CN110043923B - 用于涡轮发动机的燃烧器组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件（100）。燃烧器组件(100)包括衬套，其至少部分地限定燃烧室(114)并且总体上沿着轴向方向在后端和前端之间延伸。燃烧器组件(100)还包括环形穹顶，其包括限定用于接收衬套的前端的槽口(122)的包封表面。帽盖定位在衬套的前端处并且至少部分地定位在由环形穹顶的包封表面所限定的槽口(122)内。帽盖包括构造成接触环形穹顶的包封表面和衬套的前端中至少之一的表面。此种构造可在衬套的前端和环形穹顶之间形成基本上不透气的密封件而不管构件之间的相对热膨胀。

Description

用于涡轮发动机的燃烧器组件
本申请是于2016年8月31日提交的专利申请(中国国家申请号为201610776933.9，发明名称为“用于涡轮发动机的燃烧器组件”)的分案申请。
技术领域
本主题总体上涉及燃气涡轮发动机，或者更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括风扇以及布置成彼此流动连通的核心（core）。另外，燃气涡轮发动机的核心通常包括成串行流动次序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段，以及排出区段。在操作中，从风扇提供空气至压缩机区段的入口，在压缩机区段中一个或更多轴向压缩机逐渐地压缩空气直至其到达燃烧区段。燃料与压缩空气相混合并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。燃烧气体经过涡轮区段的流动驱动涡轮区段且然后传送经过排出区段，例如通向大气。
更常见地，非传统的高温材料例如陶瓷基复合（CMC）材料用作燃气涡轮发动机内的结构构件。例如，假定CMC材料能够耐受相对极端的温度，则特别感兴趣的是利用CMC材料来替换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部衬套和外部衬套更常见地是由CMC材料形成。
然而，某些燃气涡轮发动机具有适应结合在其中的CMC材料的某些机械性能的问题。例如，CMC材料相比于传统的金属材料具有不同的热膨胀系数。因此，将CMC材料联接至传统的金属材料可能是有问题的。例如，在将内部衬套和外部衬套分别附接至金属内部穹顶（dome）结构和金属外部穹顶结构时必须特别小心。
此外，具有由CMC材料形成的内部衬套和外部衬套的某些燃气涡轮发动机在控制高压空气流动穿过一个或更多连接部位（point）（例如，在内部衬套和内部穹顶结构与外部衬套和外部穹顶结构之间）进入至少部分地由内部衬套和外部衬套所限定的燃烧室中的数量方面存在困难。
因此，具有下述多于一个的特征结构的燃烧器组件将是有用的，该特征结构允许CMC衬套在附接部位处附接至相应的金属穹顶结构，同时控制经由该附接部位穿过的空气流数量。更具体地，具有下述多于一个的特征结构的燃烧器组件将特别有益，该特征结构允许CMC衬套在附接部位处附接至相应的金属穹顶结构，同时控制经由该附接部位穿过的空气流数量和允许相对的热膨胀。
发明内容
本发明的方面和优点将在下文描述中部分地阐述，或者可根据该描述是显而易见的，或者可通过实施本发明而懂得。
在本公开内容的一个示例性实施例中，提供了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器组件。燃烧器组件限定轴向方向并且包括至少部分地限定燃烧室的衬套。衬套大体上沿着轴向方向在后端和前端之间延伸。燃烧器组件还包括环形穹顶，其包括限定用于接收衬套前端的槽口的包封表面。燃烧器组件还包括帽盖，其定位在衬套的前端处并且至少部分地定位在由环形穹顶的包封表面所限定的槽口内。帽盖包括构造成接触环形穹顶的包封表面或者衬套的前端中至少之一的表面。
在本公开内容的另一示例性实施例中，提供了一种用于燃气涡轮发动机燃烧器组件的衬套的帽盖组件。帽盖组件包括第一臂和与第一臂基本上平行延伸的第二臂。第一和第二臂一起限定用于接收衬套前端的开口。帽盖组件还包括在第一和第二臂之间延伸并且限定内表面和外表面的基座（base）。帽盖组件还包括弹性部件，其定位成邻近基座的内表面以便在帽盖组件定位在衬套的前端上时挤压基座远离衬套的前端并且形成在基座和衬套的前端之间的密封件。
在本公开内容还有的另一示例性实施例中，提供了一种限定轴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、经由轴机械地联接至压缩机区段的涡轮区段，以及设置在压缩机区段和涡轮区段之间的燃烧器组件。燃烧器组件包括衬套，其至少部分地限定燃烧室并且总体上沿着轴向方向在后端和前端之间延伸。燃烧器组件还包括环形穹顶，其包括限定用于接收衬套前端的槽口的包封表面。燃烧器组件还包括帽盖，其定位在衬套的前端处并且至少部分地定位在由环形穹顶的包封表面所限定的槽口内。帽盖包括构造成接触环形穹顶的包封表面或者衬套的前端中至少之一的表面。
