涡轮导向器连接结构及具有其的燃气涡轮发动机的制作方法

本发明涉及发动机领域，特别地，涉及一种涡轮导向器连接结构。此外，本发明还涉及一种包括上述涡轮导向器连接结构的燃气涡轮发动机。

背景技术：

现代高性能、低耗油率的涡轮发动机低压涡轮导向器往往是多级的，为了减少零件数量，方便发动机的装配，较小型的燃气涡轮发动机普遍采用了整体铸造的导向器结构，整体导向器是通过上、下缘板将所有叶片连接成一体，整体导向器外部设有沿轴向延伸的安装凸台，与涡轮机匣上匹配设置的凹槽配合，实现周向止动和定心，导向器与导向器互相压紧，最后是通过排气机匣的上缘板轴向止动，作用在整体导向器上的轴向力最后也传导到排气机匣与涡轮机匣安装边的螺栓上。

现有技术方案中，没有考虑动力涡轮转子的轴向包容能力，由于导向器之间互相压紧，轴向力最终都是通过排气机匣的安装边传导到螺栓上，当动力涡轮轴发生断裂时，转子受气流作用会向后撞击，产生的巨大轴向力会随同导向器一同作用在安装边的螺栓上，最终导致螺栓断裂失效，转子及导向器飞出，造成飞机的损坏。

技术实现要素：

本发明提供了一种涡轮导向器连接结构及具有其的燃气涡轮发动机，以解决现有的涡轮导向器连接结构存在动力涡轮轴断裂时转子及导向器飞出，损坏飞机的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种涡轮导向器连接结构，包括用于间隔设置于多级涡轮转子之间的涡轮导向器及设于涡轮导向器外围的涡轮机匣，涡轮导向器的外周向设置沿径向延伸的第一凸台，涡轮机匣沿周向的内壁上设有用于容纳第一凸台以实现涡轮导向器周向止动及轴径向定心的凹槽。

进一步地，凹槽在涡轮机匣内壁上沿径向内凹，凹槽在涡轮机匣轴向的后端设有用于防止涡轮导向器轴向飞出的第一止动凸部。

进一步地，涡轮机匣的内壁在凹槽入口处设有用于引导第一凸台旋转进入凹槽的引导面。

进一步地，第一凸台为多个，多个第一凸台在涡轮导向器的周向均匀间隔布置，涡轮机匣上的凹槽与第一凸台一一对应设置。

进一步地，涡轮导向器连接结构还包括与涡轮机匣连接的排气机匣。

进一步地，排气机匣的周向外壁面设有沿径向延伸的第二凸台，涡轮机匣的内壁面上设有与第二凸台配合的第二止动凸部。

进一步地，第二凸台为多个，多个第二凸台在涡轮导向器的周向均匀间隔布置，涡轮机匣上的第二止动凸部与第二凸台一一对应设置。

进一步地，涡轮机匣的端部设有第一安装边，排气机匣的端部设有第二安装边，涡轮机匣与排气机匣经第一安装边及第二安装边的配合并利用螺栓固定连接。

根据本发明的另一方面，还提供一种燃气涡轮发动机，包括多级涡轮转子，还包括上述的涡轮导向器连接结构。

进一步地，多级涡轮转子包括沿轴向依次布置的一级涡轮转子、二级涡轮转子及三级涡轮转子，涡轮导向器连接结构包括：设于一级涡轮转子前的第一涡轮导向器、一级涡轮转子与二级涡轮转子之间的第二涡轮导向器、设于二级涡轮转子与三级涡轮转子之间的第二涡轮导向器及设于三级涡轮转子之后的排气机匣。

本发明具有以下有益效果：

本发明涡轮导向器连接结构及具有其的燃气涡轮发动机，通过在涡轮导向器的外周向设置沿径向延伸的第一凸台，在涡轮机匣沿周向的内壁上设置用于容纳凸台以实现涡轮导向器周向止动及轴径向定心的凹槽，且该凹槽与第一凸台的配合起到了对涡轮导向器进行轴向包容的结构，从而有效防止涡轮转子飞出涡轮机匣打坏飞机，造成更大的安全事故。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例涡轮导向器连接结构的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中涡轮转子轴向飞出时包容的示意图；

图3是本发明优选实施例中涡轮机匣上凹槽处的结构示意图；

图4是本发明优选实施例中涡轮机匣与涡轮导向器装配的结构示意图；

图5是本发明优选实施例中涡轮导向器装配入位后的结构示意图。

附图标记说明：

1、涡轮导向器；8、第一涡轮导向器；11、第二涡轮导向器；12、第三涡轮导向器；13、第一凸台；

2、涡轮机匣；21、凹槽；22、第一止动凸部；23、引导面；

24、第二止动凸部；25、第一安装边；

3、排气机匣；31、第二凸台；32、第二安装边；

4、螺栓；

5、一级涡轮转子；

6、二级涡轮转子；

7、三级涡轮转子。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种涡轮导向器连接结构，包括用于间隔设置于多级涡轮转子之间的涡轮导向器1及设于涡轮导向器1外围的涡轮机匣2，涡轮导向器1的外周向设置沿径向延伸的第一凸台13，涡轮机匣2沿周向的内壁上设有用于容纳第一凸台13以实现涡轮导向器1周向止动及轴径向定心的凹槽21。本实施例通过在涡轮导向器的外周向设置沿径向延伸的第一凸台，在涡轮机匣沿周向的内壁上设置用于容纳凸台以实现涡轮导向器周向止动及轴径向定心的凹槽，且该凹槽与第一凸台的配合起到了对涡轮导向器进行轴向包容的结构，从而有效防止涡轮转子飞出涡轮机匣打坏飞机，造成更大的安全事故。

