CN114286888B - 用于飞行器涡轮发动机的用于从滚动轴承分配油的装置 - Google Patents

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Abstract

用于飞行器涡轮发动机的用于从滚动轴承(8)分配油的装置，该装置包括：‑滚动轴承(8)，该滚动轴承包括两个环(12，14)，分别是内环和外环，‑油分配环(5)，该油分配环被构造成安装在涡轮发动机的轴(4)上，所述分配环包括：i)第一外圆柱形表面(5a)，该第一外圆柱形表面用于安装轴承的内环(12)，以及ii)油回收斗(11)，该油回收斗供给轴承的润滑回路(7)，‑动态密封件(22)的环形轨道(26)，其特征在于，分配环(5)和轨道(26)由单个部件的主体形成，并且其中，润滑回路(7)形成在所述主体中并延伸到分配环和轨道中。

Description

用于飞行器涡轮发动机的用于从滚动轴承分配油的装置
技术领域
本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的用于从滚动轴承分配油的装置。
背景技术
现有技术包括但不限于文献FR-A1-3 035 154、FR-A1-3 066 549和WO-A1-2015/075355。
以已知的方式，涡轮发动机包括一定数量的滚动轴承，这些滚动轴承用于支撑涡轮发动机的转子特别是相对于固定支撑件(诸如固定支撑件的壳体)旋转。
在运行期间，油通常被注入在这些轴承的滚动轴承上，以对滚动轴承进行润滑和冷却。为了防止油扩散到整个发动机中，有必要将滚动轴承限制在油外壳的内部，并将这些油外壳密封而使其和与发动机相邻的空气外壳隔离，该空气外壳必须没有油。
更确切地，一些油外壳界定在轴和环形盖之间，该轴由滚动轴承旋转地支撑，该环形盖与连接到涡轮发动机壳体并围绕轴布置的固定支撑件成一体。动态环形密封件通常被定位在轴和盖之间，以在油外壳和相邻的空气外壳之间提供密封。通常，动态密封件安装在附接到盖的凸缘的内部。
通常在用于涡轮发动机的滚动轴承的油外壳中使用的动态密封件是分段径向密封件(JRS，joints radiaux segmentés)，该分段径向密封件包括围绕密封轨道周向分布的多个环形段，该密封轨道与转子的轴一起旋转。这些段与密封轨道滑动地接触。密封件的段和密封轨道之间的摩擦产生了必须消散的热量，以保持这些元件的机械完整性。一种技术是使冷却油沿着密封轨道的内壁流通。
动态密封件可以位于滚动轴承旁边，该滚动轴承在运行期间由油润滑。已知通过油分配环来润滑滚动轴承。滚动轴承安装在油分配环上，该油分配环包括用于收集由喷洒器喷射的油的斗，以便回收该油并供给被构造成用于对轴承进行润滑的回路。
本发明提供了对该技术的改进，对该技术的改进特别地使得能够优化布置在润滑的滚动轴承旁边的动态密封件(例如，JRS类型的动态密封件)的轨道的冷却。
发明内容
本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的用于从滚动轴承分配油的装置，该装置包括：
-滚动轴承，该滚动轴承包括两个环，分别是内环和外环，
-油分配环，该油分配环被构造成安装在涡轮发动机的轴上，该分配环包括：
i)第一外圆柱形表面，该第一外圆柱形表面用于安装轴承的内环，以及
ii)油回收斗，该油回收斗供给被构造成用于对所述轴承进行润滑的回路，
-动态密封件的环形轨道，该动态密封件特别是JRS类型的动态密封件，
其特征在于，所述分配环和所述轨道由单个部件的主体形成，并且其中，所述润滑回路形成在该主体中并延伸到分配环和轨道中。
一方面，本发明使得能够减少部件的数量，并因此减少装置的设计，因为该装置的主体集成了多种功能，即支撑和润滑轴承的分配环的功能，以及动态密封件的轨道的功能。与现有技术相比，这使得该装置具有较小的总体尺寸，特别是径向尺寸和轴向尺寸。本发明还使得能够简化油回路，该油回路用于对轴承进行润滑和用于对密封轨道进行冷却。实际上，油在该轨道附近的流通使得油能够通过热传导来冷却，这是特别有利的。油从斗流入主体中和从环流到轨道中的通路不一定需要特殊的密封系统，这也限制了运行期间不受控制的油泄漏的风险。另外，轨道的直径的减小导致由动态密封件来密封的泄漏横截面的减小，这进一步提高了密封装置的效率。
