CN112304622A - 一种核心机试验用后机匣 - Google Patents

Abstract

本申请属于发动机试验技术领域，特别涉及一种核心机试验用后机匣。该后机匣包括承力机匣(1)与隔热件(2)，承力机匣(1)包括外层机匣(11)、内层机匣(12)与支板(13)；隔热件(2)，包括相同的两部分，每一部分包括外流道板(21)、内流道板(22)与整流叶片(23)；其中，整流叶片(23)的截面为U型结构，且沿隔热件(2)的轴向开口，两个隔热件(2)沿轴向对接后，整流叶片(23)能够将支板(13)包围，且隔热件(2)的外流道板(21)与内流道板(22)均位于承力机匣(1)的外层机匣(11)与内层机匣(12)之间。本申请可以有效的降低隔热件和承力件温度至金属材料适用温度范围，极大的提高了后机匣的耐温能力。

Description

一种核心机试验用后机匣

技术领域

本申请属于发动机试验技术领域，特别涉及一种核心机试验用后机匣。

背景技术

从物理概念上讲，核心机是指在燃气涡轮发动机中，由高压压气机、燃烧室和高压涡轮组成的核心部分，其设计技术水平的高低对发动机的水平有着决定性的影响。核心机部件在燃气涡轮发动机中处于最恶劣的工作环境(温度最高、压力最高)，且具有最高的工作转速，因而是发动机强度和使用可靠性方面最为关键的部件。

因此，工程研制时将发动机中最重要、难度最大的核心机三大部件单独分离出来，配以进、排气装置、承力框架形成核心机试验机，并开展一系列的测试和试验，为发动机产品研制做支撑或技术储备。

核心机后机匣位于高压涡轮出口和排气装置之间，现有的核心机匣与本申请的承力机匣1结构类似，承力机匣1结构如图1所示，包括外层机匣11、内层机匣12，外层机匣11连接辅助安装节，内层机匣12连接轴承系统，两层机匣间使用多个支板13连接，支板13处于核心机试验机流道中，支板13作为整流件或其外层附接整流件(未示出)，用于对高温高压燃气整流，后机匣是核心机试验机承力系统的重要组成部分。在核心机试验机试车过程的某些极限状态下，后机匣所处的环境温度甚至高于整机状态高压涡轮出口温度，超过了金属材料结构的使用极限，无法保证核心机试验机试车安全，需要有相应耐温或冷却措施。

目前，后机匣结构形式主要有两种，一种是整体铸造机匣和钣金焊接流道件，一种是装配式机匣和整体铸造整流叶片。

整体铸造机匣和钣金焊接流道件的结构，主要用于整机后机匣结构，位于低压涡轮后，环境温度压力相对较低，是目前国内自主研制的发动机型号的典型结构，燃气在经过低压涡轮膨胀做功后，温度、压力都大幅降低，对后机匣结构强度的要求相对较低。但在核心机试车时，后机匣位于高压涡轮后，环境苛刻，强度、可靠性等要求大大提高，在一些极端情况下，如喘振、极限状态等，钣金焊接结构容易出现弯曲、变形、翘曲甚至开裂等问题，影响核心机试车安全。另外，钣金焊接件在核心机台份较少的情况下，加工、装配技术状态不好控制，装配难度大，间隙无法控制，且钣金焊接件为周向分段结构，不具备引入冷却气源对后机匣进行冷却的条件，对核心机试验机试车状态提出了较大限制。

国外先进大涵道比发动机使用的装配式承力机匣和整体铸造整流叶片的涡轮间机匣结构，虽然整体铸造流道件耐温性能好，但装配式承力机匣对设计、加工、装配要求高，技术难度大，成本高，而且目前装配式机匣国内技术不成熟，在核心机试验机试车阶段主要考核三大部件的情况下，作为陪试件的后机匣应该在满足试车需要的基础上尽量采用成熟结构并力求结构简单，来降低研制成本，提高试车可靠性。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种核心机试验用后机匣，通过在承力件外侧连接隔热板进行隔热，以实现对后机匣的冷却降温。

本申请核心机试验用后机匣，主要包括：

承力机匣，包括外层机匣与内层机匣，内层机匣同轴设置在外层机匣内，内层机匣与外层机匣通过支板连接；

隔热件，包括相同的两部分，每一部分包括环形的外流道板与环形的内流道板，内流道板同轴设置在外流道板内，内流道板与外流道板通过整流叶片连接；

其中，整流叶片的截面为U型结构，且沿隔热件的轴向开口，两个隔热件沿轴向对接后，整流叶片能够将支板包围，且隔热件的外流道板与内流道板均位于承力机匣的外层机匣与内层机匣之间，外流道板与外层机匣固定连接，内流道板与内层机匣固定连接。

