CN117703533B - 一种涡轮级间外流道静子件连接结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种涡轮级间外流道静子件连接结构，属于航空发动机技术领域，包括：低压涡轮机匣；低压涡轮导向叶片，其后安装边插接在低压涡轮机匣的机匣后挂钩上，通过装配在机匣后挂钩后侧凹槽内的挡块实现轴向定位；高压外环安装环，其连接至低压涡轮机匣上，其内侧设有安装环前安装结构和安装环后挂钩；高压外环，其具有适配安装环前安装结构和安装环后挂钩的配合安装结构和后凹槽，高压外环与高压外环安装环配合安装以形成高压外环组件；其中，低压涡轮导向叶片的前安装边形成开口，安装环后挂钩具有后凸台结构，后凸台结构插入至开口中，且低压涡轮导向叶片的前安装边形成轴向凸起，轴向凸起与安装环后挂钩一起插入高压外环的后凹槽中。

Description

一种涡轮级间外流道静子件连接结构

技术领域

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种涡轮级间外流道静子件连接结构。

背景技术

高负荷小涵道比航空发动机的涡轮工作环境非常恶劣，高压涡轮进口温度超过1500℃，涡轮叶片承受的气动载荷也很大，外环和涡轮叶片通常需要引入冷气进行降温，以保证材料使用温度和强度满足要求。而高低压涡轮级之间的静子连接结构既要协调严重不匹配的变形，也要保证冷却密封的有效性，同时还受到空间限制，并且要考虑单元体式设计便于拆装更换、模块化管理的功能，设计难度很大。

传统的高负荷小涵道比发动机带冷却的高压外环和低导叶片（低压涡轮导向叶片）之间的连接形式有两种：

如图1所示，形式一是将高压外环和低压涡轮导向叶片安装在一个机匣上(或带有中介安装边的两个机匣)，这种方式可以减少尺寸链累计，也有利于减少工作状态的变形差异，但高压外环和低压涡轮导向叶片存在温度差异和材料不同，造成主流道位置的搭接部位仍存在很大变形差异，由于距离安装边很近空间受限，通常采用直接搭接或弹性的封严片进行，但该方式封严效果不好，封严片容易磨损，搭接位置容易损伤，并且高低涡轮无法实现独立的单元体设计，需要将低压涡轮导向叶片设计在高压单元体上；

如图2所示，另一种形式二是将高压外环和低压涡轮导向叶片安装在前机匣和后机匣两个机匣上，前机匣和后机匣的前、后安装边分别装配在同一个外接机匣上进行固定，由于工作状态的前后机匣及高压外环与低压涡轮导向叶片之间的搭接位置变形差异很大，因此在前后机匣之间设置浮动封严片，在高压外环与低压涡轮导向叶片之间设置弹性封严片实现密封，这种形式虽然可以在高压外环和低压涡轮导向叶片之间有足够的空间设计复杂的多层弹片搭接结构来加强封严效果，但高压外环和低压涡轮导向叶片之间的变形差异更大，浮动的裕度也更大，装配结构更加复杂、重量增加、大量的封严片长期使用变形难以控制，容易出现泄露等问题；此外外接机匣的长度通常很长，导致两端定位孔变形难以控制。

发明内容

本申请的目的是提供了一种涡轮级间外流道静子件连接结构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种涡轮级间外流道静子件连接结构，包括：

低压涡轮机匣，其具有机匣前安装结构和机匣后挂钩；

低压涡轮导向叶片，所述低压涡轮导向叶片的后安装边插接在所述低压涡轮机匣的机匣后挂钩上，通过装配在所述机匣后挂钩后侧凹槽内的挡块实现轴向定位；

高压外环安装环，所述高压外环安装环连接至低压涡轮机匣上，其中，所述高压外环安装环的内侧设有安装环前安装结构和安装环后挂钩；

高压外环，所述高压外环具有适配所述安装环前安装结构和安装环后挂钩的配合安装结构和后凹槽，所述高压外环与高压外环安装环配合安装以形成高压外环组件；

其中，所述低压涡轮导向叶片的前安装边形成开口，所述高压外环安装环的安装环后挂钩形成后凸台结构，所述安装环后挂钩形成的后凸台结构插入至所述前安装边形成的开口中，且低压涡轮导向叶片的前安装边形成轴向凸起，所述轴向凸起与所述安装环后挂钩一起插入所述高压外环的后凹槽中。

