CN114483664A - 一种外挂式轴向力平衡轴系结构 - Google Patents

一种外挂式轴向力平衡轴系结构 Download PDF

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吴狄
高春晖
刘阳
牛军
马同玲
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/662—Balancing of rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/10—Shaft sealings
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Abstract

本发明公开了一种外挂式轴向力平衡轴系结构，包括外挂的高压气罐、与发动机本体结合的进气管路、两处动密封结构、金属止推环及转子上承担高压气压力的叶轮；一处动密封结构套装在主轴外，一端与发动机机匣固定连接，另一端与金属止推环抵触，金属止推环与叶轮固定连接；另一处动密封结构设置在距离主轴较远处，一端与发动机机匣固定连接，另一端与叶轮端面抵触；叶轮与发动机主轴过盈配合，发动机机匣、动密封结构及叶轮共同构成封闭腔体；高压气由高压气罐经进气管路到达封闭腔体内，高压气作用在叶轮端面，通过叶轮端面对轴系提供反向力以平衡轴向力；叶轮端面为顺航向指向的面。本发明能够平衡轴系产生的轴向力。

Description

一种外挂式轴向力平衡轴系结构
技术领域
本发明涉及发动机轴系结构技术领域，具体涉及一种外挂式轴向力平衡轴系结构。
背景技术
在高超声速吸气式组合发动机领域，使用更高效的热力循环以扩宽涡轮发动机工作包线是目前组合发动机领域采用的最为有效的手段。在高效的热力循环过程中，多耦合循环带来了多种介质同时工作的场景，不同介质伴随着不同的工作压力，造成发动机轴系产生较大的轴向力不平衡。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种外挂式轴向力平衡轴系结构，能够平衡轴系产生的轴向力。
本发明采用的技术方案如下：
一种外挂式轴向力平衡轴系结构，包括外挂的高压气罐、与发动机本体结合的进气管路、两处动密封结构、金属止推环及转子上承担高压气压力的叶轮；
一处动密封结构套装在主轴外，一端与发动机机匣固定连接，另一端与金属止推环抵触，所述金属止推环与叶轮固定连接；另一处动密封结构设置在距离主轴较远处，一端与发动机机匣固定连接，另一端与叶轮端面抵触；叶轮与发动机主轴过盈配合，发动机机匣、动密封结构及叶轮共同构成封闭腔体；
高压气由高压气罐经进气管路到达封闭腔体内，所述高压气作用在叶轮端面，通过叶轮端面对轴系提供反向力以平衡轴向力；所述叶轮端面为顺航向指向的面。
进一步地，叶轮与发动机通过热装连接。
进一步地，所述动密封结构为非接触式机械动密封结构，气体泄漏量在0.5g/min以下。
进一步地，所述动密封结构包括安装座、波纹管、镶嵌座及石墨环；
波纹管固定在安装座与镶嵌座之间，石墨环固定在镶嵌座内；主轴转动时，在石墨环与金属止推环接触表面以及石墨环与叶轮端面形成气膜达到密封目的。
进一步地，所述平衡轴系结构包括连接在高压气罐与发动机本体进气口之间的电磁阀。
此处忽略
有益效果：
本发明的高压气由高压气罐经进气管路到达封闭腔体内，该高压气作用在叶轮端面，将静压力引到旋转机构上，通过叶轮端面对轴系提供反向力以平衡轴向力。为发动机多介质耦合热力循环中旋转结构的轴向力平衡问题提供了解决方案。
附图说明
图1为本发明组成原理图。
图2为发动机本体三维剖视图。
图3为发动机本体二维剖视图。
图4为动密封结构示意图。
其中，1-高压气罐，2-电磁阀，3-发动机本体，4-进气口，5-高压腔，6-主轴，7-叶轮，8-动密封结构，9-叶轮端面，10-安装座，11-波纹管，12-镶嵌座，13-石墨环，14-金属止推环。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种外挂式轴向力平衡轴系结构，包括外挂的高压气罐1、进气管、与发动机本体3结合的进气管路、两处动密封结构8及转子上承担高压气压力的叶轮7。
发动机机匣位于发动机尾部，设置在尾喷管与涡轮静子之间，通过螺栓与涡轮静子连接。
如图2、图3所示，一处动密封结构8套装在主轴6外，距离主轴6较近，一端与发动机机匣固定连接，另一端与金属止推环14抵触，金属止推环14与叶轮7固定连接；另一处动密封结构8设置在距离主轴6较远处，一端与发动机机匣固定连接，另一端与叶轮端面9抵触；叶轮7与发动机主轴6过盈配合，本实施例中叶轮7与发动机主轴6通过热装连接，发动机机匣、动密封结构8及叶轮7共同构成封闭的高压腔5结构。进气管路设置在发动机机匣内部。
如图1所示，外挂的高压气罐1通过进气管与发动机本体3的进气口4连通，该进气管上设有电磁阀2，可以调节进入高压腔5内的气体流量。高压气由高压气罐1、进气管经进气管路到达高压腔5，通过叶轮端面9对轴系提供反向力以平衡压气机端的轴向力，叶轮端面9为涡轮指向压气机方向的面即顺航向指向的面。
在转动过程中通过非接触式长寿命机械动密封进行密封，气体泄漏量控制在0.5g/min以下，可满足试验要求。
如图4所示，动密封结构8包括安装座10、波纹管11、镶嵌座12及石墨环13；波纹管11固定在安装座10与镶嵌座12之间，石墨环13固定在镶嵌座12内；主轴6转动时，在石墨环13与金属止推环14接触表面以及石墨环13与叶轮端面9形成气膜达到密封目的。波纹管11能够实现动态补偿，维持动密封的稳定工作。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (5)

1.一种外挂式轴向力平衡轴系结构，其特征在于，包括外挂的高压气罐、与发动机本体结合的进气管路、两处动密封结构、金属止推环及转子上承担高压气压力的叶轮；
一处动密封结构套装在主轴外，一端与发动机机匣固定连接，另一端与金属止推环抵触，所述金属止推环与叶轮固定连接；另一处动密封结构设置在距离主轴较远处，一端与发动机机匣固定连接，另一端与叶轮端面抵触；叶轮与发动机主轴过盈配合，发动机机匣、动密封结构及叶轮共同构成封闭腔体；
高压气由高压气罐经进气管路到达封闭腔体内，所述高压气作用在叶轮端面，通过叶轮端面对轴系提供反向力以平衡轴向力；所述叶轮端面为顺航向指向的面。
2.如权利要求1所述的外挂式轴向力平衡轴系结构，其特征在于，叶轮与发动机通过热装连接。
3.如权利要求1所述的外挂式轴向力平衡轴系结构，其特征在于，所述动密封结构为非接触式机械动密封结构，气体泄漏量在0.5g/min以下。
4.如权利要求3所述的外挂式轴向力平衡轴系结构，其特征在于，所述动密封结构包括安装座、波纹管、镶嵌座及石墨环；
波纹管固定在安装座与镶嵌座之间，石墨环固定在镶嵌座内；主轴转动时，在石墨环与金属止推环接触表面以及石墨环与叶轮端面形成气膜达到密封目的。
5.如权利要求1-4任意一项所述的外挂式轴向力平衡轴系结构，其特征在于，所述平衡轴系结构包括连接在高压气罐与发动机本体进气口之间的电磁阀。
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