CN111630252B - 涡轮护罩组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种涡轮机护罩组件，其包括形成涡轮机护罩(1)的多个护罩扇区(10)以及护罩支撑结构(3)，每个护罩扇区(10)具有沿着由护罩(1)的轴向方向(DA)和径向方向(DR)限定的截面，形成环形底座(12)的部分，该形成环形底座(12)的部分在径向方向(DR)上具有内表面(12a)和外表面(12b)，第一和第二凸起(14、16)从外表面(12b)伸出，所述结构(3)包括壳体(31)，第一和第二径向夹具(32、36)从该壳体(31)突出，第一与第二凸起(14、16)保持在第一和第二径向夹具(32、36)之间。组件包括环形凸缘(33)，该环形凸缘具有第一部分(333)和可移除地固定至第一径向夹具(32)上的第二部分(334)。

Description

涡轮护罩组件
技术领域
本发明涉及一种涡轮环组件，该涡轮环组件包括由陶瓷基质复合材料制成的多个环扇区以及环支撑结构。
本发明的应用领域尤其是航空燃气涡轮发动机的应用领域。然而，本发明可应用于其他涡轮发动机，例如工业涡轮。
背景技术
在完全金属涡轮环组件的情况下，必须冷却组件的所有元件，特别是冷却经受最热流的涡轮环。这种冷却对发动机的性能具有显著的影响，因为所使用的冷却流是从发动机的主流中取出的。此外，将金属用于涡轮环限制了增加涡轮处的温度的可能性，然而这将允许改善航空发动机的性能。
为了尝试解决这些问题，已经设想了生产由陶瓷基质复合(CMC)材料制成的涡轮环扇区，以便无需使用金属材料。
CMC材料具有良好的机械性能，使得它们适于构成结构元件并且有利地在高温下保持这些性能。CMC材料的实施有利地允许减少在运行过程中有待施加的冷却流并且因此提高这些涡轮发动机的性能。此外，CMC材料的实施有利地允许减小涡轮发动机的质量并且减小金属部件所遇到的热膨胀的影响。
然而，所提出的现有解决方案可以实现由CMC制成的环扇区与环支撑结构的金属附接部分的组件，这些附接部分经受热流。因此，这些金属附接部分经受热膨胀，这可能导致由CMC制成的环扇区的机械应力并且导致它们的脆化。
公开涡轮环组件的文件FR 2540939、GB 2480766、EP 1350927、US 2014/0271145、US 2012/082540以及FR 2955898也是已知的。
需要改进现有的涡轮环组件及其安装，并且特别是实施CMC材料的现有的涡轮组件，以便减小由CMC制成的环扇区在涡轮运行期间所经受的机械应力的强度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种允许以确定性的方式保持每个环扇区的涡轮环组件，即，以便控制其位置并且防止其开始振动，一方面，同时允许环扇区，以及通过延伸环，在温度升高和压力变化的作用下变形，并且这特别地独立于界面处的金属部件，并且另一方面，同时改进非流动路径扇区与流动路径扇区之间的密封，特别地，位于环的径向上部处的腔的密封。所有这些都是通过简化处理并且通过减少用于安装环组件的数量。
本发明进一步的目的在于提出一种配备有上游凸缘的涡轮环组件，该上游凸缘一方面使得有可能确保由环限定的腔的最佳密封，并且另一方面使得有可能有效地适应构成环冠的每个CMC环扇区的不同轴向长度。换言之，对于该第二点，环的上游部分与上游凸缘的凸耳之间的直线接触对于每个环扇区必须是有效的，尽管这些环扇区具有不同的宽度，但这些宽度确实受到制造公差的影响。
本发明的一个目的提出一种涡轮环组件，该涡轮组件包括由陶瓷基质复合材料制成的多个环扇区，这些环扇区形成涡轮环和环支撑结构，每个环扇区具有基于由涡轮环的轴向方向和径向方向限定的截面的形成环形底座的部分，该形成环形底座的部分在涡轮环的径向方向上具有限定涡轮环的径向内表面以及径向外表面，第一附接凸耳和第二附接凸耳从该径向外表面伸出，环支撑结构包括中央护罩，第一径向夹具和第二径向夹具从该中央护罩伸出，每个环扇区的第一附接凸耳和第二附接凸耳从该第一径向夹具和第二径向夹具保持。
根据目的的总体特征，涡轮环组件包括第一环形凸缘，该第一环形凸缘相对于旨在穿过涡轮环组件的空气流的方向布置在涡轮环和第一径向夹具的上游。第一环形凸缘具有第一自由端、与第一端相对的第二端、从第一端延伸的第一部分、以及在第一部分与第二端之间延伸的第二部分，第一凸缘的第一部分抵靠在涡轮环的第一附接凸耳上。第一凸缘的第二部分被固定至环支撑结构的中央护罩的第一径向夹具上，并且第一环形凸缘的第一部分包括多个径向狭缝，这些径向狭缝通向第一环形凸缘的第一端，从而界定第一环形凸缘的第一部分扇区。所述第一部分扇区在涡轮环的圆周方向上延伸。
