WO2024139397A1 - 一种陶瓷基复合材料混合器的安装装置 - Google Patents
一种陶瓷基复合材料混合器的安装装置Info
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Abstract
一种陶瓷基复合材料混合器的安装装置，包括支撑环(1)、混合器(3)和多个连接组件；支撑环(1)包括依次连接的上游段(101)、连接段(102)和下游段(103)；下游段(103)的外径小于上游段(101)的外径；混合器(3)的安装段套设于下游段(103)，混合器(3)的安装段端部与上游段(101)之间具有间隙；连接组件包括一一对应设置的镶套螺母、镶套螺栓(203)和托板螺母(204)；托板螺母(204)固定在支撑环(1)的下游段(103)内侧；镶套螺母固定于混合器(3)的安装段，且镶套螺母具有安装孔(205)；镶套螺栓(203)具有螺纹段(2032)和滑杆段(2031)，螺纹段(2032)与托板螺母(204)螺纹连接，滑杆段(2031)可滑动的穿设于安装孔(205)中。
Description
本发明涉及陶瓷基复合材料混合器与金属内涵机匣连接装置，具体涉及一种陶瓷基复合材料混合器的安装装置。
混合器是一种在发动机内、外涵气流之间的较为复杂的三维环形筒体构件，其结构一般具有多波瓣的复杂曲面特征。随着高性能发动机技术的发展，发动机总体设计对混合器构件的重量、使用温度和结构刚度等提出了更高的需求。
目前，混合器所采用的铁基、镍基或钛基合金材料已经难以满足先进发动机安全可靠工作所必需的结构减重和降噪需求。陶瓷基复合材料作为一种具有低密度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、高韧性、高刚度等各种材料优点的热结构功能一体化材料，陶瓷基复合材料混合器已经在发动机上考核并验证。
在航空发动机排气系统中，混合器多固定在内涵机匣上，内涵机匣仍采用金属材质。排气系统所承受的温度变化范围很宽，目前发动机尾喷管燃气主流温度在550～850℃，在加力状态下温度可能达到1200℃甚至更高。同时，当飞机需要提升机动性能时，发动机核心部件往往需要经受多次且快速升降温的考验。由于陶瓷基复合材料与金属具有两种截然不同的材料属性和特点，尤其是热膨胀系数的差异。因此，陶瓷基复合材料混合器与内涵机匣间的安装结构在设计时应给予构件一定的膨胀和收缩空间释放应力，而不致构件因变形过大引起损坏或失效。
发明内容
为解决陶瓷基复合材料混合器与金属部件连接在使用环境的热不匹配问题，本发明提出一种陶瓷基复合材料混合器的安装装置。
本发明提供的技术方案为：
一种陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特殊之处在于：包括支撑环、混合器和多个连接组件；
所述支撑环包括依次连接的上游段、连接段和下游段；所述下游段的外径小于所述上游段的外径；
所述混合器的安装段套设于所述下游段，混合器的安装段端部与所述上游段之间具有间隙；
所述连接组件包括一一对应设置的镶套螺母、镶套螺栓和托板螺母；所述托板螺母固定在支撑环的下游段内侧；所述镶套螺母固定于所述混合器的安装段，且镶套螺母具有安装孔；所述镶套螺栓具有螺纹段和滑杆段，所述螺纹段与所述托板螺母螺纹连接，所述滑杆段可滑动的穿设于所述安装孔中。
进一步地，所述混合器具有螺母安装孔；
所述镶套螺母包括第一镶套螺母和第二镶套螺母；
第二镶套螺母具有相互连接的第二套筒和弧形底板，所述第二套筒贯穿所述螺母安装孔，所述弧形底板与所述混合器的内侧壁贴合；所述第二套筒设置有外螺纹；
第一镶套螺母具有相互连接的第一套筒和螺帽，所述第一套筒具有内螺纹；所述第一套筒贯穿所述螺母安装孔且与所述第二套筒螺纹连接；所述螺帽压覆在混合器的外侧壁；
所述第二套筒的内筒作为安装孔，套设于镶套螺栓的滑杆段。
进一步地，所述混合器的安装段端部与所述上游段之间间隙的轴向尺寸为2～3mm。
进一步地，所述镶套螺母还包括紧固螺钉；所述螺帽具有紧固螺纹孔，所述紧固螺钉拧入所述紧固螺纹孔中，用于使紧固螺钉的端部抵接混合器。
