CN115450713B - 一种均匀排气的承力框架组合件结构 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空发动机和燃气轮机的设计领域，为一种均匀排气的承力框架组合件结构，包括外涵机匣和承力框架，承力外环外部同轴设置设有集气环，集气环与承力外环之间设有环形集气腔；航空发动机内部的封严气在到达后承力机匣的位置后，经过承力内环进入到承力支板内，而后经过承力外环进入到环形集气腔，封严气在环形集气腔中流通并汇集，由于只有一组排气管，可以减少飞机外部使用空间，使连接模式更简单更不容易出现损坏泄露等问题。

Description

一种均匀排气的承力框架组合件结构
技术领域
本申请属于航空发动机和燃气轮机的设计领域，特别涉及一种均匀排气的承力框架组合件结构。
背景技术
后承力机匣是发动机的主承力机匣之一，如图1所示，主要由承力框架、轴承座、外涵机匣、封严环和多种管路构成。现有承力机匣要承受低压转子载荷，同时要满足进油、回油、封严气、轴承腔通风等要求。
发动机为后轴承腔封严的气体也要排出，如果封严气体压力高，可以通过盘后等位置流入主流道排出，但如果引来的封严气体压力低，则需要排入大气，而后机匣是后轴承腔位置连接轴承腔和外涵的构件，其支板内部通路可以用于实现排气功能，现有传统方法采用管路连接转子后腔到发动机外，管路需要穿过封严环、框架、外涵机匣多个构件，中间均要设计封严结构，同时由于内外涵温差大，构件之间热变形不协调，也要设计浮动结构和装配定位结构，保证气体的顺利排出且无安全性问题。
现有的排气管路具有如下缺陷：
1）排气管路连接结构复杂，且零件数量多，需要空间大，增加发动机重量。
2）排气管路直径受支板型面限制，支板太宽会影响气动性能，因此排气能力有限。
3）排气管路连接多个构件且可能需要转弯，热变形不协调问题突出，容易在连接位置开裂或浮动位置发生漏气。
4）由于后承力机匣需要传力且保证其他滑油系统和空气系统管路设计要求，排气管路难以在框架支板中均匀分布，容易导致框架温度场不均匀热应力大。
5）当排气面积要求大，管路数量多时，外涵机匣外部的空间将会被多个管接头占据，影响外涵机匣外部其他构件使用。
因此，如何设计结构简单、排气能力强的排气管路是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种均匀排气的承力框架组合件结构，以解决现有技术中排气（结构形式）复杂、排气能力有限的问题。
本申请的技术方案是：一种均匀排气的承力框架组合件结构，包括外涵机匣和与外涵机匣同轴设置的承力框架，所述承力框架包括承力外环、承力支板和承力内环，所述承力支板连接于承力外环和承力内环之间，所述承力外环外部同轴设置设有集气环，所述集气环与承力外环之间设有环形集气腔，所述集气环上外壁上设有与环形集气腔连通的排气管，所述外涵机匣对应排气管的位置处开设有排气接口，所述排气管从排气接口处伸出至外涵机匣外侧；所述承力支板内开设有与环形集气腔连通的排气通道，所述排气通道与航空发动机内部连通；所述承力内环上设有轴承座，所述外涵机匣对应承力支板的位置处开设有连接接口，所述轴承座上设有与进油、回油、引封严气或轴承腔通风气相连的管路，所述管路沿着承力支板的排气通道内部排布、并从连接接口内伸出；所述管路具有多种，不同管路分别设于不同的承力支板内。
优选地，所述承力框架与外涵机匣之间连接有拉杆，所述集气环包括支板头集气板、排大气集气板和管道集气板，所述支板头集气板对应拉杆位置设置，所述排大气集气板对应排气管和管路设置；所述支板头集气板为U型结构，所述支板头集气板开口处对应连接拉杆；所述管道集气板对应管路设置。
