CN118008576A - 一种贯通多层机匣的管路连接结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种贯通多层机匣的管路连接结构，属于航空发动机技术领域，该管路连接结构包括：外机匣；内机匣；密封机匣；位于外机匣和内机匣之间的中间机匣，中间机匣包括外环、支板和内环，外环与外机匣之间构成外涵道，内机匣与密封机匣之间构成冷却气通道，外环与内环之间构成主流道气通道，内环与内机匣之间形成隔热腔；主要由管接头、套管、管路及套管堵头构成的管路焊接组件，所述管路焊接组件穿过外机匣、中间机匣、内机匣而安装至密封机匣上，其中，所述管路焊接组件与中间机匣之间为固定连接，所述管路焊接组件与外机匣和内机匣之间为浮动封严，所述管路焊接组件与密封机匣之间为插接，并采用基于膨胀石墨的密封结构密封。

Description

一种贯通多层机匣的管路连接结构

技术领域

本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种贯通多层机匣的管路连接结构。

背景技术

贯通多层机匣的管路连接是航空发动机中常用的结构。随着航空发动机主流道温度越来越高，机匣间的温差和变形差也越来越大，这就给穿越多层机匣的管路连接设计带来较大困难。较高的环境温度会加热管路内介质(比如滑油、封严气等)，造成管路内出现滑油结焦、封严气温度过高等问题。此外，较高的环境温度还会使管路与密封腔的可靠密封带来影响。

现有技术中常采用将管路固定在某单层机匣上，并与其他机匣之间预留较大间隙的方式实现多层机匣管路的安装，这种方式可以避免因多层机匣变形不协调导致与管路接触位置发生碰磨而产生应力的问题，但这种方式会在间隙位置带来多层机匣之间密封的问题，导致介质泄露。

另外，对于管路内的滑油和封严气隔热等问题，由于管路通常为单层管或增加简单的套管结构进行隔热，这种方式在主流道温度较高的情况下，满足不了管路的隔热降温要求。

最后，对于管路与密封腔或机匣等结构的密封问题，由于现有技术中管路与密封机匣常采用胶圈密封的方案，装配时管路插入密封机匣可能损伤胶圈的表面完整性，从而影响滑油密封的可靠性，也无法实现在不同工作状态下管路大幅窜动时有效贴紧密封，从而出现泄露。

发明内容

本申请的目的是提供了一种贯通多层机匣的管路连接结构，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：一种贯通多层机匣的管路连接结构，包括：

外机匣；

内机匣；

密封机匣；

位于所述外机匣和内机匣之间的中间机匣，所述中间机匣包括外环、支板和内环，所述外环与外机匣之间构成外涵道，所述内机匣与密封机匣之间构成冷却气通道，所述外环与内环之间构成主流道气通道，所述内环与内机匣之间形成隔热腔；

主要由管接头、套管、管路及套管堵头构成的管路焊接组件，所述管路焊接组件穿过外机匣、中间机匣、内机匣而安装至密封机匣上，其中，所述管路焊接组件与中间机匣之间为固定连接，所述管路焊接组件与外机匣和内机匣之间为浮动封严，所述管路焊接组件与密封机匣之间为插接，并采用基于膨胀石墨的密封结构密封。

在本申请优选实施方式中，所述套管设置在管路的外侧，且所述套管和管路的两端分别连接至管接头和套管堵头上，从而形成具有夹层隔腔的管路焊接组件。

在本申请优选实施方式中，所述套管上设有进气孔和出气孔，所述进气孔位于外涵道内，所述出气孔位于隔热腔内，外涵气从进气孔进入沿着夹层隔腔流动从出气孔流出。

在本申请优选实施方式中，所述套管和管路与管接头和套管堵头之间通过焊接固定。

在本申请优选实施方式中，所述管路焊接组件还包括安装法兰，所述安装法兰固定在套管，所述管路焊接组件通过安装法兰与中间机匣固定连接。

在本申请优选实施方式中，所述管路连接结构还包括第一密封环，所述第一密封环为分体搭接结构，管接头为双层法兰结构，所述外机匣上设有套筒型安装座，所述第一密封环的上下两个端面装配在管接头的双层法兰之间，且第一密封环的外圆面与外机匣的套筒型安装座内表面接触，第一密封环与外机匣和管接头的接触端面配合尺寸均为间隙配合，从而实现管路焊接组件与外机匣轴向、周向、径向三个方向的浮动封严。

