CN113565639A - 一种小型涡喷发动机的轴承冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型涡喷发动机的轴承冷却结构，在进油管上设置第一燃油喷嘴，回油管上设置第二燃油喷嘴，轴承支座上设置有多个引气孔和多个阻流孔，多个阻流孔分别正对轴承，轴承支座和主轴之间设置有蓖齿封严结构，蓖齿封严结构位于多个引气孔的左侧，主轴上设置有多个第一导流孔、多个第二导流孔和第三导流孔，多个第一导流孔和多个第二导流孔均沿主轴的径向延伸，第三导流孔沿主轴的轴向延伸，多个第一导流孔分别位于轴承的左侧，多个第二导流孔分别位于轴承的右侧，多个第一导流孔和多个第二导流孔分别与第三导流孔相通，主轴上还固定设置有导流环；优点是既能润滑和冷却轴承，又能预热燃油，提高燃烧室效率。

Description

一种小型涡喷发动机的轴承冷却结构

技术领域

本发明涉及一种轴承冷却结构，尤其是涉及一种小型涡喷发动机的轴承冷却结构。

背景技术

当前，小型涡喷发动机主要向着高推重比、低成本以及结构简单可靠等方向发展。用于小型涡喷发动机的滑油润滑系统通常包含滑油箱、滑油泵、油滤以及复杂的空气密封系统，大大增加了小型涡喷发动机的重量、制造成本和设计难度。而且，在小型涡喷发动机相对有限的空间内设置如此复杂的滑油润滑系统必会制约其它部件的设计。

众所周知，小型涡喷发动机无论采用何种支撑方式，受高温部件(即涡轮静子和涡轮转子构成的涡轮结构)传热和辐射的影响，必然有一个轴承处于高温工作环境。由于小型涡喷发动机轴承工作转速高、所受载荷大，本身就对轴承提出了很高的要求，在这个基础上，高温的影响会使轴承无法工作，因此轴承冷却结构的设计成为了涡喷发动机能否成功制造的关键技术之一。

高空运行的小型涡喷发动机必须面对燃油温度过低的问题，小型航空发动机内部空间有限，燃油管路在小型航空发动机中的换热距离较短，无法使燃油在燃烧前充分预热，导致燃油温度较低，在燃烧室内雾化困难，工作中出现燃油燃烧不充分等问题，影响小型涡喷发动机性能。而且设置额外的燃油预热装置，会增加发动机的成本和重量。