进一步地，所述混合器设置有围绕所述螺母安装孔的沉槽，所述螺帽至少部分沉入所述沉槽中。
进一步地，所述下游段具有第一镶套螺栓孔和第一托板螺母安装孔；
所述托板螺母包括弧形托板、螺母和托板螺母紧固螺钉，螺母设置有第二镶套螺栓孔，弧形托板与所述下游段的内侧面贴合，且弧形托板上设置有第二托板螺母安装孔；所述第二镶套螺栓孔与所述第一镶套螺栓孔对应设置；所述第一托板螺母安装孔和所述第二托板螺母安装孔一一对应设置；
所述托板螺母紧固螺钉贯穿第一托板螺母安装孔和第二托板螺母安装孔，用于使托板螺母与所述下游段连接；
所述螺纹段穿过所述第一镶套螺栓孔，且与所述第二镶套螺栓孔螺纹连接。
进一步地，所述托板螺母紧固螺钉的螺帽位于所述混合器的外侧面。
进一步地，所述连接段包括紧邻上游段的第一连接段和紧邻下游段的第二连接段；
沿从上游至下游方向，所述第一连接段的外侧面的直径依次减小直至与所述第二连接段的外侧面等直径；
还包括定位环，所述定位环套设于所述第二连接段的外侧面；
所述混合器的安装段的端部套设于所述定位环外侧，且不凸出于所述定位环的上游一侧。
进一步地，所述定位环还包括止位部，所述止位部与所述第一连接段的外侧面部分贴合。
进一步地，所述支撑环、定位环、镶套螺母、镶套螺栓、托板螺母为铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金或钛合金的一种或多种。
本发明的有益效果：
1、本发明所提出的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，采用了组合式镶套螺母的结构设计，该方法可以对陶瓷复材安装孔处的连接强度进行提升，同时组合式镶套螺母的内孔(安装孔)可以作为镶套螺栓径向滑动导向套，因此陶瓷复材混合器可以进行一定的膨胀和收缩变形。
2、托板螺母的结构设计解决了发动机内部螺栓安装，尤其是由内向外方向操作空间不足的问题，采用本发明提供安装装置可以在陶瓷复材混合器外侧对镶套螺栓进行拧紧。
3、陶瓷复材混合器安装到位后，在进气口端面与支撑环正对处设计有2～3mm间隙，以便陶瓷复材混合器进行轴向方向的膨胀、收缩变形。
图1为本发明陶瓷基复合材料混合器的安装装置实施例剖视图；
图2为本发明陶瓷基复合材料混合器的安装装置实施例立体示意图；
图3为本发明实施例中支撑环结构示意图；
图4为本发明实施例中混合器结构示意图；
图5为本发明实施例中第一镶套螺母结构示意图；
图6为本发明实施例中第二镶套螺母结构示意图；
图7为本发明实施例中第一镶套螺母和第二镶套螺母与混合器组装剖视图；
图8为本发明实施例中托板螺母结构示意图；
图9为本发明实施例中镶套螺栓结构示意图。
附图标记如下：
1-支撑环，101-上游段，102-连接段，103-下游段，104-第一镶套螺栓孔，105-第一托板螺母安装孔，201-第一镶套螺母，2011-螺帽，2012-第一套筒，2013-紧固螺纹孔，202-第二镶套螺母，2021-第二套筒，2022-弧形底板，203-镶套螺栓，2031-滑杆段，2032-螺纹段，204-托板螺母，2041-弧形托板，2042-螺母，2043-第二镶套螺栓孔，2044-第二托板螺母安装孔，205-安装孔，3-混合器，301-螺母安装孔，302-沉槽，4-定位环。
参见图1-图9，本实施例提供一种陶瓷基复合材料混合器的安装装置，该装置包括支撑环1、混合器3、多个连接组件和定位环4；
支撑环1包括依次连接的上游段101、连接段102和下游段103；下游段103的外径小于上游段101的外径；连接段102包括紧邻上游段101的第一连接段和紧邻下游段103的第二连接段；沿从上游至下游方向，第一连接段的外侧面的直径依次减小直至与第二连接段的外侧面等直径；定位环4套设于第二连接段的外侧面；混合器的安装段的端部套设于定位环4外侧，且不凸出于定位环4的上游一侧；定位环4还包括止位部，止位部与第一连接段的外侧面部分贴合。
混合器的安装段套设于下游段103，混合器的安装段端部与上游段101之间具有间隙，间隙轴向尺寸为2～3mm。
