连接法兰及其水冷机匣制造技术

本实用新型专利技术提供一种连接法兰及其水冷机匣，所述连接法兰包括环形的连接盘和至少一个延伸环，所述延伸环的两端分别为连接端、自由端，所述连接端与所述连接盘相连接，所述自由端用于与连接部件相连接，所述延伸环与所述连接盘同轴设置，所述延伸环与所述连接盘一体成型。该连接法兰及其水冷机匣，通过连接法兰的结构设计，使连接位置远离应力集中区域，使连接位置不受应力影响，延长了连接法兰及具有该连接法兰的水冷机匣的使用寿命。

Connecting flange and its water-cooled casing

【技术实现步骤摘要】
连接法兰及其水冷机匣
本技术涉及一种连接法兰。本技术还涉及一种具有该连接法兰的水冷机匣。
技术介绍
发动机研制进程中，燃烧室部件需按阶段开展单头部试验、多头部扇形试验和全环试验，从而获得不同设计方案的出口温度分布、污染排放性能、燃烧效率等等。目前，燃烧室性能试验中，进口试验参数需尽量与部件设计参数相同或者接近，以获得更贴近真实部件的性能结果。故燃烧室的性能试验均为高温高压试验，导致燃烧室试验中燃烧室试验件本体(试验段)以及与试验段相连的后测量段均需承受高温高压燃气的冲刷，面临了较严峻的冷却问题。试验中后测量段机匣结构一般选用高温合金或者不锈钢等金属材料，其力学性能会随使用温度升高而逐渐下降。燃烧室性能试验过程中，高温高压的载荷一方面降低了机匣材料的力学性能，另一方面，由于后测量段水冷机匣一般为内外双层结构，两层结构的温度梯度较大，导致结构膨胀量不同，整体变形存在不协调区域，容易形成应力集中，强度风险增大，同时疲劳性能下降，使用寿命降低，影响设计的经济性。可见，用于包容高温燃气的水冷机匣的强度设计具有难度，必须采用一定的技术优化结构强度，提高其寿命。燃烧室性能试验中，设计在试验件本体(试验段)后面的后测量段机匣包容着高温高压气体。为了冷却壁温，一般采用夹层具有水冷通道的水冷机匣。如图1、图2所示，水冷机匣由前法兰1、水冷外套2、水冷内套3、后法兰4、前封板5、后封板6组成，前法兰1、后法兰4分别焊接在水冷外套2的两端，前法兰1通过前封板5与水冷内套3的一端焊接，后法兰4通过后封板6与水冷内套3的另一端焊接。前法兰1的内周面11、水冷外套2的内周面21、水冷内套3的外周面31、后法兰4的内周面41之间形成水冷通道7。前法兰1设有进水口12，后法兰4设有出水口42，进水口12、水冷通道7、出水口42依次连通，冷却水从进水口12进入，经水冷通道7后从出水口42流出。水冷内套3的内周面32围成供高温燃气通过的燃气通道8，高温燃气冲刷水冷内套3的内周面32，导致水冷内套3的温度升高，冷却水流经水冷内套3的外周面31，以达到降温效果。水冷外套2的内周面21有冷却水冷却，水冷外套2的外周面22为大气环境，温度较低。故，形成了水冷内套3高温、水冷外套2低温的典型温度分布特点。高低温过渡区为前封板5、后封板6，水冷内套3因高温沿轴向(即图2和图3中所示的Z方向)有较大的膨胀量，水冷内套3的膨胀量大于温度相对较低的水冷外套2的膨胀量。由于水冷内套3、水冷外套2的膨胀量相差较大，导致前封板5、后封板6随之产生较大变形，如图3所示。因此，在前封板5与前法兰1、水冷内套3的焊接部位，后封板6与后法兰4、水冷内套3的焊接部位会形成应力集中。另一方面，前法兰1、后法兰4因受热载荷与轴向力的载荷的作用会产生变形，若轴向力受拉，则前法兰1、后法兰4与水冷外套2焊接位置受到法兰传递来的拉应力，应力会集中于焊接位置。上述焊接位置，焊接后材料强度有一定程度降低，焊缝表面光滑度也有所降低，并存在焊后残余应力。这些焊接位置还会形成应力集中，降低了疲劳性能，对水冷机匣的使用寿命会有显著影响。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种连接法兰及其水冷机匣，以解决焊接位置应力集中，而降低水冷机匣的使用寿命的问题。为解决上述问题，本技术提供以下技术方案：本技术提供一种连接法兰，所述连接法兰包括环形的连接盘和至少一个延伸环，所述延伸环的两端分别为连接端、自由端，所述连接端与所述连接盘相连接，所述自由端用于与连接部件相连接，所述延伸环与所述连接盘同轴设置，所述延伸环与所述连接盘一体成型。在本技术方案中，与连接部件相连接的自由端避开了应力集中区域，应力集中区域一体成型，使自由端不会受到应力影响，延长了连接法兰的使用寿命。优选地，所述延伸环的连接端与所述连接盘的端面相连接，所述延伸环与所述连接盘的连接处形成第一倒角。在本技术方案中，第一倒角，可避免转角的应力集中。优选地，所述第一倒角为倒圆角，所述延伸环沿轴向的长度大于所述第一倒角的半径的1.5倍。在本技术方案中，延伸环的长度足够长，使自由端远离应力集中区域，避免自由端受到应力的影响。优选地，所述连接法兰还包括连接段，所述连接段将所述延伸环的连接端与所述连接盘的周面相连接，所述连接段、延伸环、连接盘一体成型。在本技术方案中，连接段、延伸环、连接盘一体成型，应力集中区域一体成型，使自由端不会受到应力影响，延长了连接法兰的使用寿命。优选地，所述连接段与所述延伸环和/或连接盘的连接处形成第二倒角。在本技术方案中，第二倒角，可避免转角的应力集中。优选地，所述第二倒角为倒圆角，所述延伸环沿轴向的长度大于所述第二倒角的半径的1.5倍。在本技术方案中，延伸环的长度足够长，使自由端远离应力集中区域，避免自由端受到应力的影响。优选地，所述连接法兰还包括定位部，所述定位部为定位凸起或定位凹槽，所述定位部设置于所述自由端上。在本技术方案中，在自由端与连接部件连接时，定位部用于定位自由端，使连接法兰与连接部件连接时保证不错位。本技术还提供一种水冷机匣，包括水冷外套和水冷内套，所述水冷外套套在所述水冷内套上，所述水冷机匣还包括至少一个上述连接法兰，所述水冷外套或水冷内套的端面与所述延伸环的自由端相连接。在本技术方案中，使用上述连接法兰的水冷机匣，水冷外套或水冷内套与连接法兰的连接位置避开了应力集中区域，应力集中区域为一体成型，可避免连接位置的材料力学性能的降低，同时可分散高应力，达到延长水冷机匣的寿命的作用。优选地，单个所述连接法兰的延伸环的数量为两个，两个所述延伸环分别为第一延伸环、第二延伸环，所述第一延伸环的连接端与所述连接盘的端面相连接，所述第一延伸环的自由端与所述水冷外套的端面相连接，所述第二延伸环的连接端通过连接段与所述连接盘的内周面相连接，所述第二延伸环的自由端与所述水冷内套的端面相连接。在本技术方案中，两个延伸环分别与水冷外套、水冷内套相连接，使水冷外套、水冷内套与连接法兰的连接处均能避开应力集中区域。优选地，单个所述连接法兰的延伸环的数量为一个，所述延伸环的连接端与所述连接盘的端面相连接，所述延伸环的自由端与所述水冷外套的端面相连接。在本技术方案中，延伸环与水冷外套相连接，使水冷外套与连接法兰的连接处能避开应力集中区域。优选地，所述水冷机匣还包括连接凸缘，所述连接凸缘设置于所述水冷内套的端面，所述连接凸缘沿所述水冷内套的径向向外延伸，所述连接凸缘与所述水冷内套一体成型，所述连接凸缘的外周面与所述连接法兰的内周面相连接。在本技术方案中，连接凸缘与水冷内套一体成型，连接凸缘与连接法兰相连接，使连接凸缘与连接法兰的连接处能避开应力集中区域。优选地，所述水冷外套的内周面、所述水冷内套的外周面和所述连接法兰的内周面形成水冷通道，所述连接法兰的内周面设有绕周向延伸的凹槽，所述凹槽为所述水冷通道的一部分。在本技术方案中，凹槽增大了连接法兰附近的水冷通道的冷却水通过量，增强了连接法兰的冷却效果，减小了连接法兰的变形，保证了连接法兰与水冷外套、水冷内套之间的密封效果。优选地，所述水冷外套的内周面、所述水冷内套的外周面之间形成水冷通道，所述水冷内套上设有若干喷水孔，所述喷水孔将所述水冷通道与所述水冷内套围成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连接法兰，所述连接法兰包括环形的连接盘，其特征在于：所述连接法兰还包括至少一个延伸环，所述延伸环的两端分别为连接端、自由端，所述连接端与所述连接盘相连接，所述自由端用于与连接部件相连接，所述延伸环与所述连接盘同轴设置，所述延伸环与所述连接盘一体成型。