因此，设计一种既能润滑和冷却轴承，又能预热燃油，提高燃烧室效率的小型涡喷发动机的轴承冷却结构，对于提高小型涡喷发动机整体性能具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能润滑和冷却轴承，又能预热燃油，提高燃烧室效率的小型涡喷发动机的轴承冷却结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种小型涡喷发动机的轴承冷却结构，所述的小型涡喷发动机包括涡轮静子、涡轮转子、主轴、轴承、轴承支座、燃油环管、燃烧室、进油管和回油管，所述的轴承支座穿过所述的燃烧室，所述的主轴穿过所述的轴承支座且通过所述的轴承安装在所述的轴承支座上，所述的涡轮转子安装在所述的主轴上，且位于所述的轴承的右侧，所述的涡轮静子安装在所述的轴承支座上，所述的涡轮静子位于所述的涡轮转子的左侧以及所述的轴承的右侧，所述的燃油环管安装在所述的轴承支座上且位于所述的轴承支座外侧，所述的燃油环管、所述的轴承支座、所述的主轴、所述的轴承、所述的涡轮静子和所述的涡轮转子均同轴，所述的进油管和所述的回油管分别与所述的燃油环管连通，所述的进油管用于将由燃油和滑油混合而成的燃滑油送入所述的燃油环管内，所述的回油管用于将所述的燃油环管内的燃滑油送入所述的燃烧室，所述的进油管上设置有第一燃油喷嘴，所述的回油管上设置有第二燃油喷嘴，所述的第一燃油喷嘴和所述的第二燃油喷嘴在同一平面内间隔180度对称分布，所述的第一燃油喷嘴和所述的第二燃油喷嘴分别正对所述的轴承，所述的第一燃油喷嘴用于将所述的进油管内的燃滑油喷向所述的轴承，所述的第二燃油喷嘴用于将所述的回油管内的燃滑油喷向所述的轴承；所述的轴承支座上设置有多个引气孔和多个阻流孔，每个所述的引气孔均沿所述的轴承支座的径向延伸，每个所述的阻流孔均沿所述的轴承支座的轴向延伸，多个阻流孔分别正对所述的轴承，所述的轴承支座和所述的主轴之间设置有蓖齿封严结构，所述的蓖齿封严结构位于多个引气孔的左侧；所述的主轴上设置有多个第一导流孔、多个第二导流孔和第三导流孔，多个第一导流孔和多个第二导流孔均沿所述的主轴的径向延伸，所述的第三导流孔沿所述的主轴的轴向延伸，多个第一导流孔分别位于所述的轴承的左侧，多个第二导流孔分别位于所述的轴承的右侧，多个第一导流孔分别与所述的第三导流孔相通，多个第二导流孔分别与所述的第三导流孔相通，所述的主轴上还固定设置有导流环，所述的导流环和所述的主轴同轴设置，所述的导流环位于所述的轴承的右侧以及所述的涡轮转子的左侧；所述导流环上设置有沿其径向延伸的多个第四导流孔，多个第四导流孔与多个第二导流孔一一对应相通，所述的导流环用于使进入其内的气体流向所述的轴承支座位于所述的涡轮静子内侧的部位；

当所述的小型涡喷发动机工作时，燃滑油通过所述的进油管进入所述的燃油环管再经由所述的回油管进入所述的燃烧室中进行燃烧，此时所述的第一燃油喷嘴和所述的第二燃油喷嘴分别将燃滑油喷向所述的轴承对所述的轴承进行润滑和冷却，所述的涡轮静子通过所述的轴承支座和所述的燃油环管进行热交换，实现所述的燃油环管内燃滑油的预热，多个引气孔将位于所述的轴承支座外部的高压低温气体引入所述的轴承支座内部，由于蓖齿封严结构的阻挡，此时进入所述的轴承支座内部的低温气体的一部分经由多个阻流孔后沿轴向穿过所述的轴承，直接对所述的轴承进行冷却，并将喷在轴承上的燃滑油沿轴向向右吹出，带走所述的轴承上的热量，另一部分经由多个第一导流孔沿所述的主轴的径向向内进入所述的第三导流孔，然后经由多个第二导流孔沿所述的主轴的径向向外流动，阻隔了所述的涡轮转子经由所述的主轴对所述的轴承的传热，接着经由多个第四导流孔进入所述的导流环，通过所述的导流环流向所述的轴承支座位于所述的涡轮静子内侧的部位，一方面对所述的轴承支座进行冷却，减少所述的涡轮静子通过所述的轴承支座传导至所述的轴承的热量，另一方面避免低温气体直接吹到所述的涡轮转子表面，使所述的涡轮转子表面产生较大的温度场，避免所述的涡轮转子强度下降。

