CN114810236A - 一种燃气轮机核心机的排气机匣结构 - Google Patents

一种燃气轮机核心机的排气机匣结构 Download PDF

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CN114810236A CN202210754283.3A CN202210754283A CN114810236A CN 114810236 A CN114810236 A CN 114810236A CN 202210754283 A CN202210754283 A CN 202210754283A CN 114810236 A CN114810236 A CN 114810236A
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高原
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Abstract

本发明属于技术燃气轮机核心机结构领域，具体涉及一种燃气轮机核心机的排气机匣结构，包括机匣组件和隔热组件；内机匣主体同轴的设置于外机匣主体的内侧，且两者之间通过所述管状连接体相连；在外机匣衬套和内机匣衬套靠近排气通道的一侧均形成有隔热气膜；在隔热罩靠近排气通道的一侧形成第二隔热气膜。隔热组件上布置有若干气膜孔，从而能够在隔热组件靠向排气通道的一侧形成隔热气膜，进而在对隔热组件和机匣组件也进行散热和隔热保护；管状连接体焊接连接外机匣主体、内机匣主体，这三个零部件能够实现不同尺寸或不同形状的外机匣主体、内机匣主体和管状连接体的组合，能够降低成本。

Description

一种燃气轮机核心机的排气机匣结构
技术领域
本发明属于技术燃气轮机核心机结构领域，具体涉及一种燃气轮机核心机的排气机匣结构。
背景技术
燃气轮机是一种将燃气的能量转变为有用功的内燃式动力机械，被广泛应用于民用发电领域或作为动力装置应用于飞机或大型船舶中。燃气轮机的工作过程是：压气机连续地从大气中吸入空气并对空气进行压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与燃烧室中喷入的燃气混合后燃烧，进而成为高温燃气，随即高温燃气流入到燃气涡轮处膨胀做功，并利用高温燃气推动涡轮带着压气机一起旋转；燃气轮机是一种清洁性好、效率高的装置，具有体积小、重量低等优点。
核心机是燃气轮机燃气发生器最重要的组成部分，核心机也是发动机系统中温度最高、压力最大、转速最高的组件和系统，据统计，发动机研制过程中80%以上的技术问题都与核心机密切相关，所以核心机的掌握程度是新发动机研制能否成功的关键。通过核心机试验，不仅能够大幅降低整机的研制风险，而且能够大大缩短整机的研制周期。核心机包含高压压气机、燃烧室、高压涡轮等主要部件，此外，还包括有进气机匣和排气机匣等重要程度次一级的部件。
现有的设计领域中，排气机匣为铸件结构，由于铸件结构本身生产工艺（包括造型与制芯、熔化与浇注等步骤）的原因，使得排气机匣存在加工周期长、耗费高、成本昂贵等问题，并且排气机匣在试验过程中，若性能无法达到要求，造成排气机匣需要整体更换，使其成为了一次性试验件，性价比低。此外，排气机匣处的工作温度较高，因此，有必要设计一种能够对排气机匣进行隔热保护。
发明内容
为了解决排气机匣隔热保护或者在试验不合格时需要将全部部分重铸的问题，本方案提供了一种燃气轮机核心机的排气机匣结构。
本发明所采用的技术方案为：
一种燃气轮机核心机的排气机匣结构，包括机匣组件和隔热组件；
所述机匣组件包括有外机匣主体、内机匣主体和管状连接体；所述内机匣主体同轴的设置于外机匣主体的内侧，且两者之间通过所述管状连接体相连；外机匣主体与内机匣主体之间形成有用于核心机尾部排气的排气通道；
所述隔热组件包括有外机匣衬套、内机匣衬套和隔热罩；外机匣衬套间隔设置于外机匣主体的内侧，所述内机匣衬套设置于内机匣主体的外侧；外机匣衬套上设置有第三气膜孔，空气从第三气膜孔进入排气通道时，能够在外机匣衬套靠近排气通道的一侧形成第三隔热气膜；内机匣衬套上设置有第一气膜孔，空气从第一气膜孔进入排气通道时，能够以在内机匣衬套靠近排气通道的一侧形成第一隔热气膜；所述隔热罩间隔的套设在管状连接体外，且隔热罩的内外端分别与外机匣衬套和内机匣衬套相接；在隔热罩上设置有若干第二气膜孔，空气从第二气膜孔进入排气通道时，能够在隔热罩靠近排气通道的一侧形成第二隔热气膜。以上隔热组件中，外机匣衬套配合外机匣主体能够形成的外隔热腔，同时在外机匣主体上布置的若干气膜孔能够在靠向排气通道的一侧形成隔热气膜，从而在对隔热组件散热和隔热保护的同时，对机匣组件也进行散热和隔热保护。同理，内机匣衬套配合内机匣主体能够形成的内隔热腔和在内机匣主体上布置的若干气膜孔能够在靠向排气通道的一侧形成隔热气膜，从而在对隔热组件和机匣组件散热和隔热保护。
