CN107044480A - 具有排放圈和压膜阻尼器的轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有排放圈和压膜阻尼器的轴承。具体而言，一种轴承装置(28,128)包括：包括相对于第二圈(88)可旋转的第一圈(92)的轴承(40)，其中第一圈(92)包括延伸穿过其间的一个或多个排放通路(98)；以及连接到第一圈(92)的压膜阻尼器，压膜阻尼器包括由油排放通道分开的第一压膜空间和第二压膜空间(66,68,166,168)，油排放通道与第一圈(92)的一个或多个排放通路(98)连通。

Description

具有排放圈和压膜阻尼器的轴承
关于联邦政府资助研发的声明
依照美国空军部门授予的合同号FA8650-09-D-2922，美国政府可具有此发明中的一定权利。
技术领域
本发明大体上涉及滚动元件轴承，并且更具体地涉及将此轴承安装在燃气涡轮发动机中。
背景技术
燃气涡轮发动机包括一个或多个轴，其安装成用于在通常滚动元件类型的若干轴承中旋转。轴承包围在称为"贮槽"的封壳中，封壳加压且供有油流来用于润滑和冷却。燃气涡轮发动机中的轴承通常为滚柱和滚珠轴承的组合。滚柱轴承与轴的径向负载起作用，且滚珠轴承与径向负载和推力负载起作用。
在操作中，轴经历由转子和轴失衡和由自激励的涡旋(即，动态不稳定性)引起的振动和动态负载。已知的是，在涡轮机领域中使用压膜轴承阻尼器来减小由高速转子动态引起的不利的振动。通常，滚动元件轴承的外圈以小径向空隙配合。空隙填充有油，且流体动力由轴承的运动在失衡或其它激励的影响下生成。压膜作用为非线性弹簧和阻尼器系统，其可显著地减小动态负载且抑制动态不稳定。通常，压膜阻尼器将设有活塞环来限制油从空隙泄漏。
还已知的是向滚动元件轴承的外圈提供排放孔，润滑油可通过排放孔逸出。此"排放的外圈轴承"已知会减少轴承热生成。使排放的外圈与典型的双活塞环压膜阻尼器组合将会有问题，因为周向油膜将干扰轴承油排放孔。
因此，仍需要一种结合排放的外圈和压膜阻尼器两者的功能的轴承。
发明内容
此需要由结合排放的外圈和压膜阻尼器的滚动元件轴承解决。
技术方案1. 一种轴承装置，包括：
轴承，其包括相对于第二圈可旋转的第一圈，其中所述第一圈包括延伸穿过其间的一个或多个排放通路；以及
连接到所述第一圈的压膜阻尼器，所述压膜阻尼器包括由油排放通道分开的第一压膜空间和第二压膜空间，所述油排放通道与所述第一圈的一个或多个排放通路连通。
技术方案2. 根据技术方案1所述的装置，其中，所述第一圈为包绕所述第二圈的外圈。
技术方案3. 根据技术方案1所述的装置，其中，所述轴承为具有设置在所述第一圈与所述第二圈之间的多个滚动元件的滚动元件轴承。
技术方案4. 根据技术方案3所述的装置，其中，所述滚动元件为滚珠。
技术方案5. 根据技术方案1所述的装置，其中，所述装置还包括静止框架，其中：
所述压膜阻尼器连接到所述框架；且
所述第一圈连接到所述压膜阻尼器。
技术方案6. 根据技术方案1所述的装置，其中，所述压膜阻尼器包括：
环形轴承支撑件；以及
环形轴承支座，其具有分别定位在所述轴承支撑件的径向内侧和外侧的内环和外环，其中所述第一圈为所述轴承的外圈且接纳在所述轴承支座的内环中。
技术方案7. 根据技术方案6所述的装置，其中，所述内环和所述外环由端壁连接，共同形成U形。
技术方案8. 根据技术方案6所述的装置，其中，所述压膜空间限定在所述轴承支撑件与所述轴承支座的内环之间。
技术方案9. 根据技术方案6所述的装置，其中，所述轴承支座包括由一个或多个紧固件夹持到所述轴承支撑件的凸缘的沿径向延伸的安装凸缘。
技术方案10. 根据技术方案6所述的装置，其中，所述轴承支撑件包括与所述第一压膜空间和所述第二压膜空间连通的环形的第一油歧管和第二油歧管。
技术方案11. 根据技术方案10所述的装置，其中，所述轴承支撑件包括沿轴向延伸穿过其间且与所述第一油歧管和所述第二油歧管连通的给油道。
技术方案12. 根据技术方案6所述的装置，其中，所述装置还包括沿径向延伸穿过所述轴承支座且分别与所述第一压膜空间和所述第二压膜空间连通的第一给油管和第二给油管。
