CN105308271B - 用于高压涡轮的耳轴以及包括该耳轴的涡轮喷气发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高压涡轮(11)的耳轴(23)，所述耳轴被布置在低压涡轮的轴(9)和低压涡轮(8)的密封支撑部(26)的内表面(34)之间，所述耳轴(23)的特征在于，所述耳轴包括液滴发射延伸部(32)，所述液滴发射延伸部例如布置成在所述密封支撑部(26)的内表面(34)的喇叭状张开部分(33)的对面延伸，使得：当所述耳轴(23)被驱动围绕所述低压涡轮的轴(9)旋转时，趋于渗入到所述耳轴(23)和所述密封支撑部(26)之间的润滑油(H2)通过离心效应而被从所述液滴发射延伸部(32)朝向所述密封支撑部(26)的内表面(34)的喇叭状张开部分(33)抛射。

Description

用于高压涡轮的耳轴以及包括该耳轴的涡轮喷气发动机
技术领域
本发明涉及用于高压涡轮的耳轴以及包括该耳轴的涡轮喷气发动机。
背景技术
双体式涡轮喷气发动机(double–body turbojet engine)包括：低压体和高压体，所述低压体和高压体的旋转相互独立。每个体包括压缩机和驱动所述压缩机的涡轮。为此，每个体还包括将涡轮连接至压缩机的轴，以便驱动压缩机旋转。
低压涡轮轴将低压压缩机连接至低压涡轮。高压压缩机轴将高压压缩机连接至高压涡轮。
在这种涡轮喷气发动机中，高压压缩机轴围绕低压涡轮轴同心地延伸。
另外，高压压缩机轴包括端部耳轴，所述端部耳轴布置在高压压缩机轴的接纳端部(即，连接到高压涡轮的端部)的水平面处。端部耳轴的功能是支撑布置在高压压缩机轴和低压涡轮轴之间的4号轴承。
轴承的润滑通过润滑油的穿过轴承的循环来确保。由于高压压缩机轴产生的离心效应，润滑油穿过轴承循环并且被向涡轮喷气发动机的下游排放以便回收。
当这种涡轮喷气发动机工作时，观察到烟气的出现。
发明内容
本发明的目标是减少涡轮喷气发动机启动时产生的烟气。
发明人进行的调查表明：润滑油集聚在涡轮喷气发动机的某些热区域导致烟气的产生，润滑油的这种集聚源于涡轮喷气发动机上游的润滑油的回流，润滑油的回流尤其在涡轮喷气发动机以低速转动时发生。
这一问题在本发明的范围内通过一种用于高压涡轮的耳轴来解决，所述耳轴用于设置在低压涡轮轴和低压涡轮的密封支撑部的内表面之间，所述耳轴的特征在于，所述耳轴包括液滴发射延伸部，所述液滴发射延伸部布置成面向所述密封支撑部的内表面的喇叭状张开部分延伸，使得：当所述耳轴被驱动围绕所述低压涡轮轴旋转时，趋于渗入到所述耳轴和所述密封支撑部之间的润滑油通过离心效应而被从所述液滴发射延伸部朝向所述密封支撑部的内表面的喇叭状张开部分抛射。
在润滑油将要伸入到所述耳轴与所述密封支撑部之间之前，所述液滴发射延伸部将沿着所述耳轴循环的润滑油朝向所述支撑部的内表面的喇叭状张开部分抛射。因此，这种布置限制了涡轮喷气发动机上游的润滑油的任何上涌。
所述耳轴可进一步具有下述特征：
-所述耳轴包括布置在所述耳轴的外表面中的凹入部，所述凹入部防止润滑油渗入到所述耳轴和所述密封支撑部之间并且致使润滑油通过离心效应而朝向所述密封支撑部的内表面滑离，
-所述凹入部为布置在所述耳轴的外表面中的环形凹槽，
-所述液滴发射延伸部具有相对于所述耳轴的旋转轴线倾斜的外表面，从而在所述耳轴被驱动旋转时趋于通过离心效应朝向所述凹入部引导润滑油，
-所述耳轴包括一系列径向凸缘，所述一系列径向凸缘适于在所述耳轴和所述密封支撑部之间形成迷宫密封。
本发明还涉及一种涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括低压压缩机高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮，所述涡轮喷气发动机进一步包括：
-低压涡轮轴，所述低压涡轮轴将所述低压压缩机连接至所述低压涡轮，
-高压压缩机轴，所述高压压缩机轴围绕所述低压涡轮轴延伸并且将所述高压压缩机连接至所述高压涡轮，
其中，所述低压涡轮包括具有内表面的密封支撑部，所述内表面具有喇叭状张开部分，并且所述高压压缩机轴包括如上文所限定的耳轴，所述耳轴被布置在所述低压涡轮轴和所述低压涡轮的密封支撑部的内表面之间。
