CN107237692B - 鼓筒轴及装配有这种鼓筒轴的发动机冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鼓筒轴以及装配有这种鼓筒轴的发动机冷却系统，其中的鼓筒轴包括位于中央的中心轴、与中心轴连接的侧壁，侧壁围成内部中空的中心孔，侧壁上开设有通气孔，通气孔的进气口位于侧壁外周缘对应的第一外表面，通气孔的出气口位于侧壁轴向端面对应的第二外表面并邻近中心轴，且通气孔与中心孔由侧壁隔离。本发明通过在鼓筒轴的侧壁上设置与中心孔相互隔离的通气孔，将气流从鼓筒轴的外部引入到鼓筒轴外部的中心部位，气流不经由鼓筒轴内部的中心孔，因而空气中的砂尘也不会进入鼓筒轴的内部，不会在鼓筒轴的内壁积砂；发动机冷却系统中出气口流出的气流产生的旋流较小，随空气进入的砂尘不易与空气分离，会随空气继续流向后面的其它元件和装置，不会沉积在冷却空气流路内。

Description

鼓筒轴及装配有这种鼓筒轴的发动机冷却系统

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，特别地，涉及一种航空发动机的鼓筒轴以及装配有这种鼓筒轴的发动机冷却系统。

背景技术

直升机用航空发动机在有砂尘的环境使用时鼓筒轴内会积砂，当砂尘积累到一定程度后，砂尘突然剥落会破坏转子组件动平衡，导致发动机转子振动剧增，影响直升机安全可靠工作。

现有用于航空发动机的鼓筒轴的结构如图1所示，鼓筒轴径向有三个腰形孔1’，轴向有四个圆孔2’。

当航空发动机在有砂尘环境的地方工作时，细小砂尘会随冷却气流从腰形孔1’径向进入鼓筒轴内部，此时气流流动方向由径向变为轴向经圆孔2’轴向流出，且速度大幅降低，同时气流受高速转动的鼓筒轴影响而在鼓筒轴内产生旋流，随空气进入的砂尘在离心力作用下与空气分离，并沉积在鼓筒轴进气孔附近的内壁上。随着发动机工作时间的延长，积砂量增多，在进气孔附近的内壁处逐渐形成大的“鼓包”，当“鼓包”达到一定程度，因发动机的振动作用，砂尘突然剥落，使转子组件动平衡破坏，振动加剧并导致轴承损坏，影响发动机安全可靠工作。

发明内容

本发明提供了一种鼓筒轴，以解决鼓筒轴积砂的问题，从而保证航空发动机的安全可靠工作；本发明同时还提供一种装配有这种鼓筒轴的发动机冷却系统。

本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种鼓筒轴，包括位于中央的中心轴、与中心轴连接的侧壁，侧壁围成内部中空的中心孔，侧壁上开设有通气孔，通气孔的进气口位于侧壁外周缘对应的第一外表面，通气孔的出气口位于侧壁轴向端面对应的第二外表面并邻近中心轴，且通气孔与中心孔由侧壁隔离。

进一步地，通气孔呈直线型，且通气孔的延长线与中心轴的中心线相交。

进一步地，第二外表面凹设有两个凹槽，两个凹槽分别位于出气口的两侧。

进一步地，第一外表面凸设有两个固定部，进气口位于两个固定部之间。

进一步地，侧壁上还设有连通中心孔与鼓筒轴外部的平衡气孔，平衡气孔的进气端位于第二外表面。

可选地，平衡气孔与通气孔分别位于中心轴的相对两侧。

根据本发明的另一方面，还提供了一种装配有上述鼓筒轴的发动机冷却系统，包括离心压气机和套设于离心压气机上的扩压器，以及按空气流动顺序依次设置的火焰筒外环、火焰筒内环、封严套筒和涡轮盘，封严套筒套设于鼓筒轴的侧壁的外表，封严套筒上设有用于连通火焰筒内环的连通孔，鼓筒轴的进气口与连通孔相连通，涡轮盘位于鼓筒轴的后方，气流自火焰筒内环经由封严套筒上的连通孔进入鼓筒轴上的通气孔，并从出气口流至涡轮盘。

