CN109838281B - 用于燃气涡轮发动机的护罩 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于燃气涡轮发动机的护罩和护罩段。在一个示范性方面中，一种燃气涡轮发动机包括第一转子叶片级和第二转子叶片级。燃气涡轮发动机还包括由多个护罩段形成的护罩，护罩段各自具有主体和从主体延伸的轮叶。轮叶安置于流路径内在所述第一转子叶片级和所述第二转子叶片级之间以形成喷嘴级的至少一部分。此外，护罩段的所述主体限定流路径的外壁，且从第一转子叶片级跨越到第二转子叶片级。冲击挡板段使护罩段与燃气涡轮发动机的壳体联接。

Description

用于燃气涡轮发动机的护罩
技术领域
本发明主题主要涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的护罩。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括布置成彼此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，在所述压缩机区段处，一个或多个轴向压缩机渐进地压缩空气，直到空气到达燃烧区段为止。燃料与经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到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，且接着被传送通过排气区段例如到大气。
一些燃气涡轮发动机包括多个定子轮叶或喷嘴级和转子叶片级。转子叶片的典型级，例如涡轮转子叶片级，包括在叶片的尖端附近从每一叶片的平台径向朝外定位的护罩。类似地，定子轮叶或喷嘴的典型级，例如涡轮喷嘴级，包括在每一喷嘴的径向外端处从内部带径向朝外定位的外部带。在邻近叶片和喷嘴级之间的轴向界面处，转子叶片级的护罩和喷嘴级的外部带之间存在空隙。在其中喷嘴级中穿插有转子叶片级的多级发动机中，喷嘴级的外部带和外部带前方的护罩之间存在一个空隙，且喷嘴级的外部带和外部带后方的护罩之间存在一个空隙。由此，在级内或周围流动的流体，例如流动穿过涡轮区段的级的燃烧气体，可能经由护罩和外部带之间的空隙渗漏，这可能影响发动机性能和效率。此外，在一些例子中，护罩和外部带可能变得未对准，这可能妨碍可带电气流穿过燃气涡轮发动机的核心，从而影响发动机性能和效率。
因此，燃气涡轮发动机的转子叶片级和喷嘴级之间的改进的界面将是合乎需要的。确切地说，解决上文提到的挑战中的一个或多个的护罩将是有利的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在以下描述中部分阐述，或可从描述内容显而易见，或可通过实践本发明来习得。
在本公开的一个示范性实施例中，提供一种限定流路径的涡轮发动机。所述涡轮发动机包括第一转子叶片级和位于第一转子叶片级下游的第二转子叶片级。所述涡轮发动机还包括护罩，所述护罩包括护罩段。护罩段包括主体和轮叶，所述轮叶从主体延伸且安置于第一转子叶片级和第二转子叶片级之间的流路径内以形成喷嘴级的至少一部分。护罩段的主体限定流路径的外壁，且从第一转子叶片级跨越到第二转子叶片级。
在本公开的另一示范性实施例中，提供一种用于组装涡轮发动机的方法。所述涡轮发动机限定流路径，轴向方向，径向方向和周向方向。所述涡轮发动机包括壳体。所述方法包括：组装模块，所述模块包括冲击挡板段，模块壳体和护罩段，所述护罩段包括主体和具有从主体延伸的轮叶的喷嘴段，其中所述护罩段与冲击挡板段联接，且冲击挡板段与模块壳体联接。所述方法还包括定位模块，使得轮叶定位在流路径内邻近第一转子叶片级以形成喷嘴级的至少一部分，且其中护罩段的主体限定流路径的外壁。此外，所述方法包括使模块壳体与壳体联接。所述方法还包括将一个或多个转子叶片定位成邻近喷嘴级以形成第二转子叶片级的至少一部分，且其中护罩段的主体沿着轴向方向从第一转子叶片级跨越到第二转子叶片级。
在本公开的另一示范性实施例中，提供一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机限定流路径，轴向方向，径向方向和周向方向。燃气涡轮发动机包括由多个转子叶片构成的第一转子叶片级。燃气涡轮发动机还包括第二转子叶片级，其沿着轴向方向与第一转子叶片级间隔开且由多个转子叶片构成。此外，燃气涡轮发动机还包括护罩，所述护罩包括护罩段。护罩段包括沿着轴向方向延伸的主体和沿着径向方向从主体延伸的轮叶。轮叶安置于流路径内在第一转子叶片级和第二转子叶片级之间以在其间形成喷嘴级的至少一部分。护罩段的主体限定流路径的外壁，且从第一转子叶片级跨越到第二转子叶片级。燃气涡轮发动机进一步包括壳体和冲击挡板，所述冲击挡板包括冲击挡板段，所述冲击挡板段使护罩段与壳体联接。
具体地，本申请技术方案1涉及一种限定流路径的涡轮发动机，所述涡轮发动机包括：第一转子叶片级；第二转子叶片级，其位于所述第一转子叶片级的下游；以及护罩，其包括护罩段，所述护罩段包括主体和轮叶，所述轮叶从所述主体延伸且安置于所述流路径内在所述第一转子叶片级和所述第二转子叶片级之间以形成喷嘴级的至少一部分，其中所述护罩段的所述主体限定所述流路径的外壁且从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级。
本申请技术方案2涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述第一转子叶片级包括多个转子叶片，且所述第二转子叶片级包括多个转子叶片，所述第一转子叶片级的所述多个转子叶片各自具有前缘，且所述第二转子叶片级的所述多个转子叶片各自具有后缘，且其中所述护罩段的所述主体至少从所述第一转子叶片级的所述多个转子叶片的所述前缘跨越到所述第二转子叶片级的所述多个转子叶片的所述后缘。
本申请技术方案3涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述护罩段的所述主体作为单一连续件从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级。
本申请技术方案4涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述轮叶与所述主体整体形成。
本申请技术方案5涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述第一转子叶片级包括各自具有前缘的多个转子叶片，且其中所述涡轮发动机进一步包括：第一喷嘴级，其定位在所述第一转子叶片级的上游，所述第一喷嘴级包括喷嘴段，所述喷嘴段包括具有后缘的轮叶，其中所述护罩段的所述主体端接在所述第一喷嘴级的所述喷嘴段的所述轮叶的所述后缘的下游且在所述第一转子叶片级的所述多个叶片的所述前缘的上游。
本申请技术方案6涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机限定周向方向，且其中所述护罩段是沿着所述周向方向间隔的所述护罩的多个护罩段中的一个，其中所述多个护罩段中的每一个的所述轮叶安置于所述流路径内在所述第一转子叶片级和所述第二转子叶片级之间以形成所述喷嘴级。
本申请技术方案7涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机限定轴向方向和径向方向，且其中所述护罩的所述主体包括第一部分，第二部分以及安置于所述第一部分和所述第二部分之间并连接所述第一部分和所述第二部分的中间部分，所述第一部分限定所述第一转子叶片级的外壁，所述中间部分限定所述喷嘴级的外壁，且所述第二部分限定所述第二转子叶片级的外壁，且其中所述中间部分相对于所述轴向方向成角度。
本申请技术方案8涉及根据技术方案7所述的涡轮发动机，其特征在于：进一步包括：壳体，其沿着所述径向方向从所述护罩朝外定位；以及冲击挡板，其由冲击挡板段构成，所述冲击挡板段使所述护罩段与所述壳体联接，其中所述冲击挡板段沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，且其中当所述冲击挡板段在所述第一端和所述第二端之间延伸时，所述冲击挡板段相对于轴向方向成角度。
