CN114962338B - 一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构及其装配方法，涉及压气机技术领域，解决了现有整体机匣加工困难、周期长以及静子叶片不方便更换的技术问题，其包括外壳机匣，在所述外壳机匣的内部设置有多个静子内环，每个静子内环与外壳机匣之间均设置有多个径向限位用的叶片，每个所述的叶片的一端分别可拆卸连接在静子内环上，且每个叶片的另一端分别抵接在外壳机匣的内壁上，多个叶片的一端与静子内环卡接，其另一端分别抵接在外壳机匣的内壁上，后续发现单个零部件损坏则可将其取出，单独更换新的零件即可，无需因具局部损坏而更换整体。

Description

一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构及其装配方法
技术领域
本发明涉及压气机技术领域，更具体的是涉及一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构及其装配方法技术领域。
背景技术
目前，无人机或飞行器正朝着小型化、智能化发展，相应的要求发动机也要越来越小，小型涡喷发动机可作为导弹、靶机、小型无人机的动力，也可作为大型飞机的辅助动力装置(APU)，在航空领域有广阔的应用。
在小型涡喷发动机的加工制造过程中，发动机机匣构件是涡喷发动机加工制造的重点也是难点之一，当前，小型涡喷发动机多级轴流压气机静子机匣结构中各个静子叶片与机匣的内外环多是一体加工成型，其加工成本高，周期长，加工难度极大，加工过程容错率低，并且高压比、强负荷影响，当静子叶片发生故障时需要连带更换机匣，且多级机匣法兰边螺栓数量多，装配效率低。
因此，提出新的一种适用于涡喷发动机的静子叶片与机匣可拆卸的结构，以解决，静子叶片不方便更换的问题。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构及其装配方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构，包括外壳机匣，在所述外壳机匣的内部设置有多个静子内环、且多个静子内环沿外壳机匣的轴线等间距分布；
每个静子内环与外壳机匣之间均设置有多个径向限位用的叶片，且多个叶片沿静子内环的外圈上沿其周向等间距分布，每个所述的叶片的一端分别可拆卸连接在静子内环上，且每个叶片的另一端分别抵接在外壳机匣的内壁上；
其中，多个径向限位用的叶片包括普通叶片和传扭叶片，普通叶片将静子内环径向支撑在外壳机匣中，而传扭叶片则沿静子内环的轴线呈前后交错排布、以限制相邻两静子内环上的多个普通叶片的周向转动。
进一步的，所述叶片的底部设置有定位板，所述叶片与定位板为一体成型，所述定位板的底部具有与静子内环的外圈紧密贴合的内凹的弧形面。
进一步的，在所述静子内环的外环面上沿其周向设置有多个定位块，所述定位块与静子内环一体成型，且相邻两定位块之间具有供定位板限位用的配合槽。
进一步的，在所述叶片的顶部设置有顶板，所述顶板与叶片一体成型，且顶板与外壳机匣内壁接触的一面为弧形面，且顶板的弧形面紧密贴合在外壳机匣的内壁上。
进一步的，所述静子内环设置有三个。
进一步的，所述外壳机匣与叶片之间、以及静子内环与叶片之间均为间隙配合。
进一步的，在顶板上具有呈环形的卡块，所述外壳机匣内具有配合卡块的配合槽。
一种涡喷发动机的分体式静子机匣装配方法，其装配步骤如下：
S1：将叶片、顶板和定位板三个部件构成一个整体的叶片组件；
S2:由工装夹具上将三个静子内环予以夹持，再将与之对应的叶片组件中的定位板卡接在与之对应的静子内环的体表上，使其静子内环与叶片组件为一体，且多个叶片组件呈圆周阵列分布于静子内环的体表上；
S3：将装配为一体的静子内环与叶片组件通过工装夹具抓取、由外壳机匣一端、沿其轴线方向推入至外壳机匣内，叶片组件中的顶板上具有呈环形的卡块则卡接在外壳机匣的配合槽中，对静子内环推入外壳机匣内后轴向限位，再由多个叶片组件对静子内环在外壳机匣的径向限位；
