CN104819016A - 涡轮后支承轴承座、冷却方法及涡轮风扇发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮后支承轴承座、冷却方法及涡轮风扇发动机。涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，包括外涵机匣、主流道机匣、排气机匣以及轴承座，外涵机匣与主流道机匣之间构成外涵道，主流道机匣与排气机匣之间构成内涵道，排气机匣内构成轴承腔，轴承座的外壁面上设有用于将外涵道中的外涵冷流体引向轴承座进行热交换以冷却轴承座的承力支板。通过承力支板不仅起到了支承流体通道的作用，还起到提供流体冷却回路以冷却后支承轴承座的作用，同时还对滑油的进油管路和回油管路进行了冷却保护，从而提高整机的结构性能。

Description

涡轮后支承轴承座、冷却方法及涡轮风扇发动机

技术领域

本发明涉及涡轮风扇发动机轴承冷却领域，特别地，涉及一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座。此外，本发明还涉及一种包括上述涡轮后支承轴承座的涡轮风扇发动机及上述涡轮后支承轴承座的冷却方法。

背景技术

对于双(三)转子的燃气涡轮发动机，特别是涡轮风扇发动机中，其低压涡轮广泛采用后支承的结构方案。

低压涡轮转子的后轴承就安装于后支承机匣内部的轴承座上。由于航空轴承在高速旋转过程中会产生大量的摩擦热，又由于燃气涡轮发动机的特点，整个轴承腔都被环形的燃气通道所包围，而燃气通道内的高温燃气温度通常可达到600～800℃，这些热量也会通过热传导、热辐射等方式向轴承腔传递，导致航空轴承的工作环境温度较高。因此，涡轮后的轴承工作环境是十分恶劣的，这就需要向其进行喷射大量的滑油进行润滑并带走热量。

然而受使用环境的限制，航空燃气涡轮发动机通常采用自带的滑油箱进行内部循环冷却，其供油能力是有限的，仅仅依靠滑油系统自身完成后轴承的冷却是十分困难的。因此对轴承腔进行隔热保护以减少高温燃气向轴承腔的热传递就成为航空燃气涡轮发动机必不可少的一种措施。

为了达到阻隔高温燃气向轴承腔进行热传递，通常采取的方法是：在燃气通道与轴承座之间增加隔热垫以增加热阻；在燃气通道与轴承座之间通冷却空气以带走热量。冷却空气通常利用外部管路从前方压气机引取，通过涡轮后支承机匣的空心支板穿过燃气通道后包围轴承座外部，再从涡轮后排出。

上述冷却轴承座的方案中，由于是从压气机级间引气，其压缩比较高，用这部分气体进行冷却，会导致整机的性能的下降；而且压缩比越大的冷却气，其温度也越高，冷却效果也不好。由于是通过外部管路引气，因此虽然后支承有多个支板(通常根据发动机尺寸大小和结构需要，6～20个或更多)，但是无法做到向每个支板均匀通冷气，因为那样势必要极大的增加结构复杂性，导致零件数量和重量的增加。因此引气通常只是一、二个支板通冷却气，这样包围轴承座的冷却气是不均匀的，进一步造成冷却效率的下降。

发明内容

本发明提供了一种涡轮后支承轴承座、冷却方法及涡轮风扇发动机，以解决现有低压涡轮转子的后轴承冷却方法，由于从压气机引气进行轴承座的冷却，容易导致整机的性能下降，而且冷却效果差；通过外部管路的方式引气进行轴承座的冷却，结构复杂，而且容易造成整机自重增加，而过少的外部管路进气容易造成冷却气不均匀，冷却效率低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，包括外涵机匣、主流道机匣、排气机匣以及轴承座，外涵机匣与主流道机匣之间构成外涵道，主流道机匣与排气机匣之间构成内涵道，排气机匣内构成轴承腔，轴承座的外壁面上设有用于将外涵道中的外涵冷流体引向轴承座进行热交换以冷却轴承座的承力支板。

