CN107060907B - 一种轴承座隔热结构及具有该结构的燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴承座隔热结构及具有该结构的燃气涡轮发动机。隔热结构主要应用于燃气涡轮发动机；其主要包括：在燃气涡轮发动机的高温壁面与轴承座之间设置有一隔热罩。所述轴承座上设置有连通封严腔和低压区的导流通孔。所述封严腔设置有分流孔，所述分流孔连通所述轴承座上的所述导流通孔。所述隔热罩与所述高温壁面之间有一间距，所述隔热罩与所述轴承座的外壁面之间有一间距，所述隔热罩将轴承座与高温壁面之间的空间隔断为上下两层。

Description

一种轴承座隔热结构及具有该结构的燃气涡轮发动机

技术领域

本发明涉及轴承座的隔热技术，特别是一种应用于燃气涡轮发动机的轴承座隔热结构及具有该结构的燃气涡轮发动机。

背景技术

在燃气涡轮发动机的轴承座设计中，轴承B通过轴承座1连接供油管T，由供油管T向轴承B提供滑油，如图1所示。受滑油工作温度的使用限制，需将轴承座1的滑油温升限制在一定范围内(约30℃)。滑油温升主要取决于轴承B的摩擦生热、零件导热(主要是涡轮流道中的高温燃气H的高温壁面3向轴承座1的热传导)/热辐射(主要是高温壁面3向轴承座1的外壁面的热辐射)和轴承座1内部的滑油封严引气C的量三个影响因素。其中，通过改进结构设计，可减少零件导热/热辐射加热量和封严引气C的量对滑油温升的负面影响。

现有技术中的一种方案是，通过延长零件导热的路径以增加热传导阻力，可减低涡轮流道中的高温燃气H向轴承座1传导的热量，如图1的C型结构S。该C型结构S壁厚较小，具有热节流的作用，可减少高温壁面3向轴承座1的热量传递。在图1所示的结构中，高温壁面3的外侧受到涡轮流道燃气直接加热，其壁面温度较高，高温壁面3通过辐射加热的方式向轴承座1外壁面传递热量。通常，为减少辐射加热量，在高温壁面3与轴承座1的外壁面之间的空间引入冷气(冷气温度一般在200℃到300℃范围内)。在引入冷气之后，高温壁面3的内侧受到冷却壁温略有降低，从而减少高温壁面3向轴承座1的热辐射量。

然而在轴承座1的外壁面的环型空间引入冷气以降低高温壁面3的温度，虽有助于减少高温壁面3对轴承座1的外壁面的辐射加热，但考虑到冷气温度一般在200℃以上，以及冷气流动强化了轴承座1的外壁面的对流换热系数，从而冷气向轴承座1(轴承座1温度低，其内部的滑油温度约为100℃)以对流换热方式的传热得到了增强，因此结构设计上，对轴承座1的辐射换热和对流换热均需要考虑。

除此之外，为了保护轴承B和滑油免受发动机的气流环境的损害以及防止滑油外流，一般需要通入封严引气C。当滑油的封严引气C的温度大于200℃时，鉴于滑油的供油温度仅为100℃左右，封严引气C进入轴承座1内空间之后必然加热滑油(封严引气C和滑油在轴承空间内部掺混)，为减少轴承座1的热负荷，需严格控制封严引气C的量。

因此，需要设计一种轴承座隔热结构，将通过轴承座1的滑油温升限制在一定范围内，其能够有效降低燃气涡轮发动机(主要是涡轮流道的高温壁面3)对轴承座1传热，并且能够平衡对轴承座1的辐射换热和对流换热，以及能够将封严引气C的量控制在较低的水平。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种轴承座隔热结构，以及一种应用该结构的燃气涡轮发动机，以减少燃气涡轮发动机中轴承的滑油的热负荷。

本发明提供一种轴承座隔热结构，应用于燃气涡轮发动机。其包括：在燃气涡轮发动机的高温壁面与轴承座之间设置有一隔热罩。在轴承座上设置有连通封严腔和低压区的导流通孔。以及封严腔设置有分流孔，分流孔连通轴承座上的导流通孔。其中隔热罩与高温壁面之间有一间距，隔热罩与轴承座的外壁面之间有一间距，隔热罩将轴承座与高温壁面之间的空间隔断为上下两层。轴承座隔热结构通过隔热罩减少高温壁面向轴承座的外壁面的热辐射，从而降低轴承座内滑油的热负荷。通过导流通孔和分流孔的设置，降低通入轴承的封严引气的量，使封严引气与滑油混合时滑油的温升控制在设计范围内。

