CN110332023A - 一种具有冷却功能的端面密封结构 - Google Patents

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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沿径向向外延伸至贴合面A点的凹槽，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，A点至C点的连线平行于第一机匣的轴线方向，第一机匣的贴合面与第二机匣对接后，冷气自所述第一机匣的外环面上沿所述通孔、冷气腔及凹槽流入第一机匣内部。本申请实现了机匣内冷气流通，对机匣和连接端面处进行了有效冷却；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。

Description

一种具有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所述内环面沿径向向外延伸至贴合面A点的凹槽，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、冷气腔及凹槽流入第一机匣内部。
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，所述凹槽沿所述第一机匣内环面的周向设置有多个。
优选的是，所述凹槽沿所述第一机匣内环面均布有4-10个。
优选的是，所述冷气腔为环形腔，所述环形腔在A端连通所有凹槽，环形腔在C端连接有一个或多个所述通孔。
优选的是，所述凹槽的切面为半圆形。
本申请的关键点和保护点包括：第一，用于构成冷气通道的径向凹槽结构；第二，两个机匣贴合端面与凹槽组合而成的用于冷却的端面密封结构。
本申请实现了机匣内冷气流通，对机匣和连接端面处进行了有效冷却；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-A点，15-凹槽，16-C点，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有效冷却；
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上具有自所述内环面12沿径向向外延伸至贴合面A点14的凹槽15，自所述外环面13向第一机匣内C点16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及凹槽15流入第一机匣1内部。
可以理解的是，凹槽自第一机匣的内环面B点延伸至A点，A点至第一机匣的外环面的部分，以及B点至A点的非凹槽部分(或者B点至A点的凹槽之间的部分)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的连接端面上设计了径向凹槽，凹槽一端与机匣的冷气腔相通，另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凹槽再排入主通道，既能实现机匣和连接端面的冷却，又不需在连接端面预留间隙，保证各段机匣端面的密封和紧固性。
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16，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，所述凹槽15沿所述第一机匣1内环面的周向设置有多个。
在一些可选实施方式中，所述凹槽15沿所述第一机匣1内环面均布有4-10个。
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。径向凹槽一端必须与机匣内冷气腔相通，另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，实现机匣和连接端面的有效冷却，防止机匣端面过热。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有效冷却，冷气流通不受端面贴合的影响；
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 (8)

1.一种具有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)上具有自所述内环面(12)沿径向向外延伸至贴合面A点(14)的凹槽(15)，自所述外环面(13)向第一机匣内C点(16)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)及凹槽(15)流入第一机匣(1)内部。
2.如权利要求1所述的具有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(16)，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所述的具有冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述凹槽(15)沿所述第一机匣(1)内环面的周向设置有多个。
6.如权利要求1所述的具有冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述凹槽(15)沿所述第一机匣(1)内环面均布有4-10个。
7.如权利要求5或6所述的具有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)。
8.如权利要求1所述的具有冷却功能的端面密封结构，其特征在于，所述凹槽的切面为半圆形。
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