CN110506149A - 涡轮环组件 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮环组件，包括形成涡轮环(1)的环扇区(10)和一个环支撑结构(3)，每个环扇区(10)均沿由该环(1)的轴向方向(DA)和径向方向(DR)限定的剖面平面具有形成一环形底座(12)的一个部分，所述环形底座沿径向方向(DR)具有内表面(12a)和外表面(12b)，第一和第二紧固凸耳(14、16)从所述内表面(12a)和外表面(12b)突出，所述结构(3)包括中心护罩(31)，第一和第二径向夹具(32、36)从所述中心护罩(31)突出，每个环扇区(10)的紧固凸耳(14、16)保持在第一和第二径向夹具(32、36)之间。它包括可拆卸地固定到第一径向夹具(32)上的第一和第二环形凸缘(33、34)，第二环形凸缘(34)包括沿着轴向方向(DA)向上游突出并具有与中心护罩(31)接触的径向支撑(348)的支撑护罩(346)。

Description

涡轮环组件
技术领域
本发明涉及一种涡轮环组件，其包括由陶瓷基质复合材料制成的多个环扇区以及一种环支撑结构。
本发明的应用领域尤其是航空燃气轮机发动机的领域。然而，本发明适用于其他涡轮机，例如工业涡轮。
背景技术
对于全金属涡轮环组件，有必要冷却该组件的所有元件，尤其是受到最热流影响的涡轮环。这种冷却对发动机性能具有显著的影响，由于从发动机的主流获取所使用的冷却流。此外，用于涡轮环的金属的使用限制了提高涡轮温度的可能性，然而这会允许改进航空发动机的性能。
为了解决这些问题，已经设想制造由陶瓷基质复合材料(CMC)制成的涡轮环扇区，从而克服金属材料的实施。
CMC材料具有良好的机械性能，使它们能够形成结构元件并且有利地在高温下保持这些特性。CMC材料的实施已经有利地允许减少在运行过程中施加的冷却流，并因此提高涡轮机的性能。此外，CMC材料的实施有利地允许降低涡轮机的重量并且减少金属部件所遭受的热膨胀影响。
然而，所提出的现有解决方案可以将CMC环扇区与环支撑结构的金属附接部分组装在一起，这些附接部分受到热流影响。因此，这些金属附接部分经受热膨胀，其可导致CMC环扇区的机械应力以及导致其脆化。
此外，公开了涡轮环组件的文献FR 2 540 939、GB 2 480 766、EP 1 350927、US2014/0271145、US 2012/082540和FR 2 955 898是众所周知的。
有必要改进现有的涡轮环组件及其安装，尤其是实施CMC材料的现有涡轮环组件，从而减少CMC环扇区在涡轮运行过程中受到的机械应力强度。
发明内容
本发明旨在提出一种涡轮环组件，其允许以确定的方式保持每个环扇区，也就是说，以便于控制其位置并防止其振动，一方面同时允许环扇区以及通过延伸允许环在温度升高和压力变化的作用下变形，这尤其独立于界面金属部件，以及另一方面同时改进非流路扇区和流路扇区之间的密封性并且同时简化操作并减少用于安装环组件的其数量。
本发明的一个目的提出一种涡轮环组件，包括形成涡轮环的多个环扇区以及一个环支撑结构，根据由所述涡轮环的轴向方向和径向方向限定的剖面平面，每个环扇区具有形成环形底座的一部分，所述环形底座沿所述涡轮环的径向方向具有一个限定所述涡轮环的内表面的内表面以及一个外表面，第一和第二附接接片从所述外表面突出，所述环支撑结构包括中心护罩，第一和第二径向夹具从所述中心护罩突出，每个环扇区的第一和第二附接接片保持在所述第一和第二径向夹具之间。
根据该目的的通用特征，所述涡轮环组件包括第一环形凸缘以及相对于旨在穿过所述涡轮环组件的气流方向设置在所述第一环形凸缘上游的第二环形凸缘，所述第一环形凸缘和第二环形凸缘分别具有第一自由端以及与所述第一端相对的第二端，所述第一凸缘的第一端抵靠所述第一附接接片，所述第二环形凸缘的第一端沿轴向方向与所述第一环形凸缘的第一端间隔，并且所述第二环形凸缘的第二端包括沿轴向方向在上游突出的上游承载护罩，所述上游承载护罩具有与所述环支撑结构的中心护罩接触的径向轴承。
在特定实施例中，所述环扇区可以由陶瓷基质复合材料(CMC)制成。
