CN115680791A - 间隙控制组件 - Google Patents

Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的间隙控制组件，燃气涡轮发动机限定轴向方向和径向方向，并且包括一级转子叶片和护罩吊架。该组件包括壳体，壳体被构造为当安装在燃气涡轮发动机中时沿径向方向从该一级转子叶片向外定位。壳体还被构造为当安装在燃气涡轮发动机中时在第一位置处与护罩吊架接合。该组件还包括挡板，挡板沿径向方向从壳体向外定位以在其间限定室。挡板具有前端和后端。挡板的前端与壳体接合以形成第一密封，挡板的后端与壳体接合以形成第二密封。挡板、壳体或两者限定入口以允许流体进入室，并且壳体限定出口以允许流体离开室。

Description

间隙控制组件

联邦政府资助的研究

本发明是在政府支持下完成的。美国政府可对本发明拥有某些权利。

技术领域

本公开大体涉及燃气涡轮发动机。更具体地，本公开涉及用于燃气涡轮发动机的间隙控制组件。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中被加压并且在燃烧器中与燃料混合以产生热燃烧气体。在高压涡轮(HPT)中从气体提取能量，高压涡轮通过驱动轴接合到压缩机。

在典型的涡轮风扇飞行器发动机中，风扇安装在压缩机的上游并且由安装在HPT下游的低压涡轮(LPT)提供动力。在船舶和工业(M&I)应用中，LPT可以为外部驱动轴提供动力，从而为推进系统或发电机提供动力。

压缩和燃烧循环将能量引入加压空气中，其中能量在涡轮级中从燃烧气体提取。由于HPT受到从燃烧器排放的最热燃烧气体的影响，因此HPT的各种部件通常通过从压缩机排出一部分加压空气来冷却。

LPT和HPT可以包括从支撑转子盘径向延伸的一级涡轮转子叶片，其中叶片的径向外尖端安装在周围护罩内。护罩是静止的并且由周围的环形壳体支撑，用于在转子叶片的尖端和护罩之间保持小的径向间隙或间隔。

涡轮叶片共享共同的翼型轮廓，该翼型轮廓通常被设计成最大化从燃烧气体提取能量的效率。燃烧气体在叶片尖端间隙处的泄漏会降低发动机的效率。因此，径向叶片尖端间隙尽可能小，但不能太小，否则叶片尖端对涡轮护罩的不期望摩擦会导致不期望的损坏或缩短部件寿命。

为了避免不期望的叶片尖端摩擦护罩，叶片尖端间隙必须足够大。然而，为了提高发动机的整体效率，叶片尖端间隙应该最小化。因此，可以提供间隙控制组件以在各种功率设置和飞行条件期间帮助管理叶片尖端和周围护罩之间的间隙。本公开的发明人已经提出了各种构造和装置来改进当前已知的间隙控制组件。

附图说明

在参考附图的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，其中：

图1是根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的横截面视图。

图2是根据本公开的示例性方面的间隙控制组件的横截面视图。

图3是根据本公开的示例性方面的间隙控制组件的横截面视图。

图4是根据本公开的示例性方面的间隙控制组件的横截面视图。

图5是根据本公开的示例性方面的间隙控制组件的横截面视图。

图6是根据本公开的示例性方面的间隙控制组件的立体图。

图7是根据本公开的示例性方面的图6的间隙控制组件的一部分的立体图。

图8是根据本公开的示例性方面的图6的间隙控制组件的一部分的侧视图。

图9是根据本公开的示例性方面的间隙控制组件的一部分的侧视图。

图10是根据本公开的示例性方面的间隙控制组件的横截面视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的当前实施例，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号来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标号已用于指代本发明的相似或类似部分。

本文使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优于或好于其他实施方式。此外，除非另有明确说明，否则本文描述的所有实施例都应视为示例性的。

如本文所用，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“前”和“后”是指燃气涡轮发动机或运载器内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或运载器的正常操作姿态。例如，对于燃气涡轮发动机，前是指更靠近发动机入口的位置，而后是指更靠近发动机喷嘴或排气口的位置。

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。

术语“流体”可以是气体或液体。术语“流体连通”是指流体能够在指定区域之间建立连接。

除非本文另有说明，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等是指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接。类似地，除非本文另有说明，否则术语“接合”是指直接接合或通过一个或多个中间部件或特征接合。

除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数引用。

如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言被应用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“大约”和“基本上”的术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在1％、2％、4％、10％、15％或20％的裕度内。这些近似裕度可应用于单个值、限定数值范围的任一端点或两个端点，和/或端点之间的范围的裕度。

在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则此类范围被标识并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。