集成第一完整分区的上游环形凸缘将允许第一分区的上游凸缘的每个扇区适于由CMC制成的面对的环的宽度，即适于每个环扇区的轴向长度。因此，消除了在环和第一上游凸缘之间的轴向泄露，特别是在直线轴承处的轴向泄露。然而，这种解决方案将会在每个分区的凸缘之间的扇区处引起显著的泄漏。并且即使例如密封接片的设备被放置成减轻这种朝向该环的外腔的泄露也是这种情况。
将第一环形凸缘直接一体化(换言之，非分区的凸缘)将允许确保由CMC制成的分区的环与环形壳体之间的轴向密封，特别是通过与第一上游凸缘是分区的情况相比避免扇区间泄漏。然而，第一上游环形凸缘的连续性，特别是在面向并非全部具有相同宽度(由于制造公差)的环扇区的直线轴承处的连续性将导致直线轴承处的显著泄漏。第一上游环形凸缘将不能充分地适应具有不同宽度的这些环形扇区。
根据本发明的第一环形凸缘的第一部分因此能够通过其不分区的环形构造，确保由CMC制成的分区的涡轮环与环形壳体之间的轴向密封。并且根据本发明的第一环形凸缘的第二部分的分区能够适应具有面向的涡轮环扇形的第一环形凸缘的每个第二部分扇区。以此方式，消除了在由CMC制成的涡轮环的轴向轴承处的泄漏。
因此配备有第一半-分区的环形凸缘的涡轮环组件因此允许总体地减少涡轮环的腔与外部之间的泄漏。
优选地，第一凸缘的第二部分被可移除地固定至环支撑结构的中央护罩的第一径向夹具上。
根据涡轮环组件的第一方面，对于每个径向狭缝，第一环形凸缘可以包括排放孔，并且每个径向狭缝一方面通向第一环形凸缘的第一端，并且另一方面通向排放孔。换言之，每个径向狭缝可以包括通向第一环形凸缘的第一端的第一端以及与径向狭缝的所述第一端相对并且通向排放孔的第二端。
第二分区的部分与第一凸缘的第一环形部分之间的过渡部分在下文中称为槽底。当第一半-分区的环形凸缘经受径向温度梯度时，槽底构成切向应力集中的所在地。在槽底的这些切向应力集中可引发裂缝且因此减少第一环形凸缘的使用寿命。
排放孔能够通过在排放孔周围扩散应力来显著地减小应力集中。
根据涡轮组件的第二方面，这些排放孔可以是具有包括在0.1mm至8mm之间并且优选地在1mm至5mm之间的直径的圆孔。
圆形排放孔的直径在减小应力中起关键作用，如图1中的曲线图所示，该图表示应力变化率随着排放孔直径的变化而变化，该变化率是相对于没有排放孔的第一上游环形凸缘来确定的。在该曲线图上，可以看出，添加高达5mm直径的排放孔能够降低最大应力水平的62％。因此，这些排放孔的添加能够确保第一环形凸缘在其经受径向温度梯度时的结构完整性。
在一个变体中，这些排放孔可以是椭圆形径向孔，即具有椭圆形形状的孔，该椭圆形形状具有在径向方向上延伸的长度以及在与径向方向正交的方向上的宽度，长度大于椭圆孔的宽度。
在另一个变体中，这些排放孔可以是切向的椭圆形孔，即具有椭圆形形状的孔，该椭圆形形状具有在径向方向上延伸的宽度以及在与径向方向正交的方向上的长度，换言之在切向方向上延伸的宽度，该长度大于椭圆形孔的宽度。
根据涡轮组件的第三方面，涡轮环组件进一步包括用于第一环形凸缘的每个径向狭缝的扇形间密封件，每个径向狭缝具有在径向方向上和在轴向方向上彼此平行的第一表面和第二表面，第一表面包括第一凹槽并且第二表面包括第二凹槽，该第二凹槽沿着径向狭缝与第一凹槽相对地延伸，相对于轴向方向上和径向方向上延伸的平面与第一凹槽对称。
插入这些径向狭缝中的这些扇区间密封件或密封接片能够减少环的腔处的泄漏。
根据涡轮环组件的第四方面，环组件进一步包括第二环形凸缘，该第二环形凸缘相对于旨在穿过涡轮环组件的空气流的方向布置在第一环形凸缘的上游，该第二环形凸缘具有第一自由端以及与该第一端相对的第二端，第二环形凸缘的第一端在轴向方向上远离第一环形凸缘的第一端，第一和第二环形凸缘的第二端可移除地固定至环支撑结构的中央护罩的第一径向夹具上。
在其自由端处与第一环形凸缘分离的第二环形凸缘能够为涡轮环组件提供上游凸缘，该上游凸缘专用于接受高压分配器(HPD)的力。涡轮环上游且与环没有任何接触的第二环形凸缘构造成将由HPD引起的最大轴向力直接传递到环支撑结构中，而不经过在由CMC制成时具有低机械容许性(allowability)的环。
的确，在第一环形凸缘与第二环形凸缘的第一端之间留出空间能够在与涡轮环相接触的第一环形凸缘的上游偏转由第二凸缘接收的力、并且经由第二环形凸缘的第二端将其直接朝向环支撑结构的中央护罩转移，而不影响第一环形凸缘并且因此不影响涡轮环。第一凸缘的第一端部不经受任何力，因此保持涡轮环不受该轴向力的影响。
HPD力经由第二环形凸缘的传递可以引起其倾斜。这种倾斜可以导致第二环形凸缘的低部分(即第一端)和第一环形凸缘的低部分(即第一端)与涡轮环之间的不受控制的接触，这将具有将HPD力直接传输至环的结果。
在一个变体中，第一凸缘的第二端和第二凸缘的第二端可以被接触止挡件分开。在第一和第二环形凸缘的第二端之间提供的接触止挡件能够避免在这个倾斜之后布置在第一凸缘上游的第二环形凸缘的下部分与第一环形凸缘的下部分之间的接触。因此避免了HPD力朝向环的直接传递。
