CN116241345A - 一种自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机与燃气轮机的设计领域，为一种自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，包括第二前安装边、筒体和第二后安装边，筒体沿周向分成大小相同的若干分体；每个分体均与第二前安装边和第二后安装边一体连接，这样在任意分体之间不需要设置连接结构，取消了中安装边的连接螺栓，节省了径向空间，承力机匣外涵的直径减少，重量减轻；同时流道型面沿轴向无高度差，光顺度提高，减少气动损失；通过设置均匀布置的若干个分体，形成周向拼接式的外环整流隔热罩结构，使其在工作过程中可自适应释放周向应力，避免整流罩第二避让槽翻边、第二止裂孔等薄弱部位裂纹问题。

Description

一种自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构

技术领域

本申请属于航空发动机与燃气轮机的设计领域，特别涉及一种自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构。

背景技术

后承力机匣是发动机主要承力部件，也是高温燃气通道的主要构件。随着航空发动机向高推重比、高涡轮进口温度发展，后承力机匣设计需同时兼顾轻量化、高载荷、耐高温和高性能的需求。随着涡轮温度逐渐升高，燃气温度超过了承力机匣材料许用温度，因此在后承力机匣设计整流隔热罩，避免燃气热冲击作用，将高温燃气与后承力机匣隔开，同时起到一定整流效果，提升性能。

目前的后承力机匣一般由承力内环1、承力外环2、承力支板3，内安装边4，承力外环前安装边5，定位环8、承力外环后安装边9、承力外环整流隔热罩6，承力支板整流罩7，内部支撑***和承力内环整流隔热罩(未示出)组成，承力支板周向按一定数量分布，整体类似车轮辐条结构，如图1、图2所示。承力外环整流隔热罩6包覆在后承力机匣承力外环2表面，采用轴向前分半61、后分半62对接设计，承力支板处开第一避让槽63，在中安装边64依靠螺栓连接在一起。

现有的隔热罩结构具有如下缺陷：

1)承力外环整流隔热罩采用前、后轴向分半的螺栓连接结构，中安装边64结构占据径向高度最小12mm，后承力机匣需适应流道型面承力外环直径增加，重量相应增加。前、后半对接中安装边64受公差影响，沿轴向易产生高度差，流道型面不光顺，影响气动性能。

2)后承力机匣承力外环2外侧为冷气，整流隔热罩6内侧为高温燃气，两者温差较大，工作时产生变形不协调，前、后轴向分半式整流罩周向应力无法释放，在整流罩6的第一避让槽63翻边及第一止裂孔65发生裂纹现象。

3)后承力机匣前安装边5、后安装边9径向温度梯度大，变形不协调，局部应力高，影响承力机匣寿命。

4)整流的隔热罩6与承力外环2之间夹层腔为死腔，在第一避让槽63和承力支板7的缝隙、第一止裂孔65存在燃气倒灌风险。另外过渡态主通道压力变化剧烈，夹层腔与主通道压力变化不同步，整流隔热罩因瞬态压差载荷发生失稳问题。

因此，如何提升隔热罩周围气动性能、减少工作状态热变形不协调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自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，以解决现有技术中的隔热罩影响气动性能、隔热罩内外两侧温差较大的问题。

本申请的技术方案是：一种自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，设于承力机匣上，所述承力机匣包括承力支板、第一前安装边和第一后安装边，包括第二前安装边、筒体和第二后安装边，所述筒体连接于第二前安装边和第二后安装边之间；所述第二前安装边与第一前安装边对应连接，所述第二后安装边与第一后安装边对应连接；所述筒体沿周向分成大小相同的若干分体，任意相邻两组承力支板之间均设有两组分体，位于承力支板两侧的两组分体之间开设有套设于整流罩上的第二避让槽，位于相邻承力支板之间的两组分体之间形成第一轴向缝隙，所述第一轴向缝隙处设有将相邻分体连接的第一封严结构；位于承力支板两侧的两组分体之间形成第二轴向缝隙，所述第二轴向缝隙处设有将相邻分体连接的第二封严结构。

优选地，所述第一封严结构包括支撑封严环和长封严片，所述支撑封严环共有两组并分别设于第一轴向缝隙两侧的分体上，所述支撑封严环呈Z字形结构并且两侧的支撑封严环通过第一轴向缝隙对称设置，两组所述支撑封严环与分体之间形成封严腔，所述长封严片密封连接于封严腔内，所述长封严片的两侧与支撑封严环的侧壁不接触。

