CN116641761A - 一种导向器及具有导向器的双级高压涡轮结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机技术领域，特别一种导向器及具有导向器的双级高压涡轮结构，包括，冷气接嘴、机匣、带冷却的导向叶片，级间封严环，内环、蜂窝封严环、封严圈、级间封严片。导向叶片上缘板采用挂钩与销钉配合的结构与机匣相连，冷却气通过冷气接嘴实现导向叶片的冷却功能。导向叶片下缘与内环之间的定位结构采用圆柱销插接的形式。将级间封严环设置在导向叶片与内环之间，以满足减少主流燃气泄漏的需求。内环为封闭式集气腔结构，下端设置了预旋喷嘴孔，导向器包括双层蜂窝封严环，其中内蜂窝环直接焊接在内环底部位置上，双层蜂窝封严环采用止口定心，通过螺栓连接固定在内环上。

Description

一种导向器及具有导向器的双级高压涡轮结构

技术领域

本申请属于航空发动机技术领域，特别一种导向器及具有导向器的双级高压涡轮结构。

背景技术

涡轮导向器是由内环、外环组成和一组导向器叶片组成的环形静止叶栅，其功用是使气流的部分热能转变为动能，虽然涡轮导向器是静子件，但工作条件十分恶劣，叶片处于高温燃气流的包围中，工作中受到较大的热应力作用，同时，由于工况不断变化，还承受着冷热疲劳的作用，易于产生疲劳裂纹。在结构设计中，既要使其下属各零件具有足够刚度和强度，避免过大窜动量，又要允许零件在高温时能够自由向3个方向膨胀(径向、轴向、周向)。

对于多级涡轮转子发动机，级间导向器位于两级涡轮之间，由于气流通过导向器时压力降较大，因此导向器内环与转子的之间必须设置可靠的封严结构，导叶内环还需要设计级间封严结构。封严结构设计的目的是为了减少泄漏带来的能量损失，降低发动机耗油率，改善发动机性能，同时提高涡轮部件的可靠性和耐久性。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种导向器，所述导向器位于高压涡轮转子高涡二级盘与高涡一级盘之间的机匣上，包括：

冷气接嘴，安装在机匣具有的引气孔中；

导向叶片，导向叶片的径向外端通过上缘板与机匣固定连接，导向叶片的径向内端通过下缘板与内环连接，导向叶片中具有冷却孔，所述冷却孔通过上缘板的通孔与冷气接嘴联通，所述冷却孔与下缘板的通孔联通；

内环，具有集气环腔，集气环腔的进口处为周向分布的插孔，下缘板通过周向分布的柱状插头与所述插孔插接使下缘板的通孔与集气腔联通；在集气环腔一径向位置处设置多个连接两个集气环腔侧壁面的安装凸台；

蜂窝封严环，蜂窝封严环包括第一蜂窝封严环以及第二蜂窝封严环，第一蜂窝封严环通过螺栓紧固件以及安装凸台的安装孔固定安装在内环上，第二蜂窝封严环焊接在内环末端的安装台面上；

其中，内环靠近高涡一级盘的盘面上具有引气孔和冷却气孔，为高涡二级盘前腔提供冷却空气的预旋喷嘴孔。

优选的是，下缘板与内环之间具有级间封严环，级间封严环安装下缘板与内环之间，级间封严环通过紧固件固定在内环上。

优选的是，所述紧固件包括沉头螺钉以及螺栓，沉头螺钉将级间封严环进行定位，螺栓通过压紧块将级间封严环压紧固定。

优选的是，级间封严环靠近高涡一级盘上具有径向凸起的圆环凸台，所述下缘板具有环槽，级间封严环通过圆环凸台插入所述环槽中使下缘板与级间封严环封严与固定。

优选的是，级间封严环为周向分段结构，在靠近高涡一级盘的一侧，相邻两个级间封严环间隙处具有封堵所述间隙的级间封严环，级间封严环上具有使级间封严环插入的深槽。

优选的是，沉头螺钉通过锁销结构实现防转，螺栓采用锁片实现防转，下缘板具有容纳螺栓的矩形槽。

一种具有导向器的双级高压涡轮结构，其具有所述的导向器，包括高涡一级盘，高涡二级盘以及安装在机匣上、轴向位置位于高涡一级盘与高涡二级盘之间的导向器，高涡一级盘与高涡二级盘之间安装有封严盘，高涡一级盘靠近导向器的端面具有挡板；

