CN111989463B - 由cmc制成的分配器，通过密封夹具提供应力释放 - Google Patents
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Abstract
一种涡轮发动机的涡轮(1)，包括壳体(4)和喷嘴级(2)，所述喷嘴级包括固定至所述壳体(4)的外部金属护罩(9)、内部金属护罩(5)和多个由陶瓷基体复合材料制成的环分段(20)，每个环分段都具有内平部台(24)、外部平台(26)和至少一个在外部平台(26)和内部平台(24)之间延伸并固定在其上的叶片(28)。每个分段(20)的内部平台(24)包括沿径向延伸的第一凸片和第二凸片(243、244)，所述第一凸片和第二凸片分别从所述内部平台(24)的上游端(2421)和下游端(2422)径向向内突出，并且所述内部护罩(5)包括在径向上向外突出并位于轴向上游并与所述第一凸片(243)抵接的肩部(5)，以及在所述肩部(53)下游的夹具，所述夹具包括两个钳爪(54、56)，所述钳爪径向向外延伸并在应力作用下彼此紧靠所述第二凸片(244)。
Description
发明背景
本发明涉及涡轮发动机，特别是航空涡轮发动机或工业涡轮，并且更具体地涉及由陶瓷基体或至少部分陶瓷基体复合材料(以下称为CMC材料)制成的涡轮喷嘴级。
本发明的应用领域特别是航空燃气涡轮发动机。然而，本发明可应用于其他涡轮发动机，例如工业涡轮。
随着涡轮发动机性能的提高和污染物排放的降低，人们越来越需要考虑更高的工作温度。
因此，对于涡轮发动机高温部分的元件，建议使用陶瓷基体复合材料(以下简称CMC)。
CMC材料通常由用耐火纤维(例如，碳或陶瓷纤维)制成的纤维增强件形成，该纤维增强件由陶瓷或至少部分陶瓷基体致密化。
这些材料具有显著的热结构特性，也就是说使它们能够构成结构元件的机械性质以及在高温下保持这些性质的能力。此外，CMC材料的密度远低于传统上用于涡轮发动机高温部分元件的金属材料。
因此，文献WO2010/061140、WO2010/116066和WO2011/080443描述了由CMC制成的具有集成平台和柱脚的CMC制成的涡轮发动机活动轮叶片的生产。在文献WO2010/146288、FR2979662和EP2443318中，也提出了将CMC材料用于涡轮喷嘴的建议。
传统的金属涡轮喷嘴级具有由多个组装的分段组成的冠形，每个分段包括内部平台、外部平台和多个在内部平台和外部平台之间延伸并固定在其上的叶片。并列的内部平台形成内部护罩，并列的外部平台形成外部护罩。内部护罩和外部护罩限定了喷嘴级中的气体流动路径。
引入由CMC制成的喷嘴级，例如高压喷嘴级，与金属喷嘴级相比，可以提高最高耐受温度，从而减少冷却空气的使用量。这样就可以提高涡轮发动机的性能。
然而，CMC由于其与金属截然不同的特性，对一些机械应力更为敏感。事实上，CMC具有更高的刚性和更低的扩展性。它的压缩性能更好，但是其容许的拉应力低于金属的拉应力。
此外，由于CMC和金属之间的热膨胀率差异，因此很难将CMC零件集成到金属环境中。在涡轮发动机中，尤其是在涡轮发动机的高压部分，这更加困难，因为环境非常热，这加剧了材料之间热膨胀系数的差异，在这个涡轮区域，高压喷嘴级所承受的空气动力也非常大。
CMC喷嘴级是已知的，例如涡轮喷嘴级包括固定在壳体上的外部支撑护罩、内部支撑护罩，以及多个CMC环分段，形成在外部支撑护罩和内部支撑护罩之间延伸的冠部。每个环分段承载在内部支撑护罩和外部支撑护罩上，并且包括内部平台、外部平台和至少一个在外部平台和内部平台之间延伸并固定在其上的叶片。
但是，需要改进关于用内护罩确定地固定CMC环分段的已知解决方案，特别是在至少轴向保持环分段和承受空气动力方面。
此外，在喷嘴级下方的壳体上径向施加了明显的压差。该壳体用于在转子和定子之间形成密封。这种压力变化是力的来源，如果将其施加在CMC上，则考虑到材料的可接纳性，该压力变化将过高。
