CN101324205B - 涡轮发动机的排气总管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了涡轮喷气发动机与一个总管结构臂(22)和总管轮毂(14)环形法兰盘(16，18)之间的接头根部(24)。该根部型面经优化处理，旨在降低接头部分的应力级，因而提高排气总管的寿命。

Description

涡轮发动机的排气总管
技术领域
本发明涉及涡轮发动机的排气总管。它适用于各种地面、航空燃气涡轮发动机，尤其是飞机涡轮发动机。 
确切地讲，该发明涉及涡轮发动机的排气总管，它包括： 
一个以轴为中心的轮毂，其前部和后部各有一个与轮毂同轴的环形法兰盘。 
一个与轮毂同轴的外箍。 
一组将轮毂与外箍连接的臂。每一只臂的第一侧面与第二侧面相对。 
总管内的轮毂和外箍径向距离长度为L。 
总管内径向断面上，每一连接臂的第一侧面与每一个法兰盘的外周切线成锐角。角度在60至85度之间。每一臂的第一个侧面通过一部分接头与法兰盘相连。 
本发明中，前部与后部以流体在涡轮发动机中的正常流向确定(从前到后)。但是，轴向与发动机转子的旋转轴A的方向相同。径向与旋转轴A垂直。同理，轴向平面含旋转轴A的面，径向平面与轴A垂直。最后，如无相反的明确说明，形容词内、外仅相对径向而言。由此，一个部件的里部(径向上的里部)与同一部件的外部(径向上的外部)相比更接近轴A。 
背景技术
迄今为止对排气总管的寿命仍显不足。本发明旨在延长其寿命。 
在研发中，发明者发现在涡轮喷气发动机工作时，排气总管处于外箍和轮毂间的热梯度环境下，该热梯度在接头部分产生的应力很大，影响了排气总管的寿命。 
迄今为止，在已知的排气总管中，连接部的型面在径向剖面图上为半径3mm的弧线。 
发明内容
本发明提出的排气总管接头部分优化了型面，目的是降低接头部分的应力，提高排气总管的寿命。 
因此，本发明的客体是涡轮喷气发动机的排气总管，其包括： 
一个以轴为中心的轮毂。其每个前端面、后端面均与轮毂同轴的环形法兰盘相接。 
一个与轮毂同轴的外箍； 
一组与上述轮毂和外箍相连的臂。每一只臂的第一面与第二面相对。 
总管内轮毂与外箍径向距离为L。 
总管中径向剖面上，每一只臂的第一侧面与每个法兰盘外圈的切线成锐角。角度在60至85度之间。每一只臂的第一侧面与每个法兰盘相连。 
其特征在于：每一只臂的第一侧面通过接头根部与每个法兰盘相连。在径向剖面上的型面通过N个控制点的曲线(花键)确定。N的总数大于或等于10。N控制点由下述方式确定： 
在该径向剖面中，交叉点O在一个法兰盘外箍和第一侧面的延长线的交叉上。 
或者经过O点的H直线第一段和第一侧面的延长线上。在这一径向平面上，这一段长为l1，是L长度的3-15％。该段分成N等份段，有N+1点，即H(1)，H(2)，...，H(N+1)。H(N+1)与O点合在一起。 
或者经过O点的B直线的第二段，与法兰盘外箍在O点相切。在该径向平面上，该段长为l2，在l1的25％和50％之间。该段被分成N等份段，有N+1各点，即B(1)，B(2)，...，B(N+1)。B(N+1)距O点最远。或者D(1)，D(2)，...D(N+1)，这些N+1条直线分别与B(1)和H(1)，B(2)和H(2)，...，B(N+1)和H(N+1)相连。这些N个控制点是D(1)和D(2)，D(2)和D(3)，...D(N)和D(N+1)的交点。 
需要记住的是，L长度是断开轮毂和排气总管外箍的径向距离。 
依照发明，接头根部型面是特定的曲线(或槽曲线)，主要由l1和l2两个因素决定。 
l1长大于3％，以便接头根部的型面足够长，便于根部应力分布良好。良好的分布应力决定了应力梯度小，因而排气总管的寿命得到了改善。另外当l 1的长度低于3％时还会遇到接头根部可行性的难度，总管为铸造件时尤其如此。 
l1的长度选择低于L长度的15％还使得轮毂和臂的连接不过于生硬，因而减小了总管的壳体。 
同理，l2的长度选择大于l1长度的25％以便接头部分的应力分配良好，接头根部可行性能够得到保障，铸造时更是如此。l 2的长度选择低于l1长度的50％可以使得轮毂和有关臂的连接平缓，减小总管的壳体。 
接头根部的型面选择为曲线型(齿槽型)也是为了优化根部的应力分配，使根部的应力梯度最小，因而改善了总管的寿命。 
细读说明书以及排气总管示例将会更加了解该发明的优点，详细说明带有附图。 
附图说明
-图1为飞机涡轮喷气发动机示例的涡轮喷气发动机转子旋转轴A方向上的轴向半剖面图。 
-图2为本发明排气总管示例的前端透视图。 
-图3为图2排气总管的后视图。图3为径向平面与轴A垂直，且： 
-图4为轮毂后端环形法兰盘与排气总管结构臂的第一侧面之间的接头根部详图。该图为通过接头根部的径向剖面图。 
具体实施方式
附图1至3为所述排气总管12的示意图。 
图1为双体双流涡轮喷气发动机转子旋转轴向A上的半剖面图。涡轮喷气发动机1从前到后包括：一个送风装置2，一个低压增压器4，一个高压增压器6，一个低压涡轮8，一个高压涡轮10，以及排气总管12。 
总管12位于低压涡轮10的后端。总管12用于限定流经涡轮喷气发动机的初级气流，支撑涡轮喷气发动机的转子，保障转子及定子的同心度。另外，润滑涡轮喷气发动机轴承的滑油供、排也通过总管12进行。 
图2和图3中，总管12包括： 
-一个以轴A为中心的轮毂14，其前、后端面分别与前端环形法兰盘16和后端环形法兰盘18相接。 
-一个与轮毂14同轴的外箍20。 
-一组臂22(示意图中有16个臂)连接轮毂14和环20。 
环形法兰盘16和18在同一个径向平面上，沿外箍20的方向上向外端延伸。 
每一只臂22的第一22a和第二22b侧面相对。如图3所示，径向平面上，每一只臂22的第一面22a与每一法兰盘16，18的外圈切线成锐角“a”。“a”角在60和85度之间。另外，每一只臂22的第一侧面22a通过连接部24与每个法兰盘16，18相连。 
前面对图1至3已经做了描述，提供了一个本发明的排气总管示例。本发明尤其涉及每一臂22的第一侧面22a和轮毂14的环形法兰盘16，18之间的接头根部(见图3和图4)。 
接头24以经过接头24的径向剖面表示，这一部分详见图4。图中可以看到一个臂22的第一侧面22a和环形法兰盘18外箍之间的部分为接头根部，其型面由S曲线(齿槽)确定。 
S曲线(齿槽)经过N个控制点，此处的N等于10。N控制点按照如下方式确定：或者是图4中径向剖面上第一侧面22a延长线与后端环形法兰盘18之间的交叉点O。在图4剖面中沿第一侧面22a的延长线选取从O点起始的H直线的第一段。该H段长为l 1，在L长度的3-15％之间(见图3)。H段被11各点等分成10段，即H1，H2，...H11。H11即O点，如图4所示。然后在图4剖面上，沿与后端环形法兰盘18外箍相切于O点的切线上选择从O点起始的B直线上的第二段。B段的长度通常比环形法兰盘外箍的周长短许多，该段在图4上与该外圆周很近，几乎与其汇合。B段长度为l2，在l1长度的25-50％之间。该段被11个点等分成10段，即B1，B2，...B11。B11距O点最远，如图4所示。然后划出11条直线，即D1，D2，...D11。他们分别与B1和H1，B2和H2，...，B11和H11(需要指出的是D1直线包括H段，D11直线包括B段)。然后在D1和D2，D2和D3，...D10和D11之间确定交叉点。由此获得图4中划十字的10个交叉点。最后经过这10个点得到S曲线(齿槽)。 
作为示意，图中这种类型的排气总管可以用如下尺寸表示： 
-外箍20的内径：1000mm； 
-环形法兰盘16，18的外经：465mm； 
-外箍20处臂22的间距：200mm； 
-L的长度：535mm(1000-465)； 
l1的长度：40mm(即L长度的7.5％左右)； 
l2的长度：16mm(即I1长度的40％)。 

