CN114909220A - 一种燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置,本发明的通风促进装置包括风扇单元和节流单元,风扇单元用于增压轴承腔内对应轴的轴心的空气,节流单元用于调节通风促进能力。本发明的用于燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置无需引气管路,尺寸、重量小,并且具有调节通风促进能力的功能。

Description

一种燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置及方法
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机,具体涉及一种用于燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置及方法。
背景技术
航空燃气涡轮发动机是典型的叶轮机械,主要由转子和静子组成,每个转子至少需要2个轴承,以确保转子正常运转,轴承需要滑油对其进行润滑、冷却,为了防止滑油外泄,需要设置轴承腔,且轴承腔前后均设置一个封严腔,封严腔内由压气机引气,使封严腔压力高于轴承腔,源源不断向轴承腔内泄露空气,从而阻止滑油外泄,但是,轴承腔必须通过一定的方式将空气排放出去,以避免轴承腔压力高于或等于封严腔压力,使封严腔失去作用。
通常的做法是先使用管路将多个轴承腔联通,然后在某一个轴承腔对应的轴上安装油气分离器(或称“离心通风器”),将多余的空气依此通过油气分离器、轴心,排到大气中,但是,在部分转速下,轴承腔内的多余空气不能顺畅地排放到大气中,导致轴承腔压力过高,进而发生滑油外泄的问题,因此需要通风促进装置,促进轴承腔内的多余空气顺畅地排放到大气中。传统的通风促进装置是在后承力机匣上安装一引射器,从压气机引来高压空气,经过引射器的收缩通道或收扩通道后高速喷出,利用空气粘性,带动轴心的空气向后运动,从而促进轴承腔内的多余空气顺畅地排放到大气中,由于该装置需要从压气机引来高压空气,降低了航空燃气涡轮发动机的效率,而且需要一段很长的管路将高压空气从压气机引到引射器,加上阀门和阀门控制机构,导致该装置重量较大,增加了航空燃气涡轮发动机的重量。
因此,有必要提出一种具有尺寸、重量更小且可以有效促进轴承腔通风能力的装置及方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置及方法,实现轴承腔通风促进。
为解决上述技术问题,本发明提供一种用于燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置,所述发动机具有转子轴、旋转支承所述转子轴的轴承和容纳所述轴承的轴承腔,所述轴承腔储存润滑油,所述轴承腔与所述转子轴的轴心连通,其特征在于,所述轴承腔通风促进装置包括风扇单元和节流单元,所述风扇单元设置成由所述转子轴带动来增压所述转子轴轴心的空气,所述节流单元设置用于调节所述转子轴轴心的空气的向外排放。
进一步地,所述风扇单元包括风扇外环、风扇叶片和进气锥,所述风扇叶片设置在所述风扇外环和所述进气锥之间,所述风扇外环适于将所述风扇单元固定至所述转子轴。
进一步地,所述节流单元设置在所述风扇单元的后部,用于调节经所述风扇单元增压的空气从所述转子轴轴心向外排放的排气通道的截面积。
进一步地,所述节流单元包括主框架、步进电机、螺杆和节流锥;
所述主框架包括框架外环、支板和框架内环,所述框架外环适于将所述节流单元固定于所述发动机,所述支板连接于所述框架外环和所述框架内环之间,用于支撑所述框架内环且对空气起导向作用,所述框架内环靠近所述框架外环一侧设置滑轨且所述滑轨与所述节流锥远离锥尖一端相配合,以使所述节流锥适于沿所述转子轴轴线方向相对所述框架内环移动;
所述步进电机安装在所述框架内环上,用于使所述螺杆旋转;
所述螺杆一端与所述步进电机连接,另一端包括丝杠结构且所述丝杠结构与所述节流锥配合连接,用于带动所述节流锥沿所述转子轴轴线移动,以实现对所述排气通道的调节;
所述节流锥包括丝套结构和滑块,所述丝套结构设置于所述节流锥的锥尖,与所述丝杠结构相配合,所述滑块设置于所述节流锥远离锥尖的一端,与所述滑轨相配合,所述节流锥与所述框架外环之间形成斜流道,作为所述排气通道。
