CN111322119A - 带有浮动护罩的涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件包括：至少一个护罩吊架；护罩节段的环形阵列，其由至少一个护罩吊架承载且围绕发动机中心线轴线排列，护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中护罩节段安装到至少一个护罩吊架，使得它能够响应于流径侧和后侧上存在的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及偏置器件，该偏置器件将护罩节段中的每个朝位置中的一个推动。

Description

带有浮动护罩的涡轮发动机
技术领域
该发明大体上涉及燃气涡轮发动机，且更特别地涉及此类发动机的涡轮护罩。
背景技术
燃气涡轮发动机包括涡轮机械核心，该涡轮机械核心具有成串流关系的高压压缩机、燃烧器和高压涡轮。核心可以以已知方式操作来生成主气流。涡轮风扇发动机将低压涡轮添加到基本核心，该低压涡轮驱动风扇和/或增压器来产生推进推力。
涡轮中的每个包括从主气流提取能量的一个或多个转子。每个转子包括由旋转盘承载的叶片或轮叶的环形阵列(array)。通过转子的流径部分地由环形分节段的护罩限定。
在叶片的末端与护罩节段之间存在径向末端间隙。大体上期望末端间隙尽可能小以最大限度地提高涡轮的效率，同时还避免涡轮叶片与护罩节段之间的干涉(“摩擦”)。末端间隙具有在组装下(as-assembled)的静态值，该值由各个构件的尺寸和相对位置限定。在发动机操作期间，发动机构造所固有的许多因素可引起末端间隙大体上以围绕护罩圆周的一致的方式从静态值改变。此类因素的示例包括：护罩组件的热增长、转子的热增长，以及涡轮叶片上的离心负载。另外，已知使用主动间隙控制系统(“ACC”)来操纵末端间隙。
除了上文描述的大体上一致的末端间隙变化之外，末端间隙可不一致地变化。例如，已知转子的偏心引起当转子沿轨道运行(orbit)时围绕护罩组件的圆周的末端间隙的局部变化。
压力上的周向变化由末端间隙上的局部变化生成。由于转子的偏心引起的压力变化最终引起转子上产生不平衡转矩，在转子上产生净不平衡力。该不平衡力可引起转子在旋转方向上涡动。在Alford, J.S. "Protecting Turbomachinery from Self-ExcitedRotor Whirl." ASME Journal of Power Engineering Vol. 87 No. 4 (1965): pp.333-343(ASME动力工程学报1965年第87卷第4号：第333-343页的Alford, J.S.的“保护涡轮机械免受自激转子涡动”)中描述这些力。该现象通常被称为“Alford涡动”。
对Alford涡动的现有技术解决方案包括加强包括轴、盘和/或轴承的转子系统。该途径的一个方面是，它非期望地增加发动机重量。
发明内容
该问题通过结合由可在径向方向上单独浮动的节段的环组成的护罩的涡轮机械转子级来解决。
根据本文中描述的技术的一个方面，一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件包括：至少一个护罩(child)吊架(hanger)；护罩节段的环形阵列，其由至少一个护罩吊架承载且围绕发动机的中心线轴线排列，护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中护罩节段安装到至少一个护罩吊架，使得它能够响应于流径侧和后侧上存在(prevailing)的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及偏置器件，该偏置器件将护罩节段中的每个朝位置中的一个推动。
根据本文中描述的技术的另一方面，一种燃气涡轮发动机包括：压缩机；设置在压缩机的下游的燃烧器以及设置在燃烧器的下游的涡轮，该涡轮包括转子，该转子具有承载多个涡轮叶片的可旋转盘，该涡轮通过围绕发动机中心线轴线可旋转的轴来机械地连接到压缩机，该涡轮还包括包绕转子的护罩组件，其中护罩组件包括：至少一个护罩吊架，该至少一个护罩吊架围绕中心线轴线排列；护罩节段的环形阵列，其由至少一个护罩吊架承载，护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中护罩节段到相应的护罩吊架的至少一个，使得它能够响应于在流径侧和后侧上存在的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及偏置器件，该偏置器件将护罩节段中的每个朝位置中的一个推动。
