CN114135346A - 用于热端轴承座的隔热冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于一种热端轴承座的隔热冷却结构,其技术方案要点是所述冷却结构包括排气机匣和滑油管，所述滑油管穿过排气机匣到达轴承座，所述排气机匣与滑油管连接处设置有通气管，所述排气机匣内部的排气支板内腔与位于所述排气机匣外部的发动机短舱连通。本发明通过主流排气引射短舱内冷气加热壁面隔热涂层实现对轴承腔的隔热,解决了航空发动机、辅助动力装置等旋转机械热端轴承座温度过高的问题。同时本发明具有结构简单、无需增加额外冷却引气、隔热效果好等特点，可有效降低热端轴承座温度，防止滑油结焦及轴承过热，进而保证发动机工作的安全性。

Description

用于热端轴承座的隔热冷却结构

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及用于热端轴承座的隔热冷却结构。

背景技术

发动机、辅助动力装置等旋转机械热端的轴承座位于燃气流道下方，工作环境温度较高，需采取措施隔离热传导和辐射。

针对上述问题，如图1所示。目前常用的第一类解决方案是在内支撑、下缘板及其他相关零件上开孔，从轴承座前的封严冷却流路中引气进入轴承座与流道下缘板之间的腔室，这股冷气的温度比燃气及流道下缘板的温度都低，可以隔离燃气侧的热辐射和传导，从而降低轴承座温度，最后隔热冷气从下缘板上的小孔汇入主流道。

另一类解决方案如图2所示，即在轴承座与流道下缘板之间的腔室内设置隔热屏，其内部填充导热系数极低的材料，也可以起到为轴承座隔热的作用。

前述第一类解决方案的缺点或不足有以下几方面：1、封严冷却气引自主流道，会影响主流做功能力；额外引气为轴承座隔热，需增加发动机封严冷却总引气量，对整机性能不利。2、轴承座附近的封严冷却气一般已流经较多的其他热端部件，如涡轮盘、轴等，气流温度实际比轴承腔内的滑油高，虽然能隔离燃气流道侧的热传导和辐射，但其本身对轴承座是起加热作用的，并不能最大程度的降低轴承座温度。3、在封严冷却流路中额外增加一条轴承腔隔热流路，一方面会增加系统的复杂性，降低容错率，另外在加工出现偏差时，还必定会影响其他封严冷却流路的功能，增加燃气入侵、漏油等方面的风险。4、引气时需在排气内支撑、流道下缘板等相关零件上开孔，影响其强度寿命。

第二类解决方案的不足是：1、各发动机轴承座结构形式多样，因此隔热屏的形式也不一样，针对每一款隔热屏均需开展额外的结构设计、性能测试、环保测评等工作，会增加发动机成本和研发周期；2、从发动机本身结构设计角度看，隔热屏的设置需额外考虑安装边配合设计，会增加变形匹配分析难度，同时也会增加装配难度、增加发动机重量。

发明内容

本发明的目的在于提供用于热端轴承座的隔热冷却结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于热端轴承座的隔热冷却结构，包括排气机匣和滑油管，所述滑油管穿过排气机匣到达轴承座，所述排气机匣与滑油管连接处设置有通气管，所述排气机匣内部的排气支板内腔与位于所述排气机匣外部的发动机短舱连通。

优选的，所述排气机匣包括排气机匣上缘板、排气机匣下缘板和支板；其中，

所述支板连接所述排气机匣上缘板和排气机匣下缘板，

所述排气机匣上缘板、排气机匣下缘板和支板一体成型。

优选的，所述支板设置为一个或多个，在所述上缘板、排气机匣下缘板、支板之间构成排气支板内腔。

优选的，所述排气支板内腔内部在靠近轴承座一侧还设置有隔热板。

优选的，所述排气机匣底端与所述轴承座之间连接有排气内支撑板，所述排气内支撑板上端与排气机匣下缘板连接，所述排气内支撑板下端与轴承座相连，所述排气内支撑板的上端截面设置为U型结构，下端的连接板与U型截面垂直设置。

