望的特定组成，举例来说，如果期望基质材料是SiC，那么优选材料是SiC粉末和/或一种或多种含碳材料。著名的含碳材料包括碳黑、酚树脂和呋喃树脂，包括糠醇（C4H3OCH2OH）。其它典型的浆液成分包括促进预浸材料带的灵活性的有机粘合剂（例如，聚乙烯醇缩丁醛（PVB））、和促进浆液的流动性以实现对纤维增强材料的浸渍的粘合剂（例如，甲苯和/或甲基异丁基酮（MIBK））的溶剂。浆液可进一步含有希望存在于CMC部件的陶瓷基质中的一种或多种颗粒填充剂，在Si-SiC基质的状况下，填充剂例如是硅和/或SiC粉末。短切的纤维或触须或其它材料也可嵌入于如先前描述的基质内。还可以使用用于产生复合材料物品，且更确切地说，其它浆液和预浸材料带组成物的其它组成物和工艺，例如美国专利申请公开第2013/0157037号中描述的工艺和组成物。
所得预浸材料带可与其它带叠置，使得由带形成的CMC部件包括多个薄层，每个薄层从个别预浸材料带衍生。每个薄层含有包覆于陶瓷基质中的陶瓷纤维加强材料，例如，在如下文更全面描述的焙烧和致密化循环期间完全或部分地通过转化陶瓷基质前驱体来形成所述陶瓷基质。在一些实施例中，加强材料呈单向丝束阵列形式，每个丝束含有连续的纤维或长丝。还可以使用单向丝束阵列的替代方案。另外，合适的纤维直径、丝束直径和中心间丝束间隔将取决于特定应用、特定薄层和其形成的带的厚度和其它因素。如上文所描述，还可以使用其它预浸材料或非预浸材料。
在叠置带或板层以形成叠层之后，叠层被压实，并适当时固化，同时经受高压和高温以产生预成型件。预成型件接着在真空或惰性氛围中得到加热（焙烧），以分解粘合剂、移除溶剂，并将前驱体转化成期望陶瓷基质材料。归因于粘合剂的分解，结果是可经历致密化，例如熔融浸润（melt infiltration，MI）以填充孔隙度并产生CMC部件的多孔CMC主体。以上工艺的专有处理技术和参数将取决于材料的特定组成。举例来说，硅CMC部件可由例如通过通常被称作Silcomp工艺的工艺以熔化的硅浸润的纤维材料形成。制造CMC部件的另一技术是被称为浆液铸造熔融浸润（MI）工艺的方法。在使用浆液铸造MI方法进行制造的一个方法中，通过首先提供包括含碳化硅（SiC）纤维的平衡二维（2D）纺织织物的板层来产生CMC，所述板层具有彼此大体呈90°角度的两个纺织方向，具有在纺织的两个方向上延行的大体上相同数目个纤维。术语“含碳化硅纤维”指具有包括碳化硅并优选地大体上是碳化硅的组成的纤维。举例来说，纤维可具有以碳包围的碳化硅核心，或相反，纤维可具有由碳化硅包围或以碳化硅囊封的碳核心。
用于形成CMC部件的其它技术包括聚合物浸润和裂解（polymer infiltrationand pyrolysis，PIP）和氧化物/氧化物工艺。在PIP工艺中，碳化硅纤维预成型件以例如聚硅氮烷等预陶瓷聚合物浸润，并接着进行热处理以形成SiC基质。在氧化物/氧化物处理中，铝或硅铝酸盐纤维可预浸并接着层压成预选的几何形状。部件还可从碳纤维加强碳化硅基质（C/SiC）CMC构造。C/SiC处理包括以预选几何形状在工具上叠置的碳纤维预成型。如在SiC/SiC的浆液铸造方法中利用，所述工具由石墨材料组成。在约1200℃下在化学蒸汽浸润工艺期间通过工具来支持纤维预成型，由此形成C/SiC CMC部件。在其它实施例中，2D、2.5D和/或3D预成型件可用于MI、CVI、PIP或其它工艺中。举例来说，2D纺织织物的切割层可在如上文所描述的交替纺织方向上堆叠，或长丝可卷绕或编织并与3D纺织、缝合或针刺法组合以形成具有多轴向纤维体系结构的2.5D或3D预成型件。还可以使用形成2.5D或3D预成型件的其它方式，例如，使用其它纺织或编织方法或利用2D织品。
