CN117905532A - 一种民用涡扇发动机cfm56涡轮后框架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，包括：与发动机热端相连接的环形的外机匣；与外机匣同轴设置、用于与发动机转子和定子连接的内机匣；与内机匣相互配合围成整流空间的整流罩；设置在内、外机匣之间的多个承力支板；固定在内机匣上的轴承支座；所述承力支板为非径向安装。本发明采用了上述技术方案，这种涡轮后框架整体质量更轻、结构强度良好、气密性更好、使用寿命更长等优点。

Description

一种民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架

技术领域

本发明属于发动机设计技术领域，具体是涉及一种民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架。

背景技术

民用涡扇发动机是现代航空技术的重要组成部分，其性能和可靠性对航空器的运行安全和经济性有着至关重要的影响。涡扇发动机由许多复杂的部件组成，其中涡轮后框架是发动机中一个非常重要的部件，其主要作用是支撑涡轮及其叶片，并将其承受的高温高压气流引向下一个级别。涡轮后框架的结构设计必须具备足够的强度，才能保证其在高温高压气流的冲击下不发生变形和破坏，确保发动机的正常运行。因此，为了确保涡扇发动机的安全可靠性，必须对涡轮后框架进行精确的结构设计。

涡轮后框架在实际设计时，要考虑到涡轮后框架需要承受高温高压气体的冲击和载荷。同时还需要承受涡轮机转子的惯性载荷等，因此，涡轮后框架需要具备足够的力学强度，其次考虑到涡轮后框架长时间处于高温高压气体中，涡轮后框架的设计要考虑到冷却介质的流动和传热情况。此外，涡轮后框架有复杂的结构以及由多种材料组成，所以结构设计是否合理会直接对航空发动机的整体性能以及寿命会产生重大影响。

目前，大多数发动机都有一个非径向排列的低压涡轮后框架框，这大多是原始设计。由于这是发动机最耐用的部件之一，在涡轮后框架达到使用寿命之前进行改装或改造，所以通过结构分析设计了结构强度更高的涡轮后框架。

发明内容

本发明提供了一种民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，该框架通过结构的优化，增强了结构强度，从而进一步提高飞机发动机的使用寿命。

为解决现有技术存在的上述技术问题，方案如下：

一种民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，包括：

与发动机热端相连接的环形的外机匣；

与外机匣同轴设置、用于与发动机转子和定子连接的内机匣；

与内机匣相互配合围成整流空间的整流罩；

设置在内、外机匣之间的多个承力支板；

固定在内机匣上的轴承支座；

所述承力支板为非径向安装。

本发明中，所述承力支板是连接涡轮后机匣内机匣和整流罩的关键结构之一，它主要用于承受高温和高压环境下的振动和负载，并将这些力量传递到涡轮后机匣的结构中，并且有保持良好的结构特征能力。

本发明中，所述涡轮后框架主要由内外机匣、承力支板、轴承支座、整流罩等多个部件组成。涡轮后框架的外环为外机匣结构，承力支板与整流罩外壁相切形成倾斜安装的部件，以增强整体的结构强度和稳定性。同时，安装时，涡轮后框架的5号轴承通过轴承支座固定定于内机匣上，以保证发动机的运行平稳和可靠性。

本发明中，涡轮后框架的整体框架主要由内、外机匣构成，它们的结构相对比较简单规则，由钛合金材料制成，用于防止高温高压的燃气从涡轮后框架中泄漏出来，并保护内部的构件不受外部环境的影响。涡轮后框架内机匣结构中的膜片是一个非常重要的组成部分，它的结构相对简单，通常采用薄壁、圆环的构造方式。膜片承受着涡轮后部产生的高温高压力以及叶片的离心力等作用。

本发明中，外机匣的主要功能是保护涡轮后框架免受外部环境的影响，例如防止雨水、灰尘、杂物等进入涡轮后框架内部，从而保证其正常运行和使用寿命。外机匣还可以通过设计散热系统来加速涡轮后框架内部的热量传输，以确保涡轮后框架的冷却效果和性能稳定。作为优选，所述外机匣外壁设有多个散热翅片。此外，外机匣还可以减少噪音的传播。

