CN114233685A - 一种四级压气机机匣结构 - Google Patents

一种四级压气机机匣结构 Download PDF

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徐雪
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Abstract

本申请属于航空发动机压气机机匣领域，为一种四级压气机机匣结构，包括前机匣组合件和后机匣组合件，后机匣组合件包括二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件、延伸机匣和承力环；延伸机匣为整环设置的外层机匣，二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件为从前至后依次设置的内层机匣，二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件的机匣环形部分均为整环机匣，并且位于内层机匣的相邻机匣之间螺栓连接，内层机匣与外层机匣螺栓连接，延伸机匣与前机匣组合件螺栓连接，使得内层机匣和外层机匣的机匣环形部分均能够设置为整环机匣，该设计保证了内层机匣不会发生椭圆变形、同时不会发生翘曲变形、定心不准确的问题。

Description

一种四级压气机机匣结构
技术领域
本申请属于航空发动机压气机机匣领域，特别涉及一种四级压气机机匣结构。
背景技术
随着军用发动机推重比的不断提高，高压压气机的工作环境越来越恶劣，为保持小的、均匀的压气机叶尖间隙，将高压压气机机匣分为前后两段，前段称为前机匣，为对开结构，后段称为后机匣，为双层结构，其中内层机匣提供气动流道，外层机匣用来传力。
高推重比发动机高压压气机逐渐呈现出级数少、轴向长度短、转静子叶片间距小、级间温度梯度大、出口温度高、引气位置多的特点，现有的高压压气机机匣结构很难满足其功能需求，严重制约了高推重比发动机高压压气机机匣的工程化应用。
现有的高推重比高压压气机机匣由前机匣和后机匣组成，根据后机匣结构分为两种结构形式：1、内层机匣为对开结构，2、内层机匣为整环结构。这两种结构形式存在以下几方面的技术缺点：
对开结构的内层机匣在工作过程中易发生椭圆变形，导致高压压气机后面级叶尖间隙周向分布不均，影响压气机效率，长时间工作导致发动机性能衰减。
整环结构的内层机匣轴向分割成多段，每段内层机匣与外层机匣间采用悬臂支撑，这种结构形式的机匣存在两个缺点，一是内层机匣易发生翘曲变形，不利于控制叶尖间隙，二是内层机匣和外层机匣同时定位于压气机前机匣，导致前机匣无法单独装拆，不利于压气机工作时机匣的可靠定心和后续维护。
因此如何保证高压压气机机匣不会发生椭圆变形的同时，不会翘曲变形、定心可靠，是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种四级压气机机匣结构，以解决现有技术中压气机机匣无法同时具备不会椭圆变形、不会翘曲变形、定心可靠的效果。
本申请的技术方案是：一种四级压气机机匣结构，包括前机匣组合件和后机匣组合件，其特征在于：所述后机匣组合件包括二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件、延伸机匣和承力环；所述延伸机匣为整环设置的外层机匣，所述二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件为从前至后依次设置的内层机匣，所述二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件的机匣环形部分均为整环机匣；所述延伸机匣一端与前机匣组件、二级机匣组件螺栓连接、另一端与承力环螺栓连接；所述二级机匣组件与三级机匣组件螺栓连接，所述三级机匣组件与四级机匣组件、承力环螺栓连接，所述三级机匣组件与延伸机匣密封连接；所述四级机匣组件与承力环螺栓连接；所述延伸机匣、二级机匣组件、三级机匣组件之间形成第一环形集气腔，所述延伸机匣、三级机匣组件、四级机匣组件、承力环之间形成第二环形集气腔；所述机匣内开设有与第一环形集气腔、第二环形集气腔分别连通的两个引气孔，所述第一环形集气腔和第二环形集气腔均为除引气孔位置外、其它部分全部封闭的整环形腔体。
优选地，所述二级机匣组件包括二级转子机匣、二级静子机匣、二级静子扇形段，所述二级转子机匣和二级静子机匣均为整环机匣，所述二级静子扇形段连接于二级转子机匣与二级静子机匣之间；所述二级转子机匣的横截面呈倒T形结构；所述二级静子机匣一端与二级转子机匣靠近延伸机匣的一侧螺栓连接、另一端与三级机匣组件螺栓连接。
