CN105937448B - 一种一体化轴承支座结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化轴承支座结构，属于航空小型涡喷发动机技术领域，在原有轴承支座本体上设置一环腔，通过环腔引出的燃油管路及管接头将发动机供给燃烧室的燃油预先引入环腔，同时在环腔内部布置轴承润滑喷嘴。进入环腔的燃油与发动机热端部件充分实现热交换，有效地实现了燃油预热与轴承降温，同时环腔布置润滑喷嘴也增强了轴承润滑效果。该发明可直接用于采用0‑2‑0支承结构的小型涡喷发动机，能够在不增加发动机尺寸重量的前提下实现燃油预热、轴承降温、增强润滑等功能，显著提高了发动机的燃烧效率幷提升了发动机的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有燃油预热环腔且能实现有效润滑的轴承支座一体化结构，特别适用于无人机及弹用小型涡喷发动机。
背景技术
小型涡喷发动机主要作为无人机和亚音速巡航导弹的动力装置，追求高推比、低成本，要求在满足功能要求的前提下结构尽可能简单。因此，小型涡喷发动机多舍弃了复杂的滑油系统，采用了燃滑油一体、燃油直接润滑轴承的方式，即从主燃油路引出一路细油管焊接在轴承支座上，喷射燃油润滑轴承。这种润滑方式虽然简单，但由于细油管焊接工艺不易保证，油管喷嘴直径小容易堵塞且喷射位置偏离轴承，极大地影响了轴承的润滑效率和运行安全。
另一方面，小型涡喷发动机转子系统常采用双悬臂的“0-2-0”支承结构，轴承支座同时安装前后两个轴承，是最主要的转子承力部件。轴承腔外无专门的冷却气包裹，轴承支座与发动机高温部件直接相连，热量直接通过轴承支座传递给发动机轴承，其工作温度将达到250℃以上。如此高的工作温度已经接近常用轴承钢的使用温度极限，将极大的降低轴承寿命，进而使得发动机首翻期往往低于8小时，制约了此类发动机的应用范围和使用成本。
再一方面，由于小型涡喷发动机自身的结构特点，多采用顺流环形蒸发管燃烧室，而蒸发管燃烧室结构简单，燃油雾化能力较差，进入蒸发管的燃油不能充分挥发，得不到完全燃烧，会降低燃烧室燃烧效率，增大发动机耗油率。尤其是在低温天气，燃油温度过低，还会大大影响发动机点火起动的成功率。若要提高燃烧室的燃油燃烧效率并且保证发动机的点火成功率，需要对供给燃烧室的燃油预热，提高进入蒸发管的燃油温度。目前发动机燃油预热多采用两种形式：一是采用体外预热，通过发动机外置换热器与高温滑油换热提高燃油温度；二是采用体内预热，多是将预热燃油管先深入燃烧室内直接加热后再进入蒸发管。第一种方法预热燃油的同时还降低滑油温度，一举两得，但需要复杂沉重的换热器，增大尺寸重量还增加成本，对于小涡喷发动机并不合适；第二种方法简单有效，能显著提高热油温度，但会造成发动机管路加工困难、安装复杂，另外燃烧室内温度过高，长期使用有可能烧坏预热燃油管。
因此，亟需寻求一种适用于小型涡喷发动机的轴承支座设计方案，既能够有效润滑轴承，降低轴承工作温度，同时也能充分预热进入燃烧室的燃油，提高燃烧效率。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种设计合理、既实现有效润滑、降低轴承使用环境温度，又能预热发动机所供燃油的轴承座结构方案。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种一体化轴承支座结构，适用于小型涡喷发动机，所述涡喷发动机包括燃油总管、燃烧室、热端部件、发动机转轴、轴承和轴承支座，所述燃油总管用以向燃烧室供应燃油，所述热端部件位于燃烧室的出口处，其特征在于，
所述轴承支座包括一筒状支座本体，其中，所述支座本体端部的内环面上设置轴承，所述支座本体端部的外环面上设置所述热端部件和一密闭的轴承室环腔，所述轴承室环腔位于轴承的外侧并紧贴所述热端部件；所述发动机转轴穿过支座本体并支撑在所述支座本体端部的轴承上，并且所述发动机转轴与支座本体同轴设置；所述支座本体的外环面上还设有至少两个燃油管接头，其中一个燃油管接头与所述燃油总管连接，另一个燃油管接头与外部供油通道连接，各所述燃油管接头还分别通过燃油管路与所述轴承室环腔连通；所述轴承室环腔的内壁上设有若干喷油孔，所述喷油孔的喷油角度对准轴承。
优选地，所述涡轮导向器间隙配合地装配在支座本体端部的外环面上。
优选地，所述轴承过盈配合地装配在所述支座本体端部的内环面上。
