一种分体搭接式大弯管及涡轮发动机的制作方法

专利2025-05-21  9


本发明属于燃气涡轮发动机,特别涉及一种分体搭接式大弯管及涡轮发动机。


背景技术:

1、大弯管是燃气涡轮发动机回流燃烧室的独特结构,其作用是作为外环流道引导火焰筒内燃烧后的燃气折转进入燃气涡轮。

2、由于大弯管是直接与燃气接触,其受到燃气导热和火焰辐射的影响,使得大弯管壁面温度较高,容易产生较大的应力,而导致零件变形或出现裂纹;

3、为降低大弯管壁面温度,目前,温升较高的回流燃烧室普遍采用了双层壁面冷却的方式,这种大弯管结构一般都将内、外两层壁面焊接在一起(如图1所示),双层壁面的外边缘焊接固定,该结构有利于保持大弯管的整体刚性并保证内、外壁之间的间隙;

4、但是,在涡轮发动机工作的过程中,大弯管外壁的温度显著低于其内壁的温度,两者之间存在较大的温度差,膨胀量不同,使得连接处的应力较大,焊接处容易出现裂纹;

5、同时,大弯管外环与火焰筒焊接在一起,使得大弯管上、下两端均被约束,在大弯管受热后,其中间的膨胀变形无法完全释放,内部热应力较大,极易出现变形和裂纹问题。

6、也有部分大弯管上沿不与火焰筒外环焊接,火焰筒与大弯管之间为径向(机匣径向)搭接结构,通过火焰筒外环受热膨胀伸长将大弯管压紧在机匣上(如图2所示);

7、虽然,大弯管径向未完全约束,但轴向定位需靠火焰筒外环压紧,火焰筒外环前、后均被约束,其轴向受热变形未能释放,相当于将原来大弯管的热应力转移给了火焰筒外环,导致变形和裂纹问题出现在火焰筒上。


技术实现思路

1、针对上述问题,本发明提出一种分体搭接式大弯管,以解决现有技术中大弯管或者火焰筒受热后产生热应力未能完全释放,而导致大弯管或者火焰筒极易出现变形和裂纹的技术问题。

2、本发明通过以下技术方案实现:

3、一种分体搭接式大弯管,包括大弯管外壁和大弯管内壁;

4、所述大弯管内壁的外边缘设置有用于卡设在机匣上的固定槽的外法兰,所述外法兰的厚度小于所述固定槽的宽度;

5、所述大弯管外壁位于所述大弯管内壁凸起的一面,且所述大弯管外壁的外边缘间隙卡设在所述大弯管内壁的外边缘与所述机匣之间;

6、所述大弯管内壁的内边缘与所述大弯管外壁的内边缘连接。

7、为了更好的实现本发明,在上述结构中作进一步的优化,所述大弯管内壁的外边缘设置有限位部,所述限位部的自由端向所述大弯管内壁的凸起方向延伸,且所述限位部的长度方向与所述机匣的轴线平行,所述外法兰设置在所述延伸部上,所述大弯管外壁的外边缘间隙卡设在所述限位部的自由端与所述机匣之间。

8、为了更好的实现本发明,在上述结构中作进一步的优化,所述大弯管外壁的外边缘设置有延伸部,所述延伸部向所述大弯管外壁的凸起方向延伸,且所述延伸部的长度方向与所述机匣的轴线平行;

9、所述延伸部的自由端设置有卡设部,所述卡设部间隙卡设在所述限位部的自由端与所述机匣之间。

10、为了更好的实现本发明,在上述结构中作进一步的优化,所述大弯管外壁与所述大弯管内壁之间存有冷却间隙,所述大弯管外壁朝向所述冷却间隙的一面设置有多组凸起部。

11、为了更好的实现本发明,在上述结构中作进一步的优化,所述凸起部的高度与所述冷却间隙的宽度相等。

12、为了更好的实现本发明,在上述结构中作进一步的优化,所述大弯管外壁上设置有多个冲击孔,所述大弯管内壁上设置有多个发散孔。

13、为了更好的实现本发明,在上述结构中作进一步的优化,所有的所述冲击孔的轴线均垂直于所述大弯管外壁的延伸方向,所有的所述发散孔的轴线与所述大弯管内壁的延伸方向的夹角均小于90°。

14、为了更好的实现本发明,在上述结构中作进一步的优化,所述大弯管内壁的内边缘设置有穿孔a;

15、所述大弯管外壁的内边缘对应所述穿孔a的位置设置有穿孔b,螺栓能够依次穿过所述穿孔a和所述穿孔b与所述机匣连接固定。

16、此外,本发明还提供一种涡轮发动机,其包括机匣和上述的分体搭接式大弯管;

