彈簧加載且密封的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物燃燒器襯套的制作方法
【專利說明】彈簧加載且密封的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物燃燒器襯套
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本PCT實用申請請求享有具有美國專利申請序列號N0.61/876，586的題為“SpringLoaded and Sealed Ceramic Matrix Composite Combustor Liner，，且具有2013年9月 11日的申請日的當(dāng)前未決的臨時專利的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用而并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大體上涉及燃氣渦輪發(fā)動機。更具體而言，但不作為限制，本實施例涉及陶瓷基質(zhì)復(fù)合物燃燒器襯套。
【背景技術(shù)】
[0003]典型的燃氣渦輪發(fā)動機大體上擁有前端和后端，其中其若干核心或推進構(gòu)件軸向地定位在前端和后端之間。空氣入口或進氣口在發(fā)動機的前端處。朝發(fā)動機的后端移動，依次，進氣口串聯(lián)流動連通地后接壓縮機、燃燒室和渦輪。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易清楚的是，附加的構(gòu)件也可包括在燃氣渦輪發(fā)動機中，諸如，例如低壓和高壓壓縮機，以及高壓和低壓渦輪。然而，這不是窮舉的列表。發(fā)動機還通常具有內(nèi)部軸，該內(nèi)部軸沿發(fā)動機的中心縱軸線軸向地設(shè)置。內(nèi)部軸連接到渦輪和空氣壓縮機二者，使得渦輪對空氣壓縮機提供旋轉(zhuǎn)輸入，以驅(qū)動壓縮機葉片。
[0004]在操作中，空氣在壓縮機中加壓，且在燃燒器中與燃料混合且點燃，以用于生成向下游流過渦輪級的熱燃燒氣體。這些渦輪級使用葉片來從燃燒氣體提取能量。高壓渦輪首先從燃燒器接收熱燃燒氣體，且包括定子噴嘴組件，定子噴嘴組件將燃燒氣體向下游引導(dǎo)穿過從支承轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外延伸的一排高壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片。在多級渦輪中，第二級定子噴嘴組件定位在第一轉(zhuǎn)子級葉片的下游，后面又跟著從第二支承轉(zhuǎn)子盤沿徑向向外延伸的一排第二級渦輪轉(zhuǎn)子葉片。渦輪將燃燒氣體能量轉(zhuǎn)換成機械能，且驅(qū)動軸，從而轉(zhuǎn)動高壓壓縮機。低壓渦輪的一個或更多個級可機械地聯(lián)接到低壓或增壓壓縮機，以用于驅(qū)動增壓壓縮機且額外地驅(qū)動入口風(fēng)扇。
[0005]在發(fā)動機操作效率的驅(qū)動改善中，期望的目標是提高發(fā)動機內(nèi)的操作溫度。然而，一個障礙是必須保持低于臨界水平的材料溫度限制。否則，可破壞材料或由材料形成的構(gòu)件。一種有前景的材料為陶瓷基質(zhì)復(fù)合物，這歸因于其輕質(zhì)、可成形性和在與渦輪發(fā)動機相關(guān)的極高溫度下操作的能力。例如，在燃燒器開發(fā)的領(lǐng)域中，燃燒器必須能夠滿足在渦輪發(fā)動機操作溫度環(huán)境中使用的設(shè)計壽命要求。陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)的使用由于其耐高溫特征而是合乎需要的。為了使燃燒器襯套能夠在此種惡劣溫度條件中有效地操作，已實踐來使用復(fù)合物，且特別是陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)材料來用于護罩節(jié)段中，因為它們具有比金屬類型部分高的溫度能力。然而，此種陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)具有在CMC燃燒器襯套的設(shè)計和應(yīng)用期間必須考慮的機械特征。CMC材料具有與用于形成燃燒器且供燃燒器襯套連接的金屬合金顯著不同的熱膨脹系數(shù)。因此，如果CMC構(gòu)件在操作期間在一個表面上受到約束和冷卻，則可形成應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致構(gòu)件的故障。此外，振動可導(dǎo)致磨損以及燃燒器襯套周圍的泄漏的問題，它們都導(dǎo)致燃燒器的低效操作。
[0006]如可由前文所見，允許在燃燒器內(nèi)使用陶瓷基質(zhì)復(fù)合物將是合乎需要的，以便允許更高的操作溫度和更有效的燃氣渦輪發(fā)動機操作，同時補償以上操作條件和標準。
