CN106151220A - 集成内轴的密封和锁定螺母 - Google Patents

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Abstract

一种集成内轴的密封和锁定螺母组件包括轴向间隔开的前轴和后轴、旋拧在前轴的后端上的前锁定螺母、旋拧在后轴的前端上的后锁定螺母、以及密封地接合并设置在前和后锁定螺母之间的密封环，密封环操作成密封前轴和后轴之间的环形间隙。密封环设置在环形环凹槽中，环凹槽径向向内延伸到前和后锁定螺母中的一个中且锁定螺母中的另一个上的环形圆柱形内表面操作成抵靠着密封环进行密封。密封环为碳密封环且是裂口的。后锁定螺母包括向前延伸的环形臂，其具有环形圆柱形内表面。保持凸块环与锁定螺母和轴相接合且卡环与保持凸块环和锁定螺母相接合。密封环位于后锁定螺母中的环凹槽中。

Description

集成内轴的密封和锁定螺母
技术领域
本发明总地涉及内轴密封件，更具体地说，用于这种带锁定螺母的轴。
背景技术
在例如燃气涡轮发动机中已经发现，在两个相对的轴之间时常需要空气或油的密封。有时在可用空间中具有非常少的轴向余地来封装和定位径向内轴密封件，例如曲径式密封件。这些相对的轴的其中一个或两者时常具有锁定螺母，其在轴的末端用于将例如齿轮、轴承和密封叶轮等构件共同保持在轴上。
因而，对于提供轻量密封组件的空气和油的内轴密封件一直存在需求，轻量密封组件比曲径式密封件以及其它传统密封件占据更小的体积及更少泄漏。需要在紧密的设计空间中提供内轴密封，紧密的设计空间在同心轴之间本来将需要不那么合乎需要的密封件，例如曲径式密封件。
发明内容
一种集成内轴的密封和锁定螺母组件包括轴向间隔开的前轴和后轴、旋拧在前轴的后端上的前锁定螺母、旋拧在后轴的前端上的后锁定螺母、以及密封地接合并设置在前和后锁定螺母之间的密封环，密封环可操作成密封前轴和后轴之间的环形间隙。
该组件还可包括：密封环设置在径向向内延伸到前和后锁定螺母中的一个锁定螺母中的环形环凹槽中，环形圆柱形内表面位于前和后锁定螺母中的另一个锁定螺母上，并且所述环形圆柱形内表面可操作成抵靠着密封环进行密封。密封环可为碳密封环，并且可为裂口的。
后锁定螺母可包括向前延伸的环形臂，其具有包围环形环凹槽的环形圆柱形内表面。
该组件的一个实施例可包括分别与前和后锁定螺母和前和后轴接合的前和后保持凸块环，分别设置在锁定螺母的径向向内开口的环形前和后凹槽中的前和后卡环，并且前和后卡环分别与前和后保持凸块环和前和后锁定螺母相接合。
燃气涡轮发动机组件包括轴向间隔开的功率输出轴和加伸轴(stub shaft)、高压锁定螺母、后功率轴锁定螺母以及密封环，功率输出轴连接在低压传动轴上，低压传动轴连接在低压涡轮上，加伸轴连接在包括高压涡轮的高压转子上，并可旋转地通过第一轴承而受到支撑，水平伞齿轮和第一轴承的滚球轴承内圈安装在加伸轴上，高压锁定螺母旋拧在上加伸轴的前端上的前螺纹上，从而将水平伞齿轮和滚球轴承内圈轴向固定在加伸轴上，后功率轴锁定螺母旋拧在功率输出轴的后端上的后螺纹上，从而将低压传动轴和输出轴轴承的滚子轴承内圈轴向固定在功率输出轴上，并且密封环密封地接合并设置在后功率轴锁定螺母和高压锁定螺母之间，并可操作成密封功率输出轴和加伸轴之间的环形间隙。
密封环可设置在径向向内延伸到后锁定螺母中的环形环凹槽中，其中前锁定螺母包括向后延伸的环形臂，其具有包围环形环凹槽的环形圆柱形内表面，并且环形圆柱形内表面可操作成抵靠着密封环进行密封。
附图说明
图1是燃气涡轮发动机的截面图，其具有集成内轴的密封和锁定螺母。
图2是图1中所示的集成内轴的密封和锁定螺母的放大的截面图。
图3是穿过图4和图5中的截面线3-3看去的集成内轴的密封和锁定螺母的示意图。
图3A是穿过图4和图5中的截面线3A-3A看去的集成内轴的密封和锁定螺母的示意图。