本实施例中，涡轮导向器采用整体导向器，该整体导向器通过上、下缘板将叶片连接成一体，且整体导向器外周向设置沿径向延伸的多个第一凸台13，并通过涡轮机匣2上的凹槽21配合，实现涡轮导向器的周向止动及轴径向定心。本实施例中，凹槽21在涡轮机匣2内壁上沿径向内凹，凹槽21在涡轮机匣2轴向的后端设有用于防止涡轮导向器1轴向飞出的第一止动凸部22。涡轮导向器上的第一凸台13与涡轮机匣上的第一止动凸部22之间留有一定的轴向间隙，每级涡轮导向器在气流冲击下互相压紧。本实施例中，涡轮导向器连接结构还包括与涡轮机匣2连接的排气机匣3。

涡轮机匣2的端部设有第一安装边25，排气机匣3的端部设有第二安装边32，涡轮机匣2与排气机匣3经第一安装边25及第二安装边32的配合固定连接。本实施例中，第一安装边25与第二安装边32上对应设置螺栓孔，二者经螺栓4紧固连接。

本实施例中，排气机匣3的周向外壁面设有沿径向延伸的第二凸台31，涡轮机匣2的内壁面上设有与第二凸台31配合的第二止动凸部24。

实际工作过程中，每级涡轮导向器在气流冲击下互相压紧，最后贴紧到排气机匣3上，且涡轮导向器与排气机匣3所受到的气动力均通过安装边传递到螺栓4上。

当涡轮转子上的轴发生断裂时，转子在气动力的作用下轴向飞出，撞击到涡轮导向器上(参见图2中d、e、f区域)，产生的冲击力通过涡轮导向器、排气机匣最后都传递到安装边的螺栓上，由于多级转子产生的冲击力非常大，往往会导致螺栓断裂或螺纹失效(参见图2中g区域)，从而导致排气框架向后飞出，与此同时，涡轮导向器上的第一凸台以及排气机匣上的第二凸台被涡轮机匣上的第一止动凸部、第二止动凸部挡住(图2中a、b、c)，由于轴向的止动凸部较为厚实，每级涡轮导向器上的凸台几乎同时与止动凸部撞击，巨大的撞击力在止动凸部的阻挡下得到抑制，从而有效防止了涡轮转子及涡轮导向器的轴向飞出。

本实施例中，涡轮机匣2上的槽型结构如图3、4所示，包括与涡轮导向器上的第一凸台13配合的凹槽21、用于引导第一凸台13旋转的引导面23及第一止动凸部22；涡轮导向器安装时先将涡轮导向器平放入涡轮机匣中，涡轮导向器的第一凸台13与涡轮机匣上的引导面23贴合，再将涡轮导向器旋转一定角度(如图4所示，向箭头方向旋转)，转到一定角度后，涡轮导向器上的第一凸台便达到凹槽21位置，再落入到凹槽21中(如图5所示)。

排气机匣3的安装方式与涡轮导向器类似，只是轴向的第二止动凸部24位置没有引导面，直接将排气机匣3安装到涡轮机匣中，安装边贴合后，将排气机匣3旋转一定角度，使排气机匣3的安装边上的螺栓孔与涡轮机匣安装边上的螺栓孔对齐，与此同时，排气机匣3上的第二凸台31也旋转到涡轮机匣的凹槽中，被涡轮机匣上的第二止动凸部24挡住。

优选地，第一凸台13为多个，多个第一凸台13在涡轮导向器1的周向均匀间隔布置，涡轮机匣2上的凹槽21与第一凸台13一一对应设置。通过多组第一凸台与第一止动凸部的配合，增强了轴向包容的可靠性。

优选地，第二凸台31为多个，多个第二凸台31在涡轮导向器1的周向均匀间隔布置，涡轮机匣2上的第二止动凸部24与第二凸台31一一对应设置。通过多组第二凸台与第二止动凸部的配合，增强了轴向包容的可靠性。

根据本发明的另一方面，还提供一种燃气涡轮发动机，包括多级涡轮转子，还包括上述实施例的涡轮导向器连接结构。本实施例中，多级涡轮转子包括沿轴向依次布置的一级涡轮转子5、二级涡轮转子6及三级涡轮转子7，涡轮导向器连接结构包括：设于一级涡轮转子5之前的第一涡轮导向器8、设于一级涡轮转子5与二级涡轮转子6之间的第二涡轮导向器11、设于二级涡轮转子6与三级涡轮转子7之间的第三涡轮导向器12及设于三级涡轮转子7后面的排气机匣3。

本实施例涡轮导向器连接结构及具有其的燃气涡轮发动机，保证在断轴后转子轴向脱出时，涡轮转子及涡轮导向器被涡轮机匣包容，从而防止转子飞出涡轮机匣打坏飞机，造成更大的安全事故。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。