还有一种如上所述的喷嘴级，还包括在两个平台之间的叶片内径向延伸的加强栓柱。
然而，这种解决方案通过栓柱同时承受与喷嘴级下压差有关的力和CMC冠部的空气动力。
文献FR3011271公开了一种用于将固定涡轮发动机部分与该涡轮发动机的涡轮的喷嘴根部连接的装置，该装置包括环形主体和两个固定在主体上并适于夹紧喷嘴根部的上游和下游环形凸缘。在装置内部温度差的作用下，两个环形凸缘中的至少一个通过形成膨胀或收缩槽而中断。
该装置形成夹持固定系统，以将涡轮间壳体机械地连接至低压涡轮的第一喷嘴级。该系统包括护罩、主体，将两个夹具连接在一起。该柔性部件允许补偿喷嘴相对于壳体的轴向移动，轴向移动主要由流道气体的力引起。
然而，这种系统不能够补偿喷嘴部件之间的相对运动，特别是切向相邻且非轴向相邻两个部件之间的膨胀变化，这种膨胀变化是由于CMC材料在低于金属膨胀系数下的存在而引起的。
因此，需要改善该解决方案的CMC喷嘴的确定性保持能力。
发明内容
本发明旨在克服上述缺点和困难，提出一种涡轮发动机的涡轮，包括至少部分由CMC制成的涡轮喷嘴级，所述涡轮喷嘴级的安装被简化，并适于以确定的方式固定其环分段，同时允许所述分段独立于界面处的金属部件变形，并保证所述喷嘴下方的空腔(即相对于所述喷嘴的径向内腔)和下游的空腔(即相对于气流方向位于所述喷嘴的轴向下游的空腔)之间的良好密封。
本发明的目的是提出一种涡轮发动机的涡轮，包括壳体和涡轮喷嘴级，所述涡轮喷嘴级包括由金属制成并固定至所述壳体的外部支撑护罩、由金属制成的内部支撑护罩以及多个由陶瓷基体复合材料制成的环分段，所述环分段形成冠部并且在所述外部支撑护罩和内部支撑护罩之间延伸，并且具有在所述内部护罩和外部护罩之间形成的流体流道，所述冠部限定轴向和径向。每个环分段具有形成所述内部护罩的一部分的内部平台、形成所述外部护罩的一部分的外部平台以及在所述外部平台和内部平台之间延伸的至少一个叶片，所述至少一个叶片固定到所述外部平台和外部平台。每个分段的外部平台包括配备有形成所述流体流道的外表面的内表面的第一部分，以及径向远离并且位于所述第一部分外部的第二部分，所述外部平台的第二部分固定至所述外部支撑护罩。
根据本发明的总体特征，每个分段的内部平台包括沿径向延伸的第一凸片和第二凸片，所述第一凸片和第二凸片分别从所述内部平台的上游轴向端和下游轴向端向内突出，并且所述内部支撑护罩包括在径向上向外突出的肩部以及在所述肩部轴向下游的夹具，所述肩部位于轴向上游并与所述第一凸片抵接，所述夹具包括两个钳爪，所述钳爪在径向上向外延伸并在应力作用下彼此紧靠所述内部平台的第二凸片。
将CMC分段固定到金属制成的外部支撑罩上，可以承受施加在叶片和平台上的气体力。
因此，尽管材料的膨胀发生变化，但是喷嘴级允许金属部件在热模式下保持每个CMC分段的良好强度，同时保证喷嘴下空腔和下游空腔之间的良好密封，尤其是使用整体环形部件。借助于下游侧的钳爪形成的夹具，喷嘴被保持在径向内侧。
将分段的内部平台保持在肩部和内部护罩的钳爪形成的夹具之间，可以在冷模式下对CMC分段施加预应力，尽管在分段的CMC和其他元素的金属之间存在差异膨胀，这仍可以在热模式保持夹紧。
因此，涡轮包括将每个CMC分段径向固定到外部金属支撑护罩上，以及轴向固定到包括外部护罩和内部护罩的支撑结构元件上，因此能够将喷嘴确定地保持在壳体上，这能够更好地控制位置和移位，进而控制间隙，这对于发动机的性能至关重要。
在涡轮的第一方面，内部支撑护罩的钳爪可以通过穿过两个钳爪并与螺母配合的螺钉固定在一起。
在涡轮的第二方面，内部支撑护罩还包括插入在两个钳爪之间的第一片环部分和第二片环部分，内部平台的每个第二凸片沿轴向在第一片环部分和第二片环部分之间构成。
第一片环部分和第二片环部分形成两个片冠部，所述片冠部设置在所述环分段的内部平台的第二凸片的任一侧，这使得能够保证良好的密封，同时由于交叉槽而保持一定的灵活性，从而避免在冷模式下使每个CMC分段承受过高的应力。