作为优选，本发明中，所述外机匣横截面为近似U型结构。U型结构形成凹槽结构，可以对安装其内的部件或者结构(比如安装节)起到更多的保护作用，既可以避免外界环境(高温损伤)对其内的部件或者结构的损伤，又提供了充足的安装空间，避免与相邻部件的干涉等，进一步提高了装置的结构性能和寿命。

作为优选，所述外机匣由圆柱段、固定在圆柱段两侧的倾斜段以及固定在倾斜段外端的垂直段组成，所述承力支板与所述圆柱段内壁固定。

作为优选，所述承力支板相对内、外机匣径向倾斜设置，外端与外机匣内壁固定，内端与整流罩外壁相切或者近似相切固定。采用该技术方案，可以进一步减少高温产生的热应力。

作为优选，所述整流罩外壁设有整流孔，所述承力支板内端插入所述整流孔内。作为进一步优选，所述整流孔为腰形孔或者长条形孔。

作为优选，所述内、外机匣为由钛合金材料结构。

作为优选，所述整流罩内部沿周向均匀设置有多个膜片，各个膜片沿内机匣径行布置。作为进一步优选，所述整流罩内部设有横向和纵向的隔板。作为优选，所述承力支板与膜片为一体结构。

本发明中，流罩内部通过设置多个膜片，以及横向和纵向的隔板，这些结构能够改变气流的流向和速度，减小气流损失，并且增加气流的压力和温度，从而提高燃烧效率，减少燃料消耗，同时也减少了有害气体的排放，进一步提高发动机的效率。整流罩外圆周面上整流孔与承力支板厚度充分配合，能够保护支板不受来自发动机发动机转子的力作用。

作为优选，所述内机匣的横截面为近似L型结构，L型结构的水平段对应的部分沿内机匣轴向布置，L型结构的竖直段对应的部分沿内机匣径向布置；所述整流罩的横截面为近似倒L型结构，倒L型结构的水平段对应的部分沿整流罩轴向布置，且另一端与内机匣的竖直段对应的部分顶端对接密封固定，倒L型结构的竖直段对应的部分沿整流罩径向布置，且底端与内机匣水平段对应的部分的另一端对接密封固定。

作为进一步优选，所述内机匣的水平段对应部分设有与轴承支座、整流罩配合的法兰面结构；所述整流罩水平段对应部分设有与内机匣竖直段对应的部分配合的法兰面结构。

本发明中，轴承支座一般由轴承座、轴承、轴承盖、密封圈等部分组成。轴承端盖用于封闭轴承，防止灰尘、污染物进入，影响轴承的正常工作，而密封圈则用于密封轴承和轴承盖间的间隙，防止润滑油泄漏。轴承支座的主要作用是支撑和定位航空发动机的转轴，使其能够在高速运转时稳定运行，同时承受由于转轴运动产生的载荷和冲击力。

本发明中，内机匣上其连接着多个附件，中间是空心片体，支板与膜片可以采用一体结构，贯穿内机匣与轴承支座连接，内机匣连接五号轴承支座是通过前端面的内法兰上面的螺栓孔相连接，并且内机匣前后结构有一定的差异。其外法兰则是由30个螺栓孔连接燃烧室燃油部件，且内外法兰不在同一个平面上内机匣的后端面形状规则，与整流罩充分配合，保护发动机的内部部件免受外部环境的影响。

本发明中内机匣主要是保护发动机的内部部件免受外部环境的影响，帮助控制发动机内部的温度和压力，减少温度变化对支板的损害，保护其工作质量以提高发动机的效率和寿命。

本发明以CFM56民用涡扇发动机的涡轮后框架为研究对象，采用非径向安装的承力支板与内外机匣的热应力低于径向安装的涡轮后框架。

本发明将承力支板与内内机匣中的膜片一体化设计，进一步减少了涡轮后框架的质量，进一步提高了发动机的性能，并且考虑了维护的便捷性，使得发动机的检查和维修更加方便和快捷，减少了停机时间和维护成本。

本发明中，外机匣与内机匣之间依靠着承力支板连接，而与内机匣紧密相连的轴承支座连接着航空发动机的主轴承，从而形成一个完整的承力结构，该承力机构增加了发动机的气流密封性，使得燃料的利用率更高，降低了燃油消耗成本，减少了发动机的噪音和排放，符合环境保护的要求。