连接组件包括一一对应设置的镶套螺母、镶套螺栓203和托板螺母204，托板螺母204固定在支撑环1的下游段103内侧；镶套螺母固定于混合器的安装段，且镶套螺母具有安装孔205；镶套螺栓203具有螺纹段2032和滑杆段2031，螺纹段2032与托板螺母204螺纹连接，滑杆段2031可滑动的
穿设于安装孔205中，镶套螺栓203的螺帽位于混合器的外侧面。
具体的，下游段103具有第一镶套螺栓孔104和第一托板螺母安装孔105；托板螺母包括弧形托板2041、螺母2042和托板螺母紧固螺钉，螺母2042设置有第二镶套螺栓孔2043，弧形托板2041与下游段103的内侧面贴合，且弧形托板2041上设置有第二托板螺母安装孔2044；第二镶套螺栓孔2043与第一镶套螺栓孔104对应设置；第一托板螺母安装孔105和第二托板螺母安装孔2044一一对应设置；托板螺母紧固螺钉贯穿第一托板螺母安装孔105和第二托板螺母安装孔2044，用于使托板螺母204与下游段103连接；螺纹段2032穿过第一镶套螺栓孔104，且与第二镶套螺栓孔2043螺纹连接。
混合器具有螺母安装孔301，围绕螺母安装孔301的设置有沉槽302；镶套螺母包括第一镶套螺母201、第二镶套螺母202和紧固螺钉；第二镶套螺母202具有相互连接的第二套筒2021和弧形底板2022，第二套筒2021贯穿螺母安装孔301，弧形底板2022与混合器的内侧壁贴合；第二套筒2021设置有外螺纹；第一镶套螺母201具有相互连接的第一套筒2012和螺帽2011，第一套筒2012具有内螺纹；第一套2012筒贯穿螺母安装孔301且与第二套筒2021螺纹连接；螺帽2011压覆在混合器的外侧壁，至少部分沉入沉槽302中；螺帽2011具有紧固螺纹孔2013，紧固螺钉拧入紧固螺纹孔2013中，用于使紧固螺钉的端部抵接混合器。第二套筒2021的内筒作为安装孔205，套设于镶套螺栓203的滑杆段2031。
支撑环1、定位环4、第一镶套螺母201、第二镶套螺母202、镶套螺栓203、托板螺母204为铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金或钛合金的一种或多种。
上述陶瓷基复合材料混合器的安装装置的使用过程为：
(1)将托板螺母204从支撑环1内侧进行安装，并通过托板螺母204紧固螺钉进行固定；
(2)将第二镶套螺母202放置在混合器内侧的螺母安装孔301内，同时将第一镶套螺母201沿陶瓷复材混合器外侧的安装进螺母安装孔301，与第二镶套螺母202螺纹连接，并通过第一镶套螺母201上的4个紧固螺纹孔2013进行螺纹的拧紧；
(3)将定位环4套在支撑环1的第二连接段的外侧面，同时确保定位环4与支撑环1上第一连接段的斜倒角完全贴合；
(4)将陶瓷复材混合器套入定位环4的外侧，同时调整陶瓷复材混合器的轴向和角向位置将陶瓷复材混合器上镶套螺栓的安装孔205与托板螺母204孔位对齐；
(5)将镶套螺栓203从陶瓷复材混合器外侧，沿镶套螺母上的安装孔205滑入，穿过支撑环1与托板螺母204进行拧紧、固定。
Claims (10)
- 一种陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：包括支撑环(1)、混合器(3)和多个连接组件；所述支撑环(1)包括依次连接的上游段(101)、连接段(102)和下游段(103)；所述下游段(103)的外径小于所述上游段(101)的外径；所述混合器(3)的安装段套设于下游段(103)，混合器(3)的安装段端部与所述上游段(101)之间具有间隙；所述连接组件包括一一对应设置的镶套螺母、镶套螺栓(203)和托板螺母(204)；所述托板螺母(204)固定在支撑环(1)的下游段(103)内侧；所述镶套螺母固定于所述混合器(3)的安装段，且镶套螺母具有安装孔(205)；所述镶套螺栓(203)具有螺纹段(2032)和滑杆段(2031)，所述螺纹段(2032)与所述托板螺母(204)螺纹连接，所述滑杆段(2031)可滑动的穿设于所述安装孔(205)中。
