CN115013077A - 一体流动路径结构 - Google Patents

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迈克尔·托德·拉德万斯基
埃内斯托·安德烈斯·瓦列霍·鲁伊斯
亚伦·迈克尔·德季奇
马克·尤金·诺埃
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Abstract

提供了流动路径组件和燃气涡轮发动机。流动路径组件可包括燃烧器圆顶和一体外壁，燃烧器圆顶定位在燃气涡轮发动机的燃烧区段的燃烧器的前端处，一体外壁包括燃烧器部分和涡轮部分，燃烧器部分延伸通过燃烧区段，涡轮部分延伸通过燃气涡轮发动机的涡轮区段的至少第一涡轮级。燃烧器部分和涡轮部分整体地形成为单个一体结构。流动路径组件还包括从燃烧器的前端延伸通过至少燃烧区段的内壁。燃烧器圆顶从一体外壁径向延伸到内壁并且被构造成相对于内壁和一体外壁轴向移动。提供了其他流动路径组件和燃气涡轮发动机构造。

Description

一体流动路径结构
本申请是2017年12月06日所提出的申请号为201780084777.2，发明名称为“一体流动路径结构”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本主题大体涉及燃气涡轮发动机。更具体地，本主题涉及用于限定燃气涡轮发动机内的流动路径的一体结构。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括布置成彼此流动连通的风扇和核心。另外，燃气涡轮发动机的核心通常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。燃烧气体从燃烧区段输送到涡轮区段。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，燃烧区段包括燃烧器，燃烧器具有由燃烧器衬里限定的燃烧室。在燃烧器的下游，涡轮区段包括一个或多个级，例如，每个级可以具有多个静止喷嘴翼型件以及附接到转子的多个叶片翼型件，该转子由燃烧气体流抵靠叶片翼型件驱动。涡轮区段也可以具有其他构造，例如，涡轮可以是没有静止喷嘴翼型件的反向旋转涡轮。在任何情况下，流动路径由内边界和外边界限定，内边界和外边界均从燃烧器延伸通过涡轮区段的级。
通常，限定流动路径的内边界和外边界包括分开部件。例如，燃烧器的外衬，涡轮级的喷嘴部分的分开外带，以及涡轮级的叶片部分的分开护罩通常限定流动路径的外边界的至少一部分。利用分开部件形成外边界和内边界中的每一个可能在分开部件之间的每个接口处需要一个或多个密封件，以最小化流体从流动路径的泄漏。因此，可能需要大量部件来构造流动路径组件，这会增加燃气涡轮发动机的复杂性和重量。此外，尽管可以提供密封件，但是在流动路径组件中利用分开部件提供了用于流体从流动路径泄漏的若干点。增加的重量、复杂性和泄漏会对发动机性能以及发动机在制造期间的组装产生负面影响。
因此，将需要改进的流动路径组件。例如，延伸通过燃烧区段和涡轮区段的至少第一级的一体外边界结构将是有益的。此外，包括一体内边界结构和一体外边界结构的流动路径组件将是有用的。另外，包括整体燃烧器圆顶，内边界结构和外边界结构的流动路径组件将是有帮助的。此外，具有一体外边界结构的流动路径组件的燃气涡轮发动机将是有利的。
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。
在本公开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流动路径组件。流动路径组件包括燃烧器圆顶(combustor dome)，该燃烧器圆顶定位在燃气涡轮发动机的燃烧区段的燃烧器的前端。流动路径组件还包括一体外壁，该一体外壁包括延伸通过燃烧区段的燃烧器部分和延伸通过燃气涡轮发动机的涡轮区段的至少第一涡轮级的涡轮部分。燃烧器部分和涡轮部分整体地形成为单个一体结构。流动路径组件还包括从燃烧器的前端延伸通过至少燃烧区段的内壁。燃烧器圆顶从一体外壁径向延伸到内壁，并且燃烧器圆顶被构造成相对于内壁和一体外壁轴向移动。
在本公开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流动路径组件。流动路径组件从燃烧器延伸通过燃气涡轮发动机的涡轮区段。涡轮区段包括紧接燃烧器的下游的第一涡轮级和紧接第一涡轮级的下游的第二涡轮级。流动路径组件包括定位在燃烧器的前端的燃烧器圆顶和限定流动路径的内边界的内壁。内壁包括燃烧器的内衬。流动路径组件进一步包括限定流动路径的外边界的一体外壁。一体外壁从燃烧器的前端延伸通过至少第一涡轮级。燃烧器圆顶是与内壁和一体外壁分开的部件。
在本公开的又一示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括燃烧区段，该燃烧区段包括燃烧器。燃气涡轮发动机还包括涡轮区段，该涡轮区段包括紧接燃烧区段的下游定位的第一涡轮级和紧接第一涡轮级的下游定位的第二涡轮级。燃烧区段和涡轮部分限定流动路径。燃烧区段包括内衬、外衬和燃烧器圆顶，内衬限定通过燃烧区段的流动路径的内边界，外衬限定通过燃烧区段的流动路径的外边界，燃烧器圆顶定位在燃烧器的前端并且在内衬和外衬之间延伸。涡轮区段的第一涡轮级和第二涡轮级中的每一个包括喷嘴部分和叶片部分。每个喷嘴部分包括内带和外带，内带限定通过喷嘴部分的流动路径的内边界，外带限定通过喷嘴部分的流动路径的外边界。每个叶片部分包括护罩，该护罩限定通过叶片部分的流动路径的外边界。外衬、外带和护罩整体地形成，使得外衬、外带和护罩是单个一体外壁。此外，燃烧器圆顶是与内衬和一体外壁分开的部件。
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图1的燃气涡轮发动机的燃烧区段和高压涡轮区段的示意性分解横截面视图。
图3A提供了根据本主题的示例性实施例的图2的燃烧区段和高压涡轮区段的示意性横截面视图。
图3B，3C，3D和3E提供了根据本主题的其他示例性实施例的图2的燃烧区段和高压涡轮区段的示意性横截面视图。
图3F提供了根据本主题的示例性实施例的图2的燃烧区段和高压涡轮区段的整体的外边界结构和内边界结构的一部分的局部立体图。
图4A，4B，4C，5A，5B和5C提供了根据本主题的其他示例性实施例的图2的燃烧区段和高压涡轮区段的示意性横截面视图。
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“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。