进一步地，承力支板的一端固接在轴承座的外壁面上，承力支板另一端穿过主流道机匣和排气机匣固接在外涵机匣的壁体上。

进一步地，承力支板沿轴承座径向布置；或者承力支板沿轴承座外圆周的切线方向布置；或者承力支板呈螺旋状布置。

进一步地，承力支板设有多块，多块承力支板沿轴承座的周向和/或轴向等间距排布。

进一步地，承力支板内设有贯通的流体腔，承力支板处于外涵道的部位开设有用于将外涵道的外涵冷流体引入流体腔的引气孔，承力支板处于主流道机匣与轴承座之间的部位上开设有用于将流体腔内的外涵冷流体引出并用于冷却轴承座的出气口。

进一步地，主流道机匣和排气机匣上均开设有用于使轴承座周围的流体流向外涵道内的流体通道，外涵道、内涵道和轴承腔通过流体通道连通，外涵道与轴承座之间构成用于冷却轴承座的流体循环回路。

进一步地，排气机匣的排气尾锥开设有用于将轴承座附近的热流体排放至主流道的中心孔。

进一步地，引气孔和/或出气口采用圆孔、椭圆孔、十字孔、腰型孔或者三角孔。

根据本发明的另一方面，还提供了一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的冷却方法，包括以下步骤：承力支板在外涵机匣和主流道机匣之间的部位的前缘上开设有引气孔，同时承力支板在主流道机匣和轴承座之间的部位的前缘上开设有出气口，外涵道内的冷却空气从引气孔进入承力支板的流体腔并通过出气口进入主流道机匣与轴承座之间的轴承腔，以实现对轴承座的冷却；冷却空气与轴承座实现热交换而转变为热空气，热空气通过循环流道排入外涵道和/或通过排气流道排入主流道。

进一步地，热空气分为两路，第一路热空气经承力支板与外涵机匣和主流道机匣之间的空腔流动，而排出到外涵道，第二路热空气从排气机匣尾端的排气尾锥后部的中心孔排入主流道；每一块承力支板上均开设有引气孔和出气口。

根据本发明的另一方面，还提供了一种涡轮风扇发动机，其包括上述涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座。

本发明具有以下有益效果：

涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，通过承力支板将外涵道内的冷空气流引入到轴承座所在的轴承腔内，利用冷空气流于轴承座进行热交换带走轴承座的热量，从而实现对轴承座的降温；外涵空气压比低，温度也较低，冷却效率高，同时引气压力低对整机性能影响也更小；每一块支板均可引气，冷却空气分布更加均匀；取消了外部引气管路，简化了结构，减少了零件，减轻了重量，提高了结构可靠性；常规方法由于结构空间限制，冷却空气和滑油管路必须从不同支板经过，而通过本发明后支承轴承座的结构改进，冷却气从承力支板经过时，同时也对滑油的进油管路、回油管路进行了冷却保护。承力支板不仅起到了支承流体通道的作用，还起到提供流体冷却回路以冷却后支承轴承座的作用，同时还对滑油的进油管路和回油管路进行了冷却保护，从而提高整机的结构性能。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的流体流向示意图。

图例说明：

1、外涵机匣；2、主流道机匣；3、排气机匣；4、轴承座；5、承力支板；6、引气孔；7、出气口；8、中心孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的结构示意图；图2是本发明优选实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的流体流向示意图。

如图1所示，本实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，包括外涵机匣1、主流道机匣2、排气机匣3以及轴承座4，外涵机匣1与主流道机匣2之间构成外涵道，主流道机匣2与排气机匣3之间构成内涵道，排气机匣3内构成轴承腔，轴承座4的外壁面上设有用于将外涵道中的外涵冷流体引向轴承座4进行热交换以冷却轴承座4的承力支板5。涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，通过承力支板5将外涵道内的冷空气流引入到轴承座4所在的轴承腔内，利用冷空气流于轴承座4进行热交换带走轴承座4的热量，从而实现对轴承座4的降温；外涵空气压比低，温度也较低，冷却效率高，同时引气压力低对整机性能影响也更小；每一块支板均可引气，冷却空气分布更加均匀；取消了外部引气管路，简化了结构，减少了零件，减轻了重量，提高了结构可靠性；常规方法由于结构空间限制，冷却空气和滑油管路必须从不同支板经过，而通过本发明后支承轴承座4的结构改进，冷却气从承力支板5经过时，同时也对滑油的进油管路、回油管路进行了冷却保护。承力支板5不仅起到了支承流体通道的作用，还起到提供流体冷却回路以冷却后支承轴承座4的作用，同时还对滑油的进油管路和回油管路进行了冷却保护，从而提高整机的结构性能。