在其自由端与所述第一环形凸缘分隔的第二环形凸缘允许为所述涡轮环组件提供一种专用于吸收高压分配器(DHP)的力的上游凸缘。在所述涡轮环上游且不与所述环接触的第二环形凸缘被构造成将由所述DHP引起的最大轴向力直接地传递到所述环支撑结构内，而不穿过所述环，当由CMC制成时，所述环具有较低的机械容许要素。
事实上，在所述第一和第二环形凸缘的第一端之间留有空间允许使与涡轮环接触的第一环形凸缘上游的第二凸缘所接收的力偏转，并经由所述第二环形凸缘的第二端使其直接朝所述环支撑的中心护罩传递，而不影响所述第一环形凸缘以及因此不影响涡轮环。所述第一凸缘的第一端部不受力，因此所述涡轮环被保护不受该轴向力影响。
DHP力经由第二环形凸缘的传递可导致其倾斜。该倾斜可导致与涡轮环接触的第二环形凸缘和第一环形凸缘的下部(也就是说，第一端)之间不受控制的接触，其将具有直接传递DHP力到环的后果。
所述上游承载护罩确保了对由所述DHP力引起的倾斜的更高阻力。所述承载护罩吸收由所述DHP力导致的明显切向应力并且因此限制了所述第二环形凸缘的倾斜。
另外，环形凸缘的可移除性质可以轴向地接近所述涡轮环的腔。在将所述环形凸缘紧固在所述环支撑结构的中心护罩上之前，这允许在所述环支撑结构外侧将所述环扇区组装在一起，然后轴向地滑动因此组装到所述环支撑结构的腔内的所述组件，直到抵靠所述第二径向夹具。
在将涡轮环紧固在环的支撑结构上的操作过程中，可以使用一种包括气缸或环的工具，所述环扇区在其冠部组装过程中被挤压或抽吸在所述工具上。
与扇区化的环形凸缘相比，具有每个都处于单件的两个环形凸缘(即，在360°上描述环的整体)的事实允许限制气流在非流路扇区和流路扇区之间的通过，只要消除了全部扇区间泄漏，以及因此允许控制了密封。
如上限定用于所述环组件的解决方案因此可以以确定的方式保持每个环扇区，即控制其位置并防止其开始振动，同时改进非流路扇区和流路扇区之间的密封，同时简化操作和同时减少用于安装所述环组件的其数量，以及同时允许所述环在尤其独立于界面金属部件的温度和压力的影响下变形。
根据涡轮环组件的第一方面，所述第二环形凸缘可包括一个沿所述涡轮环的轴向方向延伸并使所述第二环形凸缘的第二端与所述第一环形凸缘的第二端分隔的接触支座。
在该倾斜之后，设置在所述第一和第二环形凸缘的第二端之间的所述接触支座允许进一步减少在设置在所述第一凸缘上游的第二环形凸缘下部和所述第一环形凸缘的下部之间的接触。因此避免了DHP力朝所述环的直接传递。
根据涡轮环组件的第二方面，所述组件可进一步包括一个安装在所述第二环形凸缘的第一端和所述第一凸缘的第一端之间的Ω密封，所述第二环形凸缘在所述径向轴承上游的部分上被紧固到所述环支撑结构。
所述Ω密封允许确保在所述环上游的流路腔和非流路腔之间的密封。
根据涡轮环组件的第三方面，所述环扇区可具有沿由轴向方向和径向方向限定的剖面平面的倒置希腊字母剖面pi(π)，并且对于每个环扇区，所述组件可包括至少三个销以将所述环扇区径向地固定在适当位置，每个环扇区的第一和第二附接接片每个都包括固定到环形底座的外表面的第一端，第二自由端，用于接收所述至少三个销的至少三个凸耳，沿所述涡轮环的径向方向从所述第一或第二附接接片之一的第二端突出的至少两个凸耳，以及沿所述涡轮环的径向方向从另一附接接片的第二端突出的至少一个凸耳，每个接收凸耳都包括用于接收一个所述销的孔。
根据涡轮环组件的第四方面，所述环扇区可沿由轴向方向和径向方向限定的剖面平面具有细长K形的剖面，所述第一和第二附接接片具有S形。
根据涡轮环组件的第五方面，所述环扇区在环扇区的至少一个径向范围上可具有一个沿由轴向方向和径向方向限定的剖面平面的O形剖面，所述第一和第二附接接片每个都具有固定到外表面的第一端和第二自由端，并且每个环扇区包括第三和第四附接接片，所述第三和第四附接接片每个都沿所述涡轮环的轴向方向在第一附接接片的第二端和第二附接接片的第二端之间延伸，每个环扇区通过紧固螺钉被紧固到所述环支撑结构，所述紧固螺钉包括抵靠所述环支撑结构的螺钉头以及与在紧固板中形成的攻丝配合的螺纹，所述紧固板与第三和第四附接接片配合。
本发明的另一目的提出了一种涡轮机，包括如上所限定的涡轮环组件。
附图说明
参照附图，通过指示但不限制地阅读以下内容，将更好地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的涡轮环组件的第一实施例的示意透视图；