此外，这些环形凸缘的可移除性质允许轴向进入涡轮环的腔。这允许在将该环形凸缘固定在环支撑结构的中央护罩上之前，将这些环扇区在环支撑结构的外部组装在一起并且然后将由此组装的组件轴向地滑动到环支撑结构的腔中，直到组件抵靠在第二径向夹具上。
在将涡轮环固定至环的支撑结构的运行期间，可以使用包括圆筒或环的工具，环扇区在它们的冠部组装期间被挤压或抽吸在圆筒或环上。
以上针对环组件限定的解决方案因此能够以确定的方式保持每个环扇区，即控制其位置并防止其振动，同时通过改进非流动路径扇区与流动路径扇区之间的密封，通过简化用于安装环组件的处理和减少它们的数量，以及通过使环在温度和压力的作用下变形，特别是独立于界面处的金属部件。
根据涡轮环组件的第五方面，第一凸缘在轴向方向上的厚度可小于第二凸缘在轴向方向上的厚度。
第一环形凸缘的纤细的第二端向旨在与环接触的支撑结构的上游部分提供柔性。
根据涡轮环组件的第六方面，环支撑结构的第二径向夹具具有第一自由端和固定至环支撑结构的中央护罩的第二端，第二径向夹具的第一端与涡轮环的第二附连凸耳相接触并且在轴向方向上的厚度大于第一环形凸缘的第一端的厚度。
控制环支撑结构与环的轴向接触处的刚性确保在所有情况下保持密封，而不会在环上引起过大的轴向力。环支撑结构的下游部分(特别是第二径向夹具的第一端，自由端)的增加的厚度，能够为环支撑结构的下游部分提供比环支撑结构的上游部分更大的刚度，环支撑结构的上游部分包括第一环形径向夹具以及第一和第二环形凸缘。在直线轴承的情况下，该增加的刚度能够减少在环和壳体(即环支撑结构)之间的下游轴向泄漏。
根据涡轮环组件的第七方面，基于由轴向方向和径向方向限定的截面，环扇区可以具有倒希腊字母π的截面，并且对于每个环扇区组件可以包括至少三个销，这些销用于将环扇区径向地保持在位，每个环扇区的第一附接凸耳和第二附接凸耳各自包括固定至环形底座的外表面上的第一端、第二自由端、用于容纳所述至少三个销的至少三个耳部，在涡轮环的径向方向上从第一或第二附接凸耳之一的第二端伸出的至少两个耳部、以及在涡轮环的径向方向上从另一个附接凸耳的第二端伸出的至少一个耳部，每个容纳耳部包括用于容纳这些销之一的孔。
根据涡轮环组件的第八方面，环扇区沿着由轴向方向和径向方向限定的截面可以具有细长的K形的截面，第一和第二附接凸耳具有S形。
根据涡轮环组件的第九方面，在环扇区的至少一个径向范围内，环扇区沿着由轴向方向和径向方向限定的截面可以具有O形截面，第一和第二附接凸耳各自具有固定至该外表面上的第一端和第二自由端，并且每个扇环包括第三和第四附接凸耳，该第三和第四附接凸耳在涡轮环的轴向方向上在在第一附接凸耳的第二端与第二附接凸耳的第二端之间延伸，每个环扇区通过固定螺钉固定至环支撑结构，所述固定螺钉包括抵靠在环支撑结构上的螺钉头部以及与在固定板中制成的攻丝配合的螺纹，固定板与第三和第四附接凸耳配合。环扇区进一步包括在中央护罩与第三和第四附接凸耳之间延伸的多个径向销。
本发明的另一个目的提出了一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括如以上限定的涡轮环组件。
附图说明
参考附图，通过阅读以下说明性而非限制性的内容将更好地理解本发明，其中：
-图1(已经呈现)呈现了施加在第一环形凸缘上的最大应力随着排放孔的直径而变化的曲线图；
-图2是根据本发明的涡轮环组件的第一实施方式的示意性透视图；
-图3是图2的涡轮环组件的示意性分解透视图；
-图4是图2的涡轮环组件的示意性截面视图；
-图5A和5B分别是图2的第一上游环形凸缘的局部示意性透视图和第一上游环形凸缘的部分的放大图；
-图6是图5A的第一上游环形凸缘基于截面VI-VI的示意性截面视图；
-图7是涡轮环组件的第二实施方式的示意性截面视图；
-图8呈现了涡轮环组件的第三实施方式的示意性截面视图。
具体实施方式
图2示出了高压涡轮环组件，其包括由陶瓷基质复合(CMC)材料制成的涡轮环1和金属环支撑结构3。涡轮环1围绕一组旋转叶片(未示出)。涡轮环1是由多个环扇区10形成的，图2是径向截面视图。箭头DA指示涡轮环1的轴向方向，而箭头DR指示涡轮环1的径向方向。出于简化呈现的原因，图2是实际上是完整环的涡轮环1的局部视图。
如图3和图4所示，这些图分别呈现了图2的涡轮环组件的示意性分解透视图和截面视图，截面视图是沿着包括径向方向DR和轴向方向DA的截面，每个环扇区10沿着由轴向方向DA和径向方向DR限定的平面具有基本上呈倒希腊字母π的形状的截面。截面实际上包括环形底座12以及对应的上游和下游径向附接凸耳14和16。术语“上游”和“下游”在此参照在图1中由箭头F表示的涡轮中的气体流的流动方向来使用。环扇区10的这些凸耳可以具有另一种形状，环扇区的截面具有不同于π的形状，例如像K或O形。
