一種機匣連接結構的製作方法

2023-05-20 00:08:01 2

本實用新型涉及壓氣機技術領域，具體涉及一種機匣連接結構。

背景技術：

航空發動機機壓氣機機匣藉助安裝邊用普通螺栓(靠止口定位或部分精密螺栓定位)聯結，其結構形式與螺栓法蘭聯結結構有相似之處，但又有很大不同，即它沒有密封元件—墊片，因此計算方法雖可以借鑑，但必然有其特殊性。壓氣機機匣內空氣溫度高達400～500℃，壓力為30～40個大氣壓，如此大的壓力和溫度條件必然造成安裝邊接觸面氣體的洩露。氣體洩漏後的熱量會影響到機匣的連接螺栓，螺栓熱應力會明顯地加快螺栓的蠕變速度,影響安裝邊的密封性能。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種機匣連接結構，以解決或至少減輕背景技術中所存在的至少一處的問題。

本實用新型的技術方案是：提供一種機匣連接結構，包含第一半機匣、第二半機匣、螺栓套筒及螺栓螺母組件；所述第一半機匣與所述第二半機匣通過所述螺栓螺母組件固定連接，形成整個機匣；所述螺栓套筒套設在所述螺栓螺母組件的螺栓上。

優選地，所述螺栓套筒安裝在所述第一半機匣或第二半機匣上與所述螺栓螺母組件上的螺母相對的一側。

優選地，每個所述螺栓螺母組件上包含兩個所述螺栓套筒，兩個所述螺栓套筒分別設置在所述第一半機匣與第二半機匣上安裝邊的兩側。

優選地，所述第一半機匣與所述第二半機匣的安裝邊的厚度相同，所述螺栓套筒的軸向長度為第一半機匣的安裝邊厚度的1～2倍。

優選地，所述螺栓套筒的材料為GH2132。

優選地，所述螺栓套筒的側壁上徑向設置有散熱孔。

優選地，所述螺栓螺母組件中螺栓的材料為GH4169。

優選地，所述第一半機匣與所述第二半機匣上的安裝邊的材料為GH709。

本實用新型的優點在於：本實用新型的通過增加螺栓套筒，加長了連接螺栓的長度，降低了螺栓的剛度，有利於提高螺栓預緊力，能夠對第一半機匣與第二半機匣的連接形成更好的密封。另外，螺栓沒有與第一半機匣及第二半機匣的安裝邊接觸，螺栓套筒能夠吸收氣體洩漏後的熱量，減少螺栓熱應力，降低螺栓的蠕變速度。

附圖說明

圖1是本實用新型一實施例的機匣連接裝結構的示意圖。

圖2是螺栓預緊力與機匣內氣體洩漏壓力的關係圖。

其中，1-第一半機匣，2-第二半機匣，3-螺栓套筒，4-螺栓螺母組件。

具體實施方式

為使本實用新型實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。下面結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型保護範圍的限制。

根據螺栓連接設計準則，我們有下面的計算式：

F0＝F′+C1/(C1+C2)*F

式中，F0為螺栓總拉力，F′為螺栓預緊力，F為工作載荷，C1和C2分別代表螺栓和機匣的剛度。

根據上面的公式，當螺栓的剛度降低時，在保證螺栓所受拉力不變的情況下，可以適當增大螺栓的預緊力。

當採用圖1所示的螺栓套筒連接安裝邊後，螺栓的擰緊力矩可以適當增大,相應的壓氣機機匣安裝邊螺栓孔相對脫開位移可以進一步減小，進一步增強了密封性。

根據理論推導,當螺栓和套筒在等截面、同材料、溫度相等的情況下,且螺栓套筒與安裝邊等厚時,螺栓在有套筒時承受的附加熱應力僅為無套筒時的1/3,隨著套筒長度的增加,螺栓承受的附加熱應力將大大降低。但是套筒也不可以太長,否則螺栓會因為高溫蠕變需要經常地把緊。

如圖2所示，螺栓預緊力越大，發生洩漏時需要的壓力越大。由於螺栓預緊力與洩露壓力是線性關係，給定內壓變化範圍時，可以施加最大的螺栓預緊力，直到螺栓的強度極限。

如圖1所示，一種機匣連接結構，包含第一半機匣1、第二半機匣2、螺栓套筒3及螺栓螺母組件4；第一半機匣1與第二半機匣2通過螺栓螺母組件4固定連接，形成整個機匣；螺栓套筒3套設在螺栓螺母組件4的螺栓上。

本實用新型的通過增加螺栓套筒3，加長了連接螺栓的長度，降低了螺栓的剛度，有利於提高螺栓預緊力，能夠對第一半機匣1與第二半機匣2的連接形成更好的密封。另外，螺栓沒有與第一半機匣及第二半機匣的安裝邊接觸，螺栓套筒能夠吸收氣體洩漏後的熱量，減少螺栓熱應力，降低螺栓的蠕變速度。

在本實施例中，螺栓套筒3安裝在第一半機匣1或第二半機匣2上與螺栓螺母組件4上的螺母相對的一側。

可以理解的是，每個所述螺栓螺母組件4上還可以包含兩個螺栓套筒3，兩個螺栓套筒3分別設置在第一半機匣1與第二半機匣2上安裝邊的兩側。其優點在於，螺栓、螺母均不與第一半機匣及第二半機匣的安裝邊接觸，螺栓套筒3能夠吸收氣體洩漏後的熱量，較少螺栓的熱應力，降低螺栓的蠕變速度。

在本實施例中，第一半機匣1與第二半機匣2的安裝邊的厚度相同，螺栓套筒3的軸向長度為第一半機匣1的安裝邊厚度的1～2倍。

在本實施例中，螺栓套筒3的材料為GH2132。GH2132高溫合金是Fe-25Ni-15Cr基高溫合金，加入鉬、鈦、鋁、釩及微量硼綜合強化。在650℃以下具有高的屈服強度和持久、蠕變強度，並且具有較好的加工塑性和滿意的焊接性能。適合製造在650℃以下長期工作的航空發動機高溫承力部件，如渦輪盤、壓力機盤、轉子葉片和緊固件等。

可以理解的是，螺栓套筒3的側壁上徑向還可以設置有散熱孔。其優點在於，機匣內的氣體洩漏後的熱量可以通過螺栓套筒上的散熱孔分散，有利於降低螺栓套筒及螺栓的熱應力。

在本實施例中，螺栓螺母組件4中螺栓的材料為GH4169。GH4169合金在-253～700℃溫度範圍內具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強度居變形高溫合金的首位，並具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能，以及良好的加工性能、焊接性能良好。

在本實施例中，第一半機匣1與第二半機匣2上的安裝邊的材料為GH709。

本實用新型還通過有限元分析對本技術方案做了驗證，如表1所示，

表1中擰緊力矩為24N.m的一列為不帶螺栓套筒結構的數據，擰緊力矩為26N.m的一列數據為增加螺栓套筒後的數據，從計算結果可以看出，增加螺栓套筒後，安裝邊在規定最小擰緊力矩和內外壓差作用下，壓氣機機匣安裝邊螺栓孔相對脫開位移0.027mm；

在現結構狀態下，安裝邊脫開位移隨螺栓擰緊力矩增大而降低。

當採用本實施例的安裝邊結構後，螺栓的擰緊力矩可以增大,相應的壓氣機機匣安裝邊螺栓孔相對脫開位移將進一步減小到0.01mm以下，進一步增強了密封性。

最後需要指出的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制。儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和範圍。