进一步地，第一外表面凸设有两个与封严套筒密封配合的固定部，连通孔位于两个固定部之间；气流自火焰筒内环经由连通孔流至两个固定部之间的空间，并进入进气口。

本发明通过在侧壁上设置与中心孔相互隔离的通气孔，将气流从鼓筒轴的外部引入到鼓筒轴外部的中心部位，气流不经过鼓筒轴内部，因而空气中的砂尘也不会进入鼓筒轴的内部，不会在鼓筒轴的内壁积砂。且由于出气口靠近鼓筒轴的中心部位，越靠近鼓筒轴的中心位置处的离心力越小，因而出气口流出的气流产生的旋流较小，随空气进入的砂尘不易与空气分离，会随空气继续流向后面的其它元件和装置，不会沉积在冷却空气流路内，确保发动机冷却系统的正常工作。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的鼓筒轴的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的鼓筒轴的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的发动机空气冷却系统的结构示意图。

附图标号说明：

1、鼓筒轴；10、中心轴；11、侧壁；110、第一外表面；111、第二外表面；12、中心孔；13、通气孔；130、进气口；131、出气口；14、凹槽；15、固定部；16、平衡气孔；160、进气端；161、出气端；17、定位槽；2、离心压气机；3、扩压器；4、火焰筒外环；5、火焰筒内环；6、封严套筒；60、连通孔；7、一级导向器空心叶片；8、一级涡轮盘；9、二级涡轮盘。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图2，本发明的优选实施例提供了一种具有除尘效果的鼓筒轴1，包括位于中央的中心轴10、与中心轴10连接的侧壁11，侧壁11围成内部中空的中心孔12。

侧壁11包括位于其外周缘对应的第一外表面110、以及轴向端面对应的第二外表面111，第二外表面11衔接于中心轴10。本发明中的鼓筒轴1的侧壁11厚度并不均匀，其靠近中心轴10部分的厚度大于远离中心轴10部分的厚度，以便于在侧壁11上开设细长状的通气孔13。其中，通气孔13的进气口130位于侧壁11外周缘对应的第一外表面110，通气孔13的出气口131位于侧壁11轴向端面对应的第二外表面111并邻近中心轴10。通气孔13与中心孔12由侧壁11隔离开来，也就是说侧壁11上的通气孔13与鼓筒轴1的中心孔12是相互独立的两个孔。通过细长的通气孔13将气流从鼓筒轴1的外部引入到鼓筒轴1外部另侧的中心部位，气流不经过鼓筒轴1内部的中心孔12，因而空气中的砂尘也不会进入鼓筒轴1的内部，不会在鼓筒轴1的内壁积砂。

通气孔13呈直线型，为保证通气孔13的出气口131尽量靠近中心轴10的中心位置，将通气孔13倾斜设置，通气孔13的延长线与中心轴10的中心线相交。通气孔13不与中心轴10相交，以减小出气口131流出的气流对中心轴10产生的冲击力。如此设置，使出气口131尽量靠近鼓筒轴1的中心部位。由于越靠近鼓筒轴1的中心位置处的离心力越小，因而出气口131流出的气流产生的旋流较小，随空气进入的砂尘不易与空气分离，会随空气继续流向后面的其它元件和装置，不会沉积在冷却空气流路内。

此外，在第一外表面110上凸设有两个锯齿形的固定部15，进气口130位于两个固定部15之间。在第一外表面110上位于进气口130的周围还形成有加工定位用的定位槽17。

由于侧壁11的局部厚度有增加，为减轻材料使鼓筒轴1重量均匀，本发明在第二外表面111进一步掏空部分材料形成有凹槽14，两个凹槽14分别位于出气口131的两侧。如此使鼓筒轴1的整体重量尽量保持均衡和对称，避免因通气孔13周围部分重量过大导致鼓筒轴1转动时产生振动的现象。

为了让鼓筒轴1内的中心孔12中充满空气以保证鼓筒轴1内外压力平衡，本发明在侧壁11上还设有连通中心孔12与鼓筒轴1外部的平衡气孔16。其中，平衡气孔16的进气端160位于第二外表面111，出气端161位于鼓筒轴1的内壁面并与中心孔12连通。平衡气孔16也大致呈直线状，平衡气孔16的进气端160相较于出气端161更远离中心轴10。从通气孔13流出的气流有一小部分可从平衡气孔16的进气端160流入中心孔12内并充满中心孔12。由于经平衡气孔16进入中心孔12内的空气很少，即当平衡孔16两端的压力平衡后，空气不再进入中心孔12，因此这部分空气中的砂尘较少(可忽略不计)且不会沉积在鼓筒轴1内壁上。

