CN110332015B

CN110332015B - 一种具有均匀冷却功能的端面密封结构

Info

Publication number: CN110332015B
Application number: CN201910642186.3A
Authority: CN
Inventors: 范宇; 邓明春; 郭新贤; 杨守辉; 赵家军; 宋辰星; 王家友; 段玉发; 夏梦
Original assignee: AECC Shenyang Engine Research Institute
Current assignee: AECC Shenyang Engine Research Institute
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: CN110332015A

Abstract

本申请属于航空发动机机匣设计技术领域，涉及一种具有均匀冷却功能的端面密封结构。包括相互对接的第一机匣及第二机匣，其中，第一机匣具有与第二机匣对接的贴合面、朝向机匣内部的内环面以及与内环面相对的外环面，贴合面上具有自内环面上开设的环槽，以及沿径向自环槽向外延伸至贴合面A点的外槽、沿径向自环槽向内延伸至机匣内部的内槽，第一机匣还包括自外环面向第一机匣内C点延伸的通孔，连通A点与C点的冷气腔，内槽沿环向设置有多个，来自外界的冷气经通孔、冷气腔、外槽进入环槽后，沿环向流动，并通过多个内槽进入第一机匣内部。本申请实现了机匣内冷气流通，对机匣和连接端面处进行效率高且周向均匀的冷却。

Description

一种具有均匀冷却功能的端面密封结构

技术领域

本申请属于航空发动机机匣设计技术领域，特别涉及一种具有均匀冷却功能的端面密封结构。

背景技术

涡轮机匣是航空发动机上涡轮静子件中通过涡轮段的结构连接部分，通常起着承受机械负荷，气体压力和热负荷等重要作用，有些涡轮机匣还直接或间接地构成了燃气通道的壁面。不同级涡轮机匣通常由若干段机匣组成，通过螺栓等方式连接。

对于机匣连接端面处，由于该位置接触高温燃气，温度高容易出现裂纹，必须对机匣进行冷却。为实现冷气对端面处进行冷却，现有设计方案是装配时在两个端面预留间隙，使得冷气能够从该缝隙流过，实现对机匣的冷却。但由于发动机工作的温度变化会导致预留间隙变化，使冷气流量不可控，如果间隙过小，会导致冷气流通阻力过大，影响机匣的冷却，造成机匣过热甚至产生裂纹；如果间隙过大，会导致冷气流量过大，使发动机性能下降，工作效率降低，由此可能导致机匣冷却不足或由于冷气量过大而使发动机性能下降。同时预留间隙的方式不利于连接端面的密封性和机匣整体的紧固性，因此对端面处的冷却需进行优化设计。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种具有均匀冷却功能的端面密封结构，包括相互对接并通过螺栓固定的第一机匣及第二机匣，其中，

所述第一机匣具有与所述第二机匣对接的贴合面、朝向机匣内部的内环面以及与所述内环面相对的外环面，所述贴合面上具有自贴合面沿第一机匣轴向延伸的环槽，所述环槽具有靠近所述第一机匣轴线的内环边及远离所述第一机匣轴线的外环边，自所述内环边沿第一机匣径向方向向靠近轴线的方向延伸有内槽，所述内槽连通所述环槽及第一机匣内部，自所述外环边沿第一机匣径向方向向远离第一机匣轴线的方向延伸有外槽，所述外槽沿第一机匣径向向外延伸至贴合面A点；

所述第一机匣还包括自所述外环面向第一机匣内C点延伸的通孔，连通所述A点与所述C点的冷气腔，A点至C点的连线平行于所述第一机匣的轴线方向，所述第一机匣的贴合面与所述第二机匣对接后，冷气自所述第一机匣的外环面上沿所述通孔、冷气腔进入外槽，之后再通过环槽及内槽流入第一机匣内部；

其中，所述内槽具有多个，沿所述环槽的内环边周向分布，所述外槽沿所述环槽的外环边周向均布有多个，且所述外槽与所述内槽在周向上交错分布。

优选的是，所述通孔自所述第一机匣的外环面沿斜向延伸至所述C点，所述斜向指所述通孔的轴线与所述第一机匣的径向方向成夹角。

优选的是，所述通孔的轴线与所述第一机匣的径向方向之间的夹角为30°～60°。

优选的是，所述通孔的轴线与所述第一机匣的径向方向之间的夹角为45°。

优选的是，所述内槽沿所述环槽的内环边周向均布有4-10个。

优选的是，所述冷气腔为环形腔，所述环形腔在A端连通所有外槽，环形腔在C端连接有一个或多个所述通孔。

优选的是，所述内槽的切面为半圆形。

本申请的关键点在于：

第一，用于构成冷气通道的一个环形槽和分别在内外圈周向交错分布的径向凹槽结构；第二，两个机匣贴合端面与凹槽组合而成的用于均匀冷却的端面密封结构

本申请实现了机匣冷却空气对机匣和连接端面的均匀冷却，冷气流通不受端面贴合的影响，且冷气周向流动充分，冷却效率较高；同时，两个机匣端面连接处不预留间隙，提高了端面的密封性和机匣整体的紧固性。