技术方案1. 一种用于限定轴向方向的燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
衬套，其至少部分地限定燃烧室并且总体上沿着所述轴向方向在后端和前端之间延伸；
环形穹顶，其包括限定用于接收所述衬套的前端的槽口的包封表面；以及
帽盖，其定位在所述衬套的前端处并且至少部分地定位在由所述环形穹顶的包封表面所限定的槽口内，所述帽盖包括构造成接触所述环形穹顶的包封表面或者所述衬套的前端中至少之一的表面。
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，所述帽盖定位在所述衬套的前端上，并且其中，所述帽盖的表面为构造成接触所述环形穹顶的包封表面的端表面。
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，弹性部件定位在限定于所述帽盖和所述衬套的前端之间的间隙中，其中，所述弹性部件构造成形成在所述帽盖和所述衬套的前端之间的密封件，并且其中，所述弹性部件还构造成挤压所述帽盖的端表面抵靠所述环形穹顶的包封表面以形成在所述帽盖和所述包封表面之间的密封件。
技术方案4. 根据技术方案3所述的燃烧器组件，其特征在于，所述弹性部件为包括硅氧烷芯的绳索密封件。
技术方案5. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套为外部衬套以及其中，所述环形穹顶为外部环形穹顶。
技术方案6. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套为内部衬套以及其中，所述环形穹顶为内部环形穹顶。
技术方案7. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套由陶瓷基复合材料构成。
技术方案8. 根据技术方案7所述的燃烧器组件，其特征在于，所述环形穹顶由金属材料构成。
技术方案9. 根据技术方案1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述环形穹顶包括基板和轭架，所述基板和所述轭架基本上平行于彼此延伸，所述穹顶的包封表面包括所述基板的表面和所述轭架的表面。
技术方案10. 根据技术方案9所述的燃烧器组件，其特征在于，所述燃烧器组件还包括：
安装组件，其延伸穿过所述环形穹顶的轭架、穿过所述衬套的前端，以及穿过所述环形穹顶的基板，其中，所述安装组件将所述衬套附接至所述环形穹顶。
技术方案11. 根据技术方案10所述的燃烧器组件，其特征在于，所述安装组件包括销和套管，其中，所述销延伸穿过所述轭架、所述衬套的前端以及所述基板，并且其中，所述套管围绕所述销定位在所述槽口内并被挤压在所述轭架和所述基板之间。
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，所述帽盖的表面为构造成接触所述衬套的前端的内表面，其中，所述帽盖还限定与所述内表面相反的端表面，并且其中，弹性部件定位成邻近所述帽盖的端表面以便在所述帽盖的端表面和所述环形穹顶的包封表面之间以及在所述帽盖的内表面和所述衬套的前端之间形成密封件。
技术方案13. 一种用于燃气涡轮发动机燃烧器组件的衬套的帽盖组件，所述帽盖组件包括：
第一臂；
第二臂，其与所述第一臂基本上平行地延伸，所述第一臂和第二臂一起限定用于接收所述衬套的前端的开口；
基座，其在所述第一臂和第二臂之间延伸并且限定内表面和外表面；以及
弹性部件，其定位成邻近所述基座的内表面用于在所述帽盖组件定位在所述衬套的前端上时挤压所述基座远离所述衬套的前端并且形成在所述基座和所述衬套的前端之间的密封件。
技术方案14. 根据技术方案13所述的帽盖组件，其特征在于，所述第一臂、所述第二臂以及所述基座全都由金属材料或CMC材料一体地形成。
技术方案15. 根据技术方案13所述的帽盖组件，其特征在于，所述弹性部件为包括硅氧烷芯的绳索密封件。
技术方案16. 根据技术方案13所述的帽盖组件，其特征在于，所述第一臂和所述第二臂分别限定用于接收用于将所述衬套的前端附接至环形穹顶的安装组件的一个或更多开口。
技术方案17. 一种限定轴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，其经由轴机械地联接至所述压缩机区段；以及
燃烧器组件，其设置在所述压缩机区段和所述涡轮区段之间，所述燃烧器组件包括：
衬套，其至少部分地限定燃烧室并且总体上沿着所述轴向方向在后端和前端之间延伸；
环形穹顶，其包括限定用于接收所述衬套的前端的槽口的包封表面；以及
