CN110173353B - 发动机转子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机转子系统，包括：连接轴，具有一前部、一中部和一后部；离心叶轮，套设于所述连接轴的前部；涡轮叶盘，套设于所述连接轴的后部；轴承座，套设于所述连接轴的中部；限位环，固定于所述轴承座的中部；前轴承，位于所述限位环与所述离心叶轮之间的轴承座上；以及后轴承，位于所述限位环与所述涡轮叶盘之间的轴承座上。本发明的发动机转子系统结构简单、安装方便可靠，可在小轴向力或轴向力反向的情况下工作，可解决小型发动机转子系统设计中支点布局、支承结构、以及轴承选型和安装连接等问题。

Description

发动机转子系统
技术领域
本发明涉及发动机领域，特别涉及一种适用于高速、轻载的小型发动机转子系统。
背景技术
小型发动机具有结构紧凑，重量轻，转速高等特点，特别是由于其压气机、涡轮转子结构简单、级数较少，使得转子所承受的轴向力较小，甚至在工作中存在轴向力反向，而所有这些又无法通过设置轴向力卸荷腔解决，使得轴承工作范围极其狭窄，更使得轴承选择极其困难，这些特点也就成了小型发动机转子系统设计时最为突出问题。
若采用一些常规的中大型发动机转子系统的设计方法，将会导致转子系统设计复杂，零件数量多，发动机外廓尺寸大，整机重量大，无法满足总体设计要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻型、结构简单、安装方便可靠的高转速转子系统。
为实现上述目的，本发明所采用的方案为：
一种发动机转子系统，包括：
连接轴，具有一前部、一中部和一后部；
离心叶轮，套设于所述连接轴的前部；
涡轮叶盘，套设于所述连接轴的后部；
轴承座，套设于所述连接轴的中部；
限位环，固定于所述轴承座的中部；
前轴承，位于所述限位环与所述离心叶轮之间的轴承座上；以及
后轴承，位于所述限位环与所述涡轮叶盘之间的轴承座上。
在一些实施例中，还包括前封严篦齿，所述前封严篦齿与所述离心叶轮通过圆柱面径向过盈配合相互固定，然后通过所述离心叶轮固定在所述连接轴上。
在一些实施例中，还包括挡油环，所述挡油环设置于所述前轴承与所述前封严篦齿之间。
在一些实施例中，还包括后封严篦齿，所述后封严篦齿与所述连接轴、所述涡轮盘将所述涡轮叶盘固定在所述连接轴上通过多个长螺栓和多个自锁螺母连接固定。
在一些实施例中，还包括调整垫，所述调整垫设置于所述连接轴上并且位于所述后轴承与所述后封严篦齿之间。
在一些实施例中，所述限位环通过径向销钉与所述轴承座连接固定。
在一些实施例中，还包括前滑油喷嘴，所述前滑油喷嘴位于所述限位环与所述前轴承之间。
在一些实施例中，还包括后滑油喷嘴，所述后滑油喷嘴位于所述限位环与所述后轴承之间。
在一些实施例中，还包括定距套，所述定距套设置于所述连接轴上并且位于所述前轴承和后轴承之间。
本发明的发动机转子系统结构简单、安装方便可靠，可在小轴向力或轴向力反向的情况下工作，可解决小型发动机转子系统设计中支点布局、的支承结构、以及轴承选型和轴承安装连接等问题。
附图说明
图1为本发明的发动机转子系统的剖面示意图。
其中，附图标记说明如下：
1-锁紧螺母
2-离心叶轮
3-前封严篦齿
4-轴承座
5-前滑油喷嘴
6-限位环
7-后滑油喷嘴
8-涡轮叶盘
9-长螺栓
10-自锁螺母
11-连接轴
12-后封严篦齿
13-调整垫
14-后轴承
15-弹簧
16-径向销钉
17-定距套
18-前轴承
19-挡油环