本发明采用了上述技术方案，这种涡轮后框架整体质量更轻、结构强度良好、气密性更好、使用寿命更长等优点。

附图说明

图1为实施例中的民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架的立体结构示意图。

图2为实施例中的民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架另一个角度的立体结构示意图。

图3为本实施例中的民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架径向侧视图。

图4为实施例中内机匣其中一部分的横截面结构示意图。

图5为实施例中整流罩其中一部分的横截面结构示意图。

图6为实施例中的民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架轴向侧视图。

其中：101、外机匣；102、整流罩；103、承力支板；104、轴承支座；201、内机匣；301、U型结构；301a、圆柱段；301b、倾斜段；301c、垂直段；401、L型结构；402、水平段I；403、竖直段I；404、法兰面I；405、法兰面II；501、整流孔；502、L型结构；503、水平段II；504、竖直段II；505、法兰面III。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

本发明在实际制作时，可以采用现有的三维模型软件进行建模，然后根据建模结果，进行加工制作。

如图1和图2所示，一种民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，所述涡轮后框架主要由外机匣101、内机匣201、整流罩102、承力支板103以及轴承支座104。

本发明中，涡轮后框架的外环为外机匣101结构，承力支板103与整流罩102外壁相切形成倾斜安装的部件，以增强整体的结构强度和稳定性。所述承力支板103是连接涡轮后机匣内机匣201和整流罩102的关键结构之一，它主要用于承受高温和高压环境下的振动和负载，并将这些力量传递到涡轮后机匣的结构中，并且有保持良好的结构特征能力。安装时，涡轮后框架的5号轴承通过轴承支座固定定于内机匣201上，以保证发动机的运行平稳和可靠性。

本发明中，外机匣101的主要功能是保护涡轮后框架免受外部环境的影响，例如防止雨水、灰尘、杂物等进入涡轮后框架内部，从而保证其正常运行和使用寿命。外机匣还可以通过设计散热系统来加速涡轮后框架内部的热量传输，以确保涡轮后框架的冷却效果和性能稳定。作为优选，所述外机匣外壁设有多个散热翅片。此外，外机匣还可以减少噪音的传播。

参见图3，本实施例中，外机匣整体为圆环形结构，用于与发动机热端相连接。外机匣横截面为近似U型结构。外机匣的U型结构301由圆柱段301a、固定在圆柱段两侧的倾斜段301b以及固定在倾斜段外端的垂直段301c组成，所述承力支板103与所述圆柱段301a内壁固定。U型结构形成凹槽结构301，可以对安装其内的部件或者结构(比如安装节)起到更多的保护作用，既可以避免外界环境(高温损伤)对其内的部件或者结构的损伤，又提供了充足的安装空间，避免与相邻部件的干涉等，进一步提高了装置的结构性能和寿命。

同时参见图4，内机匣与与外机匣同轴设置，用于与发动机转子和定子连接。内机匣的横截面为近似L型结构401，L型结构的水平段I 402对应的部分沿内机匣的轴向布置，L型结构的竖直段I 403对应的部分沿内机匣的径向布置。水平段I 402底部设有径向设置的法兰面I 404，用于实现与轴承支座的安装固定。水平段I 402远离竖直段I 403的一端顶面设有径向设置的法兰面II 405，用于实现与整流罩的固定安装。

参考图5，整流罩外壁设有整流孔501，所述承力支板103(朝向中心轴的)内端插入该整流孔501内并与内机匣相对固定。整流罩的横截面为近似倒L型结构502，倒L型结构的水平段II 503对应的部分沿整流罩中心轴轴向布置，倒L型结构的竖直段II504对应的部分沿整流罩径向布置。倒L型结构的水平段II 503远离竖直段II504的一端设有法兰面III505，用于与内机匣的竖直段I403对应的部分顶端对接密封固定，倒L型结构的竖直段II504远离水平段II 503的一端(内端)与内机匣水平段I上的法兰面II405对应的部分对接密封固定。