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：所述外机匣主体的外侧连通大气环境；所述外机匣衬套与外机匣主体之间形成有外隔热腔；该外隔热腔与外台架气源连通；外隔热腔中的空气能够从第三气膜孔处喷入排气通道内并形成第三隔热气膜。
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：所述内机匣主体的内侧连通大气环境；所述内机匣衬套与内机匣主体之间形成有内隔热腔；该内隔热腔通过管状连接体与隔热罩之间的通道与外隔热腔连通，以连通外台架气源；内隔热腔中的空气能够从第一气膜孔处喷入排气通道内并形成第一隔热气膜，
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：外机匣衬套与外机匣主体之间形成有外隔热腔，所述内机匣衬套与内机匣主体之间形成有内隔热腔；隔热罩与管状连接体之间的通道内的空气，能够从第二气膜孔喷入排气通道内并形成第二隔热气膜。
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：排气通道具有扩口段；在扩口段处，所述外机匣衬套沿排气通道的排气方向向外折弯，所述内机匣衬套沿排气通道的排气方向向内折弯；所述隔热罩位于扩口段的后部位置。
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：所述外机匣衬套包括有外机匣衬套前段和外机匣衬套后段；外机匣衬套前段与外机匣衬套后段可拆卸连接；外机匣衬套前段的后部向外折弯，所述隔热罩位于外机匣衬套前段与外机匣衬套后段的连接处。
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：外机匣衬套与外机匣主体之间的外隔热腔中，对应于扩口段的区段呈收口状。
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：所述内机匣衬套包括有内机匣衬套前段和内机匣衬套后段；内机匣衬套前段与内机匣衬套后段可拆卸连接；内机匣衬套前段的后部向内折弯，所述隔热罩位于内机匣衬套前段与内机匣衬套后段的连接处。
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：内机匣衬套与内机匣主体之间的内隔热腔中，对应于扩口段的区段呈收口状。
作为上述燃气轮机核心机的排气机匣结构的补充结构或备选设计：所述管状连接体的外端的管沿处设置有外焊接部，该外焊接部伸出外机匣主体外侧并与外机匣主体焊接连接，焊接位置位于外机匣主体外侧；所述管状连接体的内端的管沿处设置有内焊接部，该内焊接部伸出入内机匣主体内侧并与内机匣主体焊接连接，焊接位置位于内机匣主体内侧。一种燃气轮机核心机的排气机匣结构，包括机匣组件和隔热组件；采用焊接方式将管状连接体焊接连接到外机匣主体之间内机匣主体，在满足管状连接体所需支撑负荷要求的同时，可以通过外机匣主体、内机匣主体、管状连接体等部件组合的方式，使得三者中的部分零件具有一定的通用性，可以实现不同尺寸或不同形状的外机匣主体、内机匣主体和管状连接体的组合，从而降低机匣组件制造时间，进而降低机匣组件试验过程中的制造成本。
本发明的有益效果为：
1.本方案中在外机匣主体与内机匣主体之间设置有隔热组件，该隔热组件配合外机匣主体与内机匣主体等部件形成后外隔热腔和内隔热腔，并且在隔热组件上布置有若干气膜孔，从而能够在隔热组件靠向排气通道的一侧形成隔热气膜，进而在对隔热组件散热和隔热保护的同时，对机匣组件也进行散热和隔热保护；
2.本方案中的管状连接体是采用焊接方式连接到外机匣主体、内机匣主体之间的，从而使得这三个零部件能够实现不同尺寸或不同形状的外机匣主体、内机匣主体和管状连接体的组合，从而降低机匣组件制造时间，进而降低机匣组件试验过程中的制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本方案实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本方案的排气机匣结构的结构示意图；
