CN104612764B

CN104612764B - 一种三轮共轴两路膨胀的涡轮冷却器

Info

Publication number: CN104612764B
Application number: CN201410750719.7A
Authority: CN
Inventors: 罗欣洋; 赵立珊; 高贞姬; 胡积友; 王飞; 韩云辉
Original assignee: AVIC Jincheng Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems
Current assignee: AVIC Jincheng Nanjing Engineering Institute of Aircraft Systems
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2034-12-10
Also published as: CN104612764A

Abstract

本发明涉及一种T‑T‑C三轮共轴两路膨胀的涡轮冷却器。该涡轮冷却器轴系由制冷涡轮(T)叶轮、动力涡轮(T)叶轮和压气机(C)叶轮三个叶轮共轴设计，排布顺序为制冷涡轮叶轮‑动力涡轮叶轮‑压气机叶轮(T‑T‑C)。与常用的(T‑C)两轮涡轮冷却器相比，在制冷涡轮和压气机中间增加动力涡轮单元，为压气机增压提供辅助动力，提高压气机增压比和制冷涡轮膨胀比，增加制冷涡轮制冷量，从而可以有效解决机载电子吊舱环控系统低飞行马赫数、大冷板流阻下的制冷技术难题。

Description

一种三轮共轴两路膨胀的涡轮冷却器

技术领域

本发明涉及一种涡轮冷却器，采用三个工作轮共轴排布，两路工作气路，分别经制冷涡轮和动力涡轮膨胀，产品采用滚动轴承支撑。

背景技术

涡轮冷却器作为飞机环控系统的核心制冷部件，可以将从发动机引来的高温高压空气转变为低温空气供飞机座舱和设备舱使用，降低座舱和设备舱的温度。

在传统的两轮环控系统中，一般从发动机引气，涡轮进口压力高、流量大，涡轮输出功率大，用于克服管道和冷板流阻的功率损失占比较小，因此可获得较高的环控系统制冷效率，实现飞机座舱和设备舱的温度调节。

在机载电子吊舱环控系统中，通常从吊舱舱外引入冲压空气。因为吊舱飞行马赫数低，所以涡轮进口压力低，流量小，涡轮输出功率小。而此时用于克服环控系统管道和冷板流阻的功率损失占比较大，大大降低了吊舱环控系统制冷效率。因此在低飞行马赫数、大冷板流阻情况下，传统的涡轮冷却器已不适用于机载电子吊舱环控系统。

发明内容

本发明目的：提供一种全新的涡轮冷却器，采用三轮共轴排布形式，在一个涡轮叶轮的膨胀制冷流程基础上增加一个涡轮叶轮的膨胀流程，成为两路膨胀制冷模式，为低飞行马赫数、大冷板流阻情况下的机载电子吊舱环控系统提供了全新的解决方案。

本发明采取的技术方案为：

一种三轮共轴两路膨胀的涡轮冷却器，具有制冷涡轮叶轮、动力涡轮叶轮、压气机叶轮三个工作叶轮，还包括轴、自锁螺母、制冷涡轮蜗壳、涡轮密封环、涡轮密封隔板、制冷涡轮喷嘴环、动力涡轮喷嘴环、轴承壳体、中间壳体、涡端衬套、润滑油端面密封、甩油盘、滚动轴承、轴承衬套、轴承预紧弹簧、压气机密封隔板、油芯、蝶形弹簧、紧固螺母、压气机蜗壳和压端衬套，其中，制冷涡轮叶轮、制冷涡轮喷嘴环与制冷涡轮蜗壳组成制冷涡轮单元；动力涡轮叶轮、动力涡轮喷嘴环与中间壳体组成动力涡轮单元；压气机叶轮、压气机蜗壳组成压气机单元，各单元之间通过上述各密封隔板、蜗壳、壳体与轴进行连接，组成涡轮冷却器整体。

所述的制冷涡轮叶轮、动力涡轮叶轮和压气机叶轮这三个工作叶轮依次共轴设计，其中制冷涡轮叶轮、涡轮密封环、动力涡轮叶轮、涡端衬套、甩油盘和滚动轴承依次安装在轴的一侧轴肩上；另一滚动轴承、另一甩油盘、压端衬套和压气机叶轮依次安装在轴的另一侧轴肩上，轴两端由自锁螺母紧固,制冷涡轮叶轮通过涡轮密封环与动力涡轮叶轮连接，并采用背对背的形式放置。