本申请技术方案9涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机限定轴向方向和径向方向，所述涡轮发动机进一步包括：壳体，其沿着所述径向方向从所述护罩朝外定位；以及冲击挡板段，其与所述护罩段联接且沿着所述轴向方向延伸于第一端和第二端之间，其中所述冲击挡板段沿着所述轴向方向从所述第一转子叶片级径向朝外与所述壳体联接，且所述冲击挡板段沿着所述轴向方向从所述第二转子叶片级径向朝外与所述壳体联接。
本申请技术方案10涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机限定轴向方向，径向方向和周向方向，且其中所述轮叶限定内腔，且所述护罩段的所述主体限定开口，所述涡轮发动机进一步包括：壳体，其沿着所述径向方向从所述护罩朝外定位；以及冲击挡板段，其使所述护罩段与所述壳体联接，所述冲击挡板段包括：轴向构件，其延伸于第一端和第二端之间，其中所述轴向构件限定多个冷却开口；支撑构件，其沿着所述径向方向从所述轴向构件朝内延伸穿过由所述护罩段的所述主体限定的所述开口并进入由所述轮叶限定的所述内腔，使得冷却空气流能够流入所述内腔中。
本申请技术方案11涉及根据技术方案1所述的涡轮发动机，其特征在于：内部带附接到所述护罩段的所述轮叶或与所述轮叶成一体，所述内部带限定冷侧和相对的热侧，所述涡轮发动机进一步包括：蜂巢结构，其附接到所述内部带的所述冷侧；壳体，其沿着所述径向方向从所述护罩朝外定位；以及冲击挡板段，其使所述护罩与所述壳体联接，所述冲击挡板段包括：轴向构件；支撑构件，其沿着所述径向方向从所述轴向构件朝内延伸并进入由所述护罩段的所述轮叶限定的内腔，其中所述冲击挡板段的所述支撑构件与所述蜂巢结构联接。
本申请技术方案12涉及一种用于组装涡轮发动机的方法，所述涡轮发动机限定流路径，轴向方向，径向方向和周向方向且包括壳体，所述方法包括：组装模块，所述模块包括冲击挡板段，模块壳体和护罩段，所述护罩段包括主体和具有从所述主体延伸的轮叶的喷嘴段，其中所述护罩段与所述冲击挡板段联接，且所述冲击挡板段与所述模块壳体联接；定位所述模块，使得所述轮叶定位在所述流路径内邻近第一转子叶片级以形成喷嘴级的至少一部分，且其中所述护罩段的所述主体限定所述流路径的外壁；使所述模块壳体与所述壳体联接；以及将一个或多个转子叶片定位成邻近所述喷嘴级以形成第二转子叶片级的至少一部分，且其中所述护罩段的所述主体沿着所述轴向方向从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级。
本申请技术方案13涉及根据技术方案12所述的方法，其特征在于：所述护罩段是所述模块的多个护罩段中的一个，且所述冲击挡板段是所述模块的多个冲击挡板段中的一个，且其中所述多个护罩段中的每一个与对应的冲击挡板段联接，且其中所述多个冲击挡板段中的每一个沿着所述周向方向联接到环。
本申请技术方案14涉及根据技术方案12所述的方法，其特征在于：所述第二转子叶片级的所述一个或多个转子叶片在所述模块定位之后定位。
本申请技术方案15涉及根据技术方案12所述的方法，其特征在于：所述护罩段的所述主体包括自其延伸的凸榫，且其中涡轮发动机包括定位在所述第一转子叶片级的上游的第一喷嘴级，所述第一喷嘴级包括具有限定切口的外部带的喷嘴段，且其中在所述模块的定位期间，所述凸榫插入到所述外部带的所述切口中。
本申请技术方案16涉及一种燃气涡轮发动机，其限定流路径，轴向方向，径向方向和周向方向，所述燃气涡轮发动机包括：第一转子叶片级，其由多个转子叶片构成；第二转子叶片级，其沿着所述轴向方向与所述第一转子叶片级间隔开，且由多个转子叶片构成；护罩，其包括护罩段，所述护罩段包括沿着所述轴向方向延伸的主体和轮叶，所述轮叶沿着所述径向方向从所述主体延伸且安置于所述流路径内在所述第一转子叶片级和所述第二转子叶片级之间以在其间形成喷嘴级的至少一部分，其中所述护罩段的所述主体限定所述流路径的外壁且从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级；壳体；以及冲击挡板，其包括冲击挡板段，所述冲击挡板段使所述护罩段与所述壳体联接。
本申请技术方案17涉及根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述冲击挡板段包括第一臂和第二臂，其中所述第一臂沿着所述轴向方向从所述第一转子叶片级的所述转子叶片的前缘径向朝外使所述冲击挡板段与所述壳体联接，且所述第二臂沿着所述轴向方向从所述第二转子叶片级的所述转子叶片径向朝外使所述冲击挡板段与所述壳体联接。
本申请技术方案18涉及根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述主体沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，且具有内表面和相对的外表面，且其中所述主体进一步包括：反弦梁，其接近所述第二端从所述主体的所述外表面延伸，其中所述主体的所述第二端沿着所述轴向方向从所述第二转子叶片级的所述转子叶片径向朝外定位。
本申请技术方案19涉及根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述主体沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，且具有内表面和相对的外表面，且其中限定开口的第一凸缘从所述主体的所述第一端的所述外表面延伸，且所述冲击挡板段包括限定开口的第一凸缘，其中所述冲击挡板段通过销与所述护罩段联接，所述销插入到由所述护罩段的所述第一凸缘限定的所述开口中并插入到由所述冲击挡板段的所述第一凸缘限定的所述开口中。
本申请技术方案20涉及根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述护罩段由陶瓷基质复合(CMC)材料形成。
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，方面和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，且连同描述内容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一般技术人员来阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，在附图中：
图1提供根据本公开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提供图1的燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的特写侧视图；
图3提供图2的护罩的特写示意图。
图4提供图3的护罩的多个护罩段的俯视图；
图5提供根据本公开的示范性实施例的多个护罩段的另一实施例的俯视图；
图6提供根据本公开的示范性实施例的多个冲击挡板段的俯视图；
图7提供根据本公开的示范性实施例的多个冲击挡板段的另一实施例的俯视图；
图8提供图1的燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的特写侧视图，其描绘使护罩段与壳体联接的冲击挡板；
图9提供燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的另一实施例的特写侧视图；以及
图10提供组装到图1的燃气涡轮发动机中的模块的侧视图；以及