S4：将其余两个装配为一体的静子内环与叶片组件通过工装夹具抓取、并沿外壳机匣的另一端、且沿其轴线方向依次推入至外壳机匣内，直至不在移动，则完成静子内环、叶片组件和外壳机匣组装。
进一步的，在S3步骤中，相邻两静子内环上的两个叶片组件之间紧密贴合。
进一步的，在S1步骤中，所述的叶片与顶板、以及叶片与定位板分别通过造方式一体成型。
本发明的有益效果如下：
1.为了解决现有整体机匣加工困难、周期长以及静子叶片不方便更换的问题，因此设计了新的分体式静子机匣结构，具体由三个大体部分构成，外壳机匣、叶片和静子内环，其中，外壳机匣和静子内环均为筒状一体结构，静子内环位于外壳机匣内，两者轴心重合，为了确保二者的轴心重合不会偏移，因此设计叶片，其多个叶片均位于外壳机匣与静子内环之间，限制静子内环在外壳机匣内径向活动；同时，多个叶片的一端与静子内环卡接，其另一端分别抵接在外壳机匣的内壁上，后续发现单个零部件损坏则可将其取出，单独更换新的零件即可，无需因具局部损坏而更换整体。
2.为了增大叶片与静子内环的受力面积，定位板的底部具有与静子内环的外圈紧密贴合的内凹的弧形面，为了使得静子内环在外壳机匣内轴向安装时便于对其定位，在静子内环的外环面上沿其周向设置有多个定位块。
3.外壳机匣与叶片之间、以及静子内环与叶片之间均为间隙配合，代替焊接或铆接等固定方式，其内部可以释放热应力提供给更多空间，同时便于拆卸。
4.在顶板上具有呈环形的卡块，外壳机匣内具有配合卡块的配合槽，当顶板的凸起部分进入外壳机匣的配合槽中时，其卡块部分则抵接在配合槽内径中，继而限制顶板继续沿其轴线活动。
5.采用分体式结构后，叶片在承受高温载荷时可以释放大部分温度应力，可以实现其静子功能的同时提升了结构的可靠性，同时采用精铸加工，金属耐温性能更好，变形量更小。
6.模具确定后铸造周期大大缩短，现有静子内环、叶片组件和外壳机匣三个大部件构成，最终装配为一个整体，相比于原先一体化将零件在五轴切削加工整体的时间成本大大缩短。
7.若原有机匣的叶片发生外物击打或其他原因导致损坏时，整体加工的机匣报废率高，采用本结构仅需将外壳拆除将机匣抽出，更换受损的叶片组件后重新装配即可，因此在维修成本方面远远优于原整体加工的结构。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的侧面结构示意图；
图3是本发明的图2中A-A处剖面结构示意图；
图4是本发明的叶片组件结构示意图；
图5是本发明的叶片组件结构中开槽后的结构示意图；
图6是本发明的叶片组件的结构示意图。
附图标记：1-外壳机匣、2-顶板、3-叶片、4-定位板、5-叶片组件、6-静子内环、7-定位块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1到6所示，本实施例提供一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构，包括外壳机匣1，在所述外壳机匣1的内部设置有多个静子内环6、且多个静子内环6沿外壳机匣1的轴线等间距分布；
每个静子内环6与外壳机匣1之间均设置有多个径向限位用的叶片3，且多个叶片3沿静子内环6的外圈上沿其周向等间距分布，每个所述的叶片3的一端分别可拆卸连接在静子内环6上，且每个叶片3的另一端分别抵接在外壳机匣1的内壁上；
其中，多个径向限位用的叶片3包括普通叶片和传扭叶片，普通叶片将静子内环6径向支撑在外壳机匣1中，而传扭叶片则沿静子内环6的轴线呈前后交错排布、以限制相邻两静子内环6上的多个普通叶片的周向转动。
本实施例中，为了解决整体机匣加工困难、周期长以及静子叶片不方便更换的问题，因此设计了新的分体式静子机匣结构，具体由三个大体部分构成，外壳机匣、叶片和静子内环，其中，外壳机匣1和静子内环均为筒状一体结构，静子内环位于外壳机匣1内，两者轴心重合，为了确保二者的轴心重合不会偏移，因此设计叶片，其多个叶片均位于外壳机匣1与静子内环6之间，并在静子内环6的外圈上沿其周向等间距分布，继而限制静子内环在外壳机匣内径向活动；同时，多个叶片的一端与静子内环6卡接，其另一端分别抵接在外壳机匣1的内壁上，后续发现单个零部件损坏，则可将其取出，单独更换新的零件即可，无需因具局部损坏而更换整体。
