CN220769557U - 一种一体式涡轮进口导向器、发动机和飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式涡轮进口导向器、发动机和飞行器，涉及燃气涡轮发动机技术领域。一体式涡轮进口导向器包括：大弯管、涡轮进口导向器以及小弯管；所述涡轮进口导向器包括导向器外环以及导向器内环；所述大弯管与所述导向器内环可拆卸连接，所述小弯管与所述导向器外环可拆卸连接。本实用新型能够实现涡轮进口导向器内外环的高效冷却，提高发动机的性能和效率。

Description

一种一体式涡轮进口导向器、发动机和飞行器

技术领域

本实用新型涉及燃气涡轮发动机技术领域，特别是涉及一种一体式涡轮进口导向器、发动机和飞行器。

背景技术

目前在典型的航空发动机中，环形回流燃烧室由于其轴向长度短，与离心式压气机配合良好，广泛应用于航空涡轴、涡桨发动机和辅助动力装置中。通常是来自离心式压气机的压缩空气通过扩压器进入环形回流燃烧室，然后通过燃烧室机匣和火焰筒外环构成的通道进入火焰筒头部，并与燃油喷嘴喷出的燃油混合燃烧，形成高温燃气。高温燃气经由火焰筒内、外环构成的大、小弯管和涡轮进口导向器进入涡轮膨胀做功。为了提高航空发动机的性能，涡轮前温度不断提高，为保证涡轮的安全运行，必须实施有效的冷却来降低涡轮进口导向器的金属壁温。相较于轴流式燃烧室，回流燃烧室的一个显著特点是拥有大、小弯管，用于将高温燃气回转180度后排入涡轮。

但是目前由于安装配合的原因，航空发动机燃烧室和涡轮进口导向器之间存在缝隙，冷气的流动形式受到两者配合的限制，不能很好的贴附金属壁面，不能对大小弯管和涡轮进口导向器内外环起到很好的冷却作用，对涡轮进口导向器的使用寿命以及发动机整体性能都有重要的影响。

以往的航空发动机为保证发动机的安全运行，通常通过增加冷气量实现封严和有效的冷却，但增加冷气量必然会降低发动机的整体性能。

因此，如何实现涡轮进口导向器内外环的高效冷却，提高发动机的性能和效率是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述背景技术中提到的至少一个问题，本实用新型提供了一种一体式涡轮进口导向器、发动机和飞行器，能够实现涡轮进口导向器内外环的高效冷却，提高发动机的性能和效率。