环形底座12沿着环1的径向方向DR具有彼此相对的内表面12a和外表面12b。环形底座12的内表面12a涂覆有由耐磨材料制成的层13以限定用于使气体流在涡轮中流动的流动路径。术语“内”和“外”在此参照涡轮中的径向方向DR来使用。
上游和下游径向附接凸耳14和16沿着方向DR在距环形底座12的上游端121和下游端122一定距离处从环形底座12的外表面12b伸出。上游和下游径向附接凸耳14和16在环扇区10的整个宽度上延伸，即在由环扇区10描述的圆的整个弧上延伸，或甚至在环扇区10的整个圆周长度上延伸。
在图2和图3中，所展示的涡轮环部分1包括由两个半环扇区10环绕的完整的环扇区10。为了更好地理解，在图3中完整的环扇区被标记为10a并且半环扇区被标记为10b。
如图2至图4所示，被固定至涡轮壳体上的环支撑结构3包括：中央护罩31，该中央护罩在轴向方向DA上延伸，并且具有在中央护罩31与涡轮环1被固定在一起时与涡轮环1的旋转轴线重合的旋转轴线，以及第一环形径向夹具32和第二环形径向夹具36，第一环形径向夹具32被定位在第二环形径向夹具36的上游，因此第二环形径向夹具36是在第一环形径向夹具32的下游。
第二环形径向夹具36在环1的圆周方向上延伸，并且沿着径向方向DR从中央护罩31朝向环1的中心延伸。它包括第一自由端361以及固定至中央护罩31上的第二端362。第二环形径向夹具36包括第一部分363、第二部分364以及包括在第一部分363与第二部分364之间的第三部分365。第一部分363在第一端361与第三部分365之间延伸，并且第二部分364在第三部分365与第二端362之间延伸。第二环形径向夹具36的第一部分363与下游径向附接夹具16相接触。与第二部分364的厚度相比，第一部分363和第三部分365具有增加的厚度，以便对第二径向夹具提供比特别地包括第一径向夹具32的上游部分增加的刚度，以便在直线轴承的情况下减少环的轴向泄露。
第一环形径向夹具32在环1的圆周方向上延伸，并且沿着径向方向DR从中央护罩31朝向环1的中心延伸。它包括固定至中央护罩31上的第一自由端321和第二端322。
如图1至图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34，两个环形凸缘33和34被可移除地固定在第一环形径向夹具32上。第一和第二环形凸缘33和34相对于涡轮中的气体流的流动方向F被布置在涡轮环1的上游。
第一环形凸缘33被布置在第二环形凸缘34的下游。第一环形凸缘33是一体的，而第二环形凸缘34可以被扇区化成第二凸缘34的多个环形扇区或是一体的。
第一环形凸缘33具有第一自由端331和可移除地固定至环支撑结构3的第二端332，并且更具体地固定至第一环形径向夹具32。此外，第一环形凸缘33具有第一部分333和第二部分334，第一部分333在第一端331与第二部分334之间延伸，并且第二部分334在第一部分333与第二端332之间延伸。
第二环形凸缘34具有第一自由端341和与第一端341相对并且与中央冠部31接触的第二端342。第二环形凸缘34的第二端342还可移除地固定至环支撑结构3，并且更具体地固定至第一环形径向夹具32。第二环形凸缘34还包括第一部分343和第二部分344，第一部分343在第一端341和第二部分344之间延伸，并且第二部分344在第一部分343和第二端342之间延伸。
当安装环组件1时，第一环形凸缘33的第一部分333抵靠组成涡轮环1的每个环扇区10的上游径向附接凸耳14，并且第一环形凸缘34的第二部分334抵靠第一环形径向夹具32的至少一部分。
第一和第二上游环形凸缘33和34被成形为具有彼此远离的第一部分333和343以及彼此接触的第二部分334和344，两个凸缘33和34使用固定螺钉60和螺母61可移除地固定在上游环形径向夹具32上，螺钉60穿过分别设置在两个上游凸缘33和34的第二部分334和344以及上游环形径向夹具32中的孔3340、3440和320。
第二环形凸缘34专用于接受高压分配器(HPD)施加在环组件1上的力，其通过将该力朝向在机械上更坚固的壳体线(即，朝向环支撑结构3的线，如由图4中呈现的力箭头E所示)传递实现。通过第一上游凸缘33的残余力减小，因为第一上游凸缘33的第一部分333具有减小的截面，并且因此更柔性，这允许将最小的力施加至CMC环1。
在轴向方向DA上，环支撑结构3的下游环形径向夹具36与第一上游环形凸缘33分隔开一定距离，该一定距离与上游和下游径向附接凸耳14和16的间距相对应，以便将它们保持在下游环形径向夹具36与第一上游凸缘33之间。