优选的，所述轴承座底端远离所述排气内支撑板的一侧连接有引出端，所述支板与所述引出端连接有排气锥，所述排气锥与所述支撑板的间隙处设置有引射气出口。

优选的，所述引射气出口最外层为排气机匣，所述引射气出口最内层为排气锥，在所述排气机匣和所述排气锥之间留出一圈引射排气缝。

优选的，所述引射排气缝设置成圆形引射排气缝或波瓣型引射排气缝形式。

优选的，所述排气锥上端截面设置为半U型结构，下端的连接板与U型板垂直设置，所述连接板与轴承座固定连接。

优选的，所述通气管通气口形状设置为圆形通气口或长圆形通气口。

优选的，所述支板内腔壁面喷涂有一层热障涂层。

优选的，所述热障涂层厚度t＝0.1mm～0.15mm，喷涂范围为整个支板内壁面、机匣下缘板轴承座外腔壁面。

优选的，所述滑油管直径为D＝20mm，通气口半径R＝0.5D～3D，长度L＝0.2D～2.5D，宽度W＝0.2D～2.5D。

优选的，所述波瓣型引射排气缝中径为D1＝100mm～150mm，缝高h＝2～5mm，波峰高H1＝2～5mm，波谷高H2＝1～4mm，机匣排气边厚度T1＝1.5～2.5mm，排气锥的排气边厚度T2＝2mm。

优选的，所述隔热板厚度t1＝0.5～1mm。

本发明的技术效果和优点：

轴承座的隔热冷却气结构通过引射自然流入轴承座外腔，无需额外增加发动机封严冷却引气，因此不会影响整机性能。短舱气的温度比发动机内部冷气温度低，能更好的冷却轴承座。引射流路为一股单独的流路，相对独立，不会影响发动机其他位置的封严和冷却，系统容错率更高。同时结构简单，且无需在传力零件上开孔，可降低强度寿命故障风险。热障涂层喷涂、隔热板制造等工艺成熟，基本不会增加发动机研制成本。

附图说明

图1示出了内支撑、下缘板及其他相关零件上开孔示意图；

图2示出了轴承座与流道下缘板之间的腔室内设置隔热屏示意图；

图3示出了支板位置及数量示意图；

图4示出了现有支板结构示意图；

图5示出了本发明结构示意图；

图6示出了机匣上缘板通气口示意图；

图7示出了引射气出口示意图；

图8示出了引射排气缝形式示意图；

图9示出了通气口尺寸示意图；

图10示出了引射排气缝尺寸示意图。

图中：1-排气机匣；1-1-排气机匣上缘板；1-2-排气机匣下缘板；1-3-排气机匣支板；1-4-滑油管上缘板安装座；1-5-滑油管下缘板安装座；1-6-圆形通气口；1-7-长圆形通气口；2-轴承座；3-排气内支撑板；4-排气锥；5-滑油管；6-热障涂层；7-隔热板；8-引射排气缝；8-1-圆形引射排气缝；8-2-波瓣型引射排气缝；9-轴承座外腔；10-排气支板内腔；11-发动机短舱；12-滑油管接头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种用于热端轴承座的引射+涂层隔热的冷却方式和结构，该冷却方式适用于发动机、辅助动力装置等旋转机械的热端轴承座，特别适用于轴承座位于主流排气喷管下方的结构形式。

