CN108625906B - 航空发动机轴承腔密封装置、核心机以及航空发动机 - Google Patents

航空发动机轴承腔密封装置、核心机以及航空发动机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种航空发动机轴承腔密封装置、核心机以及航空发动机，其中，航空发动机轴承腔密封装置包括密封跑道、密封件以及螺旋轴套，密封跑道固设在转子轴，螺旋轴套相对于航空发动机的机匣固定设置，密封件被压在密封跑道上，在密封跑道上设有甩油盘，甩油盘靠近螺旋轴套的端面上设有凸起。由于凸起产生的离心力极易将油雾颗粒甩出，从而避免油雾窜入密封跑道与密封件之间的间隙，进而粘在密封件上，增强了吹回油雾颗粒的效果，有效阻止油雾颗粒窜入密封跑道与密封件之间的间隙造成泄漏。

Description

航空发动机轴承腔密封装置、核心机以及航空发动机
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种航空发动机轴承腔密封装置、核心机以及航空发动机。
背景技术
航空发动机利用轴承完成静子与转子之间的连接，常用的滚动轴承包括承受径向力的滚子轴承与承受轴向力的滚珠轴承。为保证轴承正常的使用性能与寿命，需要滑油不间断对其润滑与散热。由于转子与轴承高速旋转产生的搅油与甩油作用，轴承腔内被滑油油滴与空气混合的油雾环境填满，在转子与静子之间需要密封防止滑油泄漏，密封一侧是压力较低的轴承腔内油雾环境，另一侧是压力较高的封严空气。
由于密封不可能完全阻止两侧流体通过，因而允许少量封严空气通过密封吹到轴承腔中，为了避免轴承腔中油雾从轴承腔泄漏到封严空气流路造成污染甚至带来火灾等事故，需要性能较好的密封，常用性能较好的密封是石墨密封，但是如果石墨密封单独使用会有油雾粘在密封表面从而积累油液窜入密封面间造成泄漏，甚至油液粘在高温的密封面结焦造成密封面加速磨损。因此需要石墨密封与螺旋轴套配合使用，螺旋轴套与密封跑道之间间隙尽量小而不碰上，密封跑道高速旋转带动空气旋转，从而带动螺旋轴套中的空气顺着螺旋方向流动，将窜入其中的油雾以及粘在其之上的油膜带回轴承腔。
在发动机正常工作时封严空气压力较高，油雾几乎没有机会进入螺旋槽，但在飞行状态过渡态时，封严空气压力可能突然降低，甚至低于轴承腔压力。此时油雾将会窜入螺旋槽，而跑道带动空气将其带回轴承腔。现有技术在螺旋轴套与轴承之间设置一个甩油盘，又称挡油板，可以避免轴承搅油作用直接将油雾颗粒甩入间隙，同时将油向外侧甩方便回油。这种轴向的吹回作用由于主要依靠轴旋转带动周围空气，而由于空气粘度很小，高速旋转的跑道影响的范围很小，而且对甩在螺旋槽内并粘在其上的油膜作用效果更有限，产生剪切力很小。因此这种结构的螺旋轴套对于少量油雾窜入有效果，对于极端工况下阻止大量油雾颗粒窜入间隙效果不大。
发明内容
为克服以上技术缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种航空发动机轴承腔密封装置、核心机以及航空发动机，能够有效阻止油雾颗粒窜入密封跑道与密封件之间的间隙造成泄漏。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种航空发动机轴承腔密封装置，用于对转子轴的轴承腔进行密封，其包括密封跑道、密封件以及螺旋轴套，密封跑道固设在转子轴，螺旋轴套相对于航空发动机的机匣固定设置，密封件被压在密封跑道上，在密封跑道上设有甩油盘，甩油盘靠近螺旋轴套的端面上设有凸起。
进一步地，凸起沿着甩油盘的径向由内至外地延伸。
进一步地，凸起沿着甩油盘的径向由内至外地弯曲延伸，凸起弯曲延伸的方向与甩油盘的转向相反。