附图说明
通过下文中的说明，其它的特征和优点将显现，所述说明是纯说明性且非限制性的并且必须参照附图考虑，其中：
图1图示性地以纵向截面示出双体式涡轮喷气发动机；
图2图示性地示出用于对包括传统耳轴的涡轮喷气发动机中的4号轴承进行润滑的润滑油的循环；
图3和图4图示性地示出用于对包括根据本发明的实施例的耳轴的涡轮喷气发动机中的4号轴承进行润滑的润滑油的循环。
具体实施方式
在图1中，所示的涡轮喷气发动机1包括壳体2、风扇3、低压体4、高压体5和燃烧室6。
低压体4包括低压压缩机7、低压涡轮8和低压涡轮轴9，所述低压涡轮轴将低压压缩机7连接至低压涡轮8。低压涡轮轴9沿着涡轮喷气发动机1的纵向轴线X延伸。低压涡轮8能够通过低压涡轮轴9驱动低压压缩机7旋转。于是，整个低压体4相对于壳体2被围绕轴线X旋转地驱动。
高压体5包括高压压缩机10、高压涡轮11和高压压缩机轴12，所述高压压缩机轴将高压压缩机10连接至高压涡轮11。高压压缩机轴12围绕低压涡轮轴9以与该低压涡轮轴同心的方式(即，以轴线X为中心)延伸。高压涡轮11能够通过高压压缩机轴12驱动高压压缩机12旋转。于是，整个高压体5相对于壳体2被围绕轴线X旋转地驱动。
在工作时，低压体4和高压体5相对于壳体2被以相互独立的方式旋转地驱动。这样，涡轮轴9和压缩机轴12被以相互独立方式围绕涡轮喷气发动机1的纵向轴线X旋转地驱动。
当涡轮喷气发动机1工作时，空气13由风扇3吸入并且被分成主空气流14和次级空气流15，所述主空气流和次级空气流从涡轮喷气发动机1的上游向涡轮喷气发动机的下游循环。
流动穿过涡轮喷气发动机1的主空气流14从上游到下游依次穿过低压压缩机7、高压压缩机10、燃烧室6(主空气流在燃烧室处与待燃烧的燃料混合)、高压涡轮11和低压涡轮8。主空气流14行进穿过高压涡轮11和低压涡轮8将引起涡轮11和8的旋转，涡轮11和8进而通过涡轮轴9和压缩机轴12驱动高压压缩机10、低压压缩机7以及风扇3旋转。
轴9和12由轴承16、17、18、19旋转地支撑和引导，所述轴承被容置在加压轴承室中。
因此，第一轴承16和第二轴承17(分别被称为“1号轴承”和“2号轴承”)被置于低压压缩机的盘形支撑体20和涡轮喷气发动机的壳体2之间。
第三轴承18(称为“3号轴承”)被布置在高压压缩机轴12的第一端部21处，所述第一端部21被连接至高压涡轮10。第三轴承18被置于高压压缩机轴12和壳体2之间。
第四轴承19(称为“4号轴承”)被设置在高压压缩机轴12的第二端部22处，所述第二端部22被连接至高压压缩机11。第四轴承19被置于高压压缩机轴12和低压涡轮轴9之间。
在图2中，高压压缩机轴12在其第二端部22的水平面(level)处包括传统的端部耳轴23。轴承19被置于低压涡轮轴9和高压压缩机轴12的耳轴23之间。
耳轴23利用螺栓连接的凸缘40被固定至高压涡轮10的盘状体39。换言之，耳轴23通过凸缘40旋转地紧固至高压压缩机轴12。
另外，轴承19的外套圈28通过螺母29(称为“4号轴承螺母”)、销30和保持在耳轴23的环形凹槽37中的弹性挡圈31固定在耳轴上。
耳轴23、盘状体39、外套圈28和螺母29的组件具有面对低压涡轮轴9延伸的内表面24。
所述内表面24在涡轮喷气发动机1的下游呈喇叭状张开，以便在高压压缩机轴12被旋转地驱动时通过离心效应引导润滑油H1在涡轮喷气发动机的下游沿着内表面24循环。于是，用于润滑轴承19的润滑油H1被朝向轴承室排放以进行回收。
另外，耳轴23具有面对低压涡轮8的密封支撑部26的内表面34延伸的外表面25。
耳轴23的外表面25包括一系列径向凸缘27，所述一系列径向凸缘27在耳轴23和低压涡轮8的密封支撑部26之间形成迷宫密封。
另外，空气在耳轴的外表面25和密封支撑部的内表面34之间被注入，以便使轴承19的轴承室保持在一定压力下。
低压涡轮8的密封支撑部26还具有在涡轮喷气发动机1的下游具有喇叭状张开部分(flared portion)33的内表面34，以便通过离心效应引导润滑油H1沿着位于涡轮喷气发动机下游的内表面34循环。