在本发明的一个实施例中，高温壁面，在轴承座靠近燃气涡轮发动机的高速旋转件一侧，通过一C型结构与轴承座连接。C型结构与高温壁面之间有一气密连接结构，C型结构自高温壁面沿高速旋转件的形状走向延伸，再折向延伸向轴承座，并连接轴承座。

在本发明的一个实施例中，高温壁面，在轴承座远离燃气涡轮发动机的高速旋转件一侧，通过一折臂结构与轴承座连接。折臂结构自高温壁面向轴承座延伸，斜向偏折一段之后再向轴承座延伸，并连接轴承座。

在本发明的一个实施例中，高温壁面，在中部位置向折臂结构斜向延伸出一长斜臂结构，连接轴承座。

在本发明的一个实施例中，隔热罩与高温壁面之间的间距最小值为5mm；隔热罩与轴承座的外壁面之间的间距最小值为5mm。

在本发明的一个实施例中，隔热罩外部蒙皮为金属薄片，金属薄片的发射率小于0.3。

在本发明的一个实施例中，隔热罩内部填充有隔热材料，隔热材料的导热系数小于1瓦/米·开；隔热材料的厚度为3mm至20mm。

在本发明的一个实施例中，分流孔为圆孔，孔径为2mm至6mm。

在本发明的一个实施例中，导流通孔和分流孔为多个；导流通孔和分流孔的数量一致；以导流通孔延伸的方向为轴向，导流通孔在轴承座上周向分布，分流孔在封严腔与轴承座接触的壁面上周向分布；导流通孔和分流孔数量为2至5个。

本发明还提供一种燃气涡轮发动机，具有上述的轴承座隔热结构。

本发明的有益效果在于：由于隔热罩的设置，显著地减少了轴承座外壁面接受的热流，间接减少流过轴承座的滑油的热负荷。同时，通过分流孔-导流通孔的设置对封严腔的气流压力进行卸荷，可大幅减少封严引气的量，直接减少滑油的热负荷。此外，轴承座外壁面的空间内未引入冷气，节省了发动机的冷却用气，从而有利于提高发动机的总体性能。

附图说明

图1为现有技术中的一种降低向轴承座传热的单侧局部结构的示意图；

图2为本发明的一个实施例的单侧局部结构示意图；

图3为图2的局部放大示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，通过本发明的具体实施例对本发明所提供的技术方案进行详细说明，以供本领域技术人员对本发明进行更明确的了解。需要说明的是，以下实施例所提供的技术方案及说明书附图仅供对本发明进行说明使用，并非用于对本发明加以限制。以下实施例及附图中，与本发明非直接相关的元件、步骤均已省略而未示出；且附图中各元件间的尺寸关系仅为求容易了解，非用以限制实际比例。

以下详细叙述本发明的一实施例，从而对本发明所提供的技术方案进行详细说明，以供本领域技术人员对本发明进行更明确的了解。

参见图2和图3，图2为本发明的一个实施例的单侧局部结构示意图；图3为图2的局部放大示意图。如图2所示，本发明提供一种应用于燃气涡轮发动机的轴承座1隔热结构。具体的，整个结构主要包括：在热辐射的优化设计方面，在燃气涡轮发动机的高温壁面3与轴承座1之间设置了一隔热罩2，以减低高温壁面3对轴承座1的热辐射，从而间接影响对滑油的温升。在封严引气C优化设计方面，在轴承座1上设置了连通封严腔4和低压区L的导流通孔11，以及在封严腔4设置了连通轴承座1上的导流通孔11的分流孔(图中未示出)，使通向轴承B最终与轴承B内滑油掺混的封严引气C由于一部分通过分流孔-导流通孔11的路径流向低压区L，而使最终通向轴承B的封严引气C的量减少，达到控制封严引气C的量，最终控制滑油温升的目的。