-图2是图1的涡轮环组件的分解示意透视图；
-图3是图1的涡轮环组件的剖面示意图；
-图4是涡轮环组件的第二实施例的示意剖视图；
-图5是涡轮环组件的第三实施例的示意剖视图；
-图6是涡轮环组件的第四实施例的示意剖视图。
具体实施方式
图1显示一高压涡轮环组件，其包括由陶瓷基质复合材料(CMC)制成的涡轮环1和金属环支撑结构3。涡轮环1环绕一旋转叶片的组件(未示出)。涡轮环1由多个环扇区10形成，图1为径向剖视图。箭头DA表示涡轮环1的轴向方向，而箭头DR表示涡轮环1的径向方向。出于简化表示的原因，图1是涡轮环1的局部视图，所述涡轮环1实际上是完整的环。
如图2和3所示，它们分别具有图1的涡轮环组件的分解示意透视图和剖视图，该剖视图沿着包括径向方向DR和轴向方向DA的剖面平面，每个环扇区10均沿由轴向DA和径向DR限定的平面具有一个大致呈倒置希腊字母(π)形状的剖面。该剖面实际上包括环形底座12以及分别标记为14和16的上游和下游径向附接接片。这里参考由图1的箭头F表示的涡轮中气流的流动方向使用术语“上游”和“下游”。环扇区10的接片可具有另一形状，所述环扇区的剖面具有除π之外，例如K形或O形的形状。
环形底座12沿环1的径向方向DR包括彼此相对的内表面12a和外表面12b。环形底座12的内表面12a涂覆有一种形成热屏蔽和环境屏蔽，并限定涡轮中气流的流路的研磨材料层13。在本文中参考涡轮中的径向方向DR使用术语“内”和“外”。
上游和下游径向附接接片14和16沿方向DR从远离环形底座12的上游和下游端121和122的环形底座12的外表面12b突出。上游和下游径向附接接片14和16在环扇区10的整体宽度上延伸，也就是说，在由环扇区10所描述的整体圆弧上，或者在环扇区10的整体圆周长度上延伸。
如图1至3所示，被固定到涡轮外壳上的环支撑结构3包括中心护罩31，所述中心护罩31沿轴向方向DA延伸，并且具有当它们紧固在一起时与涡轮环1的旋转轴线重合的旋转轴线，以及第一径向环形夹具32和第二径向环形夹具36，第一径向环形夹具32定位在第二径向环形夹具36的上游，所述第二径向环形夹具36因此在第一径向环形夹具32的下游。
第二径向环形夹具36沿环1的圆周方向延伸，并且沿径向方向DR从中心护罩31朝环1的中心延伸。它包括被紧固到中心护罩31上的第一自由端361和第二端362。第二径向环形夹具36包括第一部分363、第二部分364以及包括在第一部分363和第二部分364之间的第三部分365。第一部分363在第一端361和第三部分365之间延伸，并且第二部分364在第三部分365和第二端362之间延伸。第二径向环形夹具36的第一部分363与下游径向附接夹具16接触。第二部分364相对于第一部分363和第三部分365变薄，从而为第二径向环形夹具36赋予一些柔性，并且因此不对CMC涡轮环1施加太多应力。
第一径向环形夹具32沿环1的圆周方向，并且沿径向方向DR从中心护罩31延伸到环1的中心。它包括被固定到中心护罩31的第一自由端321和第二端322。
如图1至3所示，涡轮环组件1包括第一环形凸缘33和第二环形凸缘34，这两个环形凸缘33和34可移除地紧固到第一径向环形夹具32。第一和第二环形凸缘33和34相对于涡轮中气流的流动方向F设置在涡轮环1的上游。
第一环形凸缘33设置在第二环形凸缘34的下游。第一环形凸缘33具有可移除地紧固到环支撑结构3(更具体说是紧固到第一径向环形夹具32)的第一自由端331和第二端332。
另外，第一环形凸缘33具有从第一端331延伸的第一部分333以及在第一部分333和第二端332之间延伸的第二部分334。当安装环组件1时，第一环形凸缘33的第一部分333抵靠形成涡轮环1的每个环扇区10的上游径向附接接片14，并且第一环形凸缘34的第二部分334抵靠第一径向环形夹具32的至少一部分。
通过第一环形凸缘33确保了环1的径向保持，所述第一环形凸缘33被挤压在环支撑结构3的第一径向环形夹具32上以及上游径向附接接片14上。第一环形凸缘33确保了在该环的流路腔与非流路腔之间的密封。
第二环形凸缘34具有第一自由端341以及可移除地紧固到环支撑结构3上的第二端342。
