[发明专利]带有冲击挡板的涡轮喷嘴

说明书

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特定地涉及用于合并低塑性材料的这样的发动机的涡轮喷嘴。

背景技术

典型的燃气涡轮发动机包括涡轮机芯部，其具有连续流关系的高压压缩机、燃烧器、以及高压涡轮。芯部以已知的方式可操作来产生主气体流。高压涡轮机包括一个或更多个级，其从主气体流获取能量。各个级包括固定涡轮喷嘴，其跟随有承载涡轮叶片的下游转子。这些构件在极高温度环境下操作，并且必须由空气流冷却来确保足够的使用寿命。典型地，用于冷却的空气被从压缩机取出（泄出）。放气使用不利地影响耗油率（“SFC”），并且通常应当被降低。

金属涡轮结构可被具有更好的高温能力的材料替换，例如，陶瓷基复合物（“CMC”）。CMC的密度是在涡轮发动机的热区段中使用的常规的金属超级合金的密度的近似三分之一，因而通过用CMC更换金属合金，同时保持相同的部分的几何形状，部件的重量和用于冷却空气流的需要减少。

虽然CMC材料可用于涡轮部件中，但是难以将它们用于一些机械元件，例如，悬臂区段、弹簧、薄区段等。因而，CMC部件将典型地需要附接或连接至金属部件，例如，挡板、弹簧元件或密封件。

这通过如下事实而复杂化：当与金属相比时，CMC材料具有相对低的拉伸塑性或低破坏应变。而且，CMC具有超级合金的热膨胀系数（“CTE”）的近似三分之一的热膨胀系数，这意味着在两种不同材料之间的刚性连接随着温度变化引起大的应变和应力，并且将CMC和金属部件夹紧在一起可引入热应力或打开夹紧附接。CMC的可允许应力限制还比金属合金低，这驱动了对CMC部件的简单和低应力设计的需要。最终，因为CMC和金属构件的不同的材料组成，传统的连接方法（例如，铜焊和焊接）是不可能的。

因而，存在对将CMC和其它低塑性部件与金属部件结合的设备的需要，该金属部件减少了在CMC部件上的机械载荷和热应力。

发明内容

该需要通过本发明解决，本发明提供了一种由低塑性材料形成，并且具有附接至其的金属冲击挡板，并可选地包括其它金属密封元件的涡轮喷嘴。

根据本发明的一方面，涡轮喷嘴设备包括：翼面形静叶，其在内部带和外部带之间延伸，其中，静叶的内部被打开并与在外部带中的翼面形孔口连通，并且其中，静叶和带是由低塑性材料构成的金属整体的部分；金属挡板，其布置在静叶内，挡板具有上和下端，并且包括外围壁，其限定由在下端处的端壁封闭的中空内部空间，其中，多个冲击孔形成为穿过外围壁；和金属保持器，其具有带有开放环形状的主体，该开放环形状与孔口的形状大体配合，其中，主体靠置冲击挡板的上端并通过多个机械紧固件连接至外部带。

根据本发明的另一方面，槽口绕在保持器中的中心开口形成，并且挡板的上边缘容纳在槽口中。

根据本发明的另一方面，凹部在绕孔口的周界的外部带中形成；并且挡板凸缘从上端附近的冲击挡板的周界横向向外延伸，并且容纳在凹部中。

根据本发明的另一方面，挡板凸缘从上端附近的挡板的周界横向向外延伸，并且容纳在凹部中；外围凹槽在槽口外横向地分开的主体的底面中形成；并且，弹簧布置在外围凹槽中，以便在保持器和挡板凸缘之间在径向方向上施加载荷。

根据本发明的另一方面，外部带包括：在其前端附近径向向外延伸的前凸缘；和在其后端附近径向向外延伸的后凸缘。保持器的主体包括由其延伸的延伸部，在其远端处带有径向对准的保持器接头，保持器接头置于前凸缘或后凸缘附近且与其平行；并且保持器销行进穿过保持器接头和前凸缘或后凸缘。

根据本发明的另一方面，外部带包括：在其后端附近径向向外延伸的后凸缘；后延伸部，其布置在主体的后端，并且在其远端处包括径向对准的后保持器接头，其置于后凸缘附近且平行于其；和后保持器销，其行进穿过后保持器接头和后凸缘；

根据本发明的另一方面，后叶密封件布置在后凸缘和后保持器接头之间。

根据本发明的另一方面，V形后弹簧布置在后保持器接头和后叶密封件之间，从而使后叶密封件偏置为靠着后凸缘。

根据本发明的另一方面，外部带包括：在其前端附近径向向外延伸的前凸缘；前延伸部，其布置在主体的前端处，并且在其远端处包括径向对准的前保持器接头，前保持器接头具有两个平行的腿部，前凸缘容纳于在两个腿部之间的空间中；以及前保持器销，其行进穿过前保持器接头和前凸缘。

根据本发明的另一方面，外部带包括：密封唇，其定位在前凸缘的前面；和前叶密封件，其布置在前凸缘和密封唇之间。

根据本发明的另一方面，前弹簧布置在前保持器接头和前叶密封件之间，从而使前叶密封件偏置为靠着密封唇。