一种可实现高温环境下内外环机匣协调变形的结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107476885A(43)申请公布日2017.12.15(21)申请号201710830939.4(22)申请日2017.09.15(71)申请人中国科学院工程热物理研究所地址100190北京市海淀区北四环西路11号(72)发明人杜强刘军高金海王沛柳光刘红蕊胡嘉麟徐庆宗杨晓洁(51)Int.Cl.F02C7/20(2006.01)F01D25/26(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种可实现高温环境下内外环机匣协调变形的结构(57)摘要本发明涉及一种可应用于地面燃气轮机、航空发动机等领域的、可实现高温环境下内外环机匣协调变形的结构，该结构适用于处于高温端的、高扩压度(非)承力机匣、收敛型(非)承力机匣、叶片通道、喷管段等具有内外环端壁机匣变形不协调差异的部组件位置。该结构设计方法由带有倾斜式叶片/弯曲型叶片、倾斜式支板/弯曲型支板的主流通道部分结构设计特征以及带有换热加强凸肋的外环端壁结构设计特征两部分结构设计特征组合而成。利用两种结构设计特征的组合，实现内外环端壁自由热膨胀的效果，并达到内外环机匣协调变形的结构设计要求，并可达到因消除不协调变形问题后所解决的消除机匣内部热应力较大的问题，因而具有工程化应用的巨大前景。CN107476885ACN107476885A权利要求书1/1页1.一种可实现高温环境下内外环机匣协调变形的结构，包括外环端壁机匣、内环端壁机匣以及设置在所述外环端壁机匣、内环端壁机匣之间的承力支板，其特征在于，--所述外环端壁机匣的内表面上沿其周向设有若干端壁凸肋结构，所述端壁凸肋结构的凸起方向向内，凸肋的表面凸起至主流通道内，或，所述外环端壁机匣的内表面上沿其周向设有若干端壁凹槽结构，所述端壁凹槽结构的凹陷方向向外，所述端壁凸肋结构或端壁凹槽结构在周向上分布在各承力支板之间；--所述承力支板沿周向布置在所述外环端壁机匣、内环端壁机匣之间的主流通道内，所述承力支板整体呈倾斜式或弯曲型支板结构，且沿所述承力支板的高度方向设有若干向外突出的加强凸肋结构，各所述加强凸肋的延伸方向与所述支板表面的流线方向至少基本一致。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，位于主流通道内的承力支板(叶片)为倾斜式结构，其理论倾斜角度与机匣的回转对称中心线呈偏心形式，即并不通过机匣的理论回转圆心。通过调整偏心点的位置，可以实现内外环机匣膨胀空间的可调设计。3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，位于主流通道的承力支板(叶片)为弯曲型结构，其弯曲型式通过主流通道内流体动力学的计算分析优化得到。4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，位于外环端壁机匣的凸肋结构或凹槽结构可采用钣金成形或者铸造的方式实现，也可采用锻件毛坯经机械加工后成型得到。5.根据权利要求1～4所述的结构，其特征在于，所述结构可应用于地面燃气轮机、航空发动机等多级高压压气机的后面级截面位置，或者应用在地面燃气轮机、航空发动机的热端部件位置(如涡轮、尾喷管等截面位置)。6.根据权利要求1～4所述的结构，其特征在于，所述结构应用在内外环端壁机匣由不同温度水平冷却气流包裹的环境中。7.根据权利要求1～4所述的结构，其特征在于，所述结构应用于高扩压度或者收敛型管道内，承力支板应当设计为倾斜式或弯曲式结构，支板的厚度根据管道所在机匣的承力、非承力要求确定。8.根据权利要求1～4所述的结构，其特征在于，所述结构应用于压气机叶片排、涡轮叶片排主流通道内，位于主流的压气机叶片、涡轮叶片应当设计为倾斜式的，或者弯曲式的结构。9.根据权利要求1～4所述的结构，其特征在于，位于外环端壁的换热加强凸肋，其在布置外环端壁的整环数量应当在4～8条。10.根据权利要求1～4所述的结构，其特征在于，位于所述传力支板不同高度截面的径向加强凸台肋结构可布置经优选的凸台宽度，以适应在不同支板主流通道的工作温度环境下，不同支板内外环机匣冷却方式和温度变形水平下支板的热态自由膨胀问题。2CN107476885A说明书1/4页一种可实现高温环境下内外环机匣协调变形的结构技术领域[0001]本发明属于燃气轮机或航空发动机领域，具体涉及一种可实现高温环境下内外环机匣协调变形的结构。背景技术[0002]在燃气轮机、航空发动机领域，为了满足二次流空气系统各分支流路的设计要求，位于主流通道和二次流通道包裹的内外环机匣所处的二次流空气系统侧的冷却气流环境一般不同，因此内外环机匣在工作环境下的周向膨胀变形量将会发生区别。而随着主流侧温度水平的提高、二次流空气系统侧温度差异水平的提高，这种机匣变形不协调的效应将会进一步加剧。因而，内外环机匣的不协调变形及其不协调变形的具体消除方法是在燃气轮机以及航空发动机领域均有重