技术方案13. 根据技术方案12所述的装置，其中，各个给油管接纳在形成于所述轴承支撑件中的端口中。
技术方案14. 根据技术方案13所述的装置，其中，各个端口与所述压膜空间中的一个连通。
技术方案15. 根据技术方案6所述的装置，其中，所述轴承支撑件和所述轴承支座各自包括设置成与所选择的圈的一个或多个排放通路流体连通的一个或多个传输通路。
技术方案16. 根据技术方案1所述的装置，其中，各个压膜空间包括设置在形成于包绕结构中的凹槽中的一对间隔开的密封环。
技术方案17. 根据技术方案1所述的装置，其中，各个压膜空间包括邻近限定所述压膜空间的表面中的一个的通道。
技术方案18. 根据技术方案1所述的装置，其中，所述装置还包括形成在所述轴承的第二圈中的一个或多个供油通路。
技术方案19. 根据技术方案1所述的装置，其中，所述装置还包括安装在所述轴承的第二圈中的轴。
技术方案20. 根据技术方案1所述的装置，其中，所述压膜阻尼器为弹性支撑件的一部分。
技术方案21. 根据技术方案1所述的装置，其中，所述压膜阻尼器包括：
环形轴承支撑件；以及
轴承支座，其具有沿径向邻近所述轴承支撑件定位的环，其中所述第一圈接纳在所述轴承支座的环中，且其中所述第一压膜空间和所述第二压膜空间限定在所述轴承支撑件和所述轴承支座之间。
附图说明
本发明可连同附图参照以下描述来最佳地理解，在附图中：
图1为燃气涡轮发动机的示意性截面视图；
图2为供图1的发动机使用的轴承装置的示意性截面视图；以及
图3为备选轴承装置的示意性截面视图。
零件清单
10 燃气涡轮发动机
11 纵轴线
12 风扇
14 低压压缩机
16 低压涡轮
18 内轴
20 高压压缩机
22 燃烧器
24 高压涡轮
26 外轴
28 轴承装置
30 结构框架
32 凸缘
34 轴承支撑件
36 内表面
38 外表面
40 轴承
42 轴承支座
44 内环
46 外环
48 端壁
50 内面
52 外面
54 安装凸缘
56 安装孔
58 紧固件
60 弹性臂
62 内传输通路
64 外传输通路
66 前压膜空间
68 后压膜空间
72 前油歧管
74 传输孔
76 密封凹槽
78 密封环
82 后油歧管
84 传输孔
86 给油道
88 内圈
90 滚珠
92 外圈
94 保持器
96 供油通路
98 排放通路
128 轴承装置
132 环形凸缘
134 环形轴承支撑件
136 内表面
138 外表面
139 衬套
141 内表面
142 轴承支座
144 内环
146 外环
148 端壁
150 内面
152 外面
154 安装凸缘
158 紧固件
162 内传输通路
163 中间传输通路
164 外传输通路
166 前压膜空间
168 后压膜空间
178 密封环
170 前通道
172 前端口
174 传输孔
175 前进给通路
176 密封凹槽
180 后通道
182 后端口
184 传输孔
185 后进给通路
187 前给油管
189 远端
191 密封件
193 后给油管。
具体实施方式
参看附图，其中相同的参考标号表示贯穿各个图的相同元件，图1绘出了燃气涡轮发动机10。发动机10具有纵轴线11，且包括风扇12、低压压缩机或"增压器14"和低压涡轮("LPT")16，其共同称为"低压系统"。
将注意的是，如本文使用的用语"轴向"和"纵向"两者是指平行于中心线轴线11的方向，而"径向"是指垂直于轴向方向的方向，且"切向"或"周向"是指共同垂直于轴向方向和切向方向的方向。如本文使用的用语"前方"或"前"是指发动机10中的相对上游或前方的位置，且用语"后方"或"后"是指发动机10中的相对下游或后方的位置。这些方向用语仅用于便于描述，且不需要由此描述的结构的特定定向。
LPT 16通过也称为"LP轴"的内轴18驱动风扇12和增压器14。发动机10还包括高压压缩机("HPC")20、燃烧器22和高压涡轮("HPT")24，共同称为"气体发生器"或"核心"。HPT24通过也称为"HP轴"的外轴26驱动HPC 20。高压系统和低压系统可以以已知方式操作来生成主流或核心流和风扇流或旁通流。尽管所示发动机10为高旁通涡扇发动机，但本文所述的主题同样适用于涡轮螺旋桨、涡轮喷气和涡轮轴发动机，以及用于其它运载工具或静止应用中的涡轮发动机。