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
图1为本发明的发动机转子系统的剖面示意图，如图1所示，整个发动机转子系统的转动件通过连接轴11实现串联，具体而言，发动机转子系统包括连接轴11，具有一前部、一中部和一后部；离心叶轮2，套设于连接轴11的前部；涡轮叶盘8，套设于连接轴11的后部；轴承座4，套设于连接轴11的中部；限位环6，固定于轴承座4的中部；前轴承18，位于限位环6与离心叶轮2之间的轴承座4上；以及后轴承14，位于限位环6与涡轮叶盘8之间的轴承座4上。
前封严篦齿3与离心叶轮2通过圆柱面径向过盈配合固定，并设置在连接轴11的前部，离心叶轮2和前封严篦齿3构成的组件通过离心叶轮2内部的花键以及前、后圆柱面与连接轴11连接固定，离心叶轮2与前封严篦齿3构成的组件相反的一侧设有锁紧螺母1，可按照预设的拧紧力矩将整个转子系统连接固定，通过带预紧结构设计，保证了转子在轻载或者轴向力反向的情况下均能稳定工作。
可在前轴承18与前封严篦齿3之间设置挡油环19，挡油环19套设于连接轴11并紧贴前轴承座18的一侧，可通过转子转动的离心力将滑油甩向回油部位，以防止轴承座4内部的滑油漏出。
后封严篦齿12套设在连接轴11的后部，后封严篦齿12与涡轮叶盘8、连接轴11通过多个长螺栓9和多个自锁螺母10连接固定。
后轴承14与后封严篦齿12之间可设置调整垫13，调整垫13的两端分别抵接后轴承14与连接轴11后安装边，通过调整垫13的厚度来调节轴承座4与后封严篦齿12之间的距离。
本发明的发动机转子系统前后采用篦齿结构进行油气封严，结构简单、可靠、实用，技术成熟度高，成本低。
限位环6设置在轴承座4内，通过径向销钉16(图1中并列的三个圆圈处)与轴承座4连接固定。通过限位环6可以在轴向方向限制前滑油喷嘴5和后滑油喷嘴7之间的位置，从而保证轴承的润滑喷射位置。
限位环6与定距套17之间设有弹簧15。弹簧15前后分别与前滑油喷嘴5和后滑油喷嘴7接触，设计时可以通过调整与前滑油喷嘴5和后滑油喷嘴7接触轴向长度实现弹簧力的大小，以保证轴承不发生轻载打滑的最小轴向载荷。
轴承座4内还设有定距套17，定距套17紧贴连接轴11并与前轴承18内环、后轴承14内环相邻接。
限位环6与前轴承18之间设有前滑油喷嘴5，限位环6与后轴承14之间设有后滑油喷嘴7，用于向轴承座4内喷入滑油。通过采用独特的滑油喷嘴设计，在有限的空间内既保证转子系统结构设计的完整，又能实现轴承的润滑和冷却，从而简化了该转子系统支承结构并减少了零件数，同时由于轴承座4与前轴承18、后轴承14轴承之间可设计间隙，与滑油一道可作为支承阻尼，使转子系统在过临界转速状态下稳定、可靠地工作。
轴承座4的内部可设置管路，实现轴承的滑油供入和收回，也可通过优化结构实现转子支承刚度的调节，保证转子临界转速分布以满足工作要求。前轴承18和后轴承14同时支承在轴承座4的同一个圆柱面上，通过轴承座4上的前滑油喷嘴5、后滑油喷嘴7供入滑油和收集回油，同时通过选择合适轴承外环与轴承座4之间的间隙值并通过油孔流入滑油，聚集一定的油膜厚度形成阻尼器，起到吸振和减振的作用，从而降低转子传给发动机的振动能量。
图1的上半部分展示了发动机转子系统的滑油供入的路线，即通过轴承座4内部结构设计滑油供油通道，实现前轴承18、后轴承14以及油膜阻尼器的所需滑油；图1的下半部分展示了发动机转子系统的滑油收回的路线，即通过轴承座4内部结构设计滑油回油通道，利用重力将发动机转子系统的滑油进行回收。
