用于燃气涡轮发动机的混合喷嘴节段组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于燃气涡轮发动机的混合喷嘴节段组件。具体而言，用于燃气涡轮发动机的喷嘴节段组件可大体上包括内和外圈支撑件节段和喷嘴整流件，该喷嘴整流件定位在内和外圈支撑件节段之间。该喷嘴整流件可由陶瓷基质复合(CMC)材料形成且可包括外端壁和内端壁二者。此外，该喷嘴整流件可包括在该内和外端壁之间延伸的支柱导叶。该喷嘴节段组件还可包括金属支柱和至少一个辅助导叶，该金属支柱穿过该支柱导叶在该外和内圈支撑件之间延伸，该至少一个辅助导叶构造成被接收穿过该喷嘴整流件的外端壁或内端壁中的至少一者，使得该至少一个辅助导叶在邻近该支柱导叶的场所处在该内和外端壁之间延伸。
【专利说明】
用于燃气涡轮发动机的混合喷嘴节段组件
技术领域
[0001]本主题大体涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及用于燃气涡轮发动机的混合喷嘴节段组件。
【背景技术】
[0002]燃气涡轮发动机包括涡轮机核心，该涡轮机核心以依次流过的关系具有高压压缩机、燃烧器、和高压涡轮(“HPT”)。该核心能够以已知的方式操作，以生成主气流。高压涡轮包括静止导叶或喷嘴的环形阵列(“排”)，其将离开燃烧器的气体引导到旋转的叶片或动叶中。一排喷嘴和一排叶片共同地构成“级”。典型地，以依次流过的关系使用两个或更多个级。这些构件在极端高温环境中操作，且因此必须经常通过空气流来冷却，以确保足够的使用寿命。
[0003]由于燃气涡轮发动机内的操作温度，期望利用具有低热膨胀系数的材料。例如，为了在此种艰苦的温度和压力条件中有效地操作，已研发了复合材料，诸如陶瓷基质复合(CMC)材料。CMC材料提供优于金属材料的温度和密度优点二者，从而使该材料为用于制作高温、热气体路径构件的合乎需要的选项。然而，CMC材料还具有独特的机械特性，必须在燃气涡轮发动机的内部内的此种材料的设计和应用期间考虑该机械特性。例如，CMC材料与金属材料相比具有相对低的拉伸延性或低断裂应变。结果，在燃气涡轮发动机的操作期间经常不装备基于CMC的构件以处理相当大的机械负载。
[0004]在这点上，已尝试由CMC材料形成喷嘴导叶以增强此种构件的高温性能。然而，这些现有的尝试尚未完全地解决喷嘴导叶的机械负载问题，从而导致基于CMC的构件的耐用性难题。
[0005]因此，提供用于基于CMC的喷嘴导叶的增强机械支撑的改进的喷嘴节段组件在本技术中将是受欢迎的。
【发明内容】
[0006]本发明的方面和优点将在下列描述中部分地阐述，或可从描述变得明显，或可通过本发明的实施而习得。
[0007]在一个方面中，本主题涉及用于燃气涡轮发动机的喷嘴节段组件。该喷嘴节段组件可大体上包括外圈支撑件节段和内圈支撑件节段。该喷嘴节段组件可包括喷嘴整流件，该喷嘴整流件定位在内和外圈支撑件节段之间。该喷嘴整流件可由陶瓷基质复合(CMC)材料形成且可包括外端壁和内端壁二者，该外端壁构造成定位为邻近该外圈支撑件节段，该内端壁构造成定位为邻近该内圈支撑件节段。此外，该喷嘴整流件包括在该内和外端壁之间延伸的支柱导叶。该喷嘴节段组件还可包括金属支柱和至少一个辅助导叶，该金属支柱穿过该支柱导叶在该外和内圈支撑件之间延伸，该至少一个辅助导叶构造成被接收穿过该喷嘴整流件的外端壁或内端壁中的至少一者，使得该至少一个辅助导叶在邻近该支柱导叶的场所处在该内和外端壁之间延伸。
[0008]在另一方面中，本主题涉及燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机可大体上包括压缩机、与该压缩机流动连通的燃烧器、和涡轮，该涡轮构造成接收来自该燃烧器的燃烧产物。该涡轮可包括涡轮喷嘴，该涡轮喷嘴具有喷嘴节段组件的环形阵列。各喷嘴节段组件可大体上包括外圈支撑件节段、内圈支撑件节段和喷嘴整流件，该喷嘴整流件定位在该内和外圈支撑件节段之间。该喷嘴整流件可由陶瓷基质复合(CMC)材料形成且可包括外端壁和内端壁二者，该外端壁构造成定位为邻近该外圈支撑件节段，该内端壁构造成定位为邻近该内圈支撑件节段。此外，该喷嘴整流件可包括在该内和外端壁之间延伸的支柱导叶。各嘴节段组件还可包括金属支柱和至少一个辅助导叶，该金属支柱穿过该支柱导叶在该外和内圈支撑件之间延伸，该至少一个辅助导叶构造成被接收穿过该喷嘴整流件的外端壁或内端壁中的至少一者，使得该至少一个辅助导叶在邻近该支柱导叶的场所处在该内和外端壁之间延伸。