图2是本方案中的排气机匣结构的各个腔室结构及空气流向示意图；
图3是本方案中的排气机匣结构的另一视角结构图。
图中：1-管状连接体；101-管腔通道；102-内焊接部；103-外焊接部；2-外机匣主体；201-外送气孔；3-外机匣衬套前段；4-内机匣衬套前段；5-隔热罩；501-第二气膜孔；6-内机匣主体；7-外机匣衬套后段；8-内机匣衬套后段；10-大气环境；11-外隔热腔前段；12-排气通道前段；13-第一气膜孔；14-排气通道后段；15-外隔热腔后段；16-内隔热腔前段；17-内隔热腔后段。
具体实施方式
下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本方案的保护范围。
实施例1
核心机是燃气轮机燃气发生器最重要的组成部分，核心机也是发动机系统中温度最高、压力最大、转速最高的组件和系统，据统计，发动机研制过程中80%以上的技术问题都与核心机密切相关，所以核心机的掌握程度是新发动机研制能否成功的关键。通过核心机试验，不仅能够大幅降低整机的研制风险，而且能够大大缩短整机的研制周期。核心机包含高压压气机、燃烧室、高压涡轮、进气机匣和排气机匣等部件。
排气机匣处的工作温度较高，而随着核心机的发展，其功率也逐渐变高，而现有的设计领域中的排气机匣隔热以及散热效果逐渐无法满足更高功率的核心机的需求，因此，有必要设计一种能够对排气机匣进行隔热保护。
为了解决上述提出的对排气机匣进行隔热保护的问题，本实施例设计了一种燃气轮机核心机的排气机匣结构，如图1至图3所示，排气机匣结构包括机匣组件和隔热组件。
所述机匣组件包括有外机匣主体2、内机匣主体6和管状连接体1等部件，外机匣主体2和内机匣主体6均为圆环形结构，在外机匣主体2和内机匣主体6之间连接有六个管状连接体1，内机匣主体6同轴的设置于外机匣主体2的内侧，六个管状连接体1以内机匣主体6的轴心为中心呈环向分布状。管状连接体1的内外两端分别与内机匣主体6和外机匣主体2连接；在外机匣主体2与内机匣主体6之间形成有用于核心机尾部排气的排气通道，燃烧室产生的尾气能够从排气通道的前侧流入，然后从排气通道的后侧流出。
管状连接体1可以呈翼形结构，该管状连接体1内设置有管腔通道101，该管腔通道101将外机匣主体2的外侧和内机匣主体6的内侧进行连通。
所述隔热组件包括有外机匣衬套、内机匣衬套和隔热罩5等部件。
所述外机匣主体2的外侧连通大气环境10，在外机匣主体2的内侧间隔设置有外机匣衬套；从而在所述外机匣衬套与外机匣主体2之间形成有外隔热腔，在外机匣主体2上环布有若干外送气孔201，从而使得外隔热腔能够通过该外送气孔201和相应的管道与外台架气源连通，该外台架气源为气压高于排气通道和大气环境的空气源结构。在外机匣衬套上设置有若干第三气膜孔，该第三气膜孔呈斜孔状，并朝向排气通道的后方倾斜，在外台架气源中的空气通过外送气孔201进入外隔热腔后，该外隔热腔中的空气又能够通过外机匣衬套上的第三气膜孔喷入到排气通道内并形成第三隔热气膜；并且位于该外机匣衬套内侧的第三隔热气膜能够对外机匣衬套进行隔热保护和散热，同时外隔热腔中的气流也能够对外机匣主体2进行散热和隔热保护。
位于管状连接体1前侧的外机匣衬套的一个区段沿排气通道的排气方向向外折弯，而位于管状连接体1前侧的内机匣衬套的一个区段沿排气通道的排气方向向内折弯，从而使得排气通道形成了一个扩口段，该扩口段能够对管状连接体1前侧排气通道中的气压进行降压，从而避免排气通道中的气流通过外机匣衬套上的第三气膜孔反向进入外隔热腔的情况发生。同时，也能够使得外隔热腔对应于扩口段的区段呈收口状，从而保证外机匣衬套内侧第三隔热气膜的形成。
所述外机匣衬套包括有外机匣衬套前段3和外机匣衬套后段7；外机匣衬套前段3与外机匣衬套后段7可拆卸连接，具体可连接方式可以是螺栓连接方式；外机匣衬套向外弯折的区段的位置可以位于外机匣衬套前段3的后部。所述隔热罩5的外端位于外机匣衬套前段3与外机匣衬套后段7的连接处。外机匣衬套前段3与外机匣主体2之间构成的空间即为外隔热腔前段11，外机匣衬套后段7与外机匣主体2之间构成的空间即为外隔热腔后段15；外隔热腔前段11和外隔热腔后段15相互连通并共同构成所述外隔热腔。
