CN105162286A - 轴孔冷却润滑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轴孔冷却润滑系统，其由内循环油路和外油路组成，内循环油路包括油泵、滑油箱、转静交接头、转动轴；外油路包括冷却套、油泵、主燃油箱；本发明装置相比于其他冷却润滑系统，具有结构简单、部件少的特点，易于实现加工，能够极大程度地减小外机匣的厚度及发电机的空间，减轻系统的重量；降低加工难度；且本装置采用双油路结构，冷却与润滑的效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及的是对微型涡轮发电系统中高速发电机进行冷却与润滑的轴孔冷却润滑系统。其技术属于冷却润滑领域，可用于对重量、尺寸比较敏感且发热较严重的航空航天领域微型高速发电系统的冷却与润滑。
背景技术
在航空航天领域，微型涡轮发电系统对空间及重量的限制比较严格。由于高速大功率发电系统在工作过程中会产生大量的热量；在微型冲压涡轮发电系统中，为节省空间和重量，发电机与涡轮部分距离较近，涡轮中的热量会大量传导给发电机；同时发电机的持续稳定工作有一定的温度限制。另外，高速发电机及微型涡轮的转速较快，对轴承的磨损较高，因此对微型冲压涡轮发电系统中的高速发电机设计一种结构简单、冷却润滑效果明显的装置就变得十分必要。
现今对高速发电机进行冷却润滑的方式主要有以下几种：一、将整个发电机完全浸泡在某种冷却液体介质中，发电机中产生的热量直接被冷却介质带走。但是该方法会导致整个发电系统的重量过大，难以满足航空领域微型发电系统的要求。二、采用闭路空气冷却系统，用电机内的风扇吹拂发热部件降温，但由于微型高速发电机空间有限，外径仅在１００ｍｍ左右，难以布置风扇等部件。三、在外机匣上打孔作为油路将外部的滑油引向轴承进行润滑，该方法要求机匣壁面要有一定的厚度，增加了发电机的大小和重量，同时加工也有一定的难度。还有一些冷却、润滑的方法会导致发电机与外部连通，这样为了避免涡轮中的高温气体进入发电机，需要冷却一部分高温高压气体对发电机与涡轮的连接处进行气封，增加了系统的复杂性。
发明内容
本发明的目的是为微型涡轮发电系统或是其他发电装置提供一种结构简单、空间占用小、加工难度低以及工作效果明显的轴孔冷却润滑系统。
本发明的技术解决方案：
轴孔冷却润滑系统由内循环油路和外油路组成，内循环油路包括油泵、滑油箱、转静交接头、转动轴；油泵通过管路分别连接滑油箱和转静交接头的一端，转静交接头的另一端连接转动轴，转动轴的两端分别设有前压板和后压板，前压板、后压板和轴上设有导流孔，导流孔连通前、后回油油腔，前、后回油油腔通过回油油路连通滑油箱；外油路包括冷却套、油泵、主燃油箱；油泵连接主燃油箱，主燃油箱通过进油管与冷却套连通，冷却套通过冷却油回路连通主燃油箱。
所述的转静交接头包括管接头、轴孔入口和堵柱，管接头设有插入嘴，插入嘴插入轴孔入口，插入嘴外径为２－３ｍｍ，堵柱与轴孔入口采用过盈配合的方式连接。
所述的内循环油路为自循环流动，内循环油路是密闭结构，内循环油路介质为滑油。
所述的外油路介质为燃油。
所述的转动轴上沿周向均匀分布有3个导流孔。
所述的前、后压板上周向均匀分布有导流孔I和导流孔II，各在周向均匀分布，其中导流孔I是将从细长轴中流出的滑油引至轴承处进行润滑，导流孔II将从细长轴中流出的滑油喷向定子线圈进行冷却
所述的冷却套中采用三头梯形螺纹冷却槽，三头梯形螺纹冷却槽均匀围绕在外机匣上，三头梯形螺纹冷却槽的三个入口与出口均周向相距１２０度。
所述的油泵为双头油泵。
本发明的优点效果如下：
1、采用两路具有不同介质的油路组合进行冷却与润滑。提高了冷却效果，精简了用于冷却高压封严气体的装置及油气分离装置等设备组成。
2、利用在转动部件细长轴中心轴打孔作为内循环油路的一部分。该设计降低了加工的难度，减小外机匣的厚度，同时滑油在流经细长轴时，会将电机转子内部的热量带走，兼顾冷却的效果。
3、转静交接头的设计，可以防止喷入轴孔中的滑油回流，还可以在高速转动过程中降低管接头的细长嘴与堵柱碰撞的几率。
