CN110847981B - 护罩悬挂器组件冷却 - Google Patents

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Abstract

提供了用于冷却燃气涡轮发动机护罩的护罩组件和方法。例如，护罩组件包括具有热侧和冷侧部分的护罩段。热侧部分面向气体流动路径，冷侧部分面向冷却流体流动路径。护罩组件还包括护罩悬挂器，用于将护罩段安装在燃气涡轮发动机中。护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的导管，该导管限定出口，该出口构造成使冷却流体流与护罩段的冷侧部分基本上相切地离开导管。护罩和护罩悬挂器一起限定了形成冷却流体流动路径的环形腔，并且流体与护罩冷侧基本上相切地离开限定在护罩悬挂器中的多个导管，进入腔中，以冷却护罩冷侧。

Description

护罩悬挂器组件冷却
联邦政府资助的研究
本发明是在美国国防部的合同号FA826-16-C-2138的政府支持下完成的。政府可拥有本发明的某些权利。
技术领域
本主题大体涉及燃气涡轮发动机。更具体地，本主题涉及用于涡轮护罩和护罩悬挂器的冷却构造。
背景技术
通常，燃气涡轮发动机核心以串行流动顺序包括压缩机区段，燃烧区段，涡轮区段和排气区段。在操作中，从风扇向压缩机区段的入口提供空气，在压缩机区段中，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气直到其到达燃烧区段。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，使燃烧区段内的部件暴露于相对高的温度。燃烧气体从燃烧区段导向到涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，然后通过排气区段，例如通向大气。
更具体地，燃气涡轮发动机限定用于导向燃烧气体通过发动机的流动路径。流动路径部分地由从涡轮转子叶片级径向向外定位的多个护罩限定。因为护罩沿着燃烧气体流动路径，所以护罩经历相对高的燃烧气体温度。因此，非传统的高温复合材料，例如陶瓷基质复合(CMC)材料，可用于形成护罩。与典型的部件(例如，金属部件)相比，由CMC材料制造的部件具有更高的温度能力，这可以允许改进的部件性能和/或增加的发动机温度。然而，即使在使用高温材料时，也可以通过冷却护罩和安装护罩的护罩悬挂器来实现额外的益处。
因此，需要改进的涡轮护罩和/或护罩悬挂器。特别地，其中具有多个冷却孔的涡轮护罩悬挂器将是有用的，该多个冷却孔将空气切向地供给到由护罩悬挂器和涡轮护罩形成的腔中。此外，引起围绕由护罩和悬挂器组件形成的环状物的冷却流体的旋流的护罩悬挂器冷却孔构造将是有益的。此外，其中护罩由复合材料(例如CMC材料)形成的这种护罩和悬挂器组件将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
在本主题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护罩组件。护罩组件包括护罩段，护罩段具有热侧部分和冷侧部分。热侧部分面向燃气涡轮发动机的气体流动路径，并且冷侧部分面向冷却流体流动路径。护罩组件还包括护罩悬挂器，用于将护罩段安装在燃气涡轮发动机中。护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的导管。导管限定出口，并且出口构造成使冷却流体的流动与护罩段的冷侧部分基本上相切地离开导管。
在本主题的另一示例性实施例中，提供了一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件。护罩组件包括多个护罩段。每个护罩段具有热侧部分和冷侧部分。热侧部分面向燃气涡轮发动机的气体流动路径。护罩组件还包括护罩悬挂器，用于将护罩段安装在燃气涡轮发动机中。护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的多个导管，并且每个导管限定出口。护罩段和护罩悬挂器一起限定环形腔。每个护罩段的冷侧部分面向腔。此外，多个出口中的每个出口构造成使冷却流体的流动与邻近出口的护罩段的冷侧基本上相切地离开每个导管而进入腔。
在本主题的另一示例性实施例中，提供了一种冷却燃气涡轮发动机的护罩的方法。该方法包括提供多个护罩段并提供护罩悬挂器，用于将护罩段安装在燃气涡轮发动机中。每个护罩段具有热侧部分和冷侧部分，并且热侧部分面向燃气涡轮发动机的气体流动路径。护罩段和护罩悬挂器一起限定环形腔，并且护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的多个导管。该方法还包括将冷却流体流引导到腔中，使得冷却流体围绕腔周向流动，以冷却多个护罩段中的每个护罩段的冷侧部分。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1提供了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横截面视图。
