火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)及其球頭襯套組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及航空燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室的火焰筒固定結(jié)構(gòu)，尤其涉及火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)。
【背景技術】
[0002]作為航空燃氣渦輪發(fā)動機的主要熱端部件，燃燒室是決定發(fā)動機使用壽命和可靠性的主要因素之一。燃燒室典型類型有三種，即單管燃燒室、環(huán)管燃燒室和環(huán)形燃燒室。二十世紀六十年代以后研制的發(fā)動機基本采用全環(huán)燃燒室，主要組成部件包括擴壓器、機匣、火焰筒、噴嘴、旋流器和頭部端壁等?；鹧嫱苍诟邷?、劇烈振動和嚴重熱沖擊等惡劣條件下工作，會產(chǎn)生很大的熱應力、蠕變應力和疲勞應力，從而導致產(chǎn)生裂紋、變形、掉塊、燒蝕和腐蝕等故障。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)動機燃燒室故障中63%與火焰筒有關。因此，解決火焰筒可靠性問題成為發(fā)動機燃燒室重要的研宄方向。
[0003]為了保證全環(huán)燃燒室的兩股氣流通道，火焰筒懸定在燃燒室內(nèi)外機匣構(gòu)成的環(huán)形通道中。因此，如何選擇火焰筒的軸向定位和徑向支撐是燃燒室結(jié)構(gòu)設計過程中非常重要的問題。由于火焰筒在工作時承受著巨大的氣動載荷和振動載荷，以及因受冷熱沖擊引起的不可忽視的脹縮現(xiàn)象，火焰筒的定位與支撐設計不僅要求結(jié)構(gòu)簡單、可靠和燃燒室拆裝方便，還必須充分考慮熱補償問題。
[0004]為避免燃燒室火焰筒受冷熱沖擊引起的脹縮產(chǎn)生熱應力，需要保證火焰筒工作時的軸向自由伸張。因此，火焰筒相對機匣只能有一個截面定位，而且軸向定位銷不能在徑向?qū)鹧嫱伯a(chǎn)生約束。目前常用的火焰筒定位方案有前端定位、后端定位和混合定位三種方式。采用前端定位方案的火焰筒頭部溫度低，承力可靠，噴嘴與頭部相對軸向和徑向位置變化小，定位和支撐可合二為一，而且后端自由伸張對燃燒室出口溫度場的影響也較小，因此這種定位方案在燃燒室火焰筒的結(jié)構(gòu)設計中被廣泛選用。
[0005]針對火焰筒的前端定位方案，國內(nèi)外已經(jīng)做了很多工作。例如，PW4000發(fā)動機采用了圓柱銷定位方式，Spey發(fā)動機采用了矩形銷定位方式，JT3D發(fā)動機采用了前安裝邊定位方式等。雖然這些技術方案各有特點，且基本滿足火焰筒定位與支撐結(jié)構(gòu)的設計要求，但是并沒有完全解決火焰筒工作時連接部位的變形協(xié)調(diào)性問題。具體而言，若單純采用定位銷釘進行火焰筒的前端定位很難同時解決火焰筒徑向和軸向的變位協(xié)調(diào)問題，且容易造成配合面處應力集中，進而磨損失效。通常的球鉸式火焰筒前端定位結(jié)構(gòu)基本采用球頭與定位銷釘一體化加工成型的方式，這種帶球頭的定位銷釘加工成本高，并且沿火焰筒徑向的變位協(xié)調(diào)性較差，另外與之配裝的襯套往往采用分體式結(jié)構(gòu)設計，裝配要求高，拆裝更換不方便。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于提供一種火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)及其球頭襯套組件，其中的球頭襯套組件能提供較好的火焰筒徑向變位協(xié)調(diào)性。
[0007]為實現(xiàn)所述目的的火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)的球頭襯套組件，其特點是包括球頭和襯套，所述球頭具有供定位銷釘穿過的柱形通孔以及位于外側(cè)的外球面，所述襯套的套孔的側(cè)壁為內(nèi)球面，所述內(nèi)球面的直徑方向的兩端分別具有缺口，所述缺口允許所述球頭置入所述套孔，所述內(nèi)球面的側(cè)壁上還具有環(huán)形槽，所述外球面和所述內(nèi)球面的直徑相等。
[0008]所述的球頭襯套組件，其進一步的特點是，所述環(huán)形槽相對所述襯套的中心對稱面對稱。
[0009]所述的球頭襯套組件，其進一步的特點是，所述球頭的對應所述通孔的兩端面為平行的平面，兩端面到所述外球面的球心距離相等，所述襯套的軸向兩端面平行且到所述內(nèi)球面球心的距離相等。