图11提供用于组装燃气涡轮发动机的示范性方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，在图中示出本发明的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本发明而提供，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分一个部件与另一部件，而并非意图表示各个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”是指流体流到的方向。此外，如本文中所使用，术语“轴向”或“轴向地”指沿发动机的纵向轴线的维度。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“前”指代朝向发动机入口的方向，或指代与另一部件相比相对更靠近发动机入口的部件。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“后”指代朝向发动机排气喷嘴的方向，或指代与另一部件相比相对更靠近发动机排气喷嘴的部件。术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线与外部发动机圆周之间延伸的维度。此外，如本文中所使用，术语“接近径向朝外”或“接近径向朝内”当用于描述物体相对于喷嘴翼型或转子叶片的空间关系时是指，所陈述物体沿着径向方向距翼型的前缘或后缘中的任一个在翼弦线的至少一半以内。翼弦线是翼型的前缘和后缘之间的距离。
所有方向性参考(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上部、下部、向上、向下、左、右、橫向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针)仅用于辨识的目的以辅助读者对本发明的理解，且具体地说，并不产生关于位置、定向或本发明的用途的限制。除非另外指明，否则连接参考(例如，附接、联接、连接和接合)应在广义上来解释，且可以包括一系列元件之间的中间构件以及元件之间的相对移动。因而，连接参考不一定推断两个元件直接连接且彼此成固定关系。
一般来说，本公开针对一种用于燃气涡轮发动机的护罩，其包括用于消除或减少喷嘴和转子叶片的邻近级之间的流路径泄漏的特征，不需要个别护罩悬挂器，减小邻近硬件接触的风险，降低可带电流要求，且减小燃气涡轮发动机的重量和零件数。更确切地说，在一个示范性方面中，一种燃气涡轮发动机包括第一转子叶片级和第二转子叶片级。所述燃气涡轮发动机还包括由多个护罩段形成的护罩，所述护罩段各自具有主体和从所述主体延伸的轮叶。所述轮叶安置于流路径内在所述第一转子叶片级和所述第二转子叶片级之间以形成喷嘴级的至少一部分。此外，所述护罩段的所述主体限定所述流路径的外壁，且从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级。冲击挡板段使所述护罩段与所述燃气涡轮发动机的壳体联接。
图1提供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中所示，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向轴线或中心线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下游的核心涡轮或燃气涡轮发动机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的大体上管状外壳体18。外壳体18以串联流关系包覆：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；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。
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联接到盘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，风扇叶片40和盘42跨越包括多个齿轮的动力齿轮箱46可旋转，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。
仍参看图1的示范性实施例，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，前机舱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机舱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。应当理解，机舱50可以被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叶52支撑。此外，机舱50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通路56。
在涡扇发动机10的操作期间，大量空气58穿过机舱50的相关联入口60和/或风扇区段14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传送到旁路气流通路56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或传送到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被传送通过高压(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被传送通过HP涡轮28，在HP涡轮28处，经由联接到外壳体18的HP涡轮定子轮叶68和联接到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接着被传送通过LP涡轮30，在LP涡轮30处，经由联接到外壳体18的LP涡轮定子轮叶72和联接到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随后被传送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排出之前被传送通过旁路气流通路56时，空气的第一部分62的压力显著增大，从而也提供推进力。HP涡轮28，LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66传送通过核心涡轮发动机16。
应了解，尽管相对于具有核心涡轮发动机16的涡扇10来描述，但本发明主题可适用于其它类型的涡轮机械。举例来说，本发明主题可适合与涡桨、涡轴、涡喷、逆流发动机、工业和海上燃气涡轮发动机、蒸汽涡轮发动机以及辅助动力单元一起使用或在其中使用。
图2提供图1的燃气涡轮发动机10的涡轮区段的HP涡轮28的示意图。图2还描绘燃烧区段26的后端。如所示，燃烧区段26通常包括限定燃烧腔室80的燃烧器。燃料和空气的混合物在燃烧腔室80内燃烧以产生燃烧气体流66，如前文所述。在燃烧区段26的下游，HP涡轮28包括多个涡轮级。每一涡轮级包括多个涡轮部件，其限定燃烧气体66流经的热气体路径78和/或定位在所述热气体路径78内。
更确切地说，对于图2中所描绘的实施例，HP涡轮28包括多个涡轮喷嘴级和多个涡轮转子叶片级。具体地说，HP涡轮28包括第一涡轮喷嘴级100和第二涡轮喷嘴级102，其各自配置成引导燃烧气体流66穿过其中。值得注意的是，第一喷嘴级100紧接在燃烧区段26下游定位，且因此还可被称作具有多个燃烧排放喷嘴段的燃烧器排放喷嘴级。此外，HP涡轮28还包括第一转子叶片级104和第二转子叶片级106。相应地，对于此实施例，HP涡轮28包括：第一级，其包括第一喷嘴级100和第一转子叶片级104；以及第二级，其包括第二喷嘴级102和第二转子叶片级106。
