CN112197018A - 一种自适应调节航空发动机通风方式的活门 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种自适应调节航空发动机通风方式的活门,包括:壳体,其内形成有通气管道及封严气管道,通气管道具有通风气入口和通风气出口,封严气管道与通气管道在壳体形成有交汇处;端盖,其具有封严气入口,其与壳体相对固定的设置在封严气管道端;弹簧,设置在锥头滑阀与壳体之间,用于调节锥头滑阀的滑动;其中,自封严气入口流入的封严引气能够使得锥头滑阀在封严气管道内滑动以调节交汇处的截面大小,进而调节自通风气入口流入的通风气流量,实现航空发动机轴承腔内密封装置的前后压差调节。本申请所提供的活门可以根据发动机状态进行自适应改变轴承腔内的通风方式,可使发动机在低状态时保持自由通风,在高状态时转为节流通风。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机技术领域,特别涉及一种自适应调节航空发动机通风方式的活门。
背景技术
在航空发动机中主轴承是非常重要的部件,其用于支承发动机轴实现可靠运转。为了使主轴承正常工作,通常将主轴承设置在有密封装置的轴承腔中,为其进行单独润滑。由于发动机的转速高,其密封装置需要引发动机的压缩空气来共同完成密封,进入轴承腔的空气可通过轴承腔通风系统排出发动机。
目前,发动机轴承腔通风方式通常采用自由通风或节流通风中的一种作为轴承腔通风排气方案。
如图1所示为轴承腔自由通风结构10,自由通风是指轴承腔内气体通过通风管路无节流排出轴承腔。具体的,发动机轴15通过主轴承16设置在轴承腔11内,供油管17深入发动机轴15内部,回油管18能够将供油管17喷出的润滑油进行回收。为了防止润滑油向外泄漏,其内设有密封装置14,密封装置14的后端连通封严引气管12,前端泄露的气体从通风管13排出。
如图2所示为轴承腔节流通风结构20,节流通风是指轴承腔内气体通过带有固定节流嘴的管路排出轴承腔。具体的,发动机轴25通过主轴承26设置在轴承腔21内,供油管27深入发动机轴25内部,回油管28能够将供油管27喷出的润滑油进行回收。为了防止润滑油向外泄漏,其内设有密封装置24,密封装置24的后端连通封严引气管22,前端泄露的气体从具有节流嘴29的通风管23排出。
从图1的轴承腔通风方案可以看出,通风管13的直径不变。而在图2所示的轴承腔通风方案中,由于在通风管23中增加了固定直径的节流嘴29,可以形成节流。
如图3所示,无论是图1所示的通风方案,还是图2所示的通风方案,在航空发动机实际工况时,密封装置14/24均会承受来自封严引气压力P1和来自轴承腔的压力P2,两压力之差称之为封严压差,封严引气压力大于轴承腔压力称为正向封严压差。
在发动机中应用上述两种通风方式时发现,采用自由通风结构时,在发动机低状态(发动机低状态是指此时发动机转速较低)时易建立正向封严压差,滑油极少泄漏,但发动机状态升高后,密封装置14承受压差过大,由此,大大减小了密封装置14的使用寿命,甚至提前损坏,如果损坏,此时会增加发动机引气量,影响发动机的性能和安全;而采用节流通风结构时,在发动机高状态(发动机高状态是指此时发动机转速较高)时,密封装置24承受的封严压差在工作压力范围内,对密封装置24的寿命影响较小,但当发动机状态降低后,密封装置24两侧不易产生足够的正向封严压差,以保证轴承腔内滑油不泄漏,有时甚至产生反向封严压差,极易引起滑油泄漏,同样给发动机的性能和安全带来隐患。
发明内容
本申请的目的是提供了一种自适应调节航空发动机通风方式的活门,以解决背景技术中采用自由通风结构或节流通风结构所产生的至少一个问题。
本申请的技术方案是:一种自适应调节航空发动机通风方式的活门,所述活门包括:
壳体,所述壳体内形成有通气管道及封严气管道,所述通气管道具有通风气入口和通风气出口,所述封严气管道与所述通气管道在壳体形成有交汇处;
端盖,所述端盖具有封严气入口,其与壳体相对固定的设置在封严气管道端;
弹簧,所述弹簧设置在所述锥头滑阀与所述壳体之间,用于调节所述锥头滑阀的滑动;
其中,自所述封严气入口流入的封严引气能够使得所述锥头滑阀在所述封严气管道内滑动以调节所述交汇处的截面大小,进而调节自通风气入口流入的通风气流量,实现航空发动机轴承腔内密封装置的前后压差调节。
自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于利用发动机自身气源,控制通风气腔,而不是利用油液等物质进行控制,减少了额外增加控制量的负担,也减少了油气掺混。
在本申请优选方案中,所述活门还包括衬套,所述衬套设置在锥头滑阀与壳体之间,用于形成锥头滑阀的滑动轨道。
在本申请优选方案中,所述活门还包括弹簧座,所述弹簧座安装于所述壳体上,用于支撑所述弹簧,同时也是节流嘴的一部分。
在本申请优选方案中,所述活门还包括垫片,所述垫片设置于所述弹簧座上。
在本申请优选方案中,所述壳体内具有台阶状的安装面,所述安装面用于安装所述弹簧座。