优选地，所述燃油管接头焊接在支座本体外环中部。
优选地，所述轴承室环腔由两个对称半环焊接在支座本体外环上，两个对称半环与支座本体端部的安装边形成密封环腔。
优选地，为了保证环腔的容积在合理范围，所述轴承室环腔的轴向尺寸基本与轴承相当。
优选地，在所述轴承室环腔的内壁相隔180°位置各用激光打一Φ0.5的喷油孔，打孔角度需保证喷射位置对准轴承，以便能给轴承提供有效润滑。
优选地，在所述轴承室环腔的外壁相隔180°位置设一进一出两个接口，其中，进口与外部供油通道连通，出口与燃油总管连通。
优选地，所述热端部件为涡轮导向器盘。
本发明的小型涡喷发动机一体化轴承支座结构，巧妙地利用了发动机内部现有的空间和结构，使得发动机供给燃烧室的燃油先经过轴承室环腔进行充分预热，再流经燃油管路、燃油管接头、燃油总管，进入燃烧室充分燃烧，显著提高了燃油的雾化效果并提升了燃烧效率。同时利用轴承室环腔的内部结构，使得燃油经过喷油孔直接喷射润滑轴承，不用额布置外焊接润滑细油管且能保证喷射角度及喷射量，大大提高了对轴承润滑的可靠性。另外燃油经过轴承室环腔，带走从热端部件(如涡轮导向器盘)传递的大量热量，明显降低了轴承的工作温度，使得轴承使用寿命显著提升。
本发明的小型涡喷发动机一体化轴承支座，为实现有效润滑、降低轴承使用环境温度，又能预热发动机所供燃油的技术目的，主要是通过改变进入燃烧室之前的燃油管路和支承转子轴承的支座的结构布局，重新进行一体化设计。具体来说，将发动机内部的燃油管路延长，使其紧贴轴承支座，利用原轴承支座外部空间，在轴承室处焊接一圆环，该圆环采用对称分半结构，焊后与轴承支座安装边形成密封环腔。环腔紧贴热端部件(涡轮导向器盘)，位置在轴承外环正上方。同时在此环腔水平相隔180°位置各用激光打一￠0.5的喷油孔，打孔角度需保证喷射位置对准轴承，以便能给轴承提供有效润滑。而在上下180°局部设一进一出两个接口，布置燃油管路进出接头，将燃油供油管路与进口相接。燃油先进入轴承室环腔，后从出口进入燃油总管，供给燃烧室燃烧。燃油流经环腔的同时与轴承支座产生热交换，少量经由两个水平位置的喷油孔射入轴承，其余燃油得到预热且轴承室温度降低。另外，为了保证热交换的效果而又不至于产生容腔效应，影响供油响应速率，轴承室环腔的容积需控制在合理范围。本发明所述轴承支座预热环腔轴向尺寸基本与轴承外环相当，腔体高度为1mm。
与小型涡轮喷气发动机原轴承支座相比，采用带有燃油预热环腔的轴承支座一体化设计结构，使得发动机供给的燃油先通过环腔充分预热，再流入燃烧室燃烧，显著提高了燃油的雾化效果并提升了燃烧效率。同时利用环腔内燃油喷射润滑轴承，不用额外焊接润滑细油管且提高了润滑可靠性。另外燃油经过环腔带走热量，明显降低了轴承的工作温度，使得轴承使用寿命显著提升。某型涡喷发动机采用此种轴承支座设计方案，有效地实现了发动机内部的热交换，提高了发动机的工作效率幷提升了发动机的使用寿命，地面试车以及空中试飞效果良好，对我国航空事业的发展起到了促进作用。
附图说明
图1为本发明的小型涡喷发动机一体化轴承支座结构装配示意图。
图2为轴承支座的左视图。
图3为图2轴承支座的A-A视图。
图4为图2轴承支座的B-B视图局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的具体实例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。
如图1所示，本发明提供一种小型涡喷发动机用一体化轴承支座，所述轴承支座4作为发动机0-2-0转子支承结构，中心穿过发动机转轴1，与轴承支座4保持同心。轴承6安装在轴承支座4内环，装配关系为过盈配合。涡轮导向器5安装在轴承支座外环，装配关系为间隙配合。
如图3和图4，本发明的轴承支座4由支座本体401、管接头402，燃油管路403，轴承室环腔404，喷油孔405五部分组成。其中管接头402焊接在支座本体401外环中部，主要用来与燃油总管2连接。轴承室环腔404由对称分半环焊接在支座本体401外环上，焊后与支座本体安装边形成密封环腔，环腔紧贴热端部件(涡轮导向器5)，位置在轴承6正上方。同时为了保证环腔的容积在合理范围，轴承室环腔404的轴向尺寸基本与轴承6相当，腔体高度为1mm。另外在此环腔水平相隔180°位置各用激光打一￠0.5的喷油孔405，打孔角度需保证喷射位置对准轴承，以便能给轴承提供有效润滑。而在上下180°局部设一进一出两个接口，布置燃油管路403进出接头，将燃油供油管路与进口相接。