进一步的，所述低压涡轮导向叶片的后安装边与低压涡轮机匣的挂钩定位面采用间隙配合。

进一步的，所述安装环后挂钩形成的后凸台结构与前安装边形成的开口在径向上为间隙配合，且所述后凸台结构与开口在轴向上具有形成通道的间隙H1。

进一步的，所述低压涡轮导向叶片的前安装边上设有多个通气孔。

进一步的，所述安装环后挂钩下端面周向设有多个凹槽，在所述安装环后挂钩下端面形成花边结构。

进一步的，高压外环的后凹槽径向高度大于安装环后挂钩及低压涡轮导向叶片的前安装边轴向凸起，从而形成径向通道间隙；

所述高压外环的后凹槽结构与低压涡轮导向叶片的前安装边之间在轴向和径向上具有形成通道的前间隙H3、后间隙H5和径向间隙H4。

进一步的，所述间隙H1小于前间隙H3和/或后间隙H5。

进一步的，还包括通气管，所述通气管安装在所述低压涡轮机匣上，用于向高压外环组件与低压涡轮导向叶片之间的供气腔供气。

进一步的，向供气腔内通入的气体为高压冷却气。

本申请提供的连接结构通过将低压涡轮导向叶片的前安装边直接与高压外环组件形成卡槽式插接结构连接，结构形式简单，低压涡轮导向叶片采用单元体状态悬臂式结构设计，保障装配的同时，为工作状态高低压连接位置的热协调变形优化创造了条件，保证了密封、局部冷却、热协调的多种功能，实现了高低压涡轮单元体形式连接，可靠性好，不容易损坏便于装拆更换。

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为现有技术中第一种形式的高压外环与低导叶片连接结构示意图。

图2为现有技术中第二种形式的高压外环与低导叶片连接结构示意图。

图3为本申请的涡轮级间外流道件连接结构示意图。

图4为本申请的气体P1流路示意图。

附图标记：

30-涡轮级间外流道静子件连接结构；

31-低压涡轮机匣；

32-低压涡轮导向叶片；

321-后安装边；

322-前安装边；

323-通气孔；

33-通气管；

34-挡块；

35-高压外环；

36-高压外环安装环；

361-安装环前安装结构；

362-安装环后挂钩。

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。

本申请提供一种涡轮级间外流道静子件连接结构，可以减少连接构件数量和密封构件数量，并且实现高压涡轮外环和低压涡轮导向叶片在主流道位置的有效密封连接，结构形式具有一定的变形自协调能力，可靠性好、不容易损坏，可实现高压涡轮和低压涡轮的单元体形式设计，便于装拆更换。

如图3所示为本申请提供的涡轮级间外流道静子件连接结构示意图，该涡轮级间外流道静子件连接结构30主要包括低压涡轮机匣31、低压涡轮导向叶片32、通气管33、挡块34、高压外环35及高压外环安装环36。

低压涡轮机匣31具有机匣前安装结构和机匣后挂钩，机匣后挂钩的后侧具有挡块安装凹槽，挡块安装凹槽的开口向下（轴心），其与挡块34小间隙配合，低压涡轮机匣31的外表面设有通气管安装座，通气管33安装在低压涡轮机匣31的通气管安装座上，用于向低压涡轮机匣31内侧通入冷却气体。

低压涡轮导向叶片32的后安装边321插接在低压涡轮机匣31上，依靠挡块34轴向定位，低压涡轮导向叶片32的前安装边322插入至高压外环35与高压外环安装环36之间形成的安装槽内，且前安装边322在低压涡轮导向器单元体状态下为悬臂结构。挡块34与低压涡轮机匣31之间设有轴向间隙，低压涡轮导向叶片32的后安装边321与低压涡轮机匣31的挂钩定位面采用小间隙配合，从而使低压涡轮导向叶片32的前安装边322有一定的径向和轴向浮动裕度，即能保证了装配工艺性，又具有工作状态的变形协调能力。

高压外环安装环36内侧设有安装环前安装结构361和安装环后挂钩362，安装环前安装结构361可以为挂钩形式或螺栓连接形式，在本申请该实施例中，安装环前安装结构361为挂钩形式，其与安装环后挂钩362均轴向向前延伸，高压外环35上设有适配安装环前安装结构361和安装环后挂钩362的配合安装结构（当安装环前安装结构361为挂钩形式时，该配合安装结构为凹槽形式，当安装环前安装结构361为螺栓连接形式时，该配合安装结构为安装边形式）和后凹槽，高压外环35与高压外环安装环36配合安装形成高压外环组件，装配在高压涡轮导向器单元体上。高压外环安装环36的安装环后挂钩362形成后凸台结构，后凸台结构插入至低压涡轮导向叶片32的前安装边322形成的开口中。如图4所示，安装环后挂钩362形成的后凸台结构与前安装边322形成的开口在径向上为小间隙（例如不大于0.1mm）配合，同时后凸台结构与开口在轴向上设有间隙H1，间隙H1用于形成冷气通过的通道，间隙H1根据工作轴向变形差确定，保证不会发生轴向碰磨。

高压外环35的后凹槽径向高度略大于高压外环安装环36的安装环后挂钩362及低压涡轮导向叶片32的前安装边322轴向凸起厚度，在前安装边322的前后侧与高压外环35的后凹槽之间具有前间隙H3、后间隙H5，且前安装边322与高压外环35的后凹槽具有径向间隙H4，前间隙H3、径向间隙H4、后间隙H5形成冷气通过的通道。安装环后挂钩362及前安装边322轴向凸起插入至高压外环35的后凹槽内，当高、低压涡轮导向器单元体连接时，低压涡轮导向叶片32的悬臂结构和间隙定位设计，可以使前安装边322可以在一定范围内调整来保证装配。