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(平行于供参考的纵向中心线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，该压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，该涡轮区段包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；和喷射排气喷嘴区段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。在涡轮风扇发动机10的其他实施例中，可以提供额外的线轴，使得发动机10可以被描述为多线轴发动机。
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大致沿径向方向R从盘42向外延伸。风扇叶片40和盘42能够通过LP轴36绕纵向轴线12一起旋转。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的旋转速度逐步降低到更有效的旋转风扇速度。
仍参照图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成促进气流通过多个风扇叶片40。另外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，环形风扇壳体或外机舱50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可以被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而被支撑。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所示的第一部分空气58被引导或导向进入旁路气流通道56中，并且如箭头64所示的第二部分空气58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，随着第二部分空气64被导向通过高压(HP)压缩机24并进入燃烧区段26，第二部分空气64的压力增加，在燃烧区段26中，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，从而支持HP压缩机24的操作。然后燃烧气体66被导向通过LP涡轮30，在LP涡轮30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，从而支持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，以提供推进推力。同时，随着第一部分空气62在从涡轮风扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导向通过旁路气流通道56，第一部分空气62的压力显著增加，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体路径78，用于将燃烧气体66导向通过核心涡轮发动机16。
应当理解，尽管关于具有核心涡轮发动机16的涡轮风扇10进行了描述，但是本主题可以适用于其他类型的涡轮机械。例如，本主题可适合于与涡轮螺旋桨发动机，涡轮轴，涡轮喷气发动机，工业和船用燃气涡轮发动机和/或辅助动力单元一起使用或者在其中使用。
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内的部件，例如燃烧区段26、HP涡轮28和/或LP涡轮30的部件，可包括陶瓷基质复合(CMC)材料，其是一种具有高温能力的非金属材料。当然，涡轮风扇发动机10的其他部件，例如HP压缩机24的部件，可包括CMC材料。用于这些部件的示例性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，包括蓝宝石和碳化硅等单丝(例如，Textron的SCS-6)，以及粗纱和纱线，包括碳化硅的(例如，NipponCarbon的
Figure BDA0003694075040000051
Ube Industries的
Figure BDA0003694075040000052
和道康宁的
Figure BDA0003694075040000053
)，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 BDA0003694075040000054
)，以及任选的陶瓷颗粒(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。多个带可以铺叠在一起(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，例如熔融渗透或硅的化学气相渗透，以得到由具有所需化学成分的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CMC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/或涡轮区段内使用。作为示例，燃烧区段26可包括由CMC材料形成的燃烧器，和/或HP涡轮28的一级或多级可由CMC材料形成。然而，CMC部件也可以用在其他区段中，例如压缩机区段和/或风扇区段。当然，在一些实施例中，其他高温材料和/或其他复合材料可用于形成发动机10的一个或多个部件。
图2提供了根据本主题的示例性实施例的涡轮风扇发动机10的燃烧区段26和涡轮区段的HP涡轮28的示意性横截面的分解图。图3A提供了图2的燃烧区段26和HP涡轮28的未分解示意性横截面视图，其聚焦在通过燃烧区段26和HP涡轮28的流动路径的外边界上。所描绘的燃烧区段26包括大致环形的燃烧器80，并且在燃烧区段26的下游，HP涡轮28包括多个涡轮级。更具体地，对于所描绘的实施例，HP涡轮28包括第一涡轮级82和第二涡轮级84。在其他实施例中，HP涡轮28可包括不同数量的涡轮级；例如，HP涡轮28可包括一个涡轮级或两个以上的涡轮级。第一涡轮级82紧接燃烧区段26的下游定位，第二涡轮级84紧接第一涡轮级82的下游定位。此外，每个涡轮级82,84包括喷嘴部分和叶片部分；第一涡轮级82包括喷嘴部分82N和叶片部分82B，第二涡轮级84包括喷嘴部分84N和叶片部分84B。第一涡轮级82的喷嘴部分82N紧接燃烧区段26的下游定位，使得第一涡轮级82的喷嘴部分82N也可称为燃烧器排放喷嘴。此外，燃烧器80限定了大致环形的燃烧室86，使得燃烧器80可以被描述为大致环形的燃烧器。