整流罩与内机匣相互配合围成整流空间；内部设有膜片等结构(图中位视出)，膜片是一个非常重要的组成部分，它的结构相对简单，通常采用薄壁、圆环的构造方式。膜片承受着涡轮后部产生的高温高压力以及叶片的离心力等作用。作为一种具体实施方式，所述膜片为周向均匀布置的多组，每个膜片沿径向设置，且与承力支板一一对应，且一体设置，即一体设置的承力支板和膜片，外端与外机匣内壁固定，内端与内机匣相互固定。

本实施例中，内、外机匣的结构相对比较简单规则，由钛合金材料制成，用于防止高温高压的燃气从涡轮后框架中泄漏出来，并保护内部的构件不受外部环境的影响。

参见图6，承力支板103相对内9(整流罩)、外机匣径向倾斜设置，外端与外机匣101内壁固定，内端与整流罩102外壁相切或者近似相切固定。采用该技术方案，可以进一步减少高温产生的热应力。

另外，作为一种实施方式，在整流罩内部设有横向和纵向的隔板等。通过在流罩内部通过设置多个膜片，以及横向和纵向的隔板，这些结构能够改变气流的流向和速度，减小气流损失，并且增加气流的压力和温度，从而提高燃烧效率，减少燃料消耗，同时也减少了有害气体的排放，进一步提高发动机的效率。整流罩外圆周面上整流孔与承力支板厚度充分配合，能够保护支板不受来自发动机发动机转子的力作用。

轴承支座一般由轴承座、轴承、轴承盖、密封圈等部分组成，可采用常规结构，本实施例中不再详述。轴承端盖用于封闭轴承，防止灰尘、污染物进入，影响轴承的正常工作，而密封圈则用于密封轴承和轴承盖间的间隙，防止润滑油泄漏。轴承支座的主要作用是支撑和定位航空发动机的转轴，使其能够在高速运转时稳定运行，同时承受由于转轴运动产生的载荷和冲击力。

实际安装时，内机匣连接五号轴承支座是通过前端面的内法兰上面的螺栓孔相连接，并且内机匣前后结构有一定的差异。其外法兰则是由30个螺栓孔连接涡扇发动机CFM56燃烧室燃油部件，且内外法兰不在同一个平面上内机匣的后端面形状规则，与整流罩充分配合，保护发动机的内部部件免受外部环境的影响。

Claims (10)

1.一种民用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，包括：

与发动机热端相连接的环形的外机匣；

与外机匣同轴设置、用于与发动机转子和定子连接的内机匣；

与内机匣相互配合围成整流空间的整流罩；

设置在内、外机匣之间的多个承力支板；

固定在内机匣上的轴承支座；

所述承力支板为非径向安装。

2.根据权利要求1所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述外机匣横截面为近似U型结构。

3.根据权利要求2所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述外机匣由环形的圆柱段、固定在圆柱段两侧的倾斜段以及固定在倾斜段外端的垂直段组成，所述承力支板与所述圆柱段内壁固定。

4.根据权利要求1所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述承力支板相对内、外机匣径向倾斜设置，外端与外机匣内壁固定，内端与整流罩外壁相切或者近似相切固定。

5.根据权利要求1所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述整流罩外壁设有整流孔，所述承力支板内端插入所述整流孔内。

6.根据权利要求1所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述内、外机匣为由钛合金材料结构。

7.根据权利要求1所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述整流罩内部沿周向均匀设置有多个膜片，各个膜片沿内机匣径行布置。

8.根据权利要求1所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述外机匣外壁设有多个散热翅片。

9.根据权利要求1所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述内机匣的横截面为近似L型结构，L型结构的水平段对应的部分沿内机匣轴向布置，L型结构的竖直段对应的部分内机匣径向布置；所述整流罩的横截面为近似倒L型结构，倒L型结构的水平段对应的部分沿整流罩轴向布置，且另一端与内机匣的竖直段对应的部分顶端对接密封固定，倒L型结构的竖直段对应的部分沿整流罩径向布置，且底端与内机匣水平段对应的部分的另一端对接密封固定。

10.根据权利要求1所述的用涡扇发动机CFM56涡轮后框架，其特征在于，所述内机匣的水平段对应部分设有与轴承支座、整流罩配合的法兰面结构；所述整流罩水平段对应部分设有与内机匣竖直段对应的部分配合的法兰面结构。