CN117365685A - 一种具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构外承力机匣、内承力机匣、周向分布在外承力机匣与内承力机匣之间的多个承力支板、隔热罩；隔热罩包括内环罩与外环罩，以及支板罩，支板罩周向分布并支撑连接在内环罩与外环罩之间，外环罩与外承力机匣形成外流道，内环罩与内承力机匣之间形成内流道；支板罩具有套在承力支板外侧的筒道；承力支板具有冷却空腔，外承力机匣外侧的冷却气进入所述冷却空腔并从承力支板上的排气孔排出至所述筒道中，能够有效实现承力框架的支撑功能；同时，能够有效避免主流道高温燃气对支板和内、外机匣的加温，对支板进行降温。

Description

一种具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构

技术领域

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构。

背景技术

涡轮间承力机匣同时支撑高、低压涡轮转子，是整个发动机承力系统的重要组成部分。承力机匣工作环境恶劣，照比同样具有承力功能的涡轮后机匣，涡轮间机匣工作环境更为严酷，设计要求坚固可靠、刚性好。作为两个转子的支点，其可靠性直接影响到转子的安全。如果结构设计不好，承力机匣在工作过程中发生变形，会直接影响到转子的稳定工作。一旦支点失去作用，转子将会发生结构性破坏，整机的使用功能也将失去。

同时，承力机匣框架一般都从外机匣直达内部的轴承座。作为热端部件，在设计承力框架时，必须避免与高温燃气接触。如果结构设计不合理，会大大增加承力承架的热变形量和热应力。由于支板一般较薄而且尺寸较大，在使用过程中往往会出现大量裂纹和较大的变形，设计时一般不同时固定，必须在径向和轴向留出足够的热膨胀余地。

目前所了解的应用于民用航空发动机上的涡轮间机匣设计结构为整体铸造承力框架，承力支板外使用分段式铸造流道件与主流高温燃气隔绝。

一体式铸造承力框架存在制造成本高、结构设计复杂及维护成本高的缺点。同时，分段式铸造流道件之间需要采取严格精细的封严措施，一旦封严失效，主流燃气将直接接触承力支板，导致承力框架应力水平偏离设计要求。热变形不协调严重时将引起裂纹，导致承力框架结构失效，引发安全风险。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，包括：

外承力机匣、内承力机匣、周向分布在外承力机匣与内承力机匣之间的多个承力支板、隔热罩；

隔热罩包括内环罩与外环罩，以及支板罩，支板罩周向分布并支撑连接在内环罩与外环罩之间，外环罩与外承力机匣形成外流道，内环罩与内承力机匣之间形成内流道；支板罩具有套在承力支板外侧的筒道；

其中，承力支板包括外端与内端，所述外端与外承力机匣连接，所述内端与内承力机匣连接；承力支板具有冷却空腔，外承力机匣外侧的冷却气进入所述冷却空腔并从承力支板上的排气孔排出至所述筒道中。

优选的是，所述外端具有销孔以及内螺纹孔，安装时，定位销穿过外承力机匣与销孔连接使承力支板定位，螺栓穿过外承力机匣与内螺纹孔连接；所述内端具有至少两个单耳，所述单耳与内承力机匣上的双耳通过紧固件连接。

优选的是，所述单耳与双耳之间具有关节轴承。

优选的是，承力支板分为第一承力支板与第二承力支板，第一承力支板具有引入外承力机匣外侧冷却气的进气口，第二承力支板的冷却腔与第一承力支板的冷却腔之间通过引气管联通。

优选的是，所述冷却腔沿外承力机匣轴向方向分为前腔中腔以及后腔，前腔中腔以及后腔之间通过气孔联通，所述排气孔位于后腔处，所述进气孔位于前腔处。

优选的是，还包括固定环与挡板，固定环将挡板固定在内承力机匣上，挡板与内承力机匣夹紧固定隔热罩。

优选的是，定位销与螺栓在外承力机匣上的径向位置相同轴向位置不同，所述双耳在内承力机匣上的径向位置相同轴向位置不同。

优选的是，外承力机匣与承力支板通过径向小间隙止口定心安装。

本申请的优点包括：能够有效实现承力框架的支撑功能；同时，由于采用整体焊接隔热罩及支板联通管路通气的冷却结构，能够有效避免主流道高温燃气对支板和内、外机匣的加温，对支板进行降温，通过计算承力框架变形量来调节冷却气量的使用，降低承力零件的应力水平，提高试车安全性和使用寿命。

附图说明

图1是本申请一优选实施方式涡轮间承力机匣结构整体示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的引气管连接示意图A向视角图；

图4是本申请一优选实施方式外承力机匣与承力支板连接示意图；

图5是本申请一优选实施方式关节轴承示意图；

图6是本申请一优选实施方式隔热罩安装示意图。

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。

为了解决上述问题，本申请提供了一种具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，包括：

外承力机匣1、内承力机匣6、周向分布在外承力机匣1与内承力机匣6之间的多个承力支板2、隔热罩3，承力机匣1、承力支板2和内承力机匣为涡轮承力机匣上的主要承力件，其均为锻件机加制造；

隔热罩3包括内环罩与外环罩，以及支板罩，支板罩周向分布并支撑连接在内环罩与外环罩之间，外环罩与外承力机匣1形成外流道，内环罩与内承力机匣6之间形成内流道；隔热罩3与主流道高温燃气隔绝，其中，支板罩具有套在承力支板2外侧的筒道；其中，承力支板2包括外端与内端，所述外端与外承力机匣1连接，所述内端与内承力机匣6连接；承力支板2具有冷却空腔，外承力机匣1外侧的冷却气进入所述冷却空腔并从承力支板2上的排气孔排出至所述筒道中，排气孔的气体还有助于隔绝内流道与外流道。

