CN113260771A - 涡轮环组件的组装和拆卸方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的是一种涡轮环组件的组装/拆卸方法，所述涡轮环组件包括由陶瓷基复合材料制成的涡轮环(1)以及由金属制成的环支撑结构(3)，所述环支撑结构(3)配备有中心护罩(31)以及至少一个环形板(33)，所述环形板(33)由单件制成，并相对于穿过所述组件的气流方向(F)布置在所述环(1)的上游，所述板(33)沿径向方向(DR)具有第一自由端(331)以及与第一端(331)相对的第二端(332)，该第二端可移除地紧固到第一径向凸缘(32)上并结合在中心护罩(31)上。所述组装/拆卸方法包括，在组装/拆卸该板(33)之前，使中心护罩(31)和/或至少一个环形板(33)变形的步骤。

Description

涡轮环组件的组装和拆卸方法
技术领域
本发明涉及一种涡轮环组件，其包括陶瓷基复合材料的多个环扇区，以及环支撑结构，更具体说是涉及一种涡轮环组件的组装和拆卸方法。
本发明的应用领域具体为航空燃气涡轮发动机领域。然而，本发明也适用于其他涡轮机，例如工业涡轮。
背景技术
对于完全金属的涡轮环组件，有必要冷却该组件的所有元件，特别是承受最热气流的涡轮环。该冷却对发动机的性能具有重大影响，因为从发动机的主流抽出了所使用的冷却流。此外，对于涡轮环使用金属限制了在涡轮处增加温度的可能性，然而这会允许改进航空发动机的性能。
为了尝试解决这些问题，人们已经设想了制备陶瓷基复合材料(CMC)的环扇区。
CMC材料具有良好的机械性能，这使得它们适用于构成结构元件，并且有利地在高温下保持这些性能。CMC材料的使用已经有利地允许减少运行过程中施加的冷却流，并且因此改进了涡轮机的性能。此外，CMC材料的使用有利地允许减少涡轮机的质量，并减少金属部件遭遇的热膨胀效应。
然而，所提出的现有解决方案可以实现将具有金属紧固部件的CMC环扇区组装到环支撑结构，这些紧固部件受到热气流的影响。因此，这些金属紧固部件承受了热膨胀，这可能导致CMC环扇区的机械应力，并削弱后者。
此外，文献FR 2 540 939，GB 2 480 766，EP 1 350 927，US 2014/0271145，US2012/082540和FR 2 955 898是已知的，它们公开了涡轮环组件。
需要改进现有涡轮环组件的组装/拆卸，特别是包括CMC材料的现有涡轮环组件，以降低CMC环扇区在涡轮运行过程中承受的机械应力强度。
使用一种包括CMC环和金属环支撑结构的涡轮环组件是众所周知的，除此之外，所述环支撑结构包括中心护罩，下游径向凸缘和上游径向凸缘从所述中心护罩延伸，在所述下游径向凸缘和上游径向凸缘之间保持有所述环以及一种在径向凸缘的上游冷缩配合在中心护罩上的环形涡轮板。
该冷缩配合允许在中心护罩和环形板之间保持径向接触，从而确保在所有操作点处的径向接触，并且因此允许良好的径向定位。
然而，该冷缩配合可能地相对很大(直径从几千分之几毫米到一毫米)，在环的组装或拆卸过程中会产生问题。事实上，由于CMC环及其紧固技术的低机械允许值，需要能够以受控的方式将环形板滑入壳体中。由于组装和拆卸对于实施检查很有必要，更是如此，例如在试验范围内，或者用于在飞机上使用环组件时更换部件。
对于由冷缩配合所施加的应力，不可能常规地推拉部件以使它们组装或抽出。事实上，在这种类型的组装构造中，直接地推或拉部件会是磨损、划痕或变形的来源，这会产生不可接受的情况。
发明内容
本发明旨在提出一种涡轮环组件的组装或拆卸方法，允许消除与所述至少一个板与涡轮环组件的环支撑结构的中心护罩的冷缩配合有关的应力，所述涡轮环组件允许确定地保持每个环扇区，即，保持其定位并避免使其振动，一方面同时允许环扇区以及通过延伸允许环在温度增加和压力变化的影响下变形，并且这特别地独立于界面金属部件，一方面同时改进了流外侧的扇区和流扇区之间的密封性，特别地定位在环的径向上部的空腔的密封性。一直简化了操作并且减少了环组件的组装数量。
本发明的一个目的提出了一种涡轮环组件的组装方法，所述涡轮环组件包括陶瓷基复合材料的涡轮环以及金属的环支撑结构，所述环支撑结构配备有中心护罩，从所述中心护罩突出有第一和第二径向凸缘，从所述第一和第二径向凸缘固定所述环，并且配备有相对于旨在穿过涡轮环组件的气流方向定位在涡轮环和第一径向凸缘上游的至少一个单件环形板，所述至少一个环形板沿径向方向具有第一自由端以及与所述第一端相对的第二端，所述第二端一方面可移除地附接到所述第一径向凸缘，并且另一方面冷缩配合到所述环支撑结构的中心护罩。
根据本发明的通用特征，所述组装方法包括，在将所述至少一个环形板组装到所述环支撑结构之前，通过加热所述中心护罩和/或通过冷却所述至少一个板而使所述环支撑结构径向变形的步骤，然后，将所述至少一个板插入在所述环支撑结构上的步骤。
