用于燃气涡轮发动机的护罩组件技术领域
本主题大体上涉及用于燃气涡轮发动机的护罩组件。更具体而言，本主题涉及具
有用于引导负载穿过其的改进的特征的护罩组件。
背景技术
燃气涡轮发动机大体上包括以串流顺序的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排
气区段。在操作中，空气进入压缩机区段的入口，其中一个或更多个轴向压缩机逐渐压缩空
气，直到其到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩的空气混合并且焚烧，以提供燃烧气
体。燃烧气体从燃烧区段发送穿过限定在涡轮区段内的热气体路径，并且接着经由排气区
段从涡轮区段排出。
在特定构造中，涡轮区段包括以串流顺序的高压(HP)涡轮和低压(LP)涡轮。HP涡
轮和LP涡轮均包括各种可旋转涡轮构件，如涡轮转子叶片、转子盘和固持件，以及各种静止
涡轮构件，如，定子导叶或喷嘴、涡轮护罩和发动机框架。可旋转和静止的涡轮构件至少部
分地限定穿过涡轮区段的热气体路径。当燃烧气体流过热气体路径时，热能从燃烧气体转
移至可旋转涡轮构件和静止涡轮构件。
大体上，HP涡轮和LP涡轮可另外包括护罩组件，其进一步限定热气体路径。空隙间
隙可限定在护罩组件的护罩与可旋转涡轮构件的相关联的级的可旋转涡轮构件之间。护罩
典型地由护罩吊架固持在燃气涡轮发动机内，该护罩吊架继而联接于发动机的各种其它构
件。此外，在许多情况中，沿轴向定位在护罩组件前方的喷嘴可接触护罩组件，以限定并且
大体上密封热气体路径。
关于许多已知燃气涡轮发动机设计的一个问题在于燃气涡轮发动机的各种区段
中的各种相邻构件之间的负载传递。例如，喷嘴负载可通过护罩组件传递到燃气涡轮发动
机的壳中。然而，在许多情况中，不合乎需要的是护罩组件的构件如护罩它们自身经历这些
负载。例如，陶瓷基质复合物护罩在用于燃气涡轮发动机中时提供许多优点的同时，由于陶
瓷基质复合物材料的特征而对于此类负载传递而言是大体不合乎需要的。
该负载传递问题的一个已知解决方案包括连接于壳并且与喷嘴接触的外支承件。
密封件设在支承件与相邻护罩组件的吊架之间。因此，负载通过支承件从喷嘴传递至护罩
组件的吊架。然而，在操作期间由这些支承件经历的热梯度和支承件的所得轴向偏转引起
喷嘴护罩轴向间隙的大变化。因此，需要附加的吹扫流来补偿这些轴向间隙尺寸的潜在增
大，因此减少用于燃烧的工作流体的量并且降低发动机的效率。另外，这些支承件大体上是
重且昂贵的零件，因此不合乎需要地增加了燃气涡轮发动机的成本和重量。
因此，期望用于在燃气涡轮发动机中使用的改进的护罩组件。具体而言，具有改进
的负载传递特征的护罩组件将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者
可通过本发明的实践学习。
根据本公开的一个实施例，提供了一种用于燃气涡轮发动机的护罩组件。护罩组
件包括吊架，吊架具有前吊架臂、与前吊架臂沿轴向间隔的后吊架臂，以及在前吊架臂与后
吊架臂之间延伸的吊架本体。护罩组件还包括护罩，护罩具有前表面、与前表面沿轴向间隔
的后表面、在前表面与后表面之间延伸的内表面，以及在前表面与后表面之间延伸并且与
内表面沿径向间隔的外表面，护罩连接于吊架。护罩组件还包括定位在前吊架臂的轴向前
方的支承部件，支承部件具有连接于前吊架臂的径向外部分，以及径向内部分，其与护罩沿
轴向间隔，使得间隙限定在径向内部分与护罩的轴向相邻表面之间。
根据本公开的另一个实施例，提供了一种燃气涡轮发动机的涡轮区段。涡轮区段
包括护罩组件。护罩组件包括吊架，吊架具有前吊架臂、与前吊架臂沿轴向间隔的后吊架
臂，以及在前吊架臂与后吊架臂之间延伸的吊架本体。护罩组件还包括护罩，护罩具有前表
面、与前表面沿轴向间隔的后表面、在前表面与后表面之间延伸的内表面，以及在前表面与
后表面之间延伸并且与内表面沿径向间隔的外表面，护罩连接于吊架。护罩组件还包括定
位在前吊架臂的轴向前方的支承部件，支承部件具有连接于前吊架臂的径向外部分，以及
径向内部分，其与护罩沿轴向间隔，使得间隙限定在径向内部分与护罩的轴向相邻表面之
间。涡轮区段还包括沿轴向定位在护罩组件前方的喷嘴组件。喷嘴组件包括翼型件，以及沿
径向定位在翼型件外侧的外带。外带包括后表面，后表面与护罩组件的支承部件的径向内
部分接触。
根据本公开的另一个实施例，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括
压缩机区段、燃烧区段和涡轮区段。燃气涡轮发动机还包括设置在压缩机区段或涡轮区段