在本申请优选实施方式中，所述第一密封环的上下两端面和外圆表面设置有耐磨涂层。

在本申请优选实施方式中，所述管路连接结构还包括浮动环和盖板，所述盖板固定在内机匣上以形成环形间隙，所述浮动环安装在所述环形间隙内且与所述套管堵头表面接触配合，其中，所述浮动环的上下表面与盖板之间以及浮动环与套管堵头之间均为间隙配合，从而实现管路焊接组件与内机匣轴向、周向、径向三个方向的浮动封严。

在本申请优选实施方式中，所述管路连接结构还包括有压紧螺母、垫片和第二密封环，所述管路外侧套有压紧螺母、垫片和第二密封环，所述管路通过所述压紧螺母装配到密封机匣上，其中，所述第二密封环的材料为膨胀石墨，第二密封环与管路为间隙配合，第二密封环在压紧螺母的压紧作用下会发生压缩变形，从而与管路之间为贴紧状态，实现管路与密封机匣之间的密封。

在本申请优选实施方式中，通过调整第二密封环的数量，实现对不同介质的密封。

本申请提供的贯穿多层机匣的管路连接结构将管路安装在高温中间机匣上，管路与其他机匣之间根据工作环境和工作需求设计为不同种类的浮动封严结构，同时解决了机匣之间热变形不协调而导致的管路磨损和不同介质腔之间泄露的问题。此外，该管路连接结构中提供了一种双层管路结构，在管路与套管之间设计冷却流路，实现管路的高效隔热冷却；本申请的管路连接结构中还提供一种可用于密封高压高温气、油介质使用的膨胀石墨密封结构，实现高可靠性密封效果。

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为本申请的贯穿多层机匣的管路连接结构总体示意图。

图2为本申请中的第一密封环示意图。

图3为本申请中的管路焊接组件与外机匣浮动封严示意图。

图4为本申请中的管路焊接组件与内机匣浮动封严示意图。

图5为本申请中的管路焊接组件与密封机匣插接示意图。

图6为本申请中的管路焊接组件夹层隔腔流路示意图。

附图标记：

1-管接头；

2-第一密封环；

3-外机匣；

4-套管；

41-进气孔；

42-出气孔；

5-安装法兰；

6-管路；

7-中间机匣；；

71-外环；

72-支板；

73-内环；

8-套管堵头；

9-浮动环；

10-盖板；

11-内机匣；

12-压紧螺母；

13-垫片；

14-第二密封环；

15-密封机匣。

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。

为了解决现有技术中管路与多层机匣之间的连接磨损和密封不足，或是主流道温度较高而管路的隔热冷却效果不足，或是管路装配过程损伤密封件造成管路工作状态发生大幅度窜动时无法实现管路与密封腔的可靠密封等问题，本申请提供一种贯穿多层机匣的管路连接结构。

本申请中以穿过四层机匣为例进行说明。

如图1所示，本申请提供的贯穿多层机匣的管路连接结构主要包括：管接头1、第一密封环2、外机匣3、套管4、安装法兰5、管路6、中间机匣7、套管堵头8、浮动环9、盖板10、内机匣11、压紧螺母12、垫片13、第二密封环14及密封机匣15。

套管4和管路6的两端分别与管接头1和套管堵头8通过焊接形成双层的管路焊接组件，安装法兰5焊接在该管路焊接组件上，通过套管堵头8实现套管4的定位连接。

中间机匣7主要由外环71、支板72和内环73组成，外机匣3与中间机匣7的外环71之间为外涵气通道，环境温度较低；中间机匣7的外环71和内环73之间为主流道气通道，环境温度较高；内机匣11和密封机匣15之间为冷却气通道，环境温度中等(即介于外涵气通道温度与主流道气通道温度之间)。中间机匣7的内环73与内机匣11之间形成隔热腔，用于降低主流道的高温对冷却气的加热作用。