根据本发明的装置可包括以下特征中的一个或多个特征，一个或多个特征单独采用或彼此组合采用：
-所述主体包括用于支撑密封件的第二外圆柱形表面，并且其中，所述回路包括细长形状的至少一个第一通道，至少一个第一通道包括在所述斗的水平处开口的第一轴向端部，和被所述第二表面包围的相对的第二轴向端部，
-所述回路包括至少一个第二细长的通道，至少一个第二细长的通道包括连接到所述至少一个第一通道的第二轴向端部的第三轴向端部，和在所述第一表面的水平处或附近处开口的相对的第四轴向端部。
-所述至少一个第一通道位于具有直径D1的以轴承的轴线为中心的圆周上，并且所述至少一个第二通道位于具有直径D2的以该轴线为中心的圆周上，其中，D1小于D2，D2本身小于所述第二表面的直径D3，
-第二端部和第三端部通过至少一个弯曲导管和/或至少一个锯齿形导管和/或至少一个盘旋形或螺旋形导管彼此连接，
-所述至少一个第一通道和/或所述至少一个第二通道至少部分地填充有形成格子的蜂窝状结构，
-所述至少一个第一通道和/或所述至少一个第二通道具有大致圆形、三角形、矩形或梯形的横截面形状，
-所述主体包括用于支承内环的第一轴向端部的环形肩部，所述主体还包括用于拧紧螺母的螺纹，该螺母被构造成支承在内环的第二相对的轴向端部上，
-所述至少一个第二通道具有在所述第一表面和所述螺纹之间开口的第四端部，第四端部优选地面向形成在所述螺母中的至少一个第三通道，
--所述螺纹位于所述第一表面和第二表面之间，
--所述斗位于所述主体的第一轴向端部处，所述轨道(或所述第二表面)位于主体的第二相对的轴向端部，
--所述主体在第一轴向端部处包括一环形排犬齿，以及
--所述主体在第二相对的轴向端部处包括支撑止动件。
本发明还涉及一种特别是用于飞行器的涡轮发动机，该涡轮发动机包括至少一个如上所述的装置。
根据本发明的涡轮发动机可以包括以下特征中的一个或多个，这些特征被彼此独立地采用或被彼此结合地采用：
--涡轮发动机包括轴以及耳轴，装置围绕该轴安装，装置的主体被轴向地夹紧在轴的环形肩部和耳轴之间，该耳轴通过将螺母拧紧到轴上而被轴向地推入以抵靠主体，以及
--涡轮发动机包括在由所述斗界定的环形空间中、特别是在斗和所述轴之间的油喷洒器。
附图说明
根据本发明的非限制性实施例的以下描述并且参照附图，其它特征及优点将显而易见，在附图中：
[图1]图1是包括根据本发明的一个实施例的油分配装置的涡轮发动机的轴向截面的局部示意性半视图，
[图2]图2是图1的装置的透视和轴向截面的局部示意性视图，
[图3]图3是图1的装置的透视、轴向和横截面的局部示意性视图，该横截面沿着图2的线III-III形成，
[图4]图4是类似于图2的视图，并且表示该装置的替代实施例，详细视图表示润滑油回路的一部分，
[图5]图5是类似于图2的视图，并且表示该装置的另一个变型实施例，详细视图表示润滑油回路的一部分，
[图6]图6是类似于图2的视图，并且表示该装置的另一个变型实施例，详细视图表示润滑油回路的一部分，
[图7]图7是类似于图2的视图，并且示出该装置的另一个变型实施例，
[图8]图8是图7的装置的透视、轴向和横截面的局部示意性视图，该横截面沿着图7的线VII-VII形成，
[图9]图9是该装置的另一个变型实施例的透视、轴向和横截面的局部示意性视图，以及
[图10]图10示出了格子的蜂窝状结构的示意性示例。
具体实施方式
图1示出了飞行器涡轮发动机轴承的油外壳2的局部示意性图。
该油外壳2的内部由围绕轴线X旋转的轴4限定，该油外壳的外部由环形盖6和轴承支撑件3限定，该环形盖和轴承支撑件与涡轮发动机的壳体1成一体并且围绕轴4布置。
油分配环5围绕轴4与该轴同轴地布置，并与该轴旋转地成一体。
油外壳2包含轴承8，该轴承包括多个滚动元件10，这些滚动元件接合在内环12与外环14之间，该内环优选地通过收缩配合安装在分配环5上，该外环与固定到涡轮发动机的壳体1上的轴承支撑件3成一体。轴承支撑件3可以具有一定的柔性。