图2提供了根据本主题的示例性实施例的护罩组件的一段的前视或前向后看的视图。
图3提供了沿图2的线3-3截取的护罩组件段的剖视图。
图4提供了具有示例性护罩组件的燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的横截面视图。
图5提供了示例性护罩组件的示意性剖视图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和说明书中的相同或类似的标记已用于指代本发明的相同或相似的部分。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载工具内的相对位置，并且指的是燃气涡轮发动机或运载工具的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，前指的是更靠近发动机入口的位置，而后指的是更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。
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。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。
术语“联接”，“固定”，“附接到”等指的是直接联接，固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接，固定或附接，除非本文另有规定。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指代。
本说明书和权利要求书中使用的近似语言用于修改任何可允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(例如“约”，“大约”和“基本”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可能指的是在10％的范围内。
这里和整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有说明。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。
现在参考附图，其中相同的附图标记在所有附图中表示相同的元件，图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。更具体地，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机是高旁通涡轮风扇喷气发动机10，在此称为“涡轮风扇发动机10”。如图1所示，涡轮风扇发动机10限定轴向方向A(平行于为参考提供的纵向中心线12延伸)和径向方向R。通常，涡轮风扇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。
所示的示例性核心涡轮发动机16通常包括基本上管状的外壳18，其限定环形入口20。外壳18以串行流动关系包围：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；喷射排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或线轴34将HP涡轮28驱动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或线轴36将LP涡轮30驱动地连接到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。如图所示，风扇叶片40通常沿径向方向R从盘42向外延伸。风扇叶片40和盘42通过LP轴36可一起绕纵向轴线12旋转。在一些实施例中，可以包括具有多个齿轮的动力齿轮箱，用于将LP轴36的旋转速度降低到更有效的旋转风扇速度。
仍然参照图1的示例性实施例，盘42由可旋转的前机舱48覆盖，该前机舱48在空气动力学上成形为促进通过多个风扇叶片40的气流。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向地围绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应该理解的是，机舱50可以构造成通过多个周向间隔开的出口导向轮叶52，相对于核心涡轮发动机16被支撑。此外，机舱50的下游区段54可以在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以在其间限定旁路气流通道56。