为保证鼓筒轴1的重量均衡，平衡气孔16与通气孔13分别设置于中心轴10的相对两侧，同样地，在平衡气孔16的两侧设有用于减轻材料的凹槽14。

本发明的鼓筒轴1具有除尘效果，解决了鼓筒轴1积砂的问题，从而保证航空发动机的安全可靠工作。

参照图3并结合图2，本发明的装配有上述鼓筒轴1的发动机冷却系统，包括离心压气机2和套设于离心压气机2上的扩压器3，以及按空气流动顺序依次设置的火焰筒外环4、一级导向器空心叶片7、火焰筒内环5、封严套筒6、鼓筒轴1、一级涡轮盘8和二级涡轮盘9。其中，封严套筒6套设于鼓筒轴1的侧壁11的外表，并与两个固定部15对应密封配合。两个固定部15之间形成一个空间。封严套筒6上设有用于连通火焰筒内环5的连通孔60，连通孔60位于两个固定部15之间。鼓筒轴1的进气口130与封严套筒6上的连通孔60以及两个固定部15之间的空间连通，一级涡轮盘8和二级涡轮盘9位于鼓筒轴1的后方。

本发明的发动机冷却系统，空气的具体流向如图2中箭头所示。从离心压气机2进入的压缩空气经扩压器3扩压，一部分压缩空气直接进入火焰筒外环4参与燃烧，一部分压缩空气经由一级导向器空心叶片7、火焰筒内环5，再经由封严套筒6上的连通孔60流至两个固定部15之间的空间，经由进气口130进入鼓筒轴1上的通气孔13，从出气口131引入至鼓筒轴1的中心部位，然后继续流过一级涡轮盘8和二级涡轮盘9的中心通孔，并对一级涡轮盘8和二级涡轮盘9进行冷却。

本发明的发动机冷却系统，通过鼓筒轴1上设置的细长的通气孔13，使进入航空发动机内部的砂尘不会在发动机内部聚集，而会随着气流排出发动机，从而保持了航空发动机内部清洁，提高了航空发动机的工作可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种鼓筒轴，包括位于中央的中心轴(10)、与所述中心轴(10)连接的侧壁(11)，所述侧壁(11)围成内部中空的中心孔(12)，其特征在于，所述侧壁(11)上开设有通气孔(13)，所述通气孔(13)的进气口(130)位于所述侧壁(11)外周缘对应的第一外表面(110)，所述通气孔(13)的出气口(131)位于所述侧壁(11)轴向端面对应的第二外表面(111)并邻近所述中心轴(10)，且所述通气孔(13)与所述中心孔(12)由所述侧壁(11)隔离。

2.根据权利要求1所述的鼓筒轴，其特征在于，所述通气孔(13)呈直线型，且所述通气孔(13)的延长线与所述中心轴(10)的中心线相交。

3.根据权利要求1所述的鼓筒轴，其特征在于，所述第二外表面(111)凹设有两个凹槽(14)，两个所述凹槽(14)分别位于所述出气口(131)的两侧。

4.根据权利要求1所述的鼓筒轴，其特征在于，所述第一外表面(110)凸设有两个固定部(15)，所述进气口(130)位于两个所述固定部(15)之间。

5.根据权利要求1所述的鼓筒轴，其特征在于，所述侧壁(11)上还设有连通所述中心孔(12)与鼓筒轴(1)外部的平衡气孔(16)，所述平衡气孔(16)的进气端(160)位于所述第二外表面(111)。

6.根据权利要求5所述的鼓筒轴，其特征在于，所述平衡气孔(16)与所述通气孔(13)分别位于所述中心轴(10)的相对两侧。

7.一种装配有如权利要求1至6中任一所述的鼓筒轴的发动机冷却系统，包括离心压气机(2)和套设于所述离心压气机(2)上的扩压器(3)，以及按空气流动顺序依次设置的火焰筒外环(4)、火焰筒内环(5)、封严套筒(6)和涡轮盘，其特征在于，所述封严套筒(6)套设于所述鼓筒轴(1)的所述侧壁(11)的外表，所述封严套筒(6)上设有用于连通所述火焰筒内环(5)的连通孔(60)，所述鼓筒轴(1)的所述进气口(130)与所述连通孔(60)相连通，所述涡轮盘位于所述鼓筒轴(1)的后方，气流自所述火焰筒内环(5)经由所述封严套筒(6)上的所述连通孔(60)进入所述鼓筒轴(1)上的所述通气孔(13)，并从所述出气口(131)流至所述涡轮盘。

8.根据权利要求7所述的发动机冷却系统，其特征在于，所述第一外表面(110)凸设有两个与所述封严套筒(6)密封配合的固定部(15)，所述连通孔(60)位于两个所述固定部(15)之间；气流自所述火焰筒内环(5)经由所述连通孔(60)流至两个所述固定部(15)之间的空间，并进入所述进气口(130)。