优选地，所述三级机匣组件包括三级转子机匣、三级静子机匣、三级静子扇形段，所述三级转子机匣和三级静子机匣均为整环机匣，所述三级静子扇形段连接于三级转子机匣与三级静子机匣之间；
所述三级转子机匣的横截面呈倒T形结构，所述三级转子机匣靠近延伸机匣的一侧与三级静子机匣、二级静子机匣螺栓连接，所述三级转子机匣靠近延伸机匣一侧的端部与延伸机匣密封连接，所述三级静子机匣与四级机匣组件螺栓连接。
优选地，所述四级机匣组件包括四级转子机匣，所述四级转子机匣与三级静子机匣和承力环螺栓连接。
优选地，所述三级转子机匣与二级静子扇形段之间形成与一级环形集气腔上的引气孔相连的环缝，所述四级转子机匣与三级转子扇形段之间形成与二级环形集气腔上的引气孔相连的环缝。
优选地，所述三级转子机匣与延伸机匣之间连接有W封严环。
优选地，所述承力环与延伸机匣之间设有隔热套，所述隔热套呈环形并与承力环同轴设置，所述隔热套为分段结构并且每段隔热套均与承力环螺栓连接。
优选地，所述前机匣组合件包括前段机匣、零级机匣组件、一级机匣组件；所述前段机匣为对开结构并且两部分前段机匣均与延伸机匣螺栓连接，所述零级机匣组件包括连接于前段机匣内侧的零级静子叶片、与零级静子叶片相连的零级内环、连接于前段机匣外侧的零级摇臂、与零级摇臂相连的零级联动环；所述一级机匣组件包括连接于前段机匣内侧的一级静子叶片、与一级静子叶片相连的一级内环、连接于前段机匣外侧的一级摇臂、与一级摇臂相连的一级联动环、连接于前段机匣内侧的一级转子外环块。
优选地，所述前段机匣的对开位置处设有纵向安装边，所述纵向安装边沿自身边缘位置开设有螺栓孔，两段所述前段机匣通过纵向安装边上的螺栓孔进行螺栓连接。
本申请的一种四级压气机机匣结构，包括前机匣组合件和后机匣组合件，后机匣组合件包括二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件、延伸机匣和承力环；延伸机匣为整环设置的外层机匣，二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件为从前至后依次设置的内层机匣，二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件的机匣环形部分均为整环机匣，并且位于内层机匣的相邻机匣之间螺栓连接，内层机匣与外层机匣螺栓连接，延伸机匣与前机匣组合件螺栓连接，使得内层机匣和外层机匣的机匣环形部分均能够设置为整环机匣，该设计保证了内层机匣不会发生椭圆变形、同时不会发生翘曲变形、定心不准确的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体结构示意图；
图2为本申请后机匣组合件结构示意图；
图3为本申请引气孔与环缝结构示意图；
图4为本申请前段机匣纵向安装边结构示意图。
1、前段机匣；2、零级摇臂；3、零级联动环；4、一级转子外环块；5、零级静子叶片；6、零级内环；7、一级联动环；8、一级摇臂；9、一级静子叶片；10、一级内环；11、二级转子机匣；12、二级静子扇形段；13、二级静子机匣；14、延伸机匣；15、三级转子机匣；16、三级静子扇形段；17、三级静子机匣；18、四级转子机匣；19、承力环；20、W封严环；21、隔热套；22、引气孔；23、环缝；24、一级环形集气腔；25、二级环形集气腔；26、纵向安装边。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种四级压气机机匣结构，如图1、图2所示，包括前机匣组合件和后机匣组合件，前机匣组合件和后机匣组合件，后机匣组合件包括二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件、延伸机匣14和承力环19；延伸机匣14为整环设置的外层机匣，二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件为从前至后依次设置的内层机匣，二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件的机匣环形部分均为整环机匣；延伸机匣14一端与前机匣组件、二级机匣组件螺栓连接、另一端与承力环19螺栓连接；二级机匣组件与三级机匣组件螺栓连接，三级机匣组件与四级机匣组件、承力环19螺栓连接，三级机匣组件与延伸机匣14密封连接；四级机匣组件与承力环19螺栓连接；延伸机匣14、二级机匣组件、三级机匣组件之间形成第一环形集气腔，延伸机匣14、三级机匣组件、四级机匣组件、承力环19之间形成第二环形集气腔；机匣内开设有与第一环形集气腔、第二环形集气腔分别连通的两个引气孔22，第一环形集气腔和第二环形集气腔均为除引气孔22位置外、其它部分全部封闭的整环形腔体。