外部护罩的加热允许使所述中心护罩径向地膨胀，以在所述环形板和所述中心护罩的径向内表面之间产生间隙，然后，将所述至少一个板插入在所述环支撑结构上的步骤。
根据所述组装方法的第一方面，可以保持所述加热步骤，直到所述中心护罩的温度大于或等于30℃，并且优选地大于或等于50℃。
根据所述组装方法的第二方面，所述加热步骤可包括环绕所述中心护罩的径向外表面的整个圆周周边应用加热毯。
使用加热毯可以使所述中心护罩均匀地膨胀，而不需要一个以上的操作者，与使用具有动员大量操作者并且产生非均匀变形的缺陷的加热器不同，加热器是吹出热空气的加热装置。
同样，使用喷灯也具有导致局部过热的缺点，这损坏了环的CMC微结构。
根据所述组装方法的第三方面，该方法可进一步包括，在将所述至少一个环形板组装在所述环支撑结构上之前，冷却所述至少一个环形板以获得所述至少一个环形板的收缩的步骤。
在组装前冷却所述至少一个环形板允许减少组装所需的中心护罩的径向膨胀量，并且因此降低了壳体需要被加热到的温度。
根据该方法的第四方面，所述冷却步骤可包括在所述至少一个板上应用干冰以获得所述板的收缩。
在一种变型中，所述冷却步骤可包括通过风扇施加针对所述至少一个板的强制对流以获得所述板的收缩。
根据所述组装方法的第五方面，可以在相对于地面的垂直位置完成所述环组件的组装，即涡轮环和环支撑结构处于环的轴向方向与垂直位置一致的位置。
当所述组装方法包括用干冰冷却的步骤时，该位置允许将干冰简单地放置在所述板上，通过重力将干冰保持在适当位置。
本发明的另一目的是提出一种涡轮环组件的拆卸方法，所述涡轮环组件包括陶瓷基复合材料的涡轮环以及金属的环支撑结构，所述环支撑结构配备有中心护罩，从所述中心护罩突出有第一和第二径向凸缘，从所述第一和第二径向凸缘固定所述环，并且配备有相对于旨在穿过涡轮环组件的气流方向定位在涡轮环和第一径向凸缘上游的至少一个单件环形板，所述至少一个环形板沿径向方向具有第一自由端以及与所述第一端相对的第二端，所述第二端一方面可移除地附接到所述第一径向凸缘，并且另一方面冷缩配合到环支撑结构的中心护罩。
根据本发明的通用特征，所述拆卸方法包括，在所述环支撑结构的至少一个环形板之前，通过加热所述中心护罩和/或通过冷却所述至少一个板而使所述环支撑结构径向变形的步骤，然后，从所述环支撑结构抽出所述至少一个板的步骤。
外部护罩的加热允许使所述中心护罩径向地膨胀，以在所述环形板和所述中心护罩的径向内表面之间产生间隙，以及因此，从中心护罩更容易地拆卸所述板。
根据所述拆卸方法的第一方面，保持所述加热步骤，直到所述中心护罩的温度大于或等于50℃，优选大于或等于170℃。
对于拆卸，所采用的技术与用于组装的方法相同。然而，有必要更猛烈地加热。事实上，在组装过程中，所述板不与壳体接触，即与支撑结构的外部护罩接触，不存在热通量的交换，因此当加热壳体时不存在板的膨胀。
另一方面，一旦组装了所述板，由于存在接触，当加热壳体时，也加热了所述板。然而，由于在接触处的热阻现象，与壳体相比，更少地加热所述板。
计算表明，将壳体加热到50℃会允许很容易的抽出。
根据所述拆卸方法的第二方面，所述加热步骤包括环绕所述中心护罩的径向外表面的整个圆周周边应用加热毯。
根据所述拆卸方法的第三方面，所述方法进一步包括在加热所述中心护罩的步骤同时，冷却所述至少一个环形板的步骤。
在加热中心护罩的过程中环形板的冷却允许降低中心护罩必须被加热到的温度，以允许从中心护罩拆卸所述至少一个环形板，并且因此降低灼伤的风险。
根据所述拆卸方法的第四方面，所述冷却步骤包括借助于风扇施加针对所述至少一个板的强制对流。
根据所述拆卸方法的第五方面，所述冷却步骤包括对所述至少一个板施加干冰以获得所述板的收缩。
根据所述拆卸方法的第六方面，可以在相对于地面的垂直位置完成所述环的拆卸，即，涡轮环和环支撑结构处于环的轴向方向与垂直位置一致的位置。
相对于重力限定了所述垂直方向。所述垂直方向对应于重力的方向。
当所述拆卸方法包括用干冰冷却的步骤时，该位置允许将干冰简单地放置在所述板上，通过重力将干冰保持在适当位置。
根据所述拆卸方法的第五方面，抽出所述至少一个板的步骤包括将多个第一精细螺距的螺钉附接到所述至少一个板的螺纹孔内，所述第一螺钉与抽出板结合，然后，将第二螺钉支撑在与所述至少一个板不同的环支撑结构的一部分上，第二螺钉与抽出板的螺纹孔接合，然后，启动第二螺钉以将抽出板移动远离环支撑结构并从环支撑结构抽出所述至少一个板。
使用这种类型的抽出工具允许避免在抽出过程中灼伤操作者。
附图说明
通过非限制性表示，参考附图，在阅读下文后将更好地理解本发明，其中：
【图1】图1是根据本发明的涡轮环组件的第一实施例的透视示意图。
【图2】图2是图1的涡轮环组件的透视示意图。
【图3】图3是图1的涡轮环组件的示意性剖视图。
【图4】图4是图1的第一上游环形板的示意性剖视图。