一方面通过变形，另一方面通过朝机械强度更高的外壳线传递该力，即朝如图3所表示的力箭头E所示的环支撑结构3的线传递该力，第二环形凸缘34专用于吸收高压分配器(DHP)在环组件1上的力。
在图1至3所示的第一实施例中，第一环形凸缘33和第二环形凸缘34在分别标记为332和342的它们的第二端接触。第二环形凸缘34的第二端342包括沿轴向方向DA在第二环形凸缘34和第一环形凸缘33之间突出的接触支座340。在通过DHP力引起的第二环形凸缘34的倾斜过程中，接触支座340允许在第一环形凸缘33的第一端331和第二环形凸缘34的第一端341之间保持一距离。第二环形凸缘34的第二端342经由该支座和该第一环形凸缘33被紧固到第一径向环形夹具32上。
另外，第二环形凸缘34的第二端342包括一个沿轴向方向DA向上游突出的承载护罩346。
换句话说，第二环形凸缘34具有接收气流F的上游表面34a以及面对第一环形凸缘33的下游表面34b，并且第二环形凸缘34的第二端342包括沿轴向方向DA从下游表面34b向下游，即朝第一环形凸缘33延伸的接触支座340，以及沿轴向方向DA从第二环形凸缘34的上游表面34a延伸的承载护罩346。
承载护罩346具有内表面346a和外表面346b、第一自由端3461，以及被固定到第二环形凸缘34的上游表面34a的第二端3462，当安装涡轮环组件时，第一端3461在第二端3462的上游。承载护罩346在其第一端3461上包括从承载护罩346的外表面346b突出的径向轴承348。径向轴承348与环支撑结构3的中心护罩31接触。
承载护罩346确保了对由DHP力引起的倾斜的更高阻力。承载护罩346吸收由DHP力导致的明显切向应力，因此限制了第二环形凸缘34的倾斜。
第二环形凸缘34确保了在通过径向表面接触的DHP的下游部分、环支撑结构3或外壳与通过轴向表面接触的第一环形凸缘33之间的连接。
第一和第二环形凸缘33和34通过收缩装配被紧固到环支撑结构3上。
第二环形凸缘34被收缩装配到环支撑结构3的中心护罩31上，该收缩装配一方面远离环的旋转轴线，即朝中心护罩31沿径向方向DR在中心护罩31和从接触支座340突出的部分345之间进行，另一方面在中心护罩31和径向轴承348之间进行。
第一环形凸缘33被收缩装配到环支撑结构3的第一径向环形夹具32上。更准确地说，在第一环形凸缘33沿径向方向DR的大致中间处的径向表面335和在第一径向环形夹具32的一半高度处的径向表面325之间进行收缩装配，这两个径向表面335和325彼此面对，甚至沿径向方向DR彼此接触。第一环形凸缘33的径向表面335在第一环形凸缘33的整体圆周上延伸，并且在面对第一环形夹具32和第一径向紧固接片14的第一环形凸缘33的表面上延伸。更具体地说，第一环形凸缘33的径向表面335可以在将接触第一径向环形夹具32的第一环形凸缘33的部分上的任何地方形成，第一径向环形夹具32的径向表面325在面对第一环形凸缘33的第一径向环形夹具32的表面上的对应高度处形成。
环支撑结构3进一步包括螺钉38，螺钉38使得可以确定性的方式，在一低径向位置，即朝向流路)挤压该环。在轴向销和环上的孔之间确实存在间隙，用于弥补金属和CMC元件之间的热操作差胀。
图4表示涡轮环组件的第二实施例的示意性剖视图。
图4所示的本发明第二实施例与图1至3所示的第一实施例的区别主要在于，第二环形凸缘34不与第一环形凸缘33直接接触。
第一环形凸缘33和第二环形凸缘34通过Ω密封40连接，所述Ω密封使得可确保在环1上游的流路腔和非流路腔之间的密封。
在第二实施例中，与图1至3所示的第一实施例不同，第二环形凸缘34并不包括接触支座340。
第二环形凸缘34的承载护罩346还包括从承载护罩346的外表面346b突出的径向轴承348。在图4中，径向轴承348设置在承载护罩346的上游部分上，而不是直接设置在第一端3461上，径向轴承348可设置在沿轴向方向DA的外表面34b的整个长度上，最上游的位置使得可具有增加的阻力。
在图4所示的第二实施例中，使用螺钉60和紧固螺母61将第一环形凸缘33紧固到环支撑结构3的第一环形夹具32上，螺钉60穿过第一环形凸缘33的第二部分334以及上游径向环形夹具32。
