[发明专利]用于气体涡轮机的涡轮机环组件

说明书

背景技术

本发明涉及用于气体涡轮机的涡轮机环，无论是工业气体涡轮机 还是形成飞机发动机的气体涡轮机。

在气体涡轮机中，涡轮机环在涡轮机的转动机轮上限定了流动区， 以用于热气流传过其中。为了尽可能确保最高的效率，十分重要的是， 避免气体直接穿过涡轮机机轮的叶片的顶端和所述环的内表面之间。 因此，在常规方法中，涡轮机环在其内表面上设有可摩擦材料层，涡 轮机顶端能够与该层相接触，而不会在热源的尺寸改变的作用下或者 由于施加于叶片的离心力而发生明显的损害。

涡轮机环通常制成为多个金属材料的邻接部分。

例如，文献US 6758653提出了利用热结构复合材料来代替涡轮 机环部分的金属材料，更加具体而言，利用陶瓷基复合(CMC)材料来 代替。这种材料具有机械属性，使其适合于构成结构元件，并具有在 高温下保持这些属性的能力，而其密度却远低于通常使用在这种应用 中的那些金属材料的密度。

因此，用CMC材料来代替涡轮机环部分的金属材料很有吸引力。 然而，必须设计一种相当复杂的用于环部分的组件，以适应CMC材料 的膨胀系数和金属外壳(环部分在该金属外壳内进行组装)的材料的膨 胀系数之间的差异，同时将邻接部分的渗漏降到最低。文献EP 1350 927中描述了金属环中的CMC环部分的这种组件。

文献GB 2343224示出了具有弯曲端部的C形截面的CMC环， 所述弯曲端部挤压金属环形块的向外定向的径向表面，所述端部通过 弹性元件持续挤压这些表面。因此，必须使得CMC环的形状相对复杂， 并且需要使用被分割成段的金属支撑块。

文献US 2005/158168公开了一种具有端部的U形截面的CMC 环，所述端部通过适应于相对移动的特殊设计的连接部件而连接至环 形金属块的横向面。为了能够对CMC环进行组装，所述环或者所述环 形金属支撑块必须被制成多个环形段。

发明目的和发明内容

本发明的目的是提出一种由CMC材料制成的简化的涡轮机环组 件，其还将所述环的外部和流动区之间的气体渗漏降到最低，所述流 动区穿过所述环并用于热气流。

该目的通过一种用于气体涡轮机的涡轮机环组件而得以实现，所 述组件包括：

·完整环，该环包括陶瓷基复合材料(CMC)的单一部件，所述环 具有相对的横向面；

·用于支撑所述CMC环的金属结构，所述结构包括第一和第二金 属环形支撑件，所述第一和第二金属环形支撑件具有内横向面，该内 横向面处在面向所述CMC环的相对的横向面的位置，所述CMC环安 装在所述第一和第二环形支撑件之间，如此以允许在所述CMC环和所 述环形支撑件之间至少沿着径向方向发生不均匀膨胀；

·用来将所述CMC环居中的装置；以及

·至少一个用来阻止所述CMC环绕它的轴线转动的元件。

这样，将完整的CMC环作为设置在两个环形支撑件之间的单一的 部件，其中每一个环形支撑件还可以组成单一的部件，亦即，没有分 割段，所述涡轮机环组件的结构得到简化，并且环部分之间的任何渗 漏得以避免。此外，利用CMC材料可以减少冷却需求，从而减少了冷 却空气流的需求。

在第一实施例当中，所述用来将所述CMC环居中的装置包括弹性 可变形的舌状物，该舌状物被所述金属结构携带，并挤压所述CMC环。 所述可变形的舌状物可以在形成于所述CMC环的表面内的凹进当中 挤压，以阻止所述CMC环的转动，它们还可以沿着圆周方向延伸。

有利地，通过施加力，所述CMC环持续横向挤压其中一个所述金 属环形支撑件的表面。所述CMC环可以通过弹性可变形的指状物而被 导致进行横向挤压，所述弹性可变形的指状物被所述支撑结构所携带， 并挤压所述CMC环的外表面的凸起部分。

所述弹性可变形的舌状物和指状物可以被金属箍所携带，所述金 属箍环绕所述CMC环，并具有横向环形部分，该横向环形部分接合在 形成于所述环形支撑件的内横向面中的凹槽内。

在第二实施例当中，所述CMC环被截头圆锥形的承压表面居中， 该截头圆锥形的承压表面形成在所述CMC环的横向面上和所述环形 支撑件的内横向面上，所述CMC环设置在所述环形支撑件的内横向面 之间。

有利地，在任一实施例当中，密封垫圈插置于所述CMC环的至少 一个横向面和金属环形支撑件的对向内横向面之间。