根据本文中描述的技术的另一方面，方法提供用于减小某类型的燃气涡轮发动机中的涡动，该类型的燃气涡轮发动机包括：压缩机；设置在压缩机的下游的燃烧器以及设置在燃烧器的下游的涡轮，该涡轮包括转子，该转子具有承载多个涡轮叶片的可旋转盘，该涡轮通过围绕发动机中心线轴线可旋转的轴来机械地连接到压缩机，该涡轮还包括包绕转子的护罩组件，其中护罩组件包括：护罩节段的环形阵列，护罩节段各自具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和相反的后侧。方法包括：响应于在发动机操作期间在流径侧和后侧上存在的气压的平衡，将护罩节段中的每个安装到护罩吊架，使得它能够在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间单独地移动。
技术方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件，包括：
至少一个护罩吊架；
护罩节段的环形阵列，其由所述至少一个护罩吊架承载且围绕发动机中心线轴线排列，所述护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向所述至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中所述护罩节段安装到所述至少一个护罩吊架，使得它能够响应于所述流径侧和所述后侧上存在的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及
偏置器件，所述偏置器件将所述护罩节段中的每个朝所述位置中的一个推动。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的组件，其中，所述偏置器件包括一个或多个弹簧。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的组件，其中，所述偏置器件布置成使得将所述护罩朝所述内侧位置推动。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的组件，其中，所述偏置器件布置成使得将所述护罩朝所述外侧位置推动。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的组件，其中，所述护罩节段中的每个和所述至少一个护罩吊架中的一个协作来限定护罩压室，每个护罩节段的所述后侧与相应的护罩压室流体连通。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的组件，其中，所述至少一个护罩吊架中的每个包括至少一个供应孔，所述至少一个供应孔设置成与所述相应的护罩压室流体连通。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的组件，其中，每个护罩压室的内部密封以免与其外部流体连通。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的组件，其中，所述护罩节段包括陶瓷基质复合材料。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的组件，其中，所述组件还包括：活塞缸设备，所述活塞缸设备设置在每个护罩节段与所述至少一个护罩吊架中的一个之间；以及至少一个供应孔，所述至少一个供应孔设置成与所述活塞缸设备流体连通。
技术方案10. 一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机；
燃烧器，所述燃烧器设置在所述压缩机的下游；以及
涡轮，所述涡轮设置在所述燃烧器的下游，所述涡轮包括转子，所述转子具有承载多个涡轮叶片的可旋转盘，所述涡轮通过围绕发动机中心线轴线可旋转的轴来机械地连接到所述压缩机，所述涡轮还包括包绕所述转子的护罩组件，其中所述护罩组件包括：
至少一个护罩吊架，所述至少一个护罩吊架围绕所述中心线轴线排列；
护罩节段的环形阵列，其由所述至少一个护罩吊架承载，所述护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向所述至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中所述护罩节段安装到所述至少一个护罩吊架，使得它能够响应于所述流径侧和所述后侧上存在的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及
