CN108798897A - 一种微小型向心涡轮喷气发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涡轮发动机技术领域，具体涉及一种微小型向心涡轮喷气发动机。其特点是包括轴、离心压气机，离心压气机、扩压器、进气道、向心涡轮、涡轮导向器和尾喷管，所述的轴上通过轴承安装有轴套本体，轴套本体前端与扩压器相连，轴套本体后端与涡轮导向器相连，扩压器和涡轮导向器之间设置有燃烧室，燃烧室外围设置有中间壳体，燃烧室内设置有蒸发管；所述的轴承安装在轴套本体内的轴承支座上，轴承支座上设置有油孔，油孔与轴套本体和轴形成的腔体相连通，轴套本体上还设置有燃油喷嘴和进油口，燃油喷嘴和进油口与腔体相连通，燃油喷嘴伸入蒸发管内。其降低了发动机对轴承的要求，有效的提高了发动机的寿命，大大降低了发动机的维护成本。

Description

一种微小型向心涡轮喷气发动机
技术领域
本发明涉及涡轮发动机技术领域，具体涉及一种微小型向心涡轮喷气发动机。
背景技术
微小型涡喷发动机是以空气为介质，经过压缩后在燃烧室内与燃油混合并燃烧产生高温高压燃气，通过涡轮将化学能转变成机械能的动力装置。按对其能量的利用方式分为涡轮喷气发动机，涡轮风扇发动机，涡轮螺旋桨发动机，涡轮轴发动机。微型涡喷发动机在陆军领域应用非常广泛，具体如下，1.作为中小型飞行器的动力，如无人机，靶机，靶标，导弹，诱饵弹，滑翔伞等；2.作为舰船，坦克，大型飞机上的辅助动力，如空调动力，舰船局部动力，快艇或小型发电动力等；3.作为热源，热气源。如融冰融雪，浮空器充气，野营供电供暖等；4.作为小型发电动力，如机动雷达发电，应急充电，照明灯发电机的动力等；5.各种小型机械的动力，靶标红外线发生器，军事烟雾发生器，电子对抗用箔条播撒器等。
由于推重比与结构尺寸成反比关系，对于现有的微小型涡喷发动机，若要实现大推重比，必须轴承能实现超高速稳定运转，但是传统对轴承的润滑冷却形式存在一定极限，当转轴转速过高时，会使得轴承温度升高，造成轴承极易损坏，以致工业应用受到局限，不能满足当今微型化发展要求。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种微小型向心涡轮喷气发动机，从而解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特点是包括轴，轴的前端安装有离心压气机，离心压气机外部设置有扩压器和进气道，轴的后端安装有向心涡轮，向心涡轮外围设置有涡轮导向器，涡轮导向器后部设置有尾喷管，所述的轴上通过轴承安装有轴套本体，轴套本体前端与扩压器相连，轴套本体后端与涡轮导向器相连，扩压器和涡轮导向器之间设置有燃烧室，燃烧室外围设置有中间壳体，燃烧室内设置有蒸发管；所述的轴承安装在轴套本体内的轴承支座上，轴承支座上设置有油孔，油孔与轴套本体和轴形成的腔体相连通，轴套本体上还设置有燃油喷嘴和进油口，燃油喷嘴和进油口与腔体相连通，燃油喷嘴伸入蒸发管内。
所述的轴前端部还设置有进气锥，所述的向心涡轮外侧安装有涡轮衬套，所述的中间壳体前端和进气道与扩压器固定相连，中间壳体后端和尾喷管相连，尾喷管和涡轮衬套与涡轮导向器固连，轴套本体前端与轴之间设置有前碳环，前碳环通过前挡板和前碳环外套安装在轴的套筒上，轴套本体后端与轴之间设置有后碳环，后碳环通过后挡板和后碳环外套安装在轴上，所述的轴和向心涡轮为一体结构。
所述的轴套本体前端通过螺钉与扩压器固定相连，轴套本体后端通过螺钉与涡轮导向器固定相连，前碳环与前碳环外套之间设置有前弹簧，后碳环与后碳环外套之间设置有后弹簧，所述的前挡板通过扩压器内边缘固定压紧，后挡板通过涡轮导向器内边缘固定压紧。