帽盖，其定位在所述衬套的前端处并且至少部分地定位在由所述环形穹顶的包封表面所限定的槽口内，所述帽盖包括构造成接触所述环形穹顶的包封表面或者所述衬套的前端中至少之一的表面。
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，所述帽盖定位在所述衬套的前端上，并且其中，所述帽盖的表面为构造成接触所述环形穹顶的包封表面的端表面。
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，弹性部件定位在限定于所述帽盖和所述衬套的前端之间的间隙中，所述弹性部件构造成挤压所述帽盖的端表面抵靠所述包封表面并且形成在所述帽盖和所述衬套之间的密封件。
技术方案20. 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还限定环向方向，并且其中，所述燃烧器组件还包括在所述环形穹顶内沿着所述环向方向隔开的多个燃料/空气混合器。
参照下文描述和所附权利要求，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其一部分的附图例示了本发明的实施例，并且连同描述一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
本发明针对本领域普通技术人员而言全面并能够实施的公开内容（包括其最佳方式）在参照附图的说明书中阐述，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为根据本公开内容的示例性实施例的燃烧器组件的透视截面视图。
图3为图2的示例性燃烧器组件的示意性截面视图。
图4为图2的示例性燃烧器组件的附接部位的放大截面视图，其中，外部衬套的前端附接至外部环形穹顶。
图5为根据本公开内容的另一示例性实施例的燃烧器组件的附接部位的放大截面视图，其中，外部衬套的前端附接至外部环形穹顶。
零件列表
10 涡轮风扇喷气发动机 12 纵向或轴向中心线 14 风扇区段 16 核心涡轮发动机 18 外部壳体 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 喷射排出区段 34 高压轴/卷轴（spool） 36 低压轴/卷轴 38 风扇 40 叶片 42 盘 44 致动部件 46 动力齿轮箱 48 机舱 50 风扇壳体或机舱 52 出口导向翼片（vane） 54 下游区段 56 旁通空气流通道 58 空气 60 入口 62第一部分空气 64 第二部分空气 66 燃烧气体 68 定子翼片 70 涡轮转子叶片 72 定子翼片 74 涡轮转子叶片 76 风扇喷嘴排出区段 78热气体路径 100 燃烧器组件 102 内部衬套 104 内部衬套的后端 106内部衬套的前端 108 外部衬套 110 外部衬套的后端 112 外部衬套的前端 114 燃烧室 116 内部环形穹顶 118 外部环形穹顶 120 包封表面122 环形槽口 124 燃料/空气混合器 126 外部穹顶的外部罩盖（cowl） 128外部穹顶的前端 130 内部穹顶的内部罩盖 132 内部穹顶的前端 134 外部穹顶的附接延伸部 136 外部燃烧器壳体 138 内部穹顶的附接延伸部 140环形支承部件 142 热屏蔽件 144 安装组件 146 内部活塞环 148 外部活塞环 150 内部保持器 152 外部保持器 154 外部涡轮壳体 156高压仓室 158 内部通道 160 涡轮叶片 162 基板 164 轭架（yolk）166 销 168 套管 170 头部 172 本体 174 螺母 176 垫环（grommet） 178 帽盖 180 第一臂 182 第二臂 184 开口 186 基座 188 内表面 190 端表面 192 间隙 194 弹性部件 196 缺口。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的当前实施例，其一个或更多实例在附图中例示。详细描述使用数字和字母标记来指代图中的特征。图和描述中的相同或类似标记用来指代本发明的相同或类似部分。如文中所用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用以区分一个构件与另一构件而非意图表示各个构件的位置或重要性。用语“上游”和“下游”是指关于流体通路中的流体流的相对方向。例如，“上游”是指流体自其流动的方向，而“下游”是指流体向其流动的方向。
现在参看附图，其中贯穿各图同样的标号表示相同元件，图1为根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁通涡轮风扇喷气发动机10，文中称为“涡轮风扇发动机10”。如图1中所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A（平行于提供为用于参照的纵向中心线12延伸）和径向方向R。通常，涡轮风扇发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