在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定量的空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关入口60进入涡轮风扇10。当一定量的空气58通过风扇叶片40时，如箭头62所示的空气58的第一部分被引导或导向进入旁路气流通道56中，并且如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导向进入LP压缩机22。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比率通常称为旁通比。然后，当第二部分空气64被导向通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26时，第二部分空气64的压力增加，在燃烧区段26，第二部分空气64与燃料混合并燃烧，以提供燃烧气体66。
燃烧气体66被导向通过HP涡轮28，在HP涡轮28中，来自燃烧气体66的一部分热能和/或动能经由联接到外壳18的HP涡轮定子轮叶68和联接到HP轴或线轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级被提取，因此使HP轴或线轴34旋转，从而支撑HP压缩机24的操作。然后燃烧气体66被导向通过LP涡轮30，其中经由联接到外壳18的LP涡轮定子轮叶72和联接到LP轴或线轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级，从燃烧气体66中提取第二部分热能和动能，因此导致LP轴或线轴36旋转，从而支撑LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
随后，燃烧气体66被导向通过核心涡轮发动机16的喷射排气喷嘴区段32，以提供推进力。同时，在从涡轮风扇10的风扇喷嘴排气区段76排出第一部分空气62之前，随着第一部分空气62被导向通过旁路气流通道56，第一部分空气62的压力基本上增加，也提供推进力。HP涡轮28，LP涡轮30和喷射排气喷嘴区段32至少部分地限定热气路径78，用于将燃烧气体66导向通过核心涡轮发动机16。
在一些实施例中，涡轮风扇发动机10的部件，特别是热气路径78内的或限定热气路径78的部件，可包括复合材料，例如具有高温能力的陶瓷基质复合(CMC)材料。复合材料通常包括嵌入基质材料(例如，陶瓷基质材料)中的纤维增强材料。增强材料用作复合材料的承载组分，而复合材料的基质用于将纤维结合在一起并充当介质，外部施加的应力通过该介质被传递并分配到纤维。
示例性CMC材料可包括碳化硅(SiC)，硅，二氧化硅或氧化铝基质材料及其组合。陶瓷纤维可以嵌入基质中，例如氧化稳定的增强纤维，包括诸如蓝宝石和碳化硅(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 BDA0002108255800000051
Ube Industries的
Figure BDA0002108255800000052
和Dow Corning的
Figure BDA0002108255800000053
)，硅酸铝(例如，Nextel的440和480)，以及切碎的晶须和纤维(例如Nextel的440和
Figure BDA0002108255800000054
)，以及可选的陶瓷颗粒(例如，Si，Al，Zr，Y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)。例如，在某些实施例中，可以包括陶瓷耐火材料涂层的纤维束形成为增强带，例如单向增强带。多个带可以一起叠置(例如，作为层)以形成预制件部件。在形成预制件之前或在形成预制件之后，可以用浆料组合物浸渍纤维束。然后预制件可以经历热处理，例如固化或烧尽，以在预制件中产生高焦炭残留物，以及随后的化学处理，例如用硅熔融渗透，以达到由具有所需的化学成分的CMC材料形成的部件。在其他实施例中，CMC材料可以形成为例如碳纤维布而不是带。
如上所述，包括复合材料的部件可以在热气路径78内使用，例如在发动机10的燃烧区段和/或涡轮区段内。作为示例，涡轮转子叶片和/或涡轮喷嘴的一个或多个级可以是由CMC材料形成的CMC部件。作为另一个示例，衬在热气路径78上的一个或多个部件，例如从涡轮叶片径向向外定位的护罩，可以是由CMC材料形成的CMC部件。然而，由CMC或其他复合材料制成的复合部件也可用于其它区段，例如压缩机和/或风扇区段。
转到图2-5，将描述根据本主题的示例性实施例的护罩组件100。图2提供了护罩组件100的一段的前视或前向后看的视图，图3提供了沿图2的线3-3截取的护罩组件段的剖视图。图4提供了通过护罩组件100的燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的横截面视图，涡轮区段的一部分例如是涡轮风扇发动机10的HP涡轮28或LP涡轮30。图5提供了护罩组件100的示意性前向后看的示意图。