[0009]技术方案1:一种用于燃气涡轮发动机10的喷嘴节段组件102，所述喷嘴节段组件102包括:
外圈支撑件节段116和内圈支撑件节段114;
喷嘴整流件104，其定位在所述内和外圈支撑件节段114、116之间，所述喷嘴整流件104由陶瓷基质复合CMC材料形成，所述喷嘴整流件104包括外端壁110和内端壁108，所述外端壁110构造成定位为邻近所述外圈支撑件节段116，所述内端壁108构造成定位为邻近所述内圈支撑件节段114，所述喷嘴整流件104还包括支柱导叶106，所述支柱导叶106在所述内和外端壁108、110之间延伸；
金属支柱，其在外和内圈支撑件116、114之间延伸穿过所述支柱导叶106;和至少一个辅助导叶112，其构造成被接收穿过所述喷嘴整流件104的外端壁110或内端壁108中的至少一者，使得所述至少一个辅助导叶112在邻近所述支柱导叶106的场所处在所述内和外端壁108、110之间延伸。
[0010]技术方案2:根据技术方案I所述的喷嘴节段组件，其中，所述外端壁110限定外槽道146且所述内端壁108限定内槽道，其中，所述至少一个辅助导叶112的分开的部分构造成被接收在所述外和内槽道内。
[0011 ]技术方案3:根据技术方案2所述的喷嘴节段组件，其中，所述至少一个辅助导叶112在外导叶端部132与内导叶端部130之间径向地延伸，所述至少一个辅助导叶112构造成延伸穿过所述内和外槽道144、146，使得所述外导叶端部132从所述外端壁110径向向外延伸，且所述内导叶端部130从所述内端壁108径向向内延伸。
[0012]技术方案4:根据技术方案3所述的喷嘴节段组件，其中，所述外导叶端部132构造成被接收在限定在所述外圈支撑件116中的导叶凹处内。
[0013]技术方案5:根据技术方案4所述的喷嘴节段组件，其中，所述至少一个辅助导叶112包括安装突片，所述安装突片从所述外导叶端部132延伸，所述安装突片限定通孔，所述通孔构造成接收安装销，以用于将所述至少一个辅助导叶112联接至所述外圈支撑件116。
[0014]技术方案6:根据技术方案3所述的喷嘴节段组件，其中，所述内导叶端部130构造成被接收在限定在所述内圈支撑件114中的导叶凹处内。
[0015]技术方案7:根据技术方案6所述的喷嘴节段组件，其中，所述内导叶端部130构造成联接在所述凹处内。
[0016]技术方案8:根据技术方案I所述的喷嘴节段组件，其中，所述内和外端壁108、110和所述支柱导叶106作为单个整体构件而一体地形成。
[0017]技术方案9:根据技术方案I所述的喷嘴节段组件，其中，所述金属支柱从所述外圈支撑件116穿过所述支柱导叶106径向向内延伸。
[0018]技术方案10:根据技术方案9所述的喷嘴节段组件，其中，所述外圈支撑件节段116包括外环带节段170，所述金属支柱和所述外环带节段170作为单个整体构件而一体地形成。
[0019]技术方案11:根据技术方案9所述的喷嘴节段组件，其中，所述金属支柱从所述外圈支撑件116径向向内地延伸至末梢端部193，所述末梢端部193构造成被接收在限定在所述内圈支撑件节段114中的支柱凹处192内。
[0020]技术方案12:根据技术方案I所述的喷嘴节段组件，其中，当所述支柱190被接收在所述支柱导叶内106时，间隙194限定在所述支柱导叶106的内表面与所述支柱190的外表面之间。
[0021]技术方案13:根据技术方案12所述的喷嘴节段组件102，其中，所述间隙194构造成接收冷却介质，以用于冷却所述支柱导叶106或所述支柱190中的至少一者。
[0022]技术方案14:一种燃气祸轮发动机，包括:
压缩机；
燃烧器，其与所述压缩机流动连通;和
涡轮，其构造成接收来自所述燃烧器的燃烧产物，所述涡轮包括涡轮喷嘴，所述涡轮喷嘴具有喷嘴节段组件的环状阵列，所述喷嘴节段组件中的各个包括:
外圈支撑件节段116和内圈支撑件节段114;
喷嘴整流件104，其定位在所述内和外圈支撑件节段114、116之间，所述喷嘴整流件104由陶瓷基质复合CMC材料形成，所述喷嘴整流件104包括外端壁110和内端壁108，所述外端壁110构造成定位为邻近所述外圈支撑件节段116，所述内端壁108构造成定位为邻近所述内圈支撑件节段114，所述喷嘴整流件104还包括支柱导叶106，所述支柱导叶106在所述内和外端壁108、110之间延伸；