【图5】图5示出了在环形板的拆卸过程中图1的涡轮环组件的示意性剖视图。
【图6】图6是涡轮环组件的第二实施例的示意性剖视图。
【图7】图7示出了涡轮环组件的第三实施例的示意性剖视图。
【图8】图8示出了根据一种实施模式的用于组装根据本发明的涡轮环组件的方法的流程图。
【图9】图9示出了根据一种实施模式的用于拆卸根据本发明的涡轮环组件的方法的流程图。
具体实施方式
图1显示一高压涡轮环组件，其包括陶瓷基复合(CMC)材料的涡轮环1和金属环支撑结构3。涡轮环1环绕一组旋转叶片(未示出)。涡轮环1由多个环扇区10形成，图1为径向剖面视图。箭头DA表示涡轮环1的轴向方向，箭头DR表示涡轮环1的径向方向，箭头DC表示涡轮环1的圆周方向。为了简化表示，图1是涡轮环1的局部视图，其实际上是一完整的环。
如分别给出图1的涡轮环组件的示意性分解视图和剖视图的图2和3所示，剖视图沿一种包括径向方向DR和轴向方向DA，并与圆周方向DC垂直的剖平面，在由轴向方向DA和径向方向DR限定的平面中，每个环扇区10具有基本呈倒置希腊字母π形状的剖面。事实上，该剖面包括环形底座12以及上游和下游径向紧固接片，分别为14和16。此处参考由图1的箭头F所示的涡轮中的气流流向使用术语“上游”和“下游”。环扇区10的接片可具有另外的形状，环扇区的剖面具有除π之外的形状，例如K形或O形。
沿环1的径向方向DR，环形底座12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涂覆有一个耐磨材料层13，以限定涡轮中的气流。此处参考涡轮中的径向方向DR使用术语“内部”和“外部”。
上游和下游径向紧固接片14和16沿方向DR，从与环形底座12的上游和下游端121和122一定距离的环形底座的外表面12b突出。上游和下游径向紧固接片14和16在环扇区10的整体宽度上延伸，即在由环扇区10勾画轮廓的整体圆弧上，或在环扇区10的整体圆周长度上。
在图1和2中，所示的涡轮环1部分包括一种由两个环半扇区10环绕的完整环扇区10。为了更好地理解，在图2中，完整的环扇区标记为10a，环半扇区标记为10b。
如图1至3中所示，与涡轮壳体结合的环支撑结构3包括中心护罩31，其沿轴向方向DA延伸，并且当中心护罩31和涡轮环1附接在一起时中心护罩31的旋转轴与涡轮环1的旋转轴一致，以及第一环形径向凸缘32和第二环形径向凸缘36，第一环形径向凸缘32定位在第二环形径向凸缘36的上游，第二环形径向凸缘36因此位于第一环形径向凸缘32的下游。
第二环形径向凸缘36沿环1的圆周方向DC延伸，并沿径向方向DR从中心护罩31朝环1的中心延伸。它包括第一自由端361以及与中心护罩31结合的第二端362。第二环形径向凸缘36包括第一部分363，第二部分364，以及在第一部分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，第二部分364在第三部分365和第二端362之间延伸。第二环形径向凸缘36的第一部分363与下游径向紧固凸缘16接触。第一板33下游元件，特别是第二径向凸缘36，的厚度增加允许在曲线支撑的情况下减少环的轴向泄漏，而不会过多地对环施加机械应力。
第一环形径向凸缘32沿环1的圆周方向DC以及沿径向方向DR从中心护罩31朝环1的中心延伸。它包括第一自由端321以及与中心护罩31结合的第二端322。
如图1至3中所示，涡轮环组件1包括第一环形板33和第二环形板34，这两个环形板33和34可移除地附接到第一环形径向凸缘32。第一和第二环形板33和34相对于涡轮中的气流流向F定位在涡轮环1的上游。
第一环形板33定位在第二环形板34的下游。第一环形板33为单一部件，而第二环形板34可分割成第二环形板34的多个环扇区34'或者为单一部件。
第一环形板33具有可移除地附接到环支撑结构3，更具体地附接到第一环形径向凸缘32，的第一自由端331和第二端332。此外，第一环形板33具有第一部分333和第二部分334，第一部分333在第一端331和第二部分334之间延伸，第二部分334在第一部分333和第二端332之间延伸。
第二环形板34具有第一自由端341和第二自由端342，所述第二自由端341与第一自由端341相对并与中心冠部31接触。第二环形板34的第二端341也可移除地附接到环支撑结构3，更具体地附接到第一环形径向凸缘32。第二环形板34进一步包括第一部分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。第二环形板34还包括上游表面348和与上游表面348相对的下游表面349，上游和下游表面348和349每个都在包括环1的径向方向DA和圆周方向DC的平面中延伸。