根据本文所述的一个或多个实施例，燃气涡轮发动机可配备有一个或多个间隙控制组件。可提供间隙控制组件以优化、维持或调整转子叶片尖端和护罩之间的间隙。间隙控制组件可以通过调整提供给围绕护罩的壳体的相对冷流体的量来优化、维持或调整间隙。间隙控制组件可以通过减少热容量失配来被动优化、维持或调整间隙，并且优化转子叶片级与静止护罩之间的热时间常数，使得转子叶片级与护罩之间的间隙能够被被动控制。为燃气涡轮发动机配备间隙控制组件可具有通过减小转子叶片尖端和护罩之间的间隙来提高发动机效率的益处。提高发动机的效率可以带来发动机的额外功率输出和降低的燃料消耗的额外益处。此外，为燃气涡轮发动机配备间隙控制组件具有降低转子叶片与护罩接触从而对发动机造成损坏的可能性的益处。此外，为燃气涡轮发动机配备间隙控制组件允许在主动间隙控制系统发生故障时被动控制转子叶片和护罩之间的间隙。

在至少一个实施例中，间隙控制组件包括壳体，壳体被构造为当安装在燃气涡轮发动机中时沿径向方向从一级转子叶片向外定位。壳体还被构造为当安装在燃气涡轮发动机中时在第一位置处与护罩吊架接合。间隙控制组件还包括挡板，挡板沿径向方向从壳体向外定位，以在挡板和壳体之间形成室。挡板具有前端和后端。挡板的前端与壳体接合以形成第一密封，挡板的后端与壳体接合以形成第二密封。挡板或壳体限定入口以允许流体进入室，并且壳体限定出口以允许流体离开室。

如将从本文的讨论中理解的那样，将挡板的前端与壳体接合以形成第一密封并且将挡板的后端与壳体接合以形成第二密封，使得室轴向和径向密封。轴向和径向密封的好处是允许进入室的流体冲击壳体并沿壳体移动，直到流体离开室，这可以经由对流增加壳体和护罩的冷却量。此外，流体可以为壳体提供更均匀的冷却。此外，这种构造允许在所有任务期间以低应力进行密封。

在至少一个实施例中，由壳体限定的出口定位成允许流体在第一位置后方的位置处离开室。这种构造具有冷却转子叶片级后方的部件(例如后续喷嘴)的额外益处。

在至少一个实施例中，第一密封包括定位在挡板的前端和壳体之间的第一绳密封元件，并且第二密封包括定位在挡板的后端和壳体之间的第二绳密封元件。这种构造具有增加第一密封和第二密封的位置处的密封效果的额外益处，这可以经由对流进一步增加壳体和护罩的冷却。此外，由于较少的流体不期望地从系统中逸出，这可能会进一步增加离开出口的流体量，这可能会进一步增加对转子叶片级的后方的部件(例如后续喷嘴)的冷却。

在至少一个实施例中，挡板的前端或后端与从壳体径向向外延伸的凸缘接合，以至少部分地形成第一密封或第二密封。这种构造具有增加第一密封和第二密封的位置处的密封效果的额外益处，这可以经由对流进一步增加壳体和护罩的冷却。此外，由于较少的流体不期望地从系统中逸出，这可能会进一步增加离开出口的流体量，这可能会进一步增加对转子叶片级的后方的部件(例如后续喷嘴)的冷却。

在至少一个实施例中，护罩吊架具有后钩，后钩被构造为与壳体的对应特征匹配，第一位置是护罩吊架的后钩与壳体的对应特征匹配的位置。这种构造具有冷却转子叶片级的后方的部件(例如后续喷嘴)的额外益处。

在至少一个实施例中，室从挡板的前端连续延伸到挡板的后端。这种构造的额外益处是增加了被冷却的壳体表面面积的量，这可能会增加护罩的冷却。

在至少一个实施例中，间隙控制组件包括定位在壳体的外表面上并且在室内的传导元件。这种构造的额外益处是能够通过在轴向、径向和/或周向方向上调整传导元件的质量厚度来设置壳体的时间常数，以匹配转子叶片级的时间常数。匹配时间常数可以增加间隙控制组件被动控制转子叶片尖端和护罩之间的间隙的能力。

在至少一个实施例中，壳体具有径向向外延伸并且位于挡板的前端和挡板的后端之间的凸缘。这种构造的额外益处是能够通过在轴向、径向和/或周向方向上调整凸缘的质量来设置壳体的时间常数，以匹配转子叶片级的时间常数。匹配壳体的时间常数来匹配转子叶片级的时间常数，允许可以被动控制转子叶片级和护罩之间的间隙。此外，这种构造增加了壳体的表面面积，这允许更快地冷却壳体，从而允许更快地冷却护罩。

在至少一个实施例中，凸缘具有位于凸缘根端附近的凹部。这种构造的额外益处是减少进入凸缘的传导，这使它们更等温或温度均匀。使凸缘更等温或温度均匀，可以提高壳体圆度并减少壳体的热增长。减少壳体的热增长可以减少热容量失配，并优化转子叶片级和静止护罩之间的热时间常数，从而可以被动控制转子叶片级和护罩之间的间隙。

