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技術(shù)領(lǐng)域
本文中所述的技術(shù)大體上涉及燃氣渦輪發(fā)動機,并且更具體地涉及并入低延性材料的此類發(fā)動機中的機械連接。
背景技術(shù):
典型燃氣渦輪發(fā)動機包括渦輪機核心,其具有成串流關(guān)系的高壓壓縮機、燃燒器和高壓渦輪。核心能夠以已知方式操作來生成主氣流。高壓渦輪(也稱為燃氣發(fā)生器渦輪)包括一個或更多個級,其從主氣流抽取能量。各個級包括靜止渦輪噴嘴,后面是承載渦輪葉片的下游轉(zhuǎn)子。這些構(gòu)件在極高溫度環(huán)境中操作,并且必須由空氣流冷卻來確保足夠的使用壽命。典型地,用于冷卻的空氣從壓縮機抽取(放出)。放出空氣使用不利地影響比燃料消耗("SFC"),并且應(yīng)當(dāng)大體上最小化。
金屬渦輪結(jié)構(gòu)可以以具有更好的高溫能力的材料替換,如,陶瓷基質(zhì)復(fù)合物("CMC")。CMC的密度為用于渦輪發(fā)動機的熱區(qū)段中的常規(guī)金屬超級合金的密度的大約三分之一,故通過以CMC替換金屬合金同時保持相同的翼型件幾何形狀,構(gòu)件的重量降低。通過替換渦輪噴嘴中的翼型件的大多數(shù),組件的總重量降低,并且對冷卻空氣流的需要減少。
CMC和類似的材料具有獨特的機械性質(zhì),其必須在物品如護罩節(jié)段的設(shè)計和應(yīng)用期間考慮。例如,在相比于金屬材料時,CMC材料具有相對低的拉伸延性或?qū)ζ诘牡蛻?yīng)變。另外,CMC具有為超級合金的大約三分之一的熱膨脹系數(shù)("CTE"),這意味著兩種不同材料之間的剛性接頭包括較大的應(yīng)變和應(yīng)力,具有由于組裝狀態(tài)的溫度變化。CMC的可允許的應(yīng)力極限也低于金屬合金,這驅(qū)使了對用于CMC構(gòu)件的簡單且低應(yīng)力的設(shè)計的需要。
同時,具有流引導(dǎo)形狀的構(gòu)件(如,翼型件)應(yīng)當(dāng)不允許獨立于彼此浮動(這將消極地影響空氣動力性能)。
因此,存在對用于安裝CMC和其它低延性翼型件的設(shè)備的需要,該設(shè)備使那些構(gòu)件上的機械負載最小化,同時提供靜態(tài)決定性錨定點。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
該需要通過本文中所述的技術(shù)解決,該技術(shù)提供渦輪構(gòu)件組件,其包括定位和固持于周圍結(jié)構(gòu)同時容許有限移動自由的構(gòu)件。
根據(jù)本文中所述的技術(shù)的一個方面,一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪構(gòu)件組件包括:具有第一熱膨脹系數(shù)并且包括端面的第一構(gòu)件;包括鄰接端面的匹配表面的第二構(gòu)件;以及具有不同于第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù)的緊固件,緊固件包括接合第二構(gòu)件的柄和接合第一構(gòu)件中的安裝槽口的擴大頭部;其中匹配表面和端面定形成容許第一構(gòu)件與第二構(gòu)件之間的相對樞轉(zhuǎn)移動。
根據(jù)本文中所述的技術(shù)的一個方面,一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪噴嘴設(shè)備包括:環(huán)形內(nèi)帶;外接內(nèi)帶的環(huán)形外帶;在內(nèi)帶與外帶之間延伸并且使它們互連的多個翼型件形結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉;以及在內(nèi)帶與外帶之間延伸的多個翼型件形非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉,各個非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉具有由內(nèi)帶收納的根部端和由外帶收納的末梢端,其中末梢端和根部端中的一個由緊固件連接于相應(yīng)的帶,該緊固件具有接合帶的柄和接合非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉中的安裝槽口的擴大頭部。
技術(shù)方案1. 一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪構(gòu)件組件,包括:
第一構(gòu)件,其具有第一熱膨脹系數(shù)并且包括端面;
第二構(gòu)件,其包括鄰接所述端面的匹配表面;以及
緊固件,其具有不同于所述第一熱膨脹系數(shù)的第二熱膨脹系數(shù),所述緊固件包括接合所述第二構(gòu)件的柄和接合所述第一構(gòu)件中的安裝槽口的擴大頭部;
其中所述匹配表面和所述端面定形成容許所述第一構(gòu)件與所述第二構(gòu)件之間的相對樞轉(zhuǎn)移動。
技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的組件,其特征在于,所述匹配表面具有穿過其的安裝孔,其收納所述緊固件的所述柄。