当组装环组件1时，第一环形板33的第一部分333支撑在组成涡轮环1的每个环扇区10的上游径向紧固接片14上定位，并且第一环形板34的第二部分334支撑在第一环形径向凸缘32的至少一部分上定位。
第一和第二环形凸缘33和34形成以具有彼此远离的第一部分333和343，以及接触的第二部分334和344，这两个板33和34通过螺钉60和附接螺母61可移除地附接到上游环形径向凸缘32，螺钉60穿过分别设置在两个环形板33和34的第二部分334和344中以及在上游环形径向凸缘32中的孔3340、3440和320。
通过使该力穿过机械上更坚固的壳体线路，即朝如图3所示的力箭头E所示的环支撑结构3的线路，第二环形板34专用于承受环组件1上的高压引导喷嘴(DHP)的力。因为第一上游板33的第一部分333具有减小的剖面，穿过第一上游板33的剩余力减小，并且因此更柔性，这允许对CMC环1施加最小的力。
图4所示为图1的第一上游环形板在剖面平面内的示意性剖视图，所述剖面平面包括径向方向DR和轴向方向DA，并穿过第一环形板33的径向槽336。
如图4所示，第一环形板33的第一部分333具有从第一端331延伸的多个径向槽336。径向槽336具有第一端3361和与第一端3361相对的第二端3362，第一端3361沿径向方向DR位于第二端3362的内部。径向槽36的第一端3361在第一环形板33的第一端331上敞开。每个径向槽336具有沿径向方向DR并且沿轴向方向DA平行的第一和第二表面3364，对应于槽的切向厚度的第一和第二表面3364之间的距离可以在0.1mm和5mm之间。槽的径向长度可以在上游板的全部径向长度的10％与90％之间。小径向槽长度有利于减少泄漏，但使板扇区相对于环扇区的容纳能力降级。大径向槽长度有利于板扇区相对于环扇区的容纳，但增加了泄漏水平。
因此，每对相邻的径向槽336在两个相邻的径向槽336之间限定了第一环形板33的第一部分扇区337。每个第一部分扇区337具有环扇区形状，即由半径不同的两个同心圆弧和两条线段组成，在小圆弧和大圆弧之间，的固体，每条线段对应于大圆弧半径的一段。假设径向槽36在其第一端3361处敞开，每个第一部分扇区337独立于其他第一部分扇区337。
第一环形板33还包括排出孔338，更具体地每个径向槽336一个排出孔338。每个排出孔338与径向槽36的第二端3362连通。换句话说，每个排出孔338在第一环形板33中在径向槽的第二端3362处制成，使得径向槽的第二端3362通向相应的排出孔338。
在图1至4所示的第一实施例中，排出孔338为直径在0.2mm与10mm之间的圆形孔。
如图4所示，第一环形板33进一步包括用于每个径向槽336的扇区间密封339。
每个径向槽336在径向槽336的任一侧上具有第一和第二表面3364。图4是被制成通过径向槽336的剖面，仅示出了径向槽336的一个表面3364。径向槽336的第一和第二表面3364平行，即，它们在径向槽336的整体径向长度上彼此面对地定位。
第一表面3364包括主要沿径向方向DR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。第二凹槽相对于剖面平面VI–VI面对第一凹槽3365关于第一凹槽3365对称地延伸。
径向槽336的第一和第二槽3365每个都形成以接收扇形间密封339或密封条。扇形间密封因此允许确保在第一环形板33的第一部分扇形333之间的密封。
另外，如图1至4所示，第一板33包括从第一板33的第二端332沿轴向方向DA向上游突出的环形肩部3320，以及对于第一板33的每个径向槽336，包括在肩部3320中制成的槽口3325。每个槽口3325在一个平面内延伸，所述平面包括环的圆周方向DC和轴向方向DA，并且所述平面切割一种包括轴向方向DA和径向方向DR的平面，并跨过径向槽336。
第二板34包括环形增强件3420，其对应于第一板33的环形肩部3320的互补环形肩部。换句话说，环形增强件3420形成轴向支座，其被构造成沿轴向方向DA与所述肩部3320配合。
在第二板34的第二端342和下游表面之间的接合处形成的拐角上，第二板34的环形增强件3420由多个增强分段3422制造。这些分段沿圆周方向DC连续地对准，以形成环形增强件3420。
设置在两个环形板33和34之间并由第一环形板33的肩部3320和第二环形板34的增强件3420形成的双肩部允许限制两个金属环形板33和34之间的升温问题。
第二板34包括从增强件3420延伸的多个径向定心凸耳3425，所述增强件3420沿径向方向DR和轴向方向DA向下游突出。在图1到4所示的实施例中，第二板34包括与第一板33所包括的槽口3320的数量一样多的径向定心凸耳3425。
与第二板34相邻的两个增强分段3422由径向定心凸耳3425分离。每个径向定心凸耳3425沿环的圆周方向DC形成支座，并被形成以沿圆周方向DC与第一板33的槽口3325配合。