一种实施方式中，外承力机匣1与12件承力支板2依靠径向小间隙止口定心安装，利用24件螺栓8拉紧，其中每个承力支板2上安装一件定位销套7，其作用是将承力支板2与外承力机匣1实现轴向精确定位。当承力支板2发生损坏后，可通过更换新件完成承力机匣的修复；

优选的是，所述外端具有销孔以及内螺纹孔，安装时，定位销7穿过外承力机匣1与销孔连接使承力支板2定位，螺栓8穿过外承力机匣1与内螺纹孔连接；所述内端具有至少两个单耳，所述单耳与内承力机匣6上的双耳通过紧固件连接，所述单耳与双耳之间具有关节轴承9，基于上述技术特征，其可选的一种实施方式包括：承力支板2与内承力机匣6利用螺栓11和自锁螺母12固定在内承力机匣6的凸耳上，螺栓11与承力支板2之间安装关节轴承9以调节周向受力变形，如图2以及图5所示，即降低支板因应力集中发生裂纹甚至断裂的风险。螺栓11与内承力机匣6的凸耳安装孔间设计衬套11，避免二者直接接触在工作时微动磨损引起凸耳损坏。这样的结构设计有效保护了制造成本较高的内承力机匣6，降低维护成本。

优选的是，承力支板2分为第一承力支板与第二承力支板，第一承力支板具有引入外承力机匣1外侧冷却气的进气口，第二承力支板的冷却腔与第一承力支板的冷却腔之间通过引气管13联通，基于上述技术特征，其一种可选实施方式：12件承力支板2之间利用引气管13联通，确保冷却气14通过承力机匣1外部引入特定角向位置的第一承力支板，再由引气管13将冷却气14均匀分配至其余第二承力支板中，从而使承力支板2包裹在冷却气环境中。

优选的是，所述冷却腔沿外承力机匣1轴向方向分为前腔中腔以及后腔，前腔中腔以及后腔之间通过气孔联通，所述排气孔位于后腔处，所述进气孔位于前腔处。

优选的是，还包括固定环5与挡板4，固定环5将挡板4固定在内承力机匣6上，挡板4与内承力机匣6夹紧固定隔热罩3。

优选的是，定位销7与螺栓8在外承力机匣1上的径向位置相同轴向位置不同，所述双耳在内承力机匣6上的径向位置相同轴向位置不同。

优选的是，外承力机匣1与承力支板2通过径向小间隙止口定心安装。

本申请的优点包括：能够有效实现承力框架的支撑功能；同时，由于采用整体焊接隔热罩及支板联通管路通气的冷却结构，能够有效避免主流道高温燃气对支板和内、外机匣的加温，对支板进行降温，通过计算承力框架变形量来调节冷却气量的使用，降低承力零件的应力水平，提高试车安全性和使用寿命。

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 (8)

1.一种具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，包括：

外承力机匣(1)、内承力机匣(6)、周向分布在外承力机匣(1)与内承力机匣(6)之间的多个承力支板(2)、隔热罩(3)；

隔热罩(3)包括内环罩与外环罩，以及支板罩，支板罩周向分布并支撑连接在内环罩与外环罩之间，外环罩与外承力机匣(1)形成外流道，内环罩与内承力机匣(6)之间形成内流道；支板罩具有套在承力支板(2)外侧的筒道；

其中，承力支板(2)包括外端与内端，所述外端与外承力机匣(1)连接，所述内端与内承力机匣(6)连接；承力支板(2)具有冷却空腔，外承力机匣(1)外侧的冷却气进入所述冷却空腔并从承力支板(2)上的排气孔排出至所述筒道中。

2.如权利要求1所述的具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，所述外端具有销孔以及内螺纹孔，安装时，定位销(7)穿过外承力机匣(1)与销孔连接使承力支板(2)定位，螺栓(8)穿过外承力机匣(1)与内螺纹孔连接；所述内端具有至少两个单耳，所述单耳与内承力机匣(6)上的双耳通过紧固件连接。

3.如权利要求1所述的具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，所述单耳与双耳之间具有关节轴承(9)。

4.如权利要求1所述的具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，承力支板(2)分为第一承力支板与第二承力支板，第一承力支板具有引入外承力机匣(1)外侧冷却气的进气口，第二承力支板的冷却腔与第一承力支板的冷却腔之间通过引气管(13)联通。

5.如权利要求1所述的具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，所述冷却腔沿外承力机匣(1)轴向方向分为前腔中腔以及后腔，前腔中腔以及后腔之间通过气孔联通，所述排气孔位于后腔处，所述进气孔位于前腔处。

6.如权利要求1所述的具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，还包括固定环(5)与挡板(4)，固定环(5)将挡板(4)固定在内承力机匣(6)上，挡板(4)与内承力机匣(6)夹紧固定隔热罩(3)。

7.如权利要求2所述的具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，定位销(7)与螺栓(8)在外承力机匣(1)上的径向位置相同轴向位置不同，所述双耳在内承力机匣(6)上的径向位置相同轴向位置不同。

8.如权利要求1所述的具备冷却能力的涡轮间承力机匣结构，其特征在于，外承力机匣(1)与承力支板(2)通过径向小间隙止口定心安装。