所述的前碳环外套上对应轴承设置有前碳环外套凹槽，轴承外环通过前碳环外套定位，前碳环外套上对应前碳环上的定位孔设置有前碳环外套定位销；后碳环外套上对应轴承设置有后碳环外套凹槽，轴承外环通过后碳环外套定位，后碳环外套上对应后碳环的定位孔设置有后碳环外套定位销，所述的燃油喷嘴设置在后碳环外套外部的轴套本体上，油孔通过后碳环外套与燃油喷嘴相连通，燃油喷嘴通过螺纹孔与轴套壳本体相连，燃油喷嘴将腔体内部油液喷到发动机燃烧室蒸发管中。
所述的前碳环和后碳环上分别设置有用于安装前弹簧和后弹簧的四个弹簧安装孔，前碳环和后碳环分别通过前弹簧和后弹簧产生预紧力实现密封；前碳环和后碳环的内环表面均分设置有密封凹槽，燃油在密封凹槽内部形成紊流逐级降压实现密封；前碳环和后碳环内径与轴之间设置0.01～0.04mm的间隙，在油的作用下会产生油膜将碳环托起实现密封；前碳环和后碳环工作温度T的范围为：-120℃＜T＜500℃，压强P的范围：-0.8bar＜P＜75bar。
所述的涡轮导向器包括涡轮导向器内壳体、涡轮导向器外壳体，涡轮导向器内壳体进口处设置有涡轮导向器进口导叶，涡轮导向器出口处设置有涡轮导向器出口导叶，涡轮导向器的导叶与涡轮导向器外壳体焊接相连。
所述的扩压器设置有十三个扩压通道，扩压器在出口处改变气流方向为轴向。
本发明的有益效果是：所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其采用了新型的燃油喷嘴，简化了发动机燃油和滑油系统的复杂油路设计，与此同时，提高了喷嘴的可更换性，最大程度对轴承进行了冷却和润滑，降低了发动机对轴承的要求，有效的提高了发动机的寿命，大大降低了发动机的维护成本。
附图说明
图1为本发明剖视结构示意图；
图2为本发明的轴套及供油系统结构示意图；
图3为本发明的轴套本体结构示意图；
图4为本发明的后碳环外套结构示意图；
图5为本发明的前碳环外套结构示意图；
图6为本发明的前后碳环主视结构示意图；
图7为本发明的图6剖视结构示意图；
图8为本发明的扩压器结构示意图；
图9为本发明的涡轮导向器结构示意图；
图10为本发明的图9的剖视结构示意图；
图11为本发明的涡轮导向器外壳体结构示意图。
图中所示：1、扩压器；2、前挡板；3、前碳环外套；4、套筒；5、轴套本体；6、轴；7、后碳环外套；8、燃油喷嘴；9、前碳环；10、前弹簧；11、进油口；12、轴承；13、后挡板；14、涡轮导向器；15、后碳环；16、后弹簧；17、进气道；18、中间壳体；19、进气锥；20、离心压气机；21、燃烧室；22、蒸发管；23、向心涡轮；24、尾喷管；25、涡轮衬套；26、腔体；31、前碳环外套定位销；32、前碳环外套凹槽；51、油孔；52、轴承支座；71、后碳环外套定位销；72、后碳环外套凹槽；91、定位孔；92、弹簧安装孔；93、密封凹槽；141、涡轮导向器内壳体；142、涡轮导向器进口导叶；143、涡轮导向器出口导叶；144、涡轮导向器外壳体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至11所示，所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特点是包括轴6，轴6的前端安装有离心压气机20，离心压气机20外部设置有扩压器1和进气道17，轴6的后端安装有向心涡轮23，向心涡轮23外围设置有涡轮导向器14，涡轮导向器14后部设置有尾喷管24，所述的轴6上通过轴承12安装有轴套本体5，轴套本体5前端与扩压器1相连，轴套本体5后端与涡轮导向器14相连，扩压器1和涡轮导向器14之间设置有燃烧室21，燃烧室21外围设置有中间壳体18，燃烧室21内设置有蒸发管22；所述的轴承12安装在轴套本体5内的轴承支座52上，轴承支座52上设置有油孔51，油孔51与轴套本体5和轴6形成的腔体相连通，轴套本体5上还设置有燃油喷嘴8和进油口11，燃油喷嘴8和进油口11与腔体相连通，燃油喷嘴8伸入蒸发管22内。