如图2所示，已经注意到的是，当高压轴12被驱动绕着轴线X旋转，润滑油H2通过沿着位于涡轮喷气发动机1的下游的密封支撑部26上行(rising)而能够渗入到耳轴23和密封支撑部26之间。随后，润滑油H2可浸润涡轮喷气发动机1的热部件并且导致出现不必要的烟气。尤其在涡轮喷气发动机1以低速工作并且离心效应不足以阻止润滑油H2反向渗入到耳轴23和密封支撑部26之间时，这种现象被观察到。
在图3和图4中，高压压缩机轴12包括根据本发明的实施例的端部耳轴23。
轴承19被置于低压涡轮轴9和高压压缩机轴12的耳轴23之间。
图3和图4中示出的耳轴23与图2中的耳轴23的不同之处在于：其包括液滴发射延伸部32，所述液滴发射延伸部32面向密封支撑部26的内表面34的喇叭状张开部分33延伸。
液滴发射延伸部32延伸超过布置在耳轴23中用于接纳弹性挡圈31的环形凹槽37。
这样，当耳轴23被驱动围绕低压涡轮轴9旋转时，趋于渗入到耳轴23的外表面25和密封支撑部26的内表面34之间的润滑油H2通过离心效应而被从液滴发射延伸部32朝向密封支撑部26的内表面34的喇叭状张开部分33抛射。
于是，润滑油H2通过离心效应而被沿着密封支撑部的位于涡轮喷气发动机1下游的内表面33引导，以便进行回收。
另外，耳轴23包括布置在耳轴的外表面25中的凹入部38，所述凹入部38被制造成环形凹槽的形式。
通过使润滑油在离心效应的作用下朝向密封支撑部26的内表面34的喇叭状张开部分33滑离，环形凹槽38防止润滑油H2渗入到耳轴23的外表面25和密封支撑部26的内表面34之间。
另外，液滴发射延伸部32具有相对于高压压缩机轴12的旋转轴线X倾斜的外表面35。外表面35的倾斜使得：当耳轴23被驱动旋转时，外表面35趋于通过离心效应朝向凹入部38引导润滑油H2。
最后，耳轴23包括一系列径向凸缘27，所述一系列径向凸缘27在耳轴23的外表面25和密封支撑部26的内表面34之间形成迷宫密封。

Claims (4)

1.一种用于高压涡轮(11)的耳轴(23)，所述耳轴(23)用于布置在低压涡轮轴(9)和低压涡轮(8)的密封支撑部(26)的内表面(34)之间，所述耳轴(23)包括液滴发射延伸部(32)，所述液滴发射延伸部(32)布置成面向所述密封支撑部(26)的内表面(34)的喇叭状张开部分(33)延伸，使得：当所述耳轴(23)被驱动围绕所述低压涡轮轴(9)旋转时，趋于渗入到所述耳轴(23)和所述密封支撑部(26)之间的润滑油(H2)通过离心效应而被从所述液滴发射延伸部(32)朝向所述密封支撑部(26)的内表面(34)的喇叭状张开部分(33)抛射，所述耳轴进一步包括布置在所述耳轴(23)的外表面(25)中的凹入部(38)，所述凹入部(38)防止润滑油(H2)渗入到所述耳轴(23)和所述密封支撑部(26)之间并且致使润滑油(H2)通过离心效应而朝向所述密封支撑部(26)的内表面(34)滑离，其中，所述液滴发射延伸部(32)具有相对于所述耳轴(23)的旋转轴线(X)倾斜的外表面(35)，从而在所述耳轴(23)被驱动旋转时趋于通过离心效应朝向所述凹入部(38)引导润滑油(H2)。
2.根据权利要求1所述的耳轴，其中，所述凹入部(38)为布置在所述耳轴(23)的外表面(25)中的环形凹槽。
3.根据前述权利要求中任一项所述的耳轴，包括一系列径向凸缘(27)，所述一系列径向凸缘(27)适于在所述耳轴(23)和所述密封支撑部(26)之间形成迷宫密封。
4.一种涡轮喷气发动机(1)，包括低压压缩机(7)、高压压缩机(10)、高压涡轮(11)和低压涡轮(8)，所述涡轮喷气发动机(1)进一步包括：
-低压涡轮轴(9)，所述低压涡轮轴(9)将所述低压压缩机(7)连接至所述低压涡轮(8)，
-高压压缩机轴(12)，所述高压压缩机轴(12)围绕所述低压涡轮轴(9)延伸并且将所述高压压缩机(10)连接至所述高压涡轮(11)，
其中，所述低压涡轮(8)包括具有内表面(34)的密封支撑部(26)，所述内表面(34)具有喇叭状张开部分(33)，并且所述高压涡轮(11)包括根据权利要求1至3中任一项所述的耳轴(23)，所述耳轴(23)被布置在所述低压涡轮轴(9)和所述低压涡轮(8)的密封支撑部(26)的内表面(34)之间。
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