分段式涡轮导向器连接结构、安装方法及燃气涡轮发动机与流程

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别地，涉及一种分段式涡轮导向器连接结构、安装方法及燃气涡轮发动机。

背景技术：

现有的燃气涡轮发动机中，因涡轮前温度水平越来越高，为提高效率，降低热应力，提高合格率，涡轮导向器通常采用分段的设计方式来降低热应力。将整体涡轮导向器沿周向分成多个扇形段即可得到分段式涡轮导向器。

分段式涡轮导向器在燃气涡轮发动机中安装定位一般通过如下方式：每个扇形段均通过挂钩或螺栓与内机匣和外机匣连接。不管分段式涡轮导向器是采用挂钩连接还是螺栓连接，装配性都不好。

技术实现要素：

本发明提供了一种分段式涡轮导向器连接结构、安装方法及燃气涡轮发动机，以解决分段式涡轮导向器装配性不好的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种分段式涡轮导向器连接结构，包括分段式涡轮导向器，分段式涡轮导向器沿分段式涡轮导向器的周向分为多个扇形段，扇形段包括内环、外环以及至少一个设置于内环和外环之间的导向叶片，分段式涡轮导向器连接结构还包括处于内环的内腔并用于对内环进行轴向限位和径向限位的内机匣、处于外环的外围并用于对外环进行轴向限位和径向限位的外罩以及处于外罩的外围并用于对外罩进行轴向限位和径向限位的外机匣，内机匣和外罩将多个扇形段组合成一体，以提高分段式涡轮导向器的装配性。

进一步地，外罩采用薄壁弹性结构。

进一步地，外罩上开设有多个用于降低外罩的刚性以确保分段式涡轮导向器在工作状态下具有径向热补偿能力并减少外罩对分段式涡轮导向器产生的应力的开口。

进一步地，外罩的中部设有用于与外机匣接触以使外机匣对外罩进行径向限位的定位面。

进一步地，外罩的两端与外机匣之间留有径向膨胀间隙。

进一步地，外机匣上设有用于对外罩进行轴向限位的挡圈。

进一步地，外罩与外环之间设有用于对外环进行轴向限位和径向限位的第一止口；内机匣与内环之间设有用于对内环进行轴向限位和径向限位的第二止口。

进一步地，内机匣包括内机匣前段以及内机匣后段，内机匣前段和内机匣后段之间采用可拆卸连接。

本发明另一方面提供了一种分段式涡轮导向器安装方法，采用上述的分段式涡轮导向器连接结构，包括以下步骤：将每个扇形段的外环分别安装在外罩上；将内机匣安装在扇形段的内环上，以将多个扇形段组合成一体；将外罩安装在外机匣上，完成安装。

本发明另一方面提供了一种燃气涡轮发动机，包括上述的分段式涡轮导向器连接结构。

本发明具有以下有益效果：

本发明的分段式涡轮导向器连接结构，包括分段式涡轮导向器，分段式涡轮导向器分为多个扇形段，每个扇形段均包括内环、外环以及导向叶片。当分段式涡轮导向器处于工作状态时，内环与外环之间形成气流通道，导向叶片可以对通过气流通道的高温燃气进行导向。高温燃气使扇形段处于高温环境中，而相邻的扇形段之间存在间隙，使得扇形段可以发生膨胀以便降低扇形段的热应力。当某一个扇形段发生损坏时，只需要更换损坏的扇形段，而不需要更换整个分段式涡轮导向器，提高了分段式涡轮导向器的使用寿命，降低了成本。通过内机匣对扇形段的内环进行支撑限位，并通过外罩对扇形段的外环进行约束，可以将多个扇形段组合成一体，使得分段式涡轮导向器具有整体涡轮导向器的装配性。在燃气涡轮发动机总装时可以将外罩安装至外机匣上，外机匣可以对外罩进行轴向限位和径向限位，使得分段式涡轮导向器安装牢固。

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的分段式涡轮导向器连接结构的示意图；

图2是本发明优选实施例的外罩的示意图。

附图标记说明：

1、分段式涡轮导向器；11、内环；12、外环；13、导向叶片；2、内机匣；21、内机匣前段；22、内机匣后段；3、外罩；31、开口；32、定位面；4、外机匣；41、挡圈；5、径向膨胀间隙；6、第一止口；7、第二止口。

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。

图1是本发明优选实施例的分段式涡轮导向器连接结构的示意图；图2是本发明优选实施例的外罩的示意图。

如图1所示，本实施例的分段式涡轮导向器连接结构，包括分段式涡轮导向器1，分段式涡轮导向器1沿分段式涡轮导向器1的周向分为多个扇形段，扇形段包括内环11、外环12以及至少一个设置于内环11和外环12之间的导向叶片13，分段式涡轮导向器连接结构还包括处于内环11的内腔并用于对内环11进行轴向限位和径向限位的内机匣2、处于外环12的外围并用于对外环12进行轴向限位和径向限位的外罩3以及处于外罩3的外围并用于对外罩3进行轴向限位和径向限位的外机匣4，内机匣2和外罩3将多个扇形段组合成一体，以提高分段式涡轮导向器的装配性。本发明的分段式涡轮导向器连接结构，包括分段式涡轮导向器1，分段式涡轮导向器1分为多个扇形段，每个扇形段均包括内环11、外环12以及导向叶片13。当分段式涡轮导向器1处于工作状态时，内环11与外环12之间形成气流通道，导向叶片13可以对通过气流通道的高温燃气进行导向。高温燃气使扇形段处于高温环境中，而相邻的扇形段之间存在间隙，使得扇形段可以发生膨胀以便降低扇形段的热应力。当某一个扇形段发生损坏时，只需要更换损坏的扇形段，而不需要更换整个分段式涡轮导向器1，提高了分段式涡轮导向器1的使用寿命，降低了成本。通过内机匣2对扇形段的内环11进行支撑限位，并通过外罩3对扇形段的外环12进行约束，可以将多个扇形段组合成一体，使得分段式涡轮导向器1具有整体涡轮导向器的装配性。在燃气涡轮发动机总装时可以将外罩3安装至外机匣4上，外机匣4可以对外罩3进行轴向限位和径向限位，使得分段式涡轮导向器1安装牢固。