另外，如下面更详细描述的，通过燃烧区段26和HP涡轮28的流动路径100由流动路径组件101的外边界和内边界限定。外边界和内边界形成燃烧气体66通过燃烧区段26和HP涡轮28的流动路径；因此，流动路径100可包括上述热气路径78的至少一部分。此外，在其他实施例中，流动路径100还可以延伸通过LP涡轮30和喷射排气口32；在还有的其他实施例中，流动路径100也可以在燃烧区段26的上游向前延伸，例如，进入HP压缩机24。这样，应当理解，本文关于燃烧区段26和HP涡轮28的本主题的讨论仅是示例性的，并且还可以应用于燃气涡轮发动机和流动路径100的不同构造。
如图2的分解图所示，外边界和内边界可分别由外壁102和内壁120限定，外壁102和内壁120可包括燃烧区段26和HP涡轮28的若干部分。例如，燃烧器80包括外衬108，外衬108限定通过燃烧器80的流动路径的外边界。每个喷嘴部分82N，84N包括限定通过每个涡轮级的喷嘴部分的流动路径的外边界的外带，并且每个叶片部分82B，84B包括限定通过每个涡轮级的叶片部分的流动路径的外边界的护罩。更具体地，如图2所示，第一涡轮级喷嘴部分82N包括外带110，第一涡轮级叶片部分82B包括护罩112，第二涡轮级喷嘴部分84N包括外带114，以及第二涡轮级叶片部分84B包括护罩116。燃烧区段26和HP涡轮28的这些部分可包括外壁102的至少一部分，如下面更详细描述的。
此外，如图2所示，燃烧器80包括内衬122，内衬122限定通过燃烧器80的流动路径的内边界。每个喷嘴部分82N,84N包括限定通过每个涡轮级的喷嘴部分的流动路径的内边界的内带，并且每个叶片部分82B,84B包括限定通过每个涡轮级的叶片部分的流动路径的内边界的一个或多个叶片平台。更具体地，如图2所示，第一涡轮级喷嘴部分82N包括内带124，第一涡轮级叶片部分82B包括叶片平台132，第二涡轮级喷嘴部分84N包括内带136，第二涡轮级叶片部分84B包括叶片平台132。燃烧区段26和HP涡轮28的这些部分可包括内壁122的至少一部分，如下面更详细描述的。
此外，在所描绘的实施例中，燃烧器圆顶118径向延伸越过燃烧器80的前端88。燃烧器圆顶118可以是外壁102的一部分，可以是内壁120的一部分，可以是外壁102和内壁120的一部分(例如，燃烧器圆顶118的一部分可以由外壁102限定，并且其余部分可以由内壁120限定)，或者可以是与外壁102和内壁120分开部件。另外，多个喷嘴翼型件位于每个喷嘴部分82N,84N中。第一涡轮级喷嘴部分82N内的每个喷嘴翼型件126从外带110径向延伸到内带124，并且喷嘴翼型件126围绕纵向中心线12周向间隔开。第二涡轮级喷嘴部分84N内的每个喷嘴翼型件128从外带114径向延伸到内带136，并且喷嘴翼型件128围绕纵向中心线12周向间隔开。此外，多个叶片翼型件130定位在每个叶片部分82B,84B中。第一涡轮级叶片部分82B内的每个叶片翼型件130附接到叶片平台132，叶片平台132又附接到第一级转子134。附接到第一级转子134的叶片翼型件130围绕纵向中心线12周向间隔开。类似地，第二涡轮级叶片部分84B内的每个叶片翼型件130附接到叶片平台132，叶片平台132又附接到第二级转子138。附接到第二级转子138的叶片翼型件130围绕纵向中心线12周向间隔开。每个叶片翼型件130朝向外壁102(即，流动路径100的外边界)径向向外延伸，并且在每个叶片翼型件130的尖端140与外壁102之间限定间隙，使得每个涡轮转子134,138可在其各自的涡轮级内自由旋转。尽管未示出，但是HP涡轮28的每个涡轮转子134,138连接到HP轴34(图1)。以这种方式，转子叶片翼型件130可以从通过由HP涡轮28限定的流动路径100的燃烧气体流中提取动能，作为施加到HP轴34的旋转能量。
因此，通过燃烧区段26和HP涡轮28的流动路径100由具有内边界和外边界的流动路径组件101限定，并且内边界和外边界限定通过燃烧区段26和HP涡轮28的燃烧气体66的流动路径。流动路径组件101的外边界的部分可以整合或一体化成单个外壁102，其限定气体流动路径100的径向外边界。例如，外壁102可包括延伸通过燃烧区段(例如燃烧区段26)的燃烧器部分104，以及延伸通过涡轮区段的至少第一涡轮级(例如HP涡轮28的第一涡轮级82)的涡轮部分106。燃烧器部分104和涡轮部分106整体形成，使得燃烧器部分和涡轮部分是单个一体结构，即一体外壁102。
在图3A所示的示例性实施例中，外壁102包括燃烧器部分104和涡轮部分106，燃烧器部分104延伸通过燃烧区段26，涡轮部分106延伸通过涡轮区段的至少第一涡轮级82和第二涡轮级84。在其他实施例中，涡轮部分106可以延伸通过更少级(例如，通过刚刚描述的一个涡轮级)或通过更多级(例如，通过位于HP涡轮28下游的LP涡轮30的一个或多个级)。燃烧器部分104和涡轮部分106整体地形成，使得燃烧器部分104和涡轮部分106是单个一体结构，在此称为一体外壁102。
这里使用的术语“一体”表示相关部件，例如外壁102，在制造期间被制成单件，即最终一体部件是单件。因此，一体部件具有这样的结构：其中整合部分是不可分开的，并且不同于包括多个分开部件块的部件，这些分开部件块已经连结在一起，并且一旦连结，尽管部件块仍然不同也被称为单个部件，并且单个部件不是不可分开的(即，这些块可以被重新分开)。最终的一体部件可包括基本上连续的一块材料，或者在其他实施例中，可包括彼此永久结合的多个部分。在任何情况下，形成一体部件的各个部分彼此整合，使得一体部件是具有不可分开部分的单件。
如图3A所示，形成外壁102的一体结构的燃烧器部分104包括燃烧器80的外衬108。涡轮部分106包括第一涡轮级喷嘴部分82N的外带110，第一涡轮级叶片部分82B的护罩112，第二涡轮级喷嘴部分84N的外带114和第二涡轮级叶片部分84B的护罩116。如上所述，这些外边界部件被整合成单件，以形成作为外壁102的一体结构。因此，在图2的示例性实施例中，外衬108，外带110，护罩112，外带114和护罩116整体地形成，即，构造为单个单元或单件，以形成整体或一体外壁102。
在一些实施例中，流动路径组件101的其他部分可以整合到外壁102的一体结构中，并且在还有的其他实施例中，外边界和内边界的至少一部分被制成单个一体部件，使得流动路径组件101可以被称为整体流动路径组件。例如，参考图3B，一体外壁102的燃烧器部分104还可包括延伸越过燃烧器80的前端88的燃烧器圆顶118。这样，在图3B的示例性实施例中，外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116和燃烧器圆顶118被构造为单个单元或单件，以形成整体或一体外壁102。也就是说，外衬108，外带110,114，护罩112,116和燃烧器圆顶118整体地形成，使得外衬108，外带110,114，护罩112,116和燃烧器圆顶118是单个一体结构。