在涡轮的第三方面，第一片环部分优选形成第一片冠部，所述第一片冠部具有在所述第一片环部分之间径向延伸的第一空间，并且第二片环部分形成第二片冠部，所述第二片冠部具有在所述第二片环部分之间径向延伸的第二空间，所述第一空间和第二空间沿轴向偏移。
因此，第一片部分和第二片部分的交错能够保证在保持喷嘴的钳爪水平处的密封。
在涡轮的第四方面，两个钳爪中的第一钳爪通过中心部分固定到内部支撑护罩的肩部，并且两个钳爪的第二钳爪包括冠部，所述冠部配备有在所述冠部的径向长度的至少一部分上延伸的径向槽。
第二钳爪的冠部中的径向槽能够增加第二钳爪的灵活性。通过将这些径向槽与分隔两个CMC分段的间隙对齐，第二钳爪为每个CMC分段增加了灵活性。
第二钳爪可以完全分段的，以进一步释放应力。
在涡轮的第五方面，第二钳爪的径向槽相对于第二空间和/或相对于第一空间沿轴向偏移，以改善喷嘴级的密封。
在涡轮的第六方面，每个径向槽可将两个环分段与喷嘴级分开。
在涡轮的第七方面，所述每个CMC分段的至少一个叶片具有中空轮廓，所述中空轮廓限定在内部平台和外部平台之间延伸的内部壳体，每个分段的内部平台和外部平台均具有与所述至少一个叶片的所述内部壳体连通的孔口，并且所述喷嘴级的每个分段包括至少一个栓柱，所述栓柱穿过所述平台的孔口和所述至少一个叶片的内部壳体，所述栓柱固定至所述壳体，并与所述环分段和所述内部支撑护罩连接，所述连接能够是直接的或间接的。
如上所述，由于喷嘴级内部平台的上游和下游与连接在其上的壳体之间的压力差而产生额外的困难。该壳体用于在转子和定子之间形成密封。压力差可以达到2至50巴之间的值。这样会通过杠杆臂(即叶片)产生力矩，从而产生很大的力(特别是在抓握区域中，这是很大的应力来源)。这种压力变化是力的来源，如果将其施加在CMC上，则考虑到材料的可接纳性，该压力变化将过高。
栓柱允许提供一种从上方固定CMC喷嘴级的分段的装置，即固定至壳体的装置，同时使弯曲力矩最小化，由于栓柱通过环分段，弯曲长度减少了大约一半，由于根据本发明的喷嘴级不承担与内部护罩上的压力差有关的力，因此力已经大大减小。
因此，喷嘴级的每个分段都以确定的方式保持，也就是说，这样可以防止分段振动并控制其位置，同时允许分段在温度和压力的影响下变形，特别是与界面处的金属部件无关。
因此，根据本发明的涡轮允许喷嘴级不是通过CMC元件，而是通过比CMC元素具有更好可接纳性的金属栓柱来承受叶片上的流道中的压差力。
在涡轮的第八方面，栓柱可包括至少一个突出部分，所述突出部分在横向于径向的平面中延伸，栓柱沿着该径向延伸，并与叶片连接以将叶片保持在适当位置。
套筒限定了球形接头，从而可以在不改变分段在涡轮中的集成的情况下使气动力矩产生的力最小化。实际上，叶片内部由此形成的球形接头使叶片能够围绕栓柱定义的轴自由移动。
在涡轮的第九方面，每个分段的内部平台还可以包括从内部平台的下游端沿径向向内突出的第二径向凸片，通过在内部支撑护罩的所述肩部和夹具之间沿轴向方向挤压内部平台的第一径向凸片和第二径向凸片，将内部平台固定到内部支撑护罩，所述夹具包括两个钳爪，所述钳爪在径向上向外延伸并在应力作用下彼此紧靠所述内部平台的第二径向凸片。
或者，内部支撑护罩可以包括穿孔冠部以及安装冠部的保持环，穿孔冠部包括用于接收栓柱一端的孔口。
在涡轮的第十方面，栓柱可以是中空的，并且在其整个高度上包括穿孔，以输送冷却气流，所述气流从壳体输送到栓柱内部。
栓柱可由金属材料制成，以提供良好的机械强度，栓柱承担所有空气动力，将其传递到壳体上。
栓柱可以用任何其他材料制成。
每个分段可以包括多个叶片，其中至少一个叶片包括栓柱。
在涡轮的第十一方面，外部平台的第二部分、叶片和内部平台的第一凸片形成在陶瓷基体复合材料的单个编织部分中，这允许加强环分段的结构。