- 根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述混合器(3)具有螺母安装孔(301)；所述镶套螺母包括第一镶套螺母(201)和第二镶套螺母(202)；第二镶套螺母(202)具有相互连接的第二套筒(2021)和弧形底板(2022)，所述第二套筒(2021)贯穿所述螺母安装孔(301)，所述弧形底板(2022)与所述混合器(3)的内侧壁贴合；所述第二套筒(2021)设置有外螺纹；第一镶套螺母(201)具有相互连接的第一套筒(2012)和螺帽(2011)，所述第一套筒(2012)具有内螺纹；所述第一套筒(2012)贯穿所述螺母安装孔(301)且与所述第二套筒(2021)螺纹连接；所述螺帽(2011)压覆在混合器(3)的外侧壁；所述第二套筒(2021)的内筒作为安装孔(205)，套设于镶套螺栓(203)的滑杆段(2031)。
- 根据权利要求2所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述混合器(3)的安装段端部与所述上游段(101)之间间隙的轴向尺寸为2～3mm。
- 根据权利要求3所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述镶套螺母还包括紧固螺钉；所述螺帽(2011)具有紧固螺纹孔(2013)，所述紧固螺钉拧入所述紧固螺纹孔(2013)中，用于使紧固螺钉的端部抵接混合器(3)。
- 根据权利要求4所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述混合器(3)设置有围绕所述螺母安装孔(301)的沉槽(302)，所述螺帽(2011)至少部分沉入所述沉槽(302)中。
- 根据权利要求1-5任一所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述下游段(103)具有第一镶套螺栓孔(104)和第一托板螺母安装孔(105)；所述托板螺母(204)包括弧形托板(2041)、与弧形托板(2041)连接的螺母(2042)和托板螺母紧固 螺钉，螺母(2042)设置有第二镶套螺栓孔(2043)，弧形托板(2041)与所述下游段(103)的内侧面贴合，且弧形托板(2041)上设置有第二托板螺母安装孔(2044)；所述第二镶套螺栓孔(2043)与所述第一镶套螺栓孔(104)对应设置；所述第一托板螺母安装孔(105)和所述第二托板螺母安装孔(2044)一一对应设置；所述托板螺母紧固螺钉贯穿第一托板螺母安装孔(105)和第二托板螺母安装孔(2044)，用于使托板螺母(204)与所述下游段(103)连接；所述螺纹段(2032)穿过所述第一镶套螺栓孔(104)，且与所述第二镶套螺栓孔(2043)螺纹连接。
- 根据权利要求6所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述镶套螺栓(203)的螺帽位于所述混合器(3)的外侧面。
- 根据权利要求7所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述连接段(102)包括紧邻上游段(101)的第一连接段和紧邻下游段(103)的第二连接段；沿从上游至下游方向，所述第一连接段的外侧面的直径依次减小直至与所述第二连接段的外侧面等直径；还包括定位环(4)，所述定位环(4)套设于所述第二连接段的外侧面；所述混合器(3)的安装段的端部套设于所述定位环(4)外侧，且不凸出于所述定位环(4)的上游一侧。
- 根据权利要求8所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述定位环(4)还包括止位部，所述止位部与所述第一连接段的外侧面部分贴合。
- 根据权利要求9所述的陶瓷基复合材料混合器的安装装置，其特征在于：所述支撑环(1)、定位环(4)、镶套螺母、镶套螺栓(203)、托板螺母(204)为铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金或钛合金的一种或多种。
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