所述内机匣主体6的内侧连通大气环境10，在内机匣主体6的外侧间隔设置有内机匣衬套；从而在所述内机匣衬套与内机匣主体6之间形成有内隔热腔，内隔热腔能够通过隔热罩与管状支撑体之间的通道与外隔热腔连通，进而与外台架气源连通。在内机匣衬套上也设置有若干第一气膜孔13，该第一气膜孔13呈斜孔状，并朝向排气通道的后方倾斜，在空气进入内隔热腔后，该内隔热腔中的空气又能够通过内机匣衬套上的第一气膜孔13喷入到排气通道内并形成第一隔热气膜；并且位于该内机匣衬套外侧的第一隔热气膜能够对内机匣衬套进行隔热保护和散热，同时内隔热腔中的气流也能够对内机匣主体6进行散热和隔热保护。
扩口段能够避免排气通道中的气流通过内机匣衬套上的第一气膜孔13反向进入内隔热腔的情况发生。同时，也能够使得内隔热腔对应于扩口段的区段呈收口状，从而保证内机匣衬套外侧第一隔热气膜的形成。
所述内机匣衬套包括有内机匣衬套前段4和内机匣衬套后段8；内机匣衬套前段4与内机匣衬套后段8可拆卸连接，具体可连接方式可以是螺栓连接方式；内机匣衬套向内弯折的区段的位置可以位于内机匣衬套前段4的后部；所述隔热罩5的内端位于内机匣衬套前段4与内机匣衬套后段8的连接处。内机匣衬套前段4与内机匣主体6之间构成的空间即为内隔热腔前段16，内机匣衬套后段8与内机匣主体6之间构成的空间即为内隔热腔后段17；内隔热腔前段16和内隔热腔后段17相互连通并共同构成所述内隔热腔。
在管状连接体1外套设有隔热罩5，所述隔热罩5与管状连接体1间隔布置，且隔热罩5的内外端分别与外机匣衬套和内机匣衬套相接；在隔热罩5上设置有若干第二气膜孔501，外隔热腔和内隔热腔中的空气能够流动至隔热罩5与管状连接体1之间的通道处，并从第二气膜孔501上喷入排气通道内，以在隔热罩5靠近排气通道的一侧形成第二隔热气膜。隔热罩5的内端和外端从隔热罩5的内侧向隔热罩5的外侧翻出，从而形成能够与内机匣衬套和外机匣衬套对应的卡接口，从而方便于内机匣衬套和外机匣衬套与隔热罩5的连接，以及隔热罩5位置的定位，保证隔热罩5与管状连接体1无接触，且两者之间的通道大小均匀。
实施例2
核心机包含高压压气机、燃烧室、高压涡轮、进气机匣和排气机匣等部件。其中，排气机匣在现有的设计领域中往往采用的是铸件结构，由于铸件结构本身生产工艺往往会包括造型与制芯、熔化与浇注等步骤，使得通过铸件方式生产的排气机匣存在加工周期长、耗费高、成本昂贵等问题，并且排气机匣在相关的性能试验过程中，若性能无法达到要求，则需要将排气机匣整体更换，造成排气机匣成为了一次性试验件，性价比低。并且整体铸造的方式，也存在生产效率低，以及合格率低的问题。
为了解决上述问题，如图1至图3所示，本实施例中的所述机匣组件包括有外机匣主体2、内机匣主体6和管状连接体1，三者以焊接的方式连接；所述内机匣主体6同轴的设置于外机匣主体2的内侧，且两者之间通过所述管状连接体1相连；外机匣主体2与内机匣主体6之间形成有用于核心机尾部排气的排气通道。
经我司技术人员分析研究，发现：管状连接体1的部分不需要承担核心机在试验过程中的整体负荷，虽然排气机匣采用铸件方式生产后的一体性和结构强度均更高，但是管状连接体1所需承担的负荷远远低于排气机匣铸件的实际值，因此，而其负面效果的影响更大，因此，本实施例中以及实施例1中的机匣组件均采用管状连接体1焊接连接外机匣主体2和内机匣主体6的结构。在满足管状连接体1所需支撑负荷要求的同时，可以通过外机匣主体2、内机匣主体6、管状连接体1等部件组合的方式，使得三者中的部分零件具有通用性，即是：可以生产复数个不同尺寸或不同形状的外机匣主体2、内机匣主体6和管状连接体1等部件，外机匣主体2、内机匣主体6和管状连接体1三个部件可以分别以铸件方式进行生产，然后将不同尺寸或不同形状的外机匣主体2、内机匣主体6和管状连接体1进行组合，从而降低机匣组件制造时间，进而降低机匣组件试验过程中的制造成本。
所述管状连接体1的外端的管沿处设置有外焊接部103，该外焊接部103伸出外机匣主体2外侧并与外机匣主体2焊接连接，焊接位置位于外机匣主体2外侧；所述管状连接体1的内端的管沿处设置有内焊接部102，该内焊接部102伸出入内机匣主体6内侧并与内机匣主体6焊接连接，焊接位置位于内机匣主体6内侧。由于管状连接体1与外机匣主体2和内机匣主体6焊接连接时，具有较为宽敞的焊接操作空间，能够提高焊接质量，同时也降低焊接人员的焊接技能的要求。
上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：包括机匣组件和隔热组件；