所述的燃滑油由燃油和滑油按质量比19：1或者20：1混合而成。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过在进油管上设置第一燃油喷嘴，回油管上设置第二燃油喷嘴，第一燃油喷嘴和第二燃油喷嘴在同一平面内间隔180度对称分布，第一燃油喷嘴和第二燃油喷嘴分别正对轴承，第一燃油喷嘴用于将进油管内的燃滑油喷向轴承，第二燃油喷嘴用于将回油管内的燃滑油喷向轴承；轴承支座上设置有多个引气孔和多个阻流孔，每个引气孔均沿轴承支座的径向延伸，每个阻流孔均沿轴承支座的轴向延伸，多个阻流孔分别正对轴承，轴承支座和主轴之间设置有蓖齿封严结构，蓖齿封严结构位于多个引气孔的左侧；主轴上设置有多个第一导流孔、多个第二导流孔和第三导流孔，多个第一导流孔和多个第二导流孔均沿主轴的径向延伸，第三导流孔沿主轴的轴向延伸，多个第一导流孔分别位于轴承的左侧，多个第二导流孔分别位于轴承的右侧，多个第一导流孔分别与第三导流孔相通，多个第二导流孔分别与第三导流孔相通，主轴上还固定设置有导流环，导流环和主轴同轴设置，导流环位于轴承的右侧以及涡轮转子的左侧；所述导流环上设置有沿其径向延伸的多个第四导流孔，多个第四导流孔与多个第二导流孔一一对应相通，导流环用于使进入其内的气体流向轴承支座位于涡轮静子内侧的部位，当小型涡喷发动机工作时，燃滑油通过进油管进入燃油环管再经由回油管进入燃烧室中进行燃烧，此时第一燃油喷嘴和第二燃油喷嘴分别将燃滑油喷向轴承对轴承进行润滑和冷却，涡轮静子通过轴承支座和燃油环管进行热交换，实现燃油环管内燃滑油的预热，多个引气孔将位于轴承支座外部的高压低温气体引入轴承支座内部，由于蓖齿封严结构的阻挡，此时进入轴承支座内部的低温气体的一部分经由多个阻流孔后沿轴向穿过轴承，直接对轴承进行冷却，并将喷在轴承上的燃滑油沿轴向向右吹出，带走轴承上的热量，另一部分经由多个第一导流孔沿主轴的径向向内进入第三导流孔，然后经由多个第二导流孔沿主轴的径向向外流动，阻隔了涡轮转子经由主轴对轴承的传热，接着经由多个第四导流孔进入导流环，再通过导流环流向轴承支座位于涡轮静子内侧的部位，一方面对轴承支座进行冷却，减少涡轮静子通过轴承支座传导至轴承的热量，另一方面避免低温气体直接吹到涡轮转子表面，使涡轮转子表面产生较大的温度场，避免涡轮转子强度下降，由此本发明既能润滑和冷却轴承，省去了小型涡喷发动机原有的滑油润滑系统以及复杂的供回油密封结构，节省了小型涡喷发动机成本、减轻了小型涡喷发动机的重量，又能预热燃油，提高燃烧室效率，同时，本发明使得轴承内环和轴承支座上安装涡轮静子部位也得到了一定的冷却，冷却效果更好，且导流环的实施隔离了涡轮转子到轴承的传热，也防止了一部分冷却气体直接冲击到涡轮转子表面而改变涡轮转子的温度场，避免涡轮转子强度下降。