实施例2：
本实施例基于上一实施例的基础上开展，如图4所示，为了增大叶片3与静子内环6的受力面积，叶片3的底部设置有定位板4，叶片3与定位板4为一体成型，定位板4的底部具有与静子内环6的外圈紧密贴合的内凹的弧形面41，其定位板4底部的弧形面41抵接在叶片3外圈表面。
如图4所示，为了使得静子内环6在外壳机匣1内轴向安装时便于对其定位，在静子内环6的外环面上沿其周向设置有多个定位块7，定位块7与静子内环6一体成型，且相邻两定位块7之间具有供定位板4限位用的配合槽，如图3所示，为了增大与叶片3与外壳机匣1接触面，因此在叶片3的顶部设置有顶板2，顶板2与叶片3一体成型，且顶板2与外壳机匣1内壁接触的一面为弧形面，且顶板2的弧形面紧密贴合在外壳机匣1的内壁上。
如图3所示，静子内环6设置有三个，分别为a\b\c三个，其a\b\c三个静子内环均为筒状一体结构，完全组成一环后通过工装推入外壳机匣1中，通过外壳机匣1上的前后法兰边与前后的机匣连接，将叶片固定并增大传递扭矩的作用。
如图3所示，外壳机匣1与叶片3之间、以及静子内环6与叶片3之间均为间隙配合，代替焊接或铆接等固定方式，其内部可以释放热应力。
如图6可见，在顶板2上具有呈环形的卡块，外壳机匣1内具有配合卡块的配合槽，当顶板2的凸起部分22进入外壳机匣1的配合槽中时，其卡块部分21则抵接在配合槽内径中，继而限制顶板2继续沿其轴线活动。
实施例3：
一种涡喷发动机的分体式静子机匣装配方法，其装配步骤如下：
S1：将叶片3、顶板2和定位板4三个部件构成一个整体的叶片组件5；
S2:由工装夹具上将三个静子内环6予以夹持，并将与之对应的叶片组件5中的定位板4卡接在与之对应的静子内环6的体表上，使其静子内环(6)与叶片组件(5)为一体，且多个叶片组件(5)呈圆周阵列分布于静子内环(6)的体表上；
S3：将装配为一体的静子内环6与叶片组件5通过工装夹具抓取、由外壳机匣1一端、沿其轴线方向推入至外壳机匣1内，叶片组件5中的顶板2上具有呈环形的卡块则卡接在外壳机匣1的配合槽中，由对静子内环6推入外壳机匣11内后轴向限位，再由多个叶片组件5对静子内环6在外壳机匣1的径向限位；
S4：将其余两个装配为一体的静子内环6与叶片组件5通过工装夹具抓取、并沿外壳机匣1的另一端、且沿其轴线方向依次推入至外壳机匣1内，直至不再移动，则完成静子内环6、叶片组件5和外壳机匣1组装。
在S3的步骤中，相邻两静子内环6上的两个叶片组件5之间紧密贴合。
叶片3与顶板2、以及叶片3与定位板4分别通过铸造方式一体成型。
综上所述，本发明提供的小型涡喷发动机多级轴流分体式静子机匣相对于传统航空发动机或导弹发动机的整体式压气机机匣，具有如下优点：
一.结构本身：
采用分体式结构后，叶片在承受高温载荷时可以释放大部分温度应力，可以实现其静子功能的同时提升了结构的可靠性，同时采用精铸加工，金属耐温性能更好，变形量更小。
二.制造周期方面：
模具确定后铸造周期大大缩短，现有静子内环6、叶片组件5和外壳机匣1三个大部件构成，最终装配为一个整体，相比于原先一体化将零件在五轴切削加工整体的时间成本大大缩短。
三.维修方面：
若原有机匣的叶片发生外物击打或其他原因导致损坏时，整体加工的机匣报废率高，采用本结构仅需将外壳拆除将机匣抽出，更换受损的叶片组件5后重新装配即可，因此在维修成本方面远远优于原整体加工的结构。
四.成本方面：
整体来讲，采用新结构、新工艺，不管是原材料投入还是制造周期均减少，因此成本相对原结构降低，具有竞争优势，降低了原材料的加工步骤，此前需要削切方式进行加工零件整体，其工艺相对复杂，现将静子内环6、叶片组件5和外壳机匣1三个大部件构成单独加工，最终通过组装方式安装在一起，并提供具体的装配方式，从前期的单个小零部件加工到后期的装配更为便捷。

Claims (8)