金属支柱，其在外和内圈支撑件116、114之间延伸穿过所述支柱导叶106;和至少一个辅助导叶112，其构造成被接收穿过所述喷嘴整流件104的外端壁110或内端壁108中的至少一者，使得所述至少一个辅助导叶112在邻近所述支柱导叶106的场所处在所述内和外端壁108、110之间延伸。
[0023]技术方案15:根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机10，其中，所述外端壁110限定外槽道146且所述内端壁108限定内槽道，其中，所述至少一个辅助导叶112的分开的部分构造成被接收在所述外和内槽道内。
[0024]技术方案16:根据技术方案15所述的燃气涡轮发动机，其中，所述至少一个辅助导叶在外导叶端部与内导叶端部之间径向地延伸，所述至少一个辅助导叶构造成延伸穿过所述内和外槽道，使得所述外导叶端部从所述外端壁径向向外延伸，且所述内导叶端部从所述内端壁径向向内延伸。
[0025]技术方案17:根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其中，所述外导叶端部构造成被接收在限定在所述外圈支撑件中的导叶凹处内，所述至少一个辅助导叶包括安装突片，所述安装突片从所述外导叶端部延伸，所述安装突片限定通孔，所述通孔构造成接收安装销，以用于将所述至少一个辅助导叶联接至所述外圈支撑件。
[0026]技术方案18:根据技术方案16所述的燃气涡轮发动机，其中，所述内导叶端部构造成被接收在限定在所述内圈支撑件中的导叶凹处内。
[0027]技术方案19:根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其中，所述内和外端壁和所述支柱导叶作为单个整体构件而一体地形成。
[0028]技术方案20:根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其中，所述金属支柱从所述外圈支撑件穿过所述支柱导叶径向向内地延伸至末梢端部，所述末梢端部构造成被接收在限定在所述内圈支撑件节段中的支柱凹处内。
[0029]参照下列描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面以及优点将变得更好理解。并入本说明书中并组成其一部分的附图例示了本发明的实施例，并与说明一起用来解释本发明的原理。
【附图说明】
[0030]本发明的对本领域技术人员而言完整和可实现的公开，包括其最佳实施方式，在参照附图的说明书中阐述，在附图中:
图1例示根据本主题的方面的可用在飞行器内的燃气涡轮发动机的一个实施例的截面图；
图2例示根据本主题的方面的适合用于在图1所示的燃气涡轮内使用的涡轮喷嘴的一个实施例的透视图；
图3例示根据本主题的方面的适合用于在图2所示的涡轮喷嘴内使用的喷嘴节段组件的一个实施例的透视图；
图4例示图3中所示的喷嘴节段组件的分解图;且图5例示关于5-5线截取的图3中所示的喷嘴节段组件的截面图。
【具体实施方式】
[0031]现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中例示出。各实施例是作为本发明的解释而非本发明的限制而提供的。事实上，对本领域专业人员而言将是显而易见的是，在本发明中可作出各种修改和改变，而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分例示或描述的特征可与另一实施例一起使用，以形成又一实施例。因此，意图在落入所附权利要求和它们的等同物的范围内时，本发明覆盖此种修改和改变。
[0032]总的来说，本主题涉及喷嘴节段组件，其形成用于燃气涡轮发动机的涡轮喷嘴的一部分。具体而言，在若干实施例中，喷嘴节段组件可包括混合CMC/金属导叶设计，其中，通过CMC整流件或对应的CMC端壁，相对于沿燃气涡轮发动机的热气体路径流动的燃烧气体来屏蔽结构金属构件或支柱。此外，喷嘴节段组件还可包括一个或更多个辅助的基于CMC的导叶，该导叶构造成在CMC屏蔽的支柱的旁边简单地得到支撑。例如，在一个实施例中，喷嘴节段组件可对应于三导叶设计。在此种实施例中，喷嘴节段组件可包括与组件的外导叶对应的两个辅助的基于CMC的导叶，其中CMC整流件用作中央导叶。
[0033]应当明白的是，所公开的混合CMC/金属设计可允许提供具有基于CMC的和基于金属的构件二者的优点的喷嘴节段组件。例如，金属支柱可用于提高组件的机械负载能力。此夕卜，各种CMC构件的高温能力可用于降低对组件的冷却流要求。而且，鉴于它们的显著更低的密度，基于CMC的构件还可用于当与常规的基于金属的喷嘴构件相比时降低喷嘴节段组件的总体重量。
