一种涡轮内冷气接嘴结构的制作方法

1.本技术属于航空发动机冷却设计领域，特别涉及一种涡轮内冷气接嘴结构。


背景技术：

2.随着航空发动机向高推重比、高涡轮进口温度发展，发动机热端部件的工作温度越来越高，发动机中涡轮叶片等零组件要承受更加严酷的高温、高压、高转速等恶劣工作环境的考验。尽管涡轮叶片材料限定了其耐受温度，但我们可以通过先进的涡轮冷却技术来提高涡轮的性能和涡轮叶片的寿命。利用从压气机引来的冷却气来冷却涡轮导向叶片和转子叶片，之后排入涡轮通道与燃气混合，是目前国内外广泛采用的冷却方法。其中，冷气接嘴普遍应用于涡轮导向叶片和导向叶片内环之间的连接，是冷却气流路重要组成部分。
3.图1为已有冷气接嘴结构，冷气接嘴1的上部球面插接在杯座2上，下部球面插接在前半内环3的支撑环9上，冷气接嘴1的下沿卡角6搭接在后半内环4的后半凸台7上，冷却气从集气盒5上出气孔8流出后通过杯座2、冷气接嘴1引入前半内环3与后半内环4构成的腔室，之后将气流引入涡轮盘前腔对涡轮转子叶片冷却供气及腔室封严。
4.现有冷气接嘴结构的缺点主要有：
5.1)冷气接嘴的下球面插在前半内环的支撑环孔上，定位方式为下沿卡角与后半凸台的轴向局部搭接，该搭接量较小，约1/8下沿卡角的弧长。考虑极限公差以及前半内环、后半凸台轴向热态变形不协调等情况，冷气接嘴下沿卡角定位搭接部分有从后半凸台错位脱开的风险，搭接不可靠；
6.2)冷气接嘴脱开后，堵塞通流面积，冷却气流路不通畅，使得引入涡轮盘前腔的气流压力不足，一方面会导致涡轮转子叶片冷却供气不足使得叶片有超温风险，另一方面腔室封严压力不足有燃气倒灌风险；
7.3)冷气接嘴脱开后，由于气流作用会在内环内不规则抖动，不利于整机振动。
8.因此，如何保证冷气接嘴的可靠搭接是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