所述的轴6前端部还设置有进气锥19，所述的向心涡轮23外侧安装有涡轮衬套25，所述的中间壳体18前端和进气道17与扩压器1固定相连，中间壳体18后端和尾喷管24相连，尾喷管24和涡轮衬套25与涡轮导向器14固连，轴套本体5前端与轴6之间设置有前碳环9，前碳环9通过前挡板2和前碳环外套3安装在轴6的套筒4上，轴套本体5后端与轴6之间设置有后碳环15，后碳环15通过后挡板13和后碳环外套7安装在轴6上，所述的轴6和向心涡轮23为一体结构。
所述的轴套本体5前端通过螺钉与扩压器1固定相连，轴套本体5后端通过螺钉与涡轮导向器14固定相连，前碳环9与前碳环外套3之间设置有前弹簧10，后碳环15与后碳环外套7之间设置有后弹簧16，所述的前挡板2通过扩压器1内边缘固定压紧，后挡板13通过涡轮导向器14内边缘固定压紧。
所述的前碳环外套3上对应轴承12设置有前碳环外套凹槽32，轴承外环通过前碳环外套3定位，前碳环外套3上对应前碳环9上的定位孔设置有前碳环外套定位销31；后碳环外套7上对应轴承12设置有后碳环外套凹槽72，轴承外环通过后碳环外套7定位，后碳环外套7上对应后碳环15的定位孔设置有后碳环外套定位销71，所述的燃油喷嘴8设置在后碳环外套7外部的轴套本体5上，油孔51通过后碳环外套7与燃油喷嘴8相连通，燃油喷嘴8通过螺纹孔与轴套本体相连，燃油喷嘴8将腔体内部油液喷到发动机燃烧室蒸发管22中。
所述的前碳环9和后碳环15上分别设置有用于安装前弹簧10和后弹簧16的四个弹簧安装孔，前碳环9和后碳环15分别通过前弹簧10和后弹簧16产生预紧力实现密封；前碳环9和后碳环15的内环表面均分设置有密封凹槽93，燃油在密封凹槽93内部形成紊流逐级降压实现密封；前碳环9和后碳环15内径与轴6之间设置0.01～0.04mm的间隙，在油的作用下会产生油膜将碳环托起实现密封；前碳环9和后碳环15工作温度T的范围为：-120℃＜T＜500℃，压强P的范围：-0.8bar＜P＜75bar。
所述的涡轮导向器14包括涡轮导向器内壳体141、涡轮导向器外壳体144，涡轮导向器内壳体141进口处设置有涡轮导向器进口导叶142，涡轮导向器14出口处设置有涡轮导向器出口导叶143，涡轮导向器的导叶与涡轮导向器外壳体焊接相连。
所述的扩压器1设置有十三个扩压通道，扩压器1在出口处改变气流方向为轴向。
所述的一种微小型涡轮发动机轴套，使用时，轴承12首先安装到轴套壳体5的轴承支座52上面，前碳环外套3的前碳环外套凹槽32处贴紧轴承12外环，前弹簧10和后弹簧16分别安装在前碳环9和后碳环15对应的弹簧安装孔92中，同时，将前碳环9和后碳环15上的定位孔91安装在对应的前碳环外套定位销31和后碳环外套定位销71上，前挡板2与前碳环9接触并通过轴套壳体5定位，后碳环外套7的后碳环外套凹槽72处贴紧轴承12外环，后挡板13与后碳环15接触并通过轴套壳体5定位，微小型涡轮发动机燃滑油系统供油路通过进油口11将所有的燃滑油混合液导入密封轴套内部，对轴承12进行充分冷却，然后燃滑油混合液一部分通过轴套壳体5内部右侧的轴承支座上的冷却孔，一部分通过轴承内外环间隙，通过后碳环外套7的凹槽结构输到燃油喷嘴8，将油液喷到燃烧室21进行燃烧。其外界空气由进气道17进入离心压气机20，被离心压气机20压缩后变成高压空气，然后气流流入扩压器1，气流扩压后进入燃烧室21，在燃烧室21喷油、燃烧，高温高压的燃气在涡轮导向器14中膨胀加速，加速后气流冲动向心涡轮23做功，带有剩余能量的燃气在尾喷管24中继续膨胀加速，最后以高速喷出尾喷管24，产生推力。其取消了润滑油油路，将燃滑油混合液(润滑油比例为5％)全部通过一根较短的进油油路直接通到密封轴套，然后通过燃油喷嘴将燃滑油混合液注入燃烧室。