为了将这些环扇区10并且因此将涡轮环1与环支撑结构3保持在位，对于每个环形区10，该环组件包括与上游附接凸耳14和第一环形凸缘33配合的两个第一销119、以及与下游附接凸耳16和第二环形径向夹具36配合的两个第二销120。
对于每个对应的环扇区10，第一环形凸缘33的第一部分333包括用于容纳两个第一销119的两个孔3330，并且环形径向夹具36的第三部分365包括被配置成用于容纳两个第二销120的两个孔3650。
对于每个环扇区10，上游和下游径向附接凸耳14和16中的每一个包括固定至环形底座12的外表面12b上的第一端141和161以及第二自由端142和162。上游径向附接凸耳14的第二端142包括两个第一耳部17，每个第一耳部包括被配置成用于容纳第一销119的孔170。类似地，下游径向附接凸耳16的第二端162包括两个第二耳部18，这两个第二耳部各自包括被配置成用于容纳第二销120的孔180。第一耳部17和第二耳部18分别从上游径向附接凸耳14的第二端142和从下游径向附接凸耳16的第二端162以涡轮环1的径向方向DR伸出。
孔170和180可以是圆形或椭圆形的。优选地，该组孔170和180包括圆孔的部分和椭圆孔的部分。这些圆孔允许切向地关联这些环并且防止它们能够切向地移动(特别是在叶片接触的情况下)。椭圆形孔允许适应CMC和金属之间的差异膨胀。CMC的膨胀系数远低于金属的膨胀系数。因此，当为热的情况下时，环扇区的切线方向上的长度和面对的壳体部分的切线方向上的长度将不同。如果仅存在圆孔，则金属壳体将在由CMC制成的环上施加其位移，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允许销在该孔中滑动并且避免上述过应力现象。因此，可以设想两个钻孔式样：对于具有三个耳部的情况，第一钻孔式样将包括在径向附接夹具上的圆形孔和在另一径向附接夹具上的两个切向的椭圆形孔；而对于具有至少四个耳部的情况，第二钻孔式样将包括每次每个面对的径向附接夹具有圆形孔和椭圆形孔。也可以考虑其他辅助情况。
对于每个环扇区10，两个第一耳部17被定位在相对于涡轮环1的旋转轴线的两个不同的角位置处。类似地，对于每个环扇区10，两个第二耳部18被定位在相对于涡轮环1的旋转轴线的两个不同的角位置处。
每个环扇区10进一步包括直线轴承表面110，这些直线轴承表面被安装在第一环形凸缘33的表面上和第二环形径向夹具36的表面上，分别与上游径向附接凸耳14和下游径向附接凸耳16相接触，即在第一环形凸缘33的下游表面上和在第二环形径向夹具36的上游表面上。
直线轴承110位于用于容纳两个第一销119的孔3330下方，即沿径向方向在孔3330内部。
在一个变型中，直线轴承可被安装在上游和下游径向附接凸耳14和16的表面上，分别与第一上游环形凸缘33和下游环形径向夹具36相接触。
直线轴承110允许具有受控的密封区域。的确，一方面在第一上游环形凸缘33与上游径向附接凸耳14之间、并且另一方面在下游环形径向夹具36与下游径向附接凸耳16之间的轴承表面110被包括在同一直线平面中。
更具体地说，在径向平面上具有轴承允许克服涡轮环1的轴向倾斜的影响。实际上，在运行环的倾斜期间，直线轴承允许保持完整的密封线。
环1的径向保持是通过第一环形凸缘33来确保的，该第一环形凸缘33被压在环支撑结构3的第一环形径向夹具32上并且被压在上游径向附接凸耳14上。第一环形凸缘33确保环的流动路径腔与非流动路径腔之间的密封。
第二环形凸缘34通过径向表面接触确保HPD的下游部分、环支撑结构3或壳体与通过轴向表面接触第一环形凸缘33之间的连接。
环支撑结构3还包括径向销38，该径向销38允许以确定的方式将环压在低径向位置，即压向流动路径。实际上，在轴向销和环上的孔之间存在间隙，以补偿金属和由CMC制成的元件之间的差异膨胀，该差异膨胀发生在热模式中。这些径向销38与孔380配合，这些孔是沿着径向方向DR形成在环支撑结构3的中央冠部31中。
图5A和5B分别示出了图2的第一上游环形凸缘33的局部示意性透视图以及第一上游环形凸缘33的部分的放大图。
如图5A和5B所示，第一环形凸缘33的第一部分333具有从第一端331延伸的多个径向狭缝336。这些径向狭缝336具有第一端3361和与该第一端3361相对的第二端3362，第一端3361位于第二端3362的径向方向DR内侧。这些径向狭缝36的第一端3361通向第一环形凸缘33的第一端331。每个径向狭缝336具有在径向方向DR和轴向方向DA上彼此平行的第一表面3364和第二表面3364，第一表面3364与第二表面3364之间的距离(其对应于狭缝的切向厚度)可以包括在0.1mm至1mm之间。这些狭缝的径向长度可以包括在该上游凸缘的整个径向长度的10％至90％之间。短的径向狭缝长度促进了泄漏的减少，但是降低了凸缘的扇区相对于环扇区的适应能力。长的径向狭缝长度促进了凸缘的扇区相对于环扇区的适应，但是增加了泄漏的水平。