在本申请优选方案中,所述壳体内具有止口结构,所述止口结构用于形成锥头滑阀的行程限位终点。
在本申请优选方案中,所述锥头滑阀具有沿着滑动方向设置的弹簧限位槽,所述弹性限位槽用于容纳所述弹簧,防止所述弹簧弹出。
在本申请优选方案中,所述锥头滑阀面向通风气出口的端部为锥形,所述锥形用于实现对所述交汇处的渐进式封堵。
在本申请优选方案中,所述锥形的角度要根据发动机的状态及轴承腔的通风量确定。
本申请所提供的自适应调节航空发动机通风方式的活门可以根据发动机状态进行自适应改变轴承腔内的通风方式,可使发动机在低状态时保持自由通风,在高状态时转为节流通风。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案,下面将对附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术中的航空发动机自由通风结构示意图。
图2为现有技术中的航空发动机节流通风结构示意图。
图3为现有技术中的密封装置受力示意图。
图4为采用本申请活门的航空发动机通风结构示意图。
图5为本申请的活门结构示意图。
图6为本申请的壳体结构示意图。
图7为本申请的锥头滑阀结构示意图。
图8为本申请的活门结构示意图。
图9为本申请的活门运动过渡态示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了解决现有技术单一的采用自由通风或节流通风时,密封装置受力不受控的问题,本申请结合自由通风和节流通风优点,提供了一种根据发动机状态自适应改变通风方式的活门结构,可使发动机在低状态时保持自由通风,在高状态时转为节流通风。
如图4所示,封严引气是风扇级后引气,引气压力与发动机工作状态呈正相关且无滞后性,在发动机轴承腔和工况不发生改变时,轴承腔压力受通风量的影响,通风量变大轴承腔腔压减小,通风量变小轴承腔腔压增大。
而本申请提供的活门应用于轴承腔通风引气结构30中,利用发动机自身的封严引气,控制活门中的锥头滑阀位置,以调节通风管33的当量直径,从而实现自由通风与节流通风相切换,控制轴承腔31腔压,保证发动机低状态时密封装置34具有正向压差,轴承腔内滑油不泄漏,发动机高状态时,密封装置34承受的压差在合理范围内,不损害密封装置34的寿命。
如图5所示,本申请中所提供的自适应调节航空发动机通风方式的活门40主要包括壳体41、端盖42、锥头滑阀45以及弹簧44。
壳体41大致为三通结构,在其内部形成有通气管道和封严引气管道。通气管道具有通风气入口411和通风气出口412,来自轴承腔的通风气自通风气入口411流入而自通风气出口412流出。通气管道在大致中间部位具有改变流路方向的交汇处,改变的角度大致垂直。壳体41的封严引气管道与通气管道在交汇处连通,且封严引气管道与通风气出口412所在流道大致平行。
端盖42一侧开设有封严气入口,用于与轴承腔封严引气管道32连接,端盖另一端为直径略大于壳体41的封严气管道的管状结构,其与壳体41的封严气管道外部结构通过螺纹的方式进行固定连接。
锥头滑阀45设置在壳体41的封严引气管道内,使得封严气管道形成与通气管道隔绝的密闭结构。锥头滑阀45在端盖45的封严气入口流入的封严气体的作用下,能够在封严引气管道内滑动。
弹簧44设置在壳体41内以抵住锥头滑阀45。
在本申请一优选实施例中,活门40还包括衬套43,衬套43设置在锥头滑阀45与壳体41之间,用来构成锥头滑阀45的滑动轨道。
在本申请一优选实施例中,活门40还包括弹簧座46,所述弹簧座46安装于所述壳体41上,其与壳体41的内壁可以形成一安装槽,安装槽用来安放弹簧44,可以防止弹簧弹出。
进一步的,在上述优选实施例的基础上,活门40还包括垫片47,所述垫片47设置于所述弹簧座46上,更具体的是设置在弹簧座46与壳体41形成的安装槽内。
如图6所示,在本申请中,壳体41内的左侧部位设有一止口结构413,止口结构413是锥头滑阀43的行程终点,同时也是上述实施例中衬套43的安装定位结构。进一步的,在壳体41内交汇处的右侧部位还有台阶状安装面414,安装面414用来定位弹簧座46的位置。
如图7所示,在本申请中,锥头滑阀45的外侧具有滑动面,其用于与壳体41或衬套43进行配合,以保证锥头滑阀45在运动过程中的平稳性,增大锥头滑阀45与壳体41或衬套43的有效接触面积。
进一步的,锥头滑阀45的左端(面向于通风气出口方向)设有凹陷(向封严气入口方向)的弹簧限位槽452,弹簧44安装于弹性限位槽452内,可以避免工作时弹簧44脱出。
最后,锥头滑阀45的最右端(面向于通风气出口方向)采用了锥头/锥形的设计,以保证本申请的活门在工作时,轴承腔的两种通风状态是渐进过渡,利于轴承腔压的稳定,保证发动机工作安全。
需要说明的是,锥头滑阀45的锥形角度需根据发动机不同状态,轴承腔的通风量进行设计。
本申请中的锥头滑阀采用整体式壳体结构,可以减轻锥头滑阀的重量。
在本申请中,弹簧需要结合发动机实际工况(即发动机需要自由通风和节流通风的状态点)。
结合附图4至图9对本申请的活门作进一步说明。