其中，挡板具有由朝向导向器方向轴向延伸的第一封严环以及第二封严环，间封严环上具有朝向高涡一级盘方向轴向延伸的第三封严环，下缘板上具有朝向高涡一级盘方向轴向延伸的第四封严环，第三封严环插入第一封严环以及第二封严环之间，第一封严环插入第三封严环与第四封严环之间，形成第一封严结构；

间封严环具有朝向高涡二级盘方向轴向延伸轴向延伸的第五封严环，下缘板上具有朝向高涡二级盘方向轴向延伸的第六封严环，高涡二级盘具有朝向导向器方向轴向延伸的第七封严环，第七封严环插入第五封严环与第六封严环之间，形成第二封严结构；

封严盘上具有第一篦齿结构与第二篦齿结构，第一篦齿结构与第一蜂窝封严环形成第三封严结构；第二篦齿结构与第二蜂窝封严环形成第四封严结构；

第一封严结构、高涡一级盘、导向器以及第三封严结构形成对高涡一级盘冷却的第一环腔，引气孔和冷却气孔将集气环腔的冷气引进第一环腔中；

封严盘与高涡二级盘形成第二环腔，第二环腔具有朝向预旋喷嘴孔的气孔；

第三封严结构、第四封严结构、导向器以及封严盘形成第三环腔，封严盘以及旋喷嘴孔均与第三环腔联通

本申请的优点包括：实现狭小空间下不拆分第二级转子组件的导向器装配与分解；具有良好的级间封严功能；具有良好的抗热变形功能；具有冷却气分配调整与轴向力平衡腔构建功能。

附图说明

图1是本申请一优选实施方式导向器结构示意图；

图2导向器在沉头螺钉处剖视图；

图3是图2的AA剖视图；

图4是图3的BB剖视图；

图5导向器在螺栓处剖视图；

图6是图5的CC剖视图；

图7是图4的P向视图；

图8是具有导向器的双级高压涡轮结构示意图；

图9是具有导向器的双级高压涡轮结构气体流动图。

具体实施方式

为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

如图1-8所示，一种导向器，所述导向器位于高压涡轮转子高涡二级盘110与高涡一级盘100之间的机匣2上，包括：

冷气接嘴1，安装在机匣2具有的引气孔中；

导向叶片3，导向叶片3的径向外端通过上缘板与机匣2固定连接，导向叶片3的径向内端通过下缘板与内环5连接，导向叶片3中具有冷却孔，所述冷却孔通过上缘板的通孔与冷气接嘴1联通，所述冷却孔与下缘板的通孔联通；其中，上缘板采用挂钩与销钉配合的结构与机匣2相连，冷却气通过冷气接嘴2实现导向叶片3的冷却功能。导向叶片3下缘与内环5之间的定位结构采用圆柱销插接的形式。

内环5，具有集气环腔，集气环腔的进口处为周向分布的插孔，下缘板通过周向分布的柱状插头与所述插孔插接使下缘板的通孔与集气腔联通；在集气环腔一径向位置处设置多个连接两个集气环腔侧壁面的安装凸台，所述安装凸台中心具有安装孔，所述安装凸台中心具有安装孔，一种实施方式中集气腔内部设置了36个分体式安装凸台结构，以保证了腔内的冷却气流通面积并增加其结构刚性；

蜂窝封严环6，蜂窝封严环6包括第一蜂窝封严环61以及第二蜂窝封严环62，第一蜂窝封严环61通过螺栓紧固件以及安装凸台的安装孔固定安装在内环5上，第二蜂窝封严环62焊接在内环5末端的安装台面上；

其中，内环5靠近高涡一级盘100的盘面上具有引气孔M和冷却气孔N，为高涡二级盘110前腔提供冷却空气的预旋喷嘴孔P。将内环5与蜂窝封严环6组合形成的内环组件14，利用工装固定在双级转子间，拧紧双级转子的连接紧固件

级间封严环4为周向分段结构，为防止前端其与主通道燃气接触产生高温变形，将其前端结构加厚，增加其结构刚性，同时在其周向设置封严槽，轴向设置封严圈，防止级间封严环4自身的周向间隙以及其与内环5之间的轴向间隙造成主通道燃气泄露，级间封严环4与导向叶片3下缘板，封严圈7及工作叶片下缘板等形成迷宫式的封严结构；