所述机匣组件包括有外机匣主体（2）、内机匣主体（6）和管状连接体（1）；所述内机匣主体（6）同轴的设置于外机匣主体（2）的内侧，且两者之间通过所述管状连接体（1）相连；外机匣主体（2）与内机匣主体（6）之间形成有用于核心机尾部排气的排气通道；
所述隔热组件包括有外机匣衬套、内机匣衬套和隔热罩（5）；外机匣衬套间隔设置于外机匣主体（2）的内侧，所述内机匣衬套设置于内机匣主体（6）的外侧；外机匣衬套上设置有第三气膜孔，空气从第三气膜孔进入排气通道时，能够在外机匣衬套靠近排气通道的一侧形成第三隔热气膜；内机匣衬套上设置有第一气膜孔（13），空气从第一气膜孔（13）进入排气通道时，能够以在内机匣衬套靠近排气通道的一侧形成第一隔热气膜；所述隔热罩（5）间隔的套设在管状连接体（1）外，且隔热罩（5）的内外端分别与外机匣衬套和内机匣衬套相接；在隔热罩（5）上设置有若干第二气膜孔（501），空气从第二气膜孔（501）进入排气通道时，能够在隔热罩（5）靠近排气通道的一侧形成第二隔热气膜。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：所述外机匣主体（2）的外侧连通大气环境（10）；所述外机匣衬套与外机匣主体（2）之间形成有外隔热腔；该外隔热腔与外台架气源连通；外隔热腔中的空气能够从第三气膜孔处喷入排气通道内并形成第三隔热气膜。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：所述内机匣主体（6）的内侧连通大气环境（10）；所述内机匣衬套与内机匣主体（6）之间形成有内隔热腔；该内隔热腔通过管状连接体（1）与隔热罩（5）之间的通道与外隔热腔连通，以连通外台架气源；内隔热腔中的空气能够从第一气膜孔（13）处喷入排气通道内并形成第一隔热气膜。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：外机匣衬套与外机匣主体（2）之间形成有外隔热腔，所述内机匣衬套与内机匣主体（6）之间形成有内隔热腔；隔热罩（5）与管状连接体（1）之间的通道内的空气，能够从第二气膜孔（501）喷入排气通道内并形成第二隔热气膜。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：排气通道具有扩口段；在扩口段处，所述外机匣衬套沿排气通道的排气方向向外折弯，所述内机匣衬套沿排气通道的排气方向向内折弯；所述隔热罩（5）位于扩口段的后部位置。
6.根据权利要求5所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：所述外机匣衬套包括有外机匣衬套前段（3）和外机匣衬套后段（7）；外机匣衬套前段（3）与外机匣衬套后段（7）可拆卸连接；外机匣衬套前段（3）的后部向外折弯，所述隔热罩（5）位于外机匣衬套前段（3）与外机匣衬套后段（7）的连接处。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：外机匣衬套与外机匣主体（2）之间的外隔热腔中，对应于扩口段的区段呈收口状。
8.根据权利要求5所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：所述内机匣衬套包括有内机匣衬套前段（4）和内机匣衬套后段（8）；内机匣衬套前段（4）与内机匣衬套后段（8）可拆卸连接；内机匣衬套前段（4）的后部向内折弯，所述隔热罩（5）位于内机匣衬套前段（4）与内机匣衬套后段（8）的连接处。
9.根据权利要求8所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：内机匣衬套与内机匣主体（6）之间的内隔热腔中，对应于扩口段的区段呈收口状。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的燃气轮机核心机的排气机匣结构，其特征在于：所述管状连接体（1）的外端的管沿处设置有外焊接部（103），该外焊接部（103）伸出外机匣主体（2）外侧并与外机匣主体（2）焊接连接，焊接位置位于外机匣主体（2）外侧；所述管状连接体（1）的内端的管沿处设置有内焊接部（102），该内焊接部（102）伸出入内机匣主体（6）内侧并与内机匣主体（6）焊接连接，焊接位置位于内机匣主体（6）内侧。
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