在本申请中，由于前间隙H3和后间隙H5位置处径向尺寸小，构件薄、容易损坏，间隙H1配置成小于前间隙H3和/或后间隙H5，从而避免轴向高低压级间出现异常变形时，前间隙H3和后间隙H5位置处发生碰磨。

在本申请中，低压涡轮导向叶片32的前安装边322上设计有多个通气孔323。高压外环安装环36的安装环后挂钩362下端面周向设有多个凹槽（凹槽深度H2）从而形成花边结构。

工作时，高压冷却气体经过通气管33进入高压外环组件与低压涡轮导向叶片32之间的供气腔中，一股气体P2自低压涡轮导向叶片32的顶部进入低压涡轮导向叶片32内部，对低压涡轮导向导叶32进行冷却；另一股气体P1进入低压涡轮导向叶片32前安装边的通气孔323，沿着后凸台结构与开口之间的间隙H1、安装环后挂钩362下端面的凹槽H2、高压外环35的后凹槽下端面和导向叶片32的前安装边322之间间隙H3、H4、H5流出供气腔排入主流道，对低压涡轮导向叶片32的前安装边322和高压外环36的安装环后挂钩362进行冷却的同时，可以对缝隙进行密封。另外，受高压冷却气体压力和主流道气动力的影响，低压涡轮导向叶片32承受向下（即向轴心方向）和向后的压力，使其前安装边32径向紧密贴合在高压外环35上，后安装边321轴向贴合在挡块34上，挡块34轴向贴合在低压涡轮机匣31上，保障了整个供气腔的密封。

本申请提供的连接结构通过将低压涡轮导向叶片的前安装边直接与高压外环组件形成卡槽式插接结构连接，结构形式简单，通过引入高压冷却气体对高压外环与低压涡轮导向叶片之间的连接缝隙进行密封，取消了封严片和弹性片等的密封形式，减少了零件数量，防止弹性片等零件变形磨损失效的问题；低压涡轮导向叶片采用单元体状态悬臂式结构设计，保障装配的同时，为工作状态高低压连接位置的热协调变形优化创造了条件，保证了密封、局部冷却、热协调的多种功能，实现了高低压涡轮单元体形式连接，可靠性好，不容易损坏便于装拆更换。

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 (9)

1.一种涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，包括：

低压涡轮机匣，其具有机匣前安装结构和机匣后挂钩；

低压涡轮导向叶片，所述低压涡轮导向叶片的后安装边插接在所述低压涡轮机匣的机匣后挂钩上，通过装配在所述机匣后挂钩后侧凹槽内的挡块实现轴向定位；

高压外环安装环，所述高压外环安装环连接至低压涡轮机匣上，其中，所述高压外环安装环的内侧设有安装环前安装结构和安装环后挂钩；

高压外环，所述高压外环具有适配所述安装环前安装结构和安装环后挂钩的配合安装结构和后凹槽，所述高压外环与高压外环安装环配合安装以形成高压外环组件；

其中，所述低压涡轮导向叶片的前安装边形成开口，所述高压外环安装环的安装环后挂钩形成后凸台结构，所述安装环后挂钩形成的后凸台结构插入至所述前安装边形成的开口中，且低压涡轮导向叶片的前安装边形成轴向凸起，所述轴向凸起与所述安装环后挂钩一起插入所述高压外环的后凹槽中。

2.如权利要求1所述的涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，所述低压涡轮导向叶片的后安装边与低压涡轮机匣的挂钩定位面采用间隙配合。

3.如权利要求1所述的涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，所述安装环后挂钩形成的后凸台结构与前安装边形成的开口在径向上为间隙配合，且所述后凸台结构与开口在轴向上具有形成通道的间隙H1。

4.如权利要求3所述的涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，所述低压涡轮导向叶片的前安装边上设有多个通气孔。

5.如权利要求4所述的涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，所述安装环后挂钩下端面周向设有多个凹槽，在所述安装环后挂钩下端面形成花边结构。

6.如权利要求3所述的涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，所述高压外环的后凹槽径向高度大于安装环后挂钩及低压涡轮导向叶片的前安装边轴向凸起，从而形成径向通道间隙；

所述高压外环的后凹槽结构与低压涡轮导向叶片的前安装边之间在轴向和径向上具有形成通道的前间隙H3、后间隙H5和径向间隙H4。

7.如权利要求6所述的涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，所述间隙H1小于前间隙H3和/或后间隙H5。

8.如权利要求1所述的涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，还包括通气管，所述通气管安装在所述低压涡轮机匣上，用于向高压外环组件与低压涡轮导向叶片之间的供气腔供气。

9.如权利要求8所述的涡轮级间外流道静子件连接结构，其特征在于，向供气腔内通入的气体为高压冷却气。