通过将二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件设置为内层机匣并且相互连接成整体，内层机匣与外层机匣螺栓连接，使得内层机匣和外层机匣的机匣环形部分均能够设置成整环机匣，整环的机匣结构保证了内层机匣不会发生椭圆变形，并且不同的机匣组件通过螺栓连接，而非分隔成多段，这样内层机匣不会发生翘曲变形、定心不准确的问题。通过将延伸机匣14与前机匣组件仅通过螺栓连接，使得后机匣组件不需要由前机匣组件来定位，前机匣可单独拆卸，解决了机匣的后续维护问题。
同时能够形成相互封闭的第一环形集气腔和第二环形集气腔，两个集气腔内能够存储不同类型的气流，以提供发动机不同的引气需求。
优选地，二级机匣组件包括二级转子机匣11、二级静子机匣13、二级静子扇形段12，二级转子机匣11和二级静子机匣13为机匣环形部分，二级静子扇形段12用于与机匣的内部结构相连。二级转子机匣11和二级静子机匣13均为整环机匣，二级静子扇形段12连接于二级转子机匣11与二级静子机匣13之间；二级转子机匣11的横截面呈倒T形结构；二级静子机匣13一端与二级转子机匣11靠近延伸机匣14的一侧螺栓连接、另一端与三级机匣组件螺栓连接。
二级转子机匣11、二级静子机匣13、延伸机匣14和三级机匣组件围成第一环形集气腔，二级转子机匣11为倒T形结构能够与两侧的机匣结构更为稳定的贴合，提高了机匣的支撑强度和密封性能。
优选地，三级机匣组件包括三级转子机匣15、三级静子机匣17、三级静子扇形段16，三级转子机匣15和三级静子机匣17均为整环机匣，三级静子扇形段16连接于三级转子机匣15与三级静子机匣17之间；
三级转子机匣15的横截面呈倒T形结构，三级转子机匣15靠近延伸机匣14的一侧与三级静子机匣17、二级静子机匣13螺栓连接，三级转子机匣15靠近延伸机匣14一侧的端部与延伸机匣14密封连接，三级静子机匣17与四级机匣组件螺栓连接。
三级转子机匣15、三级静子机匣17、四级转子机匣18、延伸机匣14和承力环19组成第二环形集气腔，三级转子机匣15为倒T形结构能够与两侧的机匣结构更为稳定的贴合，提高了机匣的支撑强度和密封性能。
优选地，四级机匣组件包括四级转子机匣18，四级转子机匣18与三级静子机匣17和承力环19螺栓连接。
二级转子机匣11、三级转子机匣15、四级转子机匣18均为整环结构，提高了机匣刚度，提高了叶尖间隙的周向均匀性。
如图2、图3所示，优选地，三级转子机匣15与二级静子扇形段12之间形成与一级环形集气腔24上的引气孔22相连的环缝23，四级转子机匣18与三级转子扇形段之间形成与二级环形集气腔25上的引气孔22相连的环缝23，环缝23的设置使得一级环形集气腔24和二级环形集气腔25引气的压力损失减小。
优选地，三级转子机匣15与延伸机匣14之间连接有W封严环20，W封严环20能够保证一级环形集气腔24和二级环形集气腔25之间的密封性能。
优选地，承力环19与延伸机匣14之间设有隔热套21，隔热套21呈环形并与承力环19同轴设置，隔热套21为分段结构并且每段隔热套21均与承力环19螺栓连接，多段设置的隔热套21能够减少引气对承力环19的加热作用，保证螺栓连接的稳定性。
如图1所示，优选地，前机匣组合件包括前段机匣1、零级机匣组件、一级机匣组件；前段机匣1为对开结构并且两部分前段机匣1均与延伸机匣14螺栓连接，零级机匣组件包括连接于前段机匣1内侧的零级静子叶片5、与零级静子叶片5相连的零级内环6、连接于前段机匣1外侧的零级摇臂2、与零级摇臂2相连的零级联动环3；一级机匣组件包括连接于前段机匣1内侧的一级静子叶片9、与一级静子叶片9相连的一级内环10、连接于前段机匣1外侧的一级摇臂8、与一级摇臂8相连的一级联动环7、连接于前段机匣1内侧的一级转子外环块4。
前机匣组合件与后机匣组合件的接合面位于一级机匣组件后方，增加了后机匣组合件的轴向长度和直径，并提高了整个机匣的结构刚性。
如图1、图4所示，优选地，前段机匣1的对开位置处设有纵向安装边26，纵向安装边26沿自身边缘位置开设有螺栓孔，两段前段机匣1通过纵向安装边26上的螺栓孔进行螺栓连接。通过设置纵向安装边26并通过螺栓连接对开的两段机匣，固定稳定。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种四级压气机机匣结构，包括前机匣组合件和后机匣组合件，其特征在于：所述后机匣组合件包括二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件、延伸机匣(14)和承力环(19)；