因此，每对相邻的径向狭缝336在两个相邻的径向狭缝336之间界定第一环形凸缘33的第一部分扇区337。每个第一部分扇区337具有环扇区的形状，即，由两个同心圆并具有不同半径的圆弧和两个直线区段形成的立方体，每个直线区段对应于包括在小圆弧与大圆弧之间的大圆弧的半径区段。每个第一部分扇区337独立于其他第一部分扇区337，因为径向狭缝36通向它们的第一端3361。
第一环形凸缘33进一步包括排放孔338，并且更特别地每个径向狭缝336包括排放孔338。每个排放孔338与径向狭缝36的第二端3362连通。换言之，每个排放孔338是在径向狭缝的第二端3362处产生在第一环形凸缘33中，以便径向狭缝的第二端3362通向对应的排放孔338。
在图2至图5B中所示的第一实施方式中，这些排放孔338是具有包括在1mm至5mm之间的直径的圆孔。
图6示出了图5A的第一上游环形凸缘沿截面VI-VI的示意性截面图。
截面VI-VI包括径向方向DR和轴向方向DA并且穿过第一环形凸缘33的径向狭缝336。
如图6所示，第一环形凸缘33包括用于每个径向狭缝336的扇区间密封件339。
每个径向狭缝336在径向狭缝336的任一侧上具有第一表面3364和第二表面3364。图6是穿过径向狭缝336截取的截面，仅示出了径向狭缝336表面3364。径向狭缝336的第一和第二表面3364彼此平行，即，它们在径向狭缝336的整个径向长度上被布置为彼此相对。
第一表面3364包括主要沿径向方向DR上延伸的第一凹槽3365。同样，第二表面包括主要沿径向方向DR延伸的第二凹槽。第二凹槽与第一凹槽3365相对延伸，并与第一凹槽3365相对于截面VI-VI对称。
径向狭缝336的第一和第二凹槽3365成形为容纳扇区间密封件339或密封条。扇区间密封件因此能够确保第一环形凸缘33的第一部分扇形333之间的密封。
图7呈现了涡轮环组件的第二实施方式的示意性截面图。
图7中所示的第二实施方式与图2至图6中示出的第一实施方式的不同之处在于，环扇区10在由轴向DA和径向DR方向限定的平面中具有K形扇区，该K形扇区包括环形底座12，该环形底座12沿着环的径向方向DR具有内表面12a，该内表面12a涂覆有层13，层13由形成热和环境屏障的耐磨材料制成并且限定了用于使气体流在涡轮中流动的流动路径。大致S形状的上下游径向附接凸耳140、160从环形底座12的外表面12b沿着径向方向DR在环形底座12的上下游周向端部121、122的上方延伸其整个宽度。
径向附接凸耳140和160具有第一端和第二自由端，第一端分别标记为1410和1610，该第一端被固定至环形底座12上，该第二自由端分别标记为1420和1620。上游和下游径向附接凸耳140和160的自由端1420和1620或者平行于环形底座12所延伸的平面(即沿着圆形平面)延伸，或者以直线的方式延伸，同时这些附接凸耳140和160环形地延伸。在端部是直线且附接凸耳是环形的该第二构造中，在运行期间环可能倾斜的情况下，表面轴承则变为线性轴承，该线性轴承提供比在点轴承的情况下更大的密封。下游径向附接凸耳160的第二端1620被保持在第二环形径向夹具36的一部分3610与相关联的螺钉38的自由端(即与螺钉头部相对的螺钉)之间，所述第二环形径向夹具36的一部分3610沿轴向方向DA从第二环形径向夹具36的第一端361沿与流F的方向相对的方向伸出。上游径向附接凸耳140的第二端1410被保持在第一环形凸缘33的一部分3310与相关联的螺钉38的自由端之间，所述第一环形凸缘33的一部分3310在轴向方向DA从第一环形凸缘33的第一端331沿流F的方向伸出。
图8呈现了涡轮环组件的第三实施方式的示意性截面图。
图8中示出的第三实施方式与图2至图6中示出的第一实施方式的不同之处在于，环扇区10在由轴向DA和径向DR方向限定的平面中、在环扇区10的部分上呈现O形扇区而不是倒π形状的扇区，环扇区10使用螺钉19和固定部件20被固定至环支撑结构3上，螺钉38被移除。
在图8所示的第三实施方式中，环扇区10包括在上游附接径向凸耳14与下游附接径向凸耳16之间延伸的轴向附接凸耳17'。轴向附接凸耳17'更具体地沿轴向方向DA在上游径向附接凸耳14的第二端142与下游径向附接凸耳16的第二端162之间延伸。
轴向附接凸耳17'包括由中央部分170'分开的上游端171'和下游端172'。轴向附接凸耳17'的上游端171'和下游端172'在径向方向DR上从它们所联接到的径向附接凸耳14、16的第二端142、162伸出，以便使轴向附接凸耳17'的中央部分170'相对于上游和下游径向附接凸耳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和固定部件20。固定部件20被固定至轴向附接凸耳17'。