至少一个偏置元件，所述至少一个偏置元件将所述护罩节段中的每个朝所述位置中的一个推动。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的发动机，其中，所述偏置器件包括一个或多个弹簧。
技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的发动机，其中，所述护罩节段中的每个和所述至少一个护罩吊架中的一个协作来限定护罩压室，每个护罩节段的所述后侧与相应的护罩压室流体连通。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的发动机，其中，每个护罩压室的内部密封以免与其外部流体连通。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的发动机，其中，所述护罩节段包括陶瓷基质复合材料。
技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的发动机，其中，所述护罩压室中的每个连接成与来自所述压缩机的放气的源流动连通。
技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的发动机，其中，与所述压缩机流体连通的每个护罩节段的所述后侧的表面积小于所述护罩节段的流径侧的表面积。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的发动机，其中，与所述压缩机流体连通的所述后侧的表面积由活塞缸组件限定。
技术方案18. 一种减小某类型的燃气涡轮发动机中的涡动的方法，所述类型的燃气涡轮发动机包括：
压缩机；
燃烧器，所述燃烧器设置在所述压缩机的下游；以及
涡轮，所述涡轮设置在所述燃烧器的下游，所述涡轮包括转子，所述转子具有承载多个涡轮叶片的可旋转盘，所述涡轮通过围绕发动机中心线轴线可旋转的轴来机械地连接到所述压缩机，所述涡轮还包括包绕所述转子的护罩组件，其中所述护罩组件包括：护罩节段的环形阵列，所述护罩节段各自具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和相反的后侧，所述方法包括：
将所述护罩节段中的每个安装到护罩吊架，使得它能够响应于在发动机操作期间在所述流径侧和所述后侧上存在的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间单独地移动。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述方法还包括：使用将所述护罩节段朝所述内侧位置推动。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的方法，其中，所述方法还包括：响应于在发动机操作期间在所述流径侧上存在的气压上的局部增加，将所述护罩节段中的每个朝所述外侧位置移动。
附图说明
本发明可参照连同附图进行的以下描述来最佳地理解，在附图中：
图1是涡轮发动机的高压涡轮的示意性截面视图；
图2是图1中示出的涡轮护罩组件的截面视图；
图3是备选的护罩组件的截面视图；
图4是另一备选的护罩组件的截面视图；以及
图5是另一备选的护罩组件的截面视图。
零件列表
10 燃气涡轮发动机
11 中心线轴线
12 压缩机
14 燃烧器
16 高压涡轮
18 外轴
20 低压涡轮
22 内轴
24 风扇
26 第一级喷嘴
28 第一级导叶
30 第一级内带
32 第一级外带
34 转子
38 盘
40 护罩组件
42 护罩节段
43 HPT壳
44 末端
46 第二级喷嘴
48 第二级导叶
50 第二级内带
52 第二级外带
54 基部
56 流径表面
58 后侧表面
60 前壁
62 后壁
64 前凸缘
66 后凸缘
68 护罩吊架
70 本体
72 相反的内面
74 外面
76 前端
78 后端
80 前安装轨道
82 后安装轨道
84 前钩
86 后钩
88 托架
90 保持器
92 护罩压室
94 供应孔
96 弹簧
140 护罩组件
142 护罩节段
154 基部
156 流径表面
158 后侧表面
160 前壁
162 后壁
164 前凸缘
166 后凸缘
168 护罩吊架
172 内面
174 外面
176 前端
178 后端
184 前钩
186 后钩
192 护罩压室
194 供应孔
196 弹簧
240 护罩组件
242 护罩节段
254 基部