本实用新型实施例提供的具体技术方案如下：

第一方面，提供一种一体式涡轮进口导向器，包括：

大弯管、涡轮进口导向器以及小弯管；

所述涡轮进口导向器包括导向器外环以及导向器内环；

所述大弯管与所述导向器内环可拆卸连接，所述小弯管与所述导向器外环可拆卸连接。

进一步的，所述大弯管连接有第一固定环，所述第一固定环上设有一个或多个第一固定片；

所述导向器内环开有与所述第一固定片配合的一个或多个卡槽，所述大弯管通过所述第一固定片配合所述卡槽与所述导向器内环可拆卸连接。

进一步的，所述小弯管连接有第二固定环，所述第二固定环上设有多个第二固定片；

所述一体式涡轮进口导向器还包括卡环，所述卡环的外侧与所述多个第二固定片连接，所述卡环的内侧与所述导向器外环连接。

进一步的，所述导向器外环的外侧开有限位槽，所述卡环的内侧设有限位凸起；

所述限位槽与所述限位凸起配合连接。

进一步的，所述卡环上还设有变形缝。

进一步的，所述大弯管上还设有气膜冷却环、固定座以及齿环；

所述大弯管通过所述固定座与发动机外机匣连接；

所述大弯管通过所述齿环与火焰筒外环连接。

进一步的，所述小弯管上还设有衔接环，所述涡轮进口导向器还包括导向器固定环；

所述小弯管通过所述衔接环与火焰筒内环连接；

所述涡轮进口导向器通过所述导向器固定环与发动机内机匣连接。

进一步的，所述小弯管上还开有一个或多个发散冷却孔；

所述发散冷却孔的直径取值范围为0.5毫米至0.8毫米。

第二方面，提供一种发动机，所述发动机包括火焰筒以及上述的一体式涡轮进口导向器；

所述一体式涡轮进口导向器通过大弯管与所述火焰筒的外环连接；

所述一体式涡轮进口导向器通过小弯管与所述火焰筒的内环连接。

第三方面，提供一种飞行器，所述飞行器包括上述的发动机。

本实用新型实施例具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供的一种一体式涡轮进口导向器、发动机和飞行器，通过将大弯管与导向器内环可拆卸连接，小弯管与导向器外环可拆卸连接，作为一体式涡轮进口导向器，之后再将大弯管与火焰筒外环连接，小弯管与火焰筒内环连接进行安装，能够优化涡轮进口导向器和回流燃烧室可能存在的高度差，从而能够降低涡轮进口导向器和回流燃烧室交接处的流动损失，进而提高了对导向器内环的冷却效果，对提高发动机的性能和效率有积极的帮助作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本实用新型实施例提供的一体式涡轮进口导向器的结构示意图；

图2示出根据本实用新型一个实施例的一体式涡轮进口导向器的爆炸结构示意图；

图3示出根据本实用新型一个实施例的一体式涡轮进口导向器的剖面图；

图4示出根据本实用新型一个实施例的卡环与涡轮进口导向器连接处的局部放大图；

附图标记：1、大弯管；11、第一固定环；111、第一固定片；12、气膜冷却环；13、固定座；14、齿环；2、涡轮进口导向器；21、导向器外环；22、导向器内环；23、导向器固定环；24、卡槽；3、小弯管；31、第二固定环；311、第二固定片；32、衔接环；4、卡环；41、变形缝。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，在本实用新型的描述中，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

还应当理解，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

大弯管、小弯管和涡轮进口导向器的连接结构的设计主要需要考虑以下几方面的因素：①、为了防止气流分离，降低连接处的总压损失，需要保证连接处具有合理的流道型面。②、大弯管、小弯管需要考虑如何可靠固定。结合流道型面的要求，目前的大、小弯管一般设计为与火焰筒整体构造焊接连接的形式，采用薄壁件加工，另一端采用搭接的方式实现与涡轮进口导向器的连接配合，这种结构可以有效保证流道型面连贯、加工简单，但也存在相应的问题，大、小弯管相对于焊点来说为悬臂结构，结构强度不易保证；另外，大、小弯管的曲率大，且在内外温差高的环境中工作，其身为薄壁件易产生热疲劳问题；整体构造使得大、小弯管产生局部裂纹等问题时，无法单独更换修理，必须整体拆装。③、由于大、小弯管周边温度环境一般较为恶劣，需设置冷却结构。目前常用的冷却结构为壁面小孔结构和气膜缝槽结构，壁面小孔结构即在大、小弯管上打出几排小孔，空气通过小孔流出实现冷却，常用于双层薄板结构的内壁组件。这种冷却方式结构简单，但会导致燃烧室出口温度分布在周向出现不均匀。气膜缝槽结构将大、小弯管分为几段，通过薄壁件的弯折结合形成窄缝，替代小孔。这种结构冷却空气均匀，冷却效率高，但结构复杂。④、由于燃烧室内温度高，各组件在受热时均会产生不同程度的尺寸变化，这种尺寸变化在设计时需予以充分的考虑，给予组件结合点足够的自由度，避免出现挤压应力，影响连接结构的整体结构强度。目前常见的大、小弯管内壁一端焊接一端搭接的方式可以给予一定的轴向自由度，但径向自由度无法保证。⑤、考虑到受热导致的尺寸变化，连接结构组件的各连接处常采用间隙配合，这也导致了发动机正常工作时连接处易出现挤压碰磨，这种磨损会降低连接的可靠性，需要视情况更换磨损组件，这也对连接结构可维护性提出了新的需求。

