CN114962010A - 承力机匣和航空发动机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种承力机匣和航空发动机。其中，承力机匣包括：包括：外机匣；内机匣；承力支板，设置在外机匣与内机匣之间；以及变频器，设于承力支板，其包括壳体和质量块；其中，壳体固定设置于承力支板，质量块可移动地设于壳体。通过在承力支板上设置变频器，变频器包括壳体和质量块，质量块相对于壳体的位置改变使得承力支板的自身质量分布发生改变，继而改变承力机匣的固有频率，从而主动避开共振点，消除共振，提高承力机匣的使用寿命。

Description

承力机匣和航空发动机

技术领域

本公开涉及一种承力机匣和航空发动机。

背景技术

这里的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

承力机匣广泛应用于机械工业领域，比如航空发动机、燃气轮机、蒸汽机等，用于为转子部件提供包容结构，并承担来自轴承的载荷。在现代航空发动机中，承力机匣通常分为内机匣和外机匣两层结构，并通过一组周向分布的支板连接内外机匣，从而使内部支撑轴承的载荷得以从内机匣沿支板传递到外机匣，并最终传递到飞机机翼。在工作过程中，由于承受流道内气流激振或机匣椭圆度引起的激励，承力支板经常会发生强迫共振，一旦发生共振，将会产生很大的安全性危害，比如支板产生裂纹甚至断裂等，从而导致事故甚至灾难的发生。因此承力机匣的频率调节设计或减振设计在涡轮发动机研制过程中值得关注。

承力机匣在研制过程中的频率调节是指通过改变筒壁或支板等结构、材料、支撑方式等改变承力机匣的固有频率，使得承力机匣在压气机或涡轮的工作转速范围内避开所有的共振点。这是理想中的设计，但现实情况是，承力机匣由于具有很多阶频率，考虑到压气机或涡轮的性能要求，各阶频率往往无法做到所有的工作状态下都能避开所有的激励频率。尤其是承力机匣中的承力支板，在振动状态下，变形较大，更容易产生裂纹甚至断裂，导致整个承力机匣失效。

发明内容

经发明人研究发现，相关技术中的承力机匣存在容易共振变形、使用寿命不高的技术问题。

有鉴于此，本公开实施例提供一种承力机匣和航空发动机，能够改变承力机匣的频率，主动避开共振点，提高承力机匣的使用寿命。

根据本公开的一些实施例提供的一种承力机匣，包括：外机匣；内机匣；承力支板，设置在外机匣与内机匣之间；以及变频器，设于承力支板，其包括壳体和质量块；其中，壳体固定设置于承力支板，质量块可移动地设于壳体。

在一些实施例中，质量块相对于壳体的移动方向被配置为与外机匣的径向一致。

在一些实施例中，变频器还包括弹簧，质量块通过与弹簧连接滑动设置在壳体的内腔内。

在一些实施例中，质量块和弹簧均位于壳体的内腔内，弹簧一端连接壳体的第一内端面，另一端连接质量块。

在一些实施例中，壳体设有与壳体的内腔相通的引气孔，被配置为引气以调整质量块在壳体的内腔内的相对位置。

在一些实施例中，引气孔形成于在壳体的第二内端面，第二内端面远离弹簧。

在一些实施例中，壳体的内腔内靠近引气孔的一侧形成有对质量块进行限位的限位台阶。

在一些实施例中，还包括与引气孔相通的引气管，和/或设置于引气孔的气阀。

在一些实施例中，承力支板具有与外机匣贯通的内腔，变频器位于承力支板的内腔中。

根据本公开的一些实施例提供的一种航空发动机，包括前述承力机匣。

因此，根据本公开实施例，通过在承力支板上设置变频器，变频器包括壳体和质量块，质量块相对于壳体的位置改变使得承力支板的自身质量分布发生改变，继而改变承力机匣的固有频率，从而主动避开共振点，消除共振，提高承力机匣的使用寿命。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是本公开承力机匣的一些实施例的结构示意图；

图2是本公开承力机匣的一些实施例中变频器安装在承力支板上的结构示意图；

图3是本公开承力机匣的一些实施例中壳体的结构示意图；

图4是本公开承力机匣的一些实施例中质量块的结构示意图；

图5是本公开承力机匣的一些实施例中弹簧的结构示意图；

图6和图7分别是本公开承力机匣的一些实施例中质量块处于壳体内不同位置时的剖视图。

附图标记说明

1、外机匣；2、内机匣；3、承力支板；4、变频器；5、壳体；6、质量块；7、弹簧；8、引气孔。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1所示，承力机匣是由外机匣1、内机匣2和承力支板3组成，其固有频率是依据其结构形式和工作条件而确定的。由于承力机匣自身的固有频率是确定的，所以其一旦发生共振而工作条件没有发生改变的话，承力机匣就会一直处于共振状态，长时间处于共振状态会大大降低结构的使用寿命，甚至可能产生裂纹或者发生断裂。

如图1～图7所示，根据本公开的一些实施例提供的一种承力机匣，包括：外机匣1、内机匣2、承力支板3以及变频器4，其中，承力支板3设置在外机匣1与内机匣2之间；变频器4设于承力支板3，其包括壳体5和质量块6；壳体5固定设置于承力支板3，质量块6可移动地设于壳体5。

在该示意性的实施例中，通过在承力支板3上设置变频器4，变频器包括壳体5和质量块6，质量块6相对于壳体5的位置改变，承力支板的质量分布就发生了改变，由于结构的固有频率是与其质量分布密切相关，所以承力机匣的固有频率也就发生了改变，进而也就可以避开共振点，达到消除共振的目的，从而提高承力机匣的使用寿命。

