航空发动机低压涡轮主动间隙控制系统的一体化结构装置制造方法及图纸

本公开的一方面涉及航空发动机低压涡轮主动间隙控制系统的一体化结构装置，包括低压涡轮的内机匣；低压涡轮的外机匣，外机匣在前端包括多个开口，并且在后端包括排气孔；在内机匣与外机匣之间的空腔；分流环，分流环呈环形并被布置于外机匣的前端，分流环包括多个引流孔，用于将冷却气体引至外机匣的多个开口；其中从外机匣的前端的多个开口引入的冷却气体在空腔内轴向地从前向后冷却内机匣，并从排气孔向外侧排出，并且其中外机匣的内表面包括褶皱表面以引起气体回流，从而增加冷却气体与内机匣的外表面的接触时间。内机匣的外表面的接触时间。内机匣的外表面的接触时间。

【技术实现步骤摘要】
航空发动机低压涡轮主动间隙控制系统的一体化结构装置


[0001]本申请一般涉及航空发动机空气系统及其结构，尤其涉及低压涡轮主动间隙控制系统及其结构。

技术介绍

[0002]低压涡轮单元体机匣结构在温度过高时会发生过度膨胀，导致低压涡轮(LPT)叶尖与机匣间隙过大，气流从间隙中流出，从而导致涡轮做功效率下降。
[0003]低压涡轮间隙主动控制(LPTACC)系统是通过冷却低压涡轮单元体机匣结构来控制低压涡轮(LPT)叶尖间隙，从而降低燃油消耗率并提高发动机性能的一种系统。例如，可由发动机电子控制器EEC控制LPTACC活门的开度，调节冷却气体引气量以增加或减少流至LPT机匣的风扇出口空气量。如此，通过冷却气体来冷却低压涡轮单元体机匣结构，以保持LPT叶尖间隙至最小的热力膨胀，从而可提高燃油效率。