固定部件20进一步包括孔21，该孔配备有与螺钉19的螺纹配合的攻丝以将固定部件20固定至螺钉19。螺钉19包括螺钉头部190，该螺钉头部190的直径大于在环的支撑结构3的中央护罩31中制成的孔39的直径，螺钉19在被拧到固定部件20上之前被插入穿过该孔。
环扇区10使用螺钉19径向地固定至环支撑结构3上，该螺钉的头部190抵在环支撑结构3的中央冠部31上，固定部件20拧接到螺钉19上并且固定至环扇区10的轴向附接凸耳17'上，螺钉头部190和固定部件20施加相对方向的力来将环1和环支撑结构3保持在一起。
在一个变体中，可以借助于挤压在轴向附接凸耳17'上的四个径向销来确保环的向下径向保持，并且可以借助于镐形头来确保环的向上径向保持，该镐形头被固定至螺钉19上，被放置在轴向附接凸耳17'与环形底座的外面12b之间的腔中的环下方。
在图7和图8所示的第二和第三实施方式中，第二环形凸缘34的第二端342包括在第二环形凸缘34与第一凸缘环形件33之间的轴向方向DA上伸出的接触止挡件340。在由HPD力引起的第二环形凸缘34的倾斜期间，接触止挡件340能够维持第一环形凸缘33的第一端331与第二环形凸缘34的第一端341之间的距离。
现在将描述一种用于制造涡轮环组件的方法，该涡轮环组件对应于图1所示的涡轮环组件，即根据图2至图6所示的第一实施方式。
上述每个环扇区10由陶瓷基质复合(CMC)材料通过形成具有形状接近环扇区形状的纤维预制件并且通过陶瓷基质使环扇区致密化而制成。
为了制备纤维预制件，可以使用陶瓷纤维纱或碳纤维纱。
纤维预制件有利地通过三维编织或多层编织制成，其中非互连区域的布置使得可以将预制件的对应于扇区10的附接凸耳14和16的部分间隔开。
编织可以是互锁类型的，如图所示。可以使用其他三维或多层织物，例如多帆布(multi-canvas)或多缎纹(multi-satin)织物。可以参考文献WO 2006/136755。
在编织之后，坯件可被成形以获得环扇区预制件，该环扇区预制件被陶瓷基质固结和致密化，致密化能够特别地通过本身公知的化学气相渗透(CVI)来实现。在一个变体中，该纺织品预制件可以通过CVI稍微固化，以便在通过纺织品中的毛细作用将液态硅拉高用于进行致密化(“熔体渗透”)之前，该纺织品预制件是足够刚性的。
在文献US 2012/0027572中特别地描述了制造CMC环扇区的详细示例。
环支撑结构3由诸如镍、钴或钛基合金的金属材料制成的部件。
通过将这些环扇区10安装在环支撑结构3上来继续制造涡轮环组件。
为此，这些环扇区10在环形“蜘蛛”型工具上被组装在一起；环形“蜘蛛”型工具包括例如吸盘，每个吸盘被配置成保持环扇区10。
然后，将两个第二销120插入设置在环支撑结构3的第二环形径向夹具36的第三部分365中的两个孔3650中。
然后，通过将每个第二销120插入构成环1的每个环扇区10的下游径向附接夹具16的第二耳部18的每个孔180中，将环1安装在环支撑结构3上。
然后，所有第一销119放置在孔170中，该孔170设置在环1的径向附接凸耳14的第一耳部17中。
然后，通过调整第一环形凸缘33将第一环形凸缘33的第二部分334放置成抵靠第一径向夹具并且将第一环形凸缘33的第一部分333的直线轴承110放置成抵靠第一附接凸耳14来定位第一环形凸缘33，以便第一销119被插入第一环形凸缘33的第一部分333的孔3330中。
然后，第二环形凸缘34抵靠第一环形凸缘33定位，然后，为了将两个上游凸缘33和34一起固定至环支撑结构3，将螺钉60插入同轴孔3440、3340和320(设置在第二上游凸缘34的第二部分344中、第一凸缘的第二部分334中和上游环形径向夹具32中)中，并且使用螺母61拧紧每个螺钉60。
环1因此使用第一环形凸缘33和第二环形径向夹具36在轴向上被保持在位，该第一环形凸缘和该第二环形径向夹具分别在上游和下游抵靠在它们对应的直线轴承表面110上。在安装第一环形凸缘33时，轴向预应力可施加到第一环形凸缘33和施加到上游径向附接凸耳14，以克服环1的CMC材料和环支撑结构3的金属之间的差异膨胀效应。第一环形凸缘33通过置于如图3中虚线所示上游的机械元件保持轴向应力。
使用与第一耳部17和第二耳部18以及第一环形凸缘33和环形径向夹具36的孔3340和3650配合的第一销119和第二销120将环1径向地保持在位。
本发明因此提供了一种涡轮环组件，其能够以确定的方式保持每个环扇区，同时一方面能够使环扇区且通过延伸环在温度升高和压力变化的作用下变形，且这特别地独立于界面处的金属部件，另一方面能够改进非流动路径扇区和流动路径扇区之间的密封，特别地改进位于环的径向上部处的腔的密封。所有这些都是通过简化处理并且通过减少用于安装环组件的数量。
