燃烧室测量装置用双层机匣和双层机匣的装配方法

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种燃烧室测量装置用双层机匣和双层机匣的装配方法。

背景技术

发动机研制过程中，在关键技术攻关及部件验证阶段需要开展全环燃烧室试验支撑部件方案确定，通过全环燃烧室试验，验证燃烧室部件的总压损失、污染排放、出口温度分布等关键的重要性能指标，以上重要指标的测量对于评价该全环燃烧室试验件的性能、指导燃烧室部件优化设计以及节省试验资源等方面有着重要的作用。

目前常用的一种测量方法为使用摆动式测量装置，即通过测量装置上的传动系统带动采样受感部绕中心轴回转遍历整个测量环面。由于全环燃烧室试验为高温高压试验，导致全环燃烧室试验中的测量装置需承受高温高压燃气的冲刷，面临了较严峻的冷却问题。

为提高测量装置的使用寿命，常将传动系统装配于有水冷机匣组成的空腔内，从而降低传动系统工作环境的温度。然而现有的水冷机匣具有结构复杂、装配困难的问题，无法保证装配后机匣的性能。因此需要一个装配方便的水冷双层机匣。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中机匣结构复杂装配困难的缺陷，提供一种燃烧室测量装置用双层机匣和双层机匣的装配方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种燃烧室测量装置用双层机匣，所述双层机匣包括内层机匣和外层机匣，所述内层机匣设有第一冷却流路，沿所述内层机匣的轴向，所述第一冷却流路布满所述内层机匣；所述外层机匣设有第二冷却流路，沿所述外层机匣的轴向，所述第二冷却流路布满所述外层机匣；

所述内层机匣包括第一内层机匣和第二内层机匣，所述第一内层机匣和所述第二内层机匣之间形成所述第一冷却流路；所述外层机匣包括第一外层机匣和第二外层机匣，所述第一外层机匣和所述第二外层机匣之间形成所述第二冷却流路；

所述双层机匣还包括支撑结构，所述支撑结构沿所述外层机匣的径向穿过所述外层机匣，并固定连接于所述内层机匣，所述支撑结构与所述内层机匣和所述外层机匣均通过焊接连接。

在本方案中，通过利用分体式的内层机匣组装形成第一冷却流路，分体式的外层机匣组装形成第二冷却流路，从而，一方面，便于装配及焊接，当焊接支撑结构与内外层机匣时，不会出现某些连接处难以操作或无法操作的情况，也就保证了装配后双层机匣的冷却效果，同时也降低了装配的难度以及施工人员的工作量；另一方面，分体式的内外层机匣也更便于加工。另外，通过支撑结构、内层机匣和外层机匣，在内层机匣和外层机匣之间形成了环形通道，环形通道可以供燃烧室尾气流通，在内外层机匣内流动的冷却介质既可以对双层机匣内腔进行冷却，还可以对环形通道内的尾气进行冷却。

较佳地，所述内层机匣的外周壁上设有第一通孔，所述支撑结构伸入所述第一通孔内以与所述内层机匣连接；

所述支撑结构与所述内层机匣连接的一端具有向外翻折的第一翻边，所述第一翻边的外周面与所述第一通孔的内周面相匹配，所述第一翻边与所述第一通孔的连接处通过焊接固定。

在本方案中，由于结构突变处为应力集中区域，采用上述结构形式，使得内层机匣和支撑结构的连接位置远离应力集中区域，避免了焊缝位置位于应力集中区域而导致焊缝开裂，进而提高了双层机匣的使用寿命。

较佳地，所述第一翻边的翻折处为圆弧形。

在本方案中，采用上述结构形式，降低了翻折处的应力，进一步防止了焊缝开裂，提高了双层机匣的使用寿命。

较佳地，所述支撑结构包括第一支撑结构和第二支撑结构，所述第一支撑结构和所述第二支撑结构之间形成与所述第一冷却流路连通的第三冷却流路，所述第一支撑结构和所述第二支撑结构均具有所述第一翻边，所述第一支撑结构的第一翻边与所述第一内层机匣连接，所述第二支撑结构的第一翻边与所述第二内层机匣连接。

