CN106677904B - 一种应用于发动机高温侧轴承腔内的调整垫结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于发动机高温侧轴承腔内的调整垫结构，可广泛应用于地面燃气轮机、航空发动机等领域，所述发动机高温侧轴承腔内设置有套设在涡轮轴上的轴承、调整垫和封严蓖齿环，所述调整垫的一个端面抵接封严蓖齿环，另一个端面抵接封轴承跑道内环，所述封严蓖齿环的内侧为热端涡轮转动部件，其特征在于，至少在所述调整垫的、与轴承跑道内环相抵接的一个端面上设置有多个齿形凹槽。与传统的调整垫相比，本发明的调整垫结构具有结构简单、加工成本低以及功能全面的优点，可以实现降低高温零件导热并提供发动机冷态启动所需滑油的双重功效，能够更为有效地控制轴承内环的温度并满足发动机冷态启动状态的轴承滑油供给。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于地面燃气轮机、航空发动机等领域的高温侧轴承腔内的调整垫结构。利用该调整垫结构端面的各类凹态齿形结构，可以实现高温侧轴承腔内滑油的冷态启动供给以及轴承内环跑道的低温控制。
背景技术
高速旋转轴承的轴承腔冷态滑油预供给以及轴承内环跑道温度控制是地面燃气轮机、航空发动机领域有重要意义的两个工程性问题。
在燃气轮机、航空发动机结构设计中，旋转部件的轴向和径向间隙是依靠压紧在旋转轴上的各类调整垫结构实现的，这是一个低成本、高效的传统设计方案。但考虑到压紧力的存在，传统调整垫结构在热端部件中的使用，并不能降低调整垫端面传递的热量。因此调整垫一侧的轴承跑道内环不可避免地受高温部件热传导的影响。这种高温的热传导效应，将会导致轴承跑道内环温度上升，恶化轴承的工作条件。同时，温度的上升将会导致轴承冷态装配时的内环过盈量选取、轴承径向油隙的选取难度增大。因此，如何解决轴承内环工作温度过高的问题是影响发动机安全性和寿命的一个重要技术问题。
此外，地面燃气轮机、航空发动机在地面冷态启动时，轴承腔往往处于一个“干油池”的状态，考虑到滑油箱内滑油向轴承腔内轴承供给滑油的延迟滞后现象，如何保证机器启动状态时滑油的预供给也是一个突出的难点技术性问题。另外，当发动机遇到紧急停车，附件箱滑油供给系统会紧急停止，此时，也需要轴承腔内设计有相关的兜油结构，实现对轴承进行补充润滑、冷却，保证停车过程中的轴承安全、可靠运转。这些要求均在相关的国军标或者行业使用规范中进行了规定。因此，有效实现轴承腔内滑油的预供给，也是影响燃气轮机、航空发动机可靠性进一步提升的关键。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种应用于发动机高温侧轴承腔内的调整垫结构，用以实现发动机高温侧轴承腔内滑油的冷态启动供给以及轴承内环跑道的低温控制。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种应用于发动机高温侧轴承腔内的调整垫结构，所述发动机高温侧轴承腔内设置有套设在涡轮轴上的轴承、调整垫和封严蓖齿环，所述调整垫的一个端面抵接封严蓖齿环，另一个端面抵接封轴承跑道内环，所述调整垫通过其内环圆柱面过盈配合在所述涡轮轴上并实现传扭，所述封严蓖齿环的内侧为热端涡轮转动部件，其特征在于，至少在所述调整垫的、与轴承跑道内环相抵接的一个端面上设置有多个齿形凹槽，所述齿形凹槽的深度至少需保证所述调整垫端面热阻的提高，以及发动机停车后在所述齿形凹槽内能够积存液态滑油，发动机冷态启动瞬间轴承用滑油的供给。
进一步地，在所述调整垫的端面上沿周向均匀布置。
进一步地，各所述齿形凹槽的齿形相同或不相同。
进一步地，所述调整垫的两个端面上均设置有齿形凹槽。
进一步地，各所述齿形凹槽的凹态齿形为圆弧齿形、三角齿形或者矩形凹齿中的一种或者几种方式的组合。主要目标为保证减少与对象件的接触面积以降低热传导、积攒滑油以用于发动机/燃气轮机冷态启动。
进一步地，各所述齿形凹槽的深度、宽度通过预供给滑油的要求以及热传导热量降低的要求进行选择。