优选地，所述管路和排气管对应承力外环的位置处设有浮动封严结构，所述浮动封严结构包括盖板和封严环，所述盖板连接于承力外环的外侧壁上并且盖板套设于管路或排气管上，所述盖板与承力外环之间设有内腔，所述封严环呈几字形并且封严环外侧设于内腔内、内侧从内腔内伸出并套设于管路或排气管上。
优选地，所述排气管上设有双层法兰结构，内层的法兰结构与外涵机匣相连、外层的法兰结构与外部管接头相连。
优选地，所述集气环的外侧壁上伸出有集气台，所述集气台与排气管插接配合。
优选地，所述承力外环的前端设有第一凸台、后端设有第二凸台，所述集气环的前端与第一凸台焊接、后端与第二凸台焊接。
优选地，所述承力内环内侧设有内封严环，所述内封严环与轴承座之间形成转子后集气腔，所述轴承腔内的封严气先进入到转子后集气腔，而后均匀进入多个承力支板中，在环形集气腔中汇聚，通过排气管排出；所述轴承座内部开设有油气腔，所述油气腔的内端与轴承供回油系统相连；所述油气腔外端与管路相连。
本申请的一种均匀排气的承力框架组合件结构，包括外涵机匣和承力框架，承力外环外部同轴设置设有集气环，集气环与承力外环之间设有环形集气腔；航空发动机内部的封严气在到达后承力机匣的位置后，经过承力内环进入到承力支板内，而后经过承力外环进入到环形集气腔，封严气在环形集气腔中流通并汇集，由于只有一组排气管，可以减少飞机外部使用空间，使连接模式更简单更不容易出现损坏泄露等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为背景技术结构示意图；
图2为本申请局部结构示意图；
图3为本申请剖视结构示意图；
图4为本申请环形集气腔整体结构示意图；
图5为本申请浮动封严结构示意图；
图6为本申请排气管的法兰连接结构示意图。
1、外涵机匣；2、承力框架；3、承力外环；4、承力支板；5、承力内环；6、环形集气腔；7、轴承座；8、排气管；9、管路；10、拉杆；11、支板头集气板；12、排大气集气板；13、管道集气板；14、盖板；15、封严环；16、法兰结构；17、集气台；18、第一凸台；19、第二凸台；20、前安装边；21、后安装边；22、内封严环；23、转子后集气腔；24、集气环。
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例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种均匀排气的承力框架组合件结构，如图2、图3所示，包括外涵机匣1和承力框架2，外涵机匣1与承力框架2同轴设置，承力框架2为一体整铸结构，在保证支撑稳定的同时结构简单，承力框架2包括承力外环3、承力支板4和承力内环5，承力支板4连接于承力外环3和承力内环5之间。承力支板4的数量优选为8组。
承力外环3外部同轴设置设有集气环24，集气环24与承力外环3之间设有环形集气腔6，集气环24上外壁上设有与环形集气腔6连通的排气管8，排气管8的数量仅设置为1组，外涵机匣1对应排气管8的位置处开设有排气接口，排气管8从排气接口处伸出至外涵机匣1外侧。
承力支板4内开设有与环形集气腔6连通的排气通道，排气通道与航空发动机内部连通；承力内环5上设有轴承座7，外涵机匣1对应承力支板4的位置处开设有连接接口，轴承座7上设有与进油、回油、引封严气或轴承腔通风气相连的管路9，管路9沿着承力支板4的排气通道内部排布、并从连接接口内伸出。管路9占据对应排气通道空间的一半作用，另一半空间用于流通封严气。
管道的数量均优选为四组，四组管道分别用于进油、回油、引封严气和轴承腔通风气，不同的管道分别设于不同的承力支板4内。并且不同的管道均与轴承座7相连；能够为拉杆10装配提供充足空间，同时保证排气流通面积要求。