现在参考附图，其中相同的数字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，本文称为“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(平行于提供参考的纵向中心线12延伸)、径向方向R和周向方向C。通常，涡轮风扇发动机10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的涡轮机16。

所描绘的示例性涡轮机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，其包括增压或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24；燃烧区段26；涡轮区段，其包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30；以及喷射排气喷嘴区段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。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷嘴区段32一起限定核心空气流动路径37。

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转子盘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从转子盘42向外延伸。盘42被可旋转的前毂48覆盖，前毂48在空气动力学上成形为促进气流通过多个风扇叶片40。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳体或外机舱50，其周向围绕风扇38和/或涡轮机16的至少一部分。应当理解，机舱50由多个周向间隔开的出口导向轮叶52相对于涡轮机16被支撑。此外，机舱50的下游区段54在涡轮机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁通气流通道56。

在涡轮风扇发动机10的操作期间，一定量空气58通过机舱50和/或风扇区段14的相关入口60进入涡轮风扇发动机10。当一定量空气58穿过风扇叶片40时，如箭头62所示的空气58的第一部分被引导或导向到旁通气流通道56中，并且如箭头64所示的空气58的第二部分被引导或导向到核心空气流动路径37中，或更具体地，被引导或导向到LP压缩机22中。第一部分空气62和第二部分空气64之间的比通常称为旁通比。然后，当第二部分空气64被导向通过HP压缩机24并进入燃烧区段26时，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，其中来自燃烧气体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。燃烧气体66然后被导向通过LP涡轮30，其中经由联接到外壳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提取第二部分热能和动能，因此使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。

燃烧气体66随后被导向通过涡轮机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在从涡轮风扇发动机10的风扇38的喷嘴排气区段76排出之前被导向通过旁通气流通道56，第一部分空气62的压力显著增加，也提供推进推力。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路径78，用于将燃烧气体66导向通过涡轮机16。

然而，应当理解，图1中描绘的示例性涡轮风扇发动机10仅作为示例，并且在其他示例性实施例中，涡轮风扇发动机10可以具有任何其他合适的构造。例如，在其他示例性实施例中，风扇38可以被构造为可变螺距风扇，其包括例如用于使多个风扇叶片绕相应螺距轴线旋转的合适致动组件，涡轮风扇发动机10可以被构造为齿轮传动涡轮风扇发动机，其在LP轴36和风扇区段14之间具有减速齿轮箱等。还应当理解，在其他示例性实施例中，本公开的方面可以结合到任何其他合适的燃气涡轮发动机中。例如，在其他示例性实施例中，本公开的方面可以结合到例如涡轮螺旋桨发动机中。

图2是根据本公开的示例性实施例的间隙控制组件100的横截面视图。间隙控制组件100包括壳体140，壳体140被构造为当安装在燃气涡轮发动机(例如图1的燃气涡轮发动机)中时沿径向方向R从一级转子叶片110向外定位。壳体140还被构造为在第一位置150处与护罩吊架130接合。在该示例中，第一位置150是壳体140和护罩吊架130配合的最后位置。更具体地，在该示例中，第一位置150是护罩吊架130的后钩133与壳体140的对应特征143配合的位置。壳体140也可以与护罩吊架130的其他部分(例如护罩吊架130的前端138)接合。

护罩吊架130可以与护罩120接合。在至少一个示例中，护罩120和护罩吊架130是单一部件；然而，如图所示，护罩120和护罩吊架130可以是两个单独的部件。护罩120和护罩吊架130可以围绕由发动机限定的轴线(例如发动机10的纵向中心线12)周向延伸。发动机可包括多个护罩120组件，其包括围绕由转子叶片110级限定的圆周延伸的护罩120和护罩吊架130。

护罩120具有与热燃烧气体流H(例如从燃烧器排放的热气体)热连通的热侧121，以及与热侧121相对的冷侧122。护罩120静止安装在发动机中并围绕转子叶片110级的径向外尖端。护罩120可与转子叶片110的尖端间隔开以限定径向间隙D。

间隙控制组件100还包括挡板180，挡板180沿径向方向R从壳体140向外定位，以在其间形成室160。挡板180可以由金属片制成并且可以轧制成期望形状。挡板180具有均与壳体140接合的前端181和后端183。挡板180的前端与壳体140接合以形成第一密封101，挡板180的后端与壳体140接合以形成第二密封102。第一密封101和第二密封102可以防止流体在第一密封101和第二密封102的位置处逸出室。

在该示例中，室160从挡板180的前端181连续延伸到挡板180的后端183。此外，室160围绕壳体140在周向方向C上连续延伸。以这种方式，室160是具有锥形边缘的大致圆柱形。