内轴18和外轴26安装成用于在若干滚动元件轴承中旋转。轴承位于称为"贮槽"的发动机10的封闭部分中。图2示出了发动机10的一个贮槽的一部分。轴承装置28设置在贮槽中。外轴26由具有沿径向向内延伸的环形凸缘32的静止结构框架30(图1)包绕。分别具有相对的内表面36和外表面38的环形轴承支撑件34从凸缘32沿轴向向后延伸。滚动元件轴承40设置在轴承支撑件34与外轴26之间。轴承装置28仅为示例，且本文所述的原理可适用于任何轴承-轴支撑布置。
轴承支座42安装至凸缘32。轴承支座42为包括内环44、外环46和端壁48的环形结构。内环44相应地具有相对的内圈50和外圈52。在半截面中看时，内环44、外环46和端壁48共同形成窄"U"形。轴承支座42包绕轴承支撑件34，使得内环44设置在轴承支撑件34的径向内侧，且外环46设置在轴承支撑件34的径向外侧。外环46的一部分沿径向方向延伸以便限定安装凸缘54。外环46包括多个安装孔56，其接纳将外环46装固至凸缘32的紧固件58。
轴承支座42构造成相对于内环44的轴向偏转基本上是刚性的，同时允许内环44的受控径向偏转。轴承支座42因此可认作是弹性支撑件或回弹支撑件。轴承支座42的构造可改变为适于特定应用，特别是实现期望的径向刚度。回弹支撑件不必为U形的或包括内环和外环两者；等同于内环44的单个环可提供和支撑在部件的任何构造中，例如，诸如"L"形或"T"形。如本文使用的用语"刚度"是指每单位偏转所需的力或单位负载。举例来说，外环46可构造为其间具有空间的一系列沿轴向延伸的弹性臂60。
如下文更详细所述，轴承支座42和轴承支撑件34构造成将油排离轴承40。在所示的示例中，内环44包括沿径向延伸穿过其间的一个或多个内传输通路62，且轴承支撑件34包括一个或多个传输通路64。该一个或多个外传输通路64与该一个或多个内传输通路62流体连通。
内环44的外面52和轴承支撑件34的内表面36在其间具有小径向空隙，且共同地限定薄环形压膜空间。压膜空间分别由内传输通路62和外传输通路64分成前压膜空间66和后压膜空间68。在发动机操作期间，阻尼流体(诸如压力下的油)引入压膜空间66、68中。根据已知原理，任何转子失衡都可引起外轴26和轴承40经历径向运动，且使压膜空间66、68中的油经历很高的压力，从而迫使油的粘性流和对轴承40和外轴26的阻尼作用。该作用限制内环44和轴承40的偏转。
前压膜空间66通过一个或多个传输孔74连接到环形前油歧管72。为了密封前压膜空间66中的阻尼油，轴承支撑件34在其内表面36中包括一对间隔开的密封凹槽76。一对密封环78在传输孔74的前部和后部配合到密封凹槽76中，且适于接合内环44的外面52，从而密封前压膜空间66的前边界和后边界。其它功能等同的密封件可替换密封凹槽76和密封环78。
后压膜空间68通过一个或多个传输孔84连接到环形后油歧管82。为了密封后压膜空间68中的阻尼油，轴承支撑件34在其内表面36中包括一对间隔开的密封凹槽76。一对密封环78在传输孔84的前部和后部配合到密封凹槽76中，且适于接合内环44的外面52，从而密封后压膜空间68的前边界和后边界。
给油道86沿轴向延伸穿过轴承支撑件34，且与前油歧管72和后油歧管82连通。油歧管72、82可独立地或使用单个通道供油。
在所示的示例中，轴承40为滚珠轴承，其包括环形内圈88、一排球形滚珠90、环形外圈92和罩或保持器94。内圈88装固到外轴26以便其不会相对于其旋转，且外圈92装固到内环44以便其不会相对于其旋转。轴承40如上文所述构造，使得轴向负载(也称为推力负载)可从外轴26传输穿过轴承40和轴承支座42至框架30。
一个或多个供油通路96延伸穿过内圈88。在操作中，加压油可以以已知方式通过供油通路96供应至滚珠90。一个或多个排放通路98延伸穿过外圈92。排放通路98的目的在于允许油流出轴承40，将热与其一起带走。
一个或多个排放通路98与上文所述的内传输通路62流体连通。排放通路98、内传输通路62和外传输通路64共同限定用于流出且由发动机10的常规排放和吹扫系统(未示出)带走的油的排放通道。