如图2-5所示，护罩组件100包括环形护罩102和护罩悬挂器104。护罩102绕涡轮风扇发动机10的轴向中心线12周向延伸，使得护罩102围绕HP涡轮28的涡轮转子叶片70。护罩102包括面向叶片70和热气流动路径78的热侧或流动路径侧106，以及与热侧106相对的冷侧108。冷侧108面向腔132，腔132限定冷却流体的流动路径，如下面更详细描述的。护罩悬挂器104构造成将护罩102与发动机10的壳体联接。护罩悬挂器104可以将护罩102直接安装到核心涡轮发动机16的外壳18(参见图1和图4)，或者可以经由悬挂器支撑件(未示出)间接地将护罩102与外壳18联接。尽管这里关于HP涡轮28进行了描述，但是护罩组件100也可以与LP涡轮30一起使用或者在发动机10的任何其他合适的部分中使用。
护罩102通常沿周向分段成多个护罩段112，即，护罩段112一起形成环形护罩102。类似地，护罩悬挂器104可以周向地分段成多个悬挂器段114，即，悬挂器段114一起形成环形护罩悬挂器104。然而，应当理解，护罩组件100不需要包括与悬挂器段114相同数量的护罩段112。
多个密封件(未示出)可以在相邻的护罩段112之间延伸，例如，以密封防止热气进入冷却流体流动路径，并且防止不希望的冷却流泄漏进入热气流动路径78。每个护罩段112包括热侧部分116和冷侧部分118。热侧部分116是护罩102的热侧106的一部分，并且冷侧部分118是护罩102的冷侧108的一部分。例如，使用如图4所示的一个或多个销134或类似的安装硬件，悬挂段114将一个或多个护罩段112安装在燃气涡轮发动机10中。在一些实施例中，一个悬挂器段114可以将一个护罩段112安装在发动机10中，使得悬挂器段114与护罩段112的比率为1：1，或者一个悬挂器段114可以将两个护罩段112安装在发动机10中，使得悬挂段114与护罩段112的比率为1：2。当然，也可以使用悬挂段114与护罩段112的其他比率，并且每个悬挂段114的适当数量的护罩段112可以取决于例如发动机10的整体尺寸和/或构造。在其他实施例中，护罩102和护罩悬挂器104中的每一个可以是单件环形结构，而不是分别由多个护罩段112和多个悬挂器段114形成。
护罩悬挂器104包括多个导管120，用于引导冷却流体F越过护罩102的冷侧108；应当理解，护罩悬挂器104可包括任何数量的导管120。导管120可以被浇铸、机械加工、附接或联接到、或以其他方式限定或包括在护罩悬挂器段114中，护罩悬挂器段114可以由金属，金属合金，CMC材料或其他合适的材料形成。也就是说，导管120可以形成在每个悬挂器段114中或与每个悬挂器段114一起形成，使得导管120与护罩悬挂器104成一体，或者导管120可以是附接或联接到每个悬挂器段114的单独件。参照图2和图3，所示的示例性护罩悬挂器段114包括邻近护罩段112的两个导管120，第一导管120a和第二导管120b。在其他实施例中，悬挂器段114可以仅包括一个导管120或多于两个的导管120。每个导管120构造成用于接收冷却流体F的流动。此外，每个导管120限定出口122，出口122构造成使冷却流体F的流动与护罩冷侧108大致或基本上相切地离开导管120。更具体地，第一导管120a限定第一出口122a，第二导管120b限定第二出口122b。每个出口122a，122b构造成使冷却流体F的流动与邻近导管120a，120b的护罩段112的冷侧部分118几乎或基本上相切地离开相应导管120a，120b。这样，冷却流体F与由燃气涡轮发动机10限定的周向方向C近似相切地离开导管120。例如，冷却流体F可以相对于周向方向C以0°至约30°的角度α离开导管120。在特定实施例中，角度α可以相对于周向方向C在约5°至约15°的范围内。
此外，在所示实施例中，每个导管120包括第一臂124和第二臂128，第一臂124限定用于接收冷却流体F的流动的第一通道126，第二臂128从第一臂124延伸。第二臂128限定第二通道130，用于接收来自第一通道126的冷却流体F的流动。此外，第二臂128限定出口122，用于冷却流体F离开导管120。如图3所示，每个第一臂124沿着由发动机10限定的轴向方向A延伸，并且每个第二臂128沿着周向方向C延伸。这样，所描绘的导管120具有垂直臂124,128，即，第二臂128相对于第一臂124延伸90°。然而，在其他实施例中，第二臂128可以相对于第一臂124以其他角度延伸，例如，小于或大于90°的角度。