燃滑油混合液全部通过密封轴套可使微小型涡轮发动机轴套内部轴承部件得到最大程度冷却及润滑，使得微小型涡轮发动机寿命及维护成本得到改善，同时简化了微小型涡轮发动机的供油系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特征是包括轴，轴的前端安装有离心压气机，离心压气机外部设置有扩压器和进气道，轴的后端安装有向心涡轮，向心涡轮外围设置有涡轮导向器，涡轮导向器后部设置有尾喷管，所述的轴上通过轴承安装有轴套本体，轴套本体前端与扩压器相连，轴套本体后端与涡轮导向器相连，扩压器和涡轮导向器之间设置有燃烧室，燃烧室外围设置有中间壳体，燃烧室内设置有蒸发管；所述的轴承安装在轴套本体内的轴承支座上，轴承支座上设置有油孔，油孔与轴套本体和轴形成的腔体相连通，轴套本体上还设置有燃油喷嘴和进油口，燃油喷嘴和进油口与腔体相连通，燃油喷嘴伸入蒸发管内。
2.如权利要求1所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特征在于，所述的轴前端部还设置有进气锥，所述的向心涡轮外侧安装有涡轮衬套，所述的中间壳体前端和进气道与扩压器固定相连，中间壳体后端和尾喷管相连，尾喷管和涡轮衬套与涡轮导向器固连，轴套本体前端与轴之间设置有前碳环，前碳环通过前挡板和前碳环外套安装在轴的套筒上，轴套本体后端与轴之间设置有后碳环，后碳环通过后挡板和后碳环外套安装在轴上，所述的轴和向心涡轮为一体结构。
3.如权利要求1或2所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特征在于，所述的轴套本体前端通过螺钉与扩压器固定相连，轴套本体后端通过螺钉与涡轮导向器固定相连，前碳环与前碳环外套之间设置有前弹簧，后碳环与后碳环外套之间设置有后弹簧，所述的前挡板通过扩压器内边缘固定压紧，后挡板通过涡轮导向器内边缘固定压紧。
4.如权利要求3所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特征在于，所述的前碳环外套上对应轴承设置有前碳环外套凹槽，轴承外环通过前碳环外套定位，前碳环外套上对应前碳环上的定位孔设置有前碳环外套定位销；后碳环外套上对应轴承设置有后碳环外套凹槽，轴承外环通过后碳环外套定位，后碳环外套上对应后碳环的定位孔设置有后碳环外套定位销，所述的燃油喷嘴设置在后碳环外套外部的轴套本体上，油孔通过后碳环外套与燃油喷嘴相连通，燃油喷嘴通过螺纹孔与轴套壳本体相连，燃油喷嘴将腔体内部油液喷到发动机燃烧室蒸发管中。
5.如权利要求1所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特征在于，所述的前碳环和后碳环上分别设置有用于安装前弹簧和后弹簧的四个弹簧安装孔，前碳环和后碳环分别通过前弹簧和后弹簧产生预紧力实现密封；前碳环和后碳环的内环表面均分设置有密封凹槽，燃油在密封凹槽内部形成紊流逐级降压实现密封；前碳环和后碳环内径与轴之间设置0.01～0.04mm的间隙，在油的作用下会产生油膜将碳环托起实现密封；前碳环和后碳环工作温度T的范围为：-120℃＜T＜500℃，压强P的范围：-0.8bar＜P＜75bar。
6.如权利要求1所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特征在于，所述的涡轮导向器包括涡轮导向器内壳体、涡轮导向器外壳体，涡轮导向器内壳体进口处设置有涡轮导向器进口导叶，涡轮导向器出口处设置有涡轮导向器出口导叶，涡轮导向器的导叶与涡轮导向器外壳体焊接相连。
7.如权利要求1所述的一种微小型向心涡轮喷气发动机，其特征在于，所述的扩压器设置有十三个扩压通道，扩压器在出口处改变气流方向为轴向。
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