因此，可使用多种工艺形成CMC翼型件104、CMC盖126，并且，在一些实施例中，用以形成CMC附接构件130。另外，通过从如先前所描述的流径边界去耦翼型件104，消除翼型件104与内壁114和/或外壁116之间的应力集中。即，典型流径组件利用翼型件与内和/或外壁之间的结合连接，归因于在翼型件上的弯曲、热和/或其它负载或力，这导致翼型件倒圆角与壁之间的应力集中。在本文中描述的配置中，通过附接构件130将弯曲负载、热负载和/或其它负载或力从翼型件104转移到盖126，由此消除翼型件与流径边界壁之间的应力集中。另外，本文中所描述的翼型件104、盖126和附接构件130实施例允许相对于流径组件100组装和/或拆开个别翼型件104。
此外，本文中描述的主题允许在流径组件100内的受控制的冷却或冲洗流。举例来说，本文中所描述的实施例中的密封表面在附接构件130与盖126之间和在盖126与内壁114和/或外壁116之间。如所描述，附接构件130可具有内部冷却过道140，和在一些实施例中，计量到流径组件100的冷却或冲洗流的一个或多个流道142。在一些实施例中，需要的冷却流可仅为冷却附接构件130的充分流，或到间隙G的精确计量的流，与通常在翼型件处用到流径边界介面的流相比，其可为较少的冷却或冲洗流，由此提供较之其它设计的性能益处。当然，所属领域的一般技术人员还可想到本发明主题的其它优势。
本书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属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所并入的方法。本公开的可获专利的范围由权利要求书限定，并可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例包括与权利要求书的字面意义相同的结构要素，或如果此类实例包括与权利要求书的字面意义无显著差异的等效结构要素，那么此类实例意图处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于燃气涡轮发动机的流径组件，所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，所述流径组件限定相互正交的轴向方向与径向方向，所述流径组件进一步限定围绕所述轴向方向延伸的圆周方向，所述流径组件包括：
喷嘴翼型件，所述喷嘴翼型件具有与第二端相对的第一端；
限定流径边界的壁，所述壁在其中具有开口，所述喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述开口，使得所述喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外；
盖，所述盖在所述喷嘴翼型件的所述第二端上延伸；以及
附接构件，所述附接构件延伸穿过所述喷嘴翼型件的所述第二端和所述盖以将所述喷嘴翼型件的所述第二端附接到所述盖。
2.根据权利要求1所述的流径组件，其特征在于，所述壁具有面向所述流径的内表面和相对的外表面，其中所述盖与所述壁的所述外表面成整体。
3.根据权利要求1所述的流径组件，其特征在于，所述壁具有面向所述流径的内表面和相对的外表面，其中所述盖接合到所述壁的所述外表面。
4.根据权利要求1所述的流径组件，其特征在于，所述附接构件限定延伸穿过所述附接构件的内部冷却过道。
5.根据权利要求4所述的流径组件，其特征在于，所述附接构件限定从所述内部冷却过道延伸到所述附接构件的外部表面的流道。
6.根据权利要求5所述的流径组件，其特征在于，所述附接构件由金属材料形成。
7.根据权利要求1所述的流径组件，其特征在于，所述流径组件包括两个附接构件，每个附接构件延伸穿过所述喷嘴翼型件的所述第二端和所述盖以将所述喷嘴翼型件的所述第二端附接到所述盖，每个附接构件沿着所述圆周方向延伸。
8.根据权利要求1所述的流径组件，其特征在于，所述喷嘴翼型件的所述第二端限定用于收纳所述附接构件的翼型件孔隙，其中所述盖限定用于收纳所述附接构件的第一盖孔隙和第二盖孔隙。