级间封严环4利用沉头螺钉9定位与压紧块11，螺栓12压紧连接两种方式在安装内环5上，沉头螺钉采用锁销10结构实现防转，螺栓采用锁片13实现防转，其轴向定位在导向叶片下缘板矩形槽内。

在一些可选实施方式中，下缘板与内环5之间具有封严装置，为级间封严环4，其中，级间封严环4通过紧固件固定在内环5上。

在一些可选实施方式中，所述紧固件包括沉头螺钉9以及螺栓12，沉头螺钉9将级间封严环4进行定位，螺栓12通过压紧块11分别将级间封严环4压紧固定。

在一些可选实施方式中，级间封严环4上具有径向凸起的圆环凸台，所述下缘板具有环槽，级间封严环4通过圆环凸台插入所述环槽中使下缘板与级间封严环4封严与固定。

级间封严环4为周向分段结构，在靠近高涡一级盘100的一侧，相邻两个级间封严环4间隙处具有封堵所述间隙的级间封严片8，级间封严环4上具有使级间封严片8插入的深槽。

一种具有导向器的双级高压涡轮结构，其具有所述的导向器，包括高涡一级盘100，高涡二级盘110以及安装在机匣2上、轴向位置位于高涡一级盘100与高涡二级盘110之间的导向器，高涡一级盘100与高涡二级盘110之间安装有封严盘120，高涡一级盘100靠近导向器的端面具有挡板130；

其中，挡板130具有由朝向导向器方向轴向延伸的第一封严环b以及第二封严环c，级间封严环4上具有朝向高涡一级盘100方向轴向延伸的第三封严环a，下缘板上具有朝向高涡一级盘100方向轴向延伸的第四封严环d，第三封严环a插入第一封严环b以及第二封严环c之间，第一封严环b插入第三封严环a与第四封严环d之间，形成第一封严结构；

级间封严环4具有朝向高涡二级盘110方向轴向延伸轴向延伸的第五封严环e，下缘板上具有朝向高涡二级盘110方向轴向延伸的第六封严环g，高涡二级盘110具有朝向导向器方向轴向延伸的第七封严环f，第七封严环f插入第五封严环e与第六封严环g之间，形成第二封严结构；

封严盘120上具有第一篦齿结构121与第二篦齿结构122，第一篦齿结构121与第一蜂窝封严环61形成第三封严结构；第二篦齿结构122与第二蜂窝封严环62形成第四封严结构；第三封严结构与第四封严结构用来改变盘前腔供气压力和面积，实现轴向力平衡；

第一封严结构、高涡一级盘100、导向器以及第三封严结构形成对高涡一级盘100冷却的第一环腔B，引气孔M和冷却气孔N将集气环腔的冷气引进第一环腔B中，为第一环腔B提供封严气，避免导向叶片处的燃气进入第一环腔B中，同时降低第一环腔B零部件的工作温度；

封严盘120与高涡二级盘110形成第二环腔A，第二环腔A具有朝向预旋喷嘴孔P的气孔，预旋喷嘴孔P用于冷却高涡二级盘110，降低第二环腔A的空气温度，减小冷却空气流动损失，节约冷却空气用量。

第三封严结构、第四封严结构、导向器以及封严盘120形成第三环腔D，封严盘120以及旋喷嘴孔P均与第三环腔D联通。

如图9所示，叶片中的冷气进入导向器静子内腔分前后分为两股气体，向前引的气体，一支从M孔是用来引气冷却前方的盘组件和建立气压封严主流到燃气的，一支从N孔引冷却气冷却前方盘组件，向后引的一股气体P孔的气通过你左边图的那孔用于为后面那个盘和叶片榫头的部位提供冷气。

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)

1.一种导向器，所述导向器位于高压涡轮转子高涡二级盘(110)与高涡一级盘(100)之间的机匣(2)上，其特征在于，包括：

冷气接嘴(1)，安装在机匣(2)具有的引气孔中；

导向叶片(3)，导向叶片(3)的径向外端通过上缘板与机匣(2)固定连接，导向叶片(3)的径向内端通过下缘板与内环(5)连接，导向叶片(3)中具有冷却孔，所述冷却孔通过上缘板的通孔与冷气接嘴(1)联通，所述冷却孔与下缘板的通孔联通；