在本方案中，在支撑结构处设置第三冷却流路进一步提升了双层机匣的冷却效果，另外将支撑结构也设置为分体式再进行组装，降低了装配的难度，保证了冷却效果，同时也使得第三冷却流路与第一冷却流路相互连通。

较佳地，所述外层机匣的外周壁上设有第二通孔，所述支撑结构伸入所述第二通孔内并与所述外层机匣连接；

所述支撑结构的外周面上设有环形凸起部，所述环形凸起部的外周面与所述第二通孔的内周面相匹配，所述环形凸起部与所述第二通孔的连接处通过焊接固定。

在本方案中，采用上述结构形式，避免了支撑结构与外层机匣的连接处位于应力集中区域，进而避免了焊缝开裂，提高了双层机匣的使用寿命。

较佳地，所述环形凸起部与所述支撑结构的外周面连接处具有弧形过渡面。

在本方案中，采用上述结构形式，降低了连接处的应力，进一步防止了焊缝开裂，提高了双层机匣的使用寿命。

较佳地，所述环形凸起部与所述支撑结构一体成型。

在本方案中，采用上述结构形式，减少了装配关系，相应地降低了装配产生的误差

较佳地，所述内层机匣还包括转接环，所述内层机匣的两端分别连接有所述转接环，所述转接环具有环形的U型槽并具有位于所述U型槽两侧内环边和外环边，所述内环边连接于所述第二内层机匣，所述外环边连接于所述第一内层机匣，所述转接环与所述第一内层机匣和所述第二内层机匣连接形成密闭的所述第一冷却流路。

在本方案中，一方面，利用转接环的U型槽，对冷却介质的流动起到缓冲作用，避免冷却介质在结构突变处出现流动死区，保证了双层机匣的冷却效果；另一方面，将转接环设置为U型，使得焊接位置位于非应力集中区域，避免了焊缝开裂，保证了双层机匣的使用寿命。

较佳地，所述外层机匣的两端部分别连接有法兰连接件，所述法兰连接件具有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述第二连接端分别连接于所述第一外层机匣和所述第二外层机匣，所述法兰连接件与所述第一外层机匣和所述第二外层机匣连接形成密闭的所述第二冷却流路。

在本方案中，采用上述结构形式，有利于冷却介质的流通性，保证双层机匣的冷却效果，同时也便于通过法兰连接件将双层机匣固定连接于外部的燃烧室。

较佳地，所述第一外层机匣和所述第二外层机匣中的至少一个设有向外翻折的第二翻边，所述第二翻边设置于所述第一外层机匣或所述第二外层机匣的两端部，所述第二翻边的外周面与所述第一连接端或所述第二连接端相匹配，所述第二翻边与所述法兰连接件的连接处通过焊接固定；和/或

所述第一连接端具有朝向所述第一外层机匣的端部延伸的第一延伸边，所述第一延伸边与所述第一外层机匣通过焊接固定连接；和/或

所述第二连接端具有朝向所述第二外层机匣的端部延伸的第二延伸边，所述第二延伸边与所述第二外层机匣通过焊接固定连接。

较佳地，所述第二翻边设置于所述第二外层机匣，且所述第二外层机匣的长度大于所述第一外层机匣的长度。

在本方案中，采用上述结构形式，从而第二外层机匣与法兰连接件的连接处、第一外层机匣与法兰连接件的连接处位于非应力集中区域，避免了焊缝容易开裂的问题，进而提高了双层机匣的使用寿命，同时也便于后续装配。

较佳地，所述法兰连接件设有凹槽，所述凹槽设置于所述法兰连接件与所述第二外层机匣的连接处，且所述凹槽与所述第二外层机匣的所述第二翻边弧形过渡。

在本方案中，在设有凹槽处的第二冷却流路的高度将大于其余位置的第二冷却流路的高度，并结合弧形过渡，释放了焊缝处的应力集中，最终降低了连接处的应力，进一步避免焊缝开裂。