第一喷嘴级100包括沿着周向方向C间隔的多个涡轮喷嘴段110，所述周向方向C为进出图2中的页面。形成第一喷嘴级100的每一第一涡轮喷嘴段110包括定位在热气体路径78内的一个或多个第一级涡轮定子轮叶112(图2中示出仅一个第一级喷嘴轮叶112)。每一轮叶112具有与凸面吸力侧相对的凹面压力侧。由此，每一轮叶112的压力侧和吸力侧大体限定翼型形状。每一轮叶112的相对压力侧和吸力侧沿着从径向内部喷嘴端到径向外部喷嘴端的跨度径向延伸。此外，轮叶112的压力侧和吸力侧在前缘113和相对后缘115之间轴向延伸。
此外，每一喷嘴段110包括限定喷嘴段110的内壁的内部带114和限定喷嘴段110的外壁的外部带116，其中轮叶112大体沿着径向方向R在内部带114和外部带116之间延伸。第一喷嘴段110的内部带114限定冷侧118和相对热侧120。热侧120暴露于且至少部分限定热气体路径78。类似地，第一喷嘴段110的外部带116限定冷侧122和相对热侧124。热侧124暴露于且至少部分限定热气体路径78。所述多个第一涡轮喷嘴段110一起限定第一喷嘴级100，其中内壁由喷嘴段110的所述多个内部带114限定，外壁由喷嘴段110的所述多个外部带116限定，且多个轮叶112延伸于内部带和外部带114、116之间。
第一转子叶片级104邻近第一喷嘴级100和第二喷嘴级102，且定位成紧接在第一喷嘴级100的下游和紧接在第二喷嘴级102的上游。第一转子叶片级104包括沿着周向方向C彼此间隔开的多个涡轮转子叶片130。第一转子叶片级104还包括第一级转子132。每一涡轮转子叶片130具有在前缘136和后缘138之间轴向延伸的翼型134。此外，每一转子叶片130附接到第一级转子132。尽管未描绘，第一级涡轮转子132继而连接到HP轴34(图1)。通过这种方式，涡轮转子叶片130可从通过由HP涡轮28限定的热气体路径78的燃烧气体流66提取动能，作为施加到HP轴34的旋转能。
类似于形成第一喷嘴级100的所述多个喷嘴段110，每一涡轮转子叶片130的径向内部部分包括内壁或平台140。每一涡轮转子叶片130的平台140限定冷侧142，以及暴露于并至少部分限定热气体路径78的相对热侧144。此外，每一涡轮转子叶片130包括在叶片的径向外部部分处的尖端146。
如图2中进一步示出，核心燃气涡轮发动机16(图1)的HP涡轮区段28包括护罩200。在操作期间，护罩200暴露于燃烧气体66且至少部分限定热气体路径78。护罩200与转子叶片130的叶片尖端146径向间隔开，使得径向或净空空隙(clearance gap)CL限定在尖端146和护罩200之间。也就是说，护罩200径向邻近叶片130定位以限定第一转子叶片级104的外壁。
护罩200可由一个或多个护罩段202形成。在一些实施例中，举例来说，护罩200可由单一护罩段202形成，所述单一护罩段202围绕纵向发动机轴线12(图1)形成连续,一体式或无缝三百六十度(360°)环。在另外其它实施例中，护罩200可由沿着周向方向C间隔的多个护罩段202形成。对于此实施例，举例来说，护罩200包括多个护罩段202，其沿着周向方向C紧挨着彼此定位以在第一转子叶片级104、第二转子叶片级106周围形成大体环形护罩200，且形成如下文将进一步阐述的第二级喷嘴级102。
护罩段202包括具有与外表面206相对的内表面204的主体203。外表面206是护罩段202的主体203的冷侧表面，且暴露于并至少部分限定热气体路径78的内表面204是护罩段202的主体203的热侧表面。相应地，净空空隙CL限定在叶片尖端146和护罩200的护罩段202的主体203的内表面204之间。如图2中所描绘，护罩段202的主体203相对于叶片130紧密地配置，使得主体203限定用于流动穿过HP涡轮28的热燃烧气体的外部径向流路径边界。通常合乎需要的是，确切地说在涡扇10(图1)的巡航操作期间使叶片尖端146和主体203之间的净空空隙CL最小化，以减少越过叶片尖端146和经由净空空隙CL从热气体路径78的泄漏。
第二喷嘴级102邻近于第一转子叶片级104并紧接在第一转子叶片级104下游定位，且邻近于第二转子叶片级106并紧接在第二转子叶片级106上游定位。因此，第二喷嘴级102沿着轴向方向A定位于第一转子叶片级104和第二转子叶片级106之间。第二喷嘴级102由多个第二级涡轮喷嘴段150形成，所述多个第二级涡轮喷嘴段150各自附接到护罩200的对应护罩段202的主体203且与之成一体，并沿着HP涡轮28的热气体路径78定位或定位在热气体路径78内。也就是说，每一护罩段202包括沿着径向方向R从主体203朝内延伸的喷嘴段150。更确切地说，形成第二喷嘴级102的每一第二涡轮喷嘴段150包括定位在例如热气体路径78等流路径内的一个或多个第二级涡轮定子轮叶152(图2中仅示出一个第二级喷嘴轮叶152)。每一轮叶152附接到对应护罩段202的主体203且与之成一体。在一些实施例中，轮叶152与主体203整体形成。此外，每一轮叶152具有与凸面吸力侧相对的凹面压力侧。由此，每一轮叶152的压力侧和吸力侧大体限定翼型形状。每一轮叶152的相对压力侧和吸力侧沿着从径向内端154到径向外端156的跨度径向延伸。此外，轮叶152的压力侧和吸力侧在前缘158和相对后缘160之间轴向延伸。
此外，第二喷嘴级102的每一喷嘴段150包括限定喷嘴段150的内壁的内部带162，且护罩段202的主体203定位成限定第二喷嘴级102的外壁，如上所述。每一轮叶152大体沿着径向方向R在内部带162和主体203之间延伸。在一些实施例中，内部带162与轮叶156整体形成，轮叶156又与主体203整体形成。此外，第二喷嘴级102的每一内部带162限定冷侧164和相对热侧166，所述热侧166暴露于且至少部分限定热气体路径78。此外，蜂巢结构168示出为附连到内部带162，且更明确地说，内部带162的冷侧164。蜂巢结构168的径向内表面与曲径密封件的密封翅片交互，如所示。此外，所述多个内部带142一起限定第二喷嘴级102的内壁。此外，从内部带162径向朝外，主体203的内表面204限定第二喷嘴级102的热侧，且主体203的外表面206限定冷侧。如上文所论述，主体203的内表面204暴露于且至少部分限定热气体路径78。相应地，护罩200的主体203的内表面204至少部分限定通过第一涡轮叶片级122和第二喷嘴级102的热气体路径78。
第二转子叶片级106邻近于第二喷嘴级102且紧接在第二喷嘴级102下游定位。第二转子叶片级106包括沿着周向方向C彼此间隔开的多个涡轮转子叶片170。第二转子叶片级106还包括第二级转子172。每一涡轮转子叶片170具有在前缘176和后缘178之间轴向延伸的翼型174。此外，每一转子叶片170附接到第二级转子172。尽管未描绘，第二级涡轮转子172继而连接到HP轴34(图1)。通过这种方式，涡轮转子叶片170可从通过由HP涡轮28限定的热气体路径78的燃烧气体流66提取动能，作为施加到HP轴34的旋转能。
每一涡轮转子叶片170的径向内部部分包括内壁或平台180。每一涡轮转子叶片170的平台180限定冷侧182，以及暴露于并至少部分限定热气体路径78的相对热侧184。此外，每一涡轮转子叶片170包括在叶片的径向外部部分处的尖端186。如图2中所描绘，护罩200的主体203与叶片尖端186径向间隔开，使得径向或净空空隙CL限定在尖端186和护罩200的主体203之间。通过这种方式，护罩200的主体203径向邻近叶片170定位以限定第二转子叶片级106的外壁。确切地说，净空空隙CL限定在叶片尖端186和护罩200的主体203的内表面204之间。相应地，护罩200的主体203的内表面204至少部分限定第一涡轮转子叶片级122、第二喷嘴级102和第二涡轮叶片转子级124通过的热气体路径78。
护罩200在第一级转子叶片,邻近第一级转子叶片的喷嘴级和第二级转子叶片周围大体形成环或护罩，例如护罩200可接近第一涡轮转子叶片级、涡轮喷嘴级和第二涡轮转子叶片级围绕纵向发动机轴线12(图1)周向延伸。在图2的所描绘的示范性实施例中，护罩200是环形护罩，其在第一转子叶片级104、第二转子叶片级106周围周向延伸，且在第二级喷嘴级102周围延伸并形成第二级喷嘴级102。在一些实施例中，护罩200由陶瓷基质复合(CMC)材料形成。在一些其它实施例中，护罩200由例如聚合物基质复合(PMC)材料等另一合适的复合材料形成。在另外其它实施例中，护罩200由金属材料(例如，高温镍合金)或另一合适的材料形成。护罩将在下文进一步详细阐述。
