CN105736147A - 一种发动机滑油供油结构及具有该结构的燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机滑油供油结构及具有该结构的燃气涡轮发动机，用于对中小型燃气涡轮发动机热端部件腔内主轴承进行润滑和冷却，包括油管接头和中间油管之间的密封元件及固定结构、中间油管的端部与低压涡轮轴承座的油口之间的密封方式及固定结构等，可有效解决发动机体热端部件腔内的润滑油供油油路存在管路连接处密封可靠性差、密封元件寿命短以及密封油管装配矫形费工费时等问题，并且该滑油供油结构还具有结构可靠、装配方便等特点，特别适用于对中小型燃气涡轮发动机热端部件腔内主轴承进行润滑和冷却。

Description

一种发动机滑油供油结构及具有该结构的燃气涡轮发动机

技术领域

本发明涉及一种对燃气涡轮发动机主轴承进行润滑和冷却的润滑油供油结构，具体涉及用于对中小型燃气涡轮发动机热端部件腔内主轴承进行润滑和冷却的滑油供油结构及具有该供油结构的燃气涡轮发动机。

背景技术

燃气涡轮发动机的滑油供油系统用于对燃气涡轮发动机提供适量的润滑油，以满足发动机在正常工作时对润滑、冷却和调节等所需润滑油的要求。燃气涡轮发动机在正常工作时轴承的转速高，轴承滚动体的线速度高(DN值已高达2.8×10⁶mm·r/min)，导致轴承滚动体表面摩擦产生的热量大，维持其在正常工作温度范围内所需要的滑油流量大。为了维持轴承的使用寿命，在低转速轴承上常用的油脂润滑和油雾润滑方式已经不适用，长寿命的燃气涡轮发动机主轴承均采用压力喷油润滑的方式。

对于位于发动机热端部件腔内的主轴承，由于高温零件向滑油管路与轴承腔传递热量，导致轴承工作环境温度很高，为了维持轴承的正常工作温度，供油管路对隔热有严格要求。

发动机热端部件腔内轴承的供油管路通常要经过高温燃气通道以连接轴承腔和发动机本体外的供油管路。根据航空燃气涡轮发动机的相关标准，滑油油管不能采用铜管这类较软的金属管，通常都选用较硬的不锈钢管，硬质金属管导致发动机装配时管路形状的矫形比较困难。对于中小型航空燃气发动机，由于受结构尺寸限制，滑油管路通常都是弯曲的，这对滑油油管的密封、固定和装配带来了困难。常用的发动机体内热端部件腔内的润滑油供油油路存在管路连接处密封可靠性差、密封元件寿命短以及密封油管装配矫形费工费时等缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种滑油供油结构，可有效解决发动机体内热端部件腔内的润滑油供油油路存在管路连接处密封可靠性差、密封元件寿命短以及密封油管装配矫形费工费等问题，并且该滑油供油结构还具有结构可靠、装配方便等特点，特别适用于对中小型燃气涡轮发动机热端部件腔内主轴承进行润滑和冷却。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种发动机滑油供油结构，包括油管接头和中间油管，用于将润滑油供入发动机热端部件腔，所述发动机包括机匣体、高压涡轮轴和低压涡轮轴，所述低压涡轮轴通过后轴承以及位于所述后轴承外圈的弹性支撑体设置于低压涡轮轴承座上，所述低压涡轮轴承座内部开设有供油通道，其特征在于，

--所述油管接头设置于机匣体外部，所述中间油管一端与油管接头连通，另一端与低压涡轮轴承座供油通道的外部进油口连通；

--所述低压涡轮轴承座与弹性支撑体之间形成一供油腔室，所述弹性支撑体的外周面上设有前后间隔的两支撑环槽，每一环槽上设一胀圈，所述胀圈用以对供油腔室的前后两端进行密封，所述低压涡轮轴承座供油通道的出油口与所述供油腔室连通，并位于前后两胀圈之间；