[0010]所述的球頭襯套組件，其進一步的特點是，所述缺口對應的內(nèi)壁面為圓柱面，兩個所述缺口的圓柱面直徑與所述外球面直徑相等。
[0011]所述的球頭襯套組件，其進一步的特點是，所述環(huán)形槽延伸到所述缺口。
[0012]為實現(xiàn)所述目的的火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)，將火焰筒在外帽罩處通過定位銷釘與燃燒室外機匣連接，包括球頭襯套組件和所述定位銷釘，其特點是，所述球頭襯套組件包括球頭和襯套，所述球頭具有供定位銷釘穿過的柱形通孔以及位于外側(cè)的外球面，所述襯套的套孔的側(cè)壁為內(nèi)球面，所述內(nèi)球面的直徑方向的兩端分別具有缺口，所述缺口允許所述球頭置入所述套孔，所述內(nèi)球面的側(cè)壁上還具有環(huán)形槽，所述外球面和所述內(nèi)球面的直徑相等，所述定位銷釘?shù)念^部為橫截面尺寸同等大小的柱形結(jié)構(gòu)，所述頭部穿過所述柱形通孔并與所述柱形通孔接觸配合，所述頭部的長度大于所述柱形通孔的長度，以便于能消除火焰筒發(fā)生脹縮或振動時沿定位銷釘軸向的約束。
[0013]所述的火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)，其進一步的特點是所述定位銷釘?shù)倪B接所述頭部的中部的外側(cè)面為圓錐形，用于限定火焰筒在定位銷釘軸向的變位范圍。
[0014]所述的火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)，其進一步的特點是所述襯套通過壓板固定安裝于所述外帽罩上的安裝座內(nèi)。
[0015]所述的火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)，其進一步的特點是所述定位銷釘?shù)乃鲱^部和與之對應的所述球頭的所述柱形通孔的橫截面是圓柱形、帶圓角矩形或橢圓形。
[0016]所述的火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)，其進一步的特點是所述定位銷釘與所述球頭的配合面、所述球頭與所述襯套的配合面具有被硬化處理的表面。
[0017]本實用新型的定位銷釘頭部和球頭的柱形通孔表面配合接觸，且銷釘頭部長度比球頭柱形通孔長度的要大，借此可消除火焰筒發(fā)生脹縮或振動時沿定位銷釘軸向的約束，球頭和襯套之間球面配合接觸，當火焰筒因受冷熱沖擊引起脹縮或劇烈振動時可實現(xiàn)前端固定結(jié)構(gòu)的變位協(xié)調(diào)，還可以解決火焰筒裝配時的協(xié)調(diào)性問題，避免存在初始安裝應力。因此，本實用新型提供的火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)可有效地消除自身在裝配和工作過程中的應力集中，并實現(xiàn)火焰筒在燃燒室內(nèi)的可靠定位與支撐。并且環(huán)形槽的存在不僅去除了襯套加工時產(chǎn)生的接刀痕，避免了接刀痕對球頭球面的磨損，還可有效的釋放襯套的加工應力，提高襯套的使用壽命。
【附圖說明】
[0018]本實用新型的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0019]圖1為本實用新型一實施例中燃燒室的示意圖。
[0020]圖2為圖1中火焰筒前端固定結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0021 ]圖3為圖2所示固定結(jié)構(gòu)的分解視圖。
[0022]圖4A為圖2中球頭的示意圖。
[0023]圖4B為圖2中襯套的示意圖。
[0024]圖5A為圖2中球頭襯套組件的裝配過程的示意圖。
[0025]圖5B為圖2中球頭襯套組件最終裝配狀態(tài)的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]在以下的描述中，參考各實施例對本實用新型進行描述。然而，本領域的技術人員將認識到可在沒有一個或多個特定細節(jié)的情況下或者與其它替換和/或附加方法、材料或組件一起實施各實施例。在其它情形中，未示出或未詳細描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以免使本實用新型的各實施例的諸方面晦澀。類似地，為了解釋的目的，闡述了特定數(shù)量、材料和配置，以便提供對本實用新型的實施例的全面理解。然而，本實用新型可在沒有特定細節(jié)的情況下實施。此外，應理解附圖中示出的各實施例是說明性表示且不一定按比例繪制。
[0027]如圖1