进一步地，所述调整垫应当具有一定的径向厚度和轴向宽度，保证在旋转轴端头的螺母拧紧力矩的作用下不发生有害的零件变形。相比传统的调整垫，此类调整垫应当具有较大的轴向宽度，以保证各型凹齿状齿形的加工。
优选地，所述调整垫选取具有磁性的材料，保证端面可以采用平面磨床进行加工。在加工工艺中要关注对零件端面平面度以及端面粗糙度的控制。
优选地，所述调整垫的内环圆柱面采用内圆磨的方式进行加工，保证内孔与对象件的过盈配合。调整垫的传扭通过位于旋转轴端头的拧紧螺母所施加的拧紧力矩最终实现。
进一步地，所述发动机为燃气轮机或航空发动机。
本发明的应用于发动机高温侧轴承腔内的调整垫结构，其端面齿形凹槽的结构形式，可以保证在发动机停车后，齿形凹槽内可以积累一定的液态滑油，液态滑油的留存可以保证发动机冷态启动瞬间轴承用滑油的供给。这在发动机高原低温起飞或高温起飞状态下极为有利，以为在低温环境下，滑油管路容易冻结；而在高温环境下滑油粘性显著增加，这些因素均会造成发动机启动时滑油不能瞬间实现可靠地供给。
与传统的调整垫结构相比，本发明的应用于发动机高温侧轴承腔内的调整垫结构具有结构简单、加工成本低以及功能全面的优点，可以实现降低高温零件导热并提供发动机冷态启动所需滑油的双重功效，能够更为有效地控制轴承内环的温度并满足发动机冷态启动状态的轴承滑油供给。
本发明的调整垫结构，可广泛应用于地面燃气轮机、航空发动机等领域，能够降低高温旋转部件向轴承腔内轴承跑道内环导热。通过使用该结构，可以有效降低高温零件向轴承跑道内环的导热，保证轴承跑道内环的低温状态,减少工作时冷却用滑油的消耗；同时可以减小轴承跑道内环冷态装配时与对象件的过盈量，避免轴承跑道内环与对象件零件分解时的擦伤风险。这对于追求进一步降低滑油消耗量的高性能地面燃气轮机或者航空发动机具有重要的工程应用意义。
附图说明
图1为本发明应用于发动机高温侧轴承腔内的调整垫结构位置示意图。
图2为本发明的一种圆弧齿形凹齿调整垫结构示意图。
图3为本发明的一种矩形凹齿调整垫结构示意图。
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，下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。需要说明的是，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本实施例是在航空发动机高压后支点轴承腔中使用本发明的调整垫结构的设计方案。在该实施例中，发动机高温侧轴承腔内设置有套设在高压涡轮轴1上的高压后支点棒轴承8、调整垫6和封严蓖齿环5，高压后支点棒轴承8进一步设置在轴承座9内，轴承座9上配套设置供油喷嘴组件，调整垫6的一个端面抵接封严蓖齿环5，另一个端面抵接高压后支点棒轴承8的高压轴系后支点轴承跑道内环7，调整垫6通过其内环圆柱面过盈配合在高压涡轮轴1上并实现传扭，封严蓖齿环5的内侧为高压涡轮盘2，高压涡轮盘2上设置有通过榫头/榫齿结构及叶片锁片3固定的高压涡轮叶片4，高压轴系后支点轴承跑道内环7的另一侧依次设置锁片10、压紧螺母11和拧紧螺母12。在高压涡轮叶片4和高压涡轮盘2的榫头/榫齿位置处接触热阻的作用下，主流通道内高温燃气的温度通过高压涡轮叶片4向高压涡轮盘2传递。并通过各类零件端面的接触导热依次通过封严蓖齿环5、调整垫6最终传递到发动机高温侧轴承腔内的轴承跑道内环7。至少在调整垫6的与轴承跑道内环7相抵接的一个端面上设置有多个沿周向均匀布置的齿形凹槽61，各齿形凹槽61的齿形可以相同或不相同，优选地，调整垫6的两个端面均设置齿形凹槽61，齿形凹槽61的深度至少需保证调整垫端面热阻的提高，以及发动机停车后在所述齿形凹槽61内能够积存液态滑油，发动机冷态启动瞬间轴承用滑油的供给。调整垫6的端面齿形凹槽61的主要功能为，一是利用调整垫两端凹齿和圆弧齿等各类齿形的凹态形状，减少其与两端零件的端面接触面积，从而降低高温热端旋转部件向轴承内环跑道的导热量，进而降低轴承跑道的温度；二是利用调整垫两端的各类凹态齿形，在发动机或燃气轮机停车过程中，在凹态齿形内积攒一定的滑油。所积攒的滑油在机器冷运转启动时会及时供给其所处轴承腔内的轴承使用，消除由于滑油管路冻结、滑油管路过长而造成的滑油延迟供给现象，保证滑油的及时供给。即，保证轴承腔所在油池处于一种“湿油池”的状态。