图4是图3中所示的集成内轴的密封和锁定螺母的前轴上的锁定螺母和保持环的透视图。
图5是图3中所示的集成内轴的密封和锁定螺母的后轴上的锁定螺母和保持环的透视图。
图6是备选的集成内轴的密封和锁定螺母的示意图，其中密封环设置在延伸到后锁定螺母中的环形环凹槽中。
部件列表
8. 燃气涡轮发动机组件
10. 高压气体发生器
12. 高压转子
14. 高压压缩机
16. 高压涡轮
18. 单级离心式压缩机
20. 第一轴承或前轴承
22. 前框架
24. 后轴承
25. 内部花键
26. 涡轮框架
27. 外部花键
28. 发动机中心线
30. 功率输出轴
32. 滚珠轴承内圈
34. 后功率轴锁定螺母
36. 低压涡轮
38. 低压传动轴
39. 花键接头
40. 后螺纹
46. 后端
52. 燃烧器
64. 加伸轴
66. 前端
72. 前端
74. 高压锁定螺母
76. 前螺纹
78. 水平伞齿轮
80. 输出轴轴承
82. 滚珠轴承内圈
84. 功率输出端伞齿轮
88. 功率输出轴
90. 密封和锁定螺母组件
92. 环形间隙
94. 密封环
96. 环凹槽
100. 前轴
102. 后轴
103. 前端
104. 前锁定螺母
106. 后锁定螺母
110. 前保持凸块环
112. 后保持凸块环
120. 环形臂
121. 向内突出的凸块
122. 内表面
123. 向外突出的凸块
124. 前凹槽
125. 前卡环
126. 相对应的内槽口
127. 后凹槽
129. 相对应的外槽口
130. 后端
132. 后卡环
D1–前直径
D2-后直径。
具体实施方式
如图1中所示，具有高压气体发生器10的燃气涡轮发动机组件8，高压气体发生器10具有单级离心式压缩机18作为最后的压缩机级。高压气体发生器10具有高压转子12，其按照下游流动关系包括高压压缩机14、燃烧器52和高压涡轮16。转子12可旋转地围绕发动机中心线28而受到前框架22中的第一轴承或前轴承20以及涡轮框架26中的设置在高压涡轮16下游的后轴承24的支撑。
进一步参照图2，加伸轴64定位在其所连接的高压转子12的前端66上。高压锁定螺母74旋拧在加伸轴64的前端72上的前螺纹76上。高压锁定螺母74用于将水平伞齿轮78和轴承20的滚珠轴承内圈32拧紧，固定，并夹紧压缩在一起，从而可旋转地支撑加伸轴64。水平伞齿轮78驱动地与固定连接在功率输出轴88上的功率输出伞齿轮84相接合。
参照图1和图2，位于高压涡轮16下游的低压涡轮(LPT)36通过低压传动轴38连接到功率输出轴30上，功率输出轴30可旋转地受到输出轴轴承80的支撑。低压传动轴38径向定位在功率输出轴30内并通过花键接头39连接在功率输出轴30上。花键接头39包括配合的内和外花键25,27，其分别径向向外和向内从低压传动轴38和功率输出轴30延伸。花键接头39将低压传动轴38连接在功率输出轴30的后端46上。旋拧在功率输出轴30的后端46上的后螺纹40上的后功率轴锁定螺母34用于将功率输出轴30和输出轴轴承80的滚珠轴承内圈82拧紧、固定并夹在一起。
集成内轴的密封和锁定螺母组件90提供了两个轴之间的空气和/或油的密封，如这里所示功率输出轴30和加伸轴64。集成内轴的密封和锁定螺母组件90还可在其它应用和机械中供其它类型的轴使用。高压锁定螺母74与后功率轴锁定螺母34轴向间隔开，并位于其下游或后面。加伸轴64径向包围功率输出轴30并与之同心。加伸轴64与功率输出轴30轴向间隔开，并位于其下游或后面。内轴环形间隙92在加伸轴64和功率输出轴30之间轴向延伸。