在操作中，油分别通过前传输孔74和后传输孔84进入压膜空间66、68。作为阻尼功能的一部分，一些油自然会泄漏穿过密封环78来由排放和吹扫系统带走。排放的外圈92的油流通道在功能上与用于压膜空间66、68的油流通道分开，使得排放流不会干扰压膜空间66、68内的油。更具体而言，压膜阻尼器分成两个部分提供了上文所述的排放通道的物理容积。
图3示出了类似于上文所述的装置28的构造的用于安装轴承40的备选轴承装置128。未具体描述的轴承装置28的元件可认作等同于图2中所示的装置128。装置128包括从静止框架(未示出)沿径向向内延伸的环形凸缘132。具有相对的内表面136和外表面138的环形轴承支撑件134从凸缘132沿轴向向后延伸。在所示的示例中，环形衬套139安装在内表面136附近，且包括内表面141。滚动元件轴承40设置在轴承支撑件134与外轴26之间。
轴承支座142安装至凸缘132。轴承支座142为包括内环144、外环146和端壁148的环形结构。内环144相应地具有相对的内圈150和外圈152。在半截面中看时，内环144、外环146和端壁148共同形成窄"U"形。轴承支座142包绕轴承支撑件134，使得内环144设置在轴承支撑件134的径向内侧，且外环146设置在轴承支撑件134的径向外侧。外环146的一部分沿径向方向延伸，以便限定安装凸缘154。紧固件158将外环146装固至凸缘132。
如上文所述，轴承支座142构造成相对于内环144的轴向偏转基本上是刚性的，同时允许内环144的受控径向偏转。外环146可构造为其间具有空间的沿轴向延伸的弹性臂160的阵列。轴承支座142不必为U形的或包括内环和外环两者；等同于内环44的单个环可提供和支撑在部件的任何构造中，例如，如"L"形或"T"形。
轴承支座142和轴承支撑件134构造成将油排离轴承40。在所示的示例中，内环144包括沿径向延伸穿过其间的一个或多个内传输通路162，衬套139包括与该一个或多个内传输通路162连通的一个或多个中间传输通路163，且轴承支撑件134包括与该一个或多个内传输通路162和该一个或多个中间传输通路163连通的一个或多个外传输通路164。
内环144的外面152和衬套139的内表面141在其间具有小径向空隙，且共同地限定薄环形压膜空间。压膜空间相应地由下文所述的密封环178有效地分成前压膜空间166和后压膜空间168。在发动机操作期间，压膜空间166、168提供如上文所述的阻尼功能。
前压膜空间166包括与轴承支撑件134的内表面136连通的环形前通道170。前通道170通过一个或多个传输孔174与一个或多个前端口172连通。一个或多个前进给通路175延伸穿过衬套139且与前通道170连通。为了密封前压膜空间166中的密封阻尼油，轴承支座142的内环144在其外面152中包括一对间隔开的密封凹槽176。一对密封环178在前通道170的前部和后部配合在密封凹槽176中，且适于接合衬套139的内表面141，从而密封前压膜空间166的前边界和后边界。其它功能等同的密封件可替换密封凹槽176和密封环178。
后压膜空间168包括与轴承支撑件134的内表面136连通的环形后通道180。后通道180通过一个或多个传输孔184连接到一个或多个后端口182。一个或多个后进给通路185延伸穿过衬套139且与后通道180连通。为了密封后压膜空间168中的密封阻尼油，轴承支座142的内环144在其外面152中包括一对间隔开的密封凹槽176。一对密封环178在后通道180的前部和后部配合在密封凹槽176中，且适于接合衬套139的内表面141，从而密封后压膜空间168的前边界和后边界。
前给油管187沿径向延伸穿过轴承支撑件134，且具有接合在前端口172中且设有密封件191的远端189。后给油管193沿径向延伸穿过轴承支撑件134，且具有接合在后端口182中且设有密封件191的远端189。除使用替换给油道的供油管的供油构造之外，轴承装置128的功能与上文所述的轴承装置28大致相同。
上文所述的两个示例构造有安装在安装至静止结构的轴承的内圈和外圈中的轴。可构想出的是，修整的轴承圈和压膜阻尼器的组合可以以其它构造使用。例如，阻尼器可连接到内圈，且内圈可为排放的。此外，轴承可为内轴轴承，其安装在两个旋转轴之间，而非轴与静止结构之间。