在包括环的圆周方向DC和轴向方向DA的平面中，每个槽口3325包括沿轴向方向DA延伸的两个平行侧壁3325a，以及沿圆周方向DC在两个侧壁3325a之间延伸的后壁3325b。通过勾画一种曲率半径大于或等于0.2mm的弧3325c，槽口的每个侧壁3325a连接到后壁3325b。
沿轴向方向DA，环支撑结构3的下游环形径向凸缘36与第一上游环形凸缘33之间分离一定距离，所述距离对应于上游和下游径向紧固接片14和16之间的间距，以便将后者保持在下游环形径向凸缘36和第一上游板33之间。
为了用环支撑结构3将环扇区10和涡轮环1保持在适当位置，对于每个环扇区10，环组件包括与上游紧固接片14和第一环形板33配合的两个第一销119，以及与下游紧固销16和第二环形径向凸缘36配合的两个第二销120。
对于每个对应的环扇区10，第一环形板33的第一部分333包括用于接收两个第一销119的两个孔3330，并且环形径向凸缘36的第三部分365包括被构造成接收两个第二销120的两个孔3650。
对于每个环扇区10，上游和下游径向紧固接片14和16包括每个都包括与环形底座12的外表面12b结合的第一端141和161，以及第二自由端142和162。上游紧固接片14的第二端142包括两个第一耳部17，每个第一耳部17包括一个被构造成接收第一销119的孔170。类似地，下游径向紧固接片16的第二端162包括两个第二耳部18，每个第二耳部18包括一个被构造成接收第二销120的孔180。第一和第二耳部17和18沿涡轮环1的径向方向DR突出，分别为上游径向紧固接片14的第二端142的第一耳部17和下游径向紧固接片16的第二端162的第二耳部18。
孔170和180可以是圆形的或椭圆形的。优选地，该组孔170和180包括一部分圆形孔以及一部分椭圆形孔。圆形孔允许切向地分度这些环，并防止它们能够切向地移动(特别是在用刀片刷的情况下)。椭圆形的孔允许调节CMC和金属之间的不同膨胀。CMC的膨胀系数小于金属。当很热时，沿环扇区和面对壳体部分的切线方向的长度将因此不同。如果仅存在圆形孔，金属壳体会将其位移施加在CMC环上，这应该是环扇区中高机械应力的来源。环组件上具有椭圆形孔允许销在该孔中滑动，并且避免了上述的过应力现象。因此，可以设想两种钻孔方案：第一钻孔方案，对于具有三个耳部的情况，包括径向紧固凸缘上的一个圆形孔以及另一径向紧固凸缘上的两个切向椭圆形孔；第二钻孔方案，对于具有至少四个耳部的情况，在每种情况下，每个面对径向紧固凸缘将包括一个圆形孔和一个椭圆形孔。还可以考虑其他补充情况。
对于每个环扇区10，两个第一耳部17相对于涡轮环1的旋转轴定位在两个不同的角位置。同样，对于每个环扇区10，两个第二耳部18相对于涡轮环1的旋转轴定位在两个不同的角位置。
对于每个环扇区10，第一环形板33和第二径向环形板36进一步包括安装在第一环形板33和第二环形径向凸缘36的表面上的支撑表面110，所述支撑表面110分别与上游径向紧固接片14和下游径向紧固接片16接触，即，在第一环形板33的下游表面上以及在第二环形径向凸缘36的上游表面上。支撑表面110可以是曲线，即沿圆周方向DC延伸，或是直线，即沿环扇区10的一点处的圆周方向DC的切线延伸。
支撑表面110定位在孔3330以下，用于接收两个第一销119，即，沿径向方向在孔3330的内部。
在一种变型中，支撑表面可安装在分别与第一上游环形板33和下游环形径向凸缘36接触的上游和下游径向紧固接片14和16的表面上。
通过第一环形板33提供了环1的径向保持，所述第一环形板33被挤压在环支撑结构3的第一环形径向凸缘32上，并挤压在上游径向紧固接片14上。第一环形板33提供了环的流腔和流出腔之间的密封。
第二环形板34在通过径向表面接触的DHP、环支撑结构3或壳体的下游部分和通过轴向表面接触的第一环形板33之间提供连接。
环支撑结构3进一步包括径向销38，它使得可确定地在下径向位置，即朝向气流压环。实际上，轴向销和环上的孔之间存在间隙，以补偿在金属和CMC元件之间的当很热时发生的差胀。径向销38与在环支撑结构3的中心冠部31中沿径向方向DR制成的孔380配合。
图6所示为涡轮环组件的第二实施例的示意性剖视图。
图6所示的第二实施例不同于图1至4所示的第一实施例，因为环扇区10在由轴向方向DA和径向方向DR方向限定的平面中具有包括环形底座12的K形剖面，所述环形底座12沿环的径向方向DR具有一种涂敷有耐磨材料层13的内表面12a，所述耐磨材料层13形成热和环境屏蔽并且限定了涡轮中的气流基本呈S形的径向上游和下游紧固接片140、160沿径向方向DR从环形底座12的外表面12b在后者的整体长度上以及在环形底座12的上游和下游圆周端部121和122以上延伸。