参照图2和图3，集成内轴的密封和锁定螺母组件90提供了跨内轴环形间隙92的密封。集成内轴的密封和锁定螺母组件90可用于在很多类型的轴向间隔开的前和后轴100,102之间提供跨环形间隙92的密封，如图3中所示。后功率轴锁定螺母34和高压锁定螺母74可被称为前和后锁定螺母104,106，并安装在前和后轴100,102上。集成内轴的密封和锁定螺母组件90包括设置在环形环凹槽96中的密封环94，环形环凹槽径向向内延伸到前锁定螺母104中。密封环94可操作成在环形环凹槽96中抵靠着锁定螺母104进行密封。密封环94可为碳环，并且可为裂口的。
参照图2和图3，后锁定螺母106的向前延伸的环形臂120具有包围环形环凹槽96的环形圆柱形内表面122，并且可操作成抵靠着密封环94进行密封。环形臂120、环形内表面122、密封环94、锁定螺母104和前轴100都是关于中心线28同心的。后锁定螺母106和后轴102关于中心线28是同心的。由集成内轴的密封和锁定螺母组件90所提供的设计柔性允许使用不同直径的前和后轴100,102，例如同后轴102的前直径D1相比更大的后轴102的后直径D2所示。
参照图3,3A和4，前锁定螺母104旋拧在前轴100的后端46上并固定在合适位置，并通过与前锁定螺母104和前轴100相接合的前保持凸块环110而被防止旋转。前保持凸块环110基本上设置在前锁定螺母104和前轴100的后端46之间。前保持凸块环110包括一个或多个径向向内和向外突出的凸块121,123，其分别通过前轴100的后端130和前锁定螺母104而延伸到相对应的内和外槽口126,129中。前保持凸块环110通过前卡环125进行轴向保持，前卡环125设置在前锁定螺母104的径向向内开口的环形前凹槽124中，并与前保持凸块环110和前锁定螺母104相接合。
参照图3,3A和图5，后锁定螺母106旋拧在后轴102的前端72上并固定在合适位置，并通过与后锁定螺母104和后轴102相接合的后保持凸块环112而被防止旋转。后保持凸块环112基本上设置在后锁定螺母106和后轴102之间。后保持凸块环112包括一个或多个径向向内和向外突出的凸块121,123，其分别通过后轴102的前端103和后锁定螺母106而延伸到相对应的内和外槽口126,129中。后保持凸块环112通过后卡环132进行轴向保持，后卡环132设置在后锁定螺母106的径向向内开口的环形后凹槽127中，并与后保持凸块环112和后锁定螺母106相接合。图4和图5显示了一种将前和后锁定螺母104,106固定在图3所示的前和后轴100,102上的典型设计。
图6中显示了集成内轴的密封和锁定螺母组件90的一个备选实施例，其包括设置在环形环凹槽96中的密封环94，环形环凹槽径向向内延伸到后锁定螺母106中。密封环94可操作成将后锁定螺母106密封在环形环凹槽96中。前锁定螺母104的向后延伸的环形臂120具有包围环形环凹槽96的环形圆柱形内表面122，并且可操作成抵靠着密封环94进行密封。
虽然这里已经描述了被认为是本发明的优选和示例性实施例的事物，但是从这里的教义出发，本发明的其它变体对于本领域中的技术人员应该是很明显的，因此需要在附属权利要求中保护所有这种变体都落在本发明的真实精神和范围内。因此，需要由美国专利特许证所保护的是所附权利要求中所限定和鉴别的发明。

Claims (10)

1.一种集成内轴的密封和锁定螺母组件(90)，包括：
轴向间隔开的前轴和后轴(100,102)，
前锁定螺母(104)，其旋拧在所述前轴(100)的后端(46)上，
后锁定螺母(106)，其旋拧在所述后轴(102)的前端(72)上，和
密封环(94)，其密封地接合并设置在所述前和后锁定螺母(104,106)之间，并可操作成密封所述前和后轴(100,102)之间的环形间隙(92)。
2.根据权利要求1所述的组件(90)，其特征在于，还包括：
所述密封环(94)设置在径向向内延伸到所述前和后锁定螺母(104,106)中的一个锁定螺母中的环形环凹槽(96)中，
所述密封环(94)可操作成在所述环形环凹槽(96)中抵靠着所述前和后锁定螺母(104,106)中的所述一个锁定螺母进行密封，