本申请的活门工作时包含三种状态,即打开状态、关闭状态和过渡状态。
a)自适应调节通风方式活门打开状态
当发动机处于低状态时,轴承腔31内压力较低,活门处于打开状态,此时封严引气压力不足以推动锥头滑阀45移动,轴承腔31内的通风流路通径为最大状态,没有节流,实现自由通风,建立了可靠的正向封严压差,可以保证轴承腔内喷油嘴37喷出的润滑油从回油管38流回,滑油不泄漏,使支撑发动机轴35的主轴承36运行更加平稳。
b)自适应调节通风方式的活门关闭状态
当发动机处于高状态时,轴承腔31内压力较高,活门处于关闭状态,此时封严引气压力足够大,可以推动锥头滑阀45至壳体41的止口结构413,此时滑阀的锥头完全进入弹簧座46中,并与之形成环形节流嘴,实现节流通风。此时密封装置34承受的封严压差在密封装置34的使用条件范围内,既保证了封严压差又保证密封装置34能够安全工作,进而保证发动机工作安全。
c)自适应调节通风方式的活门过渡状态
当发动机由低状态向高状态过度时,轴承腔31内压力由低至高,引起发动机封严引气压力逐渐升高,一路的封严引气压力逐渐推动锥头滑阀45移动,但锥头滑阀45并未达到壳体41的止口结构413。此时锥头滑阀45的锥部没有全部进入弹簧座46中,形成的环状节流嘴还没有达到最小,轴承腔通风系统处于节流通风的过渡状态。锥头滑阀45的锥头可以是其在移动的过程中逐渐减小通风管路的当量直径,进而可以使轴承腔腔压平稳变化。锥头滑阀45实现了自由通风与节流通风平稳过度,利于轴承腔压力平衡,保证发动机工作安全。
本申请所提供的活门实现了发动机中的自由通风与节流通风相结合,既保留了自由通风在低状态时易建立可靠的封严压差,不易造成发动机滑油泄漏,又保留了高状态时节流通风可以使封严压差处于合理范围内,提高密封装置使用寿命,同时也规避了自由通风在高状态和节流通风在低状态时的缺点。
本申请的活门可以减少发动机在高状态时封严用的引气量,变相地提高了发动机的性能,减少了通风量,使相应的管路和附件的通径都会减小,给发动机节约了空间,减小了重量,且下游连接腔腔压会明显减小,并可控,因此会降低下游连接腔的工作应力。
此外,由于本申请的活门设置在轴承腔通风管路之外,接口适应性较高,可以满足多种外部管路使用条件,同时后期维修方便易行。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述活门包括:
壳体,所述壳体内形成有通气管道及封严气管道,所述通气管道具有通风气入口和通风气出口,所述封严气管道与所述通气管道在壳体形成有交汇处;
端盖,所述端盖具有封严气入口,其与壳体相对固定的设置在封严气管道端;
锥头滑阀,所述锥头滑阀滑动设置在壳体的封严气管道内,且所述锥头滑阀使封严气管道内形成密闭结构;
弹簧,所述弹簧设置在所述锥头滑阀与所述壳体之间,用于调节所述锥头滑阀的滑动;
其中,自所述封严气入口流入的封严引气能够使得所述锥头滑阀在所述封严气管道内滑动以调节所述交汇处的截面大小,进而调节自通风气入口流入的通风气流量,实现航空发动机轴承腔内密封装置的前后压差调节。
2.如权利要求1所述的自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述活门还包括衬套,所述衬套设置在锥头滑阀与壳体之间,用于形成锥头滑阀的滑动轨道。
3.如权利要求1所述的自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述活门还包括弹簧座,所述弹簧座安装于所述壳体上,用于支撑所述弹簧。
4.如权利要求3所述的自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述活门还包括垫片,所述垫片设置于所述弹簧座上。
5.如权利要求3或4所述的自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述壳体内具有台阶状的安装面,所述安装面用于安装所述弹簧座。
6.如权利要求1所述的自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述壳体内具有止口结构,所述止口结构用于形成锥头滑阀的行程限位终点。
7.如权利要求1所述的自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述锥头滑阀具有沿着滑动方向设置的弹簧限位槽,所述弹性限位槽用于容纳所述弹簧,防止所述弹簧弹出。
8.如权利要求1所述的自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述锥头滑阀面向通风气出口的端部为锥形,所述锥形用于实现对所述交汇处的渐进式封堵。
9.如权利要求8所述的自适应调节航空发动机通风方式的活门,其特征在于,所述锥形的角度要根据发动机的状态及轴承腔的通风量确定。
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