技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的組件,其特征在于,所述匹配表面和所述端面定形成容許圍繞兩條相互垂直的軸線的其間的相對樞轉(zhuǎn)移動。
技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的組件,其特征在于,所述匹配表面為向外凸出彎曲的,并且所述端面為平面的。
技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的組件,其特征在于,所述柄連接于支承抵靠所述第二構(gòu)件的固持件。
技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案5所述的組件,其特征在于,所述固持件包括冶金地聯(lián)結(jié)于所述柄的墊圈。
技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的組件,其特征在于,所述緊固件的所述頭部包括鄰近所述柄的近側(cè)部分和遠側(cè)部分,所述近側(cè)部分具有帶發(fā)散形狀的表面。
技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案7所述的組件,其特征在于,所述近側(cè)部分為回轉(zhuǎn)本體。
技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的組件,其特征在于,所述安裝槽口具有截面形狀,包括入口、擴大端室以及使所述入口和所述端室互連的錐形區(qū)段,所述錐形區(qū)段包括從彼此發(fā)散的一對間隔開的壁。
技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的組件,其特征在于,所述緊固件包括金屬合金。
技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的組件,其特征在于,所述第一構(gòu)件包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物。
技術(shù)方案12. 一種用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪噴嘴設(shè)備,包括:
環(huán)形內(nèi)帶;
外接所述內(nèi)帶的環(huán)形外帶;
多個翼型件形結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉,其在所述內(nèi)帶與所述外帶之間延伸并且使它們互連;以及
多個翼型件形非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉,其在所述內(nèi)帶與所述外帶之間延伸,各個非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉具有由所述內(nèi)帶收納的根部端和由所述外帶收納的末梢端,其中所述末梢端和所述根部端中的一個由緊固件連接于相應(yīng)帶,所述緊固件具有接合所述帶的柄和接合所述非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉中的安裝槽口的擴大頭部。
技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,所述內(nèi)帶和所述外帶中的一個包括多個盲凹穴,各個盲凹穴收納所述非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉的所述端部中的一個,各個盲凹穴包括具有穿過其的安裝孔的底板,所述安裝孔收納所述緊固件的所述柄。
技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案13所述的設(shè)備,其特征在于,所述底板和所述非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉的端面定形成容許其間的相對樞轉(zhuǎn)移動。
技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的設(shè)備,其特征在于,所述底板和所述端面定形成容許圍繞兩條相互垂直的軸線的其間的相對樞轉(zhuǎn)移動。
技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,所述底板為向外凸出彎曲的,并且所述端面為平面的。
技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案13所述的設(shè)備,其特征在于,所述柄連接于固持件,所述固持件支承抵靠所述盲凹穴的所述底板。
技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案17所述的設(shè)備,其特征在于,所述固持件包括焊接于所述柄的墊圈。
技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,所述緊固件的所述頭部包括鄰近所述柄的近側(cè)部分和遠側(cè)部分,所述近側(cè)部分具有帶發(fā)散形狀的表面。
技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的設(shè)備,其特征在于,所述近側(cè)部分為回轉(zhuǎn)本體。