如图2所示，本实施例中，外罩3采用薄壁弹性结构。薄壁弹性结构使得外罩3在高温环境中更易于发生膨胀以便降低外罩3的热应力，并能在冷却后恢复至原样，且不会对分段式涡轮导向器1产生大的应力。

如图2所示，本实施例中，外罩3上开设有多个用于降低外罩3的刚性以确保分段式涡轮导向器1在工作状态下具有径向热补偿能力并减少外罩3对分段式涡轮导向器1产生的应力的开口31。开口31可以降低外罩3的刚性，使得外罩3在高温环境中更易于发生膨胀，且不会对分段式涡轮导向器1产生大的应力。当分段式涡轮导向器1发生径向膨胀时，外罩3对分段式涡轮导向器1的径向限位也随之发生变化，确保分段式涡轮导向器1在工作状态下具有径向热补偿能力。可选地，开口31开设于外罩3的定位面32两侧的中部。可选地，开口31沿外罩3的周向和轴向均匀间隔布设。

如图1和图2所示，本实施例中，外罩3的中部设有用于与外机匣4接触以使外机匣4对外罩3进行径向限位的定位面32。定位面32与外机匣4接触，使得外机匣4可以顶抵外罩3从而限制外罩3径向移动。可选地，外罩3的中部凸起以形成定位面32。

如图1所示，本实施例中，外罩3的两端与外机匣4之间留有径向膨胀间隙5。外机匣4通过定位面32对外罩3的中部进行径向限位，而径向膨胀间隙5使得外罩3的两端在高温环境中具有发生径向膨胀的空间，使得外罩3可以弯曲成曲面，以便降低热应力。

如图1所示，本实施例中，外机匣4上设有用于对外罩3进行轴向限位的挡圈41。将外罩3安装在外机匣4上，使外罩3的定位面32与外机匣4接触定位，再通过挡圈41封挡固定。挡圈41可以对外罩3进行轴向限位，挡圈41定位准确且拆装方便。

如图1所示，本实施例中，外罩3与外环12之间设有用于对外环12进行轴向限位和径向限位的第一止口6。第一止口6相互配合，定位准确，使得分段式涡轮导向器1不易松动。外机匣4通过定位面32对外罩3的中部进行径向限位，第一止口6对外罩3的两端进行径向限位，当分段式涡轮导向器1发生径向膨胀时，外罩3的两端受力弯曲，能够充分利用外罩3的弹性，以降低热应力。可选地，内机匣2与内环11之间设有用于对内环11进行轴向限位和径向限位的第二止口7。第二止口7相互配合，定位准确，使得分段式涡轮导向器1不易松动。

如图1所示，本实施例中，内机匣2包括内机匣前段21以及内机匣后段22，内机匣前段21和内机匣后段22之间采用可拆卸连接。将内机匣2设计为前后两段并采用可拆卸连接，便于安装和拆卸分段式涡轮导向器1。可选地，可拆卸连接采用螺栓连接、卡接、插接中的一种。

本发明的优选实施例还提供了一种分段式涡轮导向器安装方法，采用上述的分段式涡轮导向器连接结构，包括以下步骤：将每个扇形段的外环12分别安装在外罩3上；将内机匣2安装在扇形段的内环11上，以将多个扇形段组合成一体；将外罩3安装在外机匣4上，完成安装。

本发明的优选实施例还提供了一种燃气涡轮发动机，包括上述的分段式涡轮导向器连接结构。

具体实施时，提供一种分段式涡轮导向器连接结构。分段式涡轮导向器1与内机匣2以及外罩3组合成“盒装式”组件，包括分段式涡轮导向器1、内机匣前段21、内机匣后段22以及外罩3。分段式涡轮导向器1先安装在内机匣2和外罩3组成的盒子内，装配时先将分段式涡轮导向器1装入外罩3上，然后将内机匣2前后两段装上形成“盒装式”组件。分段式涡轮导向器1与内机匣前段21、内机匣后段22以及外罩3通过精密止口配合定位。这样使得分段式涡轮导向器1具有整体涡轮导向器的装配性。整个“盒装式”组件与外机匣4之间通过挡圈41轴向限位，与外机匣4之间通过外罩3中部的定位面32定心，外罩3前后两端与外机匣4之间预留有足够的径向膨胀间隙5。外罩3设计成薄壁弹性结构，与外机匣4接触的定位面32位于外罩3的中部位置，在定位面32两侧周向开设开口31，降低外罩3的刚性，确保分段式涡轮导向器1在工作状态下的径向热补偿能力，且外罩3不会对分段式涡轮导向器1产生大的应力。

该分段式涡轮导向器连接结构具有以下优点：

(1)与挂钩连接法相比，分段式涡轮导向器1采用精密止口定位，定位精度更高；

(2)与螺栓连接法相比，需要的零件数量少；

(3)分段式涡轮导向器1与其他零件形成“盒装式”组件，在燃气涡轮发动机总装时整个“盒装式”组件一起装配，装配性好。

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。