本发明还提供了一种配备有上游凸缘的涡轮环组件，其使得可以一方面确保由该环限定的空腔的最佳密封并且另一方面有效地适应构成环冠部的每个CMC环扇区的不同轴向长度。换言之，对于该第二点，环的上游部分与上游凸缘的凸耳之间的直线接触对于每个环扇区必须是有效的，尽管这些环扇区具有不同的宽度，这些宽度确实受到制造公差的影响。

Claims (10)

1.一种涡轮环组件，其包括多个环扇区和环支撑结构，所述多个环扇区形成涡轮环且由陶瓷基质复合材料制成；每个环扇区具有沿着由涡轮环的轴向方向和径向方向限定的截面形成环形底座的部分，该形成环形底座的部分在涡轮环的径向方向上具有限定涡轮环的内表面的径向内表面以及径向外表面，第一和第二附接凸耳从该径向外表面伸出，环支撑结构包括中央护罩，第一和第二径向夹具从该中央护罩伸出，每个环扇区的第一和第二附接凸耳从第一和第二径向夹具保持，
所述涡轮环组件包括第一环形凸缘，该第一环形凸缘相对于旨在穿过涡轮环组件的空气流的方向被布置在涡轮环和第一径向夹具的上游，并且在径向方向上具有第一自由端、与该第一自由端相对的第二端、从第一自由端延伸的第一部分、以及在第一部分与第二端之间延伸的第二部分，
第一环形凸缘的第一部分抵靠在第一附接凸耳上，第一环形凸缘的第二部分被固定至环支撑结构的中央护罩的第一径向夹具上，以及
其特征在于，第一环形凸缘的第一部分包括多个径向狭缝，所述多个径向狭缝通向第一环形凸缘的第一自由端并且其界定第一环形凸缘的第一部分扇区，径向狭缝穿过轴向方向；其中，对于每个径向狭缝，第一环形凸缘包括排放孔，并且每个径向狭缝一方面通向第一环形凸缘的第一自由端，并且另一方面通向排放孔。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，排放孔是具有包括在0.5mm至8mm之间的直径的圆孔。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其进一步包括用于第一环形凸缘的每个径向狭缝的扇形间密封件，每个径向狭缝具有在径向方向上和在轴向方向上彼此平行的第一和第二表面，第一表面包括第一凹槽，并且第二表面包括第二凹槽，该第二凹槽沿着径向狭缝相对于在轴向方向和在径向方向上的平面与第一凹槽对称地延伸，扇形间密封件的第一部分被插入第一凹槽中，并且扇形间密封件的第二部分被插入第二凹槽中。
4.根据权利要求1或2所述的组件，其进一步包括第二环形凸缘，该第二环形凸缘相对于旨在穿过涡轮环组件的空气流的方向被布置在第一环形凸缘的上游，并且第二环形凸缘具有第一自由端和与该第一自由端相对的第二端，第二环形凸缘的第一自由端在轴向方向上远离第一环形凸缘的第一自由端，第一和第二环形凸缘的第二端可移除地固定至环支撑结构的中央护罩的第一径向夹具上。
5.根据权利要求4所述的组件，其中，第一凸缘在轴向方向上的厚度小于第二凸缘在轴向方向上的厚度。
6.根据权利要求4所述的组件，其中，环支撑结构的第二径向夹具具有第一自由端和固定至环支撑结构的中央护罩上的第二端，第二径向夹具的第一自由端与涡轮环的第二附接凸耳相接触并且在轴向方向上具有的厚度大于第一环形凸缘的第一自由端的厚度。
7.根据权利要求1或2所述的组件，其中，环扇区在基于由轴向方向和径向方向限定的截面具有π形截面，并且对于每个环扇区所述组件包括至少三个销，用于将环扇区径向地保持在位，每个环扇区的第一和第二附接凸耳各自包括固定至环形底座的外表面上的第一端、第二自由端、用于容纳所述至少三个销的至少三个耳部、在涡轮环的径向方向上从第一或第二附接凸耳之一的第二自由端伸出的至少两个耳部、以及在涡轮环的径向方向上从另一个附接凸耳的第二自由端伸出的至少一个耳部，每个容纳耳部包括用于容纳这些销之一的孔。
8.根据权利要求1或2所述的组件，其中，环扇区沿着由轴向方向和径向方向限定的截面具有K形截面，第一和第二附接凸耳具有S形状。
9.根据权利要求1或2所述的组件，其中环扇区沿着由轴向方向和径向方向限定的截面具有O形截面，第一和第二附接凸耳各自具有固定至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凸耳，该第三和第四附接凸耳在涡轮环的轴向方向上在第一附接凸耳的第二端与第二附接凸耳的第二端之间延伸，每个环扇区通过固定螺钉固定至环支撑结构上，该固定螺钉包括抵靠在环支撑结构上的螺钉头部以及与在固定板中制成的攻丝配合的螺纹，该固定板与第三和第四附接凸耳配合。
10.一种涡轮发动机，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的涡轮环组件。
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