256 流径表面
258 后侧表面
260 前壁
262 后壁
264 前凸缘
266 后凸缘
267 外缸
268 护罩吊架
272 内面
274 外面
276 前端
278 后端
279 内缸
284 前钩
286 后钩
292 护罩压室
293 密封唇
294 供应孔
296 弹簧
340 护罩组件
342 护罩节段
354 基部
356 流径表面
358 后侧表面
360 前壁
362 后壁
364 前凸缘
366 后凸缘
368 护罩吊架
372 内面
374 外面
376 前端
378 后端
384 前钩
386 后钩
392 护罩压室
393 密封唇
396 弹簧。
具体实施方式
参照图(其中贯穿各个视图，相同的参考标号表示相同的元件)，图1示意性地描绘示例性的燃气涡轮发动机10，该燃气涡轮发动机10具有中心线轴线11且包括成顺流顺序的压缩机12、燃烧器14和高压涡轮(“HPT”)16。在操作中，压缩机12提供压缩空气，该压缩空气主要传送到燃烧器14中以支持燃烧且部分地围绕燃烧器14，在该处压缩空气用来冷却更下游的燃烧器衬套和涡轮机械。燃料引入燃烧器14的前端中，且以常规方式与空气混合。所得到的燃料-空气混合物流入燃烧器14，在该处所得到的燃料-空气混合物被点燃以生成热的燃烧气体。热的燃烧气体排放到HPT 16，在该处它们膨胀，使得能量被提取。HPT 16通过外轴18驱动压缩机12。在示出的示例中，发动机10为涡轮风扇发动机，且低压涡轮(“LPT”)20位于HPT 16的下游且联接到内轴22，内轴22继而驱动风扇24以用于向车辆提供推进推力。然而，本文中描述的原理同样适用于燃气涡轮发动机的其它构造。
图1的详细视图示出HPT 16的一部分。该特定的HPT是多级的，但本文中描述的原理也适用于单级涡轮。构思可应用于多级构造中的所有级。
HPT 16包括第一级喷嘴26，该第一级喷嘴26包括多个沿周向间隔的翼型形状的第一级导叶28，第一级导叶28支承在弓形分节段的第一级内带30与弓形分节段的第一级外带32之间。第一级导叶28、第一级内带30和第一级外带32布置成多个沿周向邻接的喷嘴节段，这些喷嘴节段共同形成完整的组件。第一级内带30和第一级外带32分别限定对于流过第一级喷嘴26的热气流的外径向流径边界和内径向流径边界。第一级导叶28构造成使得最佳地将燃烧气体引导到转子34。
转子34包括从盘38向外延伸的翼型形状的涡轮叶片36的阵列，盘38围绕发动机10的中心线轴线11旋转。包括多个护罩节段42的护罩组件40布置成使得紧密地包绕涡轮叶片36的末端44，且从而限定对于流过转子34的热气流的外径向流径边界。护罩节段42由环形HPT壳43(图2)包绕和支承。
第二级喷嘴46定位在转子34的下游，且包括多个沿周向间隔的翼型形状的第二级导叶48，第二级导叶48支承在弓形分节段的第二级内带50与弓形分节段的第二级外带52之间。第二级导叶48、第二级内带50和第二级外带52布置成多个沿周向邻接的喷嘴节段，这些喷嘴节段共同形成完整的组件。第二级内带50和第二级外带52分别限定对于流过第二级涡轮喷嘴46的热气流的内径向流径边界和外径向流径边界。
在叶片末端44与护罩节段42之间存在径向末端间隙“C”。大体上期望间隙C尽可能小以最大限度地提高HPT 16的效率，同时还避免涡轮叶片34与护罩节段42之间的干涉(“摩擦”)。末端间隙C具有在组装下的静态值，该值由各个构件的尺寸和相对位置限定。在发动机操作期间，发动机构造所固有的许多因素可引起末端间隙C大体上以围绕护罩组件40圆周的一致的方式从静态值改变。此类因素的示例包括：护罩组件40的热增长、转子34的热增长，以及涡轮叶片36上的离心负载。另外，已知使用未示出的主动间隙控制系统(“ACC”)来操纵末端间隙C。
除了上文描述的大体上一致的末端间隙变化之外，末端间隙C可不一致地变化。例如，已知转子34的偏心引起围绕护罩组件40的圆周的末端间隙C的局部变化。可变间隙的另一可能原因是涡轮壳43(图2)中的热变形。局部末端间隙变化引起叶片末端44与护罩节段42之间的空间中的流径气压上的周向变化。较小的间隙产生较高的压力，且较大的间隙产生较低的压力。那些压力变化造成上文描述的Alford涡动。
为了减小或防止Alford涡动，护罩组件40的单独护罩节段42可构造成使得每当流径压力超过预定阈值(即，由于局部闭合的末端间隙C)时它们具有沿径向向外移动的自由。该向外移动引起高压区域中末端间隙C开放，减轻Alford涡动力。提供偏置器件以在压力正常时将护罩节段保持在中性位置中。本文中描述浮动护罩组件的若干示例性实施例。
