一种可适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构制造技术

本发明专利技术涉及一种可应用于地面燃气轮机、航空发动机等领域的可适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构，通过在结构件与外环机匣的安装孔之间冷态过盈设置轻质弹性件，可以适应内外环不同机匣热变形不协调的真实工作状态。此外，考虑到该结构选取轻质弹性件的材料，因此一般在低温环境中使用，轻质弹性件与对象件封严配合面装配状态下形成的过盈量也可以实现插入零件的辅助定位作用，可以满足在热态环境中，因内外环机匣热膨胀速率不协调所导致的传统传力结构或支撑结构等零件内应力无法释放的问题，也可以降低其内部插入零件在非定常气流激励作用力下自激振动的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种可适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构
本专利技术涉及一种用于燃气轮机、航空发动机等领域的机匣封严及辅助定位结构，尤其涉及一种可适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构。该结构可以满足这类机械结构中具有内外环(非)传力机匣以及(非)承力机匣的封严及定位结构设计的需要，并满足内外环机匣非协调热变形工作状态下相关结构的封严及辅助定位作用。
技术介绍
在双涵道或多涵道航空涡扇发动机或具有多层机匣的燃气轮机结构设计过程中，为了满足内涵引气、轴承腔滑油供给和回收、燃烧室燃油供给、燃烧室点火以及机匣传力等要求，经常需要面临各类气管、油管、点火装置或者拉杆结构从内环机匣向外环机匣布置的要求。一些发动机结构设计中，为了减少损失，一般将功能类似的管路布置在角向相同或接近的位置，通过支板结构从内环机匣位置引向外环机匣的对应轴向位置。但由于热态工作环境中内外环机匣的温度水平不同，因此内外环机匣的轴向和径向热变形程度不同，此种情况下，若采用传统的管路布置方式、支板布置方式或者拉杆拉紧方式会造成管路、支板或者拉杆等结构内部存在较大的剪切或拉伸应力，进而造成机匣对应位置存在较大的应力幅值，在长时间工作状态下，甚至导致零件发生裂纹导致失效。为了解决内外环机匣非协调热变形状态下相关管路、支板或者拉杆等结构的封严及定位问题，迫切需要提出一种工程上可行、性能更优的，适用于内外环机匣封严及辅助定位结构设计要求的结构设计策略。
技术实现思路
为解决上述双层或多层机匣内部管路、支板、点火装置或者辅助支撑拉杆结构从内环机匣向外环机匣布置时所面临的内外环机匣非协调热变形、外环封严面漏气以及相关结构定位不稳的技术问题，本专利技术提出一种封严及辅助定位的结构，作为一种用于双层机匣结构设计的轻质结构设计策略，可在燃气轮机、航空发动机等领域中应用。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：一种可适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构，包括内环机匣、外环机匣以及设置在所述内环机匣和外环机匣之间的结构件，所述结构件的内端部穿过设置在外环机匣壁面上的安装孔与所述内环机匣连接，外端部通过其端部翻边卡固在所述安装孔周边的外环机匣壁面上，其特征在于，所述内环机匣和外环机匣之间的空间与所述外环机匣外侧的空间处于不同温度水平的热环境中，至少在所述结构件的外端部翻边与所述安装孔周边的外环机匣壁面之间以及所述结构件与所述安装孔之间一体形成的轻质弹性件，所述轻质弹性件在冷态条件下处于过盈设置，所述轻质弹性件用以实现内外环机匣非协调热变形状态下所述结构件在所述外环机匣周边的封严及定位。优选地，所述轻质弹性件进一步设有内环翻边，所述内环翻边贴附在所述安装孔周边的外环机匣内壁面上。优选地，所述轻质弹性件依靠翻边装在所述外环机匣不同型式孔型的边缘，对于一些复杂的孔型，该轻质弹性件依靠模具浇灌而成。优选地，所述轻质弹性件结构的翻边的厚度可小于2mm，翻边宽度应不小于5mm，用于实现其内部插入的其他发动机结构(譬如管路、支板等)的周边封严及辅助定位作用时，其厚度应大于2mm，建议采用3mm以上的轻质弹性件厚度。优选地，所述轻质弹性件在冷态装配时必须满足过盈装配的要求，过盈量应当由内外环机匣热态工作环境下的变形不协调量计算得到。一般单边过盈装配的过盈量不小于0.2mm，从而实现内部插入结构与外环机匣的高效封严效果。过小的冷态装配量可能会导致热态工作环境下外环机匣型孔周边的气流泄漏，从而导致燃气轮机输出功率的降低或者航空发动机推力的衰减。较优地，所述轻质弹性件与结构件之间的接触面积应当满足在所述内外环机匣间非定常气流激励的情况下，可有效吸收所述结构件的振动能量。较优地，所述结构件为起到内外环机匣传力作用的拉杆结构时，所述轻质弹性件结构布置于接近外环机匣安装边或辅助安装边的位置，从而避免传力路线过长所导致的相关零件疲劳问题。较优地，所述轻质弹性件应具有一定的硬度值以保证与所述结构件的配合。较优地，所述轻质弹性件的外围设有压板结构，所述压板结构压在所述轻质弹性件的外环表面，实现与结构件更优的封严效果。较优地，所述轻质弹性件的外部设有压板结构，则该轻质弹性件内环翻边可以省略，仅布置外环翻边，并由外环翻边外的压板结构和过盈装配面保证结构件的封严和辅助定位。