此外，本发明的发动机转子系统的两个支点(图1中的后轴承14和前轴承18)居中支承，易于通过调整离心叶轮2的安装角度实现转子装机状态下的动平衡。在进行整机状态下的动平衡时，首先分解锁紧螺母1，然后利用工装拔出离心叶轮2和前封严篦齿3的组件，根据动平衡结果，并按照离心叶轮2花键形式，调整离心叶轮2的安装角度后装入连接轴11上，再拧紧锁紧螺母1，直至完成整机状态下的转子动平衡。
本领域技术人员应当理解的是，除上述记载的连接方式，各个部件之间的连接可通过简单套齿、螺栓等结构形式实现。
本发明的发动机转子系统可通过以下方式进行安装：
将涡轮叶盘8、后封严篦齿12与连接轴11通过一定数量的长螺栓9和自锁螺母10拉紧固定；
依次将调整垫13、后轴承14、定距套17装设在连接轴11上；
通过径向销钉16将轴承座4与限位环6连接固定，然后将后滑油喷嘴7从后端装入轴承座4中；
将前封严篦齿3利用一定过盈量装入离心叶轮2中；
将上述装配好的连接轴11装入带后滑油喷嘴7和限位环6的轴承座4中；
依次将弹簧15、前滑油喷嘴5、前轴承18、挡油环19、带前封严篦齿3的离心叶轮2装入；
通过锁紧螺母1按照预设的拧紧力矩将整个发动机转子系统连接固定。
本发明的发动机转子系统支承设计简单实用、结构紧凑、零件数量少、重量轻，并且已经过试验验证，表明转子临界转速分布合理、在转子轴向力过小或反向(轻载)状态下均能够稳定、持久工作，同时可实现转子装机状态下的动平衡，结构可靠。
本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种发动机转子系统，其特征在于，包括：
连接轴，具有一前部、一中部和一后部；
离心叶轮，套设于所述连接轴的前部；
涡轮叶盘，套设于所述连接轴的后部；
轴承座，套设于所述连接轴的中部；
管路，设置于所述轴承座中以供入和回收滑油；
限位环，固定于所述轴承座的中部；
前轴承，位于所述限位环与所述离心叶轮之间的轴承座上；以及
后轴承，位于所述限位环与所述涡轮叶盘之间的轴承座上；
其中，所述前轴承和所述后轴承被配置为作为所述发动机转子系统的两个支点居中支承，以易于通过调整所述离心叶轮的安装角度实现所述发动机转子装机状态下的动平衡。
2.根据权利要求1所述的发动机转子系统，其特征在于，还包括前封严篦齿，所述前封严篦齿与所述离心叶轮通过圆柱面径向过盈配合相互固定，然后通过所述离心叶轮固定在所述连接轴上。
3.根据权利要求2所述的发动机转子系统，其特征在于，还包括挡油环，所述挡油环设置于所述前轴承与所述前封严篦齿之间。
4.根据权利要求1所述的发动机转子系统，其特征在于，还包括后封严篦齿，所述后封严篦齿与所述连接轴、所述涡轮叶盘通过多个长螺栓和多个自锁螺母连接固定。
5.根据权利要求4所述的发动机转子系统，其特征在于，还包括调整垫，所述调整垫设置于所述连接轴上并且位于所述后轴承与所述后封严篦齿之间。
6.根据权利要求1所述的发动机转子系统，其特征在于，所述限位环通过径向销钉与所述轴承座连接固定。
7.根据权利要求1所述的发动机转子系统，其特征在于，还包括前滑油喷嘴，所述前滑油喷嘴位于所述限位环与所述前轴承之间。
8.根据权利要求1所述的发动机转子系统，其特征在于，还包括后滑油喷嘴，所述后滑油喷嘴位于所述限位环与所述后轴承之间。
9.根据权利要求1所述的发动机转子系统，其特征在于，还包括定距套，所述定距套设置于所述连接轴上并且位于所述前轴承和所述后轴承之间。
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