[0007]包括在說明書的背景段中的信息，包括本文中引用的任何參考文獻及其任何描述或論述，僅是出于技術(shù)參考的目的而包括的，且不認為是界定本發(fā)明的范圍的主題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本實施例，陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)燃燒器襯套由彈簧加載的夾緊或固定組件使用。組件在燃燒器襯套上提供軸向力以將襯套固持在合適的位置。此外，燃燒器襯套彈簧加載組件的使用提供了燃燒器襯套的對振動的抵抗力和改善的密封，從而導(dǎo)致改善的燃燒器操作。
[0009]根據(jù)一些實施例，燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒器襯套組件包括:圓頂(dome)，其具有與發(fā)動機軸線對準的中心軸線，圓頂布置在燃燒器的輸入端處;第一彈簧，其配置在圓頂?shù)膹较蛟谕馕恢锰?外襯套固持件，其接合徑向外罩，且該外襯套固持件具有配置在徑向平面中以用于接收軸向力的表面；陶瓷基質(zhì)復(fù)合物外燃燒器襯套，其具有靠著外襯套固持件安置的外襯套密封表面，第一彈簧相對于外襯套固持件沿軸向方向?qū)ν庖r套施力；陶瓷基質(zhì)復(fù)合物內(nèi)燃燒器襯套，其具有內(nèi)襯套密封表面且接合圓頂?shù)膹较蛟趦?nèi)表面;第二彈簧，其接合內(nèi)燃燒器襯套的徑向地延伸的表面，第二彈簧沿軸向方向作用以相對于圓頂來固定內(nèi)燃燒器襯套。
[0010]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
來以簡化的形式介紹在下文中的【具體實施方式】中進一步描述的構(gòu)想的選擇。所有上文概括的特征應(yīng)理解為僅是示范性的，且本實施例的許多其他特征和目標可從本文的公開內(nèi)容中習(xí)得。本
【發(fā)明內(nèi)容】
既不意圖確定要求保護的主題的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意圖用于限制要求保護的主題的范圍。因此，在未進一步閱讀整個說明書、權(quán)利要求書、和與它們一同包括的附圖的情況下，將不會理解到本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限制性解釋。本實施例的特征、細節(jié)、功用和優(yōu)點的更深入的介紹在以下書面描述中提供，在附圖中例示出，且在所附權(quán)利要求中得到限定。
【附圖說明】
[0011]本公開內(nèi)容的上文提到的和其他特征和優(yōu)點、以及獲得它們的方式將變得更清楚，且將通過參照結(jié)合附圖作出的實施例的以下描述來更好地理解彈簧加載的燃燒器襯套，在附圖中:
圖1為示范燃氣渦輪發(fā)動機的側(cè)截面圖；
圖2為示范燃燒器的分解等距組件；
圖3為組裝的示范燃燒器的側(cè)截面圖；
圖4為外襯套組件的截面圖；
圖5為內(nèi)襯套組件的截面圖；
圖6為外襯套組件的第一彈簧的等距視圖;且，
圖7為內(nèi)襯套組件的第二彈簧的等距視圖。
【具體實施方式】
[0012]現(xiàn)在將詳細地參照所提供的實施例，其一個或更多個實例在附圖中示出。各個實例是作為公開的實施例的闡釋而非限制而提供的。實際上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的是，可在本實施例中作出各種改型和變型，而不脫離本公開內(nèi)容的范圍或精神。例如，示為或描述為一個實施例的特征可與另一實施例一起使用來產(chǎn)生又一個實施例。因此，期望本實施例覆蓋落入所附權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)的此類改型和變型。
[0013]參看圖1-7的彈簧加載的燃燒器襯套的各種實施例，其中襯套被相對于至少一個密封表面偏壓到合適的位置。燃燒器襯套由陶瓷基質(zhì)復(fù)合物形成，且密封表面由不同的材料形成，其中，所述燃燒器襯套和密封表面具有不同的熱膨脹速率。然而，彈簧偏壓力與生長速率的差異無關(guān)地維持燃燒器襯套與密封表面之間的密封接觸。偏壓的組件還維持適合的密封以用于改善性能，且抵抗與振動相關(guān)的問題。
[0014]如在本文中使用的，用語“軸向”或“軸向地”是指沿發(fā)動機縱軸線的維度。結(jié)合“軸向”或“軸向地”使用的用語“前”是指沿朝向發(fā)動機入口的方向移動，或者構(gòu)件相比于另一構(gòu)件相對更接近發(fā)動機入□。結(jié)合“軸向”或“軸向地”使用的用語“后”是指沿朝向發(fā)動機噴嘴的方向移動，或者構(gòu)件相比于另一構(gòu)件相對更接近發(fā)動機噴嘴。
[0015]如在本文中使用的，用語“徑向”或“徑向地”是指在發(fā)動機的中心縱軸線與發(fā)動機外周之間延伸的維度。
[0016]首先參看圖1，示出了具有發(fā)動機入口端12的燃氣渦輪發(fā)動機10的示意性側(cè)截面圖，空氣在發(fā)動機入口端12中進入推進器核心13，核心13大體上由高壓壓縮機14、燃燒器
16、和多級高壓渦輪20限定。共同地，推進器核心13在操作期間提供動力。盡管燃氣渦輪發(fā)動機10在航空實施例中示出，但此種實例不應(yīng)當(dāng)認作是限制性的，因為燃氣渦輪發(fā)動機10可用于航空、發(fā)電、工業(yè)、船舶等。