仍然参考图2的示例，挡板180的前端181和后端183均与凸缘147a、147d接合，凸缘147a、147d从壳体140径向向外延伸以至少部分地形成第一密封101或第二密封102。然而，在其他示例中，挡板180的前端181或后端183中只有一个与凸缘147接合，凸缘147从壳体140径向向外延伸以至少部分地形成第一密封101或第二密封102。挡板180可以抵靠凸缘147引起弹簧力以形成第一密封101或第二密封102。弹簧力可以在轴向方向A上抵靠凸缘147引起。

挡板180限定入口185以允许流体(例如从发动机的压缩机区段排出的空气或来自旁通气流通道56的空气)进入室160。入口185可以是冲击入口185，以沿径向方向R将离散的冲击流体射流提供到室160，并提供到壳体140的外表面141上。入口185上游的流体可以处于比入口185下游和室160内的流体更高的压力。因此，当流体离开入口185时，流体膨胀并被冷却。

挡板180可以限定围绕挡板180周向延伸的多个入口185。多个入口185中的每一个可以布置在相同的轴向位置处；然而，在其他示例中，入口185可以布置成使得它们布置在不同的轴向位置处。例如，入口185可以在挡板180周围的交错位置。在该示例中，入口185定位成靠近挡板180的前端181。这样的构造可以允许沿着壳体140的更大长度进行冷却。

然而，在本公开的其他示例性实施例中，存在其他构造；例如，入口185可以定位成靠近挡板180的中心，以例如将冷却集中在壳体的中心和后部上。在另一个示例中，入口185可以定位成靠近挡板180的后端183，以例如将冷却集中在壳体140的后部上，这对于某些吊架构造可能是期望的。在其他示例中，入口185可以设置成靠近挡板180的前端181，并且另一个入口185可以设置成靠近挡板180的中心(见下面的其他示例)。

通篇使用的术语“靠近”是指元件与指定位置的关系最接近。例如，靠近前端意味着更接近前端而不是中心和后端；靠近中心意味着更接近中心而不是前端和后端。

在该示例中，壳体140限定出口145以允许流体离开室160。此外，在该示例中，出口145定位在第一位置150的后方，并且从壳体的外表面141延伸到壳体的内表面。在一些示例中，室160内的流体压力高于出口145下游的流体压力。因此，当流体通过出口145离开室160时，流体迅速膨胀并冷却。

如图所示，出口145以相对于壳体140的面向室160的表面的钝角延伸通过壳体140。然而，在其他示例中，出口145以垂直角延伸通过壳体140，并且在其他示例中，出口145以相对于壳体140的面向室160的表面的锐角延伸通过壳体140。在该示例中，使出口145定位成允许流体在第一位置150后方的位置处离开室160可以向第一位置150提供额外冷却。例如，当第一位置150是壳体140和护罩吊架130配合的最后位置时，出口145可以向壳体140和护罩吊架130配合的最后位置提供额外冷却。此外，可以向随后的喷嘴(未示出)提供额外冷却。室160内的流体压力可以大于位于第一位置150后方的腔内的流体压力。因此，当流体离开室160时，流体压力迅速降低，使流体膨胀，从而导致流体温度降低。

然而，应当理解，在其他示例中，出口145可以定位在其他合适的位置处以获得其他期望的益处。例如，在其他实施例中，出口145可替代地延伸通过挡板180。

壳体140可以限定围绕壳体140周向间隔开的多个出口145。多个出口145中的每一个可以布置在相同的轴向位置处；然而，在其他示例中，出口145可以布置成使得它们布置在不同的轴向位置处。例如，出口145可以在壳体140周围的交错位置。

如上所述，转子叶片和护罩120之间的不同热膨胀率可以在燃气涡轮发动机的各种操作模式期间改变径向间隙D。因此，间隙控制组件100可以选择性地冷却或加热壳体140、护罩吊架130和护罩120，以调整径向间隙D。例如，由于壳体140与护罩吊架130接合，该护罩吊架130与护罩120接合或者是具有护罩120的单一部件，因此壳体140的选择性冷却或加热也例如经由传导选择性地冷却或加热护罩120。护罩120的选择性冷却或加热会影响径向间隙D。更具体地，冷却壳体140会导致壳体140、护罩吊架130和护罩120的热收缩，这会减小径向间隙D。允许壳体140加热会导致壳体140、护罩吊架130和护罩120的热膨胀，这会增加径向间隙D。

在操作中，流体(例如从发动机的压缩机区段排出的空气或来自旁通气流通道56的空气)通过挡板180的入口185进入室160。为了冷却护罩120，流体的温度低于护罩120的温度。相对冷的流体被朝向壳体140的外表面141引导，其经由传导冷却壳体140并且还冷却护罩吊架130和护罩120。然后流体通过出口145离开室160。为了加热护罩120，或者更确切地说为了增加护罩120的温度，可以减少提供给室160的相对冷的流体的量。

