CN102939438A - 用于涡轮发动机的导引和密封装置，具有碳垫片和内置的滑动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于导引和密封涡轮发动机中壳体(12)孔口中轴(18)的装置，包括绕着轴安装的碳垫片(140)和包括固定于轴的圈(142)，该圈包括接合碳环(146)的环形摩擦面，该碳环安装在与壳体所连接的支撑衬套(152)中，所述圈具有在支撑衬套的圆柱形壁(162)中被居中和被旋转导引的圆柱形壁(160)，以形成用于导引轴的滑动轴承。

Description

用于涡轮发动机的导引和密封装置,具有碳垫片和内置的滑动轴承

技术领域

本发明涉及涡轮发动机轴通过的壳体孔口中用于涡轮发动机轴的导引和密封装置，也涉及包括这种装置的齿轮箱。

背景技术

在涡轮发动机中，各个设备，特别是诸如用于产生液压能，输送燃油，提供润滑的泵，产生电力的发电机等，都是通过与发动机轴相连的齿轮箱驱动旋转。

每台设备都带有与齿轮箱传动轴旋转连接的旋转轴。每个传动轴在齿轮箱内部带有齿轮，该齿轮与传动齿轮相啮合，该传动齿轮通过齿轮系而与发动机的压气机轴相连接。

传动轴在其端部在滚动轴承中被旋转地导向，所述滚动轴承带有固定于传动轴的其内圈和固定于齿轮箱壳体上的其外圈。传动轴的端部之一通过齿轮箱壳体中孔口和旋转地连接一台设备的旋转轴。

喷射在齿轮箱轴承上以润滑它们的油会与空气混合，因此在齿轮箱内产生油雾。为了防止该油雾在传动轴和壳体中孔口边缘之间泄露，已知在轴和壳体之间孔口中安装密封装置。

在现有技术中，密封装置由碳垫片类型的动态垫片形成，垫片具有固定于轴和带有环形摩擦面的圈，该环形摩擦面用于摩擦由碳颗粒所制成和具有低摩擦系数的环形多孔材料。碳环固定于与壳体所固定的支撑衬套中所安装的颗粒支座和向圈轴向地被迫紧，以保持碳环轴向压靠圈。碳垫片因此具有旋转固定的部分(支撑衬套、颗粒支座和碳环)和旋转移动的部分(圈)。传动轴转动期间碳环和圈之间的摩擦在轴和壳体之间提供了良好的密封。

碳垫片安装在上述齿轮箱滚动轴承之一的旁边。固定轴承的外圈于壳体的装置独立于固定碳垫片的支撑衬套于壳体的装置，因此对于整个结构而言产生了明显的轴向长度和重量。而且，用于润滑和/或冷却碳垫片的装置不同于作用于滚动轴承的装置，这是昂贵的。

发明内容

本发明的特别目的是提供针对现有技术这些问题的简单、有效和便宜的解决方案。

为此，本发明提供了一种用于安装在涡轮发动机中轴通过的壳体中孔口中的导引和密封装置，该装置包括绕着壳体的孔口中轴所安装的碳垫片和包括轴所带有的圈，该圈具有用于摩擦碳环的环形摩擦面，该碳环安装在与壳体所固定的支撑衬套中和向圈轴向地被迫紧，该装置的特征在于：该圈具有在支撑衬套的圆柱形壁中被居中和被旋转导引的圆柱形壁，以形成用于导引轴的滑动轴承。

在本发明中，滑动轴承与本发明装置的碳垫片是一体的。该滑动轴承取代了现有技术的滚动轴承，由此可以省略该滚动轴承。滑动轴承与碳垫片结合为一体使得碳垫片和轴承可以具有共用的支撑和紧固装置，也使得碳垫片和轴承可以具有共用的润滑和冷却装置。碳垫片与滑动轴承的结合也可以减少导引和密封装置的部件数量和重量。

圈的圆柱形壁可以和圈形成为单件或者可以是与圈固定的配件。以相同的方式，支撑衬套的圆柱形壁可以与支撑衬套一起制成单件或它可以是与衬套固定的配件。

圈的圆柱形壁的外圆柱形表面和/或支撑衬套的圆柱形壁的内圆柱形表面可以覆盖薄层或环箍，该薄层或环箍由硬的和具有低摩擦系数的材料制成。

圈的圆柱形壁的内圆柱形表面可以限定远离碳环的轴向地向外开口的和冷却油喷入其中的环形沟槽，目的是消耗运行中滑动轴承和碳垫片所产生的热。

有利地，支撑衬套的圆柱形壁的内圆柱形表面限定其内已经安装了圈和碳环的凹部，该碳环固定于支撑衬套中所导引的颗粒支座。本发明的装置因此相对紧凑，因此使得发动机作为整体组装和拆装更简单。

本发明也提供了用于给至少一台旋转设备提供旋转驱动的涡轮发动机齿轮箱，该齿轮箱的特征在于：它包括具有传动轴通过的孔口的壳体，以及安装在壳体孔口中轴周围的上述类型的导引和密封装置。