附图说明

图1为本发明的小型涡喷发动机的轴承冷却结构的轴承支座的主视图；

图2为采用本发明的轴承冷却结构的小型涡喷发动机沿图1所示A-A方向的剖视图；

图3为采用本发明的轴承冷却结构的小型涡喷发动机沿图1所示B-B方向的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图1-图3所示，一种小型涡喷发动机的轴承冷却结构，小型涡喷发动机包括涡轮静子1、涡轮转子2、主轴3、轴承4、轴承支座5、燃油环管6、燃烧室7、进油管8和回油管9，轴承支座5穿过燃烧室7，主轴3穿过轴承支座5且通过轴承4安装在轴承支座5上，涡轮转子2安装在主轴3上，且位于轴承4的右侧，涡轮静子1安装在轴承支座5上，涡轮静子1位于涡轮转子2的左侧以及轴承4的右侧，燃油环管6安装在轴承支座5上且位于轴承支座5外侧，轴承4的一部分或者全部位于燃油环管6的内环中，即燃油环管6与轴承4相邻，燃油环管6、轴承支座5、主轴3、轴承4、涡轮静子1和涡轮转子2均同轴，进油管8和回油管9分别与燃油环管6连通，进油管8用于将由燃油和滑油混合而成的燃滑油送入燃油环管6内，回油管9用于将燃油环管6内的燃滑油送入燃烧室7，进油管8上设置有第一燃油喷嘴10，回油管9上设置有第二燃油喷嘴11，第一燃油喷嘴10和第二燃油喷嘴11在同一平面内间隔180度对称分布，第一燃油喷嘴10和第二燃油喷嘴11分别正对轴承4，第一燃油喷嘴10用于将进油管8内的燃滑油喷向轴承4，第二燃油喷嘴11用于将回油管9内的燃滑油喷向轴承4；轴承支座5上设置有多个引气孔12和多个阻流孔13，每个引气孔12均沿轴承支座5的径向延伸，每个阻流孔13均沿轴承支座5的轴向延伸，多个阻流孔13分别正对轴承4且沿一圈均匀间隔分布，轴承支座5和主轴3之间设置有蓖齿封严结构14，蓖齿封严结构14位于多个引气孔12的左侧；主轴3上设置有多个第一导流孔15、多个第二导流孔16和第三导流孔17，多个第一导流孔15和多个第二导流孔16均沿主轴3的径向延伸，第三导流孔17沿主轴3的轴向延伸，多个第一导流孔15分别位于轴承4的左侧，多个第二导流孔16分别位于轴承4的右侧，多个第一导流孔15分别与第三导流孔17相通，多个第二导流孔16分别与第三导流孔17相通，主轴3上还固定设置有导流环18，导流环18和主轴3同轴设置，导流环18位于轴承4的右侧以及涡轮转子2的左侧；导流环18上设置有沿其径向延伸的多个第四导流孔，多个第四导流孔与多个第二导流孔16一一对应相通，导流环18用于使进入其内的气体流向轴承支座5位于涡轮静子1内侧的部位；

当小型涡喷发动机工作时，燃滑油通过进油管8进入燃油环管6再经由回油管9进入燃烧室7中进行燃烧，此时第一燃油喷嘴10和第二燃油喷嘴11分别将燃滑油喷向轴承4对轴承4进行润滑和冷却，涡轮静子1通过轴承支座5和燃油环管6进行热交换，实现燃油环管6内燃滑油的预热，多个引气孔12将位于轴承支座5外部的高压低温气体引入轴承支座5内部，由于蓖齿封严结构14的阻挡，此时进入轴承支座5内部的低温气体的一部分经由多个阻流孔13后沿轴向穿过轴承4，直接对轴承4进行冷却，并将喷在轴承4上的燃滑油沿轴向向右吹出，带走轴承4上的热量，另一部分经由多个第一导流孔15沿主轴3的径向向内进入第三导流孔17，然后经由多个第二导流孔16沿主轴3的径向向外流动，阻隔了涡轮转子2经由主轴3对轴承4的传热，接着经由多个第四导流孔进入导流环18，再通过导流环18流向轴承支座5位于涡轮静子1内侧的部位，一方面对轴承支座5进行冷却，减少涡轮静子1通过轴承支座5传导至轴承4的热量，另一方面避免低温气体直接吹到涡轮转子2表面，使涡轮转子2表面产生较大的温度场，避免涡轮转子2强度下降。

本实施例中，通过调整多个阻流孔13的直径，能够控制沿轴向经过轴承4的气体和沿径向进入第一导流孔15中气体的量。

本实施例中，燃滑油由燃油和滑油按质量比19：1或者20：1混合而成。

Claims (2)