如图4中最清楚地示出的，形成护罩102的多个护罩段112和护罩悬挂器104一起限定环形腔132。如前所述，腔132形成由护罩冷侧108面对的冷却流体流动路径，使得每个护罩段112的冷侧部分118面向腔132。参考图5，提供了护罩组件100的示意性横截面视图，其中护罩段112之间的划分用虚线示出。应当理解，由腔132限定的流动路径围绕燃气涡轮发动机10的轴向中心线12基本上不间断地延伸。也就是说，实际上没有障碍物或最小障碍物妨碍冷却流体F围绕环形腔132的流动。这样，冷却流体F从出口122到腔132中的切向或剪切流引起围绕腔132的旋流，这可以在冷却护罩102时增加流体F的冷却效率。更具体地，护罩102的热侧106暴露于在热气路径78中流动的燃烧气体66，因此，护罩102经历了相对高温度的燃烧气体66。用冷却流体F冷却护罩102的冷侧108可有助于保护护罩102免受燃烧气体温度的影响，从而延长护罩102和/或护罩102的段112的寿命。旋流可以被描述为转过参照点、线或平面并且不断回到参照点、线或平面的流体流，例如，空气的旋流可以包括不断转过参照物并不断回到参照物的空气分子。如本文所述，冷却流体F的切向流在护罩102的冷侧108上，即在每个护罩段112的冷侧部分118上，产生围绕腔132的周向流或旋流的环。
此外，如本文所述将冷却流体F提供到腔132可以提高冷却流体F的冷却效率。例如，沿着护罩冷侧108的冷却流体F的切向流和旋流是相对均匀的，使得冷却分布和传热系数(HTC)相对均匀。特别地，护罩组件100的HTC比使用冲击挡板的已知冷却设计更均匀，冲击挡板通过离散的冲击孔提供冷却流体。此外，图2-5中所示的护罩组件100允许护罩段112之间的压力和流动连通。也就是说，压力和流动分布在整个腔132中，腔132一个护罩段112到相邻的护罩段112是开放的。开放的环形腔132减小了出口122的堵塞的影响，出口122将冷却流体F供给腔132，因为即使出口122被堵塞，它也允许平均流量基本相同。开放的环形腔132还改善了护罩段112的冷却均匀性。
此外，如图4所示，每个护罩段112安装到护罩悬挂器104，使得护罩段112在护罩悬挂器104的径向内侧。因此，多个护罩段112形成腔132的内边界，并且护罩悬挂器104形成腔132的外边界。应当理解，护罩悬挂器104围绕发动机10的轴向中心线12延伸，以将护罩102安装在发动机10中。护罩悬挂器104可以是单件式结构或分段成两个或更多个悬挂器段。在一些实施例中，护罩102和护罩悬挂器104可以是单个一体环形结构，或者在其他实施例中，护罩102和护罩悬挂器104可以由多个一体护罩和悬挂器段形成，即，一体护罩102和护罩悬挂器104可以周向地分段成多个段，这些段一起形成环形护罩102和悬挂器104。
另外，导管120和/或出口122的尺寸，角度或取向，形状和/或数量可以在护罩组件100的实施例之间变化，以使冷却流体流适合于期望的冷却效率或所需的冷却分布。例如，导管120和/或出口122的横截面积可以变化，以改变冷却分布或效率，例如通过使用较小的喷嘴形状的出口122来增加腔132中的流动速度，或通过使用较大的扩散器形状的出口122来降低速度。此外，导管120相对于护罩组件100的取向可以改变，以实现一定的冷却分布或效率。更具体地，导管120不需要包括如所示实施例中所示的第一臂124和第二臂128。例如，导管120可以相对于轴向方向A以一定角度延伸(没有沿着另一个方向延伸的第二臂)，导管120可以沿径向方向R延伸(没有沿着另一个方向延伸的第二臂)，或者除了第一臂124和第二臂128之外，导管120还可包括臂或区段。因此，可以改变导管120的构造以操纵冷却分布或效率，只要冷却流体F与护罩102几乎相切地离开导管120即可。另外，导管120和/或出口122的数量或计数可以在护罩组件100的实施例之间变化，以在实施例之间提供不同的冷却分布或效率。此外，可以对导管120的形状做出变化(例如，对出口122的横截面形状做出变化)，以调整或控制提供给悬挂器腔132的流体流F的量以及从供给到悬挂器腔132的腔到悬挂器腔132的压降，以及流体流F的速度，角度和扩散，以及流F如何撞击在护罩102和悬挂器104上(例如，悬挂器104的壁)。例如，一个或多个出口122可具有喷嘴形状，以在流F离开导管120时增加流体流F的速度。作为另一个例子，一个或多个出口122可以具有扩散器形状，以扩散或降低流体流F的速度，例如，以控制流体F对护罩102的冲击。另外，导管横截面的形状可以是圆形，椭圆形，开槽(例如，一个方向是另一个方向的多倍)等，以实现腔132中的不同的流速分布。
如本文所述，护罩102可以由CMC材料形成；因此，在护罩102由多个护罩段112制成的情况下，每个护罩段112可以由CMC材料形成。为了从CMC材料形成护罩102或护罩段112，可以叠置多个CMC层以形成如前所述的叠层或预制件。然后，对叠层进行压实(debulked)，并且如果合适的话，在经受高压和高温的同时被固化，以产生固化的预制件，例如，可以在高压釜中固化该叠层或预制件以形成高压釜体。在示例性实施例中，然后在真空或惰性气体中加热(烧制)高压釜体以分解结合剂，除去溶剂，并将前体转化为所需的陶瓷基质材料。由于结合剂的分解，预制件的结果是多孔CMC烧制体，其可以经历致密化，例如熔体渗透(MI)，以填充孔隙并产生相应的CMC部件。