图3提供图2的护罩200的特写视图，所述护罩200由沿着周向方向C间隔的多个护罩段202形成(图3中仅示出一个护罩段202)。如所示，每一护罩段202包括沿着轴向方向A在第一端210和第二端212之间延伸的主体203。在图3的所描绘的实施例中，第一端210是护罩段202的主体203的前端，且第二端212是后端。换句话说，第一端210定位在第二端212的上游。
此外，如图3所示，护罩段202的主体203限定流路径的外壁，所述流路径在此实施例中为热气体路径78。如所示，护罩段202的主体203的第一端210沿着径向方向R从第一转子叶片级104的转子叶片130的尖端146朝外定位，且护罩段202的主体203的第二端212沿着径向方向R从第二转子叶片级106的转子叶片170的尖端186朝外定位。由此，主体203限定第一转子叶片级104、第二喷嘴级102和第二转子叶片级106的径向外壁。
此外，如图3所示，护罩段202的主体203从第一转子叶片级104跨越到第二转子叶片级106。更确切地说，对于此实施例，主体203沿着轴向方向A从第一转子叶片级104跨越到第二转子叶片级106。更确切地说，护罩段202的主体203至少从第一转子叶片级104的所述多个转子叶片130的前缘136跨越到第二转子叶片级106的所述多个转子叶片170的后缘178。此外，对于此实施例，护罩段202的主体203端接在其第一端210处在第一转子叶片级104的最前转子叶片130的前缘136的上游且第一喷嘴级100的最后轮叶112的后缘115(图2)的下游，且护罩段202的主体203端接在其第二端212处在第二转子叶片级106的最后转子叶片170的后缘178的下游。
此外，如图3所示，护罩段202的主体203包括沿着轴向方向A从第一转子叶片级104的转子叶片130径向朝外定位的第一部分214、沿着轴向方向A从第二转子叶片级106的转子叶片170径向朝外定位的第二部分218，以及沿着轴向方向A安置在其间并连接第一部分214和第二部分218且沿着第二喷嘴级102延伸的中间部分216。通过这种方式，第一部分214限定第一转子叶片级104的外壁，中间部分216限定第二喷嘴级102的外壁，且第二部分218限定第二转子叶片级106的外壁。此外，对于此实施例，护罩段202的主体203由从其第一端210轴向延伸到其第二端212的单一连续件形成。
图4提供图3的护罩200的多个护罩段202的俯视图。图5提供根据本公开的示范性实施例的多个护罩段202的另一实施例的俯视图。如图4中所示，每一护罩段202的主体203沿着周向方向C在第一侧220和第二侧222之间延伸。此外，如图4的所描绘实施例中所示，每一护罩段202的主体203的中间部分216相对于轴向方向A成角度，且第一和第二部分214、216沿着轴向方向A定向。也就是说，中间部分216相对于轴向方向A成角度θ，且护罩段202中的每一个的主体203的第一侧220和第二侧222大体上沿着轴向方向A沿着段202的主体203的第一部分214和第二部分218定向。在一些实施例中，举例来说，角度θ可为约三十度(30°)，其中术语“约”意味着在所陈述值的正或负五度内。在一些实施例中，角度θ可为约四十五度(45°)。在另外其它实施例中，如图5所示，第一、中间和第二部分214、216、218大体上沿着轴向方向A定向，其中术语“大体上”意味着在所陈述值的五度(5°)内。也就是说，在此类实施例中，护罩段202的主体203的第一、中间和第二部分214、216、218通常相对于轴向方向A不成角度。
返回到图3，如所示，护罩段202的主体203与第一喷嘴级100的喷嘴段110的外部带116联接在轴向膨胀接点224处。如图3中所描绘，外部带116沿着轴向方向A在第一端126和第二端128之间延伸。此外，如所示，外部带116限定切口129。更确切地说，外部带116在其第二端128处限定切口129。如图3中进一步描绘，护罩段202的主体203包括在其第一端210处从主体203延伸的机翼或凸榫226。主体203的凸榫226与由外部带116限定的切口129互补成形，且插入到切口129中以在轴向和径向方向A、R中约束护罩段202。凸榫226和切口129可被配置成使得由外部带116限定的切口129沿着轴向方向A延伸大于凸榫226的轴向长度的距离。通过这种方式，直接或间接与护罩段202联接的各种部件可能在涡扇10(图1)的操作期间热膨胀。也就是说，切口129的额外长度允许护罩段202和外部带116之间的相对轴向移动，以适应各种材料的不同热生长速率。
护罩段202与外部带116的联接防止燃烧气体66在其间泄漏，防止护罩段202的第一端210归因于涡扇(图1)的操作期间施加于护罩200上的压力、热和航空负载而掉落到热气体路径78中，且轴向膨胀接点224允许各种部件的热膨胀，而不会对护罩段202过度地加压，在护罩200和其多个护罩段202由CMC材料形成且与CMC护罩段202联接和介接的部件是金属部件的情况下尤其如此。
如图3中进一步示出，反弦梁(anti-chording beam)228从护罩段202的主体203的外表面206延伸。更确切地说，反弦梁228在接近其第二端212处从主体203的外表面206径向朝外延伸。更确切地说，反弦梁228从护罩段202的外表面206径向朝外延伸，沿着轴向方向A从第二转子叶片级106的转子叶片170的后缘178径向朝外。反弦梁228用以固牢护罩段202且防止涡扇10(图1)的操作期间的偏转。
仍参看图3，如所示，护罩200的护罩段202通过冲击挡板260与沿着径向方向R从护罩200朝外定位的壳体250联接。对于图3的所描绘实施例，壳体250是HP涡轮壳体。冲击挡板260可以由金属材料或另一合适的材料形成。冲击挡板260在护罩200周围大体形成环。冲击挡板260由沿着周向方向C间隔的一个或多个冲击挡板段262形成。举例来说，在一些实施例中，冲击挡板260由围绕周向方向C延伸三百六十度(360°)的单一连续段形成。在例如图3的所描绘实施例等另外其它实施例中，冲击挡板260包括沿着周向方向C定位成彼此邻近的多个冲击挡板段262(图3中仅描绘一个冲击挡板段262)。冲击挡板段262中的每一个使对应的护罩段202与壳体250联接。
冲击挡板260的每一冲击挡板段262沿着轴向方向A在第一端264和第二端266之间延伸。如所示，冲击挡板段262包括轴向构件268，其大体在冲击挡板段262的第一端264和第二端266之间延伸。在第一端264处，冲击挡板段262包括第一臂270，其沿着径向方向R从轴向构件268朝外延伸且使冲击挡板段262与壳体250联接。确切地说，第一臂270包括插入到由壳体250的钩252限定的凹槽中的钩278。
此外，在冲击挡板段262的第一端264处，第一凸缘286沿着径向方向R从轴向构件268朝内延伸。第一凸缘286限定开口288。如进一步所示，护罩段202的主体203包括限定开口232的第一凸缘230。插入到由主体203的第一凸缘230限定的开口中并插入到由冲击挡板段262的第一凸缘286限定的开口288中的销234在其第一端210处使护罩段202的主体203与冲击挡板段262联接。销234确切地说在径向方向R上使主体203与冲击挡板段262固定，并且还防止主体203的第一端210归因于涡扇(图1)的操作期间护罩200上的压力、热和航空负载而掉落到热气体路径78中。
