CN101037951A - 一种喷气发动机用排汽缸盖 - Google Patents

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Abstract

一种喷气发动机用排汽缸盖(10)，其包括两个同轴壳体(36，38)，按彼此相互插入形式布置并通过径向外壳(40)固定连接，排汽缸的径向臂(26)伸入外壳内，缸盖在其下游端固定到排汽缸的构件上，在其上游端则径向支撑在排汽缸的另一个构件上；缸盖在自由状态下的轴向尺寸(D)小于其下游端与排汽缸的固定点和其上游端在排汽缸径向支撑点之间的轴向距离(L)，当排汽缸盖安装并固定到排汽缸上时，排汽缸盖呈轴向拉紧状态。

Description

一种喷气发动机用排汽缸盖
技术领域
本发明涉及一种排汽缸盖，例如喷气发动机的排汽缸盖，该排汽缸盖包括两个彼此相互插入布置并通过径向外壳固定连接的同轴壳体，排汽缸的径向臂伸入外壳内。
背景技术
这种类型的排汽缸盖安装在喷气发动机轴承支架的周围，对排汽缸盖进行热保护，防止燃烧室和喷气发动机涡轮的热气体流流入，该热气体在排汽缸盖壳体之间流动。
该排汽缸盖在其下游端通过螺栓固定到轴承支架的法兰上，并在静止状态时，在其上游端支撑在排汽缸上，从而能够在喷气发动机运行期间温度升高时自由膨胀。
然而，由于排汽缸盖的热膨胀大于排汽缸的热膨胀，使得排汽缸盖的上游端不能支撑在排汽缸上，至少在喷气发动机空转和全功率运行之间的瞬态运行期间。为此，排汽缸盖采用悬臂梁的方式经由其下游端安装在轴承支架上，并承受着相当大的振动应力，可能会造成裂纹或裂缝。
一个解决这个问题的方案就是，调整排汽缸盖的几何尺寸和/或采用加强件提高排汽缸盖的强度。但是，这个解决方案也不能令人满意，因为成本高，且会增加排汽缸盖的重量，这在航空航天工业上是不利的。
发明专利内容
本发明的目的就是专门提供解决这些问题的一种简单有效而经济的方案。
为此，本发明提供了一种喷气发动机用排汽缸盖，其包括两个同轴壳体，按彼此相互插入形式布置并通过径向外壳固定连接，排汽缸的径向臂伸入外壳内；排汽缸盖在其下游端固定到排汽缸的构件上，在其上游端则轴向支撑在排汽缸的另一个构件上，其中：排汽缸盖在自由状态下的轴向尺寸小于其下游端在排汽缸固定点和其上游端在排汽缸轴向支撑点之间的轴向距离，而且当其安装并固定到排汽缸上时，缸盖呈轴向拉紧状态。
当缸盖安装在排汽缸上时，缸盖的轴向拉力就可以补充其轴向热膨胀和排汽缸轴向热膨胀之间的偏差，在喷气发动机运行期间，使其上游端轴向支撑在排汽缸上，从而防止了缸盖承受相当大的振动应力。
根据本发明的一个特性，自由状态下的排汽缸盖的轴向尺寸和其下游端固定处与其上游端轴向支撑处之间的轴向距离之间的差实际上等于喷气发动机运行期间排汽缸盖轴向热膨胀和排汽缸轴向热膨胀之间的最大值。这样，缸盖的上游端就始终轴向或径向地支撑在排汽缸上，不论喷气发动机的工况如何，这就可以完全防止缸盖上出现振动应力。
例如，在一个具体实施例中，这种差别大约1到1.2毫米。
例如，排汽缸盖在其下游端通过螺栓固定到轴承支架的法兰上，并在其上游端有一个向外的径向凸部，该径向凸部位于排汽缸圆筒形构件上游端处形成的径向凸部的内侧上游处，当排汽缸盖安装在排汽缸上时，排汽缸盖上游端的径向凸部则轴向支撑在排汽缸壳构件的径向凸部上。
排汽缸盖的径向凸部最好是在排汽缸盖的外壳体上形成，由于热膨胀的缘故，在喷气发动机运行期间，缸盖径向支撑在排气缸构件上，从而使得缸盖的上游端可以轴向和/或径向支撑在排汽缸上。
当缸盖相对于排汽缸热膨胀达到其最大轴向热膨胀时，缸盖的径向凸部就与排汽缸的径向凸部齐平，缸盖的壳体径向支撑在排汽缸构件上。缸盖的上游端这样就始终支撑在排汽缸上，不论喷气发动机采用什么样的工作方式。
本发明还涉及到一种喷气发动机，其包括至少一个缸盖，特别是如上所述的一种排汽缸盖。
参照附图，结合示例，阅读下面的说明，可以更好地了解本发明及其详细情况、特性和优点，本发明并不仅限于这些示例。
附图说明
图1是根据本发明的排汽缸盖轴向剖面半示意图；
图2是图1所示缸盖固定用设备的放大详图；
图3是图1所示缸盖轴向支撑设备的放大详图。
具体实施方式
图1示出了喷气发动机排汽缸12的缸盖10，安装在轴承支架14周围，从而可以使排汽缸12得到热保护，防止来自喷气发动机燃烧室(图中未示)和涡轮(图中未示)热气体流16的流入。