所图示的示例性核心涡轮发动机16总体上包括限定环形入口20的大致管状外部壳体18。以串行流动关系，外部壳体18包围压缩机区段，其包括增压器或低压（LP）压缩机22以及高压（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；以及喷射排出喷嘴区段32。高压（HP）轴或卷轴34将HP涡轮28驱动地连接至HP压缩机24。低压（LP）轴或卷轴36将LP涡轮30驱动地连接至LP压缩机22。
对于所图示的实施例，风扇区段14包括可变斜度（pitch）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。如图所示，风扇叶片40从盘42大体上沿着径向方向R向外延伸。由于风扇叶片40操作地联接至适合的致动部件44，该致动部件构造成一致地共同改变风扇叶片40的斜度，每个风扇叶片40均可相对于盘42围绕斜度轴线P旋转。风扇叶片40、盘42以及致动部件44通过横跨动力齿轮箱46的LP轴36可围绕纵向轴线12一起地旋转。动力齿轮箱46包括用于逐步减低LP轴36的旋转速度至更有效的旋转风扇速度的多个齿轮。
仍参看图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前机舱48所覆盖，该前机舱空气动力学地成轮廓以促进经由上述多个风扇叶片40的空气流。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外部机舱50，其环向地包绕风扇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可构造成由多个环向地隔开的出口导向翼片52相对于核心涡轮发动机16受到支承。此外，机舱50的下游区段54可延伸越过核心涡轮发动机16的外部部分以便在二者之间限定旁通空气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定体积的空气58经由机舱50的相关联入口60和/或风扇区段14进入涡轮风扇发动机10。随着该体积的空气58传送越过风扇叶片40，如由箭头62所示的空气58的第一部分经引导或传送到旁通空气流通道56中以及如由箭头64所示的空气58的第二部分经引导或传送到LP压缩机22中。第一部分的空气62和第二部分的空气64之间的比率通常称为旁通比率。第二部分空气64的压力于是随着其传送经过高压（HP）压缩机24并进入燃烧区段26中而增大，在燃烧区段中该部分空气与燃料相混合并燃烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66传送经过HP涡轮28，在其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由联接至外部壳体18的HP涡轮定子翼片68和联接至HP轴或卷轴34的HP涡轮转子叶片70的相继的级所提取，由此导致HP轴或卷轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后传送经过LP涡轮30，在其中经由联接至外部壳体18的LP涡轮定子翼片72和联接至LP轴或卷轴36的LP涡轮转子叶片74的相继的级从燃烧气体66中提取第二部分的热能和/或动能，由此导致LP轴或卷轴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的喷射排出喷嘴区段32以提供推进推力。同时，随着第一部分空气62在其从涡轮风扇发动机10的风扇喷嘴排出区段76排出之前传送穿过旁通空气流通道56，第一部分空气62的压力显著增大，从而也提供了推进推力。HP涡轮28、LP涡轮30以及喷射排出喷嘴区段32至少部分地限定用于传送燃烧气体66经过核心涡轮发动机16的热气体路径78。
现在参看图2和图3，提供的是图1的示例性涡轮风扇发动机10的燃烧区段26的放大截面视图。更具体地，图2提供了根据本公开内容的示例性实施例的燃烧器组件100的透视截面视图，该燃烧器组件可定位在图1的示例性涡轮风扇发动机10的燃烧区段26中，以及图3提供了图2的示例性燃烧器组件100的侧面截面视图。注意的是，图2提供了为清楚起见已移除外部燃烧器壳体136的燃烧器组件100的透视截面视图。