转子采用滚动轴承支撑，两组滚动轴承置于动力涡轮叶轮与压气机叶轮之间，分别安装在轴的轴肩两侧；滚动轴承外圈安装在位于动力涡轮叶轮和压气机叶轮之间的轴承壳体内，与轴承衬套端面接触；位于两轴承衬套间的轴承预紧弹簧通过轴承衬套给滚动轴承施加轴承预紧力；甩油盘安装在两滚动轴承外侧，工作时与产品转子同转速旋转，抽吸润滑油雾用以润滑冷却滚动轴承；润滑油端面密封与甩油盘端面接触，用以密封隔离空气路和润滑油路；轴承壳体安装在中间壳体内，通过蝶形弹簧和紧固螺母紧固。

中间壳体集成了动力涡轮蜗壳和润滑油池功能，并将轴承安装位置置于低温的动力涡轮出口气流中，便于工作过程中轴承散热，提高产品工作可靠性。

产品转子采用滚动轴承支撑，两组滚动轴承置于动力涡轮叶轮与压气机叶轮之间，分别安装在轴的轴肩两侧；滚动轴承外圈安装在位于动力涡轮叶轮和压气机叶轮之间的轴承壳体内，与轴承衬套端面接触；位于两轴承衬套间的轴承预紧弹簧通过轴承衬套给滚动轴承施加轴承预紧力；甩油盘安装在两滚动轴承外侧，工作时与产品转子同转速旋转，抽吸润滑油雾用以润滑冷却滚动轴承；润滑油端面密封与甩油盘端面接触，用以密封隔离空气路和润滑油路；轴承壳体安装在中间壳体内，通过蝶形弹簧和紧固螺母紧固。中间壳体集成了动力涡轮蜗壳和润滑油池功能，并将轴承安装位置置于低温的动力涡轮出口气流中，便于工作过程中轴承散热，提高产品工作可靠性。

有益技术效果：在该涡轮冷却器工作时，在传统的一个涡轮叶轮(制冷涡轮)的膨胀制冷流程基础上增加一个涡轮叶轮(动力涡轮)的膨胀流程，成为两路膨胀制冷模式。增加的一路涡轮叶轮膨胀，为压气机叶轮增压提供了额外的机械功，提高了压气机增压比和制冷涡轮的膨胀比，增加了环控系统的制冷量，提高了环控系统制冷效率，解决了机载电子吊舱环控系统低飞行马赫数、大冷板流阻下的制冷技术难题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为转子结构示意图。

其中，1：轴，2：自锁螺母，3：制冷涡轮蜗壳，4：制冷涡轮叶轮，5：涡轮密封环，6：涡轮密封隔板，7：制冷涡轮喷嘴环，8：动力涡轮喷嘴环，9：动力涡轮叶轮，10：轴承壳体，11：中间壳体，12：涡端衬套，13：润滑油端面密封，14：甩油盘，15：滚动轴承，16：轴承衬套，17：轴承预紧弹簧，18：压气机密封隔板，19：油芯，20：蝶形弹簧，21：紧固螺母，22：压气机蜗壳，23：压端衬套，24：压气机叶轮。

具体实施方式

一种三轮共轴两路膨胀的涡轮冷却器，如图，具有制冷涡轮叶轮4、动力涡轮叶轮9、压气机叶轮24三个工作叶轮，还包括轴1、自锁螺母2、制冷涡轮蜗壳3、涡轮密封环5、涡轮密封隔板6、制冷涡轮喷嘴环7、动力涡轮喷嘴环8、轴承壳体10、中间壳体11、涡端衬套12、润滑油端面密封13、甩油盘14、滚动轴承15、轴承衬套16、轴承预紧弹簧17、压气机密封隔板18、油芯19、蝶形弹簧20、紧固螺母21、压气机蜗壳22和压端衬套23，其中，制冷涡轮叶轮4、制冷涡轮喷嘴环7与制冷涡轮蜗壳3组成制冷涡轮单元；动力涡轮叶轮9、动力涡轮喷嘴环8与中间壳体11组成动力涡轮单元；压气机叶轮24、压气机蜗壳22组成压气机单元，各单元之间通过上述各密封隔板、蜗壳、壳体与轴1进行连接，组成涡轮冷却器整体。

所述的制冷涡轮叶轮4、动力涡轮叶轮9和压气机叶轮24这三个工作叶轮依次共轴设计，其中制冷涡轮叶轮4、涡轮密封环5、动力涡轮叶轮9、涡端衬套12、甩油盘14和滚动轴承15依次安装在轴的一侧轴肩上；另一滚动轴承15、另一甩油盘14、压端衬套16和压气机叶轮24依次安装在轴的另一侧轴肩上，轴1两端由自锁螺母紧固,制冷涡轮叶轮4通过涡轮密封环5与动力涡轮叶轮9连接，并采用背对背的形式放置。