图2更详细地示出护罩组件40的一个实施例。每个护罩节段42包括基部54，基部54具有面向叶片末端44的流径表面56和相反的后侧表面58。流径表面56限定主发动机流径的一部分。流径表面56具有表面积“A1”。前壁60和后壁62分别从后侧表面58沿径向向外延伸。前壁60包括前凸缘64。后壁62包括后凸缘66。将理解的是，前壁60和后壁62可通过沿径向向外延伸的间隔开的侧壁(未示出)互连，以限定护罩腔。后侧表面58具有表面积“A2”。
护罩节段42由一个或多个弓形护罩吊架68的阵列支承。单独的护罩吊架68可支承一个或多个单独的护罩节段42。护罩吊架68为整体构件，且具有弓形本体70，该弓形本体70带有相反的内面72和外面74以及相反的前端76和后端78。具有带有轴向和径向腿部的大体上L形截面的前安装轨道80在前端76处或附近从外面74延伸。具有大体上L形截面的后安装轨道82在后端78处或附近从外面74延伸。前安装轨道80和后安装轨道82用来将护罩吊架68固定到HPT壳43或其它结构支承元件。
具有大体上L形截面的前钩84在前端76处或附近从内面72沿径向向内延伸。具有大体上L形截面的后钩86在后端78处或附近从内面72沿径向向内延伸。
前钩84沿轴向叠盖护罩节段42的前凸缘64。后钩86沿轴向叠盖护罩节段42的后凸缘66。护罩节段42和护罩吊架68的尺寸选择成使得护罩节段42具有相对于护罩吊架68在径向方向上移动的一定自由，以在第一径向内侧位置(如图2中看到的)与第二径向外侧位置(由虚线示出)之间移动。
在示出的示例中，带有L形截面的大体上弓形的托架88邻近后凸缘66设置，且作用于将护罩节段42保持在适当的轴向位置中，以及允许组装和拆卸护罩节段42。托架88由C形截面的大体上弓形的保持器90(通常被称为C形夹)固定到护罩吊架68。托架88和保持器90可采取带有用于热膨胀的间隙的单个环的形式，或可包括多个弓形节段。
护罩压室92限定在护罩吊架68与护罩节段42之间。在护罩吊架68中形成一个或多个供应孔94。在操作中，将来自发动机内的源的冷却空气(例如压缩机放气“B”(见图1))传送到供应孔94。它随后流入护罩压室92，在该处它用于冷却和/或加压。
提供偏置器件以将护罩节段42在预定的径向方向上(向内或向外)偏置或推动。在示出的示例中，偏置器件将护罩节段42沿径向向内朝上文描述的第一位置推动，该第一位置是护罩节段42的移动的沿径向向内的极限。在示出的示例中，偏置器件包括设置在前壁60与护罩吊架68之间的一个或多个弹簧96，以及设置在后壁62与护罩吊架68之间的一个或多个弹簧96。螺旋型压缩弹簧作为示例示出，但将理解的是，可使用带有适当的尺寸、材料特性和弹簧常数“k”的任何类型的弹簧。虽然实质上所有材料展示出一定程度的弹性变位(deflection)，将理解的是，偏置器件的有效弹簧常数将基本上小于周围构件(诸如护罩吊架68和/或护罩节段42)的任何弹性模量或有效弹簧常数。以另一方式陈述，出于本发明的目的，护罩节段42和护罩吊架68基本上是刚性的，且预期将不会响应于下文描述的气压的平衡来变形或变位到任何显著的程度。换句话说，组件出于减小Alford涡动的目的的有意移动将主要限于护罩节段42作为整体的径向移动(如下文详细描述的，其通过偏置器件的变位来平衡)。
在操作中，以第一静压“Pp”下的加压空气(例如压缩机放气98(见图1))供应护罩压室92。该压力在护罩节段42上施加向内引导的力“Fp”，其中Fp＝Pp*A2。
弹簧96或其它偏置元件施加向内引导的力“Fsp”，其限定为Fsp=kx，其中k为弹簧常数，且x为从弹簧96的自由长度的变位。
同时，流径表面56暴露于第二静压“Pfp”下的流径空气。该压力施加向外引导的力“Ffp”，其中Ffp=Pfp*A1。压力Pfp(和因此力Ffp)沿周向变化，其中峰值压力Pfp的周向位置以涡动频率围绕中心线轴线11沿轨道运行。
“冷侧”力(Fp+Fsp)与“热侧”力(Ffp)之间的平衡确定护罩节段42的径向位置。
在一种状况下，Ffp小于Fp+Fsp，且护罩节段位置是标称的。
在另一状况下，Ffp大于Fp+Fsp，且护罩节段42被迫向外，使间隙“C”开放。这具有减轻(降低)涡轮叶片36的末端44处的流径气压的效果，且因此减小造成Alford涡动的力。在峰值压力的周向位置经过护罩节段42时，热侧力下降到冷侧力以下，且护罩节段42返回到标称的内侧位置。该过程在转子34旋转时继续，其中护罩组件40的每个邻近的护罩节段42能够单独地响应于流径压力上的增加。