中的一个中的护罩组件。护罩组件包括吊架，吊架具有前吊架臂、与前吊架臂沿轴向间隔的
后吊架臂，以及在前吊架臂与后吊架臂之间延伸的吊架本体。护罩组件还包括护罩，护罩具
有前表面、与前表面沿轴向间隔的后表面、在前表面与后表面之间延伸的内表面，以及在前
表面与后表面之间延伸并且与内表面沿径向间隔的外表面，护罩连接于吊架。护罩组件还
包括定位在前吊架臂的轴向前方的支承部件，支承部件具有连接于前吊架臂的径向外部
分，以及径向内部分，其与护罩沿轴向间隔，使得间隙限定在径向内部分与护罩的轴向相邻
表面之间。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更
好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出了本发明的实施例，并且
连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
包括针对本领域技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开在参照附
图的说明书中阐述，在该附图中：
图1为根据本公开的一个实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面图；
图2为根据本公开的一个实施例的燃气涡轮发动机的高压涡轮区段的放大截面侧视
图；
图3为根据本公开的一个实施例的护罩组件的分解透视图；
图4为根据本公开的一个实施例的护罩组件的组装透视图；
图5为根据本公开的一个实施例的护罩组件的截面图；
图6为根据本公开的另一个实施例的护罩组件的截面图；以及
图7为根据本公开的一个实施例的燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的截面图。
部件列表
10 涡扇喷气发动机
12 纵向或轴向中心线
14 风扇区段
16 芯部/燃气涡轮发动机
18 外壳
20 入口
22 低压压缩机
24 高压压缩机
26 燃烧区段
28 高压涡轮
30 低压涡轮
32 喷气排气区段
34 高压轴/转轴
36 低压轴/转轴
37 减速装置
38 风扇转轴/轴
40 风扇叶片
42 风扇壳或机舱
44 出口导叶
46 下游区段
48 旁通空气流通路
50 第一级
52 排
54 定子导叶
56 排
58 涡轮转子叶片
60 第二级
62 排
64 定子导叶
66 排
68 涡轮转子叶片
70 热气体路径
72 护罩组件
74 护罩组件
76 叶片末端
78 叶片末端
100 护罩组件
102 护罩
104 吊架
108 挡板
110 本体
112 前表面
114 后表面
116 内表面
118 外表面
120 前凸缘
122 前表面
124 后表面
126 开孔
130 后凸缘
132 前表面
134 后表面
136 开孔
140 销
160 吊架本体
162 前吊架臂
163 开孔
164 后吊架臂
172 前凸缘
174 后凸缘
176 开孔
178 开孔
180 挡板本体
182 孔
200 支承部件
202 径向外部分
203 开孔
204 径向内部分
206 前表面
208 后表面
206 机械紧固件
212 螺母
214 螺栓
220 间隙
222 副间隙
230 吊架板
232 径向外部分
234 径向内部分
236 开孔
238 凹穴
240 凸起
250 喷嘴组件
252 翼型件
250 外带
256 后表面
258 密封件
260 密封件。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的本实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。详细描
述使用了数字和字母标记来表示附图中的特征。附图和描述中相似或类似的标记用于表示
本发明的相似或类似的部分。如本文中使用的，用语"第一"、"第二"和"第三"可以可互换地
使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示单个构件的位置或重要性。用语"上
游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对流动方向。例如，"上游"是指流体流自
的流动方向，并且"下游"是指流体流至的流动方向。
此外，如本文中使用的，用语"轴向"或"轴向地"是指沿发动机的纵轴线的大小。连
同"轴向"或"轴向地"使用的用语"前"是指朝发动机入口的方向，或者构件相比于另一个构
件相对更接近发动机入口。连同"轴向"或"轴向地"使用的用语"后"是指朝发动机喷嘴的方