优选地，所述第二封严结构包括短封严片，所述短封严片设于第二避让槽的一端，所述短封严片密封连接于第二避让槽两侧的分体上。

优选地，所述第二前安装边与第一前安装边之间同轴设置有定位环，所述第二前安装边的外侧与定位环的内侧止口连接；所述第二后安装边与第一后安装边之间连接有螺栓。

优选地，所述定位环、第一前安装边和第二前安装边之间形成第一冷却腔，所述定位环靠近第一冷却腔一侧沿周向间隔开设有多个第一引气槽，所述第一引气槽外侧与外涵通道连通、内侧与第一冷却腔连通，所述第一引气槽对应定位环与第一前安装边之间的重叠过渡区设置；所述第一后安装边和第二后安装边之间形成第二冷却腔，所述第二后安装边靠近第二冷却腔的一侧沿周向间隔开设有多个第二引气槽，所述第二引气槽外侧与外涵通道连通、内侧与第二冷却腔连通，所述第二引气槽对应第一后安装边和第二后安装边之间的重叠过渡区设置。

优选地，所述定位环与第二前安装边的止口连接处、定位环与第一前安装边的止口连接处沿周向间隔设置有多组定位凸起。

优选地，所述筒体对应承力机匣的整流罩外侧壁的位置处贴设有环形翻边，所述第二避让槽一侧开设有第二止裂孔。

本申请的一种自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，包括第二前安装边、筒体和第二后安装边，筒体沿周向分成大小相同的若干分体；每个分体均与第二前安装边和第二后安装边一体连接，这样在任意分体之间不需要设置连接结构，取消了中安装边的连接螺栓，节省了径向空间，承力机匣外涵的直径减少，重量减轻；同时流道型面沿轴向无高度差，光顺度提高，减少气动损失；通过设置均匀布置的若干个分体，形成周向拼接式的外环整流隔热罩结构，使其在工作过程中可自适应释放周向应力，解决热变形不协调问题，避免整流罩第二避让槽翻边、第二止裂孔等薄弱部位裂纹问题。并且整流罩型面沿轴向连续无高度差，气动性能损失减小。

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为背景技术中承力机匣整体结构示意图；

图2为背景技术中隔热罩的***结构示意图；

图3为本申请隔热罩整体结构剖视示意图；

图4为本申请第一轴向缝隙结构示意图；

图5为本申请筒体与整流罩连接的局部结构示意图；

图6为图5中A部放大图；

图7为本申请第二轴向缝隙结构示意图；

图8为本申请凸显螺栓的结构示意图；

图9为本申请第一引气槽结构示意图；

图10为本申请第二引气槽结构示意图。

1、承力内环；2、承力外环；3、承力支板；4、内安装边；5、第一前安装边；6、隔热罩；61、前分半；62、后分半；63、第一避让槽；64、中安装边；65、第一止裂孔；7、整流罩；8、定位环；9、第一后安装边；10、筒体；101、第二避让槽；102、第一轴向缝隙；103、第二轴向缝隙；104、第二止裂孔；11、第二前安装边；12、第二后安装边；13、分体；14、支撑封严环；15、长封严片；16、短封严片；17、螺栓；18、第一引气槽；19、第一冷却腔；20、第二引气槽；21、第二冷却腔；22、定位凸起；23、翻边。

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。

一种自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，如图3所示，设于承力机匣上，承力机匣包括承力外环2、承力支板3和承力内环1，承力外环2的外侧与外涵机匣之间形成外涵通道，承力支板3连接于承力外环2和承力内环1之间，承力外环2与承力内环1之间形成内涵通道，承力外环2的前后两侧分别设置第一前安装边5和第一后安装边9，承力支板3外侧设有整流罩7，这些结构为现有技术，具体不再赘述。

包括第二前安装边11、筒体10和第二后安装边12；第二前安装边11与第一前安装边5对应连接，第二后安装边12与第一后安装边9对应连接；第二前安装边11和第二后安装边12均呈环形结构布局，筒体10连接于第二前安装边11和第二后安装边12之间。

筒体10沿周向分成大小相同的若干分体13，任意相邻两组承力支板3之间均设有两组分体13，位于承力支板3两侧的两组分体13之间开设有套设于整流罩7上的第二避让槽101，位于相邻承力支板3之间的两组分体13之间形成第一轴向缝隙102，第一轴向缝隙102处设有将相邻分体13连接的第一封严结构；位于承力支板3两侧的两组分体13之间形成第二轴向缝隙103，第二轴向缝隙103处设有将相邻分体13连接的第二封严结构。