作为另一示例，参考图3C，限定流动路径100的内边界的内壁120的至少一部分可与外壁102整合，以形成整体流动路径组件101。在图3C的示例性实施例中，燃烧器部分104还包括内衬122，使得内衬122与图3B中所示的外壁102的一体结构整合。因此，外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116，燃烧器圆顶118和内衬122整体地形成，使得外衬108，外带110,114，护罩112,116，燃烧器圆顶118和内衬122是单个一体结构。在图3D的示例性实施例中，涡轮部分106还包括第一涡轮级喷嘴部分82N的内带124，使得内带124与图3C中所示的流动路径组件101的一体结构整合。因此，外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116，燃烧器圆顶118，内衬122和内带124整体地形成，使得外衬108，外带110,114，护罩112,116，燃烧器圆顶118，内衬122和内带124是单个一体结构。在图3E的示例性实施例中，涡轮部分106还包括多个喷嘴翼型件126，使得第一涡轮级喷嘴部分82N的多个喷嘴翼型件126中的每个喷嘴翼型件126与图3D中所示的流动路径组件101的一体结构整合。因此，外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116，燃烧器圆顶118，内衬122，内带124和喷嘴翼型件126整体地形成，使得外衬108，外带110,114，护罩112,116，燃烧器圆顶118，内衬122，内带124和喷嘴翼型件126是单个一体结构。
当然，第一涡轮级喷嘴部分82N的喷嘴翼型件126可以与外壁102整合，而不与内壁120整合。例如，多个喷嘴翼型件126可以与外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116形成为单个单元或单件，使得外衬108，外带110,114，护罩112,116和喷嘴翼型件126是单个一体结构，即一体外壁102。在其他实施例中，一体外壁102还可包括燃烧器圆顶118，使得外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116，燃烧器圆顶118和喷嘴翼型件126整体地形成或构造为单个单元或单件。在其他实施例中，还可以包括内衬122，使得外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116，燃烧器圆顶118，内衬122和喷嘴翼型件126整体地形成为单个一体结构，即一体外壁102。
图3F提供了整体流动路径组件101的一部分的局部立体图，其具有形成为单件部件的外壁102和内壁120。如关于图3D所描述的和图3F所示，在燃烧气体流动路径组件101的一些实施例中，外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116，燃烧器圆顶118，内衬122，内带124整体地形成，使得外衬108，外带110,114，护罩112,116，燃烧器圆顶118，内衬122和内带124是单个一体结构。图3F还示出了用于接收燃料喷嘴组件90的多个开口142和/或旋流器92可以被限定在一体流动路径组件101的燃烧器80的前端88中。此外，应当理解，图3F仅示出了整体流动路径组件101的一部分，并且尽管其整个外周未在图3F中示出，但是流动路径组件101在周向以及轴向上是单个一体件。这样，整体流动路径组件101在外壁102和内壁120之间限定了大致环状的流动路径，即大致环形的流动路径。
与已知的燃气涡轮发动机相比，如上所述整合流动路径组件101的外边界和内边界的各种部件可以减少发动机10内的分开件或部件的数量，以及减少发动机10的重量、泄漏和复杂性。例如，已知的燃气涡轮发动机在流动路径组件的分开部件之间的接口处采用密封件或密封机构，以试图使来自流动路径的燃烧气体的泄漏最小化。通过整合外边界，例如，如关于一体外壁102所描述的，外燃烧器衬和第一涡轮级外带，第一涡轮级外带和第一涡轮级护罩等之间的分裂点或接口可以消除，从而消除泄漏点以及防止泄漏所需的密封件或密封机构。类似地，通过整合内边界的部件，消除了整合的内边界部件之间的分裂点或接口，从而消除了内边界处的泄漏点和内边界处所需的密封件或密封机构。因此，通过利用流动路径组件中的一体部件，可以避免不希望的泄漏，以及不必要的重量和复杂性。本领域普通技术人员将理解，一体外壁102、一体内壁120和/或一体流动路径组件101的其他优点。
如图3A至3F所示，外壁102和内壁120在它们之间限定了大致环形的流动路径。也就是说，一体外壁102周向围绕内壁120；换句话说，一体外壁102是围绕内壁120延伸360°的单件，从而在它们之间限定了大致环状或环形的流动路径。这样，延伸越过燃烧器80的前端88的燃烧器圆顶118是大致环形的燃烧器圆顶118。此外，燃烧器圆顶118限定开口142，用于接收位于前端88处的燃料喷嘴组件90。燃料喷嘴组件90例如为燃烧室86提供来自压缩机区段的燃料和压缩空气的混合物，其在燃烧室86内燃烧以产生通过流动路径100的燃烧气体流。燃料喷嘴组件90可以附接到燃烧器圆顶118或者可以相对于燃烧器圆顶118和流动路径100“浮动”，即，燃料喷嘴组件90可以不附接到燃烧器圆顶118。在所示实施例中，燃料喷嘴组件90包括旋流器92，并且在一些实施例中，旋流器92可以附接到燃烧器圆顶118，但是可选地，旋流器92可以相对于燃烧器圆顶118和流动路径100浮动。应当理解，燃料喷嘴组件90或旋流器92可以沿径向方向R和轴向方向A相对于燃烧器圆顶118和流动路径100浮动，或者仅沿径向方向R和轴向方向A中的一个或另一个浮动。此外，应当理解，燃烧器圆顶118可以限定多个开口142，每个开口接收旋流器92或燃料喷嘴组件90的其他部分。
如图3A至图3F中以及下面更详细讨论的图4A至图4C以及图5A和图5B中进一步所示，流动路径组件101通常限定会聚-分散流动路径100。更具体地，外壁102和内壁120限定了大致环形的燃烧室86，其形成流动路径100的前部分。在燃烧室86的后部或下游移动，外壁102和内壁120通常在第一涡轮级82的区域中朝向彼此会聚。在第一涡轮级82的下游继续，然后外壁102和内壁120通常在第二涡轮级84的区域中分散。外壁102和内壁120可以继续在第二涡轮级84的下游分散。在示例性实施例中，例如，如图3A所示并且仅涉及一体外壁102，外壁102的第一涡轮级喷嘴外带部分110和叶片护罩部分112朝向轴向中心线12会聚。外壁102的第二涡轮级喷嘴外带部分114和叶片护罩部分116远离轴向中心线12分散。这样，由一体外壁102形成的流动路径100的外边界限定了会聚-分散流动路径100。
