CN202418176U - 一种螺栓 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种螺栓，具有底端与顶端。螺栓还具有从顶端的端面向内沿螺栓的轴向延伸的冷却介质进入流道，以及邻近底端贯穿螺栓的外壁并与冷却介质进入流道呈角度连通的冷却介质排出流道，藉此，冷却介质通过冷却介质进入流道进入并从冷却介质排出流道排出以冷却螺栓。通过在螺栓内部设置冷却流道，强化了螺栓内部的换热，并在螺栓根部的冷却流道出口形成一股冷却气膜，使螺栓保持在较低的温度水平，从而保证了螺栓在足够的安全裕度内正常工作。

Description

一种螺栓

技术领域

本实用新型涉及一种螺栓，尤其适用于高温环境下能够被冷却的螺栓。

背景技术

航空发动机的燃烧室火焰筒在温度高达2000K甚至更高温度的燃气中工作，目前任何材料都不能长时间在如此恶劣的环境下工作，因此必须对燃烧室火焰筒进行冷却，以防止被高温燃气烧坏而减少燃烧室或发动机的寿命。目前，用于冷却航空发动机的燃烧室火焰筒的基本冷却方式有气膜冷却、对流气膜冷却、冲击气膜冷却、发散冷却和层板冷却等。

在燃烧室中，具有很多将燃烧室内衬固定于燃烧室外壁并因此而承受高机械负荷和热负荷的螺栓。通常，螺栓与燃烧室内衬焊接在一起，通过一些从内部即从燃烧室插入的螺栓将燃烧室内衬固定在燃烧室外壁上。在燃烧室内衬上没有焊接螺栓的位置有气膜冷却的覆盖，然而，在焊接了螺栓的位置没有气膜冷却的覆盖，故，螺栓在承受高机械负荷的同时也承受极大的热负荷。目前，所应用的双层浮动壁燃烧室没有考虑对螺栓连接处进行冷却，这使得燃烧室内衬的螺栓冷却问题显得尤为突出。如果由于螺栓失灵使螺栓或螺栓的一部分、尤其是燃烧室内衬进入燃烧室并和燃气气流一起被带走，则将对后置的涡轮机造成严重的损坏。

实用新型内容

为了可靠地防止设置在燃烧室中的固定螺栓失灵，可以将这些螺栓设计成可冷却的。为此，固定螺栓加上一个轴向冷却流道，通过该冷却流道使冷却介质从燃烧室外面导进该燃烧室中。冷却介质在燃烧室中与燃气混合，这使得燃烧室中的温度会有所降低，为了保证通过冷却使固定螺栓达到足够的强度，这种燃烧室温度降低引起的效率损失是必然的。保证这些固定螺栓具有足够的机械承载能力决定了需要可观的冷却介质的需求量。

为了使螺栓不仅能承受较高的机械负荷还能够承受较高的热负荷，本实用新型的目的是提供一种螺栓，具有底端与顶端，螺栓具有从顶端的端面向内沿螺栓的轴向延伸的冷却介质进入流道，以及邻近底端贯穿螺栓的外壁并与冷却介质进入流道呈角度连通的冷却介质排出流道，藉此，冷却介质通过冷却介质进入流道进入并从冷却介质排出流道排出以冷却螺栓。

优选地，冷却介质进入流道在冷却介质的流动方向上为收缩型。

优选地，冷却介质进入流道为多个。

更优选地，多个冷却介质进入流道在螺栓径向呈环状排列。

优选地，冷却介质排出流道为多个。

更优选地，冷却介质排出流道之间相互连通。

优选地，冷却介质排出流道与冷却介质进入流道基本垂直。

优选地，螺栓用于涡轮发动机的燃烧室中。

具体地，底端的端面焊接在燃烧室的内衬上，螺栓通过顶端与螺母的配合将内衬固定至燃烧室的外壁上。

本实用新型的有益效果在于：通过在螺栓内部设置冷却流道，强化了螺栓内部的换热，并在螺栓根部的冷却流道出口形成一股冷却气膜，使螺栓保持在较低的温度水平，从而保证了螺栓在足够的安全裕度内正常工作。

附图说明

图1示出了具有本实用新型所公开的螺栓的燃烧室内衬的透视图；

图2示出了图1的燃烧室内衬和燃烧室外壁配合的示意图，其中部分地示出了本实用新型所公开的螺栓；

图3示出了具有本实用新型所公开的螺栓的燃烧室内衬的平面图和其沿剖面线A-A的横截面图，其中，(a)为平面图，(b)为横截面图；

图4示出了图3中(b)的局部放大图。

具体实施方式

如图1和图2所示，其示出了具有螺栓100的燃烧室内衬10，其中，螺栓100以其底端102的端面焊接在燃烧室内衬10上，且该螺栓100通过顶端104与螺母200、垫圈300配合从而将燃烧室内衬10固定至燃烧室外壁20上。此处的燃烧室内衬10除了螺栓100外与常规的燃烧室内衬的结构基本相同，例如，为了对燃烧室火焰筒的筒壁进行冷却，该燃烧室内衬10上还具有用于使冷却介质从中喷出而进行冷却的斜孔12。下文仅对螺栓100的结构进行详细说明。