径向紧固接片140和160具有与环形底座12结合的分别标记为1410和1610的第一端，以及分别标记1420和1620的第二自由端。上游和下游径向紧固接片140和160的自由端1420和1620平行于环形底座12延伸的平面，即在圆形平面中延伸，或直线地延伸，而紧固接片140和160以环形方式延伸。在端部呈直线状并且紧固接片呈环形的该第二构造中，如果在运行过程中环可能倾斜，表面支撑随后变成线性支撑，这与点支撑的情况相比提供了更大的密封性。径向紧固接片160的第二端1620保持在第二环形径向凸缘26的一部分3610和相关螺钉38，即与螺钉头相对的螺钉，的自由端之间，所述第二环形径向凸缘26沿轴向方向DA从第二环形径向凸缘36的第一端361沿与流F方向相对的方向突出。上游径向紧固接片140的第二端1410保持在第一环形板33的一部分3310与相关螺钉38的自由端之间，所述第一环形板33沿轴向方向DA从第一环形板33的第一端331沿流F的方向突出。
在图7中显示涡轮环组件的第三实施例的示意性剖视图。
图8中所示的第三实施例不同于图1至4所示的第一实施例，因为环扇区10在由轴向方向DA和径向方向DR限定的平面中在环扇区10的一部分上具有O形剖面，而非像倒置π的剖面，环扇区10通过螺钉19和附接部件20附接到环支撑结构3，消除了螺钉38。
在图7所示的第三实施例中，环扇区10包括在上游和下游径向连接片14和16之间延伸的轴向紧固接片17'。更准确地，轴向紧固接片17'沿轴向方向DA在上游径向紧固接片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。
轴向紧固接片17'包括由中心部分170'分隔的上游端171'和下游端172'。轴向紧固接片17'的上游端和下游端171'和172'沿径向方向DR从它们耦合到的径向紧固部件14、16的第二端142、162突出，从而使轴向紧固接片17'的中心部分170'相对于上游和下游径向紧固接片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和附接部件20。附接部件20附接到轴向紧固接片17'。
附接部件20还包括一配备有与螺纹19配合的孔，以将附接部件20附接到螺钉19上。螺钉19包括一个螺钉头190，其直径大于在环支撑结构3的中心护罩31中制成的孔39的直径，螺钉19在旋拧到附接部件20之前插入通过所述孔39。
利用螺钉19完成了环扇区10与环支撑结构3的径向结合，所述螺钉19的头部190支撑在环支撑结构3的中心冠部31上，并且附接部件20的头部190旋拧到螺钉19并附接到环扇区10的轴向紧固接片17'，螺钉头190和紧固部件20以相对的方向施加力以将环1和环支撑结构3保持在一起。
在一变型中，可通过挤压在轴向紧固接片部17'上的四个径向销提供了环的向下径向保持，可通过与螺钉19结合，在环下方放置在轴向紧固接片17'与环形底座的外表面12b之间空腔中的拾取头提供环的向上径向保持。
在图6和7所示的第二和第三实施例中，第二环形板34的第二端342包括沿轴向方向DA在第二环形板34与第一环形板33之间突出的接触支柱340。在通过DHP力导致的第二环形板34的倾斜过程中，接触支柱340使得可在第一环形板33的第一端331与第二环形板34的第一端341之间保持一距离。
现在描述一种用于制造与图1所示，即根据图1到4所示的第一实施例的涡轮环组件对应的涡轮环组件的方法。
通过形成形状类似于环扇区的纤维预制件并通过陶瓷基质使环扇区致密化，由陶瓷基复合材料(CMC)材料制成前面描述的每个环扇区10。
为了制造纤维预制件，可以使用陶瓷纤维纱线或碳纤维纱线。
通过设置允许分隔与扇区10的紧固接片14和16对应的预制件部分的分离区，纤维预制件有利地通过三维编织或多层编织制造。
如图所示，编织可以是互锁型的。可使用其他三维或多层编织图案，例如多丝或多缎纹图案。可参考文献WO 2006/136755。
在编织后，可以形成坯料以获得一由陶瓷基质加固和致密化的环扇区的预制件，该致密化能够特别地通过化学气相渗透(CVI)实现，这是众所周知的。在一种变型中，织物预制件可通过CVI略微地硬化，使得在通过毛细作用使液态硅上升到织物中以引起致密化(“熔融渗透”)之前，该织物预制件足够地刚硬以被处理。
文件US 2012/0027572中具体描述了CMC环扇区制造的详细示例。
环支撑结构3本身由例如镍基、钴基或钛基合金这样的金属材料制成。
将环扇区10安装在环支撑结构3上，继续涡轮环组件的制造。
图8显示根据一实施模式的根据本发明的涡轮环组件的组装方法的流程图。
在第一步骤800中，环扇区10在一“星形轮”类型的环形工具上组装在一起，所述环形工具包括例如吸盘，所述吸盘设置为每个都固定一个环扇区10。
然后，两个第二销120插入在环支撑结构3的第二环形径向凸缘36的第三部分365中设置的两个孔3650中。