17、所述大弯管内壁的内边缘与所述大弯管外壁的内边缘连接固定在所述机匣上,所述外法兰卡设在所述机匣上的固定槽中,且所述机匣中火焰筒的外环端部搭接在所述大弯管内壁的外边缘;所述大弯管外壁的外边缘间隙卡设在所述大弯管内壁的外边缘与所述机匣之间;

18、所述火焰筒出气端通过所述分体搭接式大弯管连通至燃气涡轮的进气端。

19、为了更好的实现本发明,在上述结构中作进一步的优化,该涡轮发动机还包括盖板;

20、所述机匣的内部设置有由外向内连续的阶梯台a和阶梯台b,且所述阶梯台a和所述阶梯台b依次向远离所述火焰筒的方向延伸,所述盖板通过螺栓固定在所述机匣上,使所述盖板与所述阶梯台a的边缘围成开口向下的所述固定槽;

21、所述大弯管外壁的外边缘间隙卡设在所述大弯管内壁的外边缘与所述阶梯台b之间。

22、本发明的提供的分体搭接式大弯管中大弯管内壁上的外法兰的宽度小于机匣中固定槽的宽度,其未被完全约束,在热态工作条件下,大弯管内壁可沿机匣的径向自由膨胀,能够显著降低大弯管内壁内部的热应力,从而解决现有大弯管受热时内部热应力过大而容易导致裂纹、变形等问题。

23、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。



技术特征:

1.一种分体搭接式大弯管,其特征在于:包括大弯管外壁(3)和大弯管内壁(2);

2.根据权利要求1所述的分体搭接式大弯管,其特征在于:所述大弯管内壁(2)的外边缘设置有限位部(22),所述限位部(22)的自由端向所述大弯管内壁(2)的凸起方向延伸,且所述限位部(22)的长度方向与所述机匣(1)的轴线平行,所述外法兰(21)设置在所述限位部(22)上,所述大弯管外壁(3)的外边缘间隙卡设在所述限位部(22)的自由端与所述机匣(1)之间。

3.根据权利要求2所述的分体搭接式大弯管,其特征在于:所述大弯管外壁(3)的外边缘设置有延伸部(31),所述延伸部(31)向所述大弯管外壁(3)的凸起方向延伸,且所述延伸部(31)的长度方向与所述机匣(1)的轴线平行;

4.根据权利要求1所述的分体搭接式大弯管,其特征在于:所述大弯管外壁(3)与所述大弯管内壁(2)之间存有冷却间隙,所述大弯管外壁(3)朝向所述冷却间隙的一面设置有多组凸起部(33)。

5.根据权利要求4所述的分体搭接式大弯管,其特征在于:所述凸起部(33)的高度与所述冷却间隙的宽度相等。

6.根据权利要求5所述的分体搭接式大弯管,其特征在于:所述大弯管外壁(3)上设置有多个冲击孔(34),所述大弯管内壁(2)上设置有多个发散孔(23)。

7.根据权利要求6所述的分体搭接式大弯管,其特征在于:所有的所述冲击孔(34)的轴线均垂直于所述大弯管外壁(3)的延伸方向,所有的所述发散孔(23)的轴线与所述大弯管内壁(2)的延伸方向的夹角均小于90°。

8.根据权利要求1所述的分体搭接式大弯管,其特征在于:所述大弯管内壁(2)的内边缘设置有穿孔a(24);

9.一种涡轮发动机,其特征在于:包括机匣(1)和权利要求1至8中任一项所述的分体搭接式大弯管;

10.根据权利要求9所述的涡轮发动机,其特征在于:还包括盖板(13);


技术总结
本发明提出一种分体搭接式大弯管及涡轮发动机。其属于燃气涡轮发动机技术领域。其中,分体搭接式大弯管包括大弯管外壁和大弯管内壁;大弯管内壁的外边缘设置有外法兰,外法兰的厚度小于固定槽的宽度;大弯管外壁位于大弯管内壁凸起的一面,且大弯管外壁的外边缘间隙卡设在大弯管内壁的外边缘与机匣之间;大弯管内壁的内边缘与大弯管外壁的内边缘连接。本发明的提供的分体搭接式大弯管中大弯管内壁上的外法兰的宽度小于机匣中固定槽的宽度,其未被完全约束,在热态工作条件下,大弯管内壁可沿机匣的径向自由膨胀,能够显著降低大弯管内壁内部的热应力,从而解决现有大弯管受热时内部热应力过大而容易导致裂纹、变形等问题。

技术研发人员:蔡志斌,唐文彬,吴志娟,伍智,于法超,翟维阔,金斯琴,王鑫
受保护的技术使用者:中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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