沿径向方向DR沿远离环1的旋转轴线的方向中突出的径向轴承348包括沿径向方向DR延伸并接收流F的第一表面348a以及沿径向方向DR并与第一表面348a相对地延伸的第二表面348b，第二表面348b形成承载在中心护罩31的径向肋314上的轴向台肩。径向肋314沿径向方向DR从中心护罩31沿朝环1的旋转轴线的方向突出。径向肋314包括沿径向方向DR延伸的第一表面314a和沿径向方向DR延伸并与第一表面314a相对的第二表面314b，所述第一表面314a面对流F并与径向轴承348的第二表面348b接触。
由第二环形凸缘34的径向轴承348的第二表面348b形成的轴向台肩压靠环支撑结构3的中心护罩31的径向肋314。位于第二环形凸缘34上游的图4中未表示的DHP外壳确保了沿第二环形凸缘34的轴向方向DA在径向肋314的另一侧上的阻塞。第二环形凸缘34因此在径向肋314和第二环形凸缘34上游的DBH外壳之间轴向就位。
在径向水平，在第二环形凸缘34的径向轴承348和环支撑结构3的中心护罩31之间存在功能性间隙。该间隙对安装行为无影响，尤其是在动力学中，因为第二环形凸缘34在发动机运转的过程中保持静止。另外，其径向定位对其他部件的径向定位无影响。
图5表示涡轮环组件的第三实施例的示意性剖视图。
图5所示的第三实施例与图1至3所示的第一实施例的区别在于，在由轴向DA和径向DR限定的平面中，环扇区10具有K形剖面，而不是倒置的π形剖面。
图6表示涡轮环组件的第四实施例的剖视图。
图6所示的第四实施例与图1至3所示的第一实施例的区别在于，在由轴向DA和径向DD限定的平面中，在环扇区10的一部分上，环扇区10具有O形剖面，而不是倒置的π形剖面，环扇区10通过螺钉19和紧固件20被紧固到环支撑结构3上，螺钉38被移除。
在图1至6中所示的本发明的每个实施例中，环支撑结构3的第二径向环形夹具36沿轴向方向DA与第一环形凸缘33分隔开一距离，该距离对应于上游和下游径向附接接片14和16的间距，从而将它们保持在第一环形凸缘33和第二径向环形夹具36之间。
在图1至4所示的第一和第二实施例中，为了将环扇区10以及因此涡轮环1与环支撑结构3一起固定就位，环组件包括与上游附接接片14和第一环形凸缘33配合的两个第一销119，以及与下游附接接片16和第二径向环形夹具36配合的两个第二销120。
在图1至3和图4中分别示出的这两个实施例中，对于每个对应的环扇区10，第一环形凸缘33的第二部分334包括用于接收两个第一销119的两个孔3340，径向环形夹具36的第三部分365包括被构造成接收这个两个第二销120的两个孔3650。
对于每个环扇区10，每个上游和下游径向附接接片14和16都包括被固定到环形底座12的外表面12b上的第一端141和161以及第二自由端142和162。上游径向附接接片14的第二端142包括两个第一凸耳17，每个第一凸耳17都包括被构造成接收第一销119的孔170。类似地，下游径向附接接片16的第二端162包括两个第二凸耳18，每个第二凸耳18都包括被构造成接收第二销120的孔180。第一和第二凸耳17和18均沿涡轮环1的径向方向DR分别从上游径向附接接片14的第二端142和下游径向附接接片16的第二端162突出。
孔170和180可以是圆形的或椭圆形的。优选地，所有孔170和180都包括圆形孔的一部分和椭圆形孔的一部分。圆形孔使得可切向地索引这些环并防止它们切向地移动(尤其是在由桨叶接触的情况下)。椭圆形孔允许调节CMC和金属之间的差胀。CMC的膨胀系数远低于金属的膨胀系数。在高温下，沿彼此相对的环扇区和外壳部分的切线方向的长度将不同。如果仅存在圆形的孔，金属外壳会将其位移施加到CMC环，这将是环扇区中非常高的机械应力的来源。在环组件中具有椭圆形孔使销可滑入该孔，并且避免上述的过应力现象。因此，可以设想两种钻孔模式：对于具有三个凸耳的情况，第一钻孔模式将包括在径向附接夹具上的径向圆形孔以及在另一径向附接夹具上的两个切向的椭圆形孔；对于具有至少四个凸耳的情况，第二钻孔模式将包括通过径向附接夹具每次彼此相对的圆形孔和椭圆形孔。也可以考虑其他附加情况。
对于每个环扇区10，这两个第一凸耳17相对于涡轮环1的旋转轴线被定位在两个不同的角位置。同样，对于每个环扇区10，这两个第二凸耳18相对于涡轮环1的旋转轴线被定位在两个不同的角位置。