其中隔热罩2为一环形壳体，环设于高温壁面3和环形的轴承座1之间，隔热罩2通过一螺栓结构连接于环形的轴承座1的外壁面。隔热罩2将高温壁面3和轴承座1之间的空间隔断为上下两层，隔热罩2与高温壁面3之间有一间距S1，隔热罩2与轴承座1之间有一间距S2。其中S1和S2在本实施例中均为5mm。本领域技术人员根据实际需求，以及隔热罩2的形制，可自由调整S1和S2，保证其不小于5mm即可。本发明并不以5mm为限。

在本实施例中，隔热罩2外部蒙皮为表面光亮的金属薄片，金属薄片的发射率小于0.3。隔热罩2内部填充有隔热材料，隔热材料的导热系数小于1瓦/米·开，隔热材料的厚度为3mm至20mm。然而本领域技术人员可以理解，以上隔热罩2的规格和选材等，是为本实施例根据具体需要选用的数值。本领域技术人员在实际应用中，可根据实际需求进行调整，本发明并不以本实施例所提供的数据为限。

在本发明中，轴承座1上设置有连通封严腔4和低压区L的导流通孔11，在封严腔4与轴承座1接触的壁面上设置有连通导流通孔11的分流孔。其中导流通孔11连通的低压区L一般为轴承座1后侧的腔室。由于分流孔的设置，封严气体C在进入封严腔4后，由于封严腔4和轴承座1的导流通孔11内部之间存在压力差，一部分封严气体C经过分流孔，流向轴承座1上的导流通孔11，最终流向上述低压区L。最终仅有一部分进入封严腔4的气体能够正向流出封严腔4成为封严引气C通向轴承所在的空间。实现了将封严引气C的量控制在较低的水平的目的。在一些实施例中，封严引气C的量可减少约40％。

在本发明中，导流通孔11和分流孔可以为多个。以导流通孔11延伸的方向为轴向，轴承座1为周向环形固定件，封严腔4为高速旋转件R和轴承座1之间形成的环形空腔，导流通孔11在轴承座1上周向间隔分布，分流孔在封严腔4与轴承座1接触的壁面上周向分布；导流通孔11和分流孔的数量应当一致，能够一一对应。导流通孔11和分流孔数量为2至5个。在本实施例中，导流通孔11和分流孔均为圆孔，孔径为2mm至6mm。

上述导流通孔11和分流孔的数量和规格，本领域技术人员可以根据实际情况选择，本发明并不以本实施例的数据为限。

除上述结构外，在一些实施例中，本发明的轴承座1隔热结构在增加零件导热热阻方面也做了改进：高温壁面3通过C型结构31、长斜臂结构33和折臂结构32连接轴承座1。如图2、图3所示的，高温壁面3在轴承座1靠近燃气涡轮发动机的高速旋转件R一侧，通过一C型结构31与所述轴承座1连接。C型结构31与高温壁面3之间有一气密连接结构，C型结构31自高温壁面3沿高速旋转件R的形状走向延伸，再折向延伸向轴承座1，并连接轴承座1。高温壁面3在轴承座1远离燃气涡轮发动机的高速旋转件R一侧，通过一折臂结构32与轴承座1连接。折臂结构32自高温壁面3向轴承座1延伸，斜向偏折一段之后再向轴承座1延伸，并连接轴承座1。高温壁面3在中部位置向折臂结构32斜向延伸出一长斜臂结构33，长斜臂结构33连接轴承座1的一端与折臂结构32贴合，共同连接轴承座1。C型结构31、折臂结构32、长斜臂结构33均为薄壁结构，壁厚较小(小于高温壁面3)，具有热节流的作用，可减少高温壁面3向轴承座1的热量传递。在本实施例中，折臂结构32、长斜臂结构33以及隔热罩2在同一位置通过一螺栓结构共同连接轴承座1。本领域技术人员也可根据实际情况，选择其他的连接形式以及和轴承座1的连接位置，本发明并不以此为限。

本发明还提供一种燃气涡轮发动机，其应用如上所述的轴承座隔热结构。可应用于航空、船舶、车辆、发电机组等，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，本发明并不以此为限。