本发明采用的这种一体化轴承支座结构设计，巧妙地利用了发动机内部现有的空间和结构，使得发动机供给燃烧室的燃油先经过轴承室环腔404进行充分预热，再流经燃油管路403、管接头402、燃油总管2，进入燃烧室3充分燃烧，显著提高了燃油的雾化效果并提升了燃烧效率。同时利用轴承室环腔404的内部结构，使得燃油经过喷油孔405直接喷射润滑轴承，不用额布置外焊接润滑细油管且能保证喷射角度及喷射量，大大提高了对轴承6润滑的可靠性。另外燃油经过轴承室环腔404，带走从涡轮导向器5传递的大量热量，明显降低了轴承6的工作温度，使得轴承6使用寿命显著提升。
综上所述，本发明采用的一体化轴承支座，具有结构简单紧凑、零部件少、可靠性高、维护费用低等优势，巧妙利用发动机内部的热交换，有效地实现了燃油预热与轴承降温，增强了轴承润滑效果，从而显著提高了发动机的工作效率幷提升了发动机的使用寿命。
以上所述，仅为本实用新形的优选实施例，本实用新形保护的范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的范围内可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种一体化轴承支座结构，适用于小型涡喷发动机，所述涡喷发动机包括燃油总管、燃烧室、热端部件、发动机转轴、轴承和轴承支座，所述燃油总管用以向燃烧室供应燃油，所述热端部件位于燃烧室的出口处，其特征在于，
所述轴承支座包括一筒状支座本体，其中，所述支座本体端部的内环面上设置轴承，所述支座本体端部的外环面上设置所述热端部件和一密闭的轴承室环腔，所述轴承室环腔位于轴承的外侧并紧贴所述热端部件；所述发动机转轴穿过支座本体并支撑在所述支座本体端部的轴承上，并且所述发动机转轴与支座本体同轴设置；所述支座本体的外环面上还设有至少两个燃油管接头，其中一个燃油管接头与所述燃油总管连接，另一个燃油管接头与外部供油通道连接，各所述燃油管接头还分别通过燃油管路与所述轴承室环腔连通；所述轴承室环腔的内壁上设有若干喷油孔，所述喷油孔的喷油角度对准轴承。
2.根据权利要求1所述的一体化轴承支座结构，其特征在于，所述涡轮导向器间隙配合地装配在支座本体端部的外环面上。
3.根据上述权利要求1所述的一体化轴承支座结构，其特征在于，所述轴承过盈配合地装配在所述支座本体端部的内环面上。
4.根据上述权利要求1所述的一体化轴承支座结构，其特征在于，所述燃油管接头焊接在支座本体外环中部。
5.根据上述权利要求1所述的一体化轴承支座结构，其特征在于，所述轴承室环腔由两个对称半环焊接在支座本体外环上，两个对称半环与支座本体端部的安装边形成密封环腔。
6.根据上述权利要求1所述的一体化轴承支座结构，其特征在于，所述轴承室环腔的轴向尺寸与轴承相当。
7.根据上述权利要求1所述的一体化轴承支座结构，其特征在于，在所述轴承室环腔的外壁相隔180°位置设一进一出两个接口，其中，进口与外部供油通道连通，出口与燃油总管连通。
8.根据上述权利要求1所述的一体化轴承支座结构，其特征在于，所述热端部件为涡轮导向器盘。
9.根据上述权利要求1所述的一体化轴承支座结构，其特征在于，所述轴承室环腔的腔体高度为0.5～2mm。
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210118 Address after: 266000 Binhai Avenue South, Shanchuan Road West, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province Patentee after: ZHONGKE HANGXING TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100190 North four Ring West Road, Haidian District, Beijing, A202 Patentee before: Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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