图3是根据本公开的另一个示例性实施例的间隙控制组件100的横截面视图。图3的组件基本上类似于图2的组件，并且相似的元件将用相同的附图标记表示。然而，图3的组件与图2的组件的不同之处在于壳体140包括位于室160内的第一凸缘147b和第二凸缘147c。此外，挡板180的形状与壳体140的外部尺寸形状相符合。在该示例中，挡板180从前端181到后端183与壳体140间隔开，使得除了在第一密封101和第二密封102的位置处，挡板180不与壳体140接触。从挡板180到壳体140的距离可以变化。例如，如图所示，凸缘147b和147c各自沿径向方向R在外位置处限定尖端。从凸缘147b、147c的尖端到挡板180的距离可以小于从壳体140到挡板180的中心的距离。在其他示例中，除了前端181和后端183之外，从挡板180到壳体140的距离在挡板180的整个长度上是恒定的。

壳体140可以包括多于两个凸缘147。例如，壳体140可以包括三个、四个、六个或更多个凸缘147。壳体140还可以包括一个凸缘147。每个凸缘147可以在周向方向C上围绕壳体140连续延伸，以加强壳体140。然而，在其他示例中，凸缘147可以围绕壳体140仅部分地延伸。

由于凸缘147位于室160内，流过室160的流体可以采用轴向通过室160的蛇形路径。另外，如图所示，图3中所示的挡板180可以限定沿轴向方向A间隔开的多个入口185。特别地，所描绘的示例性挡板180限定定位成靠近挡板180的前端的入口185a，以及定位成靠近挡板180的中心的两个附加入口185b和185c。此外，即使未在横截面视图中示出，多个入口185a、185b、185c也可以在相同的轴向位置处或周围围绕挡板180周向延伸。

凸缘147可以增加壳体140的质量和表面面积。增加壳体140的质量和表面面积可以减少转子叶片110级和静止护罩120之间的热容量失配。热容量失配的减少可以优化转子叶片110级和静止护罩120之间的热时间常数，使得转子叶片110级和护罩120之间的间隙D可以被被动控制。

现在参考图4，提供了根据本公开的又一示例性实施例的间隙控制组件100的横截面视图。图4的组件基本上类似于图3的组件，并且相似的元件将用相同的附图标记表示。然而，图4的组件与图3的组件的不同之处在于，位于室160内的第一和第二凸缘147b、147c具有位于凸缘147的根端(即，凸缘147b、147c与壳体140的外表面141相遇的沿径向方向R的内端)附近的凹部148。在该示例中，凹部148是位于凸缘147的下侧附近的扇形。

将凹部148结合到凸缘147中可以减少进入凸缘147的传导，这使得它们更等温或温度均匀。使凸缘147更等温或温度均匀，可以提高壳体圆度并且可以减少壳体140的热增长。减少壳体140的热增长可以减少热容量失配并优化转子叶片110级和静止护罩120之间的热时间常数，使得转子叶片110级和护罩120之间的间隙D可以被被动控制。

图5是根据本公开的又一示例性实施例的间隙控制组件100的横截面视图。图5的组件基本上类似于图2的组件，并且相似的元件将用相同的附图标记表示。然而，图5的组件与图2的组件的不同之处在于传导元件149定位在壳体140的外表面141上并且在室160内。传导元件149可以被构造为增加壳体140的时间常数，以更接近或匹配转子叶片110级的时间常数。设计壳体140的时间常数以匹配或更接近转子叶片110级的时间常数可以通过调整传导元件149在轴向、径向和/或周向方向C上的质量厚度来实现。

传导元件149可以由与壳体140的材料不同的材料形成。或者，传导元件149可以由与壳体140相同的材料形成。传导元件149可以是与壳体140的单一部件。传导元件149可以由金属或金属合金、或具有相对高的热容量的任何其他材料形成，以促进热量被传导地传递至传导元件149或从传导元件149传导地传递热量。例如，在某些示例性方面，传导元件149可以是镍或钴基合金。在其他示例中，传导元件149可以限定与镍或钴基合金相同或类似的热容量。

在图5的示例中，挡板180限定定位成靠近挡板180的前端181的入口185a、定位成靠近挡板180的中心的入口185b、以及定位成靠近挡板180的后端183的入口185c。多个入口185可以在这些轴向位置中的每一个处或周围围绕挡板180周向间隔开。

图6至图8是根据本公开的示例性实施例的间隙控制组件100的视图。更具体地，图6是立体图，图7是局部立体图，图8是根据本公开的示例性实施例的间隙控制组件100的局部侧视图。图6至图8的组件类似于图2的组件，并且相似的元件将用相同的附图标记表示。

更具体地，首先参考图6，应当理解，间隙控制组件100包括沿周向方向C基本上连续延伸的挡板180。在该示例中，挡板180是多件式设计，具有在接头(例如接头188或接头189)处彼此附接的多个区段，例如区段186和区段187。特别地，对于所示的实施例，挡板180是两件式设计，具有在第一接头188和第二接头189处彼此附接的第一区段186和第二区段187。