涡轮还可以包括至少一个位于外部平台的第一部分和第二部分之间的径向上的增强件，所述至少一个增强件包括抵靠所述第一部分的径向外表面的第一支承壁和抵靠所述第二部分的径向内表面的第二支承壁，所述至少一个增强件与所述外部平台的第二部分固定在外部支撑护罩上。
在第一部分和第二部分之间径向延伸的区域是机械负荷最大的区域，其中压力的杠杆臂最大。增强件在该区域形成平台的加厚部分，从而可以使其变硬并降低其中施加的应力。
外部平台的第二部分可使用至少一个组件固定到外部支撑护罩上，所述组件包括螺钉和螺母，所述螺钉穿过所述分段的外部平台和所述外部支撑护罩。
每个分段的外部平台的第二部分可以包括至少一个旋转基台元件，并且外部支撑护罩可以包括至少一个配置成与外部平台的旋转基台元件配合的互补旋转基台元件。
旋转基台因此使喷嘴级的定位和组装更容易，并承受围绕径向轴线的力矩。
旋转基台可由位于每个分段的外部平台的第二部分中的孔口和对于每个外部平台孔口从外部金属护罩径向向内突出的定心凸耳形成，所述定心凸耳被配置成每一个都与外部平台孔口配合，以将分段保持在喷嘴级的轴向和周向上的位置。
或者，旋转基台可由设置在每个环分段的外部平台的第二部分中的槽口和从外部金属护罩径向向内突出并配置为与所述槽口之一配合的基台形成。
外部平台的第一部分可以包括从外部平台的上游端沿径向向外突出的部分。
因此，所述径向部分允许改进流体流道的密封性。
本发明的目的还提供一种涡轮发动机，包括至少一个如上定义的涡轮。
本发明的另一个目的还提供一种飞行器，包括至少一个如上定义的涡轮发动机。
附图说明
参考附图，通过阅读以下内容，作为说明但不限于此，将更好地理解本发明，其中：
-图1是根据本发明的第一实施方式，在由环的径向和轴向限定的平面中的喷嘴级的环分段的示意图；
-图2示出了在由喷嘴级的轴向和周向限定的平面中的图1的环分段的截面图；
-图3示出了在由径向和轴向限定的平面中的图1的环分段的示意性截面图；
-图4是图1的环分段的分解示意图；
-图5示出了根据本发明的第二实施方式。
具体实施方式
图1是根据本发明的第一实施方式，在由喷嘴级的径向和轴向限定的平面中的喷嘴级的环分段的示意图。
图2至图4分别显示了由轴向和周向限定的平面内的截面图、由径向和轴向限定的平面内的截面示意图以及图1的环分段的分解示意图。
如图1部分地所示了，涡轮发动机，例如航空涡轮发动机的高压涡轮1，包括多个固定的喷嘴级2，这些喷嘴级2在涡轮1中气流F的流动方向上(图1中箭头所示)与活动轮交替排列，并安装在涡轮壳体4中。
每个活动轮包括多个叶片，叶片具有内部护罩，以及从内部护罩延伸并与之相连的至少一个叶身(blade)。在内部护罩的内侧，叶片通过接合在圆盘壳体中的根部延伸。在外侧，叶片尖端面对由环承载的耐磨材料，以确保叶片尖端的密封。
在本文中，术语“内在”或“内部”和“外在”或“外部”是指相对于涡轮1的旋转轴线的位置或定向，该旋转轴线定义了涡轮1的轴向DA。
活动轮的叶片可以是传统的金属叶片或由CMC材料制成的叶片，如文献WO2010/061140、WO2010/116066、WO2011/080443所述。
涡轮1的至少一个喷嘴级2是通过将几个由CMC材料制成的环分段20连接在一起以形成一个完整的环。箭头DA表示喷嘴级2的轴向，而箭头DR表示喷嘴级2的径向。
喷嘴级2的每个环分段20包括内部平台24、外部平台26和在内部平台24和外部平台26之间延伸并固定在其上的叶片28。或者，多个叶片可以在同一喷嘴分段的内部和外部平台之间延伸。一旦与涡轮1的壳体4组装在一起，环分段20形成单独的喷嘴冠部，所述喷嘴冠部具有由环分段20的内部平台24并列形成的内部护罩和由环分段20的外部平台26并列形成的外部护罩。
内部护罩和外部护罩在流体流道45之间形成，在涡轮1运行期间，气流F在其中流动。
在全文中，术语“上游”和“下游”是指由箭头指示的流体流道45中气流F的流动方向。