所述延伸机匣(14)为整环设置的外层机匣，所述二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件为从前至后依次设置的内层机匣，所述二级机匣组件、三级机匣组件、四级机匣组件的机匣环形部分均为整环机匣；
所述延伸机匣(14)一端与前机匣组件、二级机匣组件螺栓连接、另一端与承力环(19)螺栓连接；所述二级机匣组件与三级机匣组件螺栓连接，所述三级机匣组件与四级机匣组件、承力环(19)螺栓连接，所述三级机匣组件与延伸机匣(14)密封连接；所述四级机匣组件与承力环(19)螺栓连接；
所述延伸机匣(14)、二级机匣组件、三级机匣组件之间形成第一环形集气腔，所述延伸机匣(14)、三级机匣组件、四级机匣组件、承力环(19)之间形成第二环形集气腔；
所述机匣内开设有与第一环形集气腔、第二环形集气腔分别连通的两个引气孔(22)，所述第一环形集气腔和第二环形集气腔均为除引气孔(22)位置外、其它部分全部封闭的整环形腔体。
2.如权利要求1所述的四级压气机机匣结构，其特征在于：所述二级机匣组件包括二级转子机匣(11)、二级静子机匣(13)、二级静子扇形段(12)，所述二级转子机匣(11)和二级静子机匣(13)均为整环机匣，所述二级静子扇形段(12)连接于二级转子机匣(11)与二级静子机匣(13)之间；
所述二级转子机匣(11)的横截面呈倒T形结构；所述二级静子机匣(13)一端与二级转子机匣(11)靠近延伸机匣(14)的一侧螺栓连接、另一端与三级机匣组件螺栓连接。
3.如权利要求2所述的四级压气机机匣结构，其特征在于：所述三级机匣组件包括三级转子机匣(15)、三级静子机匣(17)、三级静子扇形段(16)，所述三级转子机匣(15)和三级静子机匣(17)均为整环机匣，所述三级静子扇形段(16)连接于三级转子机匣(15)与三级静子机匣(17)之间；
所述三级转子机匣(15)的横截面呈倒T形结构，所述三级转子机匣(15)靠近延伸机匣(14)的一侧与三级静子机匣(17)、二级静子机匣(13)螺栓连接，所述三级转子机匣(15)靠近延伸机匣(14)一侧的端部与延伸机匣(14)密封连接，所述三级静子机匣(17)与四级机匣组件螺栓连接。
4.如权利要求3所述的四级压气机机匣结构，其特征在于：所述四级机匣组件包括四级转子机匣(18)，所述四级转子机匣(18)与三级静子机匣(17)和承力环(19)螺栓连接。
5.如权利要求4所述的四级压气机机匣结构，其特征在于：所述三级转子机匣(15)与二级静子扇形段(12)之间形成与一级环形集气腔(24)上的引气孔(22)相连的环缝(23)，所述四级转子机匣(18)与三级转子扇形段之间形成与二级环形集气腔(25)上的引气孔(22)相连的环缝(23)。
6.如权利要求3所述的四级压气机机匣结构，其特征在于：所述三级转子机匣(15)与延伸机匣(14)之间连接有W封严环(20)。
7.如权利要求1所述的四级压气机机匣结构，其特征在于：所述承力环(19)与延伸机匣(14)之间设有隔热套(21)，所述隔热套(21)呈环形并与承力环(19)同轴设置，所述隔热套(21)为分段结构并且每段隔热套(21)均与承力环(19)螺栓连接。
8.如权利要求1所述的四级压气机机匣结构，其特征在于：所述前机匣组合件包括前段机匣(1)、零级机匣组件、一级机匣组件；
所述前段机匣(1)为对开结构并且两部分前段机匣(1)均与延伸机匣(14)螺栓连接，所述零级机匣组件包括连接于前段机匣(1)内侧的零级静子叶片(5)、与零级静子叶片(5)相连的零级内环(6)、连接于前段机匣(1)外侧的零级摇臂(2)、与零级摇臂(2)相连的零级联动环(3)；
所述一级机匣组件包括连接于前段机匣(1)内侧的一级静子叶片(9)、与一级静子叶片(9)相连的一级内环(10)、连接于前段机匣(1)外侧的一级摇臂(8)、与一级摇臂(8)相连的一级联动环(7)、连接于前段机匣(1)内侧的一级转子外环块(4)。
9.如权利要求8所述的四级压气机机匣结构，其特征在于：所述前段机匣(1)的对开位置处设有纵向安装边(26)，所述纵向安装边(26)沿自身边缘位置开设有螺栓孔，两段所述前段机匣(1)通过纵向安装边(26)上的螺栓孔进行螺栓连接。
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