--所述弹性支撑体内部设滑油通道，所述滑油通道的进油口设置于所述弹性支撑体的外圆周面上，所述弹性支撑体的内端面上固定设置一喷嘴部件，所述喷嘴部件的内部油路与所述弹性支撑体内部的滑油通道连通，所述喷嘴部件包括前喷嘴和后喷嘴，所述后喷嘴用以将滑油喷入低压涡轮轴后轴承，所述前喷嘴用以将滑油喷入安装于高压涡轮轴上的锁紧螺母，所述锁紧螺母设置于高压涡轮后轴承的内环外端面处，所述锁紧螺母和高压涡轮后轴承的内环中均设有内部油孔，且二者连通，滑油在离心力作用下经锁紧螺母的内部油孔和高压涡轮后轴承内环的内部油孔喷入高压涡轮后轴承内的滚动体。

优选地，所述油管接头通过螺纹固定设置在机匣体的油管座上，所述油管接头的出油端的内壁形成为一直径逐渐增大的内圆锥面，所述油管座底部的内壁形成为一直径逐渐缩小的内圆锥面，所述中间油管通过其端部套设的导油套与所述油管接头内的出油口对接，所述导油套的外表面包括一上圆锥面和下圆锥面，所述导油套的上圆锥面与油管接头的内圆锥面配合，所述导油套的下圆锥面与油管座底部的内圆锥面配合。

安装中间油管时，通过旋拧油管接头与油管座之间的螺纹，使油管接头的内圆锥面压紧导油套的上圆锥面并使导油套向左下方移动，直至导油套的下圆锥面贴紧油管座的内圆锥面，进一步旋拧油管接头以使壁厚较薄的导油套在挤压下发生变形，通过两对圆锥面的紧密贴合，一方面防止滑油从油管接头与油管座之间的螺纹间隙泄漏，另一方面也实现了油管接头的轴向定位。这种导油套的使用，简化了中小燃气涡轮发动机油管的装配过程，也使油路系统结构更简单。

进一步的，油管接头与油管座外还套设一固定套，所述固定套通过花键套齿与所述油管接头和油管座联接。优选地，所述花键套齿的模数为0.5～1。优选地，所述固定套与油管座上设有相互对应的固定孔，紧固件穿过该相互对应的固定孔后将所述固定套与油管座固定于机匣体上。

对于燃气涡轮发动机，由于工作中存在振动载荷，设计中需对螺纹副一类的紧固件进行固定，防止振动造成螺纹松动而失效。本发明采用在油管接头与油管座外套设一固定套的方式固定油管接头和油管座，它们之间采用花键套齿联接。而由于导油套的变形量需要严格控制，所以螺纹的拧紧力矩有一定的范围，而由于加工误差，不同批次发动机油管接头与油管座之间的角向位置存在较小差异，所以采用了模数0.5～1的花键进行联接，保证在油管接头与油管座周向相对位置变化很小时花键表面仍能够重合而被固定套固定，以确保油管接头螺纹的拧紧力矩变化范围较小，密封可靠。

进一步的，在中间油管的端部与低压涡轮轴承座的油口之间的连接处设有C形金属密封圈和垫板，所述中间油管通过螺钉固定在低压涡轮轴承座上，固定时，C形金属密封圈受压发生轴向变形使中间油管的右端面与C形金属密封圈的左端面紧密贴合，C形金属密封圈的右端面与轴承座油孔的左端面紧密贴合，所述垫板套设于C形金属密封圈的外部，用以防止C形金属密封圈因压缩量过大而失效。

在中间油管与轴承座之间，通过螺钉压紧使C形金属密封圈发生轴向变形，使其左端面与中间油管的右端面贴紧，右端面与轴承座油孔的左端面贴紧而实现对滑油的密封。此处套设在C形密封环外面的垫板即可起支撑作用，也能使C形密封环的压缩量具有确定值，防止其因压缩量过大而失效。

进一步的，轴承座与弹性支撑体之间的腔室内的滑油，通过安装于弹性支撑体外表面环槽上的前、后胀圈进行密封。胀圈依靠自身的弹性使其外圆柱面与轴承座的内圆柱面贴合，防止滑油从圆柱面之间的间隙泄漏。同时，在滑油高压与外腔低压的作用下，前胀圈的左端面与弹性支撑体的左内端面贴合，而后胀圈的右端面与弹性支撑的右内端面贴合，实现对滑油的端面密封。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种具有上述发动机滑油供油结构的燃气涡轮发动机，尤其是中小型燃气涡轮发动机。