转到图4A和4B，示出了本主题的其他示例性实施例。图4A提供了根据一个示例性实施例的涡轮区段的燃烧区段26和HP涡轮28的示意性横截面视图。图4B提供了根据另一示例性实施例的涡轮区段的燃烧区段26和HP涡轮28的示意性横截面视图。图4C提供了根据又一示例性实施例的涡轮区段的燃烧区段26和HP涡轮28的示意性横截面视图。
在图4A，4B和4C所示的实施例中，外壁102形成为单个一体结构，并且内壁120形成为另一单个一体结构，并且一体外壁102和一体内壁120一起限定流动路径100。然而，应该理解的是，内壁120不必是单个一体结构。例如，在图4A，4B和4C所示的实施例中，内壁120可包括与内带124分开形成的内衬122。
如关于图3A至图3F所描述的，图4A，4B和4C的一体外壁102限定流动路径100的外边界，并且内壁120限定流动路径100的内边界。一体外壁102和内壁120一起形成流动路径组件101。一体外壁102从燃烧区段26的燃烧器80的前端88延伸通过HP涡轮28的至少第一涡轮级82，并且在所示实施例中，一体外壁102从前端88延伸到HP涡轮28的第二涡轮级84的后端。内壁120至少包括内衬122，并且在内壁120是一体内壁的实施例中，一体内壁120从燃烧器80的前端88延伸通过第一涡轮级喷嘴部分82N。因此，如图4A，4B和4C所示，外壁102和内壁120限定燃烧器80的燃烧室86。
与关于图3A至图3F描述的实施例类似，图4A，4B和4C中所示的实施例的一体外壁102包括外衬108，外带110，护罩112，外带114和护罩116。此外，在图4A的示例性实施例中，一体外壁102包括限定在燃烧器80的前端88处的燃烧器圆顶118。因此，外衬108，外带110,114，护罩112,116和燃烧器圆顶118整体地形成或构造为单个一体结构，即外壁102是包括燃烧器圆顶118的单个单元或单件。或者，如图4B的示例性实施例所示，一体外壁102包括燃烧器圆顶118的径向外部分，使得外衬108，外带110，护罩112，外带114，护罩116和燃烧器圆顶118的一部分整体地形成或构造为单个一体结构，即，外壁102是包括部分燃烧器圆顶118的单个单元或单件。
此外，与关于图3A至图3F描述的实施例类似，图4A，4B和4C中所示的实施例的内壁120至少包括燃烧器80的内衬122。在一些实施例中，例如图4A和4B所示的，内壁120还包括第一涡轮级喷嘴部分82N的内带124。在这样的实施例中，内衬122和内带124整体地形成为单个一体结构，即，作为可被称为一体内壁120的单个单元或单件。在其他实施例中，如图4B所示，一体内壁120可包括燃烧器圆顶118的径向内部分，使得内衬122和燃烧器圆顶118的一部分整体地形成或构造为单个一体结构或者使得内衬122，内带124和燃烧器圆顶118的一部分整体地形成或构造为单个一体结构。也就是说，在一些实施例中，一体内壁120是包括一部分燃烧器圆顶118的单个单元或单件(并且可以包括或不包括内带124)。在其他实施例中，如图4C所示，一体内壁120包括限定在燃烧器80的前端88处的燃烧器圆顶118。因此，燃烧器圆顶118和内衬122(以及在一些实施例中的内带124)整体地形成或构造为单个一体结构，即，内壁102是包括燃烧器圆顶118的单个单元或单件。
此外，第一涡轮级喷嘴翼型件126可以与外壁102和/或内壁120整合。如前所述，第一涡轮级喷嘴翼型件126可以与外壁102整合，但是在其他实施例中，第一涡轮级喷嘴翼型件126可以与内壁120而不是外壁102整合，或者可以与外壁102和内壁120两者整合。无论是与壁102,120分开形成，与内壁120整合以与内壁120形成单个一体结构，与外壁102整合以与外壁102形成单个一体结构，或与外壁102和内壁120两者整合以与外壁102和内壁120形成单个一体结构，多个喷嘴翼型件126在第一涡轮级喷嘴部分82N内从内壁120延伸到外壁102。另外，如上所述，第一涡轮级82包括第一级转子134，第一级转子134具有附接到其上的多个转子叶片翼型件130。在第一涡轮级82的下游，多个喷嘴翼型件128在第二涡轮级喷嘴部分84N内从内带136延伸到外壁102，并且第二涡轮级叶片部分84B包括具有附接到其上的多个转子叶片翼型件130的第二级转子138。
在图4A，4B和4C的实施例中，整体或一体外壁102围绕整体或一体内壁120周向延伸。也就是说，外壁102周向地围绕内壁120，或者一体外壁102是围绕内壁120延伸360°的单件。这样，外壁102和内壁120在它们之间限定了大致环形的流动路径。此外，燃烧器圆顶118延伸越过燃烧器80的前端88，并且无论是整体还是部分地整合到一体外壁102中或者整体或部分地整合到一体内壁120中，燃烧器圆顶118是大致环形的燃烧器圆顶118。
另外，图4A，4B和4C的实施例中所示的流动路径组件101包括至少一个开口142，用于接收燃料喷嘴组件90。如关于图3A至图3F所描述的，在一些实施例中，燃料喷嘴组件90可以附接到燃烧器圆顶118，燃烧器圆顶118可以如图4A的实施例中整体地与外壁102整合，或如图4B中所示地部分地与外壁102整合，而其余部分与内壁120整合。还如所描述的，燃烧器圆顶118可以如图4C所示整体地与内壁120整合，使得燃料喷嘴组件90可以附接到一体内壁120的燃烧器圆顶部分。在其他实施例中，燃料喷嘴组件90不附接到燃烧器圆顶118，而是相对于燃烧器圆顶118和流动路径100浮动。如图所示，燃料喷嘴组件90包括旋流器92，旋流器92可以是燃料喷嘴组件90的附接到燃烧器圆顶118的部分，或相对于燃烧器圆顶118和流动路径100浮动的部分。如前所述，燃料喷嘴组件90或旋流器92可以沿径向方向R和轴向方向A，或者仅沿径向方向R和轴向方向A中的一个或另一个，相对于燃烧器圆顶118和流动路径100浮动。此外，如图3F所示，燃烧器圆顶118可以限定多个开口142，并且每个开口可以接收旋流器92或燃料喷嘴组件90的其他部分。
仍然参考图4A，4B和4C，一体外壁102和内壁120可以限定一个或多个特征，其中壁102,120彼此相交，并且在一些实施例中，可以彼此附接。例如，在图4A的实施例中，外壁102在燃烧器80的前端88处沿着外壁102的径向内边缘限定凸缘144，并且内壁120在燃烧器前端88处沿着前边缘限定凸缘146。在图4B的实施例中，外壁凸缘144沿着一体外壁102的燃烧器圆顶部分的边缘被限定，并且类似地，内壁凸缘146沿着一体内壁120的燃烧器圆顶部分的边缘被限定。如图4C所示，外壁102可以沿着外壁102的前边缘限定外壁凸缘144，并且在所示实施例中包括燃烧器圆顶118的内壁120可以沿着内壁120的径向外边缘限定内壁凸缘146。图4A，4B和4C示出了流动路径100可以在内壁120和外壁102之间是不连续的，即，由分开的内边界和外边界形成，而不是由如图3C至图3F所示的整体的内边界和外边界形成。更具体地，流动路径100可以是不连续的，其中，限定了外壁凸缘144和内壁凸缘146。