较佳地，所述第一外层机匣的厚度大于所述第二外层机匣的厚度。

在本方案中，由于第二外层机匣和第一内层机匣之间形成了供高温高压燃烧尾气流通的环形通道，相比第一外层机匣，第二外层机匣距离燃烧尾气更近，为了便于第二冷却流路内的冷却介质与该环形通道内高温尾气进行热交换，第二外层机匣的厚度较薄。而第一外层机匣作为承压机匣，将用于承受更多的重量，因此第一外层机匣的厚度较厚。

较佳地，所述双层机匣包括多个支撑结构，多个所述支撑结构沿所述内层机匣的周向设置。

在本方案中，一方面，多个支撑结构使得双层机匣更稳固，另一方面，多个支撑结构还能够与内层机匣、外层机匣共同组成多个环形通道用于燃烧尾气的流通，提高双层机匣和双层机匣内的测量装置的使用寿命。

较佳地，所述第一外层机匣沿其周向分隔为若干节段，每个所述节段设置于相邻所述支撑结构之间；或，每个所述节段对应一个所述支撑结构设置。

在本方案中，采用上述结构形式，避免了后续装配时第一外层机匣难以装配的问题。

一种双层机匣的装配方法，所述双层机匣为如上述所述的燃烧室测量装置用双层机匣，所述装配方法包括如下步骤：

S1、将所述内层机匣放置于所述外层机匣内；

S2、将所述支撑结构沿所述外层机匣的径向穿过所述外层机匣，并将所述支撑结构焊接于所述内层机匣；

S3、焊接所述外层机匣和所述支撑结构。

较佳地，所述第二内层机匣位于所述第一内层机匣内侧，所述支撑结构穿过所述第一内层机匣，所述步骤S2包括：

S21、将所述支撑结构的外周面在周向上与所述第一内层机匣焊接固定；

S22、将所述支撑结构的外周面在周向上与所述第二内层机匣焊接固定。

较佳地，所述支撑结构包括筒状的第一支撑结构和第二支撑结构，所述第二支撑结构位于所述第一支撑结构的内侧并间隔设置；

在所述步骤S21中，将所述第一支撑结构的外周面在周向上与所述第一内层机匣焊接固定；在所述步骤S22中，将所述第二支撑结构的外周面在周向上与所述第二内层机匣焊接固定。

较佳地，所述支撑结构具有多个，所述第二外层机匣位于所述第一外层机匣的内侧，所述第一外层机匣沿其周向分隔为若干节段，所述步骤S3包括：

S31、将所述支撑结构的外周面在周向上与所述第二外层机匣焊接固定；

S32、将所述第一外层机匣的各所述节段对应设置在所述第二外层机匣的外周侧的对应位置，将所述节段和所述支撑结构以及相邻两个所述节段之间焊接，并使所述节段在周向形成完整的所述第一外层机匣。

较佳地，所述外层机匣包括法兰连接件，所述法兰连接件包括第一连接端和第二连接端，所述内层机匣包括转接环，所述转接环具有内环边和外环边，所述装配方法还包括如下步骤：

S4、在所述外层机匣的两端分别焊接所述法兰连接件，其中所述第一连接端焊接于所述第一外层机匣，所述第二连接端焊接于所述第二外层机匣，所述法兰连接件与所述外层机匣形成封闭的所述第二冷却流路；

S5、在所述内层机匣的两端分别焊接所述转接环，其中所述内环边焊接于所述第二内层机匣，所述外环边焊接于所述第一内层机匣，所述转接环和所述内层机匣形成封闭的所述第一冷却流路。

本发明的积极进步效果在于：

本发明通过利用分体式的内层机匣组装形成第一冷却流路，分体式的外层机匣组装形成第二冷却流路，从而，一方面，便于装配及焊接，当焊接支撑结构与内外层机匣时，不会出现某些连接处难以操作或无法操作的情况，也就保证了装配后双层机匣的冷却效果，同时也降低了装配的难度以及施工人员的工作量；另一方面，分体式的内外层机匣也更便于加工。另外，通过支撑结构、内层机匣和外层机匣，在内层机匣和外层机匣之间形成了环形通道，环形通道可以供燃烧室尾气流通，在内外层机匣内流动的冷却介质既可以对双层机匣内腔进行冷却，还可以对环形通道内的尾气进行冷却。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的燃烧室测量装置用双层机匣的结构示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3为本发明较佳实施例的燃烧室测量装置用双层机匣的俯视图。