【技术特征摘要】
1.一种连接法兰，所述连接法兰包括环形的连接盘，其特征在于：所述连接法兰还包括至少一个延伸环，所述延伸环的两端分别为连接端、自由端，所述连接端与所述连接盘相连接，所述自由端用于与连接部件相连接，所述延伸环与所述连接盘同轴设置，所述延伸环与所述连接盘一体成型。2.根据权利要求1所述的连接法兰，其特征在于：所述延伸环的连接端与所述连接盘的端面相连接，所述延伸环与所述连接盘的连接处形成第一倒角。3.根据权利要求2所述的连接法兰，其特征在于：所述第一倒角为倒圆角，所述延伸环沿轴向的长度大于所述第一倒角的半径的1.5倍。4.根据权利要求1所述的连接法兰，其特征在于：所述连接法兰还包括连接段，所述连接段将所述延伸环的连接端与所述连接盘的周面相连接，所述连接段、延伸环、连接盘一体成型。5.根据权利要求4所述的连接法兰，其特征在于：所述连接段与所述延伸环和/或连接盘的连接处形成第二倒角。6.根据权利要求5所述的连接法兰，其特征在于：所述第二倒角为倒圆角，所述延伸环沿轴向的长度大于所述第二倒角的半径的1.5倍。7.根据权利要求1所述的连接法兰，其特征在于：所述连接法兰还包括定位部，所述定位部为定位凸起或定位凹槽，所述定位部设置于所述自由端上。8.一种水冷机匣，包括水冷外套和水冷内套，所述水冷外套套在所述水冷内套上，其特征在于：所述水冷机匣还包括至少一个权利要求1至7任一项所述的连接法兰，所述水冷外套...

【专利技术属性】
技术研发人员：许璠璠，杨眉，刘晓之，冯晓星，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：新型
国别省市：上海,31