如图5所示，在第三实施例中，每个环扇区10沿由轴向DA和径向DR限定的平面具有大致为K形的剖面，所述K形剖面包括环形底座12，所述环形底座12沿环的径向方向DR具有涂覆有形成热屏蔽和环境屏蔽的耐磨材料层13的内表面12a，并且限定了涡轮中气流的流路。大致S形的上游和下游径向附接接片140、160沿径向方向DR从环形底座12的外表面12b在其整体宽度上以及在环形底座12的上游和下游圆周端部121和122上延伸。
径向附接接片140和160具有被固定到环形底座12上的分别标记为1410和1610的第一端，以及分别标记为1420和1620的第二自由端。上游和下游径向附接接片140和160的自由端1420和1620或者平行于其中环形底座12延伸的平面延伸，也就是沿着一圆形平面延伸，或者在附接接片140和160环形地延伸的同时直线地延伸。在该第二结构中，其中在操作过程中出现可能的环的摆动的情况下，端部为直线的和环形的附接接片，表面轴承随后变成直线轴承，从而提供与特定轴承的情况相比更大的密封。下游径向附接接片160的第二端1620被保持在第二径向环形夹具36的一部分3610和相关螺钉38的自由端之间，也就是说，螺钉38与螺钉头相对，所述第二径向环形夹具36沿轴向方向DA从第二径向环形夹具36的第一端361沿与流F方向相反的方向突出。上游径向附接接片140的第二端1410被保持在第一环形凸缘33的一部分3310和相关螺钉38的自由端之间，所述第一环形凸缘33沿轴向方向DA从第一环形凸缘33的第一端331沿流F方向突出。
在图6所示的第四实施例中，环扇区10包括一个在上游和下游径向附接接片14和16之间延伸的轴向附接接片17'。轴向附接接片17'更精确地沿轴向方向DA在上游径向附接接片14的第二端142和下游径向附接接片16的第二端162之间延伸。
轴向附接接片17'包括由中心部分170'分隔的上游端171'和下游端172'。轴向附接接片17'的上游和下游端171'和172'沿径向方向DR从它们耦合到的径向附接接片14、16的第二端142、162突出，从而使轴向附接接片17'的中心部分170'相对于上游和下游径向附接接片14和16的第二端142和162升高。
对于每个环扇区10，涡轮环组件包括螺钉19和紧固件20。紧固件20被紧固在轴向附接凸耳17'上。
紧固件20进一步包括配备有内螺纹的孔21，所述内螺纹与螺钉19的螺纹配合，以将紧固件20紧固到螺钉19上。螺钉19包括螺钉头190，螺钉头190的直径大于在环3的支撑结构的中心护罩31中制成的孔39的直径，螺钉19在被拧到紧固件20上之前插过所述孔39。
使用其头部190支撑在环支撑结构3的中心冠部31上的螺钉19和拧入到螺钉19并紧固到环扇区10的轴向附接接片17'上的紧固件20，将环扇区10与环支撑结构3径向地固定，螺钉头190和紧固件20施加相反方向的力，以将环1和环支撑结构3固定在一起。
在一种变型中，使用固定在轴向附接接片17'上的四个径向销可以确保环的径向向下固定，并且通过镐可以确保环的径向向上固定，所述镐被固定到螺钉19上，并且在环以下被放置在轴向附接接片17'和环形底座的外表面12b之间的腔中。
在图1至6所示的本发明的每个实施例中，每个环扇区10还包括安装在分别与第一环形凸缘33和第二径向环形夹具36接触的上游和下游径向附接接片14和16的表面上，也就是说，安装在上游径向附接接片14的上游表面14a上以及下游径向附接接片16的下游表面16b上的直线轴承表面110。在一变型中，直线轴承可以安装在第一环形凸缘33上以及第二下游径向环形夹具36上。
直线轴承110允许具有受控的密封区域。实际上，一方面在上游径向附接接片14和第一环形凸缘33之间以及另一方面在下游径向附接接片16和第二径向环形夹具36之间的轴承表面110都包含在同一直线平面中。
更准确地说，使轴承在径向平面上使得可克服涡轮环1中的减拱效应。
现在描述一种制造对应于图1所表示的，也就是根据图1至3所示的第一实施例的涡轮环组件的方法。
通过形成具有接近环扇区的形状的纤维预制件以及由陶瓷基质对环扇区的致密化，如上所述的每个环扇区10均由陶瓷基质复合材料(CMC)制成。