现在特别参考图7，提供了第一接头188的近视图，应当理解，挡板180的第一区段186包括第一凸缘184a，挡板180的第二区段187包括第二凸缘184b。对于所示的实施例，第一接头188由第一和第二区段186、187的第一和第二凸缘184a、184b形成，并且更具体地被构造为螺栓连接，其中第一和第二区段186、187的第一和第二凸缘184a、184b通过一个或多个紧固件190(例如通过一个或多个螺栓)机械联接。

更具体地，现在还简要地参考图8，提供沿轴向方向A的第一接头188的一部分的近视图，应当理解，所描绘组件的示例性实施例进一步包括第一和第二内支架105a、105b以及第一和第二外支架106a、106b。内支架105a、105b和/或外支架106a、106b可以改进挡板180的径向密封。特别地，第一内支架和外支架105a、106a定位在挡板的第一区段186的第一凸缘184a的相对侧上，并且第二内支架和外支架105b、106b定位在挡板的第二区段187的第二凸缘184b的相对侧上。第一和第二内支架105以及第一和第二外支架106可以最小化挡板180的第一和第二凸缘184a、184b上的应力。

然而，应当理解，所描绘的示例性挡板仅作为示例提供，并且在其他实施例中，挡板可以以任何合适的方式附接设置。例如，挡板180可以包括以任何合适的方式(例如通过焊接)附接的任何合适数量的区段。然而，与焊接相对，紧固这些区段(例如图7中所示)可以减少相邻区段相遇的位置所承受的应力量。

仍然参考图7和图8，如图所示，挡板180还包括多个凹坑182。凹坑182可以允许挡板180在凸缘147a和147b之间保持径向平坦，并且可以附加地帮助减少挡板180的振动。

现在参考图9，示出了根据本公开的示例性方面的间隙控制组件100的一部分的侧视图。如图9中最佳所示，在所示实施例中，第一密封101包括密封元件，并且更具体地，包括定位在挡板180的前端181和壳体140之间的第一绳密封103元件，第二密封102类似地包括密封元件，并且更具体地，包括定位在挡板180的后端183和壳体140之间的第二绳密封104元件。可提供位于第一绳密封103元件和第二绳密封104元件内侧的附加凸缘147，以将绳密封元件保持在适当位置。

如图所示，入口185(其可以是冲击入口185)定位成靠近挡板180的前端181。多个入口185可以围绕挡板180(图7)周向定位。在其他示例中，入口185可以附加地或替代地定位成靠近挡板180的中心和/或挡板180的后端。

出口145在第一位置150的后方，并且从壳体的外表面141延伸到壳体的内表面142。多个出口145可以围绕壳体140周向定位。在该示例中，出口145以相对于壳体140的面向室160的外表面141的垂直角延伸通过壳体140。然而，在其他示例中，出口145以钝角延伸通过壳体140，并且在其他示例中，出口145以相对于壳体140的面向室160的表面141的锐角延伸通过壳体140。

仍然大致参考图6至图8的实施例和图9的实施例，与之前的示例相似，间隙控制组件100包括壳体140，该壳体140被构造为当安装在燃气涡轮发动机(例如图1的燃气涡轮发动机)中时，沿径向方向R从一级转子叶片110(未示出)向外定位。例如，返回特别参考图7，壳体140进一步被构造为在第一位置150处与护罩吊架130接合。在该示例中，第一位置150是壳体140和护罩吊架130配合的最后位置。更具体地，第一位置150是护罩吊架130的后钩133与壳体140的对应特征143配合的位置。壳体140还可以与护罩吊架130的其他部分(例如护罩吊架130的前端)接合。护罩吊架130可以与护罩120(未示出)接合。

间隙控制组件100的挡板180沿径向方向R从壳体140向外定位，以在其间形成室160。挡板180可以由金属片制成并且可以轧制成期望形状。挡板180具有均与壳体140接合的前端181和后端183。挡板180的前端与壳体140接合以形成第一密封101，挡板180的后端与壳体140接合以形成第二密封102。在该示例中，室160从挡板180的前端连续延伸到挡板180的后端。此外，室160围绕壳体140在周向方向C上连续延伸。以这种方式，室160是在内侧上具有圆形边缘的大致圆柱形。

图10是根据本公开的又一示例性实施例的间隙控制组件100的横截面视图。图10的组件类似于图2的组件，并且相似的元件将用相同的附图标记表示。在该示例中，间隙控制组件100包括挡板180，挡板180沿径向方向R从壳体140向外定位，以在其间形成室160。挡板180具有均与壳体140接合的前端181和后端183。挡板180的前端181与壳体140的凸缘147a接合以形成第一密封101，挡板180的后端183与壳体140的凸缘147b接合以形成第二密封102。在该示例中，室160从前凸缘147a连续延伸到后凸缘147b。此外，室160围绕壳体140周向连续延伸。