形成喷嘴级2的内部护罩的内部平台24都包括相互接触并固定至环分段20的第一部分241和第二部分242。第一部分241和第二部分242可以在通过气态过程进行固结期间，或在环分段的渗透操作期间，以不同的方式模制在一起或编织在一起或固定在一起，所述渗透操作称为“熔体渗透”并对应于通过液体处理过程中硅的增加，这是由于织物内部的毛细作用。
每个内部平台24都具有外表面24e，该外表面旨在与气流F接触，并且由内部平台24的径向向外定向的第一部分241的表面形成，因此径向朝向形成外部护罩的外部平台26布置。内部平台24还具有朝向涡轮1的旋转轴线布置的内表面24i，并且由内部平台24的径向向内定向的第二部分242的表面形成。
外部平台26均包括固定到环分段20的第一部分261和第二部分262。外部平台26的第一部分261和第二部分262可以在其设计期间被模制或编织或固定至环分段20。外部平台26均具有面向壳体4布置的外表面26e，该外表面26e由外部平台26的径向向外定向的第二部分262的表面形成。外部平台26还具有内表面26i，该内表面旨在与气流F接触，并且由外部平台26的径向向内定向的第一部分261的表面形成，因此径向朝向形成内部护罩的内部平台24布置，并面向涡轮1的旋转轴线。
由于环分段20形成喷嘴级2，因此每个环分段20的内部平台24具有外部护罩的一部分外表面和一部分内表面，并且每个环分段20的外部平台26也具有内护罩的一部分外表面和一部分内表面。每个环分段20的叶片28延伸到环分段20的内部平台24的外表面24e和环分段20的外部平台26的内表面26i之间，并且叶片28的延伸部分280也延伸到外部平台26的第一部分261和第二部分262之间。
喷嘴级2还包括内部支撑金属护罩5和外部金属护罩9，它们之间延伸由喷嘴级2的环分段20组装而形成的冠部。内部支撑金属护罩5固定在壳体4上。
内部支撑金属护罩5具有环形部分，所述环形部分沿轴向DA和周向DC延伸，并在沿轴向DA的每一端，即在上游端51和下游端52，包括上游连接凸片53和下游连接凸片54，所述上游连接凸片53和下游连接凸片54在径向DR上向外延伸，即朝向冠部的环分段20的内部平台24，尤其是朝向其内表面24i，并朝向外部金属护罩9延伸。
环分段20的内部平台24的第二部分242在轴向DA上具有上游端2421和下游端2422，上游端2421和下游端2422各自具有在径向DR向内突出的凸片243和244。
上游连接凸片53具有上游表面530和下游表面535，所述下游表面535抵靠环分段20的内部平台24的第二部分242的上游端2421，更具体地，抵靠从内部平台24的上游端241突出的上游凸片243的上游表面2430。
内部支撑金属护罩5还包括在下游连接凸片54的延伸部分中沿径向DR向内的突出部分55。径向向内的突出部分55和下游连接凸片54位于由径向DR和周向DC限定的同一径向平面中。
下游连接凸片54具有上游表面540和下游表面545。下游表面545通过第一片环部分71抵靠下游凸片244，下游凸片244形成于环分段20的内部平台24的下游端2422。因此，第一片环部分71插在下游凸片244和内部支撑金属护罩5的下游连接凸片54的下游表面545之间。
喷嘴级2包括多个第一片环部分71，共同形成第一片冠部，第一片冠部的两个第一片环部分71被第一分段间空间73隔开。
为了将内部平台24保持在适当位置，内部支撑金属护罩5还包括锁环56，该锁环可制成一个整体或沿圆周分段。锁环56包括在径向DR上延伸的平面上游表面560，其布置为面对连接凸片54的下游表面545和与上游表面560相对的下游表面565。上游表面560通过第二片环部分72抵靠下游凸片244。因此，第二片环部分72插入到下游凸片244和内部支撑金属护罩5的锁环56的上游表面560之间。
由于温度相对较高，锁环56由镍基材料或钴基材料制成。锁环56的材料的杨氏模量优选允许在柔度和刚度之间具有良好的折衷，从而不会对CMC施加过大的应力，也不会允许过多的移动。