技術(shù)方案21. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,所述安裝槽口具有截面形狀,包括入口、擴大端室以及使所述入口和所述端室互連的錐形區(qū)段,所述錐形區(qū)段包括從彼此發(fā)散的一對間隔開的壁。
技術(shù)方案22. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,所述緊固件包括金屬合金。
技術(shù)方案23. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,所述內(nèi)帶和所述外帶中的一個包括:
形成在其中的多個間隔開的孔口;以及
收納在各個孔口中的蓋,所述蓋包括至少一個盲凹穴,各個盲凹穴收納所述非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉的端部中的一個。
技術(shù)方案24. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,所述非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉包括陶瓷基質(zhì)復(fù)合物。
技術(shù)方案25. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,所述結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉包括金屬合金。
技術(shù)方案26. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備,其特征在于,
所述內(nèi)帶包括多個盲凹穴,各個盲凹穴收納所述非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉的端部中的一個,各個盲凹穴包括具有穿過其的安裝孔的底板,所述安裝孔收納所述緊固件的所述柄;并且
所述外帶包括:
形成在其中的多個間隔開的孔口;以及
收納在各個孔口中的蓋,所述蓋包括多個盲凹穴,各個盲凹穴收納所述非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉中的一個的末梢端中的一個。
附圖說明
本發(fā)明可通過參照連同附圖進行的以下描述來最佳地理解,在該附圖中:
圖1為根據(jù)本文中所述的技術(shù)的方面構(gòu)建的用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪噴嘴組件的示意性透視圖;
圖2為圖1中所示的渦輪噴嘴的一部分的擴大視圖;
圖3為圖1中所示的渦輪噴嘴的一部分的截面視圖;
圖4為渦輪噴嘴的一部分的截面視圖;以及
圖5為沿圖4的線5-5截取的視圖。
部件列表
10 渦輪噴嘴
12 內(nèi)帶
14 外帶
16A 結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉
16B 非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉
18 根部端
20 末梢端
22 根部端
24 末梢端
26 根部凹穴
28 孔口
30 外帶節(jié)段
32 蓋
34 末梢凹穴
200 根部端面
202 周壁
204 底板
206 安裝槽口
208 入口
210 端室
210 端室
212 錐形區(qū)段
212 錐形區(qū)段
214 緊固件
216 柄
218 頭部
220 近側(cè)部分
222 遠側(cè)部分
224 表面
226 安裝孔
228 墊圈
230 焊縫
232 徑向間隙。
具體實施方式
參照附圖,其中相同的附圖標(biāo)記遍及各個視圖表示相同元件,圖1和2繪出了根據(jù)本文中所述的技術(shù)的方面構(gòu)建的示例性渦輪噴嘴10。渦輪噴嘴10為形成燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪區(qū)段的部分的靜止構(gòu)件。將理解的是,渦輪噴嘴10將在渦輪轉(zhuǎn)子上游安裝在燃氣渦輪發(fā)動機中,其中轉(zhuǎn)子盤承載翼型件形渦輪葉片的陣列,噴嘴和轉(zhuǎn)子限定渦輪的一個級。噴嘴的主要功能在于將燃燒氣流引導(dǎo)到下游的渦輪轉(zhuǎn)子級中。
渦輪為已知類型的燃氣渦輪發(fā)動機的已知構(gòu)件,并且作用為從來自上游燃燒器(未示出)的高溫加壓燃燒氣體抽取能量,并且將能量轉(zhuǎn)換成機械功,其接著用于驅(qū)動壓縮機、風(fēng)扇、軸或其它機械負載(未示出)。本文中所述的原理同樣適用于渦扇、渦輪噴氣和渦輪軸發(fā)動機,以及用于其它車輛或靜止應(yīng)用中的渦輪發(fā)動機。
注意的是,如本文中所述,用語"軸向"或"縱向"是指平行于燃氣渦輪發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)軸線的方向,而"徑向"是指垂直于軸向方向的方向,并且"切向"或"周向"是指相互垂直于軸向方向和切向方向的方向。(見圖1中的箭頭"A"、"R"和"T")。這些方向用語僅用于便于描述,并且不要求由此描述的結(jié)構(gòu)的特定定向。
渦輪噴嘴10包括環(huán)形內(nèi)帶12和環(huán)形外帶14,它們分別限定穿過渦輪噴嘴10的熱氣體流動路徑的內(nèi)邊界和外邊界。