挡板180的前端181和后端183均与凸缘147a、147b接合，凸缘147a、147b沿径向方向从壳体140向外延伸，以至少部分地形成第一密封101或第二密封102。挡板180可以抵靠凸缘147a、147b引起轴向压缩力，以形成第一密封101或第二密封102。在该示例中，挡板180被构造为在凸缘147a、147b上引起压缩力的夹。此外，如图所示，挡板180是两个离散件180a、180b，其被设置成增加第一密封101和第二密封102的密封性。

壳体140的前凸缘147a限定入口144以允许流体(例如从发动机的压缩机区段排出的空气或来自旁通气流通道56的空气)进入室160。入口144可以是冲击入口144，以将离散的冲击流体射流提供到室160并提供到壳体140上。前凸缘147a可以限定围绕壳体140周向延伸的多个入口144。

壳体140的后凸缘147b限定出口145，以允许流体离开室160。在该示例中，出口145定位成允许流体在第一位置150后方的位置(未示出)处离开室160，该位置是壳体140与护罩吊架的后端接合的位置。如图所示，出口145以相对于壳体140的面向室160的表面的钝角延伸通过壳体140的后凸缘147b。然而，在其他示例中，出口145以垂直角延伸通过壳体140的后凸缘147，并且在其他示例中，出口145以相对于壳体140的面向室160的表面的锐角延伸通过壳体140的后凸缘147。壳体140可以限定围绕壳体140周向延伸的多个出口145。

仍然参考图10的示例，壳体140的前凸缘147a可以限定入口144而不是出口145，以允许流体进入室160，而壳体140的后凸缘147b可以限定出口145而不是入口144，以允许流体离开室160。

如上所述，减少壳体140和转子叶片110级之间的热容量失配和/或热时间常数失配可以允许间隙控制组件100被动控制转子叶片110级和护罩120之间的间隙D。因此，调整间隙控制组件100的部件的特征(例如凸缘147、传导元件149或凸缘凹部148)，以减少热容量失配和/或热时间常数失配可能是有益的。减小热容量失配和/或热时间常数失配允许间隙控制组件被动控制转子叶片110级和护罩120之间的间隙D。

此外，应当理解，所讨论的特征可以结合到间隙控制组件100的任何示例实施例中。例如，图3的凸缘147a、147d或凸缘147b、147c可以结合到任何其他示例实施例中；图4的凹部148可以结合到任何其他示例实施例中；图5的传导元件149可以结合到任何其他示例实施例中；图6的两件式构造可以结合到任何其他示例实施例中；图9的绳密封103，104可以结合到任何其他示例实施例中；如图10所示，由凸缘147a、b限定的入口144和出口145可以结合到任何其他示例实施例中。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何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。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可以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区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

进一步的方面由以下条项的主题提供：

1.一种用于燃气涡轮发动机的间隙控制组件，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向和径向方向，并且包括一级转子叶片和护罩吊架，所述组件包括：壳体，所述壳体被构造为当安装在所述燃气涡轮发动机中时沿所述径向方向从所述一级转子叶片向外定位，所述壳体进一步被构造为当安装在所述燃气涡轮发动机中时在第一位置处与所述护罩吊架接合；以及挡板，所述挡板沿所述径向方向从所述壳体向外定位，以在其间限定室，所述挡板具有前端和后端，其中所述挡板的所述前端与所述壳体接合以形成第一密封，其中所述挡板的所述后端与所述壳体接合以形成第二密封，其中，所述挡板、所述壳体或两者限定入口以允许流体进入所述室，并且所述壳体限定出口以允许所述流体离开所述室。

2.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述挡板限定所述入口，其中所述入口定位成靠近所述挡板的前端。

3.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述出口定位在所述第一位置的后方，并且从所述壳体的外表面延伸到所述壳体的内表面。

4.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述第一密封包括定位在所述挡板的所述前端和所述壳体之间的第一绳密封元件，并且其中，所述第二密封包括定位在所述挡板的所述后端和所述壳体之间的第二绳密封元件。

5.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述壳体包括沿所述径向方向向外延伸的凸缘，并且其中，所述挡板的所述前端或所述后端与所述壳体的所述凸缘接合，以至少部分地形成所述第一密封或所述第二密封。

6.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述护罩吊架具有后钩，所述后钩被构造为与所述壳体的对应特征匹配，其中所述第一位置是所述护罩吊架的所述后钩与所述壳体的所述对应特征匹配的位置。

7.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述室从所述挡板的所述前端连续延伸到所述挡板的所述后端。

8.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述壳体限定沿所述径向方向的外表面，并且其中，所述组件进一步包括定位在所述壳体的所述外表面上并且在所述室内的传导元件。

9.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述壳体具有凸缘，所述凸缘沿所述径向方向向外延伸并且位于所述挡板的所述前端和所述挡板的所述后端之间。