如图1和图2所示，本实施例中，承力支板5的一端固接在轴承座4的外壁面上，承力支板5另一端穿过主流道机匣2和排气机匣3固接在外涵机匣1的壁体上。从而形成各个流体通道的稳定支撑。

如图1和图2所示，本实施例中，承力支板5沿轴承座4径向布置；或者承力支板5沿轴承座4外圆周的切线方向布置；或者承力支板5呈螺旋状布置。形成不同的支承结构，从而满足不同结构需要。

如图1和图2所示，本实施例中，承力支板5设有多块，多块承力支板5沿轴承座4的周向和/或轴向等间距排布。提高结构的稳定性和受力均衡性。

如图1和图2所示，本实施例中，承力支板5内设有贯通的流体腔。承力支板5处于外涵道的部位开设有用于将外涵道的外涵冷流体引入流体腔的引气孔6。承力支板5处于主流道机匣2与轴承座4之间的部位上开设有用于将流体腔内的外涵冷流体引出并用于冷却轴承座4的出气口7。

如图1和图2所示，本实施例中，主流道机匣2和排气机匣3上均开设有用于使轴承座4周围的流体流向外涵道内的流体通道。外涵道、内涵道和轴承腔通过流体通道连通。外涵道与轴承座4之间构成用于冷却轴承座4的流体循环回路。

如图1和图2所示，本实施例中，排气机匣3的排气尾锥开设有用于将轴承座4附近的热流体排放至主流道的中心孔8。

如图1和图2所示，本实施例中，引气孔6和/或出气口7采用圆孔、椭圆孔、十字孔、腰型孔或者三角孔。

如图2所示，本实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的冷却方法，包括以下步骤：承力支板5在外涵机匣1和主流道机匣2之间的部位的前缘上开设有引气孔6，同时承力支板5在主流道机匣2和轴承座4之间的部位的前缘上开设有出气口7，外涵道内的冷却空气从引气孔6进入承力支板5的流体腔并通过出气口7进入主流道机匣2与轴承座4之间的轴承腔，以实现对轴承座4的冷却；冷却空气与轴承座4实现热交换而转变为热空气，热空气通过循环流道排入外涵道和/或通过排气流道排入主流道。

如图2所示，本实施例中，热空气分为两路，第一路热空气经承力支板5与外涵机匣1和主流道机匣2之间的空腔流动，而排出到外涵道，第二路热空气从排气机匣3尾端的排气尾锥后部的中心孔8排入主流道；每一块承力支板5上均开设有引气孔6和出气口7。

本实施例的一种涡轮风扇发动机，包括上述涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座。

实施时，不从压气机引气，而是利用外涵空气的方式来冷却后支承轴承腔。在外涵机匣1和主流道外壁面(主流道机匣2的外壁面)之间，每一个承力支板5均在前缘开引气孔6；同时在主流道内壁(主流道机匣2的内壁)和轴承座4之间，每一个承力支板5也均在前缘开出气口7。这样外涵的冷却空气可以沿每一个承力支板5内腔进入主流道内壁(主流道机匣2的内壁)和轴承座4之间的空腔实现对轴承座4的冷却；之后使用完毕的冷却空气分为两路，一路经承力支板5和流道支板之间的空腔流动，排出到外涵道，另一路从排气尾锥后部中心孔8排入主流道。