翼型件形渦輪導(dǎo)葉的陣列設(shè)置在內(nèi)帶12與外帶14之間。導(dǎo)葉陣列包括與一組非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B交錯的一組結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A。渦輪噴嘴10可稱為"混合"結(jié)構(gòu),其中結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A和非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B由具有不同性質(zhì)的材料制成。
各個結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A具有在前緣與后緣之間延伸的相對的凹形側(cè)和凸形側(cè),并且在根部端18與末梢端20之間延伸。足夠數(shù)量的結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A提供成以便在發(fā)動機操作期間保持內(nèi)帶12與外帶14之間的同心關(guān)系,并且控制內(nèi)帶12與外帶14之間的相對熱增長。如本文中使用的,用語"結(jié)構(gòu)"識別構(gòu)造和安裝成以便在內(nèi)帶12與外帶14之間傳遞熱和/或機械負載的導(dǎo)葉16A。結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A在功能上與內(nèi)帶12和外帶14集成,并且可為單個鑄造或鍛造構(gòu)件的部分,或者可焊接、硬釬焊或機械緊固于內(nèi)帶12和外帶14。在所示特定實例中,存在12個結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A,其圍繞渦輪噴嘴10的圓周相等間隔開,各個在圖1和2中以"x"表示。
結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A由較強的延性材料如金屬合金構(gòu)成。例如,已知類型的鎳基、鐵基或鈷基"超級合金"可用于該目的。
各個非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B具有在前緣與后緣之間延伸的相對的凹形側(cè)和凸形側(cè),并且在根部端22與末梢端24之間延伸。根部端22終止于根部端面200(見圖3)處。一個或更多個非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B沿周向設(shè)置在各對結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A之間。在所示特定實例中,存在圍繞渦輪噴嘴10的圓周等距間隔開的48個非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B,并且非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B以四個設(shè)置成一組。單個結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A使相鄰的成組的非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B分開。
如本文中所述,用語"非結(jié)構(gòu)"識別構(gòu)造和安裝成使得它們不在內(nèi)帶12與外帶14之間傳遞顯著的熱和/或機械負載的導(dǎo)葉16B。將理解的是,所有導(dǎo)葉16A和16B獨立地經(jīng)受顯著的空氣動力(例如,氣體壓力)負載,并且必須具有足夠的剛度并且產(chǎn)生耐受操作中的這些負載的強度。
非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B中的各個可由低延性耐高溫材料構(gòu)成。用于非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的適合材料的一個實例為已知類型的陶瓷基質(zhì)復(fù)合物(CMC)材料。大體上,市售CMC材料包括陶瓷類型的纖維,例如,SiC,其形式以順應(yīng)性材料如氮化硼(BN)涂覆。纖維承載在陶瓷類型的基質(zhì)中,其一個形式為碳化硅(SiC)。典型地,CMC類型的材料具有不大于大約1%的室溫拉伸延性,在本文中用于限定和意指低拉伸延性材料。大體上,CMC類型的材料具有在大約0.4%到大約0.7%的范圍中的室溫拉伸延性。這是與典型地具有至少大約5%的室溫拉伸延性的金屬相比較的,例如,在大約5%到大約15%的范圍中。
如圖3中所示,內(nèi)帶12并入形成在其中的翼型件形盲根部凹穴26的陣列。各個根部凹穴26收納非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B中的一個的根部端22。各個根部凹穴26由周壁202和底板204限定。非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的根部端22的一部分由周壁202包繞。周壁202尺寸和形狀確定成使得各個容許根部凹穴26與相關(guān)聯(lián)的非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B之間的小間隙。
各個非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的根部端22包括橫向地延伸穿過其的安裝槽口206。安裝槽口206的截面形狀包括鄰近根部端面200的入口208、擴大的端室210,以及使入口208和端室210互連的錐形區(qū)段212。錐形區(qū)段212包括從彼此發(fā)散的一對間隔開的壁。
各個非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的根部端22使用與安裝槽口206和根部凹穴26的底板204接合的緊固件214固持于根部凹穴26。
緊固件214包括柄216和擴大的頭部218。頭部218包括鄰近柄216的近側(cè)部分220,以及遠側(cè)部分222。近側(cè)部分220具有表面224,其為圍繞柄216的縱軸線"L"的回轉(zhuǎn)本體。表面224具有發(fā)散形狀,即,其直徑隨離柄和近側(cè)部分的交點的距離增大而增大。特定形狀可改變?yōu)檫m合特別應(yīng)用;例如,表面可為圓錐形或凸形。緊固件214可由較強的延性材料如金屬合金構(gòu)成。例如,已知類型的鎳基、鐵基或鈷基"超級合金"可用于該目的。
近側(cè)部分220支承抵靠安裝槽口206的錐形區(qū)段212,限定線或環(huán)接觸。柄216延伸穿過根部凹穴26的底板204中的安裝孔226。柄216由適合的固持件固持就位。在所示實例中,墊圈228置于柄216之上,支承抵靠底板204并且由冶金聯(lián)結(jié)如焊縫230裝固。其它適合的固持件的非限制性實例包括卷曲的套環(huán)或常規(guī)螺母。
非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的根部端面200接觸或鄰接根部凹穴26的底板204。兩個表面相互定形成以便容許非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B關(guān)于內(nèi)帶12的前后樞轉(zhuǎn)移動(即,"俯仰")。這通過使兩個表面不平行來完成。在所示實例中,根部端面200為平面的,而底板204沿徑向向外凸出,具有在安裝孔226處的最大直徑點,產(chǎn)生在根部端面200的前端和后端處的徑向間隙232。作為備選,根部端面200可為彎曲的,并且底板204可為平面的。如圖4中所見,根部端面200和底板204的類似定形可沿切向軸線實施,以便容許非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B關(guān)于內(nèi)帶12的左右樞轉(zhuǎn)移動(即,"滾動")。在該情況中,容許圍繞兩條相互垂直的軸線的相對樞轉(zhuǎn)移動。
外帶14并入形成在其中的孔口28的陣列(見圖2)。各個孔口28在相鄰結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A之間的中心,并且各個結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16A在其末梢端20處承載外帶節(jié)段30。弓形蓋32提供用于各個孔口28。蓋32尺寸和形狀確定成使得當(dāng)安裝在孔口28中時,它們形成與外帶節(jié)段30協(xié)作的連續(xù)環(huán)形結(jié)構(gòu)。各個蓋32具有形成在其中的翼型件形盲末梢凹穴34的陣列。各個末梢凹穴34收納非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B中的一個的末梢端24。末梢凹穴34尺寸和形狀確定成使得各個容許末梢凹穴34與相關(guān)聯(lián)的非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B之間的小間隙。作為備選,具有單個末梢凹穴34的單個蓋32可提供用于各個非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B。
渦輪噴嘴10組裝如下。首先,緊固件214插入在安裝槽口206中。非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B從外帶14徑向外側(cè)通過孔口28插入,直到它們的根部端22接合根部凹穴26,并且柄216穿過安裝孔226。標(biāo)稱力施加于柄216,以使緊固件214就坐,并且固持件(例如,墊圈228)裝固就位。接下來,蓋32安裝到各個孔口28中。非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的末梢端24接著操縱成進入蓋32的末梢凹穴34。
最后,蓋32裝固在孔口28中。例如,這可使用已知的硬釬焊或焊接技術(shù)或通過使用機械緊固件(未示出)完成。在發(fā)動機運行之后,蓋32可以可選地除去,容許非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B按需要替換,而不替換整個噴嘴10。