本发明公开了如图5所示的一种用于热端轴承座的隔热冷却结构，包括排气机匣1和滑油管5，

所述排气机匣1包括排气机匣上缘板1-1、排气机匣下缘板1-2和排气机匣支板1-3；其中，

所述排气机匣支板1-3连接所述排气机匣上缘板1-1和排气机匣下缘板1-2，

所述排气机匣上缘板1-1、排气机匣下缘板1-2和排气机匣支板1-3一体成型。

所述排气机匣支板1-3设置为一个或多个，在所述排气机匣上缘板1-1、排气机匣下缘板1-2、排气机匣支板1-3之间构成排气支板内腔10。

所述滑油管5穿过排气机匣1到达轴承座2，所述排气机匣1与滑油管5连接处设置有通气管，所述通气管通气口形状设置为圆形通气孔1-6或长圆形通气孔1-7。所述排气机匣1内部的排气支板内腔10与位于所述排气机匣1外部的发动机短舱11连通。

所述排气机匣1底端与所述轴承座2之间连接有排气内支撑板3，所述排气内支撑板3上端与排气机匣下缘板1-2连接，所述排气内支撑板3下端与轴承座2相连，所述排气内支撑板3的上端截面设置为U型结构，下端的连接板与U型截面垂直设置。

所述轴承座2底端远离所述排气内支撑板3的一侧连接有引出端，所述排气机匣支板1-3与所述引出端连接有排气锥4，所述排气锥4与所述排气机匣支撑板1-3的间隙处设置有引射气出口。所述引射气出口最外层为排气机匣1，所述引射气出口最内层为排气锥4，所述排气锥4上端截面设置为半U型结构，下端的连接板与U型板垂直设置，所述连接板与轴承座2固定连接。在所述排气机匣1和所述排气锥4之间留出一圈引射排气缝8。所述引射排气缝8设置成圆形引射排气缝8-1或波瓣型引射排气缝8-2形式。

所述排气支板内腔10内部在靠近轴承座2一侧还设置有隔热板7。所述排气机匣支板1-3内腔壁面喷涂有一层热障涂层6。

本发明的技术方案需借助如图3所示的支板实现，图3示出了支板位置及数量示意图。所述排气机匣支板1-3连接滑油管5和圆形的排气机匣1。所述排气机匣支板1-3设置为一个或多个。在本实施例中，所述排气机匣支板1-3数为3个。支板在现有方案中已存在，其作用一是传递轴承座的力，二是穿过供油和回油管。

图4示出了现有技术中支板截面结构示意图。可以看到：排气机匣1包括排气机匣上缘板1-1、排气机匣下缘板1-2、排气机匣支板1-3和滑油管上缘板安装座1-4；其中，

排气机匣上缘板1-1、排气机匣下缘板1-2、排气机匣支板1-3均属于排气机匣1的一部分，所述排气机匣上缘板1-1上端面设置有滑油管上缘板安装座1-4，所述排气机匣下缘板1-2设置有滑油管下缘板安装座1-5，所述滑油管5穿过滑油管上缘板安装座1-4和滑油管下缘板安装座1-5到达轴承座2，所述排气机匣支板1-3连接所述排气机匣上缘板1-1和排气机匣下缘板1-2；所述排气机匣支板1-3设置为多个，在所述排气机匣上缘板1-1、排气机匣下缘板1-2、排气机匣支板1-3之间构成排气支板内腔10。

所述排气机匣1底端与所述轴承座2之间连接有排气内支撑板3，所述排气内支撑板3上端与排气机匣下缘板1-2连接，所述排气内支撑板3下端与轴承座2相连，所述排气内支撑板3的上端截面设置为U型结构，下端的连接板与U型截面垂直设置。所述排气机匣下缘板1-2、排气内支撑板3、滑油管5和轴承座2之间构成密封腔体。

轴承座2底端远离所述排气内支撑板3的一侧连接有引出端，所述排气机匣下缘板与所述引出端连接有排气锥4，所述排气锥4上端与所述排气机匣下缘板1-2连接，所述排气锥4下端与所述轴承座2右侧的引出端固定连接。所述排气锥4与所述排气机匣下缘板1-2的间隙处设置有波瓣型引射排气缝8，所述排气锥4上端截面设置为半U型结构，下端的连接板与U型板垂直设置；所述排气机匣下缘板1-2、排气锥4、滑油管5和轴承座2之间构成轴承座外腔9。