然后，在随后的步骤810中，通过将每个第二销120插入构成环1的每个环扇区10的下游径向紧固接片16的第二耳部18的每个孔180，环1安装在环支撑结构3上。
然后，所有第一销119都放置在环1的径向紧固接片14的第一耳部17中设置的孔170中。
在随后的步骤820中，环支撑结构3的中心护罩31的径向外表面由加热毯环绕，并且中心护罩被加热以使中心护罩充分地径向膨胀，用于插入环形板33和34。
然后，在将第一和第二板33和34安装到环支撑结构3之前，在可在前述步骤800到810的至少一个中进行的步骤830中，加热第二环形板34以使其径向地膨胀，并且冷却第一环形板33以使其径向地收缩。然后，通过将第二环形板34的径向定心凸耳3425插入第一环形板33的每个槽口3325，第二环形板34抵靠第一环形板33定位，并且通过使两个环形板返回到环境温度，或者通过使这两个板达到相同温度，这两个环形板33和34彼此冷缩配合。
一旦这两个板组装在一起，在可在前述步骤800至810的至少一个中进行的后续步骤840中，通过向由第一环形板33和第二环形板34形成的组件施加干冰来冷却该组件，以获得这些部件的收缩。
然后，在随后的步骤850中，通过调节第一环形板33，通过支撑抵靠第一径向凸缘放置第一环形板33的第二部分334以及支撑抵靠第一紧固接片14放置第一环形板33的第一部分333的支撑表面110，这两个板33和34的冷却组件定位在环支撑结构3上，使得第一销117插入第一环形板33的第一部分333的孔3330。
然后，为了将这两个上游板33和34一起附接到环支撑结构3，在随后的步骤860中，螺钉60插入在第二上游板34的第二部分344中、在第一板的第二部分334中，以及在上游环形径向凸缘32中设置的同轴孔3440、3340和320，并且每个螺钉60通过螺母61夹紧。
然后，在最后的步骤870中，加热毯从中心护罩31抽出，使其缩回并且因此在环支撑结构3的中心护罩31上获得第一和第二环形板33和34的冷缩配合。
在板33和34安装在环上之后或在步骤860中，可从板33和34取出干冰。
因此，通过分别支撑在其各自支撑表面110的上游和下游的第一环形板33和第二环形径向凸缘36，环1被轴向地固定在适当位置。在第一环形板33的安装过程中，可施加轴向预紧力到第一环形板33和径向紧固接片14，以减轻在环1的CMC材料和环支撑结构3的金属之间的差胀影响。通过放置在上游的机械元件将第一环形板33保持在轴向应力中，如图6和7的虚线所示。
通过与第一和第二耳部17和18以及第一环形板33和环形径向凸缘36的孔3340和3650配合的第一和第二销119和120，环1被径向地保持在适当位置。
图9显示根据一个实施例的用于拆卸根据本发明的涡轮环组件的方法的流程图。可在环形板33和34，或环的维护操作范围内完成涡轮环组件的拆卸。
在第一步骤920中，加热毯的环支撑结构3的中心护罩31的径向外表面和中心壳体被加热以使中心护罩31径向地膨胀。
在与步骤920同时进行的步骤930中，通过在第一环形板33和第二环形板34每个的顶部施加干冰来冷却该第一环形板33和第二环形板34，以获得这些部件的收缩。
然后，在随后的步骤940中，通过抽出工具90将第一板33和第二板34一起从环支撑结构3中抽出。在图5中，在通过抽出工具90拆卸环形板33和34的过程中，示意性地示出了图1所示的涡轮环组件的剖视图。
如图5所示，多个第一精细螺距螺钉92沿同一轴线被附接到穿过第二板34和第一板33的第一螺纹孔94中。第一螺钉92与抽出板96结合，第一螺钉92的头部922挤压在抽出板96上，并且经由在抽出板96中制成的第二未攻螺纹的孔960，第一螺钉92的杆925穿过抽出板96。然后支撑抵靠环支撑结构3的一部分37放置第二螺钉98，所述部分37与第二板34不同并且在与轴向方向DA垂直的径向平面中延伸。第二螺钉98与在抽出板96上的第三螺纹孔965接合。然后，启用第二螺钉98以使抽出板96与环支撑结构3分离，并从环支撑结构3抽出这两个板33和34。
如图9所示，在随后的步骤950中，第一环形板33然后与第二环形板分离。
因此，本发明提供了一种涡轮环组件，其允许确定地保持每个环扇区，同时一方面允许环扇区，并且通过延伸允许该环在温度升高和压力变化的影响下变形，这特别地独立于金属接口部件，另一方面同时改进在流扇区和流外扇区之间的密封性，特别地位于环外部的径向外部部分的空腔的密封性。同时简化了操作并减少了环组件的组装和拆卸的次数。
本发明进一步提供了一种配备有上游板的涡轮环组件，其一方面允许提供由该环限定的空腔的最佳密封，另一方面，有效地调节构成环冠部的每个CMC环扇区的不同轴向长度。换句话说，对于该第二点，在环的上游部分和上游板之间的接触必须对每个环扇区有效，尽管它们具有不同的长度，这些长度实际上受到制造公差的影响。

Claims (13)