在图中所示的示例中，滚动元件10是滚珠。然而，轴承或滚动元件的类型在本发明的范围内是非限制性的。
油被注入到油外壳2中，以对轴承的滚动元件10进行润滑和冷却。为此，油通过集成在分配环5中的润滑回路7流动到分配环5的外圆柱形表面5a，该外圆柱形表面被用于安装内环12。
油由油喷洒器9供给，该油喷洒器在此位于分配环5的上游(在此，术语“上游”和“下游”是指涡轮发动机中的气体的总体流动)。环5具有围绕轴线X的大致环形形状，并在其上游端部处包括用于收集由喷洒器9喷出的油的斗11。在所示的示例中，该斗呈向上游定向的圆筒形边缘的形式。斗11围绕轴4并远离该轴延伸，并与该轴一起限定用于接纳来自喷洒器9的油的环形空间。
油回路7在分配环5的上游端部处、在上述油接纳空间中包括至少一个入口开口。
在所示的示例中，该入口由至少一个通道7a的上游端部7aa形成，至少一个通道具有沿着轴线X的细长形状，并包括位于分配环5的下游端部的水平处的下游端部7ab。
此外，在至少一个通道的上游端部处，环5包括一环形排犬齿13，该环形排犬齿轴向地向上游定向，并接合在轴4上的互补犬齿之间。这种配合使得能够将环5旋转地固定到轴4上。如图所示，端部7aa径向地位于犬齿13与斗11之间。
大致径向地定向于轴线X的油导管15从通道7a延伸到环5的表面5a，以用于对轴承8进行润滑。
轴承8的内环12还包括集成的油回路12a，该油回路用于使由环5的回路7供给的油流通，以对滚动元件及滚动元件的保持架进行润滑。内环12在上游轴向地抵靠在环5的环形肩部5b上。在用于安装内环12的表面5a的下游，分配环5包括用于拧紧在螺母16上的外螺纹5c，该螺母轴向地抵靠在环12的下游端部上，以将该环轴向地夹紧在肩部5b上。
油外壳2还包括用于将该油外壳密封而使其与相邻的空气外壳20隔离的密封系统，该空气外壳必须没有油。
为此，密封系统特别地包括动态环形密封件22。通常，该动态密封件22由碳环形段构成。动态密封件22保持在环形凸缘28中，该环形凸缘本身安装在盖6的内部。
凸缘28具有接纳动态密封件22的具有L形横截面的部分28a。
动态环形密封件22与密封轨道26相关联，该密封轨道是可旋转的并由轴4承载。轨道26包括与动态环形密封件22滑动接触的接触表面26a。接触表面26a和轨道26被处理，以改善密封/轨道滑动并使动态环形密封件22的磨损最小化。
密封系统还包括迷宫式密封件23，该迷宫式密封件布置在动态密封件22的下游、在安装在轴4上的耳轴21和盖6之间。
耳轴21通过花键21a与轴4旋转地成一体。耳轴21位于分配环5的下游，并包括轴向地支承抵靠在环5的下游端部上的上游端部，该下游端部形成轴向止动件。螺母24在耳轴21的下游拧紧到轴4上，以将该轴轴向地压靠在环5上，该环本身保持轴向地紧靠在轴4的犬齿上。另外，优选地，环5收缩到轴4上，以确保该轴居中。
根据本发明的特征，分配环5和动态密封件22的轨道26例如通过增材制造形成为单个部件。因此，环5和轨道26由集成了回路7的单个部件的主体形成。
如图所示，回路7在下游轴向地延伸到轨道26，以用于对表面26a进行传导冷却。
因此，上述通道7a的下游端部7ab位于最靠近主体和轨道26的下游端部，并且被表面26a包围。在所示的示例中，通道7是直的并且位于具有直径D1的以轴线X为中心的圆周上。表面26a位于具有直径D3的以轴线X为中心的圆周上。
回路7包括至少一个其他通道7b，该通道是大致细长的，并且优选地是直的，并且位于具有直径D2的以轴线X为中心的圆周上。D1小于D2，D2小于D3，这意味着通道7b在通道7a和表面26a之间延伸。
如在所示的示例中，通道7b具有下游端部7ba和上游端部7bb，该下游端部连接到通道7a的下游端部7ab，该上游端部通到表面5a上，或通到螺纹5c中，或在表面5a和螺纹5c之间。该端部7bb可以弯曲成L形并且包括如下部分：该部分径向向外定向并且例如通到设置在环5上的环形凹槽7c中，该环形凹槽径向向外开口。
端部7ab和7ba的连接例如可以通过至少一个C形弯曲的导管7d来实现。