喷嘴级2包括多个第二片环部分72，共同形成第二片冠部，第二片冠部的两个第二片环部分72被第二分段间空间74隔开。
锁环56使用螺钉57和螺母58固定，螺钉57分别通过在锁环56、第二片环部分72、第一片环部分71和内部支撑金属护罩5的径向向内的突出部分55上分别制造的四个同轴孔75至78，依次穿过锁环56、第二片环部分72、第一片环部分71和内部支撑金属护罩5的径向向内的突出部分55。孔75至78可以是圆形或椭圆形。
内部支撑金属护罩5被构造成通过螺母58和螺钉57将锁环56夹在内部支撑金属护罩5的径向向内的突出部分55上，从而允许从环分段20的内部平台24的下游端2422径向突出的下游凸片244夹在，一方面由下游连接凸片54形成的两个钳爪，和另一方面锁环56之间。
因此，内部平台24，尤其是其第二部分242，利用内部支撑金属护罩5的轴向夹具沿轴向DA被夹紧，所述轴向夹具由上游连接凸片53以及下游连接凸片54和锁环56形成的组件形成。该结构允许向每个环分段20施加下游轴向应力，以轴向保持环分段20在适当位置。
在图1至图4所示的第一实施方式中，内部支撑金属护罩5因此包括环形密封件70，该环形密封件70由第一片环部分71和第二片环部分72形成，并位于下游连接凸片54和下游凸片244之间，下游凸片244和锁环56之间，以及径向向内的突出部分55和锁环56之间。
第一片环部分71和第二片环部分72被布置成避免第一分段间空间73与第二分段间空间74沿着轴向DA对齐，第一片环部分和第二片环部分的交错可以确保CMC环分段下方的空腔(即在CMC环分段20的径向内侧，该空腔在图1中由C1标识)与分配环的下游空腔之间的密封(即在喷嘴级2的下游，该空腔在图1中由C2标识)。
此外，锁环56包括从锁环56的径向外端564延伸到冠部径向长度的一部分的径向槽562。锁环56的布置使得每个径向槽562分离喷嘴级2的两个环分段20。锁环56中的径向槽562允许增加其灵活性。
或者，锁环56可以包括较少数量的径向槽562，径向槽和锁环被布置成使得每个径向槽562将两对环分段20与喷嘴级2分离。因此，每两个环形分段20设置一个径向槽562。也就是说，两个连续的径向槽562将在周向上彼此分开，长度等于圆周方向上两个环分段的长度。
外部金属护罩9包括用于每个环分段20的定心凸耳90。定心凸耳90的形式为紧固或固定到外部金属护罩9上的销。外部金属护罩9沿径向DR具有内表面91和外表面92。定心凸耳90从内表面91沿径向DR向内延伸。
环分段20的外部平台26的第二部分262包括第一孔口263，该第一孔口263被配置成与外部金属护罩9的定心凸耳90配合。在组装喷嘴级2时，环分段20的外部平台26的外表面26e抵靠外部金属护罩9的内表面91，并且定心凸耳90穿过外部金属护罩9的相应孔口和外部平台26的第二部分262的第一孔口263。
此外，为了将环分段20固定到外部金属护罩9上，环分段的外部平台26的第二部分262包括第二孔口264，该第二孔口264旨在与螺钉95配合，该螺钉95通过外部金属护罩9的第一孔口93穿过外部金属护罩9和穿过环分段20的外部平台26的第二部分262的第二孔口264。螺钉95与螺母96配合，将外部金属护罩9和环分段20固定在一起。
相同环分段20的螺钉95和定心凸耳90位于环分段20的叶片28的延伸部分280的两侧，以改善环形分段围绕径向轴线的阻挡。同样，外部平台26的第二部分262的第二孔口264和第一孔口263位于环分段20的叶片28的延伸部分280的两侧。
如图2所示，每个叶片28具有中空轮廓，其内部壳体285在叶片28的整个高度上延伸，也就是说在环分段20的内部平台24和外部平台26之间延伸。每个环分段20的内部平台24包括孔口245，其形状与内部平台24延伸的平面上的内部壳体285的截面相对应。类似地，每个环分段20的外部平台26包括孔口265，其形状与内部平台24延伸的平面上的内部壳体285的截面相对应。内部平台24和外部平台26的孔口245和265是在叶片28的内部壳体285的延伸部分中制成。