有利地，轴可以具有被壳体的圆柱形壁以距离其一段间隙所环绕的圆柱形壁，以形成在正常工作中不运行的紧急滑动轴承。该紧急滑动轴承用于在密封装置的滑动轴承破裂情况下，临时使得传动轴居中和导引它。由此确定了轴的圆柱形壁和壳体之间的径向间隙，这样这些壁在正常工作中不会互相配合。紧急轴承也用于在组装和拆装本发明装置的操作期间径向地固定传动轴在其位置。

本发明也提供了包括如上所述导引和密封装置的涡轮发动机，诸如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机。

通过阅读下面通过非限制性实施例和参考附图所进行的描述，可以更好地理解本发明，和呈现本发明的其它细节、优点和特征。其中：

附图说明

图1是现有技术涡轮发动机齿轮箱的一部分的示意性轴向剖面图。

图2是图1一部分的放大比例的视图。

图3是对应于图2和表示本发明的视图。和

图4是对应于图2和表示本发明变化实施方式的另一个视图。

具体实施方式

首先，参考图1和图2，它们表示一部分现有技术的涡轮发动机齿轮箱10，齿轮箱10具有连接发动机压气机的主动轴的入口件(未示出)和驱动多台设备，诸如，例如油泵、液压泵、燃油泵、启动器和发电机等的齿轮。

齿轮箱10具有前壳体12和后壳体14，二者之间延伸有用于联接多台旋转设备40的多个传动轴18。

图中所示的传动轴18在两个滚动轴承内在其端部被导向转动，其中一个滚动轴承20为滚珠轴承，另一个轴承22为滚柱轴承。每个轴承20、22都包括由传动轴18所携带的内圈24和通过螺栓28分别固定到前壳体12和后壳体14的凸部30上的外圈26。每个轴承20、22经由特定的润滑管路供油。

传动轴18带有布置在两个滚动轴承20和22之间和与传动齿轮34相啮合的齿轮32。

在图2中可以更好地看出，传动轴18的前端部通过壳体凸部30中所形成的孔口36，并且它在该孔口中居中和通过上述滚珠轴承20而被导向。

滚珠轴承20接合在壳体中孔口36的后端部，并且密封垫片，诸如碳垫片40安装在孔口36前端部中传动轴18周围。碳垫片40防止齿轮箱中所包含的气/油混合物泄露出，油被喷射到轴承20和22上以润滑它们，也喷射到碳垫片40上以冷却它。

碳垫片40具有安装在传动轴18上的圈42，该圈42包括在其后端的与轴承20的内圈24的互补装置配合的互连装置44以强制它与轴一起旋转。

在圈42的前端，该圈42具有摩擦碳环46的径向摩擦面，该碳环46固定于颗粒支座48上，该颗粒支座48通过安装在颗粒支座和支撑衬套52之间的颗粒支座前部的弹簧装置50向圈42轴向地被迫紧，该支撑衬套52固定于壳体12上。

碳环46由混合有粘合剂和浸渍有润滑剂的碳颗粒制成。圈具有低动态摩擦系数。

支撑衬套52带有配合颗粒支座48以防止其转动和限制其向后轴向冲程的锁定装置58。它也具有用于通过螺栓54(图1)固定在前壳体12上的外环形凸缘。

如上所解释的，轴承20和碳垫圈40的紧固装置(螺栓28和54)是不同的，因此对于包括碳垫圈和轴承的组件产生了相当大的径向长度E(图1)。该技术也具有上述的其它缺陷。

本发明通过将滑动轴承和碳垫圈结合为一体提供了对这些缺陷的解决方案，因此可以排除现有技术的滚动轴承及其紧固装置，因此对于碳垫片和轴承所形成的导引和密封装置产生了小于现有技术中长度E的径向长度E’。

如图3中所示，碳垫片140不同于上述垫片，因为它的圈142具有接合在支撑衬套152的圆柱形壁162中并且被导向的圆柱形壁160，以形成所述滑动轴承156。

在所示实施例中，圈142的圆柱形壁160从圈的外周缘向后延伸。壁160的内圆柱形表面限定油将要所喷射到其中的环形沟槽164(箭头166)以消耗滑动轴承156和碳垫片140中摩擦所产生的热。

支撑衬套152的圆柱形壁162在轴下游延伸和围绕弹簧装置150、颗粒支座148、碳环146和圈142。

圆柱形壁160和162的接触圆柱形表面可以用薄层硬材料，诸如碳化钨或碳化铬涂层。

壁162的外圆柱形表面配合壳体12的孔口136的内圆柱形表面以在组装期间使碳垫片40在孔口中居中。

支撑衬套152在前部带有通过螺栓被固定到壳体12前面的环形凸缘。

支撑衬套152在其内周缘上也具有开口径向地向内和容纳密封O型圈170的环形沟槽，该密封O型圈170配合颗粒支座148的前圆柱形壁172，该前圆柱形壁172的后端连接径向壁174。