1.一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构，其特征在于，包括外壳机匣(1)，在所述外壳机匣(1)的内部设置有多个静子内环(6)、且多个静子内环(6)沿外壳机匣(1)的轴线等间距分布；
每个静子内环(6)与外壳机匣(1)之间均设置有多个径向限位用的叶片(3)，且多个叶片(3)沿静子内环(6)的外圈上沿其周向等间距分布，每个所述的叶片(3)的一端分别可拆卸连接在静子内环(6)上，且每个叶片(3)的另一端分别抵接在外壳机匣(1)的内壁上
其中，多个径向限位用的叶片(3)包括普通叶片和传扭叶片，普通叶片将静子内环(6)径向支撑在外壳机匣(1)中，而传扭叶片则沿静子内环(6)的轴线呈前后交错排布、以限制相邻两静子内环(6)上的多个普通叶片的周向转动；
所述叶片(3)的底部设置有定位板(4)，所述叶片(3)与定位板(4)为一体成型，所述定位板(4)的底部具有与静子内环(6)的外圈紧密贴合的内凹的弧形面；
在所述静子内环(6)的外环面上沿其周向设置有多个定位块(7)，所述定位块(7)与静子内环(6)一体成型，且相邻两定位块(7)之间具有供定位板(4)限位用的配合槽。
2.根据权利要求1所述的一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构，其特征在于，在所述叶片(3)的顶部设置有顶板(2)，所述顶板(2)与叶片(3)一体成型，且顶板(2)与外壳机匣(1)内壁接触的一面为弧形面，且顶板(2)的弧形面紧密贴合在外壳机匣(1)的内壁上。
3.根据权利要求1所述的一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构，其特征在于，所述静子内环(6)设置有三个。
4.根据权利要求1所述的一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构，其特征在于，所述外壳机匣(1)与叶片(3)之间、以及静子内环(6)与叶片(3)之间均为间隙配合。
5.根据权利要求2所述的一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构，其特征在于，在顶板(2)上具有呈环形的卡块，所述外壳机匣(1)内具有配合卡块的配合槽。
6.一种涡喷发动机的分体式静子机匣装配方法，其特征在于，根据权利要求1-5任一项所述的一种涡喷发动机的分体式静子机匣结构进行装配步骤如下：
S1：将叶片(3)、顶板(2)和定位板(4)三个部件构成一个整体的叶片组件(5)；
S2:由工装夹具上将三个静子内环(6)予以夹持，并将与之对应的叶片组件(5)中的定位板(4)卡接在与之对应的静子内环(6)的体表上，使其静子内环(6)与叶片组件(5)为一体，且多个叶片组件(5)呈圆周阵列分布于静子内环(6)的体表上；
S3：将装配为一体的静子内环(6)与叶片组件(5)通过工装夹具抓取、由外壳机匣(1)一端、沿其轴线方向推入至外壳机匣(1)内，叶片组件(5)中的顶板(2)上具有呈环形的卡块则卡接在外壳机匣(1)的配合槽中，由对静子内环(6)推入外壳机匣(1)内后轴向限位，再由多个叶片组件(5)对静子内环(6)在外壳机匣(1)进行径向限位；
S4：将其余两个装配为一体的静子内环(6)与叶片组件(5)通过工装夹具抓取、并沿外壳机匣(1)的另一端、且沿其轴线方向依次推入至外壳机匣(1)内，直至不再移动，则完成静子内环(6)、叶片组件(5)和外壳机匣(1)组装。
7.根据权利要求6所述的一种涡喷发动机的分体式静子机匣装配方法，其特征在于，在S3的步骤中，相邻两静子内环(6)上的两个叶片组件(5)之间紧密贴合。
8.根据权利要求6所述的一种涡喷发动机的分体式静子机匣装配方法，其特征在于，在S1步骤中，所述的叶片(3)与顶板(2)、以及叶片(3)与定位板(4)均通过铸造方式一体成型。
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