1.一种小型涡喷发动机的轴承冷却结构，所述的小型涡喷发动机包括涡轮静子、涡轮转子、主轴、轴承、轴承支座、燃油环管、燃烧室、进油管和回油管，所述的轴承支座穿过所述的燃烧室，所述的主轴穿过所述的轴承支座且通过所述的轴承安装在所述的轴承支座上，所述的涡轮转子安装在所述的主轴上，且位于所述的轴承的右侧，所述的涡轮静子安装在所述的轴承支座上，所述的涡轮静子位于所述的涡轮转子的左侧以及所述的轴承的右侧，所述的燃油环管安装在所述的轴承支座上且位于所述的轴承支座外侧，所述的燃油环管、所述的轴承支座、所述的主轴、所述的轴承、所述的涡轮静子和所述的涡轮转子均同轴，所述的进油管和所述的回油管分别与所述的燃油环管连通，所述的进油管用于将由燃油和滑油混合而成的燃滑油送入所述的燃油环管内，所述的回油管用于将所述的燃油环管内的燃滑油送入所述的燃烧室，其特征在于所述的进油管上设置有第一燃油喷嘴，所述的回油管上设置有第二燃油喷嘴，所述的第一燃油喷嘴和所述的第二燃油喷嘴在同一平面内间隔180度对称分布，所述的第一燃油喷嘴和所述的第二燃油喷嘴分别正对所述的轴承，所述的第一燃油喷嘴用于将所述的进油管内的燃滑油喷向所述的轴承，所述的第二燃油喷嘴用于将所述的回油管内的燃滑油喷向所述的轴承；所述的轴承支座上设置有多个引气孔和多个阻流孔，每个所述的引气孔均沿所述的轴承支座的径向延伸，每个所述的阻流孔均沿所述的轴承支座的轴向延伸，多个阻流孔分别正对所述的轴承，所述的轴承支座和所述的主轴之间设置有蓖齿封严结构，所述的蓖齿封严结构位于多个引气孔的左侧；所述的主轴上设置有多个第一导流孔、多个第二导流孔和第三导流孔，多个第一导流孔和多个第二导流孔均沿所述的主轴的径向延伸，所述的第三导流孔沿所述的主轴的轴向延伸，多个第一导流孔分别位于所述的轴承的左侧，多个第二导流孔分别位于所述的轴承的右侧，多个第一导流孔分别与所述的第三导流孔相通，多个第二导流孔分别与所述的第三导流孔相通，所述的主轴上还固定设置有导流环，所述的导流环和所述的主轴同轴设置，所述的导流环位于所述的轴承的右侧以及所述的涡轮转子的左侧；所述导流环上设置有沿其径向延伸的多个第四导流孔，多个第四导流孔与多个第二导流孔一一对应相通，所述的导流环用于使进入其内的气体流向所述的轴承支座位于所述的涡轮静子内侧的部位；

当所述的小型涡喷发动机工作时，燃滑油通过所述的进油管进入所述的燃油环管再经由所述的回油管进入所述的燃烧室中进行燃烧，此时所述的第一燃油喷嘴和所述的第二燃油喷嘴分别将燃滑油喷向所述的轴承对所述的轴承进行润滑和冷却，所述的涡轮静子通过所述的轴承支座和所述的燃油环管进行热交换，实现所述的燃油环管内燃滑油的预热，多个引气孔将位于所述的轴承支座外部的高压低温气体引入所述的轴承支座内部，由于蓖齿封严结构的阻挡，此时进入所述的轴承支座内部的低温气体的一部分经由多个阻流孔后沿轴向穿过所述的轴承，直接对所述的轴承进行冷却，并将喷在轴承上的燃滑油沿轴向向右吹出，带走所述的轴承上的热量，另一部分经由多个第一导流孔沿所述的主轴的径向向内进入所述的第三导流孔，然后经由多个第二导流孔沿所述的主轴的径向向外流动，阻隔了所述的涡轮转子经由所述的主轴对所述的轴承的传热，接着经由多个第四导流孔进入所述的导流环，再通过所述的导流环流向所述的轴承支座位于所述的涡轮静子内侧的部位，一方面对所述的轴承支座进行冷却，减少所述的涡轮静子通过所述的轴承支座传导至所述的轴承的热量，另一方面避免低温气体直接吹到所述的涡轮转子表面，使所述的涡轮转子表面产生较大的温度场，避免所述的涡轮转子强度下降。

2.根据权利要求1所述的一种小型涡喷发动机的轴承冷却结构，其特征在于所述的燃滑油由燃油和滑油按质量比19：1或者20：1混合而成。

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