在第二端266处，冲击挡板段262包括第二臂272，其沿着径向方向R从轴向构件268朝外延伸且使冲击挡板段262与壳体250联接。更确切地说，冲击挡板段262的第二臂272通过连接到环251而与壳体250联接，所述环251继而连接到壳体250。更确切地说，第二臂272包括插入到由环251限定的凹槽253中的钩280。此外，对于此实施例，环251沿着轴向方向A在第一端(未标记)和第二端257之间延伸。在环251的第一端处，环251包括钩255。环251的钩255钩到由从壳体250延伸的第一环钩258限定的凹槽中。环251的第二端257通过从壳体250延伸的第二环钩257与壳体250联接。更确切地说，环251的第二端257容纳于由第二环钩259限定的凹槽内。通过这种方式，环251与壳体250联接。在一些实施例中，环251可与壳体250成一体，使得冲击挡板段262的第二臂272与壳体250直接连接。在另外其它实施例中，壳体250包括限定凹槽的钩，且在此类实施例中，第二臂272的钩280插入到凹槽中使得冲击挡板段262的第二端266与壳体250直接联接。
值得注意的是，对于此实施例，冲击挡板段262从第一转子叶片级104的转子叶片130接近径向朝外与壳体250联接，且冲击挡板段262从第二转子叶片级106的转子叶片170接近径向朝外与壳体250联接。通过使冲击挡板段262与壳体250在这些位置处联接，护罩200和转子叶片130、170之间的净空CL可独立地控制。
如图3中进一步示出，在冲击挡板段262的第二端266处，冲击挡板段262包括沿着径向方向R从轴向构件268延伸的第二凸缘290。更确切地说，第二凸缘290沿着径向方向R从轴向构件268朝内延伸。如图3中进一步描绘，护罩段202的主体203包括轴向止挡件236，其被配置成与冲击挡板段262的第二凸缘290介接。对于此实施例，轴向止挡件236具有三角形周向横截面，其沿着径向方向R从护罩段202的主体203的外表面206朝外延伸。轴向止挡件236包括成角度壁238和沿着径向方向R定向的界面壁240。成角度壁238相对于轴向方向A成角度以便向轴向止挡件136提供硬度。在涡扇10(图1)的操作期间，轴向止挡件236的界面壁240与冲击挡板段262的第二凸缘290介接以沿着轴向方向A约束护罩段202，且具体来说，第二凸缘290和轴向止挡件236之间的界面防止护罩段202沿着轴向方向A朝向第二转子叶片级106移动太远。在一些实施例中，轴向止挡件236和第二凸缘290两者可限定彼此互补的开口，且销可使轴向止挡件236与第二凸缘290联接。在此类实施例中，销在轴向方向A上进一步约束护罩段202，且额外在径向方向R上约束护罩段202。
图6提供根据本公开的示范性实施例图3的冲击挡板260的多个冲击挡板段262的俯视图。图7提供根据本公开的示范性实施例的多个冲击挡板段262的另一实施例的俯视图。如图6所示，冲击挡板段262中的每一个在其在其相应第一和第二端264、266之间延伸时相对于轴向方向A成角度。也就是说，冲击挡板段262相对于轴向方向A成角度α。通过这种方式，冲击挡板段262可遵循例如图4的护罩段202的主体203等护罩段202的主体203的相同或类似定向。在一些实施例中，举例来说，角度α可为约三十度(30°)。在另外其它实施例中，角度α可为约四十五度(45°)。在一些实施例中，如图7所示，冲击挡板段262大体上沿着轴向方向A定向。以此方式，冲击挡板段262可遵循例如图5的护罩段202等护罩段202的主体203的相同或类似定向。
图8提供图1的涡扇10的涡轮区段28的一部分的特写侧视图，其更详细地描绘冲击挡板段262。如所示，冲击挡板段262的轴向构件268限定冷却空气流CA可流经的多个开口292。与沿着热气体路径78流动的燃烧气体66相比相对冷的冷却空气流CA可以是压缩机排放空气P3和有效净空控制冲击空气ACC的混合物。P3空气从HP压缩机24(图1)排放，且排放空气的一部分经由限定在外部燃烧衬垫和外部壳体之间的外部气室82从燃烧腔室80径向朝外流动。P3空气沿着轴向方向A流动穿过外部气室82到HP涡轮28，P3空气可经由冲击挡板段262中的开口292进入HP涡轮28和/或与ACC空气混合且接着可流动穿过开口292。ACC空气可从旁路气流通路56(图1)或另一合适的位置提取且可供应到HP涡轮28用于冷却。ACC空气由供应导管84递送到HP涡轮28。ACC空气可用于冲击冲击挡板260以控制护罩200和第一转子叶片级104的转子叶片130的尖端146以及第二转子叶片级106的转子叶片170的尖端186之间的净空CL。此外，如上所述，ACC空气可流动穿过冲击挡板段262的开口292和/或可与P3空气混合且接着可流动穿过开口292。冲击挡板段262可各自具有大体中空结构，或可限定多个离散冷却通路，冷却空气流CA可在流动穿过开口292之后流动穿过所述多个离散冷却通路。
支撑构件294(图8中以虚线示出)沿着径向方向R从轴向构件268朝内延伸。更确切地说，支撑构件294经由由护罩段202的主体203限定的开口242径向朝内延伸并进入由第二喷嘴级102的喷嘴段150的轮叶152限定的内腔296。对于此实施例，支撑构件294是大体中空结构，借此允许冷却空气流流动穿过开口292且径向朝内朝向第二喷嘴级102的喷嘴段150的内部带162流动。随着冷却空气流CA径向朝内流动，空气冲击在轮叶152的内壁上以使翼型冷却。在一些实施例中，支撑构件294可包括穿孔侧壁，其沿着支撑构件294的径向长度以允许冷却空气流CA直接接触限定内腔296的轮叶152的壁。
此外，冲击挡板段262的支撑构件294还充当结构构件且将轮叶152固定在适当位置。如图8所示，支撑构件294径向朝内延伸到轮叶152的内腔296中，且可与蜂巢结构168联接。确切地说，对于此实施例，冲击挡板段262的支撑构件294与机械紧固件或销298(图8中以虚线示出)联接，所述机械紧固件或销可例如由金属材料形成。支撑构件294也可以其它合适的方式与蜂巢结构168联接。
图9提供燃气涡轮发动机的涡轮区段28的一部分的另一实施例的特写侧视图。对于此实施例，冲击挡板段262包括第一臂270、第二臂272、第三臂274和第四臂276。如所示，第一臂270从第一转子叶片级104的转子叶片130的前缘136接近径向朝外使冲击挡板段262与壳体250联接。更具体地说，第一臂270的钩278钩到由壳体250的钩252限定的凹槽中。第二臂272从第二转子叶片级106的转子叶片170接近径向朝外使冲击挡板段262与壳体250联接。更确切地说，第二臂272的钩280钩到由环251限定的凹槽253中。
如图9中进一步示出，第三臂274从第一转子叶片级104的转子叶片130的后缘138接近径向朝外使冲击挡板段262与壳体250联接。确切地说，第三臂274的钩282钩到由壳体250的钩254限定的凹槽中。第四臂276从第二喷嘴级102的轮叶152的后缘160接近径向朝外使冲击挡板段262与壳体250联接。更具体地说，第四臂276的钩284钩到由壳体250的钩256限定的凹槽中。通过利用额外臂(例如，第三和第二臂274、276)使冲击挡板段262与壳体250联接，冲击挡板段262进一步固定到壳体250且提供额外支撑以在涡扇发动机10(图1)的操作期间将护罩200保持在适当位置。此外，因为冲击段262从第一转子叶片级104和第二转子叶片级106接近径向朝外与壳体250联接，所以护罩200和转子叶片130、170之间的净空CL可独立地控制。
在一些实施例中，如前所述，护罩200或护罩200的护罩段202可以由CMC材料形成，所述CMC材料是具有高温能力的非金属材料。当然，包括HP涡轮区段28的其它部件的涡扇10的其它部件可由CMC材料(图1)制成。用于此类部件的示范性CMC材料可包括碳化硅、硅、硅石或氧化铝基质材料和其组合。陶瓷纤维可嵌入在基质内，例如氧化稳定的增强纤维，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
Figure BDA0001880939220000241
UbeIndustries的
Figure BDA0001880939220000242
和Dow Corning的
Figure BDA0001880939220000243
)、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