[0034]现在参照附图，图1例示根据本主题的方面的可用在飞行器内的燃气涡轮发动机10的一个实施例的截面图，其中发动机10示为具有延伸穿过其以用于参照目的的纵向或轴向中心线轴线12。总的来说，发动机10可包括核心燃气涡轮发动机(大体上由参考标号14指出)和位于其上游的风扇区段16。核心发动机14可大体上包括基本上管状的外壳体18，该外壳体18限定环形入口20。此外，外壳体18还可包封且支撑增压压缩机22，以用于将进入核心发动机14的空气的压力提高至第一压力水平。高压、多级、轴流式压缩机24然后可接收来自增压压缩机22的加压空气，且进一步提高此种空气的压力。离开高压压缩机24的加压空气然后可流到燃烧器26，在燃烧器26内，燃料被喷射到加压空气流中，其中所得的混合物在燃烧器26内燃烧。高能燃烧产物被沿发动机10的热气体路径从燃烧器26引导到第一(高压)涡轮28，以用于通过第一(高压)驱动轴30来驱动高压压缩机24，且然后被引导至第二(低压)涡轮32以用于通过与第一驱动轴30大体上同轴的第二(低压)驱动轴34来驱动增压压缩机22和风扇区段16。在驱动涡轮28和32中的各个之后，燃烧产物可经由排气喷嘴36从核心发动机14排出，以提供推进喷气推力。
[0035]应当理解的是，各涡轮28、30可大体上包括一个或更多个涡轮级，其中各级包括涡轮喷嘴(在图1中未示出)和下游涡轮转子(在图1中未示出)。如下面将描述的，涡轮喷嘴可包括围绕发动机10的中心线轴线12以环形阵列的形式配置的多个导叶，以用于使燃烧产物转向或以其他方式朝对应的转子叶片的环形阵列引导其穿过涡轮级，转子叶片的环形阵列形成涡轮转子的一部分。如一般理解的，转子叶片可联接至涡轮转子的转子盘，转子盘又旋转地联接至涡轮的驱动轴(例如，驱动轴30或34)。
[0036]此外，如图1中所示，发动机10的风扇区段16可大体上包括可旋转、轴流式的风扇转子38，其构造成由环形风扇壳体40包围。本领域技术人员应理解的是，风扇壳体40可构造成通过多个基本上径向地延伸的、周向地间隔的出口导向导叶42而相对于核心发动机14得到支撑。因此，风扇壳体40可包封风扇转子38及其对应的风扇转子叶片44。而且，风扇壳体40的下游区段46可在核心发动机14的外部分上延伸，以便限定提供额外的推进喷气推力的辅助或旁通空气流导管48。
[0037]在发动机10的操作期间，应理解的是，初始空气流(由箭头50指示)可穿过风扇壳体40的相关入口 52进入发动机10。空气流50然后穿过风扇叶片44且分成移动穿过导管48的第一压缩空气流(由箭头54指出)和进入增压压缩机22的第二压缩空气流(由箭头56指出)。第二压缩空气流56的压力然后增大且进入高压压缩机24(如由箭头58指出的)。在与燃料混合且在燃烧器26内燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26且流过第一涡轮28。之后，燃烧产物60流过第二涡轮32且离开排气喷嘴36，以提供用于发动机10的推力。
[0038]现在参考图2，根据本主题的方面例示出涡轮喷嘴100的一个实施例的透视图。涡轮喷嘴100可大体上构造成位于燃气涡轮发动机的任何合适的涡轮区段内，诸如上面参照图1所描述的燃气涡轮发动机10的第一(或高压)涡轮28和/或第二 (或较低压)涡轮32。
[0039]总的来说，涡轮喷嘴100可限定由喷嘴节段组件102的环形阵列形成的圈状形状。如一般理解的，喷嘴节段组件102可构造成将沿涡轮发动机10的热气体路径流动的燃烧气体向下游引导穿过从支撑转子盘径向向外地延伸的随后的转子叶片排(未示出)。如在图2中所示，各喷嘴节段组件102可包括喷嘴整流件104，该喷嘴整流件104具有在径向内和外端壁108、110之间延伸的支柱导叶106和一个或更多个辅助喷嘴导叶112。因此，各喷嘴节段组件102可包括内支撑圈节段114和悬架或外支撑圈节段116。如在图2中所示，内和外支撑圈节段114、116可以以环形阵列(例如，围绕发动机中心线轴线12)的形式布置，以便分别限定涡轮喷嘴100的内和外圈形周边。如将在下面描述的，各喷嘴节段组件102的外支撑圈节段116可大体上包括从其径向向内延伸的支柱(未在图2中示出)，该支柱构造成被接收在支柱导叶106内，以便提供用于喷嘴节段组件102的结构和负载承载支撑。