进一步地，凸起相对于甩油盘的端面的凸出长度为0.1mm～1mm。
进一步地，凸起为多个且在甩油盘的周向上等间距地设置。
进一步地，凸起为72个。
进一步地，密封件为石墨密封。
进一步地，密封跑道与甩油盘呈一体成型结构。
进一步地，凸起与螺旋轴套的轴向间隙长度为0.1mm～1mm。
本发明还提供了一种核心机，其包括上述的航空发动机轴承腔密封装置。
本发明还进一步地提供了一种航空发动机，其包括上述的核心机。
由此，基于上述技术方案，本发明航空发动机轴承腔密封装置通过在甩油盘靠近螺旋轴套的端面上设置凸起，从而在径向从内向外甩油，径向甩油带动甩油盘与螺旋轴套之间空隙的空气旋转，由于凸起产生的离心力极易将油雾颗粒甩出，从而避免油雾窜入密封跑道与密封件之间的间隙，进而粘在密封件上，增强了吹回油雾颗粒的效果，有效阻止油雾颗粒窜入密封跑道与密封件之间的间隙造成泄漏。本发明提供的核心机和航空发动机也相应地具有上述有益技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明航空发动机轴承腔密封装置实施例的整体结构示意图；
图2为本发明航空发动机轴承腔密封装置中螺旋轴套的结构示意图；
图3为本发明航空发动机轴承腔密封装置实施例的局部剖视图；
图4为本发明航空发动机轴承腔密封装置中密封跑道实施例一视角的结构示意图；
图5为本发明航空发动机轴承腔密封装置中凸起的甩油原理图；
图6为本发明航空发动机轴承腔密封装置中密封跑道实施例的立体结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明的具体实施方式是为了便于对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本发明的限定。此外，下面所述的本发明的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明航空发动机轴承腔密封装置一个示意性的实施例中，结合图1～图6所示，航空发动机轴承腔密封装置用于对转子轴7的轴承腔进行密封，其包括密封跑道52、密封件11以及螺旋轴套18，密封跑道52固设在转子轴7，螺旋轴套18相对于航空发动机的机匣固定设置，密封件11通过螺旋轴套18压在密封跑道52上，在密封跑道52上设有甩油盘19，甩油盘19靠近螺旋轴套18的端面上设有凸起51。
在该示意性的实施例中，通过在甩油盘19靠近螺旋轴套18的端面上设置凸起51，从而凸起51在径向从内向外甩油，同时可将螺旋轴套18轴向缩短，减少螺纹圈数，节省轴向空间。径向甩油带动甩油盘19与螺旋轴套18之间空隙的空气旋转，由于凸起51产生的离心力极易将油雾颗粒甩出，从而避免油雾窜入密封跑道52与密封件11之间的间隙，进而粘在密封件11上，增强了吹回油雾颗粒的效果，有效阻止油雾颗粒窜入密封跑道52与密封件11之间的间隙造成泄漏。
下面以航空发动机轴承腔密封装置安装在图1所示的某型航空发动机中某支点后的轴承腔内部为例来说明其工作原理如下：
航空发动机轴承腔密封装置设置在轴承腔I，当转子轴7高速旋转，滚子轴承2的内圈5通过花键8的连接随着转子轴7高速旋转。为了转子轴7的定位，将静子轴承的外圈1通过滚子轴承2的滚子、内圈5以及花键8、26与转子轴7相连。为了给轴承提供滑油润滑和散热，在滑油油路6处有喷嘴或者收油环提供的滑油孔25、花键8以及孔4，由于离心作用进入滚子轴承2的滚子与内圈5、滚子与保持架3、滚子与外圈1、保持架3与内圈5之间的接触面间形成油膜，并随着滑油流动将摩擦产生的热量带走。由于保持架3、滚子以及内圈5高速搅油，油滴将甩向轴承腔各个方向。