轴承支架14包括一个实质上呈锥台形状的壁18，该壁向下游伸向喷气发动机的轴线20并支撑着轴承(图中未示)的外座圈21，用于喷气发动机轴的中心定位和导向。轴承支架的壁18在其下游端包括一个法兰22，固定到轴承润滑装置23上，并在其上游端连接到实际呈圆筒形的壁24上。
排汽缸12包括九个径向臂26，这些径向臂的内端通过径向螺栓25固定到轴承支架的圆筒形壁24上，而其外端则通过径向螺栓27固定到排汽缸的圆筒形构件28上。
每个径向臂26都有一个内腔室30，用于来自供气围栅32处的冷却空气循环，该内腔室外部与排汽缸28成径向，一部分冷却空气被排放到围栅34处，而围栅的内部与轴承支架的壁24成径向，并由该圆筒形壁24和轴承支架的锥台壁18分为两个部分。
排汽缸盖10为整体式，包括两个同轴壳体36和38，二者相互插入，并通过九个径向外壳40连接在一起，外壳40内是伸入的径向臂26。内壳体36向外伸，并与轴承支架的圆筒形壁24保持一定距离，而外壳体38则向内伸，并与排汽缸构件28保持一定距离。
每个外壳40都为轴向轮廓形状，径向臂26向内深入该外壳的上游部分，并与其形成一定距离。
径向臂26在上游处设有孔42，朝向外壳40的上游端部打开，而外壳本身在其下游也设有孔44，朝向下游方向，并向气流的流路方向打开。在径向臂26的内腔室30内循环的空气的一部分通过孔42排出，并流向外壳的上游端部，从而使得外壳得到冷却。然后，这部分空气在外壳40内的径向臂26周围流动，并经由孔44汇入气流16中。
喷气发动机运转期间，排汽缸盖10处于高温环境下，该温度可以达到大约700到800℃，在径向臂26的腔室30内循环的空气温度大约300到400℃，这样，在排汽缸盖和排汽缸之间就形成了相当大的热膨胀差。
排汽缸盖10的下游端固定到轴承支架14上，其上游端支撑在排汽缸构件28上，这样排汽缸盖在发动机运行期间保持轴向自由膨胀。
在所示示例中，排汽缸盖的内壳体36在其下游端包括一个径向内环形法兰50，通过螺栓夹紧在上游的轴承支架圆筒形壁24处的环形法兰52和下游的排气锥形体56(图中未示)的环形缸盖53和54的法兰51之间的孔55，排气锥形体沿下游方向延伸并与排汽缸盖的内壳体36对正。
内壳体36的上游端铆接在弹性可变形构件58上，后者由轴承支架14支撑，从而使得排汽缸盖和轴承支架之间形成热膨胀差。
排汽缸盖的外壳体38在其上游端附近有一个径向外环形凸部60，后者的下游端面轴向支撑在排汽缸构件28(图3)上游端处形成的外环形凸部62的上游端面上。凸部60的径向尺寸要大于外壳体38和圆筒形构件28之间的径向距离。
排汽缸构件28的下游端包括一个可弹性变形构件64，径向支撑在排汽缸盖外壳体38的下游端上。
在现有技术中，排汽缸盖在自由状态下为轴向尺寸D，改尺寸是指外壳体径向凸部60下游支撑端面和与轴承支架法兰52相连法兰50的上游端面之间的距离，该尺寸等于与法兰50相连的法兰52下游端面和排汽缸构件28径向凸部62的上游支撑端面之间的轴向距离L。
在发动机运行期间，排汽缸盖轴向和径向膨胀，其外壳体的径向凸部60在自由状态下相对于其位置径向向上游方向移动，这样，就不再轴向支撑在排汽缸构件的径向凸部62上，这时，就可能会给排汽缸盖带来相当大的振动应力，导致排汽缸盖的损坏。
本发明通过缸盖可以解决这个问题，如上所述，因为其轴向尺寸D小于轴向距离L，因而，要求排汽缸盖处于轴向拉力下，这样就可以安装在轴承支架上。
在喷气发动机运行期间，轴向尺寸D和轴向距离L之间的差异实际上等于排汽缸盖轴向热膨胀和排汽缸轴向热膨胀之间的最大偏差。当排汽缸盖的轴向热膨胀与该差相等时，径向凸部60的支撑面就与排汽缸构件的径向凸部62齐平，但是，排汽缸盖的径向热膨胀则是这样的，它径向支撑在排汽缸构件28上，这就足以防止排汽缸盖上振动应力的出现。
在一个例示性实施方案一中，尺寸D和距离L之间的差别是大约1到1.2毫米。
外壳体38和排汽缸构件28之间的径向距离R最好等于或略小于排汽缸盖最大径向热膨胀，这样在发动机运行期间排汽缸盖就可以始终轴向和/或径向地支撑在排汽缸构件上(图3)。
排汽缸盖10可以按照下述方式安装在排汽缸12上，例如，采用部件垂直布置方式：排汽缸支撑在支架上，将安装工具支撑轴承支架的上游部分，沿排汽缸轴向方向用力，使得排汽缸盖的下游法兰50的下游位置在距离1到1.2毫米。在保持这个位置的同时，拧紧螺丝25和27，将臂固定到外壳体和轴承支架上。