本专利技术的适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构，可以显著减轻地面燃气轮机、航空发动机的重量，可以满足在热态环境中，因内外环机匣热膨胀速率不协调所导致的传统传力结构或支撑结构等零件内应力无法释放的问题。同时，该轻质弹性件结构也可以降低其内部插入零件在非定常气流激励作用力下自激振动的风险。通过采用本专利技术的适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构，可以实现以下优势：(1)有效提高封严效果，防止泄漏，提高相应结构部件的性能；(2)借助轻质弹性件本身材质特性，提高阻尼系数，有效降低气动等激振力对零件的不利影响；(3)有效降低发动机装配的零部件之间由于各种因素引起的非协调变形带来的有害应力问题，提高零件使用寿命；(4)零件结构加工简单且重量极轻，具有工程化应用和推广的巨大前景。附图说明图1为本专利技术的封严及辅助定位结构在双涵道涡扇发动机中内外环机匣部位的应用示意图。图2为本专利技术的封严及辅助定位结构在风扇静子叶片外环机匣部位的应用示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合两则实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。图1是本专利技术封严及辅助定位结构在双涵道涡扇发动机中内外环机匣部位的应用实例。1为轻质弹性件，2为外环机匣，3为内环机匣，4为承力拉杆。通过螺栓5将承力拉杆4与内环机匣3连接固定。承力拉杆4通过其顶部翻边结构401卡在外环机匣2上的安装孔上，进而将内环机匣3的作用力传递给外环机匣2。内环机匣3和外环机匣2之间为主流道，主流道与外环机匣2外侧的空间处于不同温度水平的热环境中。考虑到内、外环机匣2、3非协调的热变形作用带来的较大的应力问题，该承力拉杆4与外环机匣2的配合部位设置轻质弹性件1，通过其翻边结构101(包括内环翻边和外环翻边)进行固定，利用增大的配合面102进行辅助定位。借助轻质弹性件1本身的材质特性，其在热态工作环境中可以承受来自内外环机匣2、3之间的非协调热变形所导致的挤压、扭曲以及拉伸应力。承力拉杆4对周边轻质弹性件1的挤压作用则吸收了气流冲击下拉杆的振动能量，避免了拉杆的振动。图2是本专利技术的封严及辅助定位轻质弹性件结构的另外一个实施例。与上一实施例不同的是，该轻质弹性件结构仅设计了外环翻边结构101，并依靠外环压板结构103压紧轻质弹性件1的外表面。从而实现外环机匣静止叶片周边的气体封严和叶片的辅助定位功能。静止叶片与外环机匣周边安装孔挤压的轻质弹性件1可实现静止叶片的吸振作用，避免非定常气流冲击下静止叶片所发生的自激振动问题。需要说明的是，不同实施例中的封严及辅助定位结构，应综合考虑该结构的使用环境。重点关注使用温度、传力路径、传力水平、主流气体脉动特性等因素。这些环境参数的不同将会导致封严及辅助定位结构的设计参数发生改变。在实际应用例中应根据实际的需要进行细致分析，最终确认该结构的全部设计参数。此外，需要说明的是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构，包括内环机匣、外环机匣以及设置在所述内环机匣和外环机匣之间的结构件，所述结构件的内端部穿过设置在外环机匣壁面上的贯通孔与所述内环机匣连接，外端部通过其端部翻边卡固在所述贯通孔周边的外环机匣壁面上，其特征在于，所述内环机匣和外环机匣之间的空间与所述外环机匣外侧的空间处于不同温度水平的热环境中，至少在所述结构件的外端部翻边与所述贯通孔周边的外环机匣壁面之间以及所述结构件与所述贯通孔之间一体形成的轻质弹性件，所述轻质弹性件在冷态条件下处于过盈设置，所述轻质弹性件用以实现内外环机匣非协调热变形状态下所述结构件在所述外环机匣周边的封严及定位。

【技术特征摘要】
1.一种可适应内外环机匣非协调热变形的封严及辅助定位结构，包括内环机匣、外环机匣以及设置在所述内环机匣和外环机匣之间的结构件，所述结构件的内端部穿过设置在外环机匣壁面上的贯通孔与所述内环机匣连接，外端部通过其端部翻边卡固在所述贯通孔周边的外环机匣壁面上，其特征在于，所述内环机匣和外环机匣之间的空间与所述外环机匣外侧的空间处于不同温度水平的热环境中，至少在所述结构件的外端部翻边与所述贯通孔周边的外环机匣壁面之间以及所述结构件与所述贯通孔之间一体形成的轻质弹性件，所述轻质弹性件在冷态条件下处于过盈设置，所述轻质弹性件用以实现内外环机匣非协调热变形状态下所述结构件在所述外环机匣周边的封严及定位。2.根据权利要求1所述的制封严及辅助定位结构，其特征在于，所述轻质弹性件由模具浇灌成型而成，其厚度应达到2mm以上，且具有一定的硬度要求，以满足所述结构件的支撑刚度要求。3.根据权利要求1所述的封严及辅助定位结构，其特征在于，所述轻质弹性件与外环机匣壁面上所开的各类安装孔型相适应，并设计有翻边结构，所述翻边结构可以实现所述轻质弹性件与外环机匣的装配。4.根据上述权利要求所述的封严及辅助定位结构，其特征在于，所述轻质弹性件翻边位置处的厚度可以适当减薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜强，王沛，刘军，高金海，柳光，刘红蕊，杨晓洁，胡嘉麟，徐庆宗，阮昌龙，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11