CN117145593B - 一种交互式空气流路多功能后承力机匣结构 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机与燃气轮机的设计领域，为一种交互式空气流路多功能后承力机匣结构，包括外涵机匣和承力机匣；承力机匣包括承力外环、承力内环和承力支板，承力支板内设有进出管，承力支板对应进出管的位置处并排设置有引外涵气管，总压外涵冷却气通过引外涵气管的外端进入到引外涵气管内，而后沿着引外涵气管即可直接进入到转子后腔内，对转子后腔内部结构进行冷却，通过将多组引外涵气管均匀设置，即可实现对转子后腔内部结构的均匀冷却。同时由于引入高压外涵冷却气，沿程损失小，兼顾了密封效果和管路可靠性要求；相比于现有技术，减少连接构件数量、改善支板周向热不协调，可以引总压外涵气，对转子后腔的冷却效果提升。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机与燃气轮机的设计领域，特别涉及一交互式空气流路多功能后承力机匣结构。
背景技术
小涵道比涡扇发动机的结构空间有限，其后机匣需要同时满足空气系统和滑油系统要求，不仅要有进、回油和通风功能，通常空气系统还要求有支点封严引气和排气的功能，由于后机匣各部件之间严重的热变形不协调问题，各管路和功能腔的可靠定位和有效密封设计难度很大，对整个后机匣的布局方案设计带来巨大的挑战。
带有引气和排气功能的发动机后机匣现有技术布局如图1所示，其框架和轴承座之间采用装配结构分隔成两个腔，一个用于收集需要排出的高温封严气，一个用于收集引入的外涵气冷却转子盘后腔。后机匣有12个支板，其中4个相邻支板是高温封严气的排出通道，在外涵位置集合后通过管路排出发动机；另外8个支板用于装配通风、进油、回油、引气管等管路，管路与承力框架装配位置设计中空架，中空架用于引入外涵静压气体到盘后腔用于冷却。管路与分隔板、外涵机匣之间均采用球面配合浮动密封。
具有如下缺陷：
1）无法实现总压引气冷却转子功能，引静压气冷却效果有限，在冷气腔集中后通过孔进入盘后腔会导致流量损失增大。
2）部分支板排气，部分引气，支板周向热不协调严重。
3）冷气和排气隔离腔装配结构复杂，部件多，各种球面浮动密封等结构需要占用较大空间，需要压缩轴承滑油空间，增加重量和装配工艺难度。
因此，如何实现对盘后腔进行有效冷却，减少冷却气流量损失和支板周向热不协调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交互式空气流路多功能后承力机匣结构，以解决现有技术中对盘后腔进行冷却时，冷却气损失大、支板周向热不协调、结构复杂的问题。
本申请的技术方案是：一交互式空气流路多功能后承力机匣结构，包括外涵机匣和与外涵机匣同轴设置的承力机匣，所述承力机匣包括承力外环、承力内环和承力支板，所述承力外环与外涵机匣之间形成外涵冷却气腔，所述承力支板内设有进出管，所述进出管一端与盘后腔内部连通、另一端与航空发动机外部管路相连，所述进出管共有多组并分别设于不同的承力支板内，多组进出管沿着承力内环的周向间隔均匀设置，所述承力支板对应进出管的位置处并排设置有引外涵气管，所述引外涵气管外端与总压外涵冷却气连通、内端与转子后腔连通；所述引外涵气管外端和进出管与承力外环之间均连接有对引外涵气管和进出管进行定位的叠装定位结构，所述引外涵气管内端与承力内环之间设有浮动密封结构。
优选地，所述引外涵气管外端设有外弯头，所述外弯头朝向总压外涵冷却气来流方向；所述引外涵气管内端设有内弯头，所述内弯头朝向转子后腔方向，所述承力外环对应内弯头外侧的位置处设有内封严环组件。