螺母16可以包括至少一个集成的油流通通道29，该油流通通道用于接纳来自凹槽7c的油。该通道29例如从上游到下游径向向外倾斜，并包括面向凹槽7c开口的径向内端部和为了向外喷出油而向外开口的径向外端部。这使得螺母16能够起离心式滴抛器的作用，这使得用于对轴承8进行润滑和/或对密封件22进行冷却的油能够从该密封件抛出。密封件22上的油的存在可能降低该密封件的效率。
将冷却回路集成到密封轨道26中使得直径能够减小，这具有双重优点。首先，减小了该区域的径向总体尺寸。另外，由于较低的周边速度，密封件22在轨道26上的摩擦不太重要。最后，密封件22和轨道26之间的通路的截面较小，因此泄漏也较小。
图1用箭头示意性地示出了在运行期间的油的流动路径。油由喷洒器9喷射到由斗11限定的空间中，并进入回路7。油被供给到轴承8以用于润滑，并供给到表面26a附近以用于传导冷却。润滑油被轴承8自然地离心，轨道26的冷却油被输送到凹槽7c，然后在该凹槽中通过螺母16的通道29排出。
从图2和图3可以看出，回路7可以包括围绕轴线X均匀间隔开的多个通道7a、7b。主体可以包括多达十个或更多个通道7a。这些通道7a的截面可以具有圆形形状。这些通道的截面也可以沿着轴线X改变。这些通道各自可以在上游段上具有圆形截面，在下游段上具有矩形截面。
主体还可以包括多达十个或更多个通道7b。这些通道7b的截面可以具有圆形形状。这些通道的截面也可以沿着轴线X改变。这些通道各自可以在上游段上具有圆形截面，在下游段上具有矩形截面。
在此，通道7a、7b平行于轴线X延伸，尽管这不是限制性的。
图4至图7是与图2类似的视图，并且示出了本发明的替代实施例，并且特别是回路7的替代实施例。
在图4所示的变型中，回路7包括两个通道7a和两个通道7b。通道7a中的每一个通道通过围绕轴线X延伸的盘旋形或螺旋形形状的导管7d’连接到通道7b中的一个通道。图4的详细视图使得能够示出相同直径的导管7d’彼此嵌套在内部。
在图5所示的实施例中，回路7包括通道7a，该通道各自通过锯齿形导管7d”连接到通道7b。该导管7d”占据围绕轴线X的角扇区(图5的详细视图)。导管7d”或该扇区的角度范围取决于通道7a和7b的数量，并且例如介于30°至60°之间。
在图6所示的实施例中，回路7包括通道7a，该通道各自通过扭曲的导管7d”’连接到通道7b。该导管7d”’占据围绕轴线X的角扇区(图6的详细视图)。导管7d”’或该扇区的角度范围取决于通道7a和7b的数量，并且例如介于30°至60°之间。
在图7和图8所示的替代实施例中，回路7包括通道7a、7b，通道的横截面为大致梯形，并且通道通过倾斜的隔板32彼此分开。
最后，在图9的替代实施例中，回路7包括呈大致环形形状且围绕轴线X不间断的单个通道7a和呈大致环形形状且围绕轴线X不间断的单个通道7b。尽管不可见，但这些通道7a、7b的例如具有弯曲的横截面的连接导管也可以是环形且不间断的。
图9中的通道7a、7b和导管至少部分地填充有形成格子的蜂窝状结构30。图10示出了这种结构30的一些示例。该结构30可以通过预先定义的几何图案的重复和三维的构造来形成。结构30使得能够加强主体，以增加与油的热交换，但也减少该主体的质量。
在本发明的特定实施例中，回路7的通道和导管的累积长度可以介于2000mm至6000mm之间。通道和导管的直径或等效直径可以介于1mm至5mm之间。
本发明的油分配装置包括一体式主体，因此，该油分配装置集成了现有技术的分配环和密封轨道的功能。环本身可以被认为具有从喷洒器的出口舀出油和支撑并定位该轴承的多种功能。集成在主体中的油回路还具有对轴承进行润滑和对密封轨道进行冷却的两种功能。
增材制造是实现该主体的特别合适的方法。特别地，增材制造使得图10的结构30与主体的其余部分制成为一个单个部件。
本发明的主要优点包括装置紧凑、消除部件、增加动态密封件的效率和减少机载质量。

Claims (12)

1.一种用于飞行器涡轮发动机的用于从滚动轴承(8)分配油的装置，所述装置包括：
-滚动轴承(8)，所述滚动轴承包括两个环，分别是内环(12)和外环(14)，