在一些实施例中，变频器为单独加工，通过焊接等方式置于承力机匣的支板内腔中。在一些实施例中，变频器中质量块6的材料与承力机匣相同；在另一些实施例中，变频器中质量块6的材料为能够适应承力机匣工作环境温度的密度较大的异种材料。

如图3所示，壳体5的形状可以有多种，比如长方形、椭圆形、圆形或圆柱形等。如图4所示，质量块6的结构形式可以有多种，比如长方形、圆柱形或球形等。

结合图2、图5以及图6所示，在一些实施例中，质量块6相对于壳体5的移动方向被配置为与外机匣1的径向一致。实验发现，通过调整质量块6的径向位置对实现承力机匣的主动变频控制具有显著效果，具有较高的可实施性。

对于如何实现质量块6可移动地设于壳体5，如图6和图7所示，在一些实施例中，变频器4还包括弹簧7，质量块6通过与弹簧7连接滑动设置在壳体5的内腔内。质量块6的侧面与壳体5的内壁面紧密配合，通过弹簧7来改变质量块6在壳体5内的位置，便于实施。在一些具体的实施例中，质量块6和弹簧7均位于壳体5的内腔内，弹簧7一端连接壳体5的第一内端面，另一端连接质量块6。

如图6和图7所示，在一些实施例中，壳体5设有与壳体5的内腔相通的引气孔8，引气孔8被配置为引气以调整质量块6在壳体5的内腔内的相对位置。如图6所示，在静止状态和正常工作状态下，质量块6在在弹簧7的作用下，位于壳体5的内腔的上半腔；当承力机匣在某些特殊工况下工作时，或由于某些故障使得承力机匣发生共振时，如图7所示，通过引气孔8注入气体，当质量块6上表面所受气体压力大于弹簧7的支撑力时，质量块6就会相对壳体5发生相对位移，见图5所示。此时，由于承力支板的质量分布发生了改变，承力机匣的固有频率也即随之发生改变，远离了激励频率，使得叶片的振动幅值大幅下降，避免了结构共振可能带来的安全性风险。当停止工作后，气体沿引气孔8回流，压力释放，质量块6在弹簧的作用下会重新返回原有位置，承力机匣的固有频率也会重新回到原值。该结构在承力支板发生振动时能够起到阻尼的作用，减小振动变形。

如图6和图7所示，在一些实施例中，承力支板3具有与外机匣1贯通的内腔，变频器4位于承力支板3的内腔中，这样设置由于减少占用空间，也便于气体引入。

如图6和图7所示，在一些实施例中，引气孔8形成于在壳体5的第二内端面，第二内端面远离弹簧7，使得质量块6上表面所受气体压力与弹簧7的弹力相互作用来调节质量块6在内腔的相对位置。

如图6和图7所示，在一些实施例中，壳体5的内腔内靠近引气孔8的一侧形成有对质量块6进行限位的限位台阶，这样便于气体引入作用于质量块6的上表面，保证调整可靠稳定性。

在一些实施例中，承力机匣还包括与引气孔8相通的引气管，和/或设置于引气孔8的气阀，方便气体引入和控制。

根据本公开的一些实施例提供的一种航空发动机，包括前述承力机匣。航空发动机相应地也具有上述有益技术效果。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种承力机匣，其特征在于，包括：

外机匣(1)；

内机匣(2)；

承力支板(3)，设置在所述外机匣(1)与所述内机匣(2)之间；以及

变频器(4)，设于所述承力支板(3)，其包括壳体(5)和质量块(6)；

其中，所述壳体(5)固定设置于所述承力支板(3)，所述质量块(6)可移动地设于所述壳体(5)。

2.根据权利要求1所述的承力机匣，其特征在于，所述质量块(6)相对于所述壳体(5)的移动方向被配置为与所述外机匣(1)的径向一致。

3.根据权利要求1或2所述的承力机匣，其特征在于，所述变频器(4)还包括弹簧(7)，所述质量块(6)通过与所述弹簧(7)连接滑动设置在所述壳体(5)的内腔内。

4.根据权利要求3所述的承力机匣，其特征在于，所述质量块(6)和所述弹簧(7)均位于所述壳体(5)的内腔内，所述弹簧(7)一端连接所述壳体(5)的第一内端面，另一端连接所述质量块(6)。

5.根据权利要求4所述的承力机匣，其特征在于，所述壳体(5)设有与所述壳体(5)的内腔相通的引气孔(8)，被配置为引气以调整所述质量块(6)在所述壳体(5)的内腔内的相对位置。

6.根据权利要求5所述的承力机匣，其特征在于，所述引气孔(8)形成于在所述壳体(5)的第二内端面，所述第二内端面远离所述弹簧(7)。

7.根据权利要求5所述的承力机匣，其特征在于，所述壳体(5)的内腔内靠近所述引气孔(8)的一侧形成有对所述质量块(6)进行限位的限位台阶。

8.根据权利要求5所述的承力机匣，其特征在于，还包括与所述引气孔(8)相通的引气管，和/或设置于所述引气孔(8)的气阀。

9.根据权利要求1所述的承力机匣，其特征在于，所述承力支板(3)具有与所述外机匣(1)贯通的内腔，所述变频器(4)位于所述承力支板(3)的内腔中。

10.一种航空发动机，其特征在于，包括权利要求1～9任一所述的承力机匣。

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