附图说明

图1是本申请具有均匀冷却功能的端面密封结构的主视图。

图2是本申请图1所示实施例的AB部分的右视图。

其中，1-第一机匣，2-第二机匣，3-螺栓；

11-贴合面，12-内环面，13-外环面，14-环槽，15-内槽，16-外槽，17-通孔，18-冷气腔。

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方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请要解决的技术问题：

1)实现机匣内冷气流通，对机匣和连接端面处进行效率高且周向均匀的冷却；

2)两个机匣端面连接处不预留间隙，提高端面的密封性和机匣整体的紧固性；

3)通过设计计算，控制冷气流量在合理的范围。

如图1及图2所示，本申请具有均匀冷却功能的端面密封结构，主要包括相互对接并通过螺栓3固定的第一机匣1及第二机匣2，其中，

所述第一机匣1具有与所述第二机匣2对接的贴合面11、朝向机匣内部的内环面12以及与所述内环面12相对的外环面13，所述贴合面11上具有自贴合面11沿第一机匣1轴向延伸的环槽14，所述环槽14具有靠近所述第一机匣1轴线的内环边及远离所述第一机匣1轴线的外环边，自所述内环边沿第一机匣径向方向向靠近轴线的方向延伸有内槽15，所述内槽15连通所述环槽14及第一机匣内部，自所述外环边沿第一机匣径向方向向远离第一机匣轴线的方向延伸有外槽16，所述外槽16沿第一机匣径向向外延伸至贴合面A点；

所述第一机匣还包括自所述外环面13向第一机匣内C点延伸的通孔17，连通所述A点与所述C点的冷气腔18，A点至C点的连线平行于所述第一机匣1的轴线方向，所述第一机匣1的贴合面与所述第二机匣2对接后，冷气自所述第一机匣1的外环面上沿所述通孔17、冷气腔18进入外槽16，之后再通过环槽14及内槽15流入第一机匣1内部；

其中，所述内槽15具有多个，沿所述环槽14的内环边周向分布，所述外槽16沿所述环槽14的外环边周向均布有多个，且所述外槽16与所述内槽15在周向上交错分布。

可以理解的是，内槽15自第一机匣的环槽14的内环边延伸至B点，即通向机匣内部，外槽16自第一机匣的环槽14的外环边延伸至A点，A点至B点均是在第一机匣的贴合面上开槽形成，然后自A点向C点则是自贴合面向机匣内沿轴向延伸，形成冷气腔18，冷气腔18再通过通孔17连接至第一机匣的外环面。

本实施例中，第一机匣与第二机匣相互贴合的贴合面包括：自B点至第一机匣的外环边以及B点至A点的非凹槽部分(例如B点至A点的多个内槽相互之间的部分，多个外槽相互之间的部分)与第二机匣的内环面相互贴合，多个螺栓3周向设置在A点至第一机匣的外环面的部分，用于将两个机匣固定连接。

本申请在其中一个机匣(第一机匣1)的连接端面上设计了环向的凹槽，以及环向凹槽内外壁沿径向延伸的内槽及外槽，外槽一端与机匣的冷气腔相通，内槽一端与机匣内部的燃气通道相通，这样就在两个贴合的机匣端面上构成了冷气的流动通道，用于冷却机匣的冷气从机匣流至环槽，通过环槽将冷气分散均匀，再通过内槽排入主通道，由于外槽和内槽在不同的角向位置，冷气通过环形槽能充分地在整个机匣周向流动，大大提升对机匣的周向冷却均匀度，并提高了冷却效率。

在一些可选实施方式中，所述通孔17自所述第一机匣1的外环面13沿斜向延伸至所述C点，所述斜向指所述通孔17的轴线与所述第一机匣1的径向方向成夹角，以使通孔17朝向外环面的开口朝向冷气流向，更加有利于冷气进入到机匣内部。