对于纤维预制件的生产，可以使用陶瓷纤维纱线，例如SiC纤维纱线，例如日本Nippon Carbon公司以商标“Hi-NicalonS”销售的纱线，或碳纤维纱线。
该纤维预制件有利地通过三维编织或布置有剥离区域的多层编织制成，所述剥离区域允许对应于扇区10的附接接片14和16的预制件的部分间隔开。
如图所示，编织可以是互锁式的。可以使用三维或多层编织的其他织物，例如多平面或多缎纹织物。可参考文献WO 2006/136755。
在编织后，坯件可被成形，以获得一通过陶瓷基质固结和致密化的环扇区预制件，该致密化具体可通过本身公知的气相化学渗透(CVI)来实现。在一变型中，织物预制件可以通过CVI稍微固化，使得在通过织物中的毛细作用提升液态硅以进行致密化(“熔融渗透”)之前，其刚性足以被操纵。
文献US 2012/0027572中具体描述了一种制造CMC环扇区的详细示例。
环支撑结构3本身由例如或inconel或合金这样的金属材料制成。
通过将环扇区10安装在环支撑结构3上继续该涡轮环组件的生产。
为此，将环扇区10一起组装在“蜘蛛”型的环形工具上，所述环形工具包括例如被构造成每个都固定环扇区10的吸入器。
然后，该两个第二销120插入到设置在环支撑结构3的第二径向环形夹具36的第三部分365中的两个孔3650内。
然后，通过将每个第二销120插入形成环1的每个环扇区10的下游径向附接夹具16的第二凸耳18的每个孔180内，将环1安装在环支撑结构3上。
所有的第一销119然后被放置在环1的径向附接接片14的第一凸耳17中设置的孔170中。
然后，将第一环形凸缘33和第二环形凸缘34紧固到环支撑结构3和环1。第一和第二环形凸缘33和34通过收缩装配被紧固到环支撑结构3。在发动机的运行过程中，沿流F的方向施加的DHP力增强了这种紧固。
应该注意的是，在用于制造与图4所表示的对应的涡轮环组件的方法的情况下，通过螺栓连接将第一凸缘33紧固到环支撑结构3，然后在将第二凸缘34组装到环支撑结构3之前通过将Ω密封40放置在出于该目的设置在第一凸缘33中的凹槽中的适当位置，进行该安装。
为了将环1径向地保持在适当位置，通过将每个第一销119插入形成环1的每个环扇区10的上游径向附接接片14的第一凸耳17的每个孔170中，第一环形凸缘33被紧固到该环。
因此使用分别支撑在上游14和下游16径向附接接片的直线轴承表面110上的上游和下游的第一环形凸缘33和第二径向环形夹具36，将环1轴向地保持在适当位置。在第一环形凸缘33的安装过程中，可以施加轴向预应力到第一环形凸缘33和上游径向附接接片14，以克服在环1的CMC材料和环支撑结构的金属之间的差胀效应。如图3中的虚线所示，通过上游放置的机械元件将第一环形凸缘33保持在轴向应力中。
使用与第一和第二凸耳17和18以及第一环形凸缘33和径向环形夹具36的孔3340和3650配合的第一和第二销119和120，将环1径向地保持就位。
本发明因此提供了一种涡轮环组件，其使得可以确定的方式保持每个环扇区，同时在一方面，使环扇区，以及通过环的延伸，可在温度升高和压力变化的作用下变形，尤其是独立于界面金属部件，在另一方面，改进非流路扇区和流路扇区之间的密封性，同时简化操作和减少它们用于安装环组件的数量。
此外，本发明还提供了一种涡轮环组件，包括专用于吸收DHP力以及因此在CMC环中产生低水平力的上游环形凸缘，在专用于吸收DHP力的环形凸缘和用于保持环的环形凸缘之间的接触支座，所述支座允许在上游凸缘倾斜时确保这两个凸缘的下部不接触。根据本发明的涡轮环组件还允许控制在CMC环和金属外壳之间的上游和下游轴向接触处的刚度。因此，在任何情况下都确保了密封，而不会在环上产生过高的轴向力。

Claims (7)

1.一种涡轮环组件，包括形成涡轮环(1)的多个环扇区(10)以及一个环支撑结构(3)，每个环扇区(10)沿由所述涡轮环(1)的轴向方向(DA)和径向方向(DR)限定的剖面平面具有形成环形底座(12)的一个部分，所述环形底座沿所述涡轮环(1)的径向方向(DR)具有一个限定所述涡轮环(1)的内表面的内表面(12a)以及一个外表面(12b)，第一和第二附接接片(14、16)从所述外表面(12b)突出，所述环支撑结构(3)包括中心护罩(31)，第一和第二径向夹具(32、36)从所述中心护罩(31)突出，每个所述环扇区(10)的第一和第二附接接片(14、16)均保持在所述第一和第二径向夹具(32、36)之间，