Figure BDA0001880939220000244
)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)。作为另外的实例，CMC材料还可包括碳化硅(SiC)或碳纤维布。
在一些实施例中，护罩200或护罩段可以由例如镍或钴合金等金属材料形成。合适的镍和钴合金包括由美国纽约Schenectady的General Electric公司生产的
Figure BDA0001880939220000245
合金；由美国印地安那州Kokomo的Haynes International生产的
Figure BDA0001880939220000246
合金188；以及由美国纽约New Hartford的Special Metal公司生产的
Figure BDA0001880939220000247
合金L-605。然而，任何合适的金属材料可用于护罩200和其一个或多个护罩段202。此外，冲击挡板260和其段X可以由合适的金属材料形成，如前文所述。
尽管护罩200在本文中相对于HP涡轮28描述，但应注意，护罩200可额外以类似方式在低压压缩机22、高压压缩机24和/或LP涡轮30中利用。相应地，如本文中所公开的护罩不限于在HP涡轮中使用，而是可在涡扇10的任何合适的区段中利用，例如在涡扇10(图1)的核心涡轮发动机16的任何合适的区段中利用。
现参看图10和11，提供用于组装燃气涡轮发动机的示范性方法(300)。确切地说，图10提供与燃气涡轮发动机的组装好的部分一起组装的模块299的侧视图，且图11提供示范性方法(300)的流程图。方法(300)可经实施以组装例如图1的涡扇发动机10等各种燃气涡轮发动机配置。
在(302)处，所述方法包括组装模块。所述模块包括冲击挡板段、模块壳体和护罩段，所述护罩段包括主体和具有从所述主体延伸的轮叶的喷嘴段。为了组装模块，护罩段与冲击挡板段联接，且冲击挡板段与模块壳体联接。
举例来说，模块可以是图10的模块299。如图10所示，模块299包括护罩段202，其包括主体203和具有轮叶152的喷嘴段150。轮叶152附接到护罩段202的主体203或与主体203成一体。模块299还包括冲击挡板段262和模块壳体(其在此实施例中是HP涡轮壳体250)，和环251。如所示，护罩段202的主体203在其前端210处通过销234与冲击挡板段262联接。此外，护罩段202通过紧固件或销298(图8)进一步与冲击挡板260联接，所述紧固件或销298使喷嘴段250的蜂巢结构168与冲击挡板段262的支撑构件294联接。一旦护罩段202与冲击挡板段262联接，冲击挡板段262就在其第一端264处与壳体250联接，例如冲击挡板段262的钩278与壳体250(图3)的钩252钩住，且冲击挡板段262在其第二端266处与环251联接。通过这种方式，冲击挡板段262与壳体250联接。
此外，在一些实施方案中，各自与对应的护罩段202联接的多个冲击挡板段262沿着周向方向C联接或安放在环251上，使得环251与冲击挡板段262和其对应护罩段202的环联接。通过这种方式，模块299被配置成环结构，且可在(304)处定位成环结构。在一些替代的实施方案中，与其相应的护罩段202联接的冲击挡板段262围绕周向方向C直接与壳体250联接以便形成冲击挡板段262和对应护罩段202的环。
在(304)处，一旦模块299组装好，方法(300)就包括定位模块使得轮叶定位在流路径内邻近第一转子叶片级以形成喷嘴级的至少一部分。此外，模块经定位使得护罩段的主体限定流路径的外壁。举例来说，如图10所示，模块299通过沿着如箭头F所示的轴向方向A在前向方向中移动模块299而定位。在图2中，模块299示出为定位于适当位置，且如所描绘，护罩段202的轮叶152定位在例如热气体路径78等流路径内。更确切地说，轮叶152定位在流路径78内在第一转子叶片级104的下游和第二转子叶片级106的上游。当模块299已定位时，可或可不安装第一转子叶片级104的转子叶片130。优选地，第一转子叶片级104的转子叶片130在定位模块299之前安装或组装。此外，如图2中所描绘，当模块299已定位时，护罩段202限定流路径78的外壁。
在(306)处，在模块299已定位之后，方法(300)包括使模块壳体与所述壳体联接。举例来说，如图2所示，表示为HP涡轮壳体250的模块壳体的第一端247与壳体联接，所述壳体在此实施例中为外部燃烧器壳体249。模块299的壳体250可以例如栓接接合件连接等任何合适的方式与外部燃烧器壳体249联接。
在(308)处，方法(300)包括将一个或多个转子叶片定位成邻近喷嘴级以形成第二转子叶片级的至少一部分。当第二转子叶片级的转子叶片已定位时，护罩段的主体沿着轴向方向从第一转子叶片级跨越到第二转子叶片级。在一些实施方案中，第二转子叶片级的所述一个或多个转子叶片在模块定位之后定位。在方法(300)的替代实施方案中，第二转子叶片级的所述一个或多个转子叶片在定位模块之前定位。
举例来说，如图2所示，护罩段202的主体203沿着轴向方向A从第一转子叶片级104跨越到第二转子叶片级106。更确切地说，如所描绘，护罩段202的主体203至少从第一转子叶片级104的转子叶片130的前缘136跨越到第二转子叶片级106的转子叶片170的后缘178。更优选地，主体203至少从第一转子叶片级104的最前转子叶片130的前缘136跨越到第二转子叶片级106的最后转子叶片170的后缘178。如图2中进一步描绘，对于此实施例，护罩段202的主体203端接在其第一端210处在第一转子叶片级104的最前转子叶片130的前缘136的上游且第一喷嘴级100的最后轮叶112的后缘115的下游，且护罩段202的主体203端接在其第二端212处在第二转子叶片级106的最后转子叶片170的后缘178的下游。
在一些实施方案中，护罩段的主体包括自其延伸的凸榫(例如，如图3所示)。在此类实施方案中，燃气涡轮发动机包括定位在第一转子叶片级的上游的第一喷嘴级。第一喷嘴级包括具有限定切口的外部带的喷嘴段。此外，在此类实施方案中，在模块的定位期间，凸榫插入到外部带的切口中。
本书面描述使用实例来公开本发明，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。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括与权利要求书的字面语言并无不同的结构要素，或如果其包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么预期此类其它实例在权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种限定流路径的涡轮发动机，所述涡轮发动机包括：
第一转子叶片级；
第二转子叶片级，其位于所述第一转子叶片级的下游；
护罩，其包括护罩段，所述护罩段包括主体和轮叶，所述主体具有自其延伸的机翼或凸榫，所述轮叶从所述主体延伸且安置于所述流路径内在所述第一转子叶片级和所述第二转子叶片级之间以形成喷嘴级的至少一部分，其中所述护罩段的所述主体限定所述流路径的外壁且从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级；以及
第一喷嘴级，所述第一喷嘴级位于所述第一转子叶片级的上游，所述第一喷嘴级包括具有限定切口的外部带的喷嘴段，其中所述机翼或凸榫位于所述外部带的所述切口中。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述第一转子叶片级包括多个转子叶片，且所述第二转子叶片级包括多个转子叶片，所述第一转子叶片级的所述多个转子叶片各自具有前缘，且所述第二转子叶片级的所述多个转子叶片各自具有后缘，且其中所述护罩段的所述主体至少从所述第一转子叶片级的所述多个转子叶片的所述前缘跨越到所述第二转子叶片级的所述多个转子叶片的所述后缘。