用于上述处理的具体处理技术和参数将取决于材料的具体组成。例如，硅CMC部件可以由熔融硅渗透的纤维材料形成，例如通过通常称为Silcomp处理的处理。制造CMC部件的另一种技术是称为浆料浇铸熔体渗透(MI)处理的方法。在使用浆料浇铸MI方法制造的一种方法中，通过首先提供包含含碳化硅(SiC)纤维的平衡二维(2D)编织布层来生产CMC，该编织布具有彼此基本上成90°角的两个编织方向，在织物的两个方向上具有基本相同数量的纤维。术语“含碳化硅的纤维”是指具有包含碳化硅(并且优选基本上是碳化硅)的组成的纤维。例如，纤维可以具有被碳包围的碳化硅芯，或者相反，纤维可以具有被碳化硅包围或被碳化硅包封的碳芯。
用于形成CMC部件的其他技术包括聚合物渗透和热解(PIP)和氧化物/氧化物处理。在PIP处理中，碳化硅纤维预制件渗透有预陶瓷聚合物，例如聚硅氮烷，然后进行热处理以形成SiC基质。在氧化物/氧化物处理中，可以预浸渍铝或铝硅酸盐纤维，然后层压成预选的几何形状。部件也可以由碳纤维增强碳化硅基质(C/SiC)CMC制造。C/SiC处理包括以预选几何形状放置在工具上的碳纤维预制件。如在用于SiC/SiC的浆料浇铸方法中所使用的，该工具由石墨材料制成。在约1200℃的化学气相渗透处理期间，纤维预制件由工具支撑，由此形成C/SiC CMC部件。在其他实施例中，2D，2.5D和/或3D预制件可以用于MI，CVI，PIP或其他处理。例如，2D织物的切割层可以如上所述以交替的编织方向堆叠，或者可以缠绕或编织细丝并与3D编织，缝合或针刺组合以形成具有多轴纤维架构的2.5D或3D预制件。也可以使用形成2.5D或3D预制件的其他方式，例如，使用其他编织或编成方法或利用2D织物。
任选地，在处理之后，CMC部件(即，CMC护罩102或护罩段112)可以根据需要进行精加工，并且涂覆有一个或多个涂层，例如环境隔离涂层(EBC)。此外，上述方法仅作为示例提供。例如，可以使用用于固化复合层、以及用于使CMC部件致密化的其他已知的方法或技术。或者，可以使用这些或其他已知处理的任何组合。此外，虽然本文中关于CMC护罩102或CMC护罩段112进行了描述，但是本主题可以应用于护罩102或护罩段112，护罩102或护罩段112使用任何合适的处理(例如浇铸，增材制造等)由任何合适的材料或材料组合(例如金属或金属合金)形成。
CMC护罩102或CMC护罩段112可特别适合于护罩组件100。例如，CMC护罩102或CMC护罩段112不需要沿冷侧108或冷侧部118具有肋；通常沿着金属护罩的冷侧设置肋。这样，CMC护罩102沿其冷侧108相对平坦或不受阻碍，这有助于切向冷却流体流增进或增加其速度。增加的冷却流速具有增加的冷却效率。此外，没有肋减少了流动中死区的机会，例如，肋后面可能存在死区，使得消除肋就消除了死区。
因此，如本文所述，提供了护罩组件，其具有用于冷却护罩的冷侧的特征，例如，该特征沿着护罩冷侧提供基本均匀的流动。均匀的冷却流使得整个护罩具有均匀的传热系数和均匀的冷却分布，这对于CMC护罩尤其有益。此外，本文所述的护罩组件，其中冷却流通过护罩悬挂器中的导管提供到由护罩冷侧和护罩悬挂器限定的腔，以使得流动与护罩冷侧相切，与具有冲击挡板的护罩组件相比，具有减轻的重量，以将冲击冷却提供到护罩冷侧。此外，可以通过改变导管和/或导管出口的尺寸，角度或取向和/或数量来调整护罩冷却。更进一步，即使考虑制造公差和/或冷却流供给孔或导管的堵塞，本文所述的护罩组件也更容易且有效地保持回流边缘，使得因为压力分布在整个环形腔中，所以空气可被推入气体流动路径，而不是热气被摄入腔。另外，本文所述的护罩组件允许护罩的稳固冷却，例如，因为冷却剂热量拾取来自平均热气温度，而不是由于整个护罩腔中的流动和压力连通而导致的热条纹。而且，冷却流体可以以相对高的切向速度供应到护罩腔，与已知的护罩设计相比，这可以在护罩冷侧上提供减少的灰尘累积。这样，本文所述的护罩组件可特别有利于在大量灰尘被摄入燃气涡轮发动机的区域中使用。本领域普通技术人员还可以实现本文描述的主题的其他优点。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并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结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并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与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的各种特征，方面和优点也可以体现在以下条项中描述的各种技术方案中，这些方案可以以任何组合方式组合：
1.一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件，其特征在于，包括：
护罩段,所述护罩段具有热侧部分和冷侧部分，所述热侧部分面向所述燃气涡轮发动机的气体流动路径，所述冷侧部分面向冷却流体流动路径；和