实施例一

本实用新型提供了一种一体式涡轮进口导向器，参照图1，包括大弯管1、涡轮进口导向器2以及小弯管3。其中，涡轮进口导向器2包括导向器外环21以及导向器内环22；大弯管1与导向器内环22可拆卸连接，小弯管3与导向器外环21可拆卸连接。

具体的，常规的大弯管1、小弯管3一般设计为与火焰筒整体构造焊接连接的形式，本申请采用大弯管1、小弯管3与火焰筒分离，大弯管1、涡轮进口导向器2以及小弯管3组合为一体式涡轮进口导向器。一般的，大弯管1的直径大于小弯管3的直径。涡轮进口导向器2包括导向器外环21以及导向器内环22，导向器外环21以及导向器内环22之间设置有一个或多个导向器叶片，导向器叶片的两端分别连接导向器外环21以及导向器内环22。将大弯管1与导向器内环22可拆卸连接，小弯管3与导向器外环21可拆卸连接。通过采用这样的结构形式，能够具有良好的装配性，能够在保证流道型面的同时，灵活拆装更换大弯管1、涡轮进口导向器2以及小弯管3，以便于安装、拆卸以及后续维护，提升整体组件的耐用性。另外，本申请通过将大弯管1与导向器内环22可拆卸连接，小弯管3与导向器外环21可拆卸连接，作为一体式涡轮进口导向器，之后再将大弯管1与火焰筒外环连接，小弯管3与火焰筒内环连接进行安装，能够优化涡轮进口导向器2和回流燃烧室可能存在的高度差，从而能够降低涡轮进口导向器2和回流燃烧室交接处的流动损失，进而提高了对导向器内环22的冷却效果，对提高发动机的性能和效率有积极的帮助作用。

在一些实施方式中，大弯管1连接有第一固定环11，第一固定环11上设有一个或多个第一固定片111。导向器内环22开有与第一固定片111配合的一个或多个卡槽24，大弯管1通过第一固定片111配合卡槽24与导向器内环22可拆卸连接。

具体的，参照图2，大弯管1连接有第一固定环11，第一固定环11可以通过焊接连接在大弯管1上，与大弯管1形成一个整体。第一固定环11上设有一个或多个第一固定片111，第一固定片111具有一定的弧度，第一固定片111可以是弹片式的设计，同样的，导向器内环22开有与第一固定片111配合的一个或多个卡槽24，卡槽24供第一固定片111穿过。在安装时，通过第一固定片111穿过配合的对应卡槽24，当大弯管1装入之后，通过旋转一定的角度，此时大弯管1将无法取出，同时又保证了一定的周向和轴向的活动裕度，能够在保证大弯管1装配性的同时降低了对大弯管1的加工工艺要求，并且提高了大弯管1与火焰筒外环装配的适配性。需要注意的是，卡槽24设置的数量应当大于等于第一固定片111的数量，卡槽24与第一固定片111的数量、设置可以根据实际设计需求进行灵活调整。

在一些实施方式中，参照图3，小弯管3连接有第二固定环31，参照图2，第二固定环31上设有多个第二固定片311。一体式涡轮进口导向器还包括卡环4，卡环4的外侧与多个第二固定片311连接，卡环4的内侧与导向器外环21连接。

具体的，小弯管3连接有第二固定环31，第二固定环31可以通过焊接连接在小弯管3上，与小弯管3形成一个整体。第二固定环31上设有多个第二固定片311，参照图4，在第二固定片311和导向器外环21之间还设置有卡环4。在装配时，卡环4可以采用嵌入的方式，通过卡环4的外侧与多个第二固定片311连接，卡环4的内侧与导向器外环21连接的方式将小弯管3整体固定在导向器外环21上。特别的，参照图4，卡环4的前端可以采用梯形台面，即采用变截面的形式，卡环4的前端截面尺寸小于卡环4后端截面尺寸，使得卡环4在装配的过程中截面较小的一端首先贴合第二固定片311，起到对第二固定片311辅助装配的作用。通过采用这样的结构形式，能够易于小弯管3的装配和拆卸，便于小弯管3安装，减少小弯管3加工工艺要求，也便于拆卸和后续维护。另外，在卡环4装入后，还可以采用卡环4胀接或者直接将第二固定片311焊接在卡环4上，进一步起到对小弯管3的固定作用。