[0040]现参考图3-5，根据本主题的方面例示参考图2在上面描述的喷嘴节段组件102中的一个的若干视图。具体而言，图3例示喷嘴节段组件102的透视图且图4例示图4中示出的喷嘴节段组件102的分解图。因此，图5例示沿5-5线取得的图3中示出的喷嘴节段组件102的截面图。
[0041 ]如图所示，喷嘴节段组件102可包括喷嘴整流件104，该喷嘴整流件104定位在内圈支撑件节段114与外圈支撑件节段116之间。大体而言，喷嘴整流件104可包括支柱导叶106，该支柱导叶106在内端壁108与外端壁110之间径向地延伸。支柱导叶106可构造成限定空气动力截面外形，诸如通过限定通常用于燃气涡轮发动机内的喷嘴导叶的任何合适的翼型件形状。例如，如在图5中所示，支柱导叶106可限定翼型件形状，其包括在前缘124与后缘126之间延伸的压力侧120和吸力侧122。此外，如在图5中所示，支柱导叶106可构造成为中空的。如在下面将描述的，诸如中空构造可允许导叶106接收喷嘴节段组件102的负载承载支柱。
[0042]此外，如在图4中具体示出的，支柱导叶106可构造成端到端在内和外端壁108、110之间径向地延伸。结果，内和外端壁108、110可大体上构造成分别限定用于沿涡轮发动机10的热气体路径流动的热燃烧气体的径向内和外流动路径边界。例如，流动经过支柱导叶106的燃烧气体可被大体上在内和外端壁108、110之间沿导叶106的空气动力形状引导。
[0043]在若干实施例中，支柱导叶106和端壁108、110可构造成形成为单个、整体的构件。在此种实施例中，支柱导叶106和端壁108、110可使用本领域中已知的任何合适的制作工艺来一体地形成。如在上面指出的，在一个实施例中，此种构件可由合适的CMC材料形成。在此种实例中，用于使用CMC材料制作构件的已知的任何合适的工艺可用于将支柱导叶106和端壁108、110形成为一体的构件，诸如注射模制、粉楽饶铸(siip casting)、流延饶铸(tapecasting)、渗透方法(例如，化学蒸汽渗透、熔融渗透等)和各种其他合适的方法和/或工艺。然而，在备选实施例中，支柱导叶106和端壁108、110可制作为分开的构件。
[0044]此外，如在上面所指示的，喷嘴节段组件102还可包括一个或更多个辅助导叶112，该一个或更多个辅助导叶112构造成被支撑在内和外端壁108、110之间。例如，在例示的实施例中，喷嘴节段组件102构造为“三个一组(triplet)”设计，且因此包括第一和第二辅助导叶112，它们构造成沿支柱导叶106的相反侧在端壁108、110之间延伸。然而，在另一实施例中，喷嘴节段组件102可构造为“两个一组(doublet)”设计。在此种实施例中，喷嘴节段组件102可仅包括单个辅助导叶112，其在支柱导叶106的旁边(例如，沿支柱导叶106的一个侧面)在端壁108、110之间延伸。
[0045]如在例示的实施例中所示出的，各辅助导叶112可大体在内导叶端部130(图4)与外导叶端部132(图4)之间径向地延伸且可在其内和外端部130、132之间限定空气动力截面外形。例如，如在图5中所示，辅助导叶112可限定与支柱导叶106相同或相似的空气动力形状，诸如通过限定翼型件形状，该翼型件形状包括在前缘138与后缘140之间延伸的压力侧134和吸力侧136 ο此外，在若干实施例中，各辅助导叶112可构造成为中空的或基本上中空的，以便限定用于提供穿过导叶112的冷却介质(例如，空气)的一个或更多个流动路径。例如，在图5中所示出的，各辅助导叶112仅仅限定用于接收冷却介质的单个内部腔142。然而，在其他实施例中，辅助导叶112可限定用于接收冷却介质的多个内部通道(例如，以在各导叶112内部内的蜿蜒状流动型式)。备选地，辅助导叶112可构造成限定实心截面。
[0046]当将辅助导叶112安装在喷嘴节段组件102内时，在若干实施例中，导叶112可构造成插入穿过端壁108、110中的一者或二者。在这一点上，端壁108、110可限定翼型件形槽道(或其他合适形状的槽道)以用于接收辅助导叶112的部分。例如，如在图4中所示，外端壁110可限定第一和第二外槽道144、146，以用于分别接收第一和第二导叶112的对应部分，且内侧壁108可限定第一和第二内槽道148、150，以用于分别接收第一和第二导叶112的对应部分。在此种实施例中，辅助导叶112可位于槽道144、146、148、150内，使得各导叶112的内导叶端部130径向向内地延伸超过内端壁108，且各导叶112的外导叶端部132径向向外地延伸超过外端壁110。如在下面将描述的，通过将辅助导叶112的端部130、132构造成径向地延伸超过内和外端壁108、110，辅助导叶112可构造成附接到内和外圈支撑件节段114、116的部分或固连在其内，以确保导叶112正确地支撑在喷嘴节段组件102内。