支撑衬套152和圈142由例如，刚制成。

弹簧装置150安装在支撑衬套152的后面径向面和颗粒支座148的径向壁174前面径向面之间。举例说明，这些装置150由波状垫圈所形成。

颗粒支座148的轴向冲程(例如，其等于大约十分之几毫米)受锁定装置158限制，该锁定装置158构成支座和安装在颗粒支架后面以及由支撑衬套152所带有。这些锁定装置158防止颗粒支架148在支撑衬套152中转动。

碳环146固定在颗粒支架148的后部径向面上和在传动轴18旋转期间轴向固定轴承抵靠圈142的前部径向面145上，以提供绕着轴的轴向密封，由于确保了该轴向密封就不用考虑碳环的磨损程度。

在圈142的内周缘，圈142具有开口径向地向内和容纳密封O型圈175的环形沟槽，该密封O型圈175配合传动轴18的外圆柱形表面。圈142也包括互连装置144，在该实施例中其配合传动轴18的互补装置以强制随着轴转动。

在工作中，滑动轴承156引导传动轴18转动，碳环146摩擦圈142以限制气/油混合物通过孔口36从齿轮箱内部泄露到外部。冷却油被喷射到沟槽164(箭头166)中以移除滑动轴承156和碳垫片140中摩擦所产生的热。

在图4的变化实施方式中，碳垫片140和滑动轴承156与上述相同，并且仅仅改变了传动轴118和壳体12以产生在正常工作中不起作用的紧急滑动轴承178。

对于碳垫片140和滑动轴承156的后部，传动轴118具有截头圆锥形壁180，该截头圆锥形壁180在其大直径前端连接圆柱形壁182，壳体12的圆柱形壁184以径向间隙R围绕该圆柱形壁182，该圆柱形壁184在该实施例中从壳体的凸部30轴下游延伸。

计算间隙R(其是大约十分之几毫米的数量级)，这样圆柱形壁182和184在发动机正常工作中互相不配合。在与碳垫片140一体的滑动轴承156破裂的情况下，滑动轴承178可以给传动轴118提供紧急临时导向。而且，当拆除碳垫片140和从齿轮箱移除它时，传动轴118的轴下游端部通过紧急轴承保持径向固定。

在该实施例中，传动轴118的截头圆锥形壁180具有用于通过油的孔口186，该油被喷射到碳垫片的圈142的圆柱形壁所形成的沟槽164中。

Claims (10)

1.一种用于安装在涡轮发动机中轴(18)通过的壳体(12)的孔口(36)中的导引和密封装置，该装置包括绕着壳体的孔口中轴所安装的碳垫片(140)和包括轴所带有的圈(142)，该圈具有用于摩擦碳环(146)的环形摩擦面，该碳环安装在与壳体所固定的支撑衬套(152)中和向圈轴向地被迫紧，该装置的特征在于：该圈具有在支撑衬套的圆柱形壁(162)中被居中和被导引旋转的圆柱形壁(160)，以形成用于导引轴的滑动轴承。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：圈(142)的圆柱形壁(160)与圈形成为单件或者是固定于圈的配件。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：圈(142)的圆柱形壁(160)具有用薄层涂层或用环箍环绕的外圆柱形表面，该薄层或环箍由硬的和具有低摩擦系数的材料制成。

4.根据任何前述权利要求所述的装置，其特征在于：圈(142)的圆柱形壁(160)的内圆柱形表面限定远离碳环(146)的轴向地向外开口的和冷却油喷入其中的环形沟槽(164)。

5.根据任何前述权利要求所述的装置，其特征在于：支撑衬套(152)的圆柱形壁(162)与支撑衬套制成单件或是固定于衬套的配件。

6.根据任何前述权利要求所述的装置，其特征在于：支撑衬套(152)的圆柱形壁(162)具有内圆柱形表面，该内圆柱形表面被薄层涂层或具有安装在其上的环箍，该薄层或环箍由硬的和具有低摩擦系数的材料制成。

7.根据任何前述权利要求所述的装置，其特征在于：支撑衬套(152)的圆柱形壁(162)的内圆柱形表面限定其内已经安装了圈(142)和碳环(146)的凹部，该碳环(146)固定于支撑衬套中所导引的颗粒支座(148)。

8.用于给至少一台旋转设备提供旋转驱动的涡轮发动机齿轮箱，该齿轮箱的特征在于：它包括具有传动轴(18)通过的孔口(36)的壳体(12)，以及安装在壳体孔口中轴周围的任何前述权利要求所述的导引和密封装置。

9.根据权利要求8所述的齿轮箱，其特征在于：传动轴(118)具有被壳体(12)的圆柱形壁(184)以距离其一段间隙所环绕的圆柱形壁(182)，以形成在正常工作中不工作的紧急滑动轴承。

10.涡轮发动机，诸如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，其特征在于：它包括根据权利要求1至7中任一权利要求所述的至少一个导引和密封装置。

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