优选地，所述引外涵气管的内弯头采用高线涨系数材料。
优选地，所述叠装定位结构包括叠装定位座、第一固定板和第二固定板，所述叠装定位座一体连接于承力外环上，所述叠装定位座上开设有与承力外环连通的腰型孔；所述第一固定板一侧与引外涵气管一体连接、另一侧开设有安装孔，所述进出管插设于安装孔上；所述第二固定板一体连接于进出管上；所述第一固定板螺纹连接于叠装定位座的外侧，所述第二固定板螺纹连接于第一固定板的外侧。
优选地，所述浮动密封结构包括盖板和浮动环，所述盖板连接于内封严环组件并且盖板套设于引外涵气管上，所述盖板与内封严环组件之间设有内腔，浮动环外侧设于内腔内、内侧从内腔内伸出并套设于内弯头上。
优选地，所述承力外环外部沿周向同轴设置有多组弧形焊接件，所述弧形焊接件与承力外环之间形成排气腔，所述排气腔与对应位置处的承力支板内部连通，所述弧形焊接件外侧设有与外涵机匣外部连通的出气管。
本申请的一种交互式空气流路多功能后承力机匣结构，包括外涵机匣和承力机匣；承力机匣包括承力外环、承力内环和承力支板，承力支板内设有进出管，承力支板对应进出管的位置处并排设置有引外涵气管，总压外涵冷却气通过引外涵气管的外端进入到引外涵气管内，而后沿着引外涵气管即可直接进入到转子后腔内，对转子后腔内部结构进行冷却，通过将多组引外涵气管均匀设置，即可实现对转子后腔内部结构的均匀冷却。同时由于引入高压外涵冷却气，并且沿程结构简单，在保证各支板均匀排气的同时，可高效输送冷却气，沿程损失小，兼顾了密封效果和管路可靠性要求；相比于现有技术，减少连接构件数量、改善支板周向热不协调，可以引总压外涵气，对转子后腔的冷却效果提升。
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为本申请侧视结构示意图；
图4为本申请叠装定位结构示意图；
图5为本申请叠装定位座结构示意图；
图6为本申请第一固定板结构示意图；
图7为本申请第二固定板结构示意图；
图8为本申请浮动密封结构示意图。
1、外涵机匣；2、承力机匣；3、承力外环；4、承力内环；5、承力支板；6、进出管；7、引外涵气管；8、外弯头；9、内弯头；10、叠装定位座；11、第一固定板；12、第二固定板；13、盖板；14、浮动环；15、弧形焊接件；16、排气腔；17、出气管；18、内封严环组件。
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。
一种交互式空气流路多功能后承力机匣结构，如图2、图3所示，包括外涵机匣1和承力机匣2。外涵机匣1与承力机匣2同轴设置，承力机匣2包括承力外环3、承力内环4和承力支板5，承力支板5为斜支板，沿承力内环4周向间隔均匀布置有多组，优选地，承力支板5数量为8-12组。
承力外环3与外涵机匣1之间形成外涵冷却气腔，外涵冷却气腔内通入有总压外涵冷却气，为高压冷却气，与转子后腔内部存在压差。承力外环3和承力内环4之间为内涵高温燃气腔。
承力支板5内设有进出管6，进出管6共有四种并分别执行进油、回油、引转子封严气和轴承腔通风的功能。进出管6一端与支点封严进回油系统连通、另一端与航空发动机外部管路相连，不同种类的进出管6分别设于不同的承力支板5内，这样只需要在四个承力支板5内设置即可，四种进出管6沿着承力框架的周向间隔均匀设置。进出管6与外涵机匣1之间通过法兰连接。
承力支板5对应进出管6的位置处并排设置有引外涵气管7，引外涵气管7外端与总压外涵冷却气连通、内端与转子后腔连通；引外涵气管7外端和进出管6与承力外环3之间均连接有对引外涵气管7和进出管6进行定位的叠装定位结构，引外涵气管7内端与承力内环4之间设有浮动密封结构。