3.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述护罩段的所述主体作为单一连续件从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述轮叶与所述主体整体形成。
5.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述第一转子叶片级包括各自具有前缘的多个转子叶片，所述喷嘴段包括具有后缘的轮叶，其中所述护罩段的所述主体端接在所述第一喷嘴级的所述喷嘴段的所述轮叶的所述后缘的下游且在所述第一转子叶片级的所述多个叶片的所述前缘的上游。
6.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机限定周向方向，且其中所述护罩段是沿着所述周向方向间隔的所述护罩的多个护罩段中的一个，其中所述多个护罩段中的每一个的所述轮叶安置于所述流路径内在所述第一转子叶片级和所述第二转子叶片级之间以形成所述喷嘴级。
7.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机限定轴向方向和径向方向，且其中所述护罩的所述主体包括第一部分，第二部分以及安置于所述第一部分和所述第二部分之间并连接所述第一部分和所述第二部分的中间部分，所述第一部分限定所述第一转子叶片级的外壁，所述中间部分限定所述喷嘴级的外壁，且所述第二部分限定所述第二转子叶片级的外壁，且其中所述中间部分相对于所述轴向方向成角度。
8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于：进一步包括：
壳体，其沿着所述径向方向从所述护罩朝外定位；以及
冲击挡板，其由冲击挡板段构成，所述冲击挡板段使所述护罩段与所述壳体联接，其中所述冲击挡板段沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，且其中当所述冲击挡板段在所述第一端和所述第二端之间延伸时，所述冲击挡板段相对于轴向方向成角度。
9.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机限定轴向方向和径向方向，所述涡轮发动机进一步包括：
壳体，其沿着所述径向方向从所述护罩朝外定位；以及
冲击挡板段，其与所述护罩段联接且沿着所述轴向方向延伸于第一端和第二端之间，其中所述冲击挡板段沿着所述轴向方向从所述第一转子叶片级径向朝外与所述壳体联接，且所述冲击挡板段沿着所述轴向方向从所述第二转子叶片级径向朝外与所述壳体联接。
10.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机限定轴向方向，径向方向和周向方向，且其中所述轮叶限定内腔，且所述护罩段的所述主体限定开口，所述涡轮发动机进一步包括：
壳体，其沿着所述径向方向从所述护罩朝外定位；以及
冲击挡板段，其使所述护罩段与所述壳体联接，所述冲击挡板段包括：
轴向构件，其延伸于第一端和第二端之间，其中所述轴向构件限定多个冷却开口；
支撑构件，其沿着所述径向方向从所述轴向构件朝内延伸穿过由所述护罩段的所述主体限定的所述开口并进入由所述轮叶限定的所述内腔，使得冷却空气流能够流入所述内腔中。
11.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于：内部带附接到所述护罩段的所述轮叶或与所述轮叶成一体，所述内部带限定冷侧和相对的热侧，所述涡轮发动机进一步包括：
蜂巢结构，其附接到所述内部带的所述冷侧；
壳体，其沿着径向方向从所述护罩朝外定位；以及
冲击挡板段，其使所述护罩与所述壳体联接，所述冲击挡板段包括：
轴向构件；
支撑构件，其沿着所述径向方向从所述轴向构件朝内延伸并进入由所述护罩段的所述轮叶限定的内腔，其中所述冲击挡板段的所述支撑构件与所述蜂巢结构联接。
12.一种用于组装涡轮发动机的方法，所述涡轮发动机限定流路径，轴向方向，径向方向和周向方向且包括壳体，所述方法包括：
组装模块，所述模块包括冲击挡板段，模块壳体和护罩段，所述护罩段包括具有自其延伸的机翼或凸榫的主体和具有从所述主体延伸的轮叶的喷嘴段，其中所述护罩段与所述冲击挡板段联接，且所述冲击挡板段与所述模块壳体联接；
定位所述模块，使得所述轮叶定位在所述流路径内邻近第一转子叶片级以形成喷嘴级的至少一部分，且其中所述护罩段的所述主体限定所述流路径的外壁；
使所述模块壳体与所述壳体联接；
将第一喷嘴级定位在所述第一转子叶片级的上游，所述第一喷嘴级包括具有限定切口的外部带的喷嘴段，且其中在所述模块的定位期间，所述机翼或凸榫插入到所述外部带的所述切口中；以及
将一个或多个转子叶片定位成邻近所述喷嘴级以形成第二转子叶片级的至少一部分，且其中所述护罩段的所述主体沿着所述轴向方向从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述护罩段是所述模块的多个护罩段中的一个，且所述冲击挡板段是所述模块的多个冲击挡板段中的一个，且其中所述多个护罩段中的每一个与对应的冲击挡板段联接，且其中所述多个冲击挡板段中的每一个沿着所述周向方向联接到环。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：所述第二转子叶片级的所述一个或多个转子叶片在所述模块定位之后定位。
15.一种燃气涡轮发动机，其限定流路径，轴向方向，径向方向和周向方向，所述燃气涡轮发动机包括：
第一转子叶片级，其由多个转子叶片构成；
第二转子叶片级，其沿着所述轴向方向与所述第一转子叶片级间隔开，且由多个转子叶片构成；
护罩，其包括护罩段，所述护罩段包括沿着所述轴向方向延伸并具有自其延伸的机翼或凸榫的主体和轮叶，所述轮叶沿着所述径向方向从所述主体延伸且安置于所述流路径内在所述第一转子叶片级和所述第二转子叶片级之间以在其间形成喷嘴级的至少一部分，其中所述护罩段的所述主体限定所述流路径的外壁且从所述第一转子叶片级跨越到所述第二转子叶片级；
第一喷嘴级，所述第一喷嘴级位于所述第一转子叶片级的上游，所述第一喷嘴级包括具有限定切口的外部带的喷嘴段，其中所述机翼或凸榫位于所述外部带的所述切口中；
壳体；以及
冲击挡板，其包括冲击挡板段，所述冲击挡板段使所述护罩段与所述壳体联接。
16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述冲击挡板段包括第一臂和第二臂，其中所述第一臂沿着所述轴向方向从所述第一转子叶片级的所述转子叶片的前缘径向朝外使所述冲击挡板段与所述壳体联接，且所述第二臂沿着所述轴向方向从所述第二转子叶片级的所述转子叶片径向朝外使所述冲击挡板段与所述壳体联接。
17.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述主体沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，且具有内表面和相对的外表面，且其中所述主体进一步包括：
反弦梁，其接近所述第二端从所述主体的所述外表面延伸，其中所述主体的所述第二端沿着所述轴向方向从所述第二转子叶片级的所述转子叶片径向朝外定位。
18.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述主体沿着所述轴向方向在第一端和第二端之间延伸，且具有内表面和相对的外表面，且其中限定开口的第一凸缘从所述主体的所述第一端的所述外表面延伸，且所述冲击挡板段包括限定开口的第一凸缘，其中所述冲击挡板段通过销与所述护罩段联接，所述销插入到由所述护罩段的所述第一凸缘限定的所述开口中并插入到由所述冲击挡板段的所述第一凸缘限定的所述开口中。
19.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其特征在于：所述护罩段由陶瓷基质复合(CMC)材料形成。
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