护罩悬挂器，所述护罩悬挂器用于将所述护罩段安装在所述燃气涡轮发动机中，所述护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的导管，所述导管限定出口，
其中，所述出口构造成使所述冷却流体流与所述护罩段的所述冷侧部分基本上相切地离开所述导管。
2.根据条项1所述的护罩组件，其特征在于，其中所述导管包括：
第一臂，所述第一臂限定用于接收所述冷却流体流的第一通道；和
第二臂，所述第二臂从所述第一臂延伸，所述第二臂限定用于接收来自所述第一通道的所述冷却流体流的第二通道。
3.根据条项2所述的护罩组件，其特征在于，其中所述第二臂限定所述出口。
4.根据条项2所述的护罩组件，其特征在于，其中所述第一臂沿着由所述燃气涡轮发动机限定的轴向方向延伸，并且其中所述第二臂沿着由所述燃气涡轮发动机限定的周向方向延伸。
5.根据条项1所述的护罩组件，其特征在于，其中所述导管是第一导管，并且所述出口是第一出口，并且其中所述护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的第二导管，所述第二导管限定第二出口，所述第二出口使所述冷却流体流与所述护罩段的所述冷侧部分基本上相切地离开所述第二导管。
6.根据条项1所述的护罩组件，其特征在于，其中所述护罩段由陶瓷基质复合材料形成。
7.根据条项6所述的护罩组件，其特征在于，其中所述燃气涡轮发动机包括多个护罩段，其中所述护罩段一起形成绕所述燃气涡轮发动机的轴向中心线周向延伸的环形护罩，并且其中所述护罩和所述护罩悬挂器一起限定所述冷却流体流动路径。
8.一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件，其特征在于，包括：
多个护罩段，每个护罩段具有热侧部分和冷侧部分，所述热侧部分面向所述燃气涡轮发动机的气体流动路径；和
护罩悬挂器，所述护罩悬挂器用于将所述护罩段安装在所述燃气涡轮发动机中，所述护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的多个导管，每个导管限定出口，
其中，所述护罩段和所述护罩悬挂器一起限定环形腔，每个护罩段的所述冷侧部分面向所述腔，
其中，所述多个出口中的每个出口构造成使所述冷却流体流与邻近所述出口的护罩段的所述冷侧基本上相切地离开每个导管进入所述腔。
9.根据条项8所述的护罩组件，其特征在于，其中所述腔限定用于所述冷却流体流的冷却流体流动路径，并且其中所述冷却流体流动路径绕所述燃气涡轮发动机的轴向中心线不间断地延伸。
10.根据条项8所述的护罩组件，其特征在于，其中每个导管包括：
第一臂，所述第一臂限定用于接收所述冷却流体流的第一通道；和
第二臂，所述第二臂从所述第一臂延伸，所述第二臂限定用于接收来自所述第一通道的所述冷却流体流的第二通道。
11.根据条项10所述的护罩组件，其特征在于，其中所述第二臂限定所述导管的所述出口。
12.根据条项10所述的护罩组件，其特征在于，其中所述第一臂沿着由所述燃气涡轮发动机限定的轴向方向延伸，并且其中所述第二臂沿着由所述燃气涡轮发动机限定的周向方向延伸。
13.根据条项8所述的护罩组件，其特征在于，其中每个护罩段安装到所述护罩悬挂器，使得所述护罩段在所述护罩悬挂器的径向内侧，所述护罩段形成所述腔的内边界，并且所述护罩悬挂器形成所述腔的外边界。
14.根据条项8所述的护罩组件，其特征在于，其中每个护罩段由陶瓷基质复合材料形成。
15.一种冷却燃气涡轮发动机的护罩的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供多个护罩段，每个护罩段具有热侧部分和冷侧部分，所述热侧部分面向所述燃气涡轮发动机的气体流动路径；
提供用于将所述护罩段安装在所述燃气涡轮发动机中的护罩悬挂器，所述护罩段和所述护罩悬挂器一起限定环形腔，所述护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的多个导管；和
将所述冷却流体流引导到所述腔中，使得所述冷却流体绕所述腔周向流动，以冷却所述多个护罩段中的每个护罩段的所述冷侧部分。
16.根据条项15所述的方法，其特征在于，其中每个护罩段的所述冷侧部分面向所述腔，
其中每个导管限定所述腔处的出口，并且
其中所述多个出口中的每个出口构造成使所述冷却流体流与邻近所述出口的护罩段的所述冷侧基本上相切地离开每个导管进入所述腔。
17.根据条项15所述的方法，其特征在于，其中所述冷却流体绕所述腔旋转。
18.根据条项15所述的方法，其特征在于，其中每个导管成形为喷嘴，以在所述腔中提供增加的流速。
19.根据条项15所述的方法，其特征在于，其中每个导管成形为扩散器，以在所述腔中提供降低的流速。
20.根据条项15所述的方法，其特征在于，其中每个导管成形为在所述腔内实现一定的流动分布。

Claims (13)

1.一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向和周向方向，其特征在于，所述护罩组件包括：