为了阻止轴承腔I内的滑油泄漏，在轴承腔I与外部空气流路II之间有密封件11，密封件11优选地为石墨密封。由于外部空气流路II压力较轴承腔I内压力较大，因此有气体压力以及周向弹簧12的作用，密封件11被压在密封跑道19上，避免密封面22产生间隙导致泄漏。当油滴喷在带甩油盘19的密封跑道52上，由于高速旋转的离心力作用，油滴被径向甩开避免顺着间隙窜入落到密封上。为了密封面22受压力均匀，密封件11上设有均压槽23以及通气孔24。由于气体压力以及轴向弹簧13、压板14的作用，密封件11被压在带螺旋轴套18的轴承座上，可避免密封面21处产生间隙导致泄漏。密封座由压紧螺母16压在静子支架17上。由于密封跑道52与密封件11之间高速摩擦产热，需要滑油进行散热。滑油油路6处滑油通过花键26间隙再通过油腔10，被离心力甩到密封跑道52上通过开豁口的支撑9对密封跑道52进行散热，避免密封件11温度过高造成磨损严重降低寿命。
如图1和图3所示，密封跑道52与甩油盘19优选地呈一体成型结构，也就是说密封跑道52与甩油盘19集成，其作用在于防止轴承的搅油作用直接将油甩到螺旋轴套18与密封跑道52之间的间隙内。虽然有甩油盘19存在，在某些极限条件下比如外部空气流路II压力会骤然降低，压差依然会将轴承腔I中的油雾会顺着间隙压到密封件11处，从螺旋轴套18及密封跑道52的间隙窜入，因而粘在密封件11上，从密封面21或者密封面22处泄漏出去。螺旋轴套18可以降低油雾泄漏的可能性，其截面图如图2所示。当密封跑道52高速旋转，由于空气粘性存在，密封跑道52附近空气会被密封跑道52带动顺着转子轴7转动的方向旋转。由于螺纹33的存在，旋转的空气会在螺旋槽31内沿着螺旋槽提供的通道34产生轴向的速度，从而从密封件11的方向流向轴承腔I的方向。需要注意的是螺旋槽31的螺旋方向一定要随密封跑道52的转向确定，一旦方向错误会引起反效果。当油雾窜入密封跑道52与螺旋轴套18的螺纹33之间的间隙中时，由于油雾随着轴高速旋转，受到离心力作用从间隙甩到螺旋槽31中，进而随着螺旋槽31中的空气流动，进而从螺旋槽31中吹回轴承腔I中。
但是在有某些极限条件维持时间较长，或者长时间处于压差较低的情况，油雾都会在螺旋槽31中积聚或者直接粘在密封11上造成泄漏。为了更好地阻止油雾颗粒窜入间隙造成泄漏，本发明航空发动机轴承腔密封装置可以有效地解决此问题，即在甩油盘19上加工一些凸起51，这些凸起51在转动过程中将螺旋轴套18与密封跑道52之间间隙中的油雾或者空气都甩出去。这种结构由于抽吸力更大，并且搅动空气更加剧烈，更好地阻止轴承腔内的油雾颗粒径向窜入螺旋间隙内。特别在极限的工况下，此装置的抽吸作用可以降低螺旋轴套19与密封件11之间的压力，从而使空气流路中的空气流入，避免油雾的泄漏。此外此装置的存在可以减少螺旋轴套19的螺纹长度，从而节省轴向距离。
如图3所示，凸起51相对于甩油盘19的端面的凸出长度优选地小于等于1mm，这样结构合理紧凑，甩油效果显著。优选地，凸起51沿着甩油盘19的径向由内至外地延伸，进一步提高甩油效果。
如图4所示，优选地，凸起51沿着甩油盘19的径向由内至外地弯曲延伸，凸起51弯曲延伸的方向与甩油盘19的转向相反，即凸起51做成适合产生离心甩油的形状，其方向由该甩油盘转向决定。凸起51为多个且在甩油盘19的周向上等间距地设置，例如可以是72个，保证甩油均匀。当然，可根据实际直径需要以及控制抽吸风量来控制凸起高度、形状以及一圈排布个数等参数。
凸起51的工作原理如图5所示，当甩油盘19转速为Ω时，凸起51上某点围绕轴心平移速度为Vc，此处空气或者油雾颗粒相对甩油盘19上该点速度为Vr，则其产生的绝对速度为Va。因此凸起51移动时将其靠近轴心的空气或油雾颗粒向外甩开，可以有非常好的甩油效果。