1.一种涡轮环组件的组装方法，所述涡轮环组件包括陶瓷基复合材料的涡轮环(1)以及金属的环支撑结构(3)，所述环支撑结构(3)配备有中心护罩(31)以及至少一个单件的环形板(33)，从所述中心护罩(31)突出有第一和第二径向凸缘(32、36)，所述环(1)固定到所述第一和第二径向凸缘(32、36)上，所述环形板(33)相对于将穿过所述涡轮环组件的气流(F)的方向定位在所述涡轮环(1)和所述第一径向凸缘(32)的上游，所述至少一个环形板(33)沿径向方向(DR)具有第一自由端(331)以及与所述第一端(331)相对的第二端(332)，所述第二端一方面可移除地附接到所述第一径向凸缘(32)，另一方面冷缩配合到所述环支撑结构(3)的中心护罩(31)上，
其特征在于，该组装方法包括，在将所述至少一个环形板(33)组装(840)到所述环支撑结构(3)的中心护罩(31)之前，通过加热所述中心护罩(31)和/或通过冷却所述至少一个板(3)而使所述环支撑结构(3)径向变形的步骤(820)，然后，将所述至少一个板(33)插入在所述环支撑结构(3)上的步骤(840)。
2.根据权利要求1所述的组装方法，其中，保持所述加热步骤(820)，直到所述中心护罩的温度大于或等于30℃。
3.根据权利要求1或2所述的组装方法，其中，所述加热步骤(820)包括环绕所述中心护罩的径向外表面的整个圆周周边应用一加热毯。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的组装方法，还包括，在将所述至少一个环形板(33)组装(840)到所述环支撑结构(3)上之前，冷却所述至少一个环形板(33)以获得所述至少一个环形板(33)的收缩的步骤(830)。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的组装方法，其中，在相对于地面的垂直位置完成所述环组件的组装，所述涡轮环(1)和所述环支撑结构(3)被定位为所述环的轴向方向(DA)与垂直方向平行。
6.一种涡轮环组件的拆卸方法，所述涡轮环组件包括陶瓷基复合材料的涡轮环(1)以及金属的环支撑结构(3)，所述环支撑结构配备有中心护罩(31)以及至少一个单件的环形板(33)，从所述中心护罩(31)突出有第一和第二径向凸缘(32、36)，所述环(1)固定到所述第一和第二径向凸缘(32、36)上，所述环形板(33)相对于将穿过所述涡轮环的气流(F)的方向定位在所述涡轮环(1)和所述第一径向凸缘(32)的上游，所述至少一个环形板(33)沿径向方向(DR)具有第一自由端(331)以及与所述第一端(331)相对的第二端(332)，所述第二端一方面可移除地附接到所述第一径向凸缘(32)，另一方面冷缩配合到所述环支撑结构(3)的中心护罩(31)上，
其特征在于，该拆卸方法包括，在拆卸(940)所述环支撑结构(3)的中心护罩(31)的所述至少一个环形板(33)之前，通过加热所述中心护罩(31)和/或通过冷却所述至少一个板(3)而使所述环支撑结构(3)径向变形的步骤(920)，然后，从所述环支撑结构(3)抽出所述至少一个板(33)的步骤(950)。
7.根据权利要求6所述的拆卸方法，其中，保持所述加热步骤(920)，直到所述中心护罩(31)的温度大于或等于50℃。
8.根据权利要求6或7所述的拆卸方法，其中，所述加热步骤(920)包括环绕所述中心护罩的径向外表面的整个圆周周边应用一加热毯。
9.根据权利要求6至8中任何一项所述的拆卸方法，还包括，与加热所述中心护罩(31)的步骤(920)同时，冷却所述至少一个环形板(33)的步骤(930)。
10.根据权利要求6至9中任何一项所述的拆卸方法，其中，所述冷却步骤(930)包括借助于一风扇施加针对所述至少一个板(33)的强制对流。
11.根据权利要求6至9中任何一项所述的拆卸方法，其中，所述冷却步骤(930)包括在所述至少一个板(33)上施加干冰，以获得所述至少一个板(33)的收缩。
12.根据权利要求6至11中任何一项所述的拆卸方法，其中，抽出所述至少一个板(33)的步骤(950)包括将多个第一螺钉(92)附接到所述至少一个板(33)的螺纹孔(94)内，所述第一螺钉(92)与一抽出板(96)结合，然后，将第二螺钉(98)撑靠所述环支撑结构(3)的凸缘，第二螺钉(98)与抽出板(96)的螺纹孔(965)接合，然后，启动所述第二螺钉(98)，以将所述抽出板(96)移离所述环支撑结构(3)，从而从所述环支撑结构(3)抽出所述至少一个板(33)。
13.根据权利要求6至12中任何一项所述的拆卸方法，其中，在相对于地面的垂直位置完成所述环组件的拆卸，所述涡轮环(1)和所述环支撑结构(3)被定位为所述环的轴向方向(DA)与垂直方向平行。
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