参见图3-图4，螺栓主体形成于底端102和顶端104之间，在螺栓主体上，限定有从顶端104的端面向内沿螺栓100的轴向延伸的冷却介质进入流道106，以及邻近底端102贯穿螺栓100的外壁110并与冷却介质进入流道106呈角度连通的冷却介质排出流道108。在本实用新型较优的实施方式中，冷却介质进入流道106和冷却介质排出流道108所呈的角度大致为直角，且冷却介质进入流道106和冷却介质排出流道108均为六个，具体地，该六个冷却介质进入流道106在螺栓主体的径向上呈环状排列。此外，每一个冷却介质进入流道106的流道可以是呈规则形状，诸如圆形、椭圆形和方孔等，也可以呈不规则形状，还可以呈环状以代替多个孔从而使冷却介质进入流道成为一个环腔。同样地，每一个冷却介质排出流道108可呈规则形状亦可呈非规则形状。本领域的技术人员应当可以理解，可以平衡地考虑冷却效率和螺栓强度来设计冷却介质进入流道106和冷却介质排出流道108的形状、数量以及布置方式等；也可以理解，简单的形状或数量变化均不脱离本实用新型的实质。

这样，再回过来参照图2，当该螺栓100通过螺母200、垫圈300将该燃烧室内衬10固定至燃烧室外壁20上时，在燃烧室外壁20侧的冷却介质就可以通过冷却介质进入流道106进入到螺栓主体内部从而能够与螺栓主体进行热交换，然后从冷却介质排出流道108排出从而带走热量以便于冷却螺栓100。众所周知的是，在本实用新型中的示例性应用(即，该螺栓100应用于涡轮发动机的燃烧室)中，这种冷却介质是从压气机端流出的压缩空气，而该压缩空气相较于燃烧室的温度是非常低的并且压气机和燃烧室之间的压力差也会使该压缩空气易于从冷却介质进入流道106进入并迅速从冷却介质排出流道108中喷射出来。本领域的技术人员应当可以理解，这种螺栓100并不限于应用在上述的燃烧室中，其还可以应用到其他需要冷却的高温连接场合。另外，上面简单地叙述了压气机和燃烧室之间的压力环境恰好促使压缩空气可以适应流道的设计而达到冷却的目的，然而，这并不是说压气机和燃烧室甚至它们之间的压力环境对于该螺栓是必要的。事实上，如果使用该螺栓，的确需要一个介质流动环境以便于冷却介质可以进入到冷却流道内对螺栓进行冷却，但不限于上述压气机和燃烧室的工作场合，而且，从介质流动的角度看，无论是正向的还是逆向的均能实现这种冷却，因此，即使是逆向的冷却过程也属于本实用新型的保护范围。

在本实用新型的较优的实施方式中，该冷却介质进入流道106在冷却介质的流动方向上为收缩型，即，沿着冷却介质的流动方向逐渐收缩并直达底部102。因此可以使冷却介质在该收缩型冷却介质进入流道内加速，能够强化换热。本领域的技术人员应当可以理解，该冷却介质进入流道106可以贯穿螺栓100或不贯穿螺栓100而邻近底部102也是可行的。

本实用新型充分利用了螺栓内部由冷却介质进入流道和冷却介质排出流道共同形成的冷却流道，具有结构简单、换热效果好、流阻损失小等特点。当这种螺栓结构应用于双层火焰筒壁上，能够有效降低螺栓工作的温度水平和温度梯度，从而使火焰筒壁螺栓的使用寿命大幅度提高。

上述描述虽然对本实用新型作了比较详细的说明，但是这些只是对本实用新型说明性的，而不是对本实用新型的限制，任何未超出本实用新型实质精神内的实用新型创造，均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种螺栓，具有底端与顶端，其特征在于，所述螺栓具有从所述顶端的端面向内沿所述螺栓的轴向延伸的冷却介质进入流道，以及邻近所述底端贯穿所述螺栓的外壁并与所述冷却介质进入流道呈角度连通的冷却介质排出流道，藉此，冷却介质通过所述冷却介质进入流道进入并从所述冷却介质排出流道排出以冷却所述螺栓。

2.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于，所述冷却介质进入流道在冷却介质的流动方向上为收缩型。

3.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于，所述冷却介质进入流道为多个。

4.根据权利要求3所述的螺栓，其特征在于，所述多个冷却介质进入流道在所述螺栓径向呈环状排列。

5.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于，所述冷却介质排出流道为多个。

6.根据权利要求5所述的螺栓，其特征在于，所述冷却介质排出流道之间相互连通。

7.根据权利要求1所述的螺栓，其特征在于，所述冷却介质排出流道与所述冷却介质进入流道基本垂直。

8.根据权利要求1-7任一所述的螺栓，其特征在于，所述螺栓用于涡轮发动机的燃烧室中。

9.根据权利要求8所述的螺栓，其特征在于，所述底端的端面焊接在所述燃烧室的内衬上，所述螺栓通过所述顶端与螺母的配合将所述内衬固定至所述燃烧室的外壁上。

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