[0047]应当理解的是，在若干实施例中，支柱导叶106、端壁108、110和辅助导叶112可全部由非金属材料形成，该非金属材料具有相对低的热膨胀系数。例如，如在上面指出的，支柱导叶106、端壁108、110和辅助导叶112可全部由CMC材料形成。在此种实施例中，CMC材料可大体上对应于本领域中已知的任何合适的CMC材料，且因此可大体上包括陶瓷基质，该陶瓷基质具有并入其中的合适的强化材料以增强材料的特性(例如，材料强度和/或热物理特性)。在一个实施例中，使用的CMC材料可构造作为连续的纤维强化CMC材料。例如，合适的连续纤维强化CMC材料可包括但不限于利用连续的碳纤维、氧化物纤维、碳化硅单丝纤维强化的CMC材料和包括连续纤维叠层和/或编织纤维预型件的其他CMC材料。在其他实施例中，使用的CMC材料可构造为不连续的强化CMC材料。例如，合适的不连续强化CMC材料可包括但不限于微粒、小片、须、不连续纤维、原位和纳米复合强化CMC材料。
[0048]如在上面指出的，喷嘴节段组件102还可包括内圈支撑件节段114和外圈支撑件节段116。在若干实施例中，支柱导叶106和喷嘴整流件104的端壁108、110以及辅助导叶112可构造成夹在内和外圈支撑件节段114、116之间。例如，如在例示实施例中示出的，当各种构件组装在一起时，内圈支撑件节段114可大体上对应于喷嘴节段组件102的径向最内部分，且可构造成定位为直接地邻近内端壁108。类似地，当各种构件组装在一起时，外圈支撑件节段116可大体上对应于喷嘴节段组件102的径向最外部分，且可构造成定位为直接地邻近外端壁110。
[0049]在若干实施例中，内圈支撑件节段114可包括弧形内环带节段160，使得辅助导叶112的内导叶端部130可被接收在内环带节段160的部分内和/或联接至其，该弧形内环带节段160构造成定位为直接地邻近内端壁108。例如，如在图4中所示，第一和第二导叶凹处162、164可限定在内环带节段160的外表面中，以用于分别接收第一和第二辅助导叶112的内导叶端部130。具体而言，如在上面指出的，辅助导叶112可构造成延伸穿过内端壁108，使得各导叶112的内导叶端部130从内端壁108径向向内突出。在此种实施例中，辅助导叶112的内导叶端部130可被接收在对应的导叶凹处162、164内，该导叶凹处162、164由内环带节段160限定以用于在组件102内支撑辅助导叶112。
[0050]应当理解的是，在若干实施例中，辅助导叶12的内导叶端部130可构造成被轴向和/或周向地约束在导叶凹处162、164内，同时仍被允许相对于内环带节段102自由地径向移动。如在图4中所示，在一个实施例中，辅助导叶112的内导叶端部130的此种轴向和/或周向约束可通过突片(tab) 198来实现，该突片198从各辅助导叶112的内导叶端部130径向向外地延伸。
[0051]此外，在若干实施例中，内圈支撑件节段可包括或联接至级间密封机构168(以虚线示出)，该级间密封机构168从内环带节段160向外延伸。在此种实施例中，级间密封机构168可构造成具有本领域中已知的任何合适的构造，以用于允许机构168在相邻的转子盘之间和/或在转子盘与燃气涡轮发动机10的分开的结构之间提供密封。例如，级间密封机构168可包括一个或更多个蜂窝元件，以用于相对于对应的转子齿或从燃气涡轮发动机10的相邻转子盘向外延伸的其他突出部进行密封。
[0052]如在例示的实施例中所示出的，喷嘴节段组件102的外圈支撑件节段116可大体上包括弧形外环带节段170，该弧形外环带节段170定位为直接地邻近外端壁110，使得辅助导叶112的外导叶端部132可被接收在外环带节段170的部分内和/或联接至其。例如，在若干实施例中，第一和第二导叶凹处172、174可限定在外环带节段170的内表面(未示出)中，以用于分别接收第一和第二辅助导叶112的外导叶端部132。具体而言，如在上面指出的，辅助导叶112可构造成延伸穿过外端壁110，使得各辅助导叶112的外导叶端部132从外端壁110径向向外突出。在此种实施例中，第一和第二辅助导叶112的外导叶端部132可被接收在对应的导叶凹处172、174内，该导叶凹处162、164由外环带节段170限定以用于在组件102内支撑辅助导叶112。