图4为本发明较佳实施例的燃烧室测量装置用双层机匣的部分结构示意图。

图5为本发明较佳实施例的双层机匣的装配方法的流程图。

附图标记说明

双层机匣100

内层机匣1

第一冷却流路11

第一内层机匣12

第二内层机匣13

转接环14

内环边141

外环边142

外层机匣2

第二冷却流路21

第一外层机匣22

节段221

第二外层机匣23

法兰连接件24

第一连接端241

第二连接端242

第一延伸边243

凹槽244

支撑结构3

第一翻边34

第一支撑结构32

第二支撑结构33

第三冷却流路31

环形凸起部35

第二翻边36

环形通道4

测量装置5

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

请结合图1-图4进行理解，其中图1中的X方向为燃烧室燃烧尾气的流动方向。本实施例公开了一种燃烧室测量装置用双层机匣100，双层机匣100包括内层机匣1和外层机匣2，内层机匣1设有第一冷却流路11，沿内层机匣1的轴向，第一冷却流路11布满内层机匣1；外层机匣2设有第二冷却流路21，沿外层机匣2的轴向，第二冷却流路21布满外层机匣2；内层机匣1包括第一内层机匣12和第二内层机匣13，第一内层机匣12和第二内层机匣13之间形成第一冷却流路11；外层机匣2包括第一外层机匣22和第二外层机匣23，第一外层机匣22和第二外层机匣23之间形成第二冷却流路21；双层机匣100还包括支撑结构3，支撑结构3沿外层机匣2的径向穿过外层机匣2，并固定连接于内层机匣1，支撑结构3与内层机匣1和外层机匣2均通过焊接连接。

通过利用分体式的内层机匣1组装形成第一冷却流路11，分体式的外层机匣2组装形成第二冷却流路21，从而，一方面，便于装配及焊接，当焊接支撑结构3与内外层机匣2时，不会出现某些连接处难以操作或无法操作的情况，也就保证了装配后双层机匣100的冷却效果，同时也降低了装配的难度以及施工人员的工作量；另一方面，分体式的内外层机匣2也更便于加工。

另外，通过支撑结构3、内层机匣1和外层机匣2，在内层机匣1和外层机匣2之间形成了环形通道4，环形通道4可以供燃烧室尾气流通，在内外层机匣2内流动的冷却介质可以对双层机匣100内腔进行冷却，避免通过环形通道4内的高温尾气将热量传递到双层机匣100内腔中。

具体的，内层机匣1的外周壁上设有第一通孔，支撑结构3伸入第一通孔内以与内层机匣1连接，由于结构突变处为应力集中区域，为了避免焊缝位置位于应力集中区域而导致焊缝开裂，在本实施例中，支撑结构3与内层机匣1连接的一端具有向外翻折的第一翻边34，第一翻边34的外周面与第一通孔的内周面相匹配，第一翻边34与第一通孔的连接处通过焊接固定，从而利用第一翻边34使得内层机匣1和支撑结构3的连接位置远离应力集中区域，进而提高了双层机匣100的使用寿命。

其中，第一翻边34的翻折处为圆弧形，具体的，在翻折处利用倒圆结构平滑过渡，降低了翻折处的应力，进一步防止了焊缝开裂，提高了双层机匣100的使用寿命。

为了进一步提升双层机匣100的冷却效果，支撑结构3包括第一支撑结构32和第二支撑结构33，第一支撑结构32和第二支撑结构33之间形成与第一冷却流路11连通的第三冷却流路31，其中，将支撑结构3也设置为分体式再进行组装，降低了装配的难度，保证了装配后双层机匣100的冷却效果。

在本实施例中，第一支撑结构32和第二支撑结构33均具有第一翻边34，第一支撑结构32的第一翻边34与第一内层机匣12连接，第二支撑结构33的第一翻边34与第二内层机匣13连接，从而实现第三冷却流路31与第一冷却流路11相互连通，使得第三冷却流路31和第一冷却流路11可以共用一个进口或出口。