大体上，在高发动机功率下Alford涡动呈现最大的问题(不平衡的转矩与涡轮中的物理压力成正比，该物理压力在高发动机功率状况下最高)。优选地，偏置器件选择成使得在较低功率设置(例如飞行器巡航飞行)下冷侧力将护罩节段42保持在标称位置中，大体上至少在内侧极限。
图3示出备选的护罩组件140，护罩组件140在构造上类似于上文描述的护罩组件40。未特别描述的护罩组件140的元件可认为与护罩组件40的对应元件相同。
护罩组件包括护罩节段142的环形阵列，护罩节段142各自包括基部154，该基部154具有面向叶片末端44的流径表面156和相反的后侧表面158。流径表面156具有第一表面积“A1”。前壁160和后壁162从后侧表面158沿径向向外延伸，且分别包括前凸缘164和后凸缘166。后侧表面158具有第二表面积“A2”。
护罩节段142由弓形护罩吊架168的阵列支承，弓形护罩吊架168继而由HPT壳43或其它结构支承元件支承。护罩吊架168包括相反的内面172和外面174以及相反的前端176和后端178。
具有大体上L形截面的前钩184在前端176处或附近从内面172沿径向向内延伸。具有大体上L形截面的后钩186在后端178处或附近从内面172沿径向向内延伸。
前钩184沿轴向叠盖护罩节段142的前凸缘164。后钩186沿轴向叠盖护罩节段142的后凸缘166。护罩节段142和护罩吊架168的尺寸选择成使得护罩节段142具有相对于护罩吊架168在径向方向上移动的一定自由，以在第一径向内侧位置(由虚线示出)与第二径向外侧位置(由实线示出)之间移动。
护罩压室192限定在护罩吊架168与护罩节段142之间。在护罩吊架168中形成一个或多个供应孔194。在操作中，将来自发动机内的源的冷却空气(例如压缩机放气)传送到供应孔194。它随后流入护罩压室192，在该处它用于冷却和/或加压。
提供偏置器件以将护罩节段142在预定的径向方向上(向内或向外)偏置或推动。在示出的示例中，偏置器件将护罩节段142沿径向向外朝上文描述的第二位置推动，该第二位置是护罩节段142的移动的沿径向外部的极限。在示出的示例中，偏置器件包括设置在前壁160与护罩吊架168之间的一个或多个弹簧196，以及设置在后壁162与护罩吊架168之间的一个或多个弹簧196。螺旋型压缩弹簧作为示例示出，但将理解的是，可使用带有适当的尺寸、材料特性和弹簧常数“k”的任何类型的弹簧。
在操作中，以第一静压“Pp”下的加压空气(例如压缩机放气B(见图1))供应护罩压室192。该压力在护罩节段142上施加向内引导的力“Fp”，其中Fp＝Pp*A2。
弹簧196或其它偏置元件施加向外引导的力“Fsp”，其限定为Fsp=kx，其中k为弹簧常数，且x为从弹簧196的自由长度的变位。
在该实施例中，与图2实施例对比，弹簧196与护罩压室192中的压力相反地作用。实际上，这使护罩节段142更容易移动到外侧位置。在压室压力Fp始终大于流径压力Ffp的情况下，该布置可为期望的或必要的。
图4示出另一备选的护罩组件240，护罩组件240在构造上类似于上文描述的护罩组件40。未特别描述的护罩组件240的元件可认为与护罩组件40的对应元件相同。
护罩组件240包括护罩节段242的环形阵列，护罩节段242各自包括基部254，该基部254具有面向叶片末端44的流径表面256和相反的后侧表面258。流径表面256具有表面积“A3”。前壁260和后壁262从后侧表面258沿径向向外延伸，且分别包括前凸缘264和后凸缘266。外缸267从后侧表面258延伸。外缸267在其外侧端处是开放的，且在其内侧端处与后侧表面258连通。外缸267包围具有表面积“A4”的后侧表面258的一部分，表面积“A4”小于流径表面256的表面积A3。
护罩节段242由弓形护罩吊架268的阵列支承，弓形护罩吊架268继而由HPT壳或其它结构支承元件(未示出)支承。护罩吊架268包括相反的内面272和外面274以及相反的前端276和后端278。
内缸279从内面272延伸。内缸279在其内侧处是开放的，且在其外侧端处与内面272连通。内缸279以滑动配合接纳于护罩节段242的外缸267中。可提供密封唇281或类似结构以最大限度地减小内缸279与外缸267之间的空气泄漏。外缸267和内缸279共同限定活塞缸设备。将理解的是，活塞缸设备的两个部件要起作用实际上不需要是圆柱形的。例如，两个元件可具有椭圆形或多边形的截面形状。
具有大体上L形截面的前钩284在前端276处或附近从内面272沿径向向内延伸。具有大体上L形截面的后钩286在后端278处或附近从内面272沿径向向内延伸。