因此，在图4A的实施例中，外壁102可以在靠近燃烧器80的径向内前部的凸缘144,146处固定到内壁120。或者，如图4A所示的凸缘144,146可以限定壁102,120彼此对齐或相交的区域，例如，凸缘144,146可以限定壁102,120之间的滑动接头。在图4B的实施例中，外壁102可以在靠近燃烧器圆顶118的径向中心线的凸缘144,146处固定到内壁120。在其他实施例中，如图4B所示的凸缘144,146可以限定壁102,120彼此对齐或相交的区域，例如，凸缘144,146可以限定壁102,120之间的滑动接头。在图4C的这种实施例的替代实施例中，外壁120可以在靠近燃烧器80的径向外前部的凸缘144,146处固定到内壁120，或如图4C所示的凸缘144,146可以限定壁102,120彼此对准或相交的区域，例如，凸缘144,146可以在燃烧器80的径向外前部处在壁102,120之间限定滑动接头。在其他实施例中，凸缘144,146可以限定在其他位置，使得外壁102和内壁120在不同于图4A，4B和4C所示的位置处彼此固定、对准或相交。
可以使用任何合适的紧固件或其他附接装置将外壁102和内壁120固定在凸缘144,146处。例如，可以在每个凸缘144,146中限定多个孔，并且外壁凸缘144的每个孔可以与内壁凸缘146的孔对准，以在每对对准的孔中接收紧固件。应当理解，外壁102和内壁120也可以以其他方式彼此附接。当然，在如上所述的其他实施例中，外壁102和内壁120可以不彼此固定，而是可以相对于彼此径向和/或轴向移动。
现在转到图5A，5B和5C，提供了根据本主题的其他示例性实施例的涡轮风扇发动机10的涡轮区段的燃烧区段26和HP涡轮28的示意性横截面视图。与图3B至3F和图4A至4C的实施例不同，图5A，5B和5C中所示的实施例的燃烧器圆顶118不是整体或部分地与外壁102或内壁120整合。也就是说，燃烧器圆顶118是与外壁102和内壁120分开的部件。
因此，如图5A，5B和5C所示，外壁102是包括燃烧器部分104以及涡轮部分106的一体外壁，燃烧器部分104延伸通过发动机10的燃烧区段26，涡轮部分106延伸通过发动机10的涡轮区段的至少第一涡轮级。在图5A至5C所示的实施例中，一体外壁102延伸通过燃烧区段26到HP涡轮28的后端，HP涡轮28的后端包括两个涡轮级82,84。燃烧器部分104和涡轮部分106整体形成为单个一体结构，即一体外壁102。例如，如关于图3A所示和所述的，一体外壁102的燃烧器部分104包括燃烧器80的外衬108。一体外壁102的涡轮部分106包括第一涡轮级喷嘴部分82N的外带110，第一涡轮级叶片部分82B的护罩112，第二涡轮级喷嘴部分84N的外带114，以及第二涡轮级叶片部分84B的护罩116。一体外壁102的涡轮部分106还可包括多个喷嘴翼型件126，多个喷嘴翼型件126与外衬108，外带110,114和护罩112,116一体形成或构造，以形成单个一体结构，即，作为单个单元或单件。
此外，如图5A，5B和5C所示，内壁120从燃烧器80的前端88延伸通过至少燃烧区段26。例如，内壁120可包括限定流动路径100的内边界的分开部件。在其他实施例中，内壁120可以是一体内壁120，包括整体形成为单个一体结构，即作为单个单元或单件的内衬122和内带124。作为另一个例子，内壁120可以是一体内壁120，包括整体形成为单个一体结构，即作为单个单元或单件的内衬122，内带124和第一涡轮级喷嘴翼型件126。此外，在图5A，5B和5C所示的实施例中，流动路径100可以在内壁120和外壁102之间是不连续的，即，由分开的内边界和外边界而不是如图3C至3F所示的整体的内边界和外边界形成。更具体地，流动路径100可以在燃烧器圆顶118和外壁102之间以及在燃烧器圆顶118和内壁120之间是不连续的。
具体参考图5A，燃烧器圆顶118定位在燃烧区段26的燃烧器80的前端88处并且从外壁102径向延伸到内壁120。燃烧器圆顶118被构造成相对于内壁120和外壁102轴向移动，但是可以附接到一个或多个燃料喷嘴组件90，并因此由一个或多个燃料喷嘴组件90支撑。更具体地，轴向滑动接头150形成在燃烧器圆顶118与外壁102和内壁120中的每一个之间，使得燃烧器圆顶118可相对于内壁120和外壁102轴向移动或浮动。允许燃烧器圆顶118相对于外壁102和内壁120浮动可以帮助控制燃料喷嘴组件90相对于燃烧器圆顶118和燃烧器80的位置。例如，燃烧器圆顶118，外壁102和内壁120可以由与燃料喷嘴组件90不同的材料制成。如下面更详细描述的，在示例性实施例中，燃烧器圆顶118，外壁102和内壁120由陶瓷基质复合(CMC)材料制成，并且燃料喷嘴组件90可由金属材料制成，例如，金属合金等。在这样的实施例中，CMC材料以与金属材料不同的速率热生长或膨胀。因此，允许燃烧器圆顶118相对于外壁102和内壁120轴向移动，可允许对燃料喷嘴组件90的旋流器92浸入燃烧器圆顶118内以及燃烧器80内的控制比对燃烧器圆顶118附接到外壁102和内壁120的控制更严格。更严格地控制燃料喷嘴组件90及其部件相对于燃烧器80的位置可以减少发动机10的可操作性和性能的变化。
此外，外壁102和内壁120也可相对于燃烧器圆顶118轴向和径向移动。通过将燃烧器圆顶118从壁102,120分离并允许壁102,120与燃烧器圆顶118之间的相对运动，可以减轻外壁102和内壁120与燃烧器圆顶118之间的应力联接。此外，未联接的燃烧器圆顶118与外壁102和内壁120之间的任何泄漏可用作吹扫和/或膜启动器流。
如图5A所示，燃烧器圆顶118包括外翼152和内翼154。外翼152沿外壁102向后延伸，并且内翼154沿内壁120向后延伸。当燃烧器圆顶118相对于外壁102和内壁120移动时，翼152,154可以帮助引导燃烧器圆顶118，并且翼152,154还可以在燃烧器圆顶118轴向移动时帮助保持燃烧器圆顶118的径向位置或对准。如前所述，翼可以在圆顶118和壁102,120之间提供一致的间隙，用于吹扫和/或膜启动器流。