[0053]应当理解的是，在若干实施例中，辅助导叶12的外导叶端部132可构造成使用任何合适的附接手段和/或方法而固连在导叶凹处172、174内。例如，如在例示的实施例中所示出的，各外导叶端部132可包括构造成从其径向向外地突出的安装突片176。如在图4中具体示出的，各安装突片176可限定通孔178，该通孔178构造成接收安装销180。在此种实施例中，限定在外环带节段170中的凹处172、174可成形或以其他方式形成，以便适应通过经由安装销180的销连接将辅助导叶112安装至外圈支撑件116。例如，如在图3和4中所示出的，各凹处172、174可包括凸起部分182，该凸起部分182构造成接收对应的导叶112的安装突片176。此外，通孔184可穿过各凹处172、174的凸起部分182来限定，其构造成当辅助导叶112的外导叶端部132被接收在凹处172、174内时与限定在各安装突片176中的通孔178对齐。因此，安装销180可插入穿过对齐的通孔178、184，以将各辅助导叶112固连至外圈支撑件节段116。在备选实施例中，应当理解的是，辅助导叶112的外导叶端部132可使用任何其他合适的附接手段(诸如通过将端部132螺接在各凹处172、175内)而固连在凹处172、174内。
[0054]还应当理解的是，外环带节段170还可包括合适的特征，以用于将外圈支撑件节段116安装和/或密封至在燃气涡轮发动机10内的静止结构(未示出)。例如，如在图4中所示出的，外环带节段170的前端186和后端188二者可包括诸如槽道、沟槽、突片等的特征，以用于将外圈支撑件节段116安装/密封在燃气涡轮发动机10内。
[0055]此外，如在图4中具体示出的，外圈支撑件节段116还可包括悬臂支柱190，该悬臂支柱190从外环带节段170径向向内延伸。具体而言，在若干实施例中，支柱190可构造成从外环带节段170穿过支柱导叶106的中空内部径向向内延伸至内圈支撑件节段114。结果，支柱190可构造成用作用于喷嘴整流件104的主要负载承载构件。具体而言，通过喷嘴整流件104应用的机械负载可被传递至支柱190且径向向外运送至外环带节段170，在该点处，该负载可被传递至外圈支撑件节段116所联接至的静止结构。
[0056]如在图4中所示，为了允许支柱190被接收在支柱导叶106内，支柱开口191可穿过内和外端壁108、110限定(仅示出穿过外端壁110限定的支柱开口 191)，其与支柱导叶106的内部腔对齐。因此，当组装公开的组件102的各种构件时，支柱190可经由在外端壁10中限定的支柱开口 191而插入到支柱导叶106的内部腔中。此外，支柱凹处192可限定在内圈支撑件节段114的内环带节段160中，其构造成接收支柱190的自由或末梢端部193。具体而言，在若干实施例中，当支柱190完全地插入在喷嘴整流件104内(例如，使得外环带节段170接触外端壁110或以其他方式定位为直接邻近外端壁110)时，支柱190的末梢端部193可从内端壁108径向向内突出。在此种实施例中，末梢端部193可被接收在支柱凹处192内，该支柱凹处192由内环带节段160限定以允许支柱190联接在外和内圈支撑件节段114、116之间。例如，支柱190的末梢端部193可使用销连接、通过将末梢端部193硬焊或焊接在凹处192内并且/或者通过使用任何其他合适的附接手段和/或方法而固连在支柱凹处192内。
[0057]应当理解的是，在若干实施例中，支柱190和外圈支撑件116的外环带节段170可构造成形成为单个、整体的构件。在此种实施例中，支柱190和外环带节段170可使用本领域中已知的任何合适的制作工艺(诸如铸造、模制、加工等)来一体地形成。然而，在备选实施例中，支柱190和外环带节段170可制作为分开的构件。在此种实施例中，支柱190可构造成使用允许支柱从外环带节段170悬臂的任何合适的手段和/或方法而联接至外环带节段170。
[0058]还应当理解的是，在若干实施例中，支柱190和外环带节段170二者可由金属材料形成。例如，合适的金属材料可包括但不限于单晶体和非单晶体镍合金。
[0059]此外，在若干实施例中，支柱190可大体上构造成限定空气动力、翼型件形截面。具体而言，如在图5中所示，支柱可限定与支柱导叶106的空气动力截面形状大体上对应的截面形状。然而，在其他实施例中，支柱190可限定允许其插入支柱导叶106内的任何其他合适的形状。