如图所示，燃烧器组件100通常包括总体上沿着轴向方向A在后端104和前端106之间延伸的内部衬套102，以及同样总体上沿着轴向方向A在后端110和前端112之间延伸的外部衬套108。内部衬套102和外部衬套108一起至少部分地限定位于二者之间的燃烧室114。内部衬套102和外部衬套108分别附接至环形穹顶。更具体地，燃烧器组件100包括附接至内部衬套102的前端106上的内部环形穹顶116和附接至外部衬套108的前端112上的外部环形穹顶118。如将在下文更详细地讨论，内部和外部环形穹顶116、118均包括限定用于接收相应内部和外部衬套102、108的前端106、112的槽口122的包封表面120。
燃烧器组件100还包括多个燃料空气混合器126（图3），其在外部穹顶118内沿着环向方向C间隔开。更具体地，该多个燃料空气混合器126沿着径向方向R设置在外部穹顶118和内部穹顶116之间。来自涡轮风扇发动机10的压缩机区段的压缩空气流动进入或经过燃料空气混合器124，在其中压缩空气与燃料相混合并点燃以在燃烧室114内生成燃烧气体66。内部穹顶116和外部穹顶118构造成帮助提供此种来自压缩机区段的压缩空气进入或经过燃料空气混合器126的流动。例如，外部穹顶118包括位于前端128处的外部罩盖126以及内部穹顶116类似地包括位于前端132处的内部罩盖130。外部罩盖126和内部罩盖130可帮助引导来自压缩机区段26的压缩空气进入或经过燃料空气混合器124中之一或更多的流动。
此外，内部穹顶116和外部穹顶118均包括构造成帮助将燃烧器组件100安装在涡轮风扇发动机10内的附接部分。例如，外部穹顶118包括构造成安装至外部燃烧器壳体136（图3）的附接延伸部134以及内部穹顶116包括构造成附接至涡轮风扇发动机10内的环形支承部件140（图3）的附接延伸部138。在某些示例性实施例中，内部穹顶116可一体地形成为单个环形构件，并且类似地，外部穹顶118也可一体地形成为单个环形构件。然而，应当认识到的是，在其它示例性实施例中内部穹顶116和/或外部穹顶118可备选地由以任何适合方式连结的一个或更多构件形成。例如，参见外部穹顶118，在某些示例性实施例中，外部罩盖126可与外部穹顶118分离地形成并且采用例如焊接处理附接至外部穹顶118的前端128。类似地，附接延伸部134也可与外部穹顶118分离地形成并且采用例如焊接处理附接至外部穹顶118的前端128。另外或备选地，内部穹顶116可具有类似构造。
仍参看图2和图3，示例性的燃烧器组件100还包括多个热屏蔽件142，其定位成围绕每个燃料空气混合器124并且环向地布置。对于所图示的实施例，热屏蔽件142附接至外部穹顶118和内部穹顶116并且在该外部穹顶和内部穹顶之间延伸。热屏蔽件142构造成保护涡轮风扇发动机10的某些构件免受燃烧室114的相对极端温度。
对于所图示的实施例，内部衬套102和外部衬套108均由陶瓷基复合（CMC）材料构成，该材料为一种具有高温性能的非金属材料。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材料以及它们的组合。陶瓷纤维可嵌入在基体内，例如包括单丝如蓝宝石和碳化硅（例如，Textron公司的SCS-6）的氧化稳定增强纤维，以及包括碳化硅（例如，Nippon Carbon公司的NICALON®，Ube Industries公司的TYRANNO®，以及Dow Corning公司的SYLRAMIC®）、硅酸铝（例如，Nextel公司的440和480）以及短切晶须和纤维（例如，Nextel公司的440和SAFFIL®）的粗纱和细纱，以及任选地陶瓷颗粒（例如，硅、铝、锆、钇的氧化物及其组合）和无机纤维（例如，叶蜡石、钙硅石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石）。CMC材料可具有温度为大约1000-1200°F时范围在大约1.3×10−6in/in/°F至大约3.5×10−6in/in/°F内的热膨胀系数。
相比而言，内部穹顶116和外部穹顶118（分别包括内部罩盖130和外部罩盖126）可由金属形成，例如镍基超级合金（具有在大约1000-1200°F的温度时为大约8.3-8.5×10− 6in/in/°F的热膨胀系数）或者钴基超级合金（具有在大约1000-1200°F时为大约7.8-8.1×10−6in/in/°F的热膨胀系数）。因此，内部衬套102和外部衬套108可更好地能够处理存在于燃烧室114中的极端温度环境。然而，将内部和外部衬套102、108附接至相应的内部和外部穹顶116、118由于构件的不同机械特性而存在问题。因此，如将在下文所讨论那样，多个特别设计的安装组件144用于将内部衬套102的前端106附接至内部穹顶116以及将外部衬套108的前端112附接至外部穹顶118。安装组件144构造成适应沿着径向方向R分别在内部和外部穹顶116、118与内部和外部衬套102、108之间的相对热膨胀。