转到图5B，在其他实施例中，每个翼152,154可以从燃烧器圆顶本体156向前延伸，而不是如图5A所示的向后延伸。向前延伸的翼152,154可用于将燃烧器圆顶118安装到除燃料喷嘴组件90/旋流器92之外的部件上，例如安装到支撑燃料喷嘴组件90的金属圆顶，和/或在燃烧器80的前端88处的外壁102和内壁120中任一个或两个。在一些实施例中，燃烧器圆顶118的向前延伸的翼152,154可以用销固定或以其他方式附接到外壁102和内壁120，如图5B所示。在其他实施例中，翼152,154中的一个可以向前延伸而另一个翼152,154可以相对于本体156向后延伸，并且燃烧器圆顶118可以附接到燃料喷嘴组件90或另一个部件。
现在参考图5C，示出了分开的燃烧器圆顶118以及外壁102和内壁120的另一示例性实施例。在图5C所示的实施例中，燃烧器圆顶118包括向前延伸的内翼154但没有外翼152；相反，燃烧器圆顶118的外端158延伸到外壁102。为了保持燃烧器圆顶118并对圆顶周围的燃烧气体泄漏进行密封，内翼154与内壁120用销固定在燃烧器80的前端88处，并且外端158预加载在外壁102上。更具体地，弹簧元件160与外壁102用销固定在燃烧器前端88处，并且弹簧元件160压在燃烧器圆顶118的本体156上，以将燃烧器圆顶118的外端158预加载到限定在外壁102中的唇部162中。通过利用图5C中所示的安装构造，可以提供燃烧器圆顶118的正定保持和密封，同时最小化圆顶中的热应力，这在燃烧器圆顶118由CMC材料制成时特别有用。
如前所述，外壁102，内壁120和燃烧器圆顶118可包括CMC材料。更具体地，在示例性实施例中，流动路径组件101的燃烧器部分104和涡轮部分106由CMC材料整体形成，使得所得的一体结构是CMC部件。例如，在燃烧器部分104包括燃烧器80的外衬108，并且涡轮部分106包括第一涡轮级喷嘴部分82N的外带110，第一涡轮级叶片部分82B的护罩112，第二涡轮级喷嘴部分84N的外带114和第二涡轮级叶片部分84B的护罩116的情况下，外衬108，外带110,114和护罩114,116可以由CMC材料整体形成以产生一体CMC外壁102。如上所述，在其他实施例中，附加CMC部件可以与外衬108，外带110,114和护罩114,116整体地形成，以构造一体CMC外壁102。类似地，内壁120可以由CMC材料形成。例如，在内壁120包括分离部件，例如包括内衬122，内带124,136和刀片平台132的情况下，内壁120的每个部件可以由CMC材料形成。在两个或更多个部件被整合以形成一体内壁120的实施例中，这些部件可以由CMC材料整体形成，以构造一体CMC内壁120。
CMC材料的实例，以及特别地，SiC/Si-SiC(纤维/基质)连续纤维增强陶瓷复合(CFCC)材料和处理，在美国专利No.5,015,540；5,330,854；5,336,350；5,628,938；6,024,898；6,258,737；6,403,158；和6,503,441，以及美国专利申请公开No.2004/0067316中描述。这些处理通常需要使用多个预浸渍(预浸料)层制造CMC，例如，层材料可包括由陶瓷纤维、机织或编织陶瓷纤维布或已经浸渍有基质材料的堆叠陶瓷纤维丝束组成的预浸材料。在一些实施例中，每个预浸料层为“带”形式，包括所需的陶瓷纤维增强材料，CMC基质材料的一种或多种前体，和有机树脂粘合剂。可以通过用含有陶瓷前体和粘合剂的浆料浸渍增强材料来形成预浸带。用于前体的优选材料将取决于CMC部件的陶瓷基质所需的特定组合物，例如，如果所需的基质材料是SiC，则优选材料是SiC粉末和/或一种或多种含碳材料。值得注意的含碳材料包括炭黑，酚醛树脂和呋喃树脂，包括糠醇(C4H3OCH2OH)。其他典型的浆料成分包括促进预浸带的柔韧性的有机粘合剂(例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB))和用于促进浆料的流动性以实现纤维增强材料的浸渍的粘合剂(例如甲苯和/或甲基异丁基酮(MIBK))的溶剂。浆料可以进一步含有旨在存在于CMC部件的陶瓷基质中的一种或多种颗粒填料，例如，在Si-SiC基质的情况下，可以含有硅和/或SiC粉末。如前所述，切碎的纤维或晶须或其他材料也可以嵌入基质中。也可以使用用于制备复合制品的其他组合物和处理，更具体地，其他浆料和预浸带组合物，例如美国专利申请公开No.2013/0157037中描述的处理和组合物。
所得的预浸带可以与其他带铺叠，使得由带形成的CMC部件包括多个层压体，每个层压体衍生自单独的预浸带。每个层压体包含陶瓷纤维增强材料，该陶瓷纤维增强材料包裹在陶瓷基质中，该陶瓷基质例如在烧制和致密化循环期间全部或部分地通过陶瓷基质前体的转化形成，如下面更全面描述的。在一些实施例中，增强材料为单向丝束阵列的形式，每个丝束包含连续纤维或长丝。也可以使用单向丝束阵列的替代方案。此外，合适的纤维直径，丝束直径和中心到中心丝束间距将取决于具体的应用，特定层压体的厚度和形成它的胶带，以及其他因素。如上所述，也可以使用其他预浸材料或非预浸材料。
在铺叠带或层以形成叠层之后，对叠层进行压实，并且如果合适的话，在经受高压和高温的情况下固化以产生预制件。然后在真空或惰性气氛中加热(烧制)预制件以分解粘合剂，除去溶剂，并将前体转化为所需的陶瓷基质材料。由于粘合剂的分解，结果产生多孔CMC体，其可以经历致密化，例如熔体渗透(MI)，以填充孔隙并产生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部件可以由渗透有熔融硅的纤维材料例如通过通常称为Silcomp处理的处理来形成。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，平衡二维(2D)编织布具有彼此基本上成90°角的两个编织方向并且具有在织物的两个方向上延续的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的组成，并且优选基本上是碳化硅的纤维。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封装的碳芯。
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铺叠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中，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，或者细丝可以缠绕或编织并与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，使用其他编织或机织方法或利用2D织物。
