用于渦輪主動(dòng)間隙控制的冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于渦輪主動(dòng)間隙控制的冷卻結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]較小的渦輪葉尖間隙可以減少葉片尖端處的燃?xì)庑孤?，增加渦輪效率，使燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)能以較少的燃油消耗和較低的轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度滿足性能和功率目標(biāo)。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作中，因渦輪轉(zhuǎn)子和機(jī)匣的材料不同、受力不同、以及溫度響應(yīng)不同而產(chǎn)生不一致的徑向變形，所以，為了防止葉尖和機(jī)匣發(fā)生碰磨，實(shí)際設(shè)計(jì)的葉尖間隙比理想值大。
[0003]小涵道比及小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一般通過渦輪機(jī)匣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及最優(yōu)化的利用渦輪轉(zhuǎn)子和機(jī)匣的溫度響應(yīng)特性來被動(dòng)的控制渦輪葉尖間隙。但發(fā)動(dòng)機(jī)在過渡態(tài)工作時(shí)，渦輪機(jī)匣和渦輪轉(zhuǎn)子的溫度響應(yīng)不一致，很難在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中獲得理想的較小葉尖間隙。
[0004]大涵道比及較大型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)較多采用主動(dòng)間隙控制。利用從壓氣機(jī)或風(fēng)扇中抽取的冷氣對(duì)渦輪機(jī)匣進(jìn)行沖擊冷卻，通過控制冷卻空氣的流量和溫度，改變渦輪機(jī)匣熱膨脹量，進(jìn)而控制其徑向位移，使轉(zhuǎn)子葉片與渦輪機(jī)匣之間的徑向間隙達(dá)到預(yù)期值。為了獲得較好的渦輪葉尖間隙控制效果，在渦輪機(jī)匣冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已有很多嘗試，普遍采用將冷卻空氣供入環(huán)繞覆蓋燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪機(jī)匣的沖擊冷卻管路，通過管路壁面上密布的小孔沖擊冷卻渦輪機(jī)匣表面，所采用的冷卻管路通常是圓形或方形截面。先前的渦輪機(jī)匣冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能較好的實(shí)現(xiàn)渦輪主動(dòng)間隙控制，但沒有最大程度的發(fā)揮冷卻空氣的冷卻效率，還需要不斷改進(jìn)渦輪機(jī)匣冷卻結(jié)構(gòu)及供氣系統(tǒng)，以有效利用冷卻空氣，獲得更好的渦輪葉尖間隙控制效果。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于:提供一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)雙級(jí)高壓渦輪主動(dòng)間隙控制的渦輪機(jī)匣冷卻結(jié)構(gòu)，其在不增加冷氣用量的條件下，可以達(dá)到更好的冷卻效果，獲得更加均勻的渦輪機(jī)匣溫度分布和渦輪葉尖間隙，從而，更好的實(shí)現(xiàn)渦輪葉尖間隙控制。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0007]用于渦輪主動(dòng)間隙控制的渦輪機(jī)匣冷卻結(jié)構(gòu)，包括前端冷卻管路(I)、中間冷卻管路(2)、后端冷卻管路(3)、供氣管(4)和集氣盒(5)，其中，前端冷卻管路(I)、中間冷卻管路
(2)、后端冷卻管路(3)的橫截面積均為橢圓形，供氣管(4)橫截面積為圓形，從風(fēng)扇或壓氣機(jī)引出的冷卻空氣由供氣管(4)供入集氣盒(5)，然后分別進(jìn)入與集氣盒(5)相通的前端冷卻管路(I)、中間冷卻管路(2)和后端冷卻管路(3)，各冷卻管壁面上密布的冷氣出流小孔可對(duì)渦輪機(jī)匣及法蘭表面形成有效沖擊冷卻，環(huán)繞覆蓋渦輪機(jī)匣的橢圓形冷卻管空間幾何形狀保證了冷卻管與渦輪機(jī)匣的貼合以及小沖擊冷卻距離，獲得了大有效冷卻面積，實(shí)現(xiàn)了高冷卻效果。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0009]本實(shí)用新型環(huán)繞覆蓋渦輪機(jī)匣的冷卻管路空間幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝排布方式使其與渦輪機(jī)匣的外表面貼合的更好，從冷卻管路壁面小孔噴射出的冷氣可對(duì)較大范圍的渦輪機(jī)匣表面和法蘭邊表面進(jìn)行沖擊冷卻，冷卻面積大，可實(shí)現(xiàn)冷卻管路壁面小孔與機(jī)匣表面的小距離且能保持所有沖擊距離的均勻性，從而，在相同的冷氣量下，可達(dá)到更好的冷卻效果。此外，供氣管、集氣盒和冷卻管的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使冷卻系統(tǒng)組件具有簡(jiǎn)單緊湊、重量輕、體積小、流動(dòng)損失小、管內(nèi)壓力均勻的優(yōu)點(diǎn)。而且，渦輪外環(huán)與機(jī)匣的連接結(jié)構(gòu)使得渦輪外環(huán)前后端的膨脹量一致性好，從而使得渦輪葉尖間隙更加均勻。
【附圖說明】