叶片28的内部壳体285和内部平台24和外部平台26的孔口245和265可以连接到冷却系统，该冷却系统将冷却气流从壳体4向上输送到叶片28和内部平台24和外部平台26。
如图1至图4所示，对于每个环分段20，涡轮1还包括沿径向DR延伸的栓柱6。栓柱6包括支承在外部金属护罩9的外表面92上的栓柱头部61，以及从头部61沿径向方向DR向内突出的杆62，该杆62配置成穿过外部金属护罩9，叶片28的内部壳体285以及内部平台24和外部平台26的孔口245和265，孔口245和265与叶片28的内部壳体285对准。
栓柱6还包括在横向于径向DR的平面中延伸的突出部分63，栓柱6沿着径向DR延伸。在图示的实施方式中，栓柱6的突出部分63形成环形肩部，该环形肩部在栓柱6的一部分上延伸，该部分将位于叶片28的内部壳体285中。栓柱6的突出部分63形成突起，该突起至少一部分与叶片28接触以将叶片28保持在适当位置上。
此外，内部支撑护罩5包括配置为接收栓柱6的孔口500。每个栓柱6能够提供一种从上面固定CMC环分段20的设备，即该设备将CMC环分段20固定在壳体4上，同时使弯曲力矩最小化，因为由于栓柱6穿过环分段，弯曲长度减少了大约一半。因此，喷嘴级的每个环分段20都以确定的方式保持，也就是说，这样可以防止环分段20振动并控制其位置，同时允许环分段20在温度和压力的影响下变形，特别是与界面处的金属部件无关。
在每个环分段由若干叶片组成的情况下，涡轮将为每个喷嘴环分段最多包括相应数量的栓柱。
在图1至图4所示的实施方式中，环分段20的外部平台26还包括位于叶片28的延伸部分280的两侧并在外部平台26的第一部分261和第二部分262之间的第一和第二增强件266和267。两个增强件266和267中的每一个都包括第一壁，分别为2662和2672，抵靠外部平台26的第一部分261的径向外表面，即第一部分261的面向外部平台26的第二部分262的表面，以及第二壁，分别为2664和2674，抵靠外部平台26的第二部分261的径向内表面，即第二部分262的面向外部平台26的第一部分261的表面。
第一增强件266的第二壁2664包括旨在与外部平台26的第二部分262的第一孔口263同轴的孔口2666，并且定心凸耳90通过该孔口。第二增强件267的第二壁2674包括旨在与外部平台26的第二部分262的第二孔口264同轴的孔口2676，并且螺钉95穿过该孔口，螺母96支承在第二增强件267的第二壁2674的径向内表面上。
第一和第二增强件266和267可在通过气体过程的固结阶段或在“熔体渗透”操作期间添加，从而固定到环分段20。
在图1至图4所示的第一实施方式中，环分段20还包括在外部平台26的第二部分262和第一增强件266的第二壁2664中形成的槽口29，并且对于每个环分段20，外部金属护罩9包括基台94，所述基台被配置成与环分段20的外部平台26的槽口29配合。槽口29在包括轴向DA和周向DC的平面上延伸，而基台94在包含轴向DA和径向DR的平面上延伸。
此外，外部平台26的第一部分261包括限定气流F的流体流道45的外壁的主要部分2610和从第一部分261的上游轴向端2611沿径向DR向外突出的径向部分2615。
因此，本发明提供了一种涡轮发动机的涡轮，其包含CMC涡轮喷嘴级，该喷嘴级的安装被简化并适于以确定的方式保持环分段，同时允许环分段独立于界面处的金属部件变形。
Claims (12)