具体地参看图3，在内部衬套102的后端104处和在外部衬套108的后端110处，燃烧器组件100分别包括内部活塞环146和外部活塞环148。内部活塞环146附接至内部活塞环保持器150，该内部活塞环保持器从内部壳体（其对于所图示的实施例而言为环形支承部件140）延伸并附接于其上。类似地，外部活塞环148附接至外部活塞环保持器152，该外部活塞环保持器从外部壳体（其对于所图示的实施例而言包括外部燃烧器壳体136和外部涡轮壳体154）延伸并附接于其上。内部活塞环保持器150和外部活塞环保持器152构造成适应内部衬套102和外部衬套108大体上沿着轴向方向A以及大体上沿着径向方向R的膨胀。
如将在下文更为详细地讨论，上述构造可允许由CMC材料形成的内部和外部衬套102、108和由金属材料形成的内部和外部穹顶116、118的相对热膨胀，同时控制来自压缩机区段26的相对高压压缩空气进入相对低压燃烧室114中的空气流。更具体地，此种构造可控制在限定于外部衬套108和外部燃烧器壳体136之间的高压仓室156中的相对高压的压缩空气进入相对低压的燃烧室114中的空气流，以及在沿径向从内部衬套102向内定位的内部通道158中的相对高压的压缩空气进入相对低压的燃烧室114中的空气流。
具体地参看图3，以及如上文所述，燃烧气体66从燃烧室114流动进入并穿过涡轮风扇发动机10的涡轮区段，在其中来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由涡轮定子翼片和涡轮转子叶片的相继的级所提取。第1级涡轮叶片160示意性地图示在图3中，位于燃烧器组件100的后部。
现在具体地参看图4，图示了沿着图3的圆圈4-4所截取的附接部位的放大截面视图，其中，外部衬套108的前端112附接至外部环形穹顶118。
如所声称那样，为了允许外部衬套108和外部穹顶118的相对热膨胀，安装组件144提供为延伸穿过由内部和外部环形穹顶116、118的包封表面120所限定的槽口122。更具体地，特别地参看图4中所示的外部穹顶118和外部衬套108的前端112，外部穹顶118包括基板162和轭架164。基板162和轭架164均基本上平行于彼此延伸，这对于所图示的实施例而言为基本上平行于涡轮风扇发动机10的轴向方向A的方向。另外，在某些示例性实施例中，轭架164可关于外部穹顶118环向地延伸，从而跟随基板162。对于此种构造，槽口122可认为是环形槽口。然而，在其它实施例中，轭架164可包括多个环向地隔开的突出部（参见图2），轭架164的每个单独的突出部均与基板162一起限定槽口122的单独分段部分。
所图示的示例性安装组件144延伸穿过外部穹顶118的轭架164、穿过外部衬套108的前端112（定位在由外部穹顶118所限定的槽口122中）、并且穿过外部穹顶118的基板162。对于所图示的实施例，安装组件144包括销166和套管168。销166包括头部170和本体172，本体172延伸穿过轭架164、外部衬套108的前端112（定位在槽口122中）、以及基板162。螺母174附接至销166的本体172的远端。在某些示例性实施例中，销166可构造为螺栓而螺母174可与销166能够旋转地接合以便拧紧安装组件144。然而备选地，在其它示例性实施例中，销166和螺母174可具有任何其它适合构造。例如，在其它示例性实施例中，销166可包括限定大致平滑圆柱形状的本体172而螺母174可构造为卡夹。
另外，套管168为大体圆筒形状并且围绕销166的本体172定位在槽口122内。套管168被挤压在轭架164和基板162之间。此外，对于所图示的实施例，安装组件144包括金属垫环176，其围绕套管168定位在限定于外部衬套108的前端112中的开口内。当外部衬套108大体上沿着径向方向R相对于外部穹顶118向内和向外移动时，金属垫环176可降低外部衬套108的前端112上的磨损量。更具体地，金属垫环176可降低外部衬套中的开口177周围的磨损量，其中安装组件144延伸穿过该开口。
仍参看图4，示例性燃烧器组件100还包括定位在外部衬套108的前端112处的帽盖178。更具体地，对于所图示的实施例，帽盖178定位在外部衬套108的前端112上并且至少部分地位于外部穹顶118的槽口122内。帽盖178通常包括第一臂180和第二臂182，第二臂182基本上平行于第一臂180延伸。第一和第二臂180、182一起限定用于接收外部衬套108的前端112的开口184。帽盖178还包括基座186，其在第一和第二臂180、182之间延伸并且限定内表面188和外表面或端表面190。第一臂180、第二臂182以及基座186对于所图示的实施例而言都由金属材料一体地形成。例如，第一臂180、第二臂182以及基座186可采用铸造工艺形成，或者备选地，开口184可采用挤压工艺形成在第一和第二臂180、182之间。然而备选地，帽盖178可由采用例如焊接处理而连结的单独的臂和基座构件形成。此外，在某些示例性实施例中，帽盖178可为单个的环形构件，或者备选地，帽盖178可由环向地布置在外部衬套108的前端112上的多个构件形成。另外，在还有的其它实施例中，帽盖178可由适合的CMC材料部分地或完全地形成。