其中，管路焊接组件与中间机匣7之间为固定连接，同时管路焊接组件与外机匣3和内机匣11之间采用浮动封严，管路焊接组件与密封机匣15之间为插接，并采用基于膨胀石墨的密封结构。通过上述结构可以避免外机匣3、中间机匣7、内机匣11热变形不协调时，各机匣与管路焊接组件发生碰磨，同时可实现机匣之间的良好密封，不会发生介质泄露的问题。基于膨胀石墨的密封结构可以避免管路装配过程损伤密封件，并且实现管路因工作状态变化径向窜动时与密封机匣15之间的可靠密封。

在本申请中，由于主流道气体变化将直接影响发动机的性能，需保证主流道气与外涵气之间严格密封，因此本申请中的管路焊接组件通过安装法兰5与中间机匣7固定连接(例如螺栓连接)，可保证主流道气与外涵气之间无泄露。外机匣3外侧为发动机外部大气环境，外涵气发生轻微泄露对发动机性能几乎无影响；冷却气发生轻微泄露对滑油腔的冷却也几乎无影响。因此，管路焊接组件与外机匣3、内机匣11均采用浮动封严。

在本申请中，在航空发动机环境中，受主流道环境温度的影响，中间机匣7的温度通常要远高于外机匣3，其周向、轴向、径向变形与外机匣相差极大，外机匣3的浮动封严采用外密封环式浮动封严结构。如图2所示，第一密封环2设计为分体搭接结构，上下两端面和外圆表面可根据需要设置耐磨涂层。如图3所示，管接头1为双层法兰结构，外机匣3上设有套筒型安装座，第一密封环2的上下两个端面装配在管接头1的双层法兰之间，且第一密封环2的外圆面与外机匣3的套筒型安装座内表面接触，第一密封环2与外机匣3和管接头1的接触端面配合尺寸均为小间隙配合，从而实现管路焊接组件与外机匣3轴向、周向、径向三个方向的浮动封严。

如图4所示，因内机匣11结构设计空间受限，本申请中的浮动封严结构采用盖板式内浮动封严结构——通过螺钉或焊接将盖板10固定在内机匣11上，两者之间形成环形间隙，浮动环9安装在该环形间隙内且与套管堵头8表面接触配合，其中，浮动环9的上下表面与盖板10之间和浮动环9与套管堵头8之间均为小间隙配合，从而实现管路焊接组件与内机匣11轴向、周向、径向三个方向的浮动封严。在本申请优选实施例中，浮动环9的截面为L型结构，其与套管堵头8接触一侧的延长边指向外机匣方向一侧。

如图5所示为管路6与密封机匣15之间的高可靠性密封结构示意图，管路6外侧套有压紧螺母12，其装配到密封机匣15内后，通过压紧螺母12拧紧而固定。在压紧螺母12下侧的密封机匣15内依次设置有垫片13和第二密封环14，其中，第二密封环14的材料为膨胀石墨，第二密封环14与管路6设计为间隙配合(间隙H1>0)，从而可以避免管路6装配过程中对第二密封环14产生损伤。第二密封环14在压紧螺母12的作用下发生压缩变形，与管路6之间为贴紧状态(间隙H1＝0)，实现管路6与密封机匣15之间的密封。

发动机工作状态变化较大时，管路6与密封机匣15发生较大的径向窜动，由于第二密封环14的材料为膨胀石墨具有润滑性，管路6窜动时对第二密封环14的损伤较小，并且随着温度升高，石墨体积膨胀，能够实现各类介质的可靠密封。

通过调整第二密封环14的数量，可实现对不同介质的密封，例如，密封滑油时可适当增加第二密封环14数量，封严气密封时可减少第二密封环14的数量。

如图6所示为管路焊接组件自身的高效隔热冷却结构示意图，在该结构中，管路6的外侧设置套管4，两者之间形成可供气体流通的夹层隔腔，套管4设置有进气孔41和出气孔42，进气孔41位于温度较低、压力大的外涵气通道内，外涵气从进气孔41进入套管4与管路6之间的夹层隔腔内并从出气孔42流出，满足管路6的高效冷却隔热要求。