前钩284沿轴向叠盖护罩节段242的前凸缘264。后钩286沿轴向叠盖护罩节段242的后凸缘266。护罩节段242和护罩吊架268的尺寸选择成使得护罩节段242具有相对于护罩吊架268在径向方向上移动的一定自由，以在第一径向内侧位置与第二径向外侧位置(由虚线示出)之间移动。
护罩压室292限定在护罩吊架268与护罩节段242之间。护罩压室292可封离周围的副流径，例如通过密封唇293。在护罩吊架268中形成一个或多个供应孔294，该一个或多个供应孔294与内缸279流动连通。在操作中，将来自发动机内的源的冷却空气(例如压缩机放气)传送到供应孔294。
提供偏置器件以将护罩节段242在预定的径向方向上(向内或向外)偏置或推动。在示出的示例中，偏置器件将护罩节段242沿径向向内朝上文描述的第一位置推动，该第一位置是护罩节段242的移动的沿径向向内的极限。在示出的示例中，偏置器件包括设置在前壁260与护罩吊架268之间的一个或多个弹簧296，以及设置在后壁262与护罩吊架268之间的一个或多个弹簧296。螺旋型压缩弹簧作为示例示出，但将理解的是，可使用带有适当的尺寸、材料特性和弹簧常数“k”的任何类型的弹簧。
在操作中，以第一静压“Pp”下的加压空气(例如压缩机放气)供应内缸279。该压力在护罩节段242上施加向内引导的力“Fp”，其中Fp＝Pp*A4。
护罩节段242的操作以及响应于冷侧力和热侧力的平衡的径向移动基本上如上文对于图2实施例所描述的，差异在于，压室压力Pp在基本上比流径表面256的表面积A3小的表面积A4上操作。实际上，这使护罩节段242更容易移动到外侧位置。在压室压力Fp始终大于流径压力Ffp的情况下，该布置可为期望的或必要的。
可选择表面积比A4/A3，以在护罩节段242上产生期望的力的平衡。假定仔细选择，可能可消除弹簧296，从而以“纯气动”模式控制护罩节段242的位置。
图5示出备选的护罩组件340，护罩组件340在构造上类似于上文描述的护罩组件40。未特别描述的护罩组件340的元件可认为与护罩组件40的对应元件相同。
护罩组件包括护罩节段342的环形阵列，护罩节段342各自包括基部354，该基部354具有面向叶片末端44的流径表面356和相反的后侧表面358。流径表面356具有第一表面积“A1”。前壁360和后壁362从后侧表面358沿径向向外延伸，且分别包括前凸缘364和后凸缘366，后侧表面358具有第二表面积“A2”。
护罩节段342由弓形护罩吊架368的阵列支承，弓形护罩吊架368继而由HPT壳或其它结构支承元件支承。护罩吊架368包括相反的内面372和外面374以及相反的前端376和后端378。
具有大体上L形截面的前钩384在前端376处或附近从内面372沿径向向内延伸。具有大体上L形截面的后钩386在后端378处或附近从内面372沿径向向内延伸。
前钩384沿轴向叠盖护罩节段342的前凸缘364。后钩386沿轴向叠盖护罩节段342的后凸缘366。护罩节段342和护罩吊架368的尺寸选择成使得护罩节段342具有相对于护罩吊架368在径向方向上移动的一定自由，以在第一径向内侧位置与第二径向外侧位置(由虚线示出)之间移动。
护罩压室392限定在护罩吊架368与护罩节段342之间。护罩压室392可封离周围的副流径，例如通过密封唇393。
提供偏置器件以将护罩节段342在预定的径向方向上(向内或向外)偏置或推动。在示出的示例中，偏置器件将护罩节段342沿径向向内朝上文描述的第一位置推动，该第一位置是护罩节段342的移动的沿径向向内的极限。在示出的示例中，偏置器件包括设置在护罩节段342与护罩吊架368之间的一个或多个弹簧396。螺旋型压缩弹簧作为示例示出，但将理解的是，可使用带有适当的尺寸、材料特性和弹簧常数“k”的任何类型的弹簧。
弹簧396或其它偏置元件施加向内引导的力“Fsp”，其限定为Fsp=kx，其中k为弹簧常数，且x为从弹簧396的自由长度的变位。
护罩节段342的操作以及响应于冷侧力和热侧力的平衡的径向移动类似于上文对于图2实施例所描述的那样，差异在于，压室压力Pp最小，因为护罩压室392不主动加压。因此，基本上所有的冷侧力由偏置器件(例如弹簧396)来提供。描绘基本上较大的弹簧396(与图2实施例相比)来反映该差异。因为该实施例将向护罩节段342提供最小的主动冷却，它对于由有高温能力的材料(诸如陶瓷基质复合物(“CMC”))制成的护罩节段342可为最合适的。
本文中描述的护罩组件具有优于现有技术设计的若干优点。它在不需要显著增加发动机重量的情况下减轻Alford涡动。它可以以对现有护罩设计的简单修改来实现，且与ACC系统兼容。它以静态偏心和非同步偏心起作用；它动态地响应。
