[发明专利]带有浮动护罩的涡轮发动机

说明书

一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件包括：至少一个护罩吊架；护罩节段的环形阵列，其由至少一个护罩吊架承载且围绕发动机中心线轴线排列，护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中护罩节段安装到至少一个护罩吊架，使得它能够响应于流径侧和后侧上存在的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及偏置器件，该偏置器件将护罩节段中的每个朝位置中的一个推动。

技术领域

该发明大体上涉及燃气涡轮发动机，且更特别地涉及此类发动机的涡轮护罩。

背景技术

燃气涡轮发动机包括涡轮机械核心，该涡轮机械核心具有成串流关系的高压压缩机、燃烧器和高压涡轮。核心可以以已知方式操作来生成主气流。涡轮风扇发动机将低压涡轮添加到基本核心，该低压涡轮驱动风扇和/或增压器来产生推进推力。

涡轮中的每个包括从主气流提取能量的一个或多个转子。每个转子包括由旋转盘承载的叶片或轮叶的环形阵列(array)。通过转子的流径部分地由环形分节段的护罩限定。

在叶片的末端与护罩节段之间存在径向末端间隙。大体上期望末端间隙尽可能小以最大限度地提高涡轮的效率，同时还避免涡轮叶片与护罩节段之间的干涉(“摩擦”)。末端间隙具有在组装下(as-assembled)的静态值，该值由各个构件的尺寸和相对位置限定。在发动机操作期间，发动机构造所固有的许多因素可引起末端间隙大体上以围绕护罩圆周的一致的方式从静态值改变。此类因素的示例包括：护罩组件的热增长、转子的热增长，以及涡轮叶片上的离心负载。另外，已知使用主动间隙控制系统(“ACC”)来操纵末端间隙。

除了上文描述的大体上一致的末端间隙变化之外，末端间隙可不一致地变化。例如，已知转子的偏心引起当转子沿轨道运行(orbit)时围绕护罩组件的圆周的末端间隙的局部变化。

压力上的周向变化由末端间隙上的局部变化生成。由于转子的偏心引起的压力变化最终引起转子上产生不平衡转矩，在转子上产生净不平衡力。该不平衡力可引起转子在旋转方向上涡动。在Alford, J.S. Protecting Turbomachinery from Self-ExcitedRotor Whirl. ASME Journal of Power EngineeringVol. 87 No. 4 (1965): pp. 333-343(ASME动力工程学报1965年第87卷第4号：第333-343页的Alford, J.S.的“保护涡轮机械免受自激转子涡动”)中描述这些力。该现象通常被称为“Alford涡动”。

对Alford涡动的现有技术解决方案包括加强包括轴、盘和/或轴承的转子系统。该途径的一个方面是，它非期望地增加发动机重量。

发明内容

该问题通过结合由可在径向方向上单独浮动的节段的环组成的护罩的涡轮机械转子级来解决。

根据本文中描述的技术的一个方面，一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件包括：至少一个护罩(child)吊架(hanger)；护罩节段的环形阵列，其由至少一个护罩吊架承载且围绕发动机的中心线轴线排列，护罩节段中的每个具有限定主发动机流径的一部分的流径侧和面向至少一个护罩吊架的相反的后侧，其中护罩节段安装到至少一个护罩吊架，使得它能够响应于流径侧和后侧上存在(prevailing)的气压的平衡来在径向方向上在内侧位置与外侧位置之间移动；以及偏置器件，该偏置器件将护罩节段中的每个朝位置中的一个推动。