本申请提供的贯穿多层机匣的管路连接结构将管路安装在高温中间机匣上，管路与其他机匣之间根据工作环境和工作需求设计为不同种类的浮动封严结构，同时解决了机匣之间热变形不协调而导致的管路磨损和不同介质腔之间泄露的问题。此外，该管路连接结构中提供了一种双层管路结构，在管路与套管之间设计冷却流路，实现管路的高效隔热冷却；本申请的管路连接结构中还提供一种可用于密封高压高温气、油介质使用的膨胀石墨密封结构，实现高可靠性密封效果。

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 (10)

1.一种贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，包括：

外机匣(3)；

内机匣(11)；

密封机匣(15)；

位于所述外机匣(3)和内机匣(11)之间的中间机匣(7)，所述中间机匣(7)包括外环(71)、支板(72)和内环(73)，所述外环(71)与外机匣(3)之间构成外涵道，所述内机匣(11)与密封机匣(15)之间构成冷却气通道，所述外环(71)与内环(73)之间构成主流道气通道，所述内环(73)与内机匣(11)之间形成隔热腔；

主要由管接头(1)、套管(4)、管路(6)及套管堵头(8)构成的管路焊接组件，所述管路焊接组件穿过外机匣(3)、中间机匣(7)、内机匣(11)而安装至密封机匣(15)上，其中，所述管路焊接组件与中间机匣(7)之间为固定连接，所述管路焊接组件与外机匣(3)和内机匣(11)之间为浮动封严，所述管路焊接组件与密封机匣(15)之间为插接，并采用基于膨胀石墨的密封结构密封。

2.如权利要求1所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，所述套管(4)设置在管路(6)的外侧，且所述套管(4)和管路(6)的两端分别连接至管接头(1)和套管堵头(8)上，从而形成具有夹层隔腔的管路焊接组件。

3.如权利要求2所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，所述套管(4)上设有进气孔(41)和出气孔(42)，所述进气孔(41)位于外涵道内，所述出气孔(42)位于隔热腔内，外涵气从进气孔(41)进入沿着夹层隔腔流动从出气孔(42)流出。

4.如权利要求2或3所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，所述套管(4)和管路(6)与管接头(1)和套管堵头(8)之间通过焊接固定。

5.如权利要求4所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，所述管路焊接组件还包括安装法兰(5)，所述安装法兰(5)固定在套管(4)，所述管路焊接组件通过安装法兰(5)与中间机匣(7)固定连接。

6.如权利要求1所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，所述管路连接结构还包括第一密封环(2)，所述第一密封环(2)为分体搭接结构，所述管接头(1)为双层法兰结构，所述外机匣(3)上设有套筒型安装座，所述第一密封环(2)的上下两个端面装配在管接头(1)的双层法兰之间，且第一密封环(2)的外圆面与外机匣(3)的套筒型安装座内表面接触，第一密封环(2)与外机匣(3)和管接头(1)的接触端面配合尺寸均为间隙配合，从而实现管路焊接组件与外机匣轴向、周向、径向三个方向的浮动封严。

7.如权利要求6所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，所述第一密封环(2)的上下两端面和外圆表面设置有耐磨涂层。

8.如权利要求1所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，所述管路连接结构还包括浮动环(9)和盖板(10)，所述盖板(10)固定在内机匣(11)上以形成环形间隙，所述浮动环(9)安装在所述环形间隙内且与所述套管堵头(8)表面接触配合，其中，所述浮动环(9)的上下表面与盖板(10)之间以及浮动环(9)与套管堵头(8)之间均为间隙配合，从而实现管路焊接组件与内机匣轴向、周向、径向三个方向的浮动封严。

9.如权利要求1所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，所述管路连接结构还包括有压紧螺母(12)、垫片(13)和第二密封环(14)，所述管路(6)外侧套有压紧螺母(12)、垫片(13)和第二密封环(14)，所述管路(6)通过所述压紧螺母(12)装配到密封机匣(15)上，其中，所述第二密封环(14)的材料为膨胀石墨，第二密封环(14)与管路(6)为间隙配合，第二密封环(14)在压紧螺母(12)的压紧作用下会发生压缩变形，从而与管路(6)之间为贴紧状态，实现管路(6)与密封机匣(15)之间的密封。

10.如权利要求9所述的贯通多层机匣的管路连接结构，其特征在于，通过调整第二密封环(14)的数量，实现对不同介质的密封。