总压外涵冷却气通过引外涵气管7的外端进入到引外涵气管7内，而后沿着引外涵气管7即可直接进入到转子后腔内，对转子后腔内部结构进行冷却，通过将多组引外涵气管7均匀设置，即可实现对转子后腔内部结构的均匀冷却。同时由于引入高压外涵冷却气，并且沿程结构简单，在保证各支板均匀排气的同时，可高效输送冷却气，沿程损失小，兼顾了密封效果和管路可靠性要求；相比于现有技术，减少连接构件数量、改善支板周向热不协调，可以引总压外涵气，对转子后腔的冷却效果提升。
同时进出管6的浮动密封结构一般设置在外涵机匣1上，不会受到进出管6与引外涵气管7叠装定位结构的影响，通过将进出管6与引外涵气管7并排设置，保证排气顺畅，在较小的空间内完成两种管路的排布要求。
除叠装定位结构外，承力支板5与引外涵气管7与进出管6之间具有间隔，支板封严气通过两者之间的间隔向外流动，实现封严气的引出。
优选地，引外涵气管7外端设有外弯头8，外弯头8朝向总压外涵冷却气来流方向；引外涵气管7内端设有内弯头9，内弯头9朝向转子后腔方向，所述承力外环3对应内弯头9外侧的位置处设有内封严环组件18。通过设置内弯头9与外弯头8，能够将总压外涵冷却气高效地引入至引外涵气管7内，并将总压外涵冷却气稳定输入至转子后腔内，完成冷却。内封严环组件18能够对转子盘后腔和承力内环4内部的支点封严排气腔进行有效封严。
优选地，引外涵气管7的内弯头9采用高线涨系数材料，按照工作状态温度计算紧度在0.05~0.1之间，保证强度满足要求的同时起限位减振作用。
如图4-7所示，优选地，承力外环3外部沿周向同轴设置有多组弧形焊接件15，叠装定位结构包括叠装定位座10、第一固定板11和第二固定板12，叠装定位座10一体连接于弧形焊接件15上，叠装定位座10上开设有与承力外环3连通的腰型孔。第一固定板11一侧与引外涵气管7一体连接、另一侧开设有圆形的安装孔，进出管6插设于安装孔上；第二固定板12一体连接于进出管6上。
第一固定板11和叠装定位座10上设有两排螺纹孔，第二固定板12上设有双耳结构其上设有一排螺纹孔，所述第一固定板11通过其中一排螺纹孔螺纹连接于叠装定位座10的外侧，并且占用叠装定位座10的一排螺纹孔；所述第二固定板12螺纹连接于第一固定板11的外侧并且第二固定板12与第一固定板11、叠装定位座10上的另一排螺纹孔相连。
叠装定位座10本身位置固定，通过腰型孔又能够对第一固定板11进行有效定位，第一固定板11通过安装孔又能够对第二固定板12进行准确定位，同时三者之间又能相互起到封严作用，这样既保证了前后管路的可靠定位，又保证了装配位置的有效密封。
装配时，先将引外涵气管7插入承力外环3上，横向移动引外涵气管7完成定位，拧紧各个螺栓后，从而将引外涵气管7装配在承力框架焊接组件上，再安装外涵机匣1，然后将进出管6从外涵机匣1插入并安装在承力框架焊接组件上，拧紧螺栓。
在进行尺寸设计时，保证腰型孔的尺寸要大于内弯头9的截面尺寸，以保证引外涵气管7正确装配；进出管6法兰边尺寸要小于外涵机匣1的安装孔的尺寸，但要大于引外涵气管7的中心孔尺寸至少2mm，这样既保证了前后管路的可靠定位，又保证了装配位置的有效密封。
优选地，弧形焊接件15与承力外环3之间形成排气腔16，排气腔16与对应位置处的承力支板5内部连通，弧形焊接件15外侧设有与外涵机匣1外部连通的出气管17，出气管17共有多组并沿着承力外环3的轴向均匀设置。这样盘后腔内部的封严气一部分可以通过内部未设置管路的承力支板5流出至排气腔16内，另一部分通过设有进出管6和引外涵气管7之间的间隙流入至排气腔16，排气腔16为弧形腔，封严气在排气腔16内部均匀流动，以保证承力外涵轴向各位置温度的均匀性，减少支板周向热不协调。