同现有技术相比，本发明的滑油供油结构及具有该结构的燃气涡轮发动机，是一种可靠且方便装配的供油结构，具有以下优点与有益效果为：1)依靠导油套的上、下圆锥面变形进行滑油密封，可以简化滑油管装配的矫形，提高装配效率；同时，由于导油套的变形量由外部油管接头的拧紧力矩确定，可保证装配时内部不可见的连接处密封的可靠性。2)采用小模数的花键套齿对油管接头和油管座进行周向固定，可以控制油管接头的拧紧力矩在较小范围内变化，提高密封的可靠性。3)由于C形金属密封圈具有很好的弹塑性和耐高温性能，用其对处于高温环境中的端面进行密封，可保证密封元件在高温下工作的可靠性以及重复拆装，保证了发动机运行的可靠性，增加了发动机的维修周期。4)采用1对胀圈结构与内、外圆柱面形成环形腔室，可有效降低高温零件向轴承腔和轴承的传热量，能有效降低轴承的工作环境温度。同时，腔室内的油膜也起到了油膜阻尼的作用，可调节和减小转子的振动。5)使用1个零件上的2个喷嘴即润滑高压涡轮轴后轴承又润滑低压涡轮轴后轴承，节省了1路供油系统，简化了发动机结构。

附图说明

图1为本发明的发动机滑油供油结构的结构示意图；

图2为油管接头与中间油管之间密封结构的结构示意图；

图3为滑油供油结构中油路后段密封结构的结构示意图；

图4为C形密封环的结构示意图；

图5为油管接头与油管座之间的固定套结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

如图1、3所示，本发明的发动机滑油供油结构，包括油管接头1和中间油管5，用于将滑油供入发动机热端部件腔，发动机包括机匣体22、高压涡轮轴26和低压涡轮轴27，低压涡轮轴27通过后轴承11以及位于后轴承11外圈的弹性支撑体9设置于低压涡轮轴承座8上，低压涡轮轴承座8内部开设有供油通道。油管接头1设置于机匣体22外部，中间油管5一端与油管接头1连通，另一端与低压涡轮轴承座8供油通道的外部进油口连通。低压涡轮轴承座8与弹性支撑体9之间形成一供油腔室，弹性支撑体9的外周面上设有前后间隔的两支撑环槽，每一环槽上设一胀圈7，用以对供油腔室的前后两端进行密封，低压涡轮轴承座8供油通道的出油口与供油腔室连通，并位于前后两胀圈7之间。

弹性支撑体9内部设滑油通道，滑油通道的进油口设置于弹性支撑体9的外圆周面上，弹性支撑体9的内端面上固定设置一喷嘴部件10，喷嘴部件10的内部油路与弹性支撑体9内部的滑油通道连通。喷嘴部件10包括前喷嘴10A和后喷嘴10B，后喷嘴10B用以将滑油喷入低压涡轮轴后轴承11，前喷嘴10A用以将滑油喷入安装于高压涡轮轴26上的锁紧螺母12，锁紧螺母12设置于高压涡轮后轴承13的内环外端面处，锁紧螺母12和高压涡轮后轴承13的内环中均设有内部油孔，且二者连通，滑油在离心力作用下经锁紧螺母12的内部油孔和高压涡轮后轴承13内环的内部油孔喷入高压涡轮后轴承内的滚动体。