航空发动机内部的封严气在到达后承力机匣的位置后，经过承力内环5进入到承力支板4内，而后经过多个承力支板4进入到承力外环3与集齐环24之间形成的环形集气腔6内，封严气在环形集气腔6中流通并汇集，由于只有一组排气管8，可以减少飞机外部使用空间，使连接模式更简单更不容易出现损坏泄露等问题；使得承力外环周向各位置温度保持均匀，同时使得承力外环与航空发动机的内涵温差不大，承力框架上不会产生热变形不协调和温度场不均匀问题；最后通过排气管缓慢排出外涵机匣，实现封严气的稳定排出。
由于仅设置一组排气管8，占用外涵机匣1外部的空间达到最少，外涵机匣1外部能够有足够的空间用于排布附件等其它零件；同时排气管8内部的排气也更加容易引出；当然也可以设置2组或以上排气管8，这就需要将排气管8的外端均连接至一起后再进行引出，相对不便。
由于排气管8处于环形集气腔6的外侧，内部的封严气在环形集气腔6的引导下均会通过排气管8排出，因此排气管8直径不会受到限制，保证排气能力；同时排气管8也不需要进行转弯设计，也不会发生热变形不协调或漏气问题。
结合图4，优选地，承力框架2与外涵机匣1之间连接有拉杆10，拉杆10为斜向拉杆10，承力稳定，拉杆10与承力框架2上的吊耳相连。集气环24包括支板头集气板11、排大气集气板12和管道集气板13，支板头集气板11对应拉杆10位置设置，排大气集气板12对应排气管8和管路9设置，排大气集气板12仅对应设置与排气管8位置，仅有一组；支板头集气板11为U型结构，支板头集气板11开口处对应连接拉杆10，承力外环3能够在支板头集气板11的开口位置设置吊耳，能够为拉杆10装配提供充足空间；管道集气板13对应管路9设置，除去排大气集气板12处的管路9位置，管道集气板13设置有三组。不同腔体周向采用焊接连接。通过设置支板头集齐板11，拉杆10位置也保证了流通面积要求。
优选地，承力外环3的前端设有第一凸台18、后端设有第二凸台19。集气环24的前端向内倾斜设置，倾斜部分与第一凸台18焊接、后端与第二凸台19焊接。通过分别设置第一凸台18和第二凸台19，保证环形集气腔6的封闭性和结构稳定性。
优选地，集气环24的外侧壁上伸出有集气台17，集气台17与排气管8插接配合，集气台17与周围配合形成阶梯结构，这样集气台17处的环形集气腔6厚度较大，便于气流转向流畅；集气台17与排气管8插接配合，可在外涵机匣与集气环24径向变形不一致时，保证一定的径向浮动能力。
如图5所示，优选地，管路9和排气管8对应承力外环3的位置处设有浮动封严结构，浮动封严结构包括盖板14和封严环15，盖板14连接于承力外环3的外侧壁上并且盖板14套设于管路9或排气管8上，盖板14与承力外环3之间设有内腔，封严环15呈几字形并且封严环15外侧设于内腔内、内侧从内腔内伸出并套设于管路9或排气管8上。通过设置盖板14与封严环15配合形成的浮动封严结构，在保证排气管8与管路9浮动量的同时，盖板14与封严环15配合稳定。
如图6所示，优选地，排气管8和管道上设有双层法兰结构16，双层法兰结构16设于浮动封严结构的外侧，内层的法兰结构16与外涵机匣1相连、外层的法兰结构16与外部管接头相连，结构稳定、封闭性较强。
优选地，承力内环5包括前安装边20和后安装边21，前安装边20上设有内封严环22，后安装边21上连接轴承座7，内封严环22与轴承座7之间形成转子后集气腔23，轴承腔内的封严气先进入到转子后集气腔23，而后均匀进入多个承力支板4中，在环形集气腔6中汇聚，通过排气管8排出；轴承座7内部开设有油气腔，油气腔的内端与轴承供回油系统相连；油气腔外端与管路9相连。