环形圆柱形内表面(122)，其位于所述前和后锁定螺母(104,106)中的另一个锁定螺母上，和
所述环形圆柱形内表面(122)可操作成抵靠着所述密封环(94)进行密封。
3.根据权利要求2所述的组件(90)，其特征在于，还包括：所述密封环(94)是碳密封环(94)。
4.根据权利要求3所述的组件(90)，其特征在于，还包括：所述碳密封环(94)是裂口的。
5.根据权利要求1所述的组件(90)，其特征在于，还包括：
所述密封环(94)设置在径向向内延伸到所述前锁定螺母(104)中的环形环凹槽(96)中，
所述后锁定螺母(106)包括向前延伸的环形臂(120)，其具有包围所述环形环凹槽(96)的环形圆柱形内表面(122)，且
所述环形圆柱形内表面(122)可操作成抵靠着所述密封环(94)进行密封。
6.根据权利要求1所述的组件(90)，其特征在于，还包括：
前和后保持凸块环(110,112)，其分别与所述前和后锁定螺母(104,106)和所述前和后轴(100,102)相接合，
前和后卡环(125,132)，其分别设置在所述锁定螺母(104,106)中的径向向内开口的环形前和后凹槽(124,127)中，且
所述前和后卡环(125,132)分别与所述前和后保持凸块环(110,112)和所述前和后锁定螺母(104,106)相接合。
7.根据权利要求1所述的组件(90)，其特征在于，还包括：
所述密封环(94)设置在径向向内延伸到所述后锁定螺母(106)中的环形环凹槽(96)中，
所述前锁定螺母(104)包括向后延伸的环形臂(120)，其具有包围所述环形环凹槽(96)的环形圆柱形内表面(122)，且
所述环形圆柱形内表面(122)可操作成抵靠着所述密封环(94)进行密封。
8.一种燃气涡轮发动机组件(8)，包括：
轴向间隔开的功率输出和加伸轴(30,64)，
所述功率输出(30)连接在低压传动轴(38)上，所述低压传动轴(38)连接在低压涡轮(36)上，
所述加伸轴(64)连接在包括高压涡轮(16)的高压转子(12)上，并可旋转地受到第一轴承(20)的支撑，
水平伞齿轮(78)和所述第一轴承(20)的滚珠轴承内圈(32)安装在加伸轴(64)上，
高压锁定螺母(74)，其旋拧在所述加伸轴(64)的前端(72)上的前螺纹(76)上，
所述高压锁定螺母(74)将所述水平伞齿轮(78)和所述滚珠轴承内圈(32)轴向固定在所述加伸轴(64)上，
后功率轴锁定螺母(34)，其旋拧在所述功率输出轴(30)的后端(46)上的后螺纹(40)上，从而将所述输出轴轴承(80)的滚珠轴承内圈(82)轴向固定在所述功率输出轴(30)上，和
密封环(94)，其密封地接合并设置在所述后功率轴锁定螺母(34)和所述高压锁定螺母(74)之间，并可操作成密封所述功率输出轴(30)和所述加伸轴(64)之间的环形间隙(92)。
9.根据权利要求8所述的组件(8)，其特征在于，还包括：
所述密封环(94)设置在径向向内延伸到所述后功率轴锁定螺母(34)中的环形环凹槽(96)中，
所述密封环(94)可操作成在所述环形环凹槽(96)中抵靠着所述后功率轴锁定螺母(34)进行密封，
所述高压锁定螺母(74)包括环形圆柱形内表面(122)，其包围所述环形环凹槽(96)，且
所述环形圆柱形内表面(122)可操作成抵靠着所述密封环(94)进行密封。
10.根据权利要求9所述的组件(8)，其特征在于，还包括：
所述密封环(94)设置在径向向内延伸到所述后功率轴锁定螺母(34)中的环形环凹槽(96)中，
所述高压锁定螺母(74)包括向前延伸的环形臂(120)，其具有包围所述环形环凹槽(96)的环形圆柱形内表面(122)，且
所述环形圆柱形内表面(122)可操作成抵靠着所述密封环(94)进行密封。
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