图1中的空心箭头表示润滑油的流动方向，实心箭头表示主流道中高温燃气的流动方向。发动机热端部件腔供油系统与设置在机匣体22外的油管接头1相连，润滑油通过管接头内孔流入中间油管5，然后流入与中间油管相连的C型金属密封圈6，此后进入轴承座8的内部油路流入轴承座8、弹性支撑体9与胀圈7组成的腔室。滑油在该腔室内充满整个周向环槽，一方面起阻尼油膜的作用，另一方面可增大热量从轴承座8向弹性支撑9传递的热阻，减少传热量，有效降低弹性支撑和轴承的温度。腔室中的一部分滑油经弹性支撑的内部油路流入喷嘴部件10，然后经后喷嘴10B和前喷嘴10A分别喷入低压涡轮轴后轴承11和安装于高压涡轮轴上的锁紧螺母12。喷入后轴承11的滑油直接对低压涡轮轴后轴承进行润滑和冷却，维持轴承的温度在合理范围内，保证轴承的正常工作；流入螺母12的滑油在离心力作用下经锁紧螺母的内部油孔12A和高压涡轮后轴承内环的内部油孔13A喷入轴承滚动体，对高压涡轮后轴承13进行润滑和冷却，维持轴承的温度在合理范围内，保证轴承的正常工作。

轴承座8与弹性支撑体9之间的形成的腔室内的滑油通过分别安装于前后弹性支撑前、后环槽上的胀圈7进行密封。胀圈7依靠自身的弹性使外圆柱面与轴承座8的内圆柱面贴合，防止滑油从圆柱面之间的间隙泄漏。同时，在滑油高压与外腔低压的作用下，前胀圈的左端面与弹性支撑的端面贴合，而后胀圈的右端面与弹性支撑的端面贴合，实现对滑油的端面密封。

如图2所示，油管接头1通过螺纹固定设置在机匣体的油管座3上，油管接头1的出油端的内壁形成为一直径逐渐增大的内圆锥面，油管座3底部的内壁形成为一直径逐渐缩小的内圆锥面，中间油管5通过其端部套设的导油套4与油管接头1内的出油口对接，导油套4的外表面包括一上圆锥面和下圆锥面，导油套4的上圆锥面与油管接头的内圆锥面配合，导油套4的下圆锥面与油管座底部的内圆锥面配合。

通过旋拧油管接头1与安装于机匣体22上的油管座3之间的螺纹使油管接头的内圆锥面压紧导油套4的上圆锥面并使导油套4向左下方移动，直至导油套的下圆锥面贴紧油管座的内圆锥面，进一步旋拧油管接头以挤压使壁厚较薄的导油套并使其发生变形，通过两对圆锥面的紧密贴合，一方面防止滑油从油管接头1与油管座之间的螺纹间隙泄漏；另一方面也实现了油管接头的轴向定位。这种导油套的使用，简化了中小燃气涡轮发动机油管的装配过程，也使油路系统结构更简单。

如图3所示，在中间油管5的端部与低压涡轮轴承座8的油口之间的连接处设有C形金属密封圈6和垫板25，中间油管5通过螺钉固定在低压涡轮轴承座8上。通过螺钉压紧使C形金属密封圈6(其结构见图4)发生轴向变形，使其左端面与中间油管的右端面贴紧，右端面与轴承座油孔的左端面贴紧而实现对滑油的密封。此处套设在C形密封环6外面的垫板25既可起支撑作用，也能使C形密封环6的压缩量具有确定值，防止其因压缩量过大而失效。

如图5所示，油管接头1与油管座3外还套设一固定套2，所述固定套2通过花键套齿与所述油管接头和油管座联接。对于燃气涡轮发动机，由于工作中存在振动载荷，设计中需对螺纹副一类的紧固件进行固定，防止振动造成螺纹松动而失效。本发明采用在油管接头1与油管座3外套设一固定套2的方式固定油管接头和油管座，它们之间采用花键套齿联接。而由于导油套4的变形量需要严格控制，所以螺纹的拧紧力矩有一定的范围，而由于加工误差，不同批次发动机油管接头1与油管座3之间的角向位置存在较小差异，所以采用了模数0.5～1的花键进行联接，保证在油管接头与油管座周向相对位置变化很小时花键表面仍能够重合而被固定套固定，以确保油管接头螺纹的拧紧力矩变化范围较小，密封可靠。固定套与油管座最终通过螺钉固定于发动机机匣体22上。