护罩段,所述护罩段具有热侧部分和冷侧部分，所述热侧部分面向所述燃气涡轮发动机的气体流动路径，所述冷侧部分面向冷却流体流动路径；和
护罩悬挂器，所述护罩悬挂器用于将所述护罩段安装在所述燃气涡轮发动机中，所述护罩悬挂器限定用于接收冷却流体流的导管，所述导管包括
第一臂，所述第一臂沿着所述轴向方向延伸并且限定用于接收所述冷却流体流的第一通道；和
第二臂，所述第二臂沿着所述周向方向从所述第一臂延伸，所述第二臂限定出口和用于接收来自所述第一通道的所述冷却流体流的第二通道，
其中，所述出口构造成使所述冷却流体流与所述护罩段的所述冷侧部分基本上相切地离开所述导管。
2.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，其中所述导管是第一导管，并且所述出口是第一出口，并且其中所述护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的第二导管，所述第二导管限定第二出口，所述第二出口使所述冷却流体流与所述护罩段的所述冷侧部分基本上相切地离开所述第二导管。
3.根据权利要求1所述的护罩组件，其特征在于，其中所述护罩段由陶瓷基质复合材料形成。
4.根据权利要求3所述的护罩组件，其特征在于，其中所述燃气涡轮发动机包括多个护罩段，其中所述多个护罩段一起形成绕所述燃气涡轮发动机的轴向中心线周向延伸的环形护罩，并且其中所述护罩和所述护罩悬挂器一起限定所述冷却流体流动路径。
5.一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向和周向方向，其特征在于，所述护罩组件包括：
多个护罩段，每个护罩段具有热侧部分和冷侧部分，所述热侧部分面向所述燃气涡轮发动机的气体流动路径；和
护罩悬挂器，所述护罩悬挂器用于将所述护罩段安装在所述燃气涡轮发动机中，所述护罩悬挂器限定用于接收冷却流体流的多个导管，每个导管包括
第一臂，所述第一臂沿着所述轴向方向延伸并且限定用于接收所述冷却流体流的第一通道；和
第二臂，所述第二臂沿着所述周向方向从所述第一臂延伸，所述第二臂限定出口和用于接收来自所述第一通道的所述冷却流体流的第二通道，
其中，所述多个护罩段和所述护罩悬挂器一起限定环形腔，每个护罩段的所述冷侧部分面向所述环形腔，
其中，所述出口构造成使所述冷却流体流与邻近所述出口的护罩段的所述冷侧部分基本上相切地离开每个导管进入所述环形腔。
6.根据权利要求5所述的护罩组件，其特征在于，其中所述环形腔限定用于所述冷却流体流的冷却流体流动路径，并且其中所述冷却流体流动路径绕所述燃气涡轮发动机的轴向中心线不间断地延伸。
7.根据权利要求5所述的护罩组件，其特征在于，其中每个护罩段安装到所述护罩悬挂器，使得所述护罩段在所述护罩悬挂器的径向内侧，所述护罩段形成所述环形腔的内边界，并且所述护罩悬挂器形成所述环形腔的外边界。
8.根据权利要求5所述的护罩组件，其特征在于，其中每个护罩段由陶瓷基质复合材料形成。
9.一种冷却燃气涡轮发动机的护罩的方法，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向和周向方向，其特征在于，所述方法包括：
提供多个护罩段，每个护罩段具有热侧部分和冷侧部分，所述热侧部分面向所述燃气涡轮发动机的气体流动路径；
提供用于将所述护罩段安装在所述燃气涡轮发动机中的护罩悬挂器，所述多个护罩段和所述护罩悬挂器一起限定环形腔，所述护罩悬挂器包括用于接收冷却流体流的多个导管；和
将所述冷却流体流引导到所述环形腔中，使得所述冷却流体绕所述环形腔周向流动，以冷却所述多个护罩段中的每个护罩段的所述冷侧部分，其中每个导管包括：
第一臂，所述第一臂沿着所述轴向方向延伸并且限定用于接收所述冷却流体流的第一通道；和
第二臂，所述第二臂沿着所述周向方向从所述第一臂延伸，所述第二臂限定出口和用于接收来自所述第一通道的所述冷却流体流的第二通道。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中每个护罩段的所述冷侧部分限定所述环形腔的径向内边界，
其中每个导管限定所述环形腔处的出口，并且
其中多个出口中的每个出口构造成将所述冷却流体流引导到所述环形腔中。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中每个导管成形为喷嘴，以在所述环形腔中提供增加的流速。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中每个导管成形为扩散器，以在所述环形腔中提供降低的流速。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中每个导管成形为在所述环形腔内实现一定的流动分布。
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