通过形成深度较大的转子后集气腔23，能够有效地集中航空发动机低压部件的封严气以进行排出，再通过引封严气引入外部的封严气对低压部件进行封严，实现循环；内封严环22能够有效地起到对转子后集气腔23与周围的分隔作用。
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 (7)

1.一种均匀排气的承力框架组合件结构，包括外涵机匣(1)和与外涵机匣(1)同轴设置的承力框架(2)，所述承力框架(2)包括承力外环(3)、承力支板(4)和承力内环(5)，所述承力支板(4)连接于承力外环(3)和承力内环(5)之间，其特征在于：所述承力外环(3)外部同轴设置设有集气环(24)，所述集气环(24)与承力外环(3)之间设有环形集气腔(6)，所述集气环(24)上外壁上设有与环形集气腔(6)连通的排气管(8)，所述外涵机匣(1)对应排气管(8)的位置处开设有排气接口，所述排气管(8)从排气接口处伸出至外涵机匣(1)外侧；
所述承力支板(4)内开设有与环形集气腔(6)连通的排气通道，所述排气通道与航空发动机内部连通；所述承力内环(5)上设有轴承座(7)，所述外涵机匣(1)对应承力支板(4)的位置处开设有连接接口，所述轴承座(7)上设有与进油、回油、引封严气或轴承腔通风气相连的管路(9)，所述管路(9)沿着承力支板(4)的排气通道内部排布、并从连接接口内伸出；
所述管路(9)具有多种，不同管路(9)分别设于不同的承力支板(4)内。
2.如权利要求1所述的均匀排气的承力框架组合件结构，其特征在于：所述承力框架(2)与外涵机匣(1)之间连接有拉杆(10)，所述集气环(24)包括支板头集气板(11)、排大气集气板(12)和管道集气板(13)，所述支板头集气板(11)对应拉杆(10)位置设置，所述排大气集气板(12)对应排气管(8)和管路(9)设置；所述支板头集气板(11)为U型结构，所述支板头集气板(11)开口处对应连接拉杆(10)；所述管道集气板(13)对应管路(9)设置。
3.如权利要求1所述的均匀排气的承力框架组合件结构，其特征在于：所述管路(9)和排气管(8)对应承力外环(3)的位置处设有浮动封严结构，所述浮动封严结构包括盖板(14)和封严环(15)，所述盖板(14)连接于承力外环(3)的外侧壁上并且盖板(14)套设于管路(9)或排气管(8)上，所述盖板(14)与承力外环(3)之间设有内腔，所述封严环(15)呈几字形并且封严环(15)外侧设于内腔内、内侧从内腔内伸出并套设于管路(9)或排气管(8)上。
4.如权利要求1所述的均匀排气的承力框架组合件结构，其特征在于：所述排气管(8)上设有双层法兰结构(16)，内层的法兰结构(16)与外涵机匣(1)相连、外层的法兰结构(16)与外部管接头相连。
5.如权利要求1所述的均匀排气的承力框架组合件结构，其特征在于：所述集气环(24)的外侧壁上伸出有集气台(17)，所述集气台(17)与排气管(8)插接配合。
6.如权利要求1所述的均匀排气的承力框架组合件结构，其特征在于：所述承力外环(3)的前端设有第一凸台(18)、后端设有第二凸台(19)，所述集气环(24)的前端与第一凸台(18)焊接、后端与第二凸台(19)焊接。
7.如权利要求1所述的均匀排气的承力框架组合件结构，其特征在于：所述承力内环(5)内侧设有内封严环(22)，所述内封严环(22)与轴承座(7)之间形成转子后集气腔(23)，所述轴承腔内的封严气先进入到转子后集气腔(23)，而后均匀进入多个承力支板(4)中，在环形集气腔(6)中汇聚，通过排气管(8)排出；
所述轴承座(7)内部开设有油气腔，所述油气腔的内端与轴承供回油系统相连；所述油气腔外端与管路(9)相连。
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