通过上述实施例的说明，本领域技术人员可以理解，本发明的轴承座隔热结构及应用该结构的燃气涡轮发动机的有益效果在于：在燃气涡轮发动机的高温壁面3对轴承座1的热量传导方面，直接热量传导由于增加了零件导热热阻，得到了有效降低，从而间接降低了通过轴承座1流向轴承的滑油的温度；在对轴承座1的辐射热方面，由于隔热罩2的设置，显著地减少了轴承座1外壁面接受的热流，也间接的减少滑油的热负荷。同时，通过分流孔-导流通孔11对封严腔4的气流压力进行卸荷，可大幅减少封严引气C的量，可直接减少滑油的热负荷。此外，轴承座1外壁面的空间内未引入冷气，节省了发动机的冷却用气，从而有利于提高发动机的总体性能。

以上为本发明所提供的轴承座隔热结构及应用该结构的燃气涡轮发动机的一些实施例，通过实施例的说明，相信本领域技术人员能够了解本发明的技术方案及其运作原理。然而以上仅为本发明的优选实施例，并非对本发明加以限制。本领域技术人员可根据实际需求对本发明所提供技术方案进行适当修改，所做修改及等效变换均不脱离本发明所要求保护的范围。本发明所要求保护的权利范围，当以所附的权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种轴承座隔热结构，应用于燃气涡轮发动机，包括连接轴承座和发动机涡轮流道的高温壁面的C型结构、折臂结构和长斜臂结构；其特征在于，包括：

在燃气涡轮发动机的高温壁面与轴承座之间设置有一隔热罩；

所述轴承座上设置有连通封严腔和低压区的导流通孔；

所述封严腔设置有分流孔，所述分流孔连通所述轴承座上的所述导流通孔；

所述隔热罩与所述高温壁面之间有一间距，所述隔热罩与所述轴承座的外壁面之间有一间距，所述隔热罩将轴承座与高温壁面之间的空间隔断为上下两层；

所述轴承座隔热结构通过隔热罩减少高温壁面向轴承座的外壁面的热辐射，从而降低轴承座内滑油的热负荷；通过所述导流通孔和所述分流孔的设置，降低通入轴承的封严引气的量，使封严引气与滑油混合时滑油的温升控制在设计范围内。

2.如权利要求1所述的轴承座隔热结构，其特征在于，所述高温壁面在轴承座靠近所述燃气涡轮发动机的高速旋转件一侧，通过所述C型结构与所述轴承座连接；

所述C型结构与所述高温壁面之间有一气密连接结构，所述C型结构自所述高温壁面沿所述高速旋转件的形状走向延伸，再折向延伸向轴承座，并连接所述轴承座。

3.如权利要求1所述的轴承座隔热结构，其特征在于，所述高温壁面在轴承座远离所述燃气涡轮发动机的高速旋转件一侧，通过所述折臂结构与所述轴承座连接；

所述折臂结构通过一螺栓连接所述高温壁面，所述折臂结构自所述高温壁面向所述轴承座延伸，斜向偏折一段之后再向轴承座延伸，并连接所述轴承座。

4.如权利要求1所述的轴承座隔热结构，其特征在于，所述长斜臂结构在所述高温壁面的中部位置向所述折臂结构斜向延伸出所述高温壁面，连接所述轴承座。

5.如权利要求1所述的轴承座隔热结构，其特征在于，所述隔热罩与所述高温壁面之间的间距最小值为5mm；所述隔热罩与所述轴承座的外壁面之间的间距最小值为5mm。

6.如权利要求1所述的轴承座隔热结构，其特征在于，所述隔热罩外部蒙皮为金属薄片，所述金属薄片的发射率小于0.3。

7.如权利要求1所述的轴承座隔热结构，其特征在于，所述隔热罩内部填充有隔热材料，所述隔热材料的导热系数小于1瓦/米·开；所述隔热材料的厚度为3mm至20mm。

8.如权利要求1所述的轴承座隔热结构，其特征在于，所述分流孔和所述导流通孔均为圆孔，孔径为2mm至6mm。

9.如权利要求1所述的轴承座隔热结构，其特征在于，所述导流通孔和所述分流孔为多个；所述导流通孔和所述分流孔的数量一致；以导流通孔延伸的方向为轴向，所述导流通孔在所述轴承座上周向间隔分布，所述分流孔在所述封严腔与所述轴承座接触的壁面上周向分布；所述导流通孔和所述分流孔数量为2至5个。

10.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，具有如权利要求1-9中任一项所述的轴承座隔热结构。