1.一种涡轮发动机的涡轮，包括壳体和涡轮喷嘴级，所述涡轮的喷嘴级包括由金属制成并固定至所述壳体的外部支撑护罩、由金属制成的内部支撑护罩以及多个由陶瓷基体复合材料制成的环分段，所述环分段形成冠部并且在所述外部支撑护罩和内部支撑护罩之间延伸，所述环分段限定轴向和径向，每个环分段具有固定至所述外部支撑护罩的内部平台和外部平台，以及至少一个叶片，所述叶片在所述外部平台和内部平台之间延伸并固定在其上，所述外部平台和内部平台限定流体流道，
其特征在于：
每个环分段的外部平台包括配备有形成所述流体流道的外表面的内表面的第一部分，以及径向远离并且位于所述第一部分外部的第二部分，所述外部平台的第二部分固定至所述外部支撑护罩，
具有第一增强孔口的第一增强件以及具有第二增强孔口的第二增强件，所述第一增强件和所述第二增强件分别设置在所述叶片的在所述外部平台的所述第一部分和所述第二部分之间径向延伸的部分的两侧，
- 其中，所述外部平台的第二部分还包括第一平台孔口和第二平台孔口，所述第一平台孔口与所述第一增强孔口共轴，所述外部支撑护罩的定心凸耳延伸穿过所述第一平台孔口，并且所述第二平台孔口与所述第二增强孔口共轴，螺钉延伸穿过所述第二平台孔口，
每个环分段的所述内部平台包括第一凸片和第二凸片，所述第一凸片和第二凸片分别从所述内部平台的上游轴端和下游轴端向内突出，并且
所述内部支撑护罩包括在径向上向外突出的肩部以及在所述肩部轴向下游的夹具，所述肩部位于第一凸片的轴向上游并与所述第一凸片抵接，所述夹具包括两个钳爪，所述钳爪在径向上向外延伸并在应力作用下彼此紧靠所述内部平台的第二凸片。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其中所述内部支撑护罩的钳爪通过穿过所述两个钳爪并与螺母配合的螺钉固定在一起。
3.根据权利要求1所述的涡轮，其中所述内部支撑护罩还包括插入在所述两个钳爪之间的第一片环部分和第二片环部分，所述内部平台的每个第二凸片沿轴向在所述第一片环部分和第二片环部分之间设置。
4.根据权利要求3所述的涡轮，其中所述第一片环部分形成第一片冠部，所述第一片冠部具有在所述第一片环部分之间径向延伸的第一空间，并且所述第二片环部分形成第二片冠部，所述第二片冠部具有在所述第二片环部分之间径向延伸的第二空间，所述第一空间和第二空间沿轴向偏移。
5.根据权利要求4所述的涡轮，其中所述两个钳爪中的第一钳爪通过中心部分固定到所述内部支撑护罩的肩部，并且所述两个钳爪中的第二钳爪包括冠部，所述第二钳爪的冠部配备有在所述第二钳爪的冠部的径向长度的至少一部分上延伸的径向槽。
6.根据权利要求5所述的涡轮，其中所述第二钳爪的径向槽相对于所述第二空间和/或相对于所述第一空间沿着所述轴向偏移。
7.根据权利要求5所述的涡轮，其中每个径向槽将所述喷嘴级的两个连续的环分段分开。
8.根据权利要求1所述的涡轮，其中每个环分段的所述至少一个叶片具有中空轮廓，所述中空轮廓限定在所述内部平台和外部平台之间延伸的内部壳体，每个环分段的所述内部平台和外部平台均具有与所述至少一个叶片的所述内部壳体连通的孔口，并且所述喷嘴级的每个环分段包括至少一个栓柱，所述栓柱穿过平台的所述孔口和所述至少一个叶片的内部壳体，所述栓柱固定至所述壳体，并与所述环分段和所述内部支撑护罩连接。
9.根据权利要求8所述的涡轮，其中所述栓柱包括至少一个在轴向上突出的部分，所述部分与所述叶片连接，以将所述叶片保持在适当的位置。
10.根据权利要求8所述的涡轮，其中所述内部支撑护罩包括穿孔冠部，所述穿孔冠部包括用于接收所述栓柱一端的孔口，以及安装所述穿孔冠部的保持环。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的涡轮，其中所述外部平台、叶片和内部平台形成为陶瓷基体复合材料的单个编织部件。
12.一种涡轮发动机，包括至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的涡轮发动机的涡轮。
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