仍参看所图示的实施例，帽盖178的第一和第二臂180、182延伸越过安装组件144。因此，第一臂180和第二臂182可分别限定一个或更多开口，该开口用于接收将外部衬套108的前端112安装至外部穹顶118的安装组件144中之一或更多的至少一部分。例如，所图示的第一和第二臂180、182可分别限定一个或更多开口，该开口允许各个安装组件144的金属垫环176、套管168以及销166贯穿其延伸。
对于所图示的示例性实施例，帽盖178的基座186和外部衬套108的前端112限定位于二者之间的间隙192，弹性部件194定位在该间隙中（也即，邻近基座186的内表面188和外部衬套108的前端112）。弹性部件194的用途是双重的。首先，弹性部件194构造成形成在帽盖178的基座186的内表面188和外部衬套108的前端112之间的密封件。其次，弹性部件194构造成挤压帽盖178的基座186远离衬套108的前端112，使得帽盖178的端表面190受挤压抵靠外部穹顶118的包封表面120。因此，此种构造可允许帽盖178形成在外部衬套108的前端112和外部穹顶118之间的基本上不透气的密封件。
在某些示例性实施例中，弹性部件194可为绳索密封件，例如具有硅氧烷芯的编织绳索密封件。然而备选地，在其它示例性实施例中，任何其它适合的弹性部件194均可提供为用于挤压帽盖178的基座186远离衬套的前端并且形成在帽盖178的基座186的内表面188和衬套108的前端112之间的密封件。例如，在其它示例性实施例中，弹性部件194可为W形密封件、线材密封件或者任何其它适合的密封件。
此外，重新参看图3，应当认识到的是，内部衬套102的前端106可采用将外部衬套108的前端112附接至外部穹顶118的基本上相同的方式附接至内部穹顶116。例如，帽盖（类似于定位在外部衬套108的前端112上的帽盖178）可定位在内部衬套102的前端106上并且至少部分地位于内部穹顶116的槽口122内。此种帽盖的端表面可接触内部穹顶116的包封表面120，使得在此种帽盖的端表面和内部穹顶116的包封表面120之间形成基本上不透气的密封件。此种帽盖可在内表面和内部衬套102的前端106之间限定间隙（类似于限定在帽盖178的内表面188和外部衬套108的前端112之间的间隙192），适合的弹性部件194定位在该间隙中。
根据本公开内容的示例性实施例的燃烧器组件具有定位在内部衬套或外部衬套上的帽盖，能够控制来自相对高压的仓室或相对高压的内部通道的空气流经由位于内部或外部衬套与内部或外部穹顶之间的附接部位进入燃烧室中。此外，此种燃烧器组件能够控制来自相对高压的仓室或相对高压的内部通道的空气流经由位于内部或外部衬套与内部或外部穹顶之间的附接部位进入燃烧室中，同时仍适应内部或外部衬套与内部或外部穹顶之间的相对热膨胀。
现在参看图5。图5提供了根据本公开内容的另一示例性实施例的燃烧器组件100的放大截面视图。更具体地，图5提供了在其中外部衬套108的前端112附接至外部环形穹顶118的附接部位的放大截面视图。图5的示例性燃烧器组件100可采用与上文参照图2至图4所述的示例性燃烧器组件100基本上相同的方式构造。因此，相同或类似的标号指代相同或类似构件。
如图所示，外部衬套108的前端112定位在由外部环形穹顶118的包封表面120所限定的槽口122内。安装组件144将外部衬套108的前端112附接至外部环形穹顶118。另外，图5中所示的示例性燃烧器组件100包括帽盖178'，该帽盖定位在外部衬套108的前端112处并且至少部分地位于由环形穹顶118的包封表面120所限定的槽口122内。所图示的示例性帽盖178'限定构造成接触衬套108的前端112的内表面188'和定位成与内表面188'相反的端表面190’。端表面190'限定凹口196。弹性部件194定位成在凹口196内邻近帽盖178'的端表面190'。帽盖178'和弹性部件194构造成在帽盖178'的端表面190'和环形穹顶118的包封表面120之间以及在帽盖178'的内表面188'和衬套108的前端112之间形成密封件。更具体地，弹性部件194构造成形成在环形穹顶118的包封表面120和帽盖178'的端表面190'之间的密封件，并且还构造成挤压帽盖178'抵靠外部衬套108的前端112，使得帽盖178'的内表面188'接触外部衬套108的前端112。此种构造可允许所图示的示例性燃烧器组件100当外部环形穹顶118相对于外部衬套108沿着径向方向R热膨胀时控制空气流穿过外部环形穹顶118和外部衬套108之间的附接部位。