前述内容描述了一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件。在该说明书(包括任何附随的权利要求书、摘要和图)中公开的所有的特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有的步骤可以以除了其中此类特征和/或步骤中的至少一些是互斥的组合之外的任何组合来组合。
除非另外明确地陈述，否则在该说明书(包括任何附随的权利要求书、摘要和图)中公开的每个特征可由用于相同、等同或类似目的的备选特征来替换。因此，除非另外明确地陈述，否则所公开的每个特征仅为一般系列的等同或类似特征的一个示例。
本发明不限于前述(一个或多个)实施例的细节。本发明扩展到在该说明书(包括任何附随的权利要求书、摘要和图)中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件，包括：
至少一个护罩吊架；
护罩节段的环形阵列，其由所述至少一个护罩吊架承载且围绕发动机中心线轴线排列，所述护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向所述至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中所述护罩节段安装到所述至少一个护罩吊架，使得它能够响应于所述流径侧和所述后侧上存在的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及
偏置器件，所述偏置器件将所述护罩节段中的每个朝所述位置中的一个推动。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述偏置器件包括一个或多个弹簧。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述偏置器件布置成使得将所述护罩朝所述内侧位置推动。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述偏置器件布置成使得将所述护罩朝所述外侧位置推动。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述护罩节段中的每个和所述至少一个护罩吊架中的一个协作来限定护罩压室，每个护罩节段的所述后侧与相应的护罩压室流体连通。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述至少一个护罩吊架中的每个包括至少一个供应孔，所述至少一个供应孔设置成与所述相应的护罩压室流体连通。
7.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，每个护罩压室的内部密封以免与其外部流体连通。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述护罩节段包括陶瓷基质复合材料。
9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件还包括：活塞缸设备，所述活塞缸设备设置在每个护罩节段与所述至少一个护罩吊架中的一个之间；以及至少一个供应孔，所述至少一个供应孔设置成与所述活塞缸设备流体连通。
10.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机；
燃烧器，所述燃烧器设置在所述压缩机的下游；以及
涡轮，所述涡轮设置在所述燃烧器的下游，所述涡轮包括转子，所述转子具有承载多个涡轮叶片的可旋转盘，所述涡轮通过围绕发动机中心线轴线可旋转的轴来机械地连接到所述压缩机，所述涡轮还包括包绕所述转子的护罩组件，其中所述护罩组件包括：
至少一个护罩吊架，所述至少一个护罩吊架围绕所述中心线轴线排列；
护罩节段的环形阵列，其由所述至少一个护罩吊架承载，所述护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向所述至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中所述护罩节段安装到所述至少一个护罩吊架，使得它能够响应于所述流径侧和所述后侧上存在的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及
至少一个偏置元件，所述至少一个偏置元件将所述护罩节段中的每个朝所述位置中的一个推动。
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