转子采用滚动轴承15支撑，两组滚动轴承15置于动力涡轮叶轮9与压气机叶轮24之间，分别安装在轴1的轴肩两侧；滚动轴承外圈安装在位于动力涡轮叶轮9和压气机叶轮24之间的轴承壳体10内，与轴承衬套16端面接触；位于两轴承衬套16间的轴承预紧弹簧17通过轴承衬套16给滚动轴承10施加轴承预紧力；甩油盘14安装在两滚动轴承10外侧，工作时与产品转子同转速旋转，抽吸润滑油雾用以润滑冷却滚动轴承10；润滑油端面密封13与甩油盘14端面接触，用以密封隔离空气路和润滑油路；轴承壳体10安装在中间壳体11内，通过蝶形弹簧20和紧固螺母21紧固。

中间壳体11集成了动力涡轮蜗壳和润滑油池功能，并将轴承10安装位置置于低温的动力涡轮出口气流中，便于工作过程中轴承10散热，提高产品工作可靠性。

本发明的涡轮冷却器工作时，在制冷涡轮的膨胀制冷流程基础上增加一个动力涡轮的膨胀流程，成为两路膨胀制冷模式。增加的动力涡轮膨胀，为压气机叶轮增压提供了额外的机械功，提高了压气机增压比和制冷涡轮的膨胀比，增加了环控系统的制冷量，提高了环控系统制冷效率，解决了机载电子吊舱环控系统低飞行马赫数、大冷板流阻下的制冷技术难题。

Claims

1.一种三轮共轴两路膨胀的涡轮冷却器，其特征在于：具有制冷涡轮叶轮[4]、动力涡轮叶轮[9]、压气机叶轮[24]三个工作叶轮，还包括轴[1]、自锁螺母[2]、制冷涡轮蜗壳[3]、涡轮密封环[5]、涡轮密封隔板[6]、制冷涡轮喷嘴环[7]、动力涡轮喷嘴环[8]、轴承壳体[10]、中间壳体[11]、涡端衬套[12]、润滑油端面密封[13]、甩油盘[14]、滚动轴承[15]、轴承衬套[16]、轴承预紧弹簧[17]、压气机密封隔板[18]、油芯[19]、碟形弹簧[20]、紧固螺母[21]、压气机蜗壳[22]和压端衬套[23]，其中，制冷涡轮叶轮[4]、制冷涡轮喷嘴环[7]与制冷涡轮蜗壳[3]组成制冷涡轮单元；动力涡轮叶轮[9]、动力涡轮喷嘴环[8]与中间壳体[11]组成动力涡轮单元；压气机叶轮[24]、压气机蜗壳[22]组成压气机单元，各单元之间通过上述各密封隔板、蜗壳、壳体与轴[1]进行连接，组成涡轮冷却器整体，所述的制冷涡轮叶轮[4]、动力涡轮叶轮[9]和压气机叶轮[24]这三个工作叶轮依次共轴设计，其中制冷涡轮叶轮[4]、涡轮密封环[5]、动力涡轮叶轮[9]、涡端衬套[12]、甩油盘[14]和滚动轴承[15]依次安装在轴的一侧轴肩上；另一滚动轴承[15]、另一甩油盘[14]、压端衬套[23]和压气机叶轮[24]依次安装在轴的另一侧轴肩上，轴[1]两端由自锁螺母紧固,制冷涡轮叶轮[4]通过涡轮密封环[5]与动力涡轮叶轮[9]连接，并采用背对背的形式放置。

2.根据权利要求1所述的三轮共轴两路膨胀的涡轮冷却器，其特征在于：转子采用滚动轴承[15]支撑，两组滚动轴承[15]置于动力涡轮叶轮[9]与压气机叶轮[24]之间，分别安装在轴[1]的轴肩两侧；滚动轴承外圈安装在位于动力涡轮叶轮[9]和压气机叶轮[24]之间的轴承壳体[10]内，与轴承衬套[16]端面接触；位于两轴承衬套[16]间的轴承预紧弹簧[17]通过轴承衬套[16]给滚动轴承[15]施加轴承预紧力；甩油盘[14]安装在两滚动轴承[15]外侧，工作时与产品转子同转速旋转，抽吸润滑油雾用以润滑冷却滚动轴承[15]；润滑油端面密封[13]与甩油盘[14]端面接触，用以密封隔离空气路和润滑油路；轴承壳体[10]安装在中间壳体[11]内，通过碟形弹簧[20]和紧固螺母[21]紧固。

3.根据权利要求1所述的三轮共轴两路膨胀的涡轮冷却器，其特征在于：中间壳体[11]集成了动力涡轮蜗壳和润滑油池功能，并将滚动轴承[15]安装位置置于低温的动力涡轮出口气流中，便于工作过程中滚动轴承[15]散热，提高产品工作可靠性。