向，或者构件相比于另一个构件相对更接近发动机喷嘴。用语"径向"或"径向地"是指在发
动机的中心纵轴线与发动机外周之间延伸的维。
现在参照附图，图1为如可并入本公开的各种实施例的、本文中称为"涡扇10"的示
例性高旁通涡扇类型的发动机10的示意性截面图。如图1中所示，涡扇10具有出于参照目的
延伸穿过其的纵向或轴向中心线轴线12。大体上，涡扇10可包括设置在风扇区段16下游的
芯部涡轮或燃气涡轮发动机14。
燃气涡轮发动机14可大体上包括限定环形入口20的大致管状的外壳18。外壳18可
由多个壳形成。外壳18包围成串流关系的具有增压器或低压(LP)压缩机22、高压(HP)压缩
机24的压缩机区段、燃烧区段26、包括高压(HP)涡轮28、低压(LP)涡轮30的涡轮区段，以及
喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接于HP压缩机24。低压
(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接于LP压缩机22。(LP)转轴36还可连接于风扇区段16
的风扇转轴或轴38。在特定实施例中，(LP)转轴36可直接地连接于风扇转轴38，如，以直接
驱动构造。在备选构造中，(LP)转轴36可以以间接传动或齿轮传动构造经由减速装置37
(如，减速齿轮变速箱)连接于风扇转轴38。如期望或要求的，此类减速装置可包括在发动机
10内的任何适合的轴/转轴之间。
如图1中所示，风扇区段16包括多个风扇叶片40，其联接于风扇转轴38，并且从风
扇转轴38沿径向向外延伸。环形风扇壳或机舱42沿周向包绕风扇区段16和/或燃气涡轮发
动机14的至少一部分。本领域技术人员将认识到的是，机舱42可构造成由多个沿周向间隔
的出口导叶44关于燃气涡轮发动机14支承。此外，机舱42的下游区段46(在导叶44下游)可
在燃气涡轮发动机14的外部分之上延伸，以便限定其间的旁通空气流通道48。
图2提供了如可并入本发明的各种实施例的如图1中所示的燃气涡轮发动机14的
HP涡轮28部分的放大截面图。如图2中所示，HP涡轮28包括成串流关系的第一级50，其包括
与涡轮转子叶片58(仅示出一个)的环形阵列56沿轴向间隔的定子导叶54(仅示出一个)的
环形阵列52。HP涡轮28还包括第二级60，其包括与涡轮转子叶片68(仅示出一个)的环形阵
列66沿轴向间隔的定子导叶64(仅示出一个)的环形阵列62。涡轮转子叶片58,68从HP转轴
34沿径向向外延伸，并且联接于HP转轴34(图1)。如图2中所示，定子导叶54,64和涡轮转子
叶片58,68至少部分地限定热气体路径70用于将燃烧气体从燃烧区段26(图1)发送穿过HP
涡轮28。
如图2中进一步所示，HP涡轮可包括一个或更多个护罩组件，其中各个形成绕着转
子叶片的环形阵列的环形环。例如，护罩组件72可形成围绕第一级50的转子叶片58的环形
阵列56的环形环，并且护罩组件74可形成围绕第二级60的涡轮转子叶片68的环形阵列66的
环形环。大体上，护罩组件72,74的护罩与转子叶片68中的各个的叶片末端76,78沿径向间
隔。径向或空隙间隙CL限定在叶片末端76,78与护罩之间。护罩和护罩组件大体上减小从热
气体路径70的泄漏。
应当注意的是，护罩和护罩组件可另外在低压压缩机22、高压压缩机24和/或低压
涡轮30中以类似方式使用。因此，如本文中公开的护罩和护罩组件不限于在HP涡轮中使用，
并且相反，可用于燃气涡轮发动机的任何适合的区段中。
现在参照图3至7，公开了改进的护罩组件100。如本文中公开的护罩组件100可替
代如上文所述的护罩组件72,74，或发动机10中的任何其它适合的护罩组件使用。
根据本公开的护罩组件提供了一定数量的优点。具体而言，护罩组件100包括特
征，其有利地便于负载从轴向前喷嘴通过护罩组件100的吊架传递至燃气涡轮发动机10的
壳，同时减少或消除通过此类护罩组件的护罩的负载传递。这在其中护罩由陶瓷基质复合
物("CMC")材料形成的实施例中是特别合乎需要的。此外，根据本公开的护罩组件的使用减
少了与之前已知的负载传递构件相关联的不合乎需要的问题，如，大喷嘴护罩轴向间隙变
化和吹扫流的所得的增加，以及相关联的重量和成本问题。因此，燃气涡轮发动机效率提
高、重量降低，并且成本降低。
图3至7示出了根据本公开的护罩组件100的实施例。护罩组件100包括护罩102和
吊架104。例如，根据本公开的护罩102可包括护罩本体110、前凸缘120和后凸缘130。在示例
性实施例中，护罩本体110和凸缘120,130(和总体上护罩102)可由CMC材料形成，但在备选
