[发明专利]一种带倒Z字形支板的简易排气框架

说明书

技术领域

本发明涉及一种排气框架，具体涉及一种带倒Z字形支板的简易排气框架。

背景技术

本发明涉及航空发动机使用的简易排气框架。该排气框架安装在航空发动机涡轮出口，结构上主要由外环、内环及沿圆周方向均布的多个支板等组成，其主要功能为与排气框架外环、内环形成燃气通道，并组织涡轮出口燃气以合适的速度和方向排入大气。在此类型排气框架中，支板作为重要构件主要起联接内、外环，增加排气框架刚度的作用。

排气框架是涡轮出口燃气排出的构件，而涡轮出口燃气温度较高，一般在500～600°C左右，其温度场不均匀，同时在发动机使用过程存在冷热循环的交替过程，排气框架内环、外环变形不一致，在支板的限制作用下容易产生裂纹和变形。因此，对于排气框架而言，如何通过较好的结构设计手段释放或缓解热应力，提高零件的寿命和可靠性，是结构设计时必须考虑的一个棘手问题。

此外，涡轮出口燃气流通常带有一定的预旋角而偏离轴向流动，而且沿径向方向的预旋角也存在一定的不均匀性。因此，如果排气框架内的支板设计安排不合理的话，将在其前缘附近产生较大的攻角，使得流过支板表面的气流产生大面积分离，在排气框架内行成与主流方向相反的二次流动，导致排气框架总压损失急剧增加，排气不畅，进而影响发动机性能。

传统的排气框架为缓解热应力往往需要采取一些复杂的结构设计，如在内环或外环采用回弯结构设计，该类结构的零件无法冲压成型，需采用铸造成型，加工周期、加工难度及加工成本均有较大幅度的增加；其支板一般采用简单直叶片，难以适应涡轮出口气流的径向不均匀性，导致排气通道内气流沿支板表面出现较大幅度的流动分离，从而导致排气损失增加，发动机性能下降。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，一种带倒Z字形支板的简易排气框架，有效缓解排气框架的热应力，简化排气框架的结构，减轻重量，提高可靠性，降低加工难度及加工成本，同时可减少排气总压损失，提高发动机性能。

本发明技术解决方案：一种带倒Z字形支板的简易排气框架。所述排气框架由内环、外环及沿圆周方向均布的多个倒Z字形支板组成。内环、外环及倒Z字形支板之间构成环形燃气通道，倒Z字形支板焊接在所述外环及内环之间。所述外环和内环流道线可以为直线也可为曲线。所述倒Z字形支板有别于传统的对称翼型直叶片，设计为类似于倒Z字形形状。所述排气框架内环与外环在发动机使用过程中因热变形不一致所产生的热应力通过倒Z字形支板进行缓解或消除。

所述排气框架倒Z字形支板沿径向方向主要分为三段：焊接在外环上的支板上半段和焊接在内环上的支板下半段，以及与发动机轴线平行的中段。所述倒Z字形支板上半段沿径向各截面形状完全相同，支板下半段沿径向各截面形状也完全相同。所述倒Z字形支板上半段、下半段与发动机轴线分别存在夹角α1、夹角α2，α1与α2角度不相同。α1的角度值近似与所述环形气流通道上半部分入口处的来流预旋角的平均值相匹配；α2的角度值近似与所述环形气流通道下半部分入口处的来流预旋角的平均值相匹配，通过角度匹配使燃气可顺畅流经排气框架，不产生流动分离，压力损失小。

所述排气框架内环、外环、倒Z字型支板可单独冲压成型，倒Z字型支板焊接于内环与外环之间。

所述排气框架内环、外环的流道线为直线或曲线。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）传统的排气框架为缓解热应力往往需要采取一些复杂的结构设计，如在内环或外环采用回弯结构设计，该类结构的零件无法冲压成型，需采用铸造成型，加工难度及加工成本大幅度增加。本发明排气框架内环、外环及支板均可冲压成型，并通过倒Z字型支板设计有效缓解排气框架的热应力，简化排气框架结构设计，降低生产成本低，缩短加工周期，且重量轻、可靠性高；

（2）传统的排气框架的支板一般采用简单直叶片，由于涡轮出口气流的径向分布不均匀，这种支板设计会导致排气通道内气流沿支板表面部分或全部发生流动分离，从而导致排气损失增加，发动机性能下降。本发明倒Z字形支板上半段、下半段与发动机轴线分别存在夹角α1、夹角α2，可较好地适应涡轮出口气流的径向不均匀，排气框架排气压力损失小，可提高发动机性能水平；

（3）应用范围广，可广泛应用于各种小型燃气涡轮轴发动机、辅助动力装置或起动机中。

附图说明

图1为本发明中排气框架在燃气涡轮轴发动机安装示意图；

图2为传统排气框架局部透视图；

图3为本发明的带倒Z字形支板的排气框架局部透视图；