10.根据任何前述条项所述的组件，其中，所述凸缘具有位于所述凸缘的根端附近的凹部。

11.一种限定轴向方向和径向方向的燃气涡轮发动机，所述发动机包括：压缩机区段；燃烧区段，所述燃烧区段位于所述压缩机区段的下游；以及涡轮区段，所述涡轮区段位于所述燃烧区段的下游，其中所述涡轮区段包括一级转子叶片、护罩吊架和间隙控制组件，所述间隙控制组件包括：壳体，所述壳体沿所述径向方向从所述一级转子叶片向外定位，所述壳体在第一位置处与所述护罩吊架接合；以及挡板，所述挡板沿所述径向方向从所述壳体向外定位以在其间形成室，所述挡板具有前端和后端，其中所述挡板的所述前端与所述壳体接合以形成第一密封，其中所述挡板的所述后端与所述壳体接合以形成第二密封，其中所述挡板或所述壳体限定入口以允许流体进入所述室，并且所述壳体限定出口以允许所述流体离开所述室。

12.根据任何前述条项所述的发动机，其中，所述挡板限定所述入口，所述入口定位成靠近所述挡板的前端。

13.根据任何前述条项所述的发动机，其中，所述出口定位在所述第一位置的后方，并且从所述壳体的外表面延伸到所述壳体的内表面。

14.根据任何前述条项所述的发动机，其中，所述第一密封包括定位在所述挡板的所述前端和所述壳体之间的第一绳密封元件，并且其中，所述第二密封包括定位在所述挡板的所述后端和所述壳体之间的第二绳密封元件。

15.根据任何前述条项所述的发动机，其中，所述挡板的所述前端或所述后端与从所述壳体径向向外延伸的凸缘接合，以至少部分地形成所述第一密封或所述第二密封。

16.根据任何前述条项所述的发动机，其中，所述护罩吊架具有后钩，所述后钩被构造为与所述壳体的对应特征匹配，所述第一位置是所述护罩吊架的所述后钩与所述壳体的所述对应特征匹配的位置。

17.根据任何前述条项所述的发动机，其中，所述室从所述挡板的所述前端连续延伸到所述挡板的所述后端。

18.根据任何前述条项所述的发动机，进一步包括传导元件，所述传导元件定位在所述壳体的外表面上并且在所述室内。

19.根据任何前述条项所述的发动机，其中，所述壳体具有凸缘，所述凸缘径向向外延伸并且位于所述挡板的所述前端和所述挡板的所述后端之间。

20.根据任何前述条项所述的发动机，其中，所述凸缘具有位于所述凸缘的根端附近的凹部。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的间隙控制组件，其特征在于，所述燃气涡轮发动机限定轴向方向和径向方向，并且包括一级转子叶片和护罩吊架，所述组件包括：

壳体，所述壳体被构造为当安装在所述燃气涡轮发动机中时沿所述径向方向从所述一级转子叶片向外定位，所述壳体进一步被构造为当安装在所述燃气涡轮发动机中时在第一位置处与所述护罩吊架接合；以及

挡板，所述挡板沿所述径向方向从所述壳体向外定位，以在其间限定室，所述挡板具有前端和后端，其中所述挡板的所述前端与所述壳体接合以形成第一密封，其中所述挡板的所述后端与所述壳体接合以形成第二密封，

其中，所述挡板、所述壳体或两者限定入口以允许流体进入所述室，并且所述壳体限定出口以允许所述流体离开所述室。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中，所述挡板限定所述入口，其中所述入口定位成靠近所述挡板的前端。

3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中，所述出口定位在所述第一位置的后方，并且从所述壳体的外表面延伸到所述壳体的内表面。

4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中，所述第一密封包括定位在所述挡板的所述前端和所述壳体之间的第一绳密封元件，并且其中，所述第二密封包括定位在所述挡板的所述后端和所述壳体之间的第二绳密封元件。

5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中，所述壳体包括沿所述径向方向向外延伸的凸缘，并且其中，所述挡板的所述前端或所述后端与所述壳体的所述凸缘接合，以至少部分地形成所述第一密封或所述第二密封。

6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中，所述护罩吊架具有后钩，所述后钩被构造为与所述壳体的对应特征匹配，其中所述第一位置是所述护罩吊架的所述后钩与所述壳体的所述对应特征匹配的位置。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中，所述室从所述挡板的所述前端连续延伸到所述挡板的所述后端。

8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中，所述壳体限定沿所述径向方向的外表面，并且其中，所述组件进一步包括定位在所述壳体的所述外表面上并且在所述室内的传导元件。

9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，其中，所述壳体具有凸缘，所述凸缘沿所述径向方向向外延伸并且位于所述挡板的所述前端和所述挡板的所述后端之间。

10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，其中，所述凸缘具有位于所述凸缘的根端附近的凹部。

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