[0010]圖1雙級(jí)高壓渦輪主動(dòng)間隙控制結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明冷卻管路組件示意結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0013]本實(shí)用新型應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)的雙級(jí)高壓渦輪主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)中，具體實(shí)施方案如圖1所示。雙級(jí)高壓渦輪的第一級(jí)和第二級(jí)分別由一排導(dǎo)向葉片和一排轉(zhuǎn)子葉片組成，需要控制的是第一級(jí)和第二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片葉尖與渦輪外環(huán)之間的徑向間隙，第一級(jí)渦輪外環(huán)(14)為分塊結(jié)構(gòu)，其通過人字形支撐環(huán)(15)連接到渦輪前機(jī)匣(9)，同樣為分塊結(jié)構(gòu)的第二級(jí)渦輪外環(huán)(16)通過支撐環(huán)(17)掛于渦輪后機(jī)匣(U)。前后渦輪機(jī)匣通過設(shè)置在支撐環(huán)(15)上端的渦輪機(jī)匣中法蘭邊(10)連接。環(huán)繞覆蓋渦輪機(jī)匣的冷卻管路組件由左右對(duì)稱分布的兩部分(圖2所示)組成，對(duì)渦輪機(jī)匣形成了周向的完全覆蓋。一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)的集氣盒(5)可將供氣管(4)與前端冷卻管路(I)、中間冷卻管路(2)、后端冷卻管路(3)連通，各冷卻管壁面上密布的冷氣出流小孔可對(duì)渦輪機(jī)匣及法蘭表面形成有效沖擊冷卻。冷卻管路通過支撐架(13)(周向共4處)和集氣盒(5)(周向兩處)來定位，并固定于渦輪機(jī)匣前法蘭邊(8)和渦輪機(jī)匣后法蘭邊(12)，集氣盒(5)通過前支架(6)和后支架(7)固定于法蘭邊。通過調(diào)整冷卻管路支撐架(13)以及集氣盒支架來確定前端冷卻管路(I)、中間冷卻管路
(2)、后端冷卻管路(3)的壁面與渦輪機(jī)匣及法蘭邊表面之間的沖擊冷卻距離。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)渦輪葉尖間隙的控制，需要從風(fēng)扇或壓氣機(jī)引出冷卻空氣，并通過專門的引氣管路和流量控制閥門后進(jìn)入供氣管(4)。通常情況下，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和起飛階段，弓丨氣流量控制閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到巡航狀態(tài)時(shí)，打開閥門，冷氣供入供氣管(4)，然后進(jìn)入集氣盒(5)，并流入冷卻管路。進(jìn)入前端冷卻管路(I)的冷氣通過壁面小孔沖擊冷卻渦輪機(jī)匣前法蘭邊(8)、渦輪機(jī)匣中法蘭邊(10)和渦輪前機(jī)匣(9)，然后沿著機(jī)匣及法蘭邊外表面流動(dòng)，最后排入外涵道，被冷卻的渦輪機(jī)匣及法蘭溫度降低而收縮，進(jìn)而使得第一級(jí)渦輪外環(huán)(14)收縮，第一級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片葉尖間隙減小;進(jìn)入中間冷卻管路(2)和后端冷卻管路(3)的冷氣通過管子壁面小孔沖擊冷卻渦輪后機(jī)匣(11)和渦輪機(jī)匣后法蘭邊(12)，冷氣沿機(jī)匣及法蘭表面流動(dòng)排入外涵道，機(jī)匣及法蘭因溫度降低收縮而帶動(dòng)第二級(jí)渦輪外環(huán)(16)收縮，第二級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子葉片葉尖間隙減小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于渦輪主動(dòng)間隙控制的冷卻結(jié)構(gòu)，包括前端冷卻管路(I)、中間冷卻管路(2)、后端冷卻管路(3)、供氣管(4)和集氣盒(5)，其中，前端冷卻管路(I)、中間冷卻管路(2)、后端冷卻管路(3)的橫截面積均為橢圓形，供氣管(4)橫截面積為圓形，從風(fēng)扇或壓氣機(jī)引出的冷卻空氣由供氣管(4)供入集氣盒(5)，然后分別進(jìn)入與集氣盒(5)相通的前端冷卻管路(I)、中間冷卻管路(2)和后端冷卻管路(3)，各冷卻管壁面上密布的冷氣出流小孔可對(duì)渦輪機(jī)匣及法蘭表面形成有效沖擊冷卻，通過環(huán)繞覆蓋渦輪機(jī)匣的橢圓形冷卻管空間幾何形狀保證冷卻管與渦輪機(jī)匣的貼合以及小沖擊冷卻距離。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于渦輪主動(dòng)間隙控制的冷卻結(jié)構(gòu)，包括前端冷卻管路(1)、中間冷卻管路(2)、后端冷卻管路(3)、供氣管(4)和集氣盒(5)，其中，前端冷卻管路(1)、中間冷卻管路(2)、后端冷卻管路(3)的橫截面積均為跑道形狀，供氣管(4)橫截面積為圓形，從風(fēng)扇或壓氣機(jī)引出的冷卻空氣由供氣管(4)供入集氣盒(5)，然后分別進(jìn)入與集氣盒(5)相通的前端冷卻管路(1)、中間冷卻管路(2)和后端冷卻管路(3)，各冷卻管壁面上密布的冷氣出流小孔可對(duì)渦輪機(jī)匣及法蘭表面形成有效沖擊冷卻，通過環(huán)繞覆蓋渦輪機(jī)匣的跑道形冷卻管空間幾何形狀保證冷卻管與渦輪機(jī)匣的貼合以及小沖擊冷卻距離。
【IPC分類】F01D25/12
【公開號(hào)】CN205277511
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520950205
【發(fā)明人】王鵬飛, 曾軍, 熊艷華, 郭文, 李天祿
【申請(qǐng)人】中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年11月24日