其特征在于，所述涡轮环组件包括第一环形凸缘(33)以及相对于将穿过所述涡轮环组件(1)的气流(F)的方向设置在所述第一环形凸缘(33)上游的第二环形凸缘(34)，所述第一和第二环形凸缘(33、34)分别具有第一自由端(331、341)以及与所述第一端相对的第二端(332、342)，所述第一凸缘(33)的第一端(331)抵靠所述第一附接接片(14)，所述第二环形凸缘(34)的第一端(341)沿轴向方向(DA)与所述第一环形凸缘(33)的第一端(331)间隔开，所述第二环形凸缘(34)的第二端(342)包括沿轴向方向(DA)向上游突出的上游承载护罩(346)，所述上游承载护罩(346)具有与所述环支撑结构(3)的中心护罩(31)接触的径向轴承(348)。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二环形凸缘(34)包括沿所述涡轮环(1)的轴向方向(DA)延伸并且使所述第二环形凸缘(34)的第二端(342)与所述第一环形凸缘(33)的第二端(332)分隔开的接触支座(340)。
3.根据权利要求1所述的组件，还包括一个安装在所述第二环形凸缘(34)的第一端(341)与所述第一环形凸缘(33)的第一端(331)之间的Ω密封(40)，所述第二环形凸缘(34)在所述径向轴承(348)的一个上游部分上被紧固到所述环支撑结构(3)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述环扇区(10)具有沿由轴向方向(DA)和径向方向(DR)限定的剖面平面的倒置的希腊字母剖面pi(π)，并且对于每个环扇区(10)，所述组件包括至少三个销(119、120)，以将所述环扇区(10)沿径向固定就位，每个环扇区(10)的第一和第二附接接片(14、16)各自包括固定到所述环形底座(12)的外表面(12b)上的第一端(141、161)，第二自由端(142、162)，用于接收所述至少三个销(119、120)的至少三个凸耳(17、18)，沿所述涡轮环(1)的径向方向(DR)从所述第一或第二附接接片(14、16)中的一个的第二端(142、162)突出的至少两个凸耳(17)，以及沿所述涡轮环(1)的径向方向(DR)从另一附接接片(16、14)的第二端(162、142)突出的至少一个凸耳(18)，每个接收凸耳(17、18)都包括用于接收所述销(119、120)中的一个的孔(170、180)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述环扇区(10)具有一剖面，该剖面具有沿着由所述轴向方向(DA)和所述径向方向(DR)限定的剖面平面的细长的K形，所述第一和第二附接接片(14、16)具有S形。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述环扇区(10)在所述环扇区的至少一个径向范围上具有沿着由所述轴向方向(DA)和所述径向方向(DR)限定的剖面平面的O形剖面，所述第一和第二附接接片(14、16)各自具有固定到所述外表面(12b)上的第一端(141、161)以及一个第二自由端(142、162)，并且每个环扇区(10)均包括第三和第四附接接片(17')，所述第三和第四附接接片(17')各自沿所述涡轮环(1)的轴向方向(DA)在所述第一附接接片(14)的第二端(142)与所述第二附接接片(16)的第二端(162)之间延伸，每个环扇区(10)均通过紧固螺钉(19)被紧固到所述环支撑结构(3)上，所述紧固螺钉(19)包括抵靠所述环支撑结构(3)的螺钉头(190)以及与在一紧固板(20)中形成的内螺纹配合的螺纹，所述紧固板(20)与第三和第四附接接片(17')配合。
7.一种涡轮机，包括根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮环组件(1)。
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