实施例中，护罩本体110和凸缘120,130(和总体上护罩102)可由另一适合的材料如金属等
形成。具体而言，在示例性实施例中，护罩本体110和凸缘120,130可为集成的，并且因此大
体上形成为单个构件。
护罩本体110可包括前表面112和后表面114。当在发动机10中时，后表面114与前
表面112沿轴向间隔，如，大体上沿中心线12。内表面116和外表面118可均在前表面112与后
表面114之间延伸。外表面118与内表面116沿径向间隔。当护罩102在发动机10中时，内表面
116可暴露于热气体路径70，而外表面118因此与热气体路径70沿径向间隔。
前凸缘120和后凸缘130可均从护罩本体110延伸，如，从其外表面118。后凸缘130
可与前凸缘120沿轴向间隔。此外，前凸缘120可大体上定位在本体110的前表面112近侧，而
后凸缘130大体上定位在本体110的后表面114近侧。各个凸缘120,130可分别包括前表面
122,132(分别)和后表面124,134。如所示，凸缘120,130可均大体上沿它们的长度沿周向延
伸，并且因此沿周向定向。
此外，一个或更多个开孔126,136可分别限定在各个凸缘120,130中。例如，各个开
孔126,136可在相关联的前表面122,132和相关联的后表面124,134之间大体上沿轴向延伸
穿过相关联的凸缘120,130。开孔126,136大体上用于将护罩102连接于吊架104。例如，销
140可插入到开孔126,136和吊架104的相关联开孔中，以将护罩102连接于吊架104。
吊架104大体上连接于并且支承发动机10中的护罩102，并且自身由发动机10中的
各种其它构件支承。吊架104可包括吊架本体160，以及从吊架本体160延伸(如，从吊架本体
160沿径向向外(远离热气体路径70))的前吊架臂162和后吊架臂164。吊架本体160因此可
在臂162,164之间延伸。如所示，后臂164可与前臂162沿轴向间隔。
吊架104还可包括一个或更多个凸缘，其从吊架本体160延伸，如，从吊架本体160
沿径向向内(朝热气体路径70)。例如，前凸缘172和后凸缘174可从吊架本体160延伸。后凸
缘174可与前凸缘172沿轴向间隔。前凸缘172可邻近前吊架臂162，并且后凸缘174可邻近后
吊架臂164。一个或更多个开孔176,178可分别限定在凸缘172,174中。
在组装时，护罩凸缘120,130的开孔126,136可大体上与相关联的吊架开孔176,
178对准。例如，开孔126可与开孔176对准，并且开孔136可与开孔178对准。一个或更多个销
140可插入穿过并且因此延伸穿过相关联的开孔，以将吊架104和护罩102联接在一起。在如
所示的一些实施例中，销140可延伸穿过对准的开孔126,176,136和178。作为备选，单独的
销140可用于对准的开孔126,176和对准的开孔136,178。因此，前凸缘120和后凸缘130可联
接于前凸缘172和后凸缘174。
在示例性实施例中，吊架本体160、前吊架臂162、后吊架臂162、前凸缘172和后凸
缘174(和总体上吊架104)可由金属材料形成，但在备选实施例中，吊架本体160、前吊架臂
162、后吊架臂162、前凸缘172和后凸缘174(和总体上吊架104)可由另一适合的材料形成。
如所示，护罩组件100还可包括挡板108。挡板108可沿径向设置在护罩组件100的
吊架104与护罩102之间。挡板108可包括本体180，其限定多个冷却孔182，用于发送流体穿
过其，如用于冷却目的。在示例性实施例中，挡板由金属材料形成，但在备选实施例中，挡板
108可由另一适合材料形成。
仍参照图3至7，护罩组件100还可包括支承部件200，其沿轴向定位在前吊架臂162
前方。支承部件200可有利地定位和构造成将负载从一个或更多个喷嘴组件250通过护罩组
件100传递至支承结构，护罩组件100的吊架104联接于该支承结构。具体而言，如上文所述，
支承部件200可将负载从这些喷嘴组件250传递穿过吊架104，其中最小或没有负载传递至
护罩102。
简要参照图7，喷嘴组件250可沿轴向定位在护罩组件100前方，并且可例如为燃气
涡轮发动机10的涡轮区段或压缩机区段中的特定级中的相邻喷嘴阵列的构件。例如，喷嘴
组件250可包括在第一级40的阵列52或第二级60的阵列62中，其中护罩组件100分别替代护
罩组件72或护罩组件74(见图2)使用。喷嘴组件250可包括翼型件252和沿径向定位在翼型
件252外侧的外带254。例如，外带254可为喷嘴自身的外带，或者可为与喷嘴组件250的喷嘴