[0060]而且，在若干实施例中，一个或更多个流动路径可围绕支柱190和/或在支柱190中限定，以用于接收支柱导叶106内的冷却介质，该冷却介质用于冷却导叶106和/或支柱190。例如，如在图5中所示，间隙194可限定在支柱导叶106的内表面195与支柱190的外表面196之间，其在支柱导叶106与支柱190之间限定用于接收冷却介质的流动路径。此外，如在图5中所示出的，支柱190可限定一个或更多个内冷却通道197，以用于接收支柱197内的冷却介质。在此种实施例中，内冷却通道197可与限定在支柱导叶106与支柱190之间的间隙194流体地隔离。备选地，内冷却通道197可与间隙194流体地连通。例如，合适的冷却孔(未示出)可穿过支柱190限定在它的外表面196与冷却通道197之间，以用于将流过冷却通道197的冷却介质的一部分引导到间隙194中。
[0061]本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造并且使用任何装置或系统，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种用于燃气涡轮发动机(10)的喷嘴节段组件(102)，所述喷嘴节段组件(102)包括: 外圈支撑件节段(116)和内圈支撑件节段(114);喷嘴整流件(104)，其定位在所述内和外圈支撑件节段(114、116)之间，所述喷嘴整流件(104)由陶瓷基质复合(CMC)材料形成，所述喷嘴整流件(104)包括外端壁(110)和内端壁(108)，所述外端壁(110)构造成定位为邻近所述外圈支撑件节段(116)，所述内端壁(108)构造成定位为邻近所述内圈支撑件节段(114)，所述喷嘴整流件(104)还包括支柱导叶(106)，所述支柱导叶(106)在所述内和外端壁(108、110)之间延伸； 金属支柱，其在外和内圈支撑件(116、114)之间延伸穿过所述支柱导叶(106);和至少一个辅助导叶(112)，其构造成被接收穿过所述喷嘴整流件(104)的外端壁(110)或内端壁(108)中的至少一者，使得所述至少一个辅助导叶(112)在邻近所述支柱导叶(106)的场所处在所述内和外端壁(108、110)之间延伸。2.根据权利要求1所述的喷嘴节段组件，其中，所述外端壁(110)限定外槽道(146)且所述内端壁(108)限定内槽道，其中，所述至少一个辅助导叶(112)的分开的部分构造成被接收在所述外和内槽道内。3.根据权利要求2所述的喷嘴节段组件，其中，所述至少一个辅助导叶(112)在外导叶端部(132)与内导叶端部(130)之间径向地延伸，所述至少一个辅助导叶(112)构造成延伸穿过所述内和外槽道(144、146)，使得所述外导叶端部(132)从所述外端壁(110)径向向外延伸，且所述内导叶端部(130)从所述内端壁(108)径向向内延伸。4.根据权利要求3所述的喷嘴节段组件，其中，所述外导叶端部(132)构造成被接收在限定在所述外圈支撑件(116)中的导叶凹处内。5.根据权利要求4所述的喷嘴节段组件，其中，所述至少一个辅助导叶(112)包括安装突片，所述安装突片从所述外导叶端部(132)延伸，所述安装突片限定通孔，所述通孔构造成接收安装销，以用于将所述至少一个辅助导叶(112)联接至所述外圈支撑件(116)。6.根据权利要求3所述的喷嘴节段组件，其中，所述内导叶端部(130)构造成被接收在限定在所述内圈支撑件(114)中的导叶凹处内。7.根据权利要求6所述的喷嘴节段组件，其中，所述内导叶端部(130)构造成联接在所述凹处内。8.根据权利要求1所述的喷嘴节段组件，其中，所述内和外端壁(108、110)和所述支柱导叶(106)作为单个整体构件而一体地形成。9.根据权利要求1所述的喷嘴节段组件，其中，所述金属支柱从所述外圈支撑件(116)穿过所述支柱导叶(106)径向向内延伸。10.根据权利要求9所述的喷嘴节段组件，其中，所述外圈支撑件节段(116)包括外环带节段(170)，所述金属支柱和所述外环带节段(170)作为单个整体构件而一体地形成。
【文档编号】F01D9/04GK106014494SQ201610190001
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】M.M.韦弗
【申请人】通用电气公司