4、冷却套中采用三头梯形螺纹冷却槽。该设计可以延长燃油的流动行程，提高冷却效果，减小流动的阻力损失，提高冷却套中冷却的均匀性。
综述：本发明装置相比于其他冷却润滑系统，具有结构简单、部件少的特点，易于实现加工，能够极大程度地减小外机匣的厚度及发电机的空间，减轻系统的重量；降低加工难度；且本装置采用双油路结构，冷却与润滑的效果明显。
附图说明
图1轴孔冷却润滑系统结构示意图。
图2内循环油路结构示意图。
图3外油路结构示意图。
图４转静交接头结构示意图。
图5转动轴结构示意图。
图6为前压板结构示意图。
图7为后压板结构示意图。
图中，１、主燃油箱，２、冷却套，３、双头油泵，４、滑油箱，５、转动轴，６、前压板，７、后压板，８、前轴承，９、后轴承，１0、前回油油路，１１、后回油油路，12、轴孔，13、导流孔，14、导流孔I，15、导流孔II；ａ、管接头、ｂ、轴孔入口，ｃ、堵柱。
具体实施方式
实施例
如图所示，轴孔冷却润滑系统由内循环油路和外油路组成，内循环油路包括双头油泵3、滑油箱4、转静交接头、转动轴5；双头油泵3通过管路分别连接滑油箱4和转静交接头的一端，转静交接头的另一端连接转动轴5，转动轴5的两端分别设有前压板6和后压板7，前压板、后压板和轴上设有导流孔，导流孔连通前、后回油油腔，前、后回油油腔通过前回油油路10和后回油油路11连通滑油箱；外油路包括冷却套2、双头油泵3、主燃油箱1；双头油泵3连接主燃油箱1，主燃油箱1通过进油管与冷却套2连通，冷却套通过冷却油回路连通主燃油箱1。
本发明采用两路具有不同介质的油路组合进行冷却与润滑。首先，该设计增大了冷却油路与发热系统的接触面积，提高了冷却效果；其次，内循环油路为密闭结构，使发电机内部与外界完全隔离，在不采用辅助设备的作用下，通过将发电机内部空间变为流动“死区”来阻止涡轮中的高温高压气体回流，既保证了高速发电机的安全，又精简了系统的设备组成；最后通过内外油路的接触传热，将内循环中的热量带走，同时外油路与外界隔离，不必为防止发电机中的气体进入主燃油箱而增设油气分离装置，简化了系统结构。
本发明利用在转动轴中心轴打孔作为内循环油路的一部分。相比于一般在静止部件上打孔作为油路的润滑结构，该设计降低了加工的难度，减小外机匣的厚度，同时滑油在流经细长轴时，会将电机转子内部的热量带走，兼顾冷却的效果。
本发明转静交接头如图４所示，转静交接头由管接头ａ、轴孔入口ｂ和堵柱ｃ组成，管接头设有插入嘴，插入嘴插入轴孔入口，插入嘴外径为２－３ｍｍ，堵柱与轴孔采用过盈配合的方式连接。滑油在油泵的带动下通过管接头的插入嘴喷入轴孔中，并在离心力的作用下迅速贴壁流动。插入嘴较小的外径降低了细长嘴与堵柱接触摩擦的几率，堵柱的作用是防止进入轴孔中的滑油回流。
本发明冷却套中采用三头梯形螺纹冷却槽。三头梯形螺纹冷却槽均匀围绕在外机匣上，相对于直通道，螺纹冷却槽可以延长燃油的流动行程，提高冷却效果；相对于单个冷却槽，三头冷却槽增大了冷却燃油的流动面积，减小了流动的阻力损失；三个入口与出口均周向相距１２０度，可以提高冷却套中冷却的均匀性。
本发明细长轴及前后压板设计流道进行润滑油的导流如图5-7所示。在转动轴上存在着三个周向均匀的导流孔13，作用是使进入转动轴的滑油在离心力的作用下沿着导流孔流进前、后压板；在前后压板上存在着两种不同的导流孔，各在周向均匀分布设有3个，其中导流孔I14是将从转动轴中流出的滑油引至轴承处进行润滑，导流孔II15将从细长轴中流出的滑油喷向定子线圈进行冷却。
本发明的工作过程如下：
在工作过程中，如图２所示，内循环油路为自循环流动，内循环油路是密闭结构，介质为滑油，内循环油路中滑油箱中的滑油，被油泵抽出，通过转静交接头进入转动轴的轴孔，并在离心力的作用下通过转动轴及前后压板上的导流孔喷入前、后轴承及定子线圈，对其进行润滑和冷却，然后通过前、后回油油腔进入前、后回油油路，最终回到滑油箱，发电机与涡轮的连接处通过甩油盘及封严篦齿进行密封。如图３所示，外油路的介质为燃油，在油泵的驱动下从主燃油箱中引出低温燃油，由油泵带动，从进油管进入电机冷却套，对电机定子及滑油箱进行冷却，再经冷却油回路引出，通过油泵加压后，回到主燃油箱；使燃油在燃油箱与冷却套之间循环，带走电机定子及滑油箱的热量，从而起到冷却和润滑的作用。
