壳体组件
技术领域
本发明涉及用于燃气涡轮发动机的壳体组件。
背景技术
膨胀材料用于使零件隔热以防止着火，从而最大程度地减少零件损坏。典型地，当加热到预定温度时，膨胀材料将膨胀其原始尺寸的许多倍。但是，这可能需要暴露在高达190摄氏度的温度下。这样的温度可能代表着在膨胀材料开始膨胀之前，已经开始点火，并可能损坏要保护的组件。
发明内容
根据一个方面，提供了一种用于燃气涡轮发动机的壳体组件，该壳体组件包括：壳体；导电膨胀材料，围绕该壳体延伸的，该膨胀材料响应于电流被激活而膨胀；电激活线，围绕该壳体延伸以激活膨胀材料，该激活线以一方式(pattern)延伸，使得限定所述激活线的激活区域的轴向范围至少为壳体的50％，周向范围至少为50％，从而在该壳体的相应区域上的多个位置激活该膨胀材料。
该激活线可以以螺旋形状延伸。该激活线可以包括以并排关系布置的多个线部分。通过该激活线的连接匝可以将该线部分串联连接。这些线部分可以以并联关系电耦合。该激活线包括并排关系的极性相反的两条线。
该激活线可耦合至激活控制系统，该激活控制系统包括温度传感器和控制器，该控制器配置为当该温度传感器的输出指示着火或过热事件时，选择性地引导电流通过该激活线。
一树脂层可围绕该膨胀材料和电激活线。该树脂层可包括易碎部分。该树脂层可优先在易碎部分处断裂以允许膨胀材料膨胀。
本发明可以包括这里所指的特征和/或限定的任何组合，除了相互排斥的特征。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地示出了燃气涡轮发动机的侧视剖面图；
图2示意性地示出了具有电激活线和膨胀材料的第一示例壳体组件的截面图；
图3示意性地示出了电激活线被嵌入膨胀材料中的第二示例壳体组件的截面图；
图4示意性地示出了围绕壳体的第一示例电激活线的透视图；
图5示意性地示出了围绕壳体的第二示例电激活线的透视图；以及
图6示意性地示出了围绕壳体的第三示例电激活线的透视图。
具体实施方式
参考图1，燃气涡轮发动机总体上以10表示，具有主轴线和旋转轴线11。发动机10包括轴流系列的进气口12、推进风扇13、中压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮17、中压涡轮18、低压涡轮19和排气喷嘴20。引擎舱21通常包围发动机10，并且限定进气口12和排气喷嘴20。
燃气涡轮发动机10以常规方式工作，以使进入进气口12的空气通过风扇13加速以产生两个空气流：流入中压压缩机14的第一空气流和通过旁路管道22以提供推进力的第二空气流。在将空气输送到高压压缩机15之前，中压压缩机14压缩引导到其中的空气流，在高压压缩机15处进一步压缩。
从高压压缩机15排出的压缩空气引导到燃烧设备16中，在燃烧设备16中，压缩空气与燃料混合并且该混合物燃烧。然后，所得的热燃烧产物膨胀穿过并驱动高压、中压和低压涡轮17、18、19，然后再通过喷嘴20排出，以提供附加的推进力。高压涡轮17、中压涡轮18和低压涡轮19分别通过合适的互连轴驱动高压压缩机15、中压压缩机14和风扇13。
图2示出了用于燃气涡轮发动机的第一示例壳体组件40的截面图。该壳体组件40包括壳体42、电激活线44和膨胀材料46。该壳体组件40包括具有温度传感器50和控制器52的激活控制系统。该控制器52配置为当温度传感器50的输出指示着火或过热事件时选择性地引导电流通过电激活线44。
壳体42是具有沿轴向延伸的环形截面轮廓的复合壳体，并且该复合壳体包围燃气涡轮发动机的部件。电激活线44围绕壳体42的外表面并沿着壳体42的轴向范围延伸。在该示例中，电激活线44包围壳体42的整个周向。然而，在其他示例中，电激活线可以仅围绕壳体42的一部分延伸。
膨胀材料46是柔性的，并且围绕壳体42和围绕电激活线44延伸。膨胀材料46是导电的并且响应于电流而被激活以膨胀。例如，膨胀材料可以是纤维材料，其包括膨胀物质(诸如可热膨胀的石墨)和导电材料。
膨胀材料46涂覆有树脂的保护层48，该保护层保护膨胀材料46不受损坏。保护性树脂层48可在相邻部分之间包括易碎部分，使得树脂层48优先在易碎部分处断裂以允许膨胀材料46膨胀。
在使用期间，温度传感器50监测膨胀材料46处的温度，并确定温度是否超过对应于着火或过热事件的阈值。当温度传感器确定温度超过阈值时，控制器引导电流流过电激活线44，以引起膨胀材料46膨胀。阈值温度低于膨胀材料通常会膨胀的环境温度。这确保了膨胀材料在低于通常情况下被激活的温度的膨胀温度下膨胀，或响应远离膨胀材料的感应位置的高温膨胀，因此可以更有效地防止组件过热或着火。
图3示出了第二示例壳体组件60的截面图，该第二示例性壳体组件60具有如参照图2所描述的壳体42以及围绕该壳体42延伸的导电且柔性的膨胀材料66。电激活线64嵌入膨胀材料66内。在其他示例中，电激活线可以被夹在围绕壳体延伸的两层膨胀材料之间。
壳体组件60包括图2的激活控制系统，其具有温度传感器50和控制器52，当温度传感器50的输出指示着火或过热事件时，控制器52被配置为选择性地将电流引导通过电激活线64。
膨胀材料66涂覆有如参考图2所述的保护性树脂层48。保护性树脂层48设置在膨胀材料66的与壳体42相对的一侧(即，膨胀材料66的距壳体42最远的一侧)。
尽管已经参照图2和图3描述了膨胀材料围绕壳体的整个周向范围延伸，在其他示例中，膨胀材料可仅围绕壳体的周向范围的一部分设置，例如至少50％。在这样的示例中，电激活线可以围绕壳体延伸相似的量以与膨胀材料对应。
在以下描述中，术语“轴向”用于表示在平行于壳体42的中心轴线的方向上。术语“周向”用于表示在垂直于壳体42的轴线的平面中围绕壳体42的圆周。
图4示出了围绕壳体42设置的第一示例电激活线100的透视图。在该示例中，电激活线100以参照图2描述的方式围绕壳体42设置，从而可以将膨胀材料放置在电激活线100上。然而，在其他示例中，电激活线可以以参照图3描述的方式围绕壳体设置。
电激活线100包括多个线部分102，多个线部分102以一方式围绕壳体42延伸。在该示例中，存在三个线部分102，每个线部分102围绕壳体42的整个周向范围在周向方向上延伸。在其他示例中，围绕壳体可设置多于三个或少于三个线部分。
电激活线100限定了壳体42的限制区域(circumscribed area)106，该限制区域限制(circumscribes)电激活线100。换句话说，该区域106由在壳体42上绘制的两个轴向边界和两个周向边界限定，所述两个轴向边界接触但不穿过电激活线100，两个周向边界接触但不穿过电激活线100，以在壳体周围形成展开区域(例如呈矩形形式，其围绕在壳体42上)。
在该示例中，限制区域106由围绕壳体的整个周向延伸的两个周向边界110限定。区域106具有大约60％的轴向范围116，即，区域106覆盖了壳体42的轴向范围的大约60％。区域106具有100％的周向范围118，即，区域106覆盖壳体42的周向范围的100％，使得在该示例中没有轴向边界。但是，在其他示例中，电激活线的限制区域可具有大于60％或小于60％的轴向范围和/或小于100％的周向范围。
在其他示例中，电激活线优选地具有大于50％的轴向范围和大于50％的周向范围，以使壳体的将被膨胀材料覆盖的大部分区域被电激活线覆盖。
线部分102沿着区域106的轴向范围均匀分布。线部分102以并联关系彼此电耦合。
每个线部分102包括并排关系的极性相反的两条线。因此，每个线部分102包括彼此间隔开、并排布置的正极线102a和负极线102b。
在使用中，示例性电激活线100形成了壳体组件40,60的一部分，如参照图2和图3所描述的。如果温度传感器50确定温度指示着火或过热事件，则控制器52将引导电流在电激活线100中流动以激活与电激活线100电耦合的膨胀材料。激活线100具有覆盖壳体42的大部分的区域106，因此将同时激活大部分膨胀材料，以最小化对整个壳体周围的部件的损坏。
尽管已经描述了图4中的电激活线部分以并联关系连接，但是在其他示例中，如下面参考图6所述，线部分可以通过连接匝以串联关系连接。
图5示出了围绕壳体42设置的第二示例激活线200的透视图。在该示例中，激活线200沿着壳体42的轴向以螺旋状缠绕在壳体42上。
电激活线200覆盖由两个周向边界210限定的限制区域206。该区域具有大约80％的轴向范围216和100％的周向范围218。然而，在其他示例中，电激活线的轴向范围可以小于80％或大于80％，和/或周向范围小于100％
电激活线200的每个线部分202包括极性相反的两条线：正极线202a和负极线202b，它们彼此间隔开，并排设置。
图6示出了围绕壳体42设置的第三示例电激活线300的透视图。在该示例中，电激活线300包括沿着壳体42在轴向方向上延伸的多个线部分302。线部分302通过连接匝308串联连接在一起。
电激活线300限定了由两个周向边界310和两个轴向边界312界定的限制区域306，两个周向边界310和两个轴向边界312限制电激活线300。区域310具有大约90％的轴向范围316和大约50％的周向范围318。
在此示例中，有六个线部分302，它们围绕区域306的周向范围均匀分布。每对相邻的线部分302通过连接匝308连接，其中围绕壳体42的周向的连接匝设置在壳体42的交替的轴向侧上，以使每个线部分302以Z字形串联连接。
在其他示例中，电激活线300可具有大于90％或小于90％的轴向范围。在其他示例中，电激活线300可具有大于50％或小于50％的周向范围。优选地，区域306的轴向范围和周向范围大于50％。
电激活线300的每个线部分302包括并排关系的极性相反的两条线。因此，每个线部分302包括彼此间隔开、并排布置的正极线302a和负极线302b。
尽管已经描述了图6中的电激活线部分以串联关系连接，在其他示例中，如上面参考图4所述，线部分可以并联关系连接。
参照图4、5和6描述的电激活线100、200和300是合适的电激活线的示例，其覆盖壳体42的具有至少50％的轴向范围和至少50％的周向范围的区域。这确保了，如果控制系统的温度传感器确定指示着火或过热事件的温度，则可以通过将电流施加到电激活线上来立即同时激活大多数膨胀材料。
尽管已经描述了膨胀材料涂覆有保护性树脂层，但是在一些示例中，可能不存在保护性树脂层。