位于调整垫6端面的齿形凹槽61可以有效减小调整垫6与对象件的端面接触面积，进而有效降低从高压涡轮盘2通过封严蓖齿环5端面向调整垫6以及轴承跑道内环7的热传导。当燃气轮机、航空发动机地面停车时，一部分滑油被积攒在、调整垫结构6的端面凹齿内，当燃气轮机、航空发动机再一次冷态启动时，这些积攒的滑油会在离心力作用下向外甩动。通过各类齿形的设计和齿型参数的优化，滑油的“抛甩”方向会得到优化，使得这股被“抛甩”的滑油会向轴承侧运动，从而最终实现轴承腔内轴承的预润滑，避免轴承启动时的干式摩擦，延长轴承的寿命。
调整垫端面齿形凹槽61的齿形可设计为如图2所示的圆弧齿形，也可以设计为如图3所示的矩形凹齿，或者是三角齿形或其他的齿形，可以是这些齿形的任何一种方式或者几种方式的组合。通过端面齿型布置方案优化组合，达到最优的零件接触热阻降低以及滑油预供给的结构设计效果。最终实现轴承跑道内环的低温工作条件以及机器冷态启动时的滑油预供给。
齿形凹槽61的深度、宽度通过预供给滑油的要求以及热传导热量降低的要求进行选择。调整垫6应当具有一定的径向厚度和轴向宽度，保证在旋转轴端头的螺母拧紧力矩的作用下不发生有害的变形。相比传统的调整垫，此类调整垫应当具有较大的轴向宽度，以保证各型凹齿状齿形的加工。优选地，调整垫6选取具有磁性的材料，保证端面可以采用平面磨床进行加工。在加工工艺中要关注对零件端面平面度以及端面粗糙度的控制。调整垫6的内环圆柱面采用内圆磨的方式进行加工，保证内孔与对象件的过盈配合。调整垫的传扭通过位于旋转轴端头的拧紧螺母所施加的拧紧力矩最终实现。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种应用于发动机高温侧轴承腔内的调整垫结构，所述发动机高温侧轴承腔内设置有套设在涡轮轴上的轴承、调整垫和封严蓖齿环，所述封严蓖齿环的内侧为热端涡轮转动部件，所述调整垫的一个轴向端面抵接所述封严蓖齿环的外侧，另一个轴向端面抵接所述轴承的轴承跑道内环，所述调整垫通过其内环圆柱面过盈配合在所述涡轮轴上并实现传扭，其特征在于，至少在所述调整垫的与所述轴承跑道内环相抵接的轴向端面上设置有多个沿周向均匀布置的齿形凹槽，所述齿形凹槽的深度至少需保证所述调整垫端面热阻的提高，以及保证发动机停车后在所述齿形凹槽内能够积存液态滑油，使得发动机冷态启动瞬间轴承用滑油由积存在所述齿形凹槽内的液态滑油供给。
2.根据权利要求1所述的调整垫结构，其特征在于，各所述齿形凹槽的齿形相同或不相同。
3.根据权利要求1所述的调整垫结构，其特征在于，所述调整垫的两个端面上均设置有齿形凹槽。
4.根据权利要求1或3所述的调整垫结构，其特征在于，各所述齿形凹槽的凹态齿形为圆弧齿形、三角齿形或者矩形凹齿中的一种或者几种方式的组合。
5.根据权利要求1或3所述的调整垫结构，其特征在于，各所述齿形凹槽的深度、宽度通过预供给滑油的要求以及热传导热量降低的要求进行选择。
6.根据权利要求1所述的调整垫结构，其特征在于，所述调整垫应当具有一定的径向厚度和轴向宽度，保证在涡轮轴端头的螺母拧紧力矩的作用下不发生有害的零件变形。
7.根据权利要求1所述的调整垫结构，其特征在于，所述调整垫选取具有磁性的材料，保证端面能够采用平面磨床进行加工，在加工工艺中要关注对零件端面平面度以及端面粗糙度的控制。
8.根据权利要求1所述的调整垫结构，其特征在于，所述调整垫的内环圆柱面采用内圆磨的方式进行加工，以保证调整垫的内环圆柱面与涡轮轴的过盈配合。
9.根据权利要求1所述的调整垫结构，其特征在于，所述发动机为地面燃气轮机或航空发动机。
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