相比于现有的将隔热罩6轴向分离的结构，本申请将隔热罩6沿周向拆分成若干个分体13，其数量约为承力支板3的2倍左右，如承力支板3的数量为8组，则分体13的数量则为16组，也即是任意相邻两组承力支板3之间均设有2组分体13。

每个分体13均与第二前安装边11和第二后安装边12一体连接，这样在任意分体13之间不需要设置连接结构，取消了中间连接所需的螺栓，节省了径向空间，承力机匣外涵的直径减少，重量减轻；同时流道型面沿轴向无高度差，光顺度提高，减少气动损失。

通过设置均匀布置的若干个分体13，形成周向拼接式的外环整流隔热罩6结构，使其在工作过程中可自适应释放周向应力，解决热变形不协调问题，避免整流罩7第二避让槽101翻边23、第二止裂孔104等薄弱部位裂纹问题。并且整流罩7型面沿轴向连续无高度差，气动性能损失减小。

通过设置第一轴向缝隙102和第二轴向缝隙103，当各分体13因受热而发生热膨胀时，能够向两个轴向缝隙处膨胀，从而不会导致各分体13结构产生额外的变形，结构稳定。第一封严结构和第二封严结构能够分别对第一轴向缝隙102和第二轴向缝隙103处进行封严，实现筒体10内外两侧的分隔。

结合图4-6，优选地，第一封严结构包括支撑封严环14和长封严片15，支撑封严环14共有两组并分别设于第一轴向缝隙102两侧的分体13上，支撑封严环14呈Z字形结构并且两侧的支撑封严环14通过第一轴向缝隙102对称设置，两组支撑封严环14与分体13之间形成封严腔，长封严片15密封连接于封严腔内，长封严片15的两侧与支撑封严环14的侧壁不接触。

通过设置支撑封严环14和长封严片15结合对第一轴向缝隙102进行封严，在保证稳定封严的同时，当具有周向应力或产生热膨胀时，长封严片15在封严腔内具有一定的浮动空间，以保证封严结构稳定。

结合图7，优选地，第二封严结构包括短封严片16，短封严片16设于第二避让槽101的一端，短封严片16密封连接于第二避让槽101两侧的分体13上，短封严片16具体设于第二避让槽101的前端，保证对第二轴向缝隙103的稳定封严。

结合图3及图8，优选地，第二前安装边11与第一前安装边5之间同轴设置有定位环8，定位环8与第一前安装边5之间通过沉头钉相连，同时定位环8与第一前安装边5之间具有止口配合结构，第二前安装边11的外侧与定位环8的内侧止口连接，止口方向为轴向，连接简单稳定；第二后安装边12与第一后安装边9之间连接有螺栓17，实现稳定固定。通过两部分连接结构，即可实现整流罩7与承力外环2之间的稳定连接，无需其它连接结构，连接简单、占用空间少。

优选地，定位环8、第一前安装边5和第二前安装边11之间形成第一冷却腔19，定位环8靠近第一冷却腔19一侧沿周向间隔开设有多个第一引气槽18，第一引气槽18外侧与外涵通道连通、内侧与第一冷却腔19连通，第一引气槽18对应定位环8与第一前安装边5之间的重叠过渡区设置，防止流通面积截流，如图9所示；外涵通道内的外涵冷却气通过第一引气槽18进入到第一冷却腔19内，而后再经过筒体10与整流罩7之间的缝隙流入内涵通道，对隔热罩6进行沿程冷却，防止燃气倒灌。

第一后安装边9和第二后安装边12之间形成第二冷却腔21，如图10所示，第二后安装边12靠近第二冷却腔21的一侧沿周向间隔开设有多个第二引气槽20，第二引气槽20外侧与外涵通道连通、内侧与第二冷却腔21连通，第二引气槽20对应第一后安装边9和第二后安装边12之间的重叠过渡区设置，防止节流。外涵通道内的外涵冷却气通过第二引气槽20进入到第二冷却腔21内，而后再经过筒体10与整流罩7之间，对隔热罩6进行沿程冷却，防止燃气倒灌；同时可自适应过渡态的瞬态压差载荷，防止发生失稳。