Claims (2)

1.涡轮发动机的排气总管(12)，其包括：
一个以轴(A)为中心的轮毂(14)，轮毂的前端面和后端面上各有一个与轮毂同轴的环形法兰盘(16，18)；
一个与轮毂(14)同轴的外箍(20)；
一组臂(22)，其与轮毂和外箍相连，每一个臂有相对的第一侧面和第二侧面(22a，22b)；
轮毂和外箍径向间距长度为L；
径向剖面上，每一臂的第一侧面(22a)与每一法兰盘(16，18)的外周切线成锐角(a)，角度在60-85度之间；
其特征在于：每一臂的第一侧面(22a)与每一法兰盘(16，18)通过接头根部相连，根部的型面在径向剖面图上由一个经过控制点的曲线确定，控制点的总数是大于或等于10的整数N，这些控制点通过如下方式确定：
在径向剖面上的O点为第一侧面延长线和一个法兰盘外周的交叉点；
在该径向剖面上从O点起始，沿第一侧面延长线(H)直线的第一段，该段长度为l1，在L长度的3-15％之间，该段被N+1个点等分为N段，这些点为H(1)、H(2)、...、H(N+1)，H(N+1)点与O点汇合；
该径向剖面上从O点起始，沿法兰盘外周经O点的切线上的直线的第二段(B)，该段长度记为l2，在l1长度的25％-50％之间，该段被N+1个点等分为N段，这些点记为B(1)、B(2)、...、B(N+1)，B(N+1)距O点最远；和
D(1)、D(2)、...、D(N+1)直线，它们分别与B(1)和H(1)、B(2)和H(2)、...、B(N+1)和H(N+1)相连，这些N个控制点分别为D(1)和D(2)、D(2)和D(3)、...、D(N)和D(N+1)的交叉点。
2.一种涡轮喷气发动机，其包括权利要求1所述的涡轮发动机的排气总管。
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