在一些可选实施方式中，所述通孔17的轴线与所述第一机匣1的径向方向之间的夹角为30°～60°。

在一些可选实施方式中，所述通孔17的轴线与所述第一机匣1的径向方向之间的夹角为45°。

在一些可选实施方式中，所述内槽15沿所述环槽14的内环边周向均布有4-10个。

如图2所示，分别设置6个内槽与6个外槽，任一外槽能够延伸至两个相邻内槽之间，同理，任一内槽能够延伸至两个相邻外槽之间。

通过设计凹槽的流通面积和凹槽的个数，可以控制冷气流量在预期的合理范围内。外槽一端必须与机匣内冷气腔相通，内槽一端要与燃气通道相通。凹槽的周向分布要均匀，有利于机匣和连接端面的均匀冷却。凹槽的深度、宽度和个数要根据冷气流量，通过设计计算来确定。

在一些可选实施方式中，所述冷气腔18为环形腔，所述环形腔在A端连通所有凹槽15环形腔在C端连接有一个或多个所述通孔17。

在一些可选实施方式中，所述凹槽的切面为半圆形，提高了冷气的流通性能。

本申请设计的具有冷却功能的端面密封结构，在两个机匣连接端面不预留间隙的条件下，使机匣冷却气可以从密封端面流入主通道，对机匣和连接端面进行高效率的均匀冷却，防止机匣端面过热或热载荷分布不均匀。与预留间隙的方法相比，主要具有以下优势：

1)保证机匣冷却空气对机匣和连接端面的均匀冷却，冷气流通不受端面贴合的影响，且冷气周向流动充分，冷却效率较高；

2)两个连接端面不预留间隙，提高端面的密封性和机匣整体的紧固性；

3)通过凹槽流通面积的设计，能准确控制冷气流量在合理范围，在保证机匣冷却的同时对发动机不造成其他不利影响。

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

1.一种具有均匀冷却功能的端面密封结构，其特征在于，包括相互对接并通过螺栓（3）固定的第一机匣（1）及第二机匣（2），其中，

所述第一机匣（1）具有与所述第二机匣（2）对接的贴合面（11）、朝向机匣内部的内环面（12）以及与所述内环面（12）相对的外环面（13），所述贴合面（11）上具有自贴合面（11）沿第一机匣（1）轴向延伸的环槽（14），所述环槽（14）具有靠近所述第一机匣（1）轴线的内环边及远离所述第一机匣（1）轴线的外环边，自所述内环边沿第一机匣径向方向向靠近轴线的方向延伸有内槽（15），所述内槽（15）连通所述环槽（14）及第一机匣内部，自所述外环边沿第一机匣径向方向向远离第一机匣轴线的方向延伸有外槽（16），所述外槽（16）沿第一机匣径向向外延伸至贴合面A点；

所述第一机匣还包括自所述外环面（13）向第一机匣内C点延伸的通孔（17），连通所述A点与所述C点的冷气腔（18），A点至C点的连线平行于所述第一机匣（1）的轴线方向，所述第一机匣（1）的贴合面与所述第二机匣（2）对接后，冷气自所述第一机匣（1）的外环面上沿所述通孔（17）、冷气腔（18）进入外槽（16），之后再通过环槽（14）及内槽（15）流入第一机匣（1）内部；

其中，所述内槽（15）具有多个，沿所述环槽（14）的内环边周向分布，所述外槽（16）沿所述环槽（14）的外环边周向均布有多个，且所述外槽（16）与所述内槽（15）在周向上交错分布。

2.如权利要求1所述的具有均匀冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述通孔（17）自所述第一机匣（1）的外环面（13）沿斜向延伸至所述C点，所述斜向指所述通孔（17）的轴线与所述第一机匣（1）的径向方向成夹角。

3.如权利要求2所述的具有均匀冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述通孔（17）的轴线与所述第一机匣（1）的径向方向之间的夹角为30°~60°。

4.如权利要求3所述的具有均匀冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述通孔（17）的轴线与所述第一机匣（1）的径向方向之间的夹角为45°。

5.如权利要求1所述的具有均匀冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述内槽（15）沿所述环槽（14）的内环边周向均布有4-10个。

6.如权利要求1所述的具有均匀冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述冷气腔（18）为环形腔，所述环形腔在A点端连通所有外槽（16），环形腔在C点端连接有一个或多个所述通孔（17）。

7.如权利要求1所述的具有均匀冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述内槽的切面为半圆形。