优选的是，所述外流道板及内流道板均设置有翻边，翻边上设置有通孔，用于通过螺栓连接外层机匣及内层机匣。

优选的是，所述通孔为椭圆形孔，以提供穿过其内的螺栓的沿隔热件的径向自由度。

优选的是，所述外流道板与所述外层机匣之间设置有间隙，内流道板与内层机匣之间设置有间隙，整流叶片与支板设置有间隙，从而形成承力机匣与隔热件之间的冷却气体流路。

优选的是，外流道板与内流道板上设置有多个U型槽，以适配安装所述整流叶片。

优选的是，所述U型槽向外翻边，该翻边上设置通孔，以通过螺栓连接所述整流叶片。

优选的是，两部分隔热件对接后通过螺栓固定连接。

优选的是，隔热件上设置有气膜孔。

本申请与整体机匣和钣金流道件组合的后机匣相比，该后机匣方案中的隔热件采用锻件机加整体铸造件再机加的工艺方式，技术状态容易控制，可以形成密封性良好的冷却通道，在极端工作条件下可以引入冷却气对后机匣进行冷却，可以有效的降低隔热件和承力件温度至金属材料适用温度范围，极大的提高了后机匣的耐温能力，解决核心机试车过程中后机匣的超温问题，保证超高温高压状态试车安全性。

与装配式承力机匣和整体铸造整流叶片组合的后机匣相比，该后机匣技术成熟度更高，可以采用成熟工艺加工各零部件，设计、加工成本低。

附图说明

图1是本申请核心机试验用后机匣的承力机匣结构示意图。

图2是本申请核心机试验用后机匣的隔热件结构示意图。

图3是本申请核心机试验用后机匣隔热件与承力机匣对接后的平面示意图。

其中，1-承力机匣，11-外层机匣，12-内层机匣，13-支板，2-隔热件，21-外流道板，22-内流道板，23-整流叶片。

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。

本申请提供了一种核心机试验用后机匣，核心机试验机是验证高压压气机、燃烧室和高压涡轮的一个集成验证平台，它由进气装置、前承力机匣、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、后机匣、排气装置、机械系统、控制系统(成附件)等主要部件和系统组成。

本发明使用在核心机试验机上，可以应用于超高温高压状态试车中，核心机试验用有冷却后机匣位于高压涡轮与排气装置之间，该后机匣包括承力机匣1与隔热件2。

承力机匣1的结构如图1所示，主要包括外层机匣11与内层机匣12，内层机匣12同轴设置在外层机匣11内，内层机匣12与外层机匣11通过支板13连接。

隔热件2包括相同的两部分，每一部分的结构如图2所示，主要包括环形的外流道板21与环形的内流道板22，内流道板22同轴设置在外流道板21内，内流道板22与外流道板21通过整流叶片23连接。

其中，整流叶片23的截面为U型结构，且沿隔热件2的轴向开口，两个隔热件2沿轴向对接后，整流叶片23能够将支板13包围，且隔热件2的外流道板21与内流道板22均位于承力机匣1的外层机匣11与内层机匣12之间，外流道板21与外层机匣11固定连接，内流道板22与内层机匣12固定连接。

在一些可选实施方式中，所述外流道板21及内流道板22均设置有翻边，翻边上设置有通孔，用于通过螺栓连接外层机匣11及内层机匣12。

在一些可选实施方式中，所述通孔为椭圆形孔，以提供穿过其内的螺栓的沿隔热件2的径向自由度。

本发明中的连接孔为径向椭圆孔，使隔热件具备径向自由度，防止隔热件(较高温度)和承力件(较低温度)间的热变形不协调问题。

在一些可选实施方式中，所述外流道板21与所述外层机匣11之间设置有间隙，内流道板22与内层机匣12之间设置有间隙，整流叶片23与支板13设置有间隙，从而形成承力机匣1与隔热件2之间的冷却气体流路。