9.根据权利要求1所述的流径组件，其特征在于，所述喷嘴翼型件具有限定所述喷嘴翼型件的外表面的压力侧和抽吸侧，其中所述盖具有面向所述喷嘴翼型件的所述第二端的内表面，且其中间隙限定于所述喷嘴翼型件的所述外表面与所述盖的所述内表面之间。
10.根据权利要求1所述的流径组件，其特征在于，所述喷嘴翼型件和所述盖由陶瓷基质复合材料形成。
11.根据权利要求1所述的流径组件，其特征在于，所述附接构件由陶瓷基质复合材料形成。
12.一种用于燃气涡轮发动机的流径组件，所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，所述流径组件限定相互正交的轴向方向与径向方向，所述流径组件进一步限定围绕所述轴向方向延伸的圆周方向，所述流径组件包括：
多个喷嘴翼型件，每个喷嘴翼型件具有与第二端相对的第一端；
限定流径边界的壁，所述壁在其中具有多个开口，每个喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述多个开口中的一个，使得每个喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外；
多个盖，所述多个盖中的一个盖在所述多个喷嘴翼型件中的一个喷嘴翼型件的所述第二端之上延伸，使得单独的盖在每个喷嘴翼型件的所述第二端之上延伸；以及
多个附接构件，所述多个附接构件中的至少一个附接构件延伸穿过每个喷嘴翼型件的所述第二端和其相应盖以将每个喷嘴翼型件的所述第二端附接到其相应盖。
13.根据权利要求12所述的流径组件，其特征在于，所述多个喷嘴翼型件中的每个喷嘴翼型件从所述壁分离。
14.根据权利要求12所述的流径组件，其特征在于，所述多个附接构件中的每一个相对于所述轴向和圆周方向偏斜。
15.根据权利要求12所述的流径组件，其特征在于，所述多个附接构件中的每个附接构件限定延伸穿过所述附接构件的内部冷却过道。
16.根据权利要求15所述的流径组件，其特征在于，所述多个附接构件中的每个附接构件限定从所述内部冷却过道延伸到所述附接构件的外部表面的流道。
17.根据权利要求12所述的流径组件，其特征在于，每个喷嘴翼型件的所述第二端限定用于收纳所述多个附接构件中的一个的翼型件孔隙，其中每个盖限定用于收纳所述多个附接构件中的一个的第一盖孔隙和第二盖孔隙，且其中扣环定位于每个第一盖孔隙和第二盖孔隙处。
18.根据权利要求12所述的流径组件，其特征在于，每个喷嘴翼型件具有梢端，且其中密封件定位于每个喷嘴翼型件的所述梢端与其相应盖之间。
19.根据权利要求12所述的流径组件，其特征在于，所述喷嘴翼型件、所述壁和所述盖由陶瓷基质复合材料形成。
20.一种用于燃气涡轮发动机的流径组件，所述流径组件限定通过所述燃气涡轮发动机的流径，所述流径组件限定相互正交的轴向方向与径向方向，所述流径组件进一步限定围绕所述轴向方向延伸的圆周方向，所述流径组件包括：
涡轮喷嘴段，所述涡轮喷嘴段包括
多个喷嘴翼型件，每个喷嘴翼型件具有与第二端相对的第一端；
限定流径边界的壁，所述壁在其中具有多个开口，每个喷嘴翼型件的所述第二端突出穿过所述多个开口中的一个，使得每个喷嘴翼型件的所述第二端延伸到所述流径之外；
多个盖，所述多个盖中的一个盖在所述多个喷嘴翼型件中的一个喷嘴翼型件的所述第二端之上延伸，使得单独的盖在每个喷嘴翼型件的所述第二端之上延伸；
翼型件孔隙，所述翼型件孔隙限定在每个喷嘴翼型件的所述第二端中；
限定在每个盖中的第一盖孔隙和第二盖孔隙；以及
附接构件，
其中所述翼型件孔隙、第一盖孔隙和第二盖孔隙限定于圆弧上，且
其中所述附接构件沿着所述圆弧延伸，使得所述附接构件收纳于所述翼型件孔隙、第一盖孔隙和第二盖孔隙中。
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