如图8所示，优选地，浮动密封结构包括盖板13和浮动环14，盖板13螺栓连接于内封严环组件上并且盖板13套设于引外涵气管7上，盖板13与内封严环组件之间设有内腔，浮动环14外侧设于内腔内、内侧从内腔内伸出并套设于内弯头上。浮动环14与内外涵气管内弯头9之间采用过渡配合，浮动环14材料选择高线涨系数材料，保证强度满足要求的同时起限位减振作用。盖板13与浮动环14配合形成的浮动封严结构，在保证引外涵气管7浮动量的同时，盖板13与封严环14配合稳定。
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 (6)
1.一种交互式空气流路多功能后承力机匣结构，包括外涵机匣(1)和与外涵机匣(1)同轴设置的承力机匣(2)，所述承力机匣(2)包括承力外环(3)、承力内环(4)和承力支板(5)，所述承力外环(3)与外涵机匣(1)之间形成外涵冷却气腔，其特征在于：所述承力支板(5)内设有进出管(6)，所述进出管(6)一端与盘后腔内部连通、另一端与航空发动机外部管路相连，所述进出管(6)共有多组并分别设于不同的承力支板(5)内，多组进出管(6)沿着承力内环(4)的周向间隔均匀设置，所述承力支板(5)对应进出管(6)的位置处并排设置有引外涵气管(7)，所述引外涵气管(7)外端与总压外涵冷却气连通、内端与转子后腔连通；所述引外涵气管(7)外端和进出管(6)与承力外环(3)之间均连接有对引外涵气管(7)和进出管(6)进行定位的叠装定位结构，所述引外涵气管(7)内端与承力内环(4)之间设有浮动密封结构。
2.如权利要求1所述的交互式空气流路多功能后承力机匣结构，其特征在于：所述引外涵气管(7)外端设有外弯头(8)，所述外弯头(8)朝向总压外涵冷却气来流方向；所述引外涵气管(7)内端设有内弯头(9)，所述内弯头(9)朝向转子后腔方向，所述承力外环(3)对应内弯头(9)外侧的位置处设有内封严环组件(18)。
3.如权利要求2所述的交互式空气流路多功能后承力机匣结构，其特征在于：所述引外涵气管(7)的内弯头(9)采用高线涨系数材料。
4.如权利要求1所述的交互式空气流路多功能后承力机匣结构，其特征在于：所述叠装定位结构包括叠装定位座(10)、第一固定板(11)和第二固定板(12)，所述叠装定位座(10)一体连接于承力外环(3)上，所述叠装定位座(10)上开设有与承力外环(3)连通的腰型孔；所述第一固定板(11)一侧与引外涵气管(7)一体连接、另一侧开设有安装孔，所述进出管(6)插设于安装孔上；所述第二固定板(12)一体连接于进出管(6)上；
所述第一固定板(11)螺纹连接于叠装定位座(10)的外侧，所述第二固定板(12)螺纹连接于第一固定板(11)的外侧。
5.如权利要求2所述的交互式空气流路多功能后承力机匣结构，其特征在于：所述浮动密封结构包括盖板(13)和浮动环(14)，所述盖板(13)连接于内封严环组件(18)并且盖板(13)套设于引外涵气管(7)上，所述盖板(13)与内封严环组件(18)之间设有内腔，浮动环(14)外侧设于内腔内、内侧从内腔内伸出并套设于内弯头(9)上。
6.如权利要求1所述的交互式空气流路多功能后承力机匣结构，其特征在于：所述承力外环(3)外部沿周向同轴设置有多组弧形焊接件(15)，所述弧形焊接件(15)与承力外环(3)之间形成排气腔(16)，所述排气腔(16)与对应位置处的承力支板(5)内部连通，所述弧形焊接件(15)外侧设有与外涵机匣(1)外部连通的出气管(17)。
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