技术实现思路

[0004]本公开的一方面涉及一种航空发动机低压涡轮主动间隙控制系统的一体化结构装置，包括低压涡轮的内机匣；低压涡轮的外机匣，外机匣在前端包括多个开口，并且在后端包括多个排气孔；在内机匣与外机匣之间的空腔；分流环，分流环呈环形并被布置于外机匣的前端，分流环包括多个引流孔，用于将冷却气体引对应地至外机匣的多个开口；其中从外机匣的前端的多个开口引入的冷却气体在空腔内轴向地从前向后冷却内机匣，并从多个排气孔向外侧排出，并且其中外机匣的内表面包括褶皱表面以引起气体回流，从而增加冷却气体与内机匣的外表面的接触时间。
[0005]根据一示例性实施例，该一体化结构装置进一步包括活门，连接至风扇出口或外涵道引气，用于调节热气与冷气的配比来得到冷却气体的不同温度。
[0006]根据一示例性实施例，其中分流环进一步包括空气管路，用于连接活门，并且分流环通过支架固定于外机匣的前端。
[0007]根据一示例性实施例，多个引流孔的开口方向向后。
[0008]根据一示例性实施例，多个引流孔包括通过激光打孔技术在引流环上每隔5mm地打出的直径为3mm的圆孔。
[0009]根据一示例性实施例，外机匣包括高强度的轻质材料。
[0010]根据一示例性实施例，外机匣与内机匣基本共形。
[0011]根据一示例性实施例，内机匣的外表面包括光滑的表面。
[0012]根据一示例性实施例，褶皱表面包括锯齿形状的褶皱表面，锯齿形状包括沿外机匣内表面法向的一侧和倾斜向前的一侧。
[0013]根据一示例性实施例，锯齿形状的倾斜向前的一侧与沿外机匣内表面法向的一侧之间的角度为45度，并且锯齿形状的高度占空腔的总高度的70％。
[0014]本公开还包括其他相关方面。
附图说明
[0015]图1示出了根据本公开的一方面的LPTACC系统的示意图。
[0016]图2示出了根据本公开的一方面的LPTACC系统的一体化结构装置的剖视图。
[0017]图3示出了根据本公开的另一方面的LPTACC系统的一体化结构装置的剖视图。
[0018]图4示出了根据本公开的一方面的LPTACC系统的分流环设计的示意图。
[0019]图5示出了根据本公开的一方面的LPTACC系统的一体化结构的安装立体视图。
[0020]图6示出了根据本公开的替换实施例的LPT内外机匣空腔的设计的示意图。
具体实施方式
[0021]现役主流民航发动机几乎都使用LPTACC系统以提高发动机性能，冷却方式一般采用风扇出口/外涵道引气，经过LPTACC活门调节引气量，再供给到LPTACC总管，LPTACC总管再进行分配分别供给到若干个的带冷却小孔的支管中。
[0022]图1示出了根据本公开的一方面的LPTACC系统100的示意图。如图1所示，LPTACC活门102的入口104连接风扇出口或外涵道引气，而其出口106则连接LPACC空气管路108的一端。
[0023]LPACC空气管路108的另一端连接到LPTACC总管110，并从总管110引出多个支管112。支管112上带有相隔一定间隙的多个冷却小孔(未示出)，用于向机匣喷出冷却气体。这些支管112按一定的间隔卷绕在LPT机匣外，通过冷却小孔喷出的冷却气体来冷却低压涡轮单元体机匣结构114。
[0024]但是，由于支管112之间固有地存在一定的距离且无法消除这种天然缺陷，因此只有冷却小孔出口区域周围的部分LPT机匣能得到冷却，而无法对整个低压涡轮机匣实现充分均匀冷却。这最终会导致出现LPT机匣局部高温和局部低温同时存在的情况，使得LPTACC冷却效果并不理想。另外，由于局部高温和低温的存在，可能会产生热应力效应。从而对结构材料的性能要求非常高。如果LPT机匣材料性能不达标或者发动机老龄化，则很有可能造成LPT机匣出现裂纹导致更严重的后果，甚至发动机空停，影响飞机的运行效率。
[0025]图2示出了根据本公开的一方面的LPTACC系统的一体化结构装置200的剖视图。如图2中所见，不同于图1的方案的是，图2的LPTACC系统的一体化结构装置200包括双层空心机匣结构，即LPT外机匣202和LPT内机匣204以及夹于其间的空腔210。
[0026]根据一些示例性实施例，LPT外机匣202与LPT内机匣204可以基本共形。根据一些实施例，LPT外机匣202的内表面和LPT内机匣204的外表面可为光滑的。根据至少一些示例性实施例，LPT外机匣202与LPT内机匣204之间的空腔210的高度可以大致均匀。
[0027]根据示例性实施例，双层空心机匣的外机匣202的前端包括开口205，而后端则包括多个排气孔206以及固定结构208。固定结构208用于通过例如螺栓紧固件等连接双层空心机匣结构。
[0028]根据示例性实施例，LPT内机匣204的结构材料可以与现有技术的机匣一致(例如，采用高温合金或钛合金等)，而LPT外机匣202的材料可以优选使用高强度的轻质材料，例如，铝合金等轻质合金材料，这样可以实现尽可能少的额外重量增加。
[0029]如图2中所示，冷却气体可例如从LPTACC活门经开口205进入双层空心机匣结构的内外两层机匣202与204之间的空腔210。由于空腔210内冷却气体流场分布均匀，方向恒定，
因此可以对LPT内机匣204进行有效、均匀、充分的冷却。最终冷却气体经由外机匣202后端的多个排气孔206流出，从而实现对LPT机匣结构的充分、有效、均匀的冷却。通过精确调节LPTACC活门(未示出)的引气量，可以避免因冷却不均匀导致的局部热应力问题，从而提高发动机耐久性和运行效率。
[0030]由于图2的方案的机匣和管路一体化结构设计，去除了总管、支管等管路、以及用于管路的支架、紧固件等结构的安装，有效降低了发动机重量和后期的维修维护成本。该方案可解决航空发动机LPTACC系统中关于LPT机匣结构冷却不均匀、不充分和机匣热应力等问题。
[0031]图3示出了根据本公开的另一方面的LPTACC系统的一体化结构装置300的剖视图。图3的方案与图2的方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机低压涡轮主动间隙控制系统的一体化结构装置，包括：低压涡轮的内机匣；所述低压涡轮的外机匣，所述外机匣在前端包括多个开口，并且在后端包括多个排气孔；在所述内机匣与所述外机匣之间的空腔；分流环，所述分流环呈环形并被布置于所述外机匣的前端，所述分流环包括多个引流孔，用于将所述冷却气体引对应地至所述外机匣的所述多个开口；其中从所述外机匣的前端的所述多个开口引入的冷却气体在所述空腔内轴向地从前向后冷却所述内机匣，并从所述多个排气孔向外侧排出，并且其中所述外机匣的内表面包括褶皱表面以引起气体回流，从而增加所述冷却气体与所述内机匣的外表面的接触时间。2.如权利要求1所述的一体化结构装置，进一步包括：活门，连接至风扇出口或外涵道引气，用于调节热气与冷气的配比来得到所述冷却气体的不同温度。3.如权利要求2所述的一体化结构装置，其中，所述分流环进一步包括空气管路，用于连接所述活门，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈宏，周丽，李帅，
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：