9.本技术的目的是提供了一种涡轮内冷气接嘴结构，以解决现有技术中冷气接嘴搭接量小、容易脱开、封严不足的问题。
10.本技术的技术方案是：一种涡轮内冷气接嘴结构，包括冷气接嘴、集气盒、前半内环和后半内环；所述冷气接嘴上设有同轴设置的环形的下沿卡圈和上沿卡圈，所述前半内环的支撑环上设有冷气接嘴下球面的安装孔，所述下沿卡圈能够全部搭接在前半内环的支撑环上，所述集气盒上焊接有杯座，所述杯座套设于冷气接嘴的上球面。
11.优选地，所述冷气接嘴上同轴设置有环形的上沿卡圈，所述上沿卡圈能够与杯座搭接配合。
12.优选地，所述前半内环靠近后半内环的一侧同轴设置有环形的支撑环，所述支撑环上开设有安装孔，所述冷气接嘴插设于安装孔内，所述前半凸台一体连接于支撑环靠近
后半凸台的一侧。
13.优选地，所述前半凸台与后半内环搭接配合。
14.优选地，所述后半内环上设有环形的后半凸台，所述后半凸台与前半凸台搭接配合。
15.本技术的一种涡轮内冷气接嘴结构，包括冷气接嘴、集气盒、前半内环和后半内环；冷气接嘴上沿卡圈与杯座、下沿卡圈与支撑环预留一定间隙，可自由浮动，但上沿卡圈和下沿卡圈位置限制了冷气接嘴与其之间的相对移动量。在工作过程中会沿向远离杯座的一侧移动，直至下沿卡圈完全搭接在支撑环上，提升冷气接嘴的搭接量，即使考虑极限公差与热态变形不协调的情况，冷气接嘴也不会受后半内环影响，不会发生错位脱出，实现可靠搭接。由于冷气接嘴的位置稳定，也就能够与杯座稳定配合，确保冷却气流路通畅，使得涡轮盘前腔的气流压力充足，保证涡轮盘前腔对涡轮转子叶片冷却供气及腔室封严满足设计要求；在下沿卡圈与支撑环的支撑下，实现冷气接嘴的可靠搭接，在气流作用下定位可靠。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
17.图1为背景技术中冷气接嘴搭接结构示意图；
18.图2为本技术中冷气接嘴搭接结构示意图。
19.1、冷气接嘴；2、杯座；3、前半内环；4、后半内环；5、集气盒；6、下沿卡角；7、后半凸台；8、出气孔；9、支撑环；10、前半凸台；11、下沿卡圈；12、上沿卡圈；13、涡轮导向叶片。
具体实施方式
20.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
21.一种涡轮内冷气接嘴结构，如图2所示，包括冷气接嘴1、集气盒5、前半内环3和后半内环4。集气盒5与涡轮导向叶片13焊接配合，集气盒5内部为空腔结构并且集气盒5与涡轮导向叶片13内部的冷却通道连通，集气盒5内部开设有出气孔8，集气盒5上焊接有杯座2，杯座2为圆柱形中空结构并通过出气孔8与集气盒5内部连通。
22.工作状态下，涡轮导向叶片13和前半内环3、后半内环4由于温度和受力情况不同，两者变形不一致，需要预留一定的间隔用于抵消热变形，因此冷气接嘴1需要有一定的滑动量。
23.冷气接嘴1同轴设于杯座2的内侧，冷气接嘴1上设有同轴设置的环形的下沿卡圈11，前半内环3和后半内环4与涡轮盘同轴设置，前半内环3上设有与涡轮盘同轴设置的环形支撑环9，下沿卡圈11能够搭接在支撑环9上，集气盒5上焊接有杯座2，杯座2套设于冷气接嘴1的上球面。
24.冷却气先从涡轮导向叶片13进入到集气盒5内，而后通过出气孔8进入到杯座2和冷气接嘴1内，再通过冷气接嘴1进入至前半内环3和后半内环4组合构成的腔室内，之后将气流引入涡轮盘前腔对涡轮转子叶片冷却供气及腔室封严。
25.冷气接嘴上沿卡圈12与杯座2、下沿卡圈11与支撑环9预留一定间隙，可自由移动，
但上沿卡圈和下沿卡圈位置限制了相对移动量。在工作过程中冷气接嘴会沿向远离杯座2的一侧移动，直至下沿卡圈11完全搭接在支撑环9上，提升冷气接嘴的搭接量，即使考虑极限公差与热态变形不协调的情况，冷气接嘴也不会受后半凸台7影响，不会发生错位脱出，实现可靠搭接。由于冷气接嘴的位置稳定，也就能够与杯座2稳定配合，确保冷却气流路通畅，使得涡轮盘前腔的气流压力充足，保证涡轮盘前腔对涡轮转子叶片冷却供气及腔室封严满足设计要求；在下沿卡圈11与支撑环9的支撑定位下，实现冷气接嘴的可靠搭接，在气流作用下定位可靠。
26.优选地，冷气接嘴1上同轴设置有环形的上沿卡圈12，上沿卡圈12能够与杯座2搭接配合，防止冷气接嘴1上球面移动伸入至集气盒5内，配合下沿卡圈12，对冷气接嘴1内外两侧的行程均进行限制，保证冷气接嘴1工作在合适的位置区间内。
27.优选地，前半内环3靠近后半内环4的一侧同轴设置有环形的支撑环9，支撑环9上开设有安装孔，冷气接嘴1插设于安装孔内，前半凸台10一体连接于支撑环9靠近后半凸台7的一侧。通过设置支撑环9，冷气接嘴1由原来的支撑环9、后半凸台7和杯座2进行限位改为仅由支撑环9和杯座2进行限位，这样冷气接嘴1的装配和定位更为方便精准。
28.优选地，前半凸台10与后半内环凸台7搭接配合，冷气接嘴1与后半内环4完全不接触。
29.优选地，后半内环4上设有环形的后半凸台7，后半凸台7与实现对前半凸台10的稳定支撑。
30.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种涡轮内冷气接嘴结构，其特征在于：包括冷气接嘴(1)、集气盒(5)、前半内环(3)和后半内环(4)；所述冷气接嘴(1)上设有同轴设置的环形的下沿卡圈(11)和上沿卡圈(12)，所述前半内环(3)的支撑环(9)上设有冷气接嘴(1)的安装孔，所述下沿卡圈(11)能够搭接在支撑环(9)上，所述集气盒(5)上焊接有杯座(2)，所述杯座(2)套设于冷气接嘴(1)的上球面。2.如权利要求1所述的涡轮内冷气接嘴结构，其特征在于：所述冷气接嘴(1)上同轴设置有环形的上沿卡圈(12)，所述上沿卡圈(12)能够与杯座(2)搭接配合。3.如权利要求1所述的涡轮内冷气接嘴结构，其特征在于：所述前半内环(3)靠近后半内环(4)的一侧同轴设置有环形的支撑环(9)，所述支撑环(9)上开设有安装孔，所述冷气接嘴(1)插设于安装孔内，所述前半凸台(10)一体连接于支撑环(9)靠近后半凸台(7)的一侧。4.如权利要求3所述的涡轮内冷气接嘴结构，其特征在于：所述前半凸台(10)与后半内环(4)搭接配合。5.如权利要求4所述的涡轮内冷气接嘴结构，其特征在于：所述后半内环(4)上设有环形的后半凸台(7)，所述后半凸台(7)与前半凸台(10)搭接配合。

技术总结
本申请属于航空发动机冷却设计领域，为一种涡轮内冷气接嘴结构，包括冷气接嘴、集气盒、前板内环和后半内环；冷气接嘴上沿卡圈与杯座、下沿卡圈与支撑环预留一定间隙，可自由移动，但上沿卡圈和下沿卡圈位置限制了相对移动量。在工作过程中冷气接嘴会沿向远离杯座的一侧移动，直至下沿卡圈完全搭接在支撑环上，提升冷气接嘴的搭接量，即使考虑极限公差与热态变形不协调的情况，冷气接嘴也不会受后半凸台影响，不会发生错位脱出，实现可靠搭接。由于冷气接嘴的位置稳定，也就能够与杯座稳定配合，确保冷却气流路通畅，使得涡轮盘前腔的气流压力充足，保证涡轮盘前腔对涡轮转子叶片冷却供气及腔室封严满足设计要求。气及腔室封严满足设计要求。气及腔室封严满足设计要求。


技术研发人员：孙国志 柳文东 刘美 刘云龙 袁昌 崔 禚文静 董越
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.01.20
技术公布日：2023/5/12