一起使用的支承结构(其可包括延伸穿过喷嘴的支柱)的外带。外带254可包括后表面256，
其在组装时，可与支承部件200接触(直接地或通过适合的密封件258间接地)。具体而言，后
表面256可接触支承部件200的径向内部分。因此，负载可从喷嘴组件250通过后表面256传
递至支承部件200，并且如所论述，从支承部件200传递至吊架104，其中最小或没有负载传
递至护罩102。
再次参照图3至7，支承部件200在示例性实施例中由金属材料形成，但在备选实施
例中，支承部件200可由任何适合的材料形成。支承部件200可包括径向外部分202和径向内
部分204，并且还可具有前表面206和后表面208。
支承部件200的径向外部分202可连接于前吊架臂162。在示例性实施例中，一个或
更多个机械紧固件210可连接径向外部分202和前吊架臂162。例如，一个或更多个开孔163
可限定在前吊架臂162中，并且一个或更多个匹配开孔203可限定在外部分202中。机械紧固
件可延伸穿过各个对准的开孔163和匹配开孔203，以连接径向外部分202和前吊架臂162。
在如所示的示例性实施例中，如所示，机械紧固件210可均包括螺母212和匹配螺栓214。作
为备选，可使用其它适合的机械紧固件如螺钉、钉子、铆钉等。
在示例性实施例中，机械紧固件210由金属材料形成，但在备选实施例中，紧固件
210可由另一适合材料形成。
如所示，径向内部分204可与护罩102沿轴向间隔，如，与前凸缘120的前表面122。
轴向间隙220因此限定在径向内部分204与护罩102的轴向相邻表面(如，前表面122)之间。
该间隙220有利地尺寸确定成防止支承部件200与护罩102之间的接触，因此减少或消除了
支承部件200与护罩102之间的负载传递。作为替代，负载可有利地传递穿过径向外部分
202，并且穿过径向外部分202与前吊架臂162之间的连接，如，穿过机械紧固件210。
在一些实施例中，如图6中所示，支承部件200的径向外部分202在护罩组件100组
装时接触前吊架臂162。在其它实施例中，如图3至5和7中所示，吊架板230可设置在支承部
件200与前吊架臂162之间。如所示，吊架板230可与径向外部分202和前吊架臂162接触。
吊架板230可大体上进一步保护护罩102免于与支承部件200接触，如，与其径向内
部分204。如所示，吊架板230可连接于径向外部分202和前吊架臂162和在它们之间。例如，
吊架板230可包括径向外部分232和径向内部分234。径向外部分232可连接在支承部件200
的径向外部分202与前吊架臂162之间。例如，一个或更多个开孔236可限定在径向外部分
232中。在组装时，开孔236可与邻近开孔162,203对准，并且机械紧固件210可延伸穿过开孔
236以及开孔162,203，以将径向外部分232连接于径向外部分202和前吊架臂162和在它们
之间。
吊架板230的径向内部分234可设置在间隙220内。具体而言，径向内部分234可定
位成使得副间隙222限定在吊架板230的径向内部分234与支承部件200的径向内部分204之
间。因此，防止了径向内部分204与径向内部分234之间的接触。此外，在一些实施例中，一个
或更多个凹穴238可限定在径向内部分204中。凹穴238可面对护罩102，并且可例如将销140
容纳在其中，如所示。径向内部分234因此可用于大体上保护销140和护罩102(和具体是前
凸缘120)免于与喷嘴组件250或支承部件200接触，以及在发动机10操作期间所得的负载传
递。
再次简要参照图3至7，在一些实施例中，支承部件200可另外包括凸起240，其从前
表面206沿轴向延伸，如，在径向外部分202与径向内部分204之间。在组装时，凸起240可接
触喷嘴组件250的密封件260(其在如所示的示例性实施例中可为叶形密封件)。该相互作用
可进一步便于负载通过支承部件200传递至吊架104，同时至护罩102的负载传递有利地减
少或消除。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员
能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可
专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实
例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求
的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。