因此，可以使用各种处理来形成一体结构，例如图3A中所示的外壁102，作为一体CMC部件。更具体地，可以使用多层CMC材料来形成每个一体结构。多个层可以彼此穿插以整合形成一体结构的各个部分。作为示例，图3A的一体外壁102可以由多个外衬层，多个第一涡轮级外带层，多个第一涡轮级护罩层，多个第二涡轮级外带层和多个第二涡轮级护罩层制成。在外衬层与第一涡轮级外带层相交的情况下，外衬层的端部可与外带层的端部交替，以使用于形成外衬层部分的层与用于形成一体外壁102的第一涡轮级外带部分的层整合。也就是说，形成一体外壁102的层之间的任何接头可以通过使接头的一侧上的层与接头的另一侧上的层交替而形成。这样，用于形成一体外壁102的层可以穿插以整合层，从而整合一体外壁102的每个部分。当然，CMC层也可以以其他方式铺叠以形成一体结构。另外，铺叠多个CMC层可以包括限定一体结构或其他部件(例如，在未与内带124整合以形成如图5A和5B的实施例中所示的一体内壁120或分离燃烧器圆顶118的内衬122)的特征，例如燃烧器前端88、外壁凸缘144和内壁凸缘146中的开口142。
在铺叠多个CMC层以限定一体CMC部件预制件之后，使预制件固化以产生单件的一体CMC部件，然后将其烧制并进行致密化，例如硅熔融渗透，以形成最终的一体CMC结构。继续上述外壁102的例子，外壁预制件可以在高压釜中处理以产生生坯状态的一体外壁102。然后，可以将生坯状态的一体外壁102放置在炉中以烧掉多余的粘合剂等，然后将其放置在具有硅片或熔块的炉中并烧制以至少利用硅熔融渗透一体外壁102。更具体地，对于由如上所述生产的预浸带的CMC层形成的一体外壁102，在真空或惰性气氛中加热(即，烧制)生坯状态的部件，分解了粘合剂，除去溶剂，并将前体转化至所需的陶瓷基质材料。粘合剂的分解产生多孔CMC本体；本体可以经历致密化，例如熔融渗透(MI)，以填充孔隙。在前述示例中，其中生坯状态的单一外壁102用硅烧制，外壁102经历硅熔融渗透。然而，可以使用任何已知的致密化技术以及利用任何合适的材料来进行致密化，已知的致密化技术包括但不限于Silcomp，熔融渗透(MI)，化学气相渗透(CVI)，聚合物渗透和热解(PIP)，以及氧化物/氧化物处理，合适的材料包括但不限于硅。在一个实施例中，致密化和烧制可以在真空炉或具有在1200℃以上的温度下建立的气氛的惰性气氛中进行，以允许硅或其他适当的材料或材料组合熔融渗透到部件中。致密化的CMC本体硬化成最终的一体CMC外壁102。在一些实施例中，最终的一体结构可以是精加工的，例如，以使结构在容差范围内或在前端88中限定开口142，和/或环境隔离涂层(EBC)可以施加于一体结构，例如，以保护一体结构免受热燃烧气体66的影响。应当理解，也可以使用形成CMC部件(例如一体CMC外壁102，一体CMC内壁120等)的其他方法或处理。
附加地或替代地，用于生产一体部件的其他处理可用于形成一体外壁102和/或一体内壁120，并且一体结构可由其他材料形成。在一些实施例中，增材制造处理可用于形成一体外壁102和/或一体内壁120。例如，可以使用增材处理或其他已知处理来产生一体外壁102和/或一体内壁120，增材处理例如熔融沉积成型(FDM)，选择性激光烧结(SLS)，立体光刻(SLA)，数字光处理(DLP)，直接金属激光烧结(DMLS)，激光网形制造(LNSM)，电子束烧结。通常，增材处理使用部件的三维信息(例如，三维计算机模型)来制造部件。将三维信息转换为多个切片，每个切片限定用于切片的预定高度的部件的横截面。然后，逐个切片或逐层“构建”部件，直到完成。超合金金属材料或其他合适的材料可用于增材处理中以形成一体外壁102和/或一体内壁120。在其他实施例中，可以使用锻造或铸造处理形成一体外壁102和/或一体内壁120。也可以使用其他合适的处理或方法。
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。

Claims (10)

1.一种燃气涡轮发动机的流动路径组件，其特征在于，所述流动路径组件包括：
燃烧器圆顶，所述燃烧器圆顶定位在所述燃气涡轮发动机的燃烧区段的燃烧器的前端，所述燃烧器圆顶包括内翼；
外壁，所述外壁从所述燃烧器的所述前端延伸通过所述燃烧区段；和
内壁，所述内壁从所述燃烧器的所述前端延伸通过所述燃烧区段，
其中所述燃烧器圆顶是与所述外壁和所述内壁分开的部件并且从所述外壁径向地延伸到所述内壁，并且
其中所述内翼沿着所述内壁向前延伸。
2.根据权利要求1所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述燃烧器圆顶在所述内翼处附接到所述内壁。
3.根据权利要求2所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述燃烧器圆顶在所述内翼处利用销固定到所述内壁。
4.根据权利要求2所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述燃烧器圆顶进一步包括沿着所述外壁向前延伸的外翼。
5.根据权利要求4所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述燃烧器圆顶在所述内翼处利用销固定到所述内壁并且在所述外翼处利用销固定到所述外壁。
6.根据权利要求1所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述燃烧器圆顶进一步包括与所述内翼径向地相对的外端和从所述外端延伸到所述内翼的本体，并且其中弹簧元件在所述燃烧器的所述前端处利用销固定到所述外壁，所述弹簧元件压在所述燃烧器圆顶的所述本体上，以将所述外端预加载在所述外壁上。
7.根据权利要求6所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述外壁在邻近所述燃烧器圆顶的所述外壁的径向内表面上限定唇部，并且其中所述外端构造成接触所述唇部以将所述外端预加载在所述外壁上。
8.根据权利要求1所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述外壁包括所述燃烧器的外衬、所述燃气涡轮发动机的涡轮区段的第一涡轮级的喷嘴部分的外带和所述第一涡轮级的叶片部分的护罩，并且其中所述外衬、所述外带和所述护罩整体地形成为单个一体结构。
9.根据权利要求8所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述内壁包括所述燃烧器的内衬和所述第一涡轮级的喷嘴部分的内带，并且其中所述内衬和所述内带整体地形成为单个一体结构。
10.根据权利要求1所述的流动路径组件，其特征在于，其中所述外壁、所述内壁和所述燃烧器圆顶包括陶瓷基质复合材料。
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