内环(5)，具有集气环腔，集气环腔的进口处为周向分布的插孔，下缘板通过周向分布的柱状插头与所述插孔插接使下缘板的通孔与集气腔联通；在集气环腔一径向位置处设置多个连接两个集气环腔侧壁面的安装凸台；

蜂窝封严环(6)，蜂窝封严环(6)包括第一蜂窝封严环(61)以及第二蜂窝封严环(62)，第一蜂窝封严环(61)通过螺栓紧固件以及安装凸台的安装孔固定安装在内环(5)上，第二蜂窝封严环(62)焊接在内环(5)末端的安装台面上；

其中，内环(5)靠近高涡一级盘(100)的盘面上具有引气孔(M)和冷却气孔(N)，为高涡二级盘(110)前腔提供冷却空气的预旋喷嘴孔(P)。

2.如权利要求1所述的导向器，其特征在于，下缘板与内环(5)之间具有级间封严环(4)，级间封严环(4)安装下缘板与内环(5)之间，级间封严环(4)通过紧固件固定在内环(5)上。

3.如权利要求2所述的导向器，其特征在于，所述紧固件包括沉头螺钉(9)以及螺栓(12)，沉头螺钉(9)将级间封严环(4)进行定位，螺栓(12)通过压紧块(11)将级间封严环(4)压紧固定。

4.如权利要求1所述的导向器，其特征在于，级间封严环(4)靠近高涡一级盘(100)上具有径向凸起的圆环凸台，所述下缘板具有环槽，级间封严环(4)通过圆环凸台插入所述环槽中使下缘板与级间封严环(4)封严与固定。

5.如权利要求1所述的导向器，其特征在于，级间封严环(4)为周向分段结构，在靠近高涡一级盘(100)的一侧，相邻两个级间封严环(4)间隙处具有封堵所述间隙的级间封严片(8)，级间封严环(4)上具有使级间封严片(8)插入的深槽。

6.如权利要求1所述的导向器，其特征在于，沉头螺钉(9)通过锁销(10)结构实现防转，螺栓(12)采用锁片(13)实现防转，下缘板具有容纳螺栓(12)的矩形槽。

7.一种具有导向器的双级高压涡轮结构，其具有如权利要求2-4任意一项所述的导向器，其特征在于，

包括高涡一级盘(100)，高涡二级盘(110)以及安装在机匣(2)上、轴向位置位于高涡一级盘(100)与高涡二级盘(110)之间的导向器，高涡一级盘(100)与高涡二级盘(110)之间安装有封严盘(120)，高涡一级盘(100)靠近导向器的端面具有挡板(130)；

其中，挡板(130)具有由朝向导向器方向轴向延伸的第一封严环(b)以及第二封严环(c)，间封严环(4)上具有朝向高涡一级盘(100)方向轴向延伸的第三封严环(a)，下缘板上具有朝向高涡一级盘(100)方向轴向延伸的第四封严环(d)，第三封严环(a)插入第一封严环(b)以及第二封严环(c)之间，第一封严环(b)插入第三封严环(a)与第四封严环(d)之间，形成第一封严结构；

间封严环(4)具有朝向高涡二级盘(110)方向轴向延伸轴向延伸的第五封严环(e)，下缘板上具有朝向高涡二级盘(110)方向轴向延伸的第六封严环(g)，高涡二级盘(110)具有朝向导向器方向轴向延伸的第七封严环(f)，第七封严环(f)插入第五封严环(e)与第六封严环(g)之间，形成第二封严结构；

封严盘(120)上具有第一篦齿结构(121)与第二篦齿结构(122)，第一篦齿结构(121)与第一蜂窝封严环(61)形成第三封严结构；第二篦齿结构(122)与第二蜂窝封严环(62)形成第四封严结构；

第一封严结构、高涡一级盘(100)、导向器以及第三封严结构形成对高涡一级盘(100)冷却的第一环腔(B)，引气孔(M)和冷却气孔(N)将集气环腔的冷气引进第一环腔(B)中；

封严盘(120)与高涡二级盘(110)形成第二环腔(A)，第二环腔(A)具有朝向预旋喷嘴孔(P)的气孔；

第三封严结构、第四封严结构、导向器以及封严盘(120)形成第三环腔(D)，封严盘(120)以及旋喷嘴孔(P)均与第三环腔(D)联通。