涡轮风扇发动机中，对低压涡轮后支承轴承座实施冷却的方法。在外涵机匣1和主流道外壁面之间，每一个承力支板5均在前缘开引气孔6；同时在主流道内壁和轴承座4之间，每一个承力支板5也均在前缘开出气口7；外涵的冷却空气可以沿每一个承力支板5内腔进入主流道内壁和轴承座4之间的空腔，实现对轴承座4的冷却；冷却空气带走热量后，通过各种方式排入流道。

由于外涵空气压比低，温度也较低，冷却效率高，同时引气压力低对整机性能影响也更小；每一个支板均可引气，冷却空气分布更加均匀；取消了外部引气管路，简化了结构，减少了零件，减轻了重量，提高了结构可靠性；冷却气从承力支板5经过时对滑油的进、回油管路也同时冷却保护，常规方法由于结构空间限制，冷却空气和滑油管路必须从不同支板经过。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，包括外涵机匣(1)、主流道机匣(2)、排气机匣(3)以及轴承座(4)，

所述外涵机匣(1)与所述主流道机匣(2)之间构成外涵道，

所述主流道机匣(2)与所述排气机匣(3)之间构成内涵道，

所述排气机匣(3)内构成轴承腔，

其特征在于，

所述轴承座(4)的外壁面上设有用于将外涵道中的外涵冷流体引向所述轴承座(4)进行热交换以冷却所述轴承座(4)的承力支板(5)。

2.根据权利要求1所述的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，其特征在于，

所述承力支板(5)的一端固接在所述轴承座(4)的外壁面上，

所述承力支板(5)另一端穿过所述主流道机匣(2)和所述排气机匣(3)固接在所述外涵机匣(1)的壁体上。

3.根据权利要求2所述的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，其特征在于，

所述承力支板(5)沿所述轴承座(4)径向布置；或者

所述承力支板(5)沿所述轴承座(4)外圆周的切线方向布置；或者

所述承力支板(5)呈螺旋状布置。

4.根据权利要求3所述的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，其特征在于，

所述承力支板(5)设有多块，

多块所述承力支板(5)沿所述轴承座(4)的周向和/或轴向等间距排布。

5.根据权利要求1所述的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，其特征在于，

所述承力支板(5)内设有贯通的流体腔，

所述承力支板(5)处于所述外涵道的部位开设有用于将所述外涵道的外涵冷流体引入所述流体腔的引气孔(6)，

所述承力支板(5)处于所述主流道机匣(2)与所述轴承座(4)之间的部位上开设有用于将所述流体腔内的所述外涵冷流体引出并用于冷却所述轴承座(4)的出气口(7)。

6.根据权利要求5所述的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，其特征在于，

所述主流道机匣(2)和所述排气机匣(3)上均开设有用于使所述轴承座(4)周围的流体流向所述外涵道内的流体通道，

所述外涵道、所述内涵道和所述轴承腔通过所述流体通道连通，

所述外涵道与所述轴承座(4)之间构成用于冷却所述轴承座(4)的流体循环回路。

7.根据权利要求5所述的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，其特征在于，

所述排气机匣(3)的排气尾锥开设有用于将所述轴承座(4)附近的热流体排放至所述主流道的中心孔(8)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，其特征在于，

所述引气孔(6)和/或所述出气口(7)采用圆孔、椭圆孔、十字孔、腰型孔或者三角孔。

9.一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的冷却方法，其特征在于，

包括以下步骤：

承力支板(5)在外涵机匣(1)和主流道机匣(2)之间的部位的前缘上开设有引气孔(6)，

同时所述承力支板(5)在所述主流道机匣(2)和轴承座(4)之间的部位的前缘上开设有出气口(7)，

外涵道内的冷却空气从所述引气孔(6)进入所述承力支板(5)的流体腔并通过所述出气口(7)进入所述主流道机匣(2)与所述轴承座(4)之间的轴承腔，以实现对所述轴承座(4)的冷却；

冷却空气与所述轴承座(4)实现热交换而转变为热空气，

所述热空气通过循环流道排入所述外涵道和/或通过排气流道排入主流道。

10.一种涡轮风扇发动机，其特征在于，

包括权利要求1至8中任一项所述的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座。