上文所述的装置具有的技术效果在于允许具有排放的外圈和压膜阻尼器两者的滚动元件轴承在与常规阻尼但非排放的轴承相同的容积内。
前文描述了一种轴承装置。本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或工艺的所有步骤可以以除至少一些此类特征和/或步骤互斥的组合外的任何组合来组合。
本说明书中公开的各个特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)可由用于相同、等同或类似目的的备选特征替换，除非另外明确指出。因此，除非另外明确指出，则公开的各个特征仅为普通的一系列等同或类似特征的一个示例。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明延伸至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的任何新颖的一个特征、或任何新颖的特征组合，或延伸至如此公开的任何方法或工艺的任何新颖的一个步骤或任何新颖的步骤组合。

Claims (10)

1. 一种轴承装置(28,128)，包括：
轴承(40)，其包括相对于第二圈(88)可旋转的第一圈(92)，其中所述第一圈(92)包括延伸穿过其间的一个或多个排放通路(98)；以及
连接到所述第一圈(92)的压膜阻尼器，所述压膜阻尼器包括由油排放通道分开的第一压膜空间和第二压膜空间(66,68,166,168)，所述油排放通道与所述第一圈(92)的所述一个或多个排放通路(98)连通。
2.根据权利要求1所述的装置(28,128)，其特征在于，所述轴承(40)为具有设置在所述第一圈(92)与所述第二圈(88)之间的多个滚动元件(90)的滚动元件轴承。
3. 根据权利要求1所述的装置(28,128)，其特征在于，所述压膜阻尼器包括：
环形轴承支撑件(34,134)；以及
环形轴承支座(42,142)，其具有分别定位在所述轴承支撑件(34,134)的径向内侧和外侧的内环和外环，其中所述第一圈(92)为所述轴承(40)的外圈且接纳在所述轴承支座(42,142)的内环中。
4.根据权利要求3所述的装置(28,128)，其特征在于，所述轴承支撑件(34,134)包括与所述第一压膜空间和所述第二压膜空间(66,68)连通的环形的第一油歧管和第二油歧管(72,82)。
5.根据权利要求4所述的装置(28,128)，其特征在于，所述轴承支撑件(34,134)包括沿轴向延伸穿过其间且与所述第一油歧管和所述第二油歧管(72,82)连通的给油道(86)。
6.根据权利要求3所述的装置(28,128)，其特征在于，所述装置(28,128)还包括沿径向延伸穿过所述轴承支座(42,142)且分别与所述第一压膜空间和所述第二压膜空间(166,168)连通的第一给油管和第二给油管(187,193)。
7.根据权利要求3所述的装置(28,128)，其特征在于，所述轴承支撑件(34,134)和所述轴承支座(42,142)各自包括设置成与所选择的圈的一个或多个排放通路(98)流体连通的一个或多个传输通路(62,64,162,164)。
8.根据权利要求1所述的装置(28,128)，其特征在于，各个压膜空间包括设置在形成于包绕结构中的凹槽(76,176)中的一对间隔开的密封环(78,178)。
9.根据权利要求1所述的装置(28,128)，其特征在于，所述压膜阻尼器为弹性支撑件的一部分。
10. 根据权利要求1所述的装置(28,128)，其特征在于，所述压膜阻尼器包括：
环形轴承支撑件(34,134)；以及
轴承支座(42,142)，其具有沿径向邻近所述轴承支撑件(34,134)定位的环，其中所述第一圈(92)接纳在所述轴承支座(42,142)的环中，且其中所述第一压膜空间和所述第二压膜空间(66,68,166,168)限定在所述轴承支撑件(34,134)和所述轴承支座(42,142)之间。
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