在一些实施方式中，卡环4上还设有变形缝41。

具体的，参照图2，卡环4上还设有变形缝41，变形缝41的设置能够在卡环4受热导致膨胀变形时提供裕度，使得受热变形时卡环4更加贴合第二固定片311，避免影响到连接结构。

在一些实施方式中，导向器外环21的外侧开有限位槽，卡环4的内侧设有限位凸起。限位槽与限位凸起配合连接。

示例性的，参照图4，涡轮进口导向器2的导向器外环21的外侧表面开有限位槽，限位槽与导向器外环21的外侧表面形成一个台阶面，该台阶面的高差可以为0.5mm至2mm；同样的，在限位槽所处的对应位置处，卡环4的内侧设有与限位槽对应配合的限位凸起，限位凸起与卡环4内表面也形成一个台阶面，该台阶面的高差同样可以为0.5mm至2mm。在装配式，通过限位槽与限位凸起配合连接，将卡环4装配在导向器外环21上，卡环4与导向器外环21卡接，同时与第二固定片311连接，小弯管3将无法取出，但又具有周向的活动裕度，能够在保证小弯管3装配性的同时，提高了小弯管3与火焰筒内环装配的适配性。特别的，参照图4，限位槽与限位凸起配合连接后，涡轮进口导向器2的导向器外环21与卡环4连接处还可以预设有一个结构缝，结构缝的设计可以为导向器外环21与卡环4受到热应力变形提供变形富裕，从而避免影响到连接结构。

在一些实施方式中，大弯管1上还设有气膜冷却环12、固定座13以及齿环14。大弯管1通过固定座13与发动机外机匣连接。大弯管1通过齿环14与火焰筒外环连接。

在一些实施方式中，参照图3，小弯管3上还设有衔接环32，涡轮进口导向器2还包括导向器固定环23。小弯管3通过衔接环32与火焰筒内环连接。涡轮进口导向器2通过导向器固定环23与发动机内机匣连接。

具体的，在本实施例中，大弯管1、小弯管3相对于火焰筒是分离构造，火焰筒外环与大弯管1的齿环14通过鸟嘴结构衔接，火焰筒内环与小弯管3的衔接环32通过鸟嘴结构衔接。大弯管1通过固定座13与发动机外机匣连接，固定座13对大弯管1起到固定作用；涡轮进口导向器2通过导向器固定环23与发动机内机匣连接，对涡轮进口导向器2起到固定作用。

在一些实施方式中，小弯管3上还开有一个或多个发散冷却孔。发散冷却孔的直径取值范围为0.5毫米至0.8毫米。

具体的，在涡轮进口导向器2工作时，有一部分气流从大弯管1上的气膜冷却环12进入，对大弯管1的壁面以及涡轮进口导向器2的导向器内环22的内表面，即涡轮进口导向器2叶片的叶根进行冷却；有一部分气流从小弯管3上分布的发散冷却孔进入，对小弯管3壁面以及涡轮进口导向器2的导向器外环21的内表面，即涡轮进口导向器2叶片的叶尖进行冷却。其中，发散冷却孔的直径取值范围为0.5毫米至0.8毫米。需要注意的是，气膜冷却环12排数和发散冷却孔个数的设置可根据设计需求灵活调整。

在本实施例中，通过将大弯管与导向器内环可拆卸连接，小弯管与导向器外环可拆卸连接，作为一体式涡轮进口导向器，之后再将大弯管与火焰筒外环连接，小弯管与火焰筒内环连接进行安装，能够优化涡轮进口导向器和回流燃烧室可能存在的高度差，从而能够降低涡轮进口导向器和回流燃烧室交接处的流动损失，进而提高了对导向器内环的冷却效果，对提高发动机的性能和效率有积极的帮助作用。