具体的，外层机匣2的外周壁上设有第二通孔，支撑结构3伸入第二通孔内并与外层机匣2连接，为了避免支撑结构3与外层机匣2的连接处位于应力集中区域，支撑结构3的外周面上设有环形凸起部35，环形凸起部35的外周面与第二通孔的内周面相匹配，环形凸起部35与第二通孔的连接处通过焊接固定，从而利用环形凸起部35避免了焊缝开裂，进而提高了双层机匣100的使用寿命。

其中，环形凸起部35与支撑结构3的外周面连接处具有弧形过渡面。具体的，在连接处利用倒圆结构平滑过渡，降低了连接处的应力，进一步防止了焊缝开裂，提高了双层机匣100的使用寿命。

在本实施例中，环形凸起部35与支撑结构3一体成型，第一翻边34与支撑结构3也一体成型。在其他实施例中，环形凸起部35可以利用焊接或其他方式与支撑结构3固定连接。

内层机匣1还包括转接环14，内层机匣1的两端分别连接有转接环14，转接环14具有环形的U型槽并具有位于U型槽两侧内环边141和外环边142，内环边141连接于第二内层机匣13，外环边142连接于第一内层机匣12，转接环14与第一内层机匣12和第二内层机匣13连接形成密闭的第一冷却流路11。一方面，利用转接环14的U型槽，对冷却介质的流动起到缓冲作用，避免冷却介质在结构突变处出现流动死区，保证了双层机匣100的冷却效果；另一方面，将转接环14设置为U型，使得焊接位置位于非应力集中区域，避免了焊缝开裂，保证了双层机匣100的使用寿命。

外层机匣2的两端部分别连接有法兰连接件24，法兰连接件24具有第一连接端241和第二连接端242，第一连接端241与第二连接端242分别连接于第一外层机匣22和第二外层机匣23，法兰连接件24与第一外层机匣22和第二外层机匣23连接形成密闭的第二冷却流路21，从而有利于冷却介质的流通性，保证双层机匣100的冷却效果，同时也便于通过法兰连接件24将双层机匣100固定连接于外部的燃烧室。

在本实施例中，第二外层机匣23的两端部设有向外翻折的第二翻边36，第二翻边36的外周面与第二连接端242相匹配，第二翻边36和法兰连接件24的连接处通过焊接固定；第一连接端241具有朝向第一外层机匣22的端部延伸的第一延伸边243，第一延伸边243与第一外层机匣22通过焊接固定连接，且第二外层机匣23的长度大于第一外层机匣22的长度，从而第二外层机匣23与法兰连接件24的连接处、第一外层机匣22与法兰连接件24的连接处位于非应力集中区域，避免了焊缝容易开裂的问题，进而提高了双层机匣100的使用寿命，同时也便于后续装配。

在其他的实施例中，也可以在第一外层机匣22的两端部设置翻边，在第二连接端242设置朝向第二外层机匣23的端部延伸的第二延伸边，第一外层机匣22通过翻边连接于第一连接端241，第二连接端242通过第二延伸边连接于第二外层机匣23。

为了进一步避免焊缝开裂，法兰连接件24设有凹槽244，凹槽244设置于法兰连接件24与第二外层机匣23的连接处，且凹槽244与第二外层机匣23的第二翻边36弧形过渡，从而在设有凹槽244处的第二冷却流路21的高度将大于其余位置的第二冷却流路21的高度，并结合弧形圆角，释放了焊缝处的应力，降低了连接处的应力集中。

具体的，第一外层机匣22的厚度大于第二外层机匣23的厚度。这是由于第二外层机匣23和第一内层机匣12之间形成了供高温高压燃烧尾气流通的环形通道4，相比第一外层机匣22，第二外层机匣23距离燃烧尾气更近，为了便于第二冷却流路21内的冷却介质与该环形通道4内高温尾气进行热交换，第二外层机匣23的厚度较薄。而第一外层机匣22作为承压机匣，将用于承受更多的重量，因此第一外层机匣22的厚度较厚。