如图3所示，装配时，首先将前段的外流道板、6个或8个整流叶片、内流道板和连接结构组合为流道板前段组件，将后段的外流道板、6个或8个整流叶片、内流道板和连接结构组合为流道板后段组件，最后将流道板前段组件和流道板后段组件装配于承力机匣上，使隔热件将承力件与高温高压燃气全部隔离。图3中，A为冷却气，B为高温高压燃气。

在一些可选实施方式中，外流道板21与内流道板22上设置有多个U型槽，以适配安装所述整流叶片23。

在一些可选实施方式中，所述U型槽向外翻边，该翻边上设置通孔，以通过螺栓连接所述整流叶片23。

在一些可选实施方式中，两部分隔热件2对接后通过螺栓固定连接。

在一些可选实施方式中，隔热件2上设置有气膜孔。

如图1所示，高压涡轮后高温高压燃气流经后机匣和排气装置后排出核心机试验机，其温度在某些试验中会接近或超过金属结构使用极限。本发明中后机匣结构技术方案由内层承力件和外层隔热件构成，其间引入冷却气对流道板和承力机匣进行冷却。同时在隔热件上加工有气膜孔或双层壁等高效冷却结构，加强对隔热件的冷却效果。可以使后机匣零部件温度降低至金属结构合理使用温度范围内。

本发明的关键点和保护点是为了实现核心机试验机试车超高温高压工况下后机匣稳定、可靠工作，解决这些工况下后机匣超温问题采用的一种新结构方案，即整体铸造机匣承力、装配式流道板、整流叶片隔热的有冷却后机匣。

其中承力机匣为整体铸造件，具备较高的强度，作为承力件承载能力强。流道板和整流叶片采用整体铸造或锻件机加成型，其上加工气膜孔或双层壁冷却结构，并由机械加工保证配合接口尺寸。使用过程中，先将流道板和整流叶片装配为前后两段，而后对接装配于承力机匣和高温燃气间，隔离流道内高温燃气和承力机匣。同时形成密封性能良好的冷却通道，由地面气源或压气机引气对后机匣结构进行冷却，可以有效的降低隔热件和承力件温度至金属材料适用温度范围，提高核心机试验机试车安全性。

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)

1.一种核心机试验用后机匣，设置在核心机的高压涡轮出口和排气装置之间，其特征在于，该后机匣包括：

承力机匣(1)，包括外层机匣(11)与内层机匣(12)，内层机匣(12)同轴设置在外层机匣(11)内，内层机匣(12)与外层机匣(11)通过支板(13)连接；

隔热件(2)，包括相同的两部分，每一部分包括环形的外流道板(21)与环形的内流道板(22)，内流道板(22)同轴设置在外流道板(21)内，内流道板(22)与外流道板(21)通过整流叶片(23)连接；

其中，整流叶片(23)的截面为U型结构，且沿隔热件(2)的轴向开口，两个隔热件(2)沿轴向对接后，整流叶片(23)能够将支板(13)包围，且隔热件(2)的外流道板(21)与内流道板(22)均位于承力机匣(1)的外层机匣(11)与内层机匣(12)之间，外流道板(21)与外层机匣(11)固定连接，内流道板(22)与内层机匣(12)固定连接。

2.如权利要求1所述的核心机试验用后机匣，其特征在于，所述外流道板(21)及内流道板(22)均设置有翻边，翻边上设置有通孔，用于通过螺栓连接外层机匣(11)及内层机匣(12)。

3.如权利要求2所述的核心机试验用后机匣，其特征在于，所述通孔为椭圆形孔，以提供穿过其内的螺栓的沿隔热件(2)的径向自由度。

4.如权利要求1所述的核心机试验用后机匣，其特征在于，所述外流道板(21)与所述外层机匣(11)之间设置有间隙，内流道板(22)与内层机匣(12)之间设置有间隙，整流叶片(23)与支板(13)设置有间隙，从而形成承力机匣(1)与隔热件(2)之间的冷却气体流路。

5.如权利要求1所述的核心机试验用后机匣，其特征在于，外流道板(21)与内流道板(22)上设置有多个U型槽，以适配安装所述整流叶片(23)。

6.如权利要求5所述的核心机试验用后机匣，其特征在于，所述U型槽向外翻边，该翻边上设置通孔，以通过螺栓连接所述整流叶片(23)。

7.如权利要求1所述的核心机试验用后机匣，其特征在于，两部分隔热件(2)对接后通过螺栓固定连接。

8.如权利要求1所述的核心机试验用后机匣，其特征在于，隔热件(2)上设置有气膜孔。

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