Claims (6)

1.一种喷气发动机用排汽缸盖，其包括两个同轴壳体，按彼此相互插入形式布置并通过径向外壳固定连接，排汽缸的径向臂伸入外壳内，排汽缸盖在其下游端固定到排汽缸的构件上，在其上游端则径向支撑在排汽缸的另一个构件上，其特征在于：排汽缸盖在自由状态下的轴向尺寸小于其下游端与排汽缸的固定点和其上游端在排汽缸轴向支撑点之间的轴向距离，而且当其安装并固定到排汽缸上时，缸盖呈轴向拉紧状态。
2.根据权利要求1所述的排汽缸盖，其特征在于：自由状态下的排汽缸盖的轴向尺寸和其下游端固定点与其上游端轴向支撑点之间的轴向距离之间的差实际上等于喷气发动机运行期间排汽缸盖轴向热膨胀和排汽缸轴向热膨胀之间的最大偏差。
3.根据权利要求2所述的排汽缸盖，其特征在于：所述差别大约1到1.2毫米。
4.根据上述权利要求任何一个权利要求所述的排汽缸盖，其特征在于：所述排汽缸盖在其下游端通过螺栓固定到轴承支架的法兰上，并在其上游端有一个向外的径向凸部，该径向凸部位于排汽缸构件上游端处形成的径向凸部的内侧上游处，当排汽缸盖安装在排汽缸上时，排汽缸盖上游端的径向凸部轴向支撑在排汽缸壳体的径向凸部上。
5.根据权利要求4所述的排汽缸盖，其特征在于：排汽缸盖上游端的径向凸部是在排汽缸盖外壳体上形成的，由于热膨胀的缘故，在喷气发动机运行期间，缸盖径向支撑在排气缸构件上。
6.一种喷气发动机，其包括至少一个排汽缸盖，特别是根据上述权利要求所述的一种排汽缸盖。
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