在本实施例中，双层机匣100包括四个支撑结构3，四个支撑结构3沿内层机匣1的周向均匀设置。一方面，多个支撑结构3使得双层机匣100更稳固，另一方面，多个支撑结构3还能够与内层机匣1、外层机匣2共同组成多个环形通道4用于燃烧尾气的流通，提高双层机匣100和双层机匣100内的测量装置5的使用寿命。

为了避免后续装配时第一外层机匣22难以装配的问题，第一外层机匣22沿其周向分隔为若干节段221，每个节段221设置于相邻支撑结构3之间；或，每个节段221对应一个支撑结构3设置。

如图5所示，本实施例还公开了一种双层机匣的装配方法，双层机匣为如上述的燃烧室测量装置用双层机匣100，装配方法包括如下步骤：S1、将内层机匣1放置于外层机匣2内；S2、将支撑结构3沿外层机匣2的径向穿过外层机匣2，并将支撑结构3焊接于内层机匣1；S3、焊接外层机匣2和支撑结构3。

在本实施例中，第二内层机匣13位于第一内层机匣12内侧，支撑结构3穿过第一内层机匣12。步骤S2还包括以下步骤：S21、将支撑结构3的外周面在周向上与第一内层机匣12焊接固定；S22、将支撑结构3的外周面在周向上与第二内层机匣13焊接固定。

在本实施例中，支撑结构3包括筒状的第一支撑结构32和第二支撑结构33，第二支撑结构33位于第一支撑结构32的内侧并间隔设置。在步骤S21中，将第一支撑结构32的外周面在周向上与第一内层机匣12焊接固定；在步骤S22中，将第二支撑结构33的外周面在周向上与第二内层机匣13焊接固定。

在本实施例中，支撑结构3具有多个，第二外层机匣23位于第一外层机匣22的内侧，第一外层机匣22沿其周向分隔为若干节段221。步骤S3还包括以下步骤：S31、将支撑结构3的外周面在周向上与第二外层机匣23焊接固定；S32、将第一外层机匣22的各节段221对应设置在第二外层机匣23的外周侧的对应位置，将节段221和支撑结构3以及相邻两个节段221之间焊接，并使节段221在周向形成完整的第一外层机匣22。

该双层机匣的装配方法还包括如下步骤：S4、在外层机匣2的两端分别焊接法兰连接件24，其中第一连接端241焊接于第一外层机匣22，第二连接端242焊接于第二外层机匣23，法兰连接件24与外层机匣2形成封闭的第二冷却流路21；S5、在内层机匣1的两端分别焊接转接环14，其中内环边141焊接于第二内层机匣13，外环边142焊接于第一内层机匣12，转接环14和内层机匣1形成封闭的第一冷却流路11。

上述各步骤的实施不限制先后顺序，只要不影响后续双层机匣的装配即可。例如，步骤S31可以在步骤S22的前面进行，也可以在步骤S22的后面进行，或者两者同时进行；步骤S21可以在步骤S22的前面进行，也可以在步骤S22的后面进行，或者两者同时进行。

在本实施例中，双层机匣100的装配顺序具体为：S10、先将第一内层机匣12放置于第二外层机匣23内，再将第一支撑结构32沿第一内层机匣12的径向插入第一内层机匣12和第二外层机匣23，并将第一支撑结构32与第一内层机匣12焊接固定、将第一支撑结构32与第二外层机匣23焊接固定；S20、再将法兰连接件24的第二连接端242与第二外层机匣23焊接固定；S30、接着将第二内层机匣13放置于第一内层机匣12内，将第二支撑结构33插入第一支撑结构32，并将第二内层机匣13和第二支撑结构33焊接固定；S40、接着将转接环14的内环边141焊接于第二内层机匣13、将外环边142焊接于第一内层机匣12；S50、最后将第一外层机匣22的各节段221插入，并与法兰连接件24的第一连接端241的第一延伸边243以及支撑结构3焊接固定，同时将各节段221焊接起来。采用上述装配顺序，能够有效避免某些焊缝位置由于处于深腔结构中而导致焊枪无法深入的问题，同时也有效解决了本实施例的双层机匣100由于具有多个翻边以及环形凸起部35而对装配产生的影响。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。