在組裝之后,非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B固持在內(nèi)帶12與外帶14之間。緊固件214防止非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的軸向和徑向移動,同時容許沿切向方向的側(cè)向平移,以及在所有三條軸線上的樞轉(zhuǎn)。非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B沿側(cè)向自由移動到預(yù)定有限程度,例如,大約0.25mm(0.010in)到大約0.5mm(0.020in)。在發(fā)動機操作期間,非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B上的氣體壓力相對于凹穴26和34加載它們,進一步防止沿切向方向的移動,同時容許內(nèi)帶12和外帶14關(guān)于非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B沿徑向移動。
注意的是,銷、凸片、孔或其它類似的特征可以以任何組合添加,要求該任何組合更精確控制非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的位置,同時仍允許結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉與非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉之間的自由熱增長。例如,圖4和5示出了構(gòu)造,其中形成為末梢凹穴34的部分的肋35接合非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的末梢端24的橫向槽口37,以防止末梢端24的軸向運動。
金屬的緊固件214具有大于如上文所論述的非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B的CTE。當(dāng)溫度在發(fā)動機操作期間升高時,緊固件214將沿徑向伸長并且直徑增大。近側(cè)部分220的發(fā)散形狀和安裝槽口206的對應(yīng)形狀以如下方式相互作用,使得緊固件214保持在任何預(yù)計溫度下與安裝槽口206的線接觸。該類型的緊固件可稱為"無熱應(yīng)力緊固件",暗示緊固件214的熱膨脹或收縮不將機械應(yīng)力給予連接的構(gòu)件。
注意的是,內(nèi)帶和外帶的構(gòu)造可按需要改變,以適合特定應(yīng)用,只要兩個帶中的一個包括如上文所論述的緊固件。換言之,渦輪噴嘴的兩個帶中的一個將包括孔口和相關(guān)聯(lián)的蓋,兩個帶中的另一個將包括上文所述的盲凹穴和緊固件。
上文所述的渦輪噴嘴具有相比于現(xiàn)有技術(shù)的若干優(yōu)點。本文中所述的渦輪噴嘴通過使用金屬框架內(nèi)的大多數(shù)的CMC翼型件而相比于全金屬渦輪噴嘴具有較低重量。該渦輪噴嘴還可工作成減少冷卻流,因為大多數(shù)的翼型件不要求空氣冷卻。
上文所述的構(gòu)造允許了熱框架規(guī)定噴嘴的熱增長響應(yīng),同時CMC翼型件自由熱增長并且僅承載空氣動力壓力加載。CMC翼型件在運行狀態(tài)下通過空氣動力加載就坐于內(nèi)帶和外帶,并且金屬帶和翼型件支柱將負載傳遞至外殼以允許常規(guī)的懸臂噴嘴構(gòu)造。相比于全金屬噴嘴,本文中所述的技術(shù)保持噴嘴組件的熱響應(yīng)非常類似于發(fā)動機的其余部分。懸臂噴嘴的其它特征(例如,密封件和防護物)可以以與全金屬噴嘴相同的方式附接于該復(fù)合組件。
上文所述的該構(gòu)造可用于在任何溫度下將不相似熱膨脹的材料保持在一起,以提供無熱應(yīng)力的接頭,并且還允許了不相似的材料之間的連結(jié)中的三個旋轉(zhuǎn)程度和一個平移程度。這用于提供噴氣發(fā)動機的熱區(qū)段中的標(biāo)準(zhǔn)超級合金材料與低密度材料如陶瓷或Ti-Al之間的確定性安裝布置。
盡管在以上渦輪噴嘴的背景下描述,但上文所述的緊固件和構(gòu)件連接構(gòu)造還用于其它應(yīng)用,并且可用于其中緊固件和構(gòu)件中的一個具有不同CTE并且需要兩個構(gòu)件之間的樞轉(zhuǎn)移動的自由度的兩個構(gòu)件之間的任何機械連接。在該方面,具有端面200的非結(jié)構(gòu)導(dǎo)葉16B、具有底板204的內(nèi)帶12以及緊固件204大體上代表具有兩個鄰接表面并且與如上文所述的無熱應(yīng)力緊固件連接的任何兩個構(gòu)件的連接。
前文描述了用于燃氣渦輪發(fā)動機的渦輪噴嘴。本說明書中公開的所有特征(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)和/或如此公開的任何方法或過程的所有步驟可以以除其中此類特征和/或步驟中的至少一些相互排斥的組合之外的任何組合來組合。
本說明書中公開的各個特征(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)可由用于相同、等同或類似目的的備選特征替換,除非另外明確指出。因此,除非另外明確指出,否則公開的各個特征為普通的一系列等同或類似特征的僅一個實例。
本發(fā)明不限于前述(多個)實施例的細節(jié)。本發(fā)明延伸至本說明書(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的特征中的任何新穎的一個、或任何新穎的組合,或者延伸至如此公開的任何方法或過程的步驟中的任何新穎的一個或任何新穎的組合。