在现有的技术方案下燃气流道对轴承座的加热较为严重。

因此，本发明设计的引射+涂层隔热冷却方案如图5所示。对比图4，本发明的创新点在于将滑油管上缘板安装座1-4、滑油管下缘板安装座1-5取消，改由接头12固定油管，在原有滑油管上缘板安装座1-4位置设置通气管，使排气支板内腔10与发动机短舱11连通。所述支板1下方不设置排气机匣下缘板1-2，使排气支板内腔10与轴承座外腔9完全接通。同时，在排气机匣1和排气锥4之间留出一圈引射排气缝8。

如图7所示，引射排气缝8位于主流燃气排气口下方，此处主流流速较高，流体粘性作用会使主流带动排气缝出口的冷气向后流动，在引射排气缝8出口形成低(负)压区，从而使短舱11与排气缝8之间形成稳定的压差，在发动机工作时源源不断的引射短舱11内冷气进入排气支板内腔10，然后进入轴承座外腔9对轴承座起到隔热和冷却的作用，最后由引射排气缝8汇入主流道。由于短舱内的气体温度比发动机的冷却封严气低很多，因此本发明方案的引射气对轴承的冷却效果要大大好于背景技术中第2中介绍的第二类解决方案，且本发明利用的是短舱内冷气，无需增加额外的引气，不会影响发动机性能。

所述通气管具体如图6所示，所述通气管通气口形状可为圆形通气孔1-6或长圆形通气孔1-7。所述排气机匣1中设置有圆形通气口1-6或长圆形通气口1-7。所述圆形通气口1-6或长圆形通气口1-7连接滑油管5。

具体地，排气缝形式如图8所示，所述引射气出口最外层为排气机匣1，所述引射气出口最内层为排气锥4，所述引射排气缝8设置在排气机匣1和排气锥4之间。所述引射排气缝8可以设置成简单的圆形引射排气缝8-1或波瓣型引射排气缝8-2形式，参考图8，图A为圆形引射排气缝8-1，图B为波瓣型引射排气缝8-2。所述圆形缝的优点是结构简单且制造和转配尺寸易保证，波瓣型缝的优点是主流与引射流接触面积大，因此引射冷气量大、对轴承座的冷却效果好。

所述排气机匣支板1-3位于燃气流道内，温度较高，为防止进入排气支板内腔10的引射气被其加热，在支板内腔壁面喷涂一层热障涂层6，涂层的导热系数极低，可以最大限度的阻止支板加热引射气体，从而达到最佳的隔热冷却效果。

同时，在轴承座外侧还可以设置隔热板7，隔热板由低导热系数和低发射率材料制成，可以防止燃气侧高温零件对轴承座的热辐射。隔热板整体较薄，基本不会增加发动机总重量。隔热板为本发明的备选冷却措施，可根据实际情况进行选装。

示例性地，在本实施例中，所述排气机匣支板1-3数为3个，采用长圆形通气孔1-7，如图9所示，油管直径为D＝20mm，通气口R＝0.5D～3D，L＝0.2D～2.5D，W＝0.2D～2.5D。

采用波瓣型引射排气缝8-2，如图10所示，所述波瓣型引射排气缝8-2中径为D1＝100mm～150mm，缝高h＝2～5mm，波峰高H1＝2～5mm，波谷高H2＝1～4mm，机匣排气边厚度T1＝1.5～2.5mm，排气锥的排气边厚度T2＝2mm。