通过上述实施例，完全有效地实现了本发明的目的。该领域的技术人员可以理解本发明包括但不限于附图和以上具体实施方式中描述的内容。虽然本发明就目前认为最为实用且优选的实施例进行说明，但应知道，本发明并不限于所公开的实施例，任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种发动机滑油供油结构，包括油管接头和中间油管，用于将润滑油供入发动机热端部件腔，所述发动机包括机匣体、高压涡轮轴和低压涡轮轴，所述低压涡轮轴通过后轴承以及位于所述后轴承外圈的弹性支撑体设置于低压涡轮轴承座上，所述低压涡轮轴承座内部开设有供油通道，其特征在于，

--所述油管接头设置于机匣体外部，所述中间油管一端与油管接头连通，另一端与低压涡轮轴承座供油通道的外部进油口连通；

--所述低压涡轮轴承座与弹性支撑体之间形成一供油腔室，所述弹性支撑体的外周面上设有前后间隔的两支撑环槽，每一环槽上设一胀圈，所述胀圈用以对供油腔室的前后两端进行密封，所述低压涡轮轴承座供油通道的出油口与所述供油腔室连通，并位于前后两胀圈之间；

--所述弹性支撑体内部设滑油通道，所述滑油通道的进油口设置于所述弹性支撑体的外圆周面上，所述弹性支撑体的内端面上固定设置一喷嘴部件，所述喷嘴部件的内部油路与所述弹性支撑体内部的滑油通道连通，所述喷嘴部件包括前喷嘴和后喷嘴，所述后喷嘴用以将滑油喷入低压涡轮轴后轴承，所述前喷嘴用以将滑油喷入安装于高压涡轮轴上的锁紧螺母，所述锁紧螺母设置于高压涡轮后轴承的内环外端面处，所述锁紧螺母和高压涡轮后轴承的内环中均设有内部油孔，且二者连通，滑油在离心力作用下经锁紧螺母的内部油孔和高压涡轮后轴承内环的内部油孔喷入高压涡轮后轴承内的滚动体。

2.根据权利要求1所述的发动机滑油供油结构，其特征在于，所述油管接头通过螺纹固定设置在机匣体的油管座上，所述油管接头的出油端的内壁形成为一直径逐渐增大的内圆锥面，所述油管座底部的内壁形成为一直径逐渐缩小的内圆锥面，所述中间油管通过其端部套设的导油套与所述油管接头内的出油口对接，所述导油套的外表面包括一上圆锥面和下圆锥面，所述导油套的上圆锥面与油管接头的内圆锥面配合，所述导油套的下圆锥面与油管座底部的内圆锥面配合。

3.根据上述权利要求所述的发动机滑油供油结构，其特征在于，油管接头与油管座外还套设一固定套，所述固定套通过花键套齿与所述油管接头和油管座联接。

4.根据上述权利要求所述的发动机滑油供油结构，其特征在于，优选地，所述花键套齿的模数为0.5～1。

5.根据上述权利要求所述的发动机滑油供油结构，其特征在于，所述固定套与油管座上设有相互对应的固定孔，紧固件穿过该相互对应的固定孔后将所述固定套与油管座固定于机匣体上。

6.根据上述权利要求所述的发动机滑油供油结构，其特征在于，在中间油管的端部与低压涡轮轴承座的油口之间的连接处设有C形金属密封圈和垫板，所述中间油管通过螺钉固定在低压涡轮轴承座上，固定时，C形金属密封圈受压发生轴向变形使中间油管的右端面与C形金属密封圈的左端面紧密贴合，C形金属密封圈的右端面与轴承座油孔的左端面紧密贴合，所述垫板套设于C形金属密封圈的外部，用以防止C形金属密封圈因压缩量过大而失效。

7.根据上述权利要求所述的发动机滑油供油结构，其特征在于，轴承座与弹性支撑体之间的腔室内的滑油，通过安装于弹性支撑体外表面环槽上的前、后胀圈进行密封，该密封腔内的滑油可有效阻隔与燃气接触的高温部件向轴承座传递热量以降低轴承腔的温度。

8.一种燃气涡轮发动机，尤其是中小型燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括上述权利要求所述的发动机滑油供油结构。