实施例二

对应上述实施例，本实用新型还提供了一种发动机，包括火焰筒以及上述实施例中的一体式涡轮进口导向器。其中，所述一体式涡轮进口导向器通过大弯管与所述火焰筒的外环连接；所述一体式涡轮进口导向器通过小弯管与所述火焰筒的内环连接。

具体的，大弯管、小弯管相对于火焰筒是分离构造，火焰筒外环与大弯管的齿环通过鸟嘴结构衔接，火焰筒内环与小弯管的衔接环通过鸟嘴结构衔接。大弯管通过固定座与发动机外机匣连接，固定座对大弯管起到固定作用；涡轮进口导向器通过导向器固定环与发动机内机匣连接，对涡轮进口导向器起到固定作用。

关于一体式涡轮进口导向器在上述实施例已有详尽说明，故此处不再赘述。采用带有上述实施例中的一体式涡轮进口导向器的发动机，能够优化涡轮进口导向器和回流燃烧室可能存在的高度差，从而能够降低涡轮进口导向器和回流燃烧室交接处的流动损失，进而提高了对导向器内环的冷却效果，对提高发动机的性能和效率有积极的帮助作用。

实施例三

对应上述实施例，本实用新型还提供了一种飞行器，安装有实施例二中的发动机。采用实施例二中的发动机的飞行器，能够优化涡轮进口导向器和回流燃烧室可能存在的高度差，从而能够降低涡轮进口导向器和回流燃烧室交接处的流动损失，进而提高了对导向器内环的冷却效果，对提高发动机的性能和效率有积极的帮助作用。

尽管已描述了本实用新型实施例中的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例中范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种一体式涡轮进口导向器，其特征在于，包括：

大弯管、涡轮进口导向器以及小弯管；

所述涡轮进口导向器包括导向器外环以及导向器内环；

所述大弯管与所述导向器内环可拆卸连接，所述小弯管与所述导向器外环可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一体式涡轮进口导向器，其特征在于，所述大弯管连接有第一固定环，所述第一固定环上设有一个或多个第一固定片；

所述导向器内环开有与所述第一固定片配合的一个或多个卡槽，所述大弯管通过所述第一固定片配合所述卡槽与所述导向器内环可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的一体式涡轮进口导向器，其特征在于，所述小弯管连接有第二固定环，所述第二固定环上设有多个第二固定片；

所述一体式涡轮进口导向器还包括卡环，所述卡环的外侧与所述多个第二固定片连接，所述卡环的内侧与所述导向器外环连接。

4.根据权利要求3所述的一体式涡轮进口导向器，其特征在于，所述导向器外环的外侧开有限位槽，所述卡环的内侧设有限位凸起；

所述限位槽与所述限位凸起配合连接。

5.根据权利要求3所述的一体式涡轮进口导向器，其特征在于，所述卡环上还设有变形缝。

6.根据权利要求1所述的一体式涡轮进口导向器，其特征在于，所述大弯管上还设有气膜冷却环、固定座以及齿环；

所述大弯管通过所述固定座与发动机外机匣连接；

所述大弯管通过所述齿环与火焰筒外环连接。

7.根据权利要求1所述的一体式涡轮进口导向器，其特征在于，所述小弯管上还设有衔接环，所述涡轮进口导向器还包括导向器固定环；

所述小弯管通过所述衔接环与火焰筒内环连接；

所述涡轮进口导向器通过所述导向器固定环与发动机内机匣连接。

8.根据权利要求1所述的一体式涡轮进口导向器，其特征在于，所述小弯管上还开有一个或多个发散冷却孔；

所述发散冷却孔的直径取值范围为0.5毫米至0.8毫米。

9.一种发动机，其特征在于，所述发动机包括火焰筒以及如权利要求1至8中任一项所述的一体式涡轮进口导向器；

所述一体式涡轮进口导向器通过大弯管与所述火焰筒的外环连接；

所述一体式涡轮进口导向器通过小弯管与所述火焰筒的内环连接。

10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括如权利要求9所述的发动机。