热障涂层厚度t＝0.1mm～0.15mm，喷涂范围：整个支板内壁面、机匣下缘板轴承座外腔壁面。

隔热板厚度t1＝0.5～1mm。

本发明利用已有的滑油管路支板，合理设置流路和节流件结构尺寸，通过主流排气引射短舱较低温冷气，在不影响发动机气动性能的前提下，解决热端轴承座温度高、滑油易结焦及轴承过热等问题，不断追求更优的设计方案。经过计算，本发明方案的轴承座温度相比常规方案能降低100℃～180℃，常规方案的轴承座隔热引气量需占发动机进口流量0.2％，而本发明方案无需引发动机内部气。后续将开展试验验证本发明在轴承座和轴承外环温度等方面的改进效果。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (15)

1.一种用于热端轴承座的隔热冷却结构，包括排气机匣(1)和滑油管(5)，所述滑油管(5)穿过排气机匣(1)到达轴承座(2)，其特征在于：所述排气机匣(1)与滑油管(5)连接处设置有通气管，所述排气机匣(1)内部的排气支板内腔(10)与位于所述排气机匣(1)外部的发动机短舱(11)连通。

2.根据权利要求1所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述排气机匣(1)包括排气机匣上缘板(1-1)、排气机匣下缘板(1-2)和排气机匣支板(1-3)；其中，

所述排气机匣支板(1-3)连接所述排气机匣上缘板(1-1)和排气机匣下缘板(1-2)，

所述排气机匣上缘板(1-1)、排气机匣下缘板(1-2)和排气机匣支板(1-3)一体成型。

3.根据权利要求2所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述排气机匣支板(1-3)设置为一个或多个，在所述排气机匣上缘板(1-1)、排气机匣下缘板(1-2)、排气机匣支板(1-3)之间构成排气支板内腔(10)。

4.根据权利要求3所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述排气支板内腔(10)内部在靠近轴承座(2)一侧还设置有隔热板(7)。

5.根据权利要求2或所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述排气机匣(1)底端与所述轴承座(2)之间连接有排气内支撑板(3)，所述排气内支撑板(3)上端与排气机匣下缘板(1-2)连接，所述排气内支撑板(3)下端与轴承座(2)相连，所述排气内支撑板(3)的上端截面设置为U型结构，下端的连接板与U型截面垂直设置。

6.根据权利要求5所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述轴承座(2)底端远离所述排气内支撑板(3)的一侧连接有引出端，所述排气机匣支板(1-3)与所述引出端连接有排气锥(4)，所述排气锥(4)与所述排气机匣支板(1-3)的间隙处设置有引射气出口。

7.根据权利要求6所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述引射气出口最外层为排气机匣(1)，所述引射气出口最内层为排气锥(4)，在所述排气机匣(1)和所述排气锥(4)之间留出一圈引射排气缝(8)。

8.根据权利要求7所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述引射排气缝(8)设置成圆形引射排气缝(8-1)或波瓣型引射排气缝(8-2)形式。

9.根据权利要求6所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述排气锥(4)上端截面设置为半U型结构，下端的连接板与U型板垂直设置，所述连接板与轴承座(2)固定连接。

10.根据权利要求1所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述通气管通气口形状设置为圆形通气口(1-6)或长圆形通气口(1-7)。

11.根据权利要求2或6所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述排气机匣支板(1-3)内腔壁面喷涂有一层热障涂层(6)。

12.根据权利要求11所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述热障涂层(6)厚度t＝0.1mm～0.15mm，喷涂范围为整个支板内壁面、机匣下缘板轴承座外腔壁面。

13.根据权利要求1所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述滑油管(5)直径为D＝20mm，通气口半径R＝0.5D～3D，长度L＝0.2D～2.5D，宽度W＝0.2D～2.5D。

14.根据权利要求8所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述波瓣型引射排气缝(8-2)中径为D1＝100mm～150mm，缝高h＝2～5mm，波峰高H1＝2～5mm，波谷高H2＝1～4mm，机匣排气边厚度T1＝1.5～2.5mm，排气锥的排气边厚度T2＝2mm。

15.根据权利要求4所述的用于热端轴承座的隔热冷却结构，其特征在于：所述隔热板(7)厚度t1＝0.5～1mm。

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