-油分配环(5)，所述油分配环被构造成安装在涡轮发动机的轴(4)上，该油分配环包括：
i)第一外圆柱形表面(5a)，所述第一外圆柱形表面用于安装所述滚动轴承的所述内环(12)，以及
ii)油回收斗(11)，所述油回收斗供给被构造成用于对所述滚动轴承进行润滑的回路(7)，
-动态密封件(22)的环形轨道(26)，
其特征在于，所述油分配环(5)和所述环形轨道(26)由单个部件的主体形成，并且其中，所述回路(7)形成在该主体中并延伸到所述油分配环和所述环形轨道中。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主体包括用于支撑所述动态密封件(22)的第二外圆柱形表面(26a)，并且其中，所述回路(7)包括细长形状的至少一个第一通道(7a)，所述至少一个第一通道包括在所述油回收斗(11)的水平处开口的第一轴向端部(7aa)，和被所述第二外圆柱形表面(26a)包围的相对的第二轴向端部(7ab)。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述回路(7)包括至少一个第二细长的通道(7b)，所述至少一个第二细长的通道包括连接到所述至少一个第一通道(7a)的所述第二轴向端部(7ab)的第三轴向端部(7ba)，和在所述第一外圆柱形表面(5a)的水平处或附近处开口的相对的第四轴向端部(7bb)。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个第一通道(7a)位于具有直径D1的以所述滚动轴承(8)的轴线(X)为中心的圆周上，并且所述至少一个第二细长的通道(7b)位于具有直径D2的以该轴线为中心的圆周上，其中，D1小于D2，D2本身小于所述第二外圆柱形表面(26a)的直径D3。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述第二轴向端部(7ab)和所述第三轴向端部(7ba)通过至少一个弯曲导管(7d)和/或至少一个锯齿形导管(7d”)和/或至少一个盘旋形或螺旋形导管(7d’)彼此连接。
6.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述至少一个第一通道(7a)和/或所述至少一个第二细长的通道(7b)至少部分地填充有形成格子的蜂窝状结构(30)。
7.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述至少一个第一通道(7a)和/或所述至少一个第二细长的通道(7b)具有大致圆形、三角形、矩形或梯形的横截面形状。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述主体包括用于支承所述内环(12)的第一轴向端部的环形肩部(5b)，所述主体还包括用于拧紧螺母(16)的螺纹(5c)，所述螺母被构造成支承在所述内环的第二相对的轴向端部上。
9.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述主体包括用于支承所述内环(12)的第一轴向端部的环形肩部(5b)，所述主体还包括用于拧紧螺母(16)的螺纹(5c)，所述螺母被构造成支承在所述内环的第二相对的轴向端部上，所述至少一个第二细长的通道(7b)具有在所述第一外圆柱形表面(5a)和所述螺纹(5c)之间开口的所述第四轴向端部(7bb)。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第四轴向端部面向形成在所述螺母(16)中的至少一个第三通道(29)。
11.一种涡轮发动机，所述涡轮发动机包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的装置。
12.根据权利要求11所述的涡轮发动机，其中，所述涡轮发动机用于飞行器。
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