由于凸起51结构强劲的抽吸以及向外喷气的效果产生的气流阻止油雾向甩油盘19与螺旋轴套18之间的空隙移动，一旦有油滴进入可以依靠螺旋轴套18的二次密封阻止油滴继续向密封件11移动，并且其抽吸效果可以很快将其抽出并甩开。凸起51与螺旋轴套18的轴向间隙需要保证甩油的效果、避免油雾落入间隙，因此间隙不可太大；而为防止甩油盘与螺旋轴套碰撞，间隙不可太小，在一个优选的实施例中，凸起51与螺旋轴套18的轴向间隙长度为0.1mm～1mm。
本发明航空发动机轴承腔密封装置与现有技术相比，优点如下：
1、相比于轴向作用的螺旋轴套，此结构有更强的吹回油雾颗粒的能力，一旦油雾进入间隙，有更好的吹回效果；
2、相比于没有此结构的螺旋轴套，更容易将从螺旋槽中吹出的油雾颗粒二次加速吹回轴承腔；
3、相比于没有此结构，轴承腔中的油滴更难进入密封跑道与螺旋轴套中的间隙，从来源上阻止油雾。
本发明还提供了一种核心机，其包括上述的航空发动机轴承腔密封装置。由于航空发动机轴承腔密封装置能够有效阻止油雾颗粒窜入密封跑道与密封件之间的间隙造成泄漏，相应地，本发明核心机也具有上述有益的技术效果，在此不再赘述。
本发明还进一步地提供了一种航空发动机，其包括上述的核心机。由于该核心机能够有效阻止油雾颗粒窜入密封跑道与密封件之间的间隙造成泄漏，相应地，具有上述的核心机的航空发动机也具有上述有益的技术效果，在此也不再赘述。
以上结合的实施例对于本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、等效替换和变型仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种航空发动机轴承腔密封装置，用于对转子轴(7)的轴承腔进行密封，其特征在于，包括密封跑道(52)、密封件(11)以及螺旋轴套(18)，所述密封跑道(52)固设在所述转子轴(7)，所述螺旋轴套(18)相对于航空发动机的机匣固定设置，所述密封件(11)被压在所述密封跑道(52)上，在所述密封跑道(52)上设有甩油盘(19)，所述甩油盘(19)靠近所述螺旋轴套(18)的端面上设有多个凸起(51)，多个所述凸起(51)在所述甩油盘(19)的周向上间距地设置。
2.根据权利要求1所述的航空发动机轴承腔密封装置，其特征在于，所述凸起(51)沿着所述甩油盘(19)的径向由内至外地延伸。
3.根据权利要求2所述的航空发动机轴承腔密封装置，其特征在于，所述凸起(51)沿着所述甩油盘(19)的径向由内至外地弯曲延伸，所述凸起(51)弯曲延伸的方向与所述甩油盘(19)的转向相反。
4.根据权利要求1所述的航空发动机轴承腔密封装置，其特征在于，所述凸起(51)相对于所述甩油盘(19)的端面的凸出长度为0.1mm～1mm。
5.根据权利要求1所述的航空发动机轴承腔密封装置，其特征在于，多个所述凸起(51)在所述甩油盘(19)的周向上等间距地设置。
6.根据权利要求5所述的航空发动机轴承腔密封装置，其特征在于，所述凸起(51)为72个。
7.根据权利要求1所述的航空发动机轴承腔密封装置，其特征在于，所述密封件(11)为石墨密封。
8.根据权利要求1所述的航空发动机轴承腔密封装置，其特征在于，所述密封跑道(52)与所述甩油盘(19)呈一体成型结构。
9.根据权利要求1所述的航空发动机轴承腔密封装置，其特征在于，所述凸起(51)与所述螺旋轴套(18)的轴向间隙长度为0.1mm～1mm。
10.一种核心机，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的航空发动机轴承腔密封装置。
11.一种航空发动机，其特征在于，包括权利要求10所述的核心机。
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