本书面描述采用实例来公开包括最佳方式的本发明，并且还使得本领域普通技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通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的字面语言并无不同的结构元件或者如果此类其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质差异的同等结构元件，则认为它们处在权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种用于限定轴向方向的燃气涡轮发动机的燃烧器组件，所述燃烧器组件包括：
衬套，其至少部分地限定燃烧室并且总体上沿着所述轴向方向在后端和前端之间延伸；
环形穹顶，其包括限定用于接收所述衬套的前端的槽口的包封表面，其中，所述环形穹顶包括基板和轭架；
安装组件，其延伸穿过所述轭架、所述衬套的前端，以及所述基板；
帽盖，其定位在所述衬套的前端处并且至少部分地定位在由所述环形穹顶的包封表面所限定的槽口内，所述帽盖包括构造成接触所述环形穹顶的包封表面或者所述衬套的前端中至少之一的表面；以及
弹性构件，其位于所述帽盖和所述环形穹顶的包封表面之间；
其中，所述衬套能够沿着径向方向相对于所述轭架、相对于所述环形穹顶的所述基板以及相对于所述安装组件向内和向外地移动。
2.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述帽盖包括构造成接触所述衬套的前端的内表面和定位成与所述内表面相反的端表面。
3.根据权利要求2所述的燃烧器组件，其特征在于，所述弹性构件位于所述帽盖的所述端表面和所述环形穹顶的包封表面所限定的间隙内，其中，所述弹性部件构造成形成在所述帽盖和所述环形穹顶的包封表面之间的密封件，并且其中，所述弹性部件还构造成挤压所述帽盖的端表面抵靠所述衬套的前端以形成在所述帽盖和所述衬套的前端之间的密封件。
4.根据权利要求3所述的燃烧器组件，其特征在于，所述弹性部件为包括硅氧烷芯的绳索密封件。
5.根据权利要求2所述的燃烧器组件，其特征在于，所述帽盖的端表面限定凹口，所述弹性部件定位成在所述凹口内邻近所述帽盖的端表面。
6.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述衬套由陶瓷基复合材料构成。
7.根据权利要求6所述的燃烧器组件，其特征在于，所述环形穹顶由金属材料构成。
8.根据权利要求1所述的燃烧器组件，其特征在于，所述基板和所述轭架基本上平行于彼此延伸，所述穹顶的包封表面包括所述基板的表面和所述轭架的表面；
其中，所述安装组件将所述衬套附接至所述环形穹顶，所述安装组件包括销和套管，其中，所述销延伸穿过所述轭架、所述衬套的前端以及所述基板，并且其中，所述套管围绕所述销定位在所述槽口内并被挤压在所述轭架和所述基板之间，其中，所述安装组件还包括金属垫环，其围绕所述套管定位在限定于所述衬套的前端中的开口内。
9.一种限定轴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，其经由轴机械地联接至所述压缩机区段；以及
燃烧器组件，其设置在所述压缩机区段和所述涡轮区段之间，所述燃烧器组件包括：
衬套，其至少部分地限定燃烧室并且总体上沿着所述轴向方向在后端和前端之间延伸；
环形穹顶，其包括限定用于接收所述衬套的前端的槽口的包封表面，其中，所述环形穹顶包括基板和轭架；
安装组件，其延伸穿过所述轭架、所述衬套的前端，以及所述基板；
帽盖，其定位在所述衬套的前端处并且至少部分地定位在由所述环形穹顶的包封表面所限定的槽口内，所述帽盖包括构造成接触所述环形穹顶的包封表面或者所述衬套的前端中至少之一的表面；以及
弹性构件，其位于所述帽盖和所述环形穹顶的包封表面之间；
其中，所述衬套能够沿着径向方向相对于所述轭架、相对于所述环形穹顶的所述基板以及相对于所述安装组件向内和向外地移动。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述帽盖包括构造成接触所述衬套的前端的内表面和定位成与所述内表面相反的端表面，所述弹性构件位于所述帽盖的所述端表面和所述环形穹顶的包封表面之间，所述弹性部件构造成形成在所述帽盖和所述环形穹顶的包封表面之间的密封件，并且其中，所述弹性部件还构造成挤压所述帽盖的端表面使帽盖的内表面抵靠所述衬套的前端以形成在所述帽盖和所述衬套的前端之间的密封件。
11.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述帽盖的端表面限定凹口，所述弹性部件定位在所述凹口内。
12.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机还限定环向方向，并且其中，所述燃烧器组件还包括在所述环形穹顶内沿着所述环向方向隔开的多个燃料/空气混合器。
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