通过在第二前安装边11和第二后安装边12周围设置冷却结构，能够减小第二前安装边11和第二后安装边12的径向温度梯度，局部点应力降低满以足设计要求。

优选地，定位环8与第二前安装边11的止口连接处、定位环8与第一前安装边5的止口连接处沿周向间隔设置有多组定位凸起22，以减小两层定位止口的接触面积，减小热传导作用，降低定位环8以及第一前安装边的温度。

优选地，筒体10对应承力机匣的整流罩7外侧壁的位置处贴设有环形翻边23，能够强化对隔热罩6的支撑，减少整流罩7与筒体10之间的摩擦；第二避让槽101一侧开设有第二止裂孔104，第二止裂孔104为异形孔，能够增加线长度，降低孔边应力。

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 (7)

1.一种自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，设于承力机匣上，所述承力机匣包括承力支板(3)、第一前安装边(5)和第一后安装边(9)，其特征在于：包括第二前安装边(11)、筒体(10)和第二后安装边(12)；所述第二前安装边(11)与第一前安装边(5)对应连接，所述第二后安装边(12)与第一后安装边(9)对应连接，所述筒体(10)连接于第二前安装边(11)和第二后安装边(12)之间；

所述筒体(10)沿周向分成大小相同的若干分体(13)，任意相邻两组承力支板(3)之间均设有两组分体(13)，位于承力支板(3)两侧的两组分体(13)之间开设有套设于整流罩(7)上的第二避让槽(101)，位于相邻承力支板(3)之间的两组分体(13)之间形成第一轴向缝隙(102)，所述第一轴向缝隙(102)处设有将相邻分体(13)连接的第一封严结构；位于承力支板(3)两侧的两组分体(13)之间形成第二轴向缝隙(103)，所述第二轴向缝隙(103)处设有将相邻分体(13)连接的第二封严结构。

2.如权利要求1所述的自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，其特征在于：所述第一封严结构包括支撑封严环(14)和长封严片(15)，所述支撑封严环(14)共有两组并分别设于第一轴向缝隙(102)两侧的分体(13)上，所述支撑封严环(14)呈Z字形结构并且两侧的支撑封严环(14)通过第一轴向缝隙(102)对称设置，两组所述支撑封严环(14)与分体(13)之间形成封严腔，所述长封严片(15)密封连接于封严腔内，所述长封严片(15)的两侧与支撑封严环(14)的侧壁不接触。

3.如权利要求1所述的自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，其特征在于：所述第二封严结构包括短封严片(16)，所述短封严片(16)设于第二避让槽(101)的一端，所述短封严片(16)密封连接于第二避让槽(101)两侧的分体(13)上。

4.如权利要求1所述的自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，其特征在于：所述第二前安装边(11)与第一前安装边(5)之间同轴设置有定位环(8)，所述第二前安装边(11)的外侧与定位环(8)的内侧止口连接；

所述第二后安装边(12)与第一后安装边(9)之间连接有螺栓(17)。

5.如权利要求4所述的自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，其特征在于：所述定位环(8)、第一前安装边(5)和第二前安装边(11)之间形成第一冷却腔(19)，所述定位环(8)靠近第一冷却腔(19)一侧沿周向间隔开设有多个第一引气槽(18)，所述第一引气槽(18)外侧与外涵通道连通、内侧与第一冷却腔(19)连通，所述第一引气槽(18)对应定位环(8)与第一前安装边(5)之间的重叠过渡区设置；

所述第一后安装边(9)和第二后安装边(12)之间形成第二冷却腔(21)，所述第二后安装边(12)靠近第二冷却腔(21)的一侧沿周向间隔开设有多个第二引气槽(20)，所述第二引气槽(20)外侧与外涵通道连通、内侧与第二冷却腔(21)连通，所述第二引气槽(20)对应第一后安装边(9)和第二后安装边(12)之间的重叠过渡区设置。

6.如权利要求4所述的自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，其特征在于：所述定位环(8)与第二前安装边(11)的止口连接处、定位环(8)与第一前安装边(5)的止口连接处沿周向间隔设置有多组定位凸起(22)。

7.如权利要求1所述的自适应后承力机匣外环整流隔热罩结构，其特征在于：所述筒体(10)对应承力机匣的整流罩(7)外侧壁的位置处贴设有环形翻边(23)，所述第二避让槽(101)一侧开设有第二止裂孔(104)。

Images