本发明轴孔冷却润滑系统设计方法的特征如下：
１、该系统适用于对重量和尺寸要求比较严格的微型高速发电机的高强度冷却和润滑，以保证其持续稳定运行。
２、轴孔冷却润滑系统油路的尺寸和规格要根据发电系统对工作环境的具体要求而定：轴孔及导流孔的大小既要考虑轴承的工作转速和发电机定子温度的限制，又要保证细长轴的强度满足要求；冷却套中螺纹槽的尺寸也要在冷却介质的流量和机匣的强度限制之间寻求平衡。
3、如果冷却润滑系统用于冲压发动机上的涡轮发电装置，系统的管路与管接头要具有耐高温、防松和防震动的功能。
应用实施例：
针对某现有的微型涡轮发电系统，高速发电机输出功率为２５ｋＷ，采用本发明提出的方案作为该系统的冷却润滑方案。系统在设计点稳定工作时，高速发电机的转速保持在７７０００ｒｐｍ，发出的热量为２５００Ｗ左右。通过该系统的冷却与润滑，使高速发电机的工作温度保持在１００摄氏度左右，说明轴孔冷却润滑系统冷却能力符合设计要求；同时在实验结束后对系统进行拆卸检查，发现轴承状态良好，说明其润滑能力较强。
Claims (8)
1.轴孔冷却润滑系统，其特征在于由内循环油路和外油路组成，内循环油路包括油泵、滑油箱、转静交接头、转动轴；油泵通过管路分别连接滑油箱和转静交接头的一端，转静交接头的另一端连接转动轴，转动轴的两端分别设有前压板和后压板，前压板、后压板和轴上设有导流孔，导流孔连通前、后回油油腔，前、后回油油腔通过回油油路连通滑油箱；外油路包括冷却套、油泵、主燃油箱；油泵连接主燃油箱，主燃油箱通过进油管与冷却套连通，冷却套通过冷却油回路连通主燃油箱。
2.根据权利要求1所述的轴孔冷却润滑系统，其特征在于所述的转静交接头包括管接头、轴孔入口和堵柱，管接头设有插入嘴，插入嘴插入轴孔入口，插入嘴外径为２－３ｍｍ，堵柱与轴孔入口采用过盈配合的方式连接。
3.根据权利要求1所述的轴孔冷却润滑系统，其特征在于所述的内循环油路为自循环流动，内循环油路是密闭结构，内循环油路介质为滑油。
4.根据权利要求1所述的轴孔冷却润滑系统，其特征在于所述的外油路介质为燃油。
5.根据权利要求1所述的轴孔冷却润滑系统，其特征在于所述的转动轴上沿周向均匀分布有3个导流孔。
6.根据权利要求1所述的轴孔冷却润滑系统，其特征在于所述的前、后压板上周向均匀分布有导流孔I和导流孔II，各在周向均匀分布，其中导流孔I是将从细长轴中流出的滑油引至轴承处进行润滑，导流孔II将从细长轴中流出的滑油喷向定子线圈进行冷却。
7.根据权利要求1所述的轴孔冷却润滑系统，其特征在于所述的冷却套中采用三头梯形螺纹冷却槽，三头梯形螺纹冷却槽均匀围绕在外机匣上，三头梯形螺纹冷却槽的三个入口与出口均周向相距１２０度。
8.根据权利要求1所述的轴孔冷却润滑系统，其特征在于所述的油泵为双头油泵。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20151216 Assignee: Fengcheng Xin'an Electromechanical Equipment Manufacturing Co.,Ltd. Assignor: SHENYANG AEROSPACE XINGUANG GROUP Co.,Ltd. Contract record no.: X2023210000316 Denomination of invention: Shaft hole cooling and lubrication system Granted publication date: 20180109 License type: Common License Record date: 20231221 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |