CN105863847A - 一种轴承腔轴心通风结构及具有该结构的燃气涡轮发动机 - Google Patents

一种轴承腔轴心通风结构及具有该结构的燃气涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轴心通风结构及燃气涡轮发动机，发动机冷端部件轴承腔和发动机热端部件轴承腔保持联通，并采用一套通风系统维持发动机冷端部件轴承腔和发动机热端部件轴承腔压力基本相同，冷端部件轴承腔通过离心式油气分离器与发动机尾喷管连通，热端部件轴承腔中的油气混合物经轴心通风腔进入发动机冷端部件轴承腔，而后与冷端部件轴承腔的油气混合物一起经过离心式油气分离器进行油气分离，未分离的油气混合物经发动机尾喷管排出。本发明的发动机轴承腔轴心通风结构，结构简单、设计和调节方便，冷端部件轴承腔与热端部件轴承腔连通，能保证压力几乎相同，便于二次空气系统设计和调节，减少发动机因滑油泄漏和循环不畅导致的故障，提高发动机可靠性，同时可增加热端部件轴承腔向冷端部件轴承腔的传热，从而减少热端部件轴承冷却所需的滑油量。

Description

一种轴承腔轴心通风结构及具有该结构的燃气涡轮发动机
技术领域
本发明涉及一种轴承腔轴心通风结构及具有该结构的燃气涡轮发动机，具体涉及应用于燃气涡轮发动机中联通冷端部件轴承腔与热端部件轴承腔并维持两个腔室压力基本相同的轴心通风结构及具有该结构的燃气涡轮发动机。
背景技术
燃气涡轮发动机滑油系统是航空燃气涡轮发动机的重要组成部分，主要作用是对发动机的转子支点轴承、传动齿轮等部件进行润滑和冷却，此外还有一项重要作用是将滑油腔中的油气混合物进行分离，将滑油留在轴承腔内继续参与循环，将未分离的油气混合物排出发动机以维持压力平衡。
在燃气涡轮发动机的各轴承腔中，通常都存在滑油系统以及对滑油进行密封的结构。对于具体的发动机，由于油泵的压头有限，而回油泵的抽吸能力通常都是供油泵的3倍以上，因此，为了维持供油和回油压力稳定以确保滑油循环畅通，就要保证各轴承腔的压力稳定，常用的做法是使用通风器。通风器的一端连接轴承腔，另一端接入发动机尾喷管或环境大气，在尾喷管负压的引射作用下，将高压油气混合物排入大气，维持轴承腔的压力在所需范围内，从而保证滑油循环畅通。同时，为了防止滑油大量消耗，燃气涡轮发动机的通风器还应该具有将油和气体进行分离的作用，保证排出发动机的是只含少量滑油的油气混合物以减少滑油消耗，降低滑油造成的空气污染。
现有燃气涡轮发动机的轴承腔通风结构(以CN201510219735.8为例)如图1所示，燃气涡轮发动机的前轴承腔和后轴承腔分别采用一套通风结构。通过油气抽气管路203将轴承腔中的油气进行分离并排出发动机体外以维持轴承腔内的压力稳定且在发动机二次空气系统所需的压力范围内，防止滑油大量泄漏或循环不畅引起发动机故障。该系统中发动机冷端部件轴承腔和热端部件轴承腔的压力依靠两套通风系统维持，其内部压力可能存在差异，使二次空气系统计算复杂以及调节不确定因素较多，容易导致发动机出现滑油泄漏或循环不畅而引起的故障；同时由于存在两套通风系统，增加了发动机结构和设计的复杂性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种结构简单、设计和调节方便的轴承腔轴心通风结构及具有该结构的燃气涡轮发动机，通过轴心通风结构联通冷端部件轴承腔与热端部件轴承腔并维持两个腔室压力基本相同，便于二次空气系统设计和调节，减少发动机因滑油泄漏和循环不畅导致的故障，同时通过两个轴承腔联通，可增加热端部件轴承腔向冷端部件轴承腔的传热，从而减少热端部件轴承冷却所需的滑油量，借助燃气涡轮发动机中必需的高压涡轮轴和低压涡轮轴形成轴心通风结构，减少了发动机部件，可减轻发动机重量并提高发动机可靠性。
为了达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种发动机轴承腔轴心通风结构，包括发动机冷端部件轴承腔和发动机热端部件轴承腔，发动机冷端部件包括发动机风扇、压气机和/或减速传动齿轮部件，发动机热端部件包括发动机燃烧室和/或涡轮部件，所述发动机冷端部件轴承腔由发动机冷端转子件和发动机冷端部件机匣构成，所述发动机热端部件轴承腔由发动机热端转子件和发动机热端部件机匣构成，其特征在于，所述发动机冷端部件轴承腔和发动机热端部件轴承腔保持联通，并采用一套通风系统维持发动机冷端部件轴承腔和发动机热端部件轴承腔压力基本相同，所述发动机冷端部件轴承腔通过离心式油气分离器与发动机尾喷管连通，所述发动机热端部件轴承腔中的油气混合物经所述轴心通风腔进入所述发动机冷端部件轴承腔，而后与所述发动机冷端部件轴承腔的油气混合物一起通过离心式油气分离器进行油气分离，未分离的油气混合物经所述发动机尾喷管排出。
优选地，所述发动机高压涡轮轴为中空结构，所述发动机低压涡轮轴同心套装于所述发动机高压涡轮轴内，所述发动机低压涡轮轴的外径设置为小于所述发动机高压涡轮轴的内径，二者之间的间隙形成轴心通风腔，所述轴心通风腔一端与所述发动机热端部件轴承腔连通，另一端与所述发动机冷端部件轴承腔连通。
优选地，所述发动机冷端部件轴承腔与尾喷管之间设有离心式油气分离器，所述离心式油气分离器包括转轴以及固定设置于所述转轴上的驱动盘及油气分离腔，所述油气分离腔包括一圆环状外筒体，其一端开口，另一端与所述驱动盘封闭连接，所述油气分离腔的开口的一端背向所述轴心通风腔与所述发动机冷端部件轴承腔之间的连通孔，所述圆环状外筒体的靠近所述油气分离腔开口的壁面上设置有蜂窝状油气分离孔，所述油气分离腔内靠近所述驱动盘的一侧设置一孔板，所述孔板上设置有油气通气孔，所述驱动盘由所述发动机高压涡轮轴连接驱动，所述转轴内沿其轴向设置一盲孔通道，所述盲孔通道的开口端与所述发动机尾喷管连通，所述盲孔通道的盲端与所述孔板和驱动盘之间的空腔连通。
优选地，所述油气分离腔还包括一圆环状内筒体，所述孔板的外侧壁与所述圆环状外筒体连接，所述孔板的内侧壁与所述圆环状内筒体连接，所述圆环状内筒体与所述转轴之间形成一圆筒状间隙，所述盲孔通道盲端的通气孔与所述圆筒状间隙连通。
优选地，发动机冷端部件轴承腔、发动机热端部件轴承腔和轴心通风腔内的滑油颗粒与二次空气系统用于密封滑油而进入3个腔室的气体形成油气混合物，油气混合物在轴承腔与尾喷管的压差作用下进入油气分离器的油气分离腔室，由于油气分离器高速旋转产生的离心力作用，液态滑油颗粒被甩向油气分离器的壁面，冷凝后通过周向布置的蜂窝状油气分离孔回到发动机冷端部件轴承腔室，未能分离的油气混合物通过孔板上的油气通气孔和所述盲孔通道盲端的通气孔进入油气分离器的盲孔通道，然后通过外部管路流入发动机尾喷管中。
优选地，所述油气分离器还设置有与发动机尾喷管连通的管接头，所述管接头设置在管接头安装座上。
优选地，所述发动机冷端转子件为风扇、压气机和/或减速传动齿轮。
优选地，所述发动机热端转子件为涡轮。
优选地，所述发动机为燃气涡轮发动机。
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轴承腔轴心通风结构的燃气涡轮发动机。
同现有技术相比，本发明的发动机轴承腔轴心通风结构及具有该结构的燃气涡轮发动机，结构简单、设计和调节方便，具有以下优点与有益效果为：冷端部件轴承腔与热端部件轴承腔连通，能保证压力几乎相同，便于二次空气系统设计和调节，减少发动机因滑油泄漏和循环不畅导致的故障；两个轴承腔联通，可增加热端部件轴承腔向冷端部件轴承腔的传热，从而减少热端部件轴承冷却所需的滑油量；借助燃气涡轮发动机中必需的高压涡轮和低压涡轮形成轴心通风结构，减少了发动机部件，可减轻发动机重量并提高发动机可靠性；仅依靠1个离心通风器维持发动机轴承腔的压力稳定，减少了发动机因离心通风器损坏导致的故障，同时也减少了离心通风器未能完全分离而进入尾喷管的滑油消耗，提高了发动机的经济性和环境友好性。
附图说明
图1为现有燃气涡轮发动机的轴承腔通风结构的示意图；
图2为本发明的发动机轴承腔轴心通风结构示意图；
图3为本发明的发动机冷端部件轴承腔局部放大图。
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2、3所示，本发明的发动机轴承腔轴心通风结构，尤其适用于燃气涡轮发动机，包括发动机冷端部件轴承腔A和发动机热端部件轴承腔B，发动机冷端部件包括发动机风扇、压气机和/或减速传动齿轮部件，发动机热端部件包括发动机燃烧室和/或涡轮部件。发动机冷端部件轴承腔A由发动机冷端转子件和发动机冷端部件机匣4构成，发动机热端部件轴承腔B由发动机热端转子件和发动机热端部件机匣6构成，发动机冷端部件轴承腔A和发动机热端部件轴承腔B保持联通，并采用一套通风系统维持发动机冷端部件轴承腔A和发动机热端部件轴承腔B的压力基本相同，发动机冷端部件轴承腔A通过离心式油气分离器与发动机尾喷管连通，发动机热端部件轴承腔B中的油气混合物经轴心通风腔进入发动机冷端部件轴承腔A，而后与发动机冷端部件轴承腔A的油气混合物一起通过离心式油气分离器进行油气分离，未分离的油气混合物经发动机尾喷管排出。
发动机高压涡轮轴5为中空结构，发动机低压涡轮轴7同心套装于发动机高压涡轮轴5内，发动机低压涡轮轴7的外径设置为小于发动机高压涡轮轴5的内径，二者之间的间隙形成轴心通风腔C，轴心通风腔C一端与发动机热端部件轴承腔B连通，另一端与发动机冷端部件轴承腔A连通。
发动机冷端部件轴承腔A与尾喷管之间设有离心式油气分离器3，如图3所示，离心式油气分离器3包括转轴31以及固定设置于转轴31上的驱动盘32及油气分离腔33，油气分离腔33包括一圆环状外筒体331，其一端开口，另一端与驱动盘32封闭连接，油气分离腔33开口的一端背向轴心通风腔C与发动机冷端部件轴承腔A之间的连通孔8，圆环状外筒体331的靠近油气分离腔33开口的壁面上设置有蜂窝状油气分离孔3A，油气分离腔33内靠近驱动盘32的一侧设置一孔板34，孔板34上设置有油气通气孔3B，驱动盘32由发动机高压涡轮轴5连接驱动，转轴31内沿其轴向设置一盲孔通道311，盲孔通道311的开口端与发动机尾喷管(图中未示出)连通，盲孔通道311的盲端与孔板34和驱动盘32之间的空腔连通。
油气分离腔33还包括一圆环状内筒体332，孔板34的外侧壁与圆环状外筒体331连接，孔板34的内侧壁与圆环状内筒体332连接，圆环状内筒体332的靠近驱动盘32的端部与驱动盘32设置有轴向通气间隙3C，圆环状内筒体332与转轴31之间形成一圆筒状间隙333，盲孔通道311的盲端的通气孔3D与圆筒状间隙连通。油气分离器还设置有与发动机尾喷管连通的管接头1，管接头设置在管接头安装座2上。
发动机冷端部件轴承腔A、发动机热端部件轴承腔B和轴心通风腔C内的滑油颗粒与二次空气系统用于密封滑油而进入3个腔室的气体形成油气混合物，油气混合物在轴承腔与尾喷管的压差作用下进入油气分离器3的油气分离腔室33，由于油气分离器3高速旋转产生的离心力作用，液态滑油颗粒被甩向油气分离器3的壁面，冷凝后通过周向布置的蜂窝状油气分离孔3A回到发动机冷端部件轴承腔室A，未能分离的油气混合物通过孔板34上的油气通气孔3B和盲孔通道311的盲端的通气孔3D进入油气分离器的盲孔通道311，然后通过外部管路流入发动机尾喷管中。图2中箭头表示流动方向。
本发明的发动机轴承腔轴心通风结构，结构简单、设计和调节方便，冷端部件轴承腔与热端部件轴承腔连通，能保证压力几乎相同，便于二次空气系统设计和调节，减少发动机因滑油泄漏和循环不畅导致的故障；两个轴承腔联通，可增加热端部件轴承腔向冷端部件轴承腔的传热，从而减少热端部件轴承冷却所需的滑油量；借助燃气涡轮发动机中必需的高压涡轮和低压涡轮形成轴心通风结构，减少了发动机部件，可减轻发动机重量并提高发动机可靠性；仅依靠1个离心通风器维持发动机轴承腔的压力稳定，减少了发动机离心通风器损坏导致的故障，同时也减少了离心通风器未完全分离而进入尾喷管的滑油消耗，提高了发动机的经济性和环境友好性。
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 (10)

1.一种发动机轴承腔轴心通风结构，包括发动机冷端部件轴承腔和发动机热端部件轴承腔，发动机冷端部件包括发动机风扇、压气机和/或减速传动齿轮部件，发动机热端部件包括发动机燃烧室和/或涡轮部件，所述发动机冷端部件轴承腔由发动机冷端转子件和发动机冷端部件机匣构成，所述发动机热端部件轴承腔由发动机热端转子件和发动机热端部件机匣构成，其特征在于，所述发动机冷端部件轴承腔和发动机热端部件轴承腔保持联通，并采用一套通风系统维持发动机冷端部件轴承腔和发动机热端部件轴承腔压力基本相同，所述发动机冷端部件轴承腔通过离心式油气分离器与发动机尾喷管连通，所述发动机热端部件轴承腔中的油气混合物经所述轴心通风腔进入所述发动机冷端部件轴承腔，而后与所述发动机冷端部件轴承腔的油气混合物一起通过离心式油气分离器进行油气分离，未分离的油气混合物经所述发动机尾喷管排出。
2.根据权利要求1所述的发动机轴承腔轴心通风结构，其特征在于，所述发动机高压涡轮轴为中空结构，所述发动机低压涡轮轴同心套装于所述发动机高压涡轮轴内，所述发动机低压涡轮轴的外径设置为小于所述发动机高压涡轮轴的内径，二者之间的间隙形成轴心通风腔，所述轴心通风腔一端与所述发动机热端部件轴承腔连通，另一端与所述发动机冷端部件轴承腔连通。
3.根据上述权利要求所述的发动机轴承腔轴心通风结构，其特征在于，所述发动机冷端部件轴承腔与发动机尾喷管之间设有离心式油气分离器，所述离心式油气分离器包括转轴以及固定设置于所述转轴上的驱动盘及油气分离腔，所述油气分离腔包括一圆环状外筒体，其一端开口，另一端与所述驱动盘封闭连接，所述油气分离腔的开口一端背向所述轴心通风腔与所述发动机冷端部件轴承腔之间的连通孔，所述圆环状外筒体的靠近所述油气分离腔开口的壁面上设置有蜂窝状油气分离孔，所述油气分离腔内靠近所述驱动盘的一侧设置一孔板，所述孔板上设置有油气通气孔，所述驱动盘由所述发动机高压涡轮轴连接驱动，所述转轴内沿其轴向设置一盲孔通道，所述盲孔通道的开口端与所述发动机尾喷管连通，所述盲孔通道的盲端与所述孔板和驱动盘之间的空腔连通。
4.根据上述权利要求所述的发动机轴承腔轴心通风结构，其特征在于，所述油气分离腔还包括一圆环状内筒体，所述孔板的外侧壁与所述圆环状外筒体连接，所述孔板的内侧壁与所述圆环状内筒体连接，所述圆环状内筒体与所述转轴之间形成一圆筒状间隙，所述盲孔通道的盲端的通气孔与所述圆筒状间隙连通。
5.根据上述权利要求所述的发动机轴承腔轴心通风结构，其特征在于，发动机冷端部件轴承腔、发动机热端部件轴承腔和轴心通风腔内的滑油颗粒与二次空气系统用于密封滑油而进入3个腔室的气体形成油气混合物，油气混合物在轴承腔与尾喷管的压差作用下进入油气分离器的油气分离腔室，由于油气分离器高速旋转产生的离心力作用，液态滑油颗粒被甩向油气分离器的壁面，冷凝后通过周向布置的蜂窝状油气分离孔回到发动机冷端部件轴承腔室，未能分离的油气混合物通过孔板上的油气通气孔和所述盲孔通道的盲端的通气孔进入油气分离器的盲孔通道，然后通过外部管路流入发动机尾喷管中。
6.根据上述权利要求所述的发动机轴承腔轴心通风结构，其特征在于，所述油气分离器还设置有与发动机尾喷管连通的管接头，所述管接头设置在管接头安装座上。
7.根据上述权利要求所述的发动机轴承腔轴心通风结构，其特征在于，所述发动机冷端转子件为风扇、压气机和/或减速传动齿轮。
8.根据权利要求1所述的发动机轴承腔轴心通风结构，其特征在于，所述发动机热端转子件为涡轮。
9.根据上述权利要求所述的发动机轴承腔轴心通风结构，其特征在于，所述发动机为燃气涡轮发动机。
10.一种燃气涡轮发动机，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轴承腔轴心通风结构。
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