进一步地,所述节流单元适于通过所述框架外环固定至所述发动机的后承力机匣上。
进一步地,所述滑轨的数量为至少一条,所述滑块的数量与所述滑轨相对应。
进一步地,所述风扇单元为微型风扇。
进一步地,所述转子轴为主转子后轴。
本发明还提供一种燃气涡轮发动机,包括以上所述的发动机轴承腔通风促进装置,其中,所述风扇单元固定于所述发动机的转子轴,所述节流单元固定于所述发动机的后承力机匣。
本发明还提供一种对燃气涡轮发动机的轴承腔进行通风促进的方法,采用以上所述的燃气涡轮发动机轴承腔通风促进装置,其中,所述风扇单元随所述转子轴的转动而转动,将所述转子轴轴心的空气增压后,使其流向所述节流单元,根据所述转子轴的当前转速,调节所述节流单元的排气通道的截面积,以调节增压空气从所述转子轴轴心排出。
这里需要对一些术语进行说明,例如,“前”、“后”是以转子轴轴心内的排气方向作为参照而定义的,例如图4所示的箭头所示的取向,“前”相当于排气方向的上游侧,而“后”相当于下游侧,这些将在下面参照附图的描述中变得更为清楚。
本发明的有益效果是:
1、本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置及方法,通过风扇单元增压与轴承腔相通的转子轴轴心的空气,并通过可调的节流单元进行排气,实现可调节的通风促进能力。
2、本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置及方法,风扇单元通过主转子带动旋转,无需从压气机引高压空气,仅需要消耗极小的功率,对航空燃气涡轮发动机的效率影响更小,并且使装置尺寸、重量更小。
3、本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置及方法,节流单元通过前后移动节流锥,改变排气面积,确保在各转速下的排气流量维持在合适大小,调节过程较平缓,易于进行准确控制,并且相较于传统方案中采用的阀门控制机构,尺寸、重量更小。
附图说明
本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是,附图仅作为所请求保护的技术方案的示例。在附图中,相同的附图标记代表相同或类似的元素。
图1是本发明一实施例的轴承腔通风促进装置的示意图;
图2是本发明一实施例的轴承腔通风促进装置的风扇单元的示意图;
图3是本发明一实施例的轴承腔通风促进装置的节流单元的示意图;
图4是本发明一实施例的轴承腔通风促进装置安装位置的示意图。
其中,附图标记说明如下:
1 燃气涡轮发动机轴承腔通风促进装置
2 油气分离器
3 发动机后承力机匣
4 前轴承腔
5 前承力机匣
6 压气机
7 燃烧室
8 涡轮
9 后轴承腔
91 转子轴
10 风扇单元
11 风扇外环
111 第一螺钉
12 风扇叶片
13 进气锥
20 节流单元
21 主框架
211 框架外环
2111 第二螺钉
212 支板
213 框架内环
2131 滑轨
22 步进电机
23 螺杆
231 丝杠结构
24 节流锥
241 丝套结构
242 滑块
具体实施方式
以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点,其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施,且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图,本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
图1为根据本发明的一个实施例的轴承腔通风促进装置的示意图,图2为根据本发明的一个实施例的轴承腔通风促进装置的风扇单元的示意图,图3为根据本发明的一个实施例的轴承腔通风促进装置的节流单元的示意图,图4为根据本发明的一个实施例的轴承腔通风促进装置安装位置的示意图。
如图1所述,该实施例的一种用于燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置1,发动机具有转子轴91、旋转支承转子轴91的轴承和容纳轴承的轴承腔,轴承腔储存润滑油,轴承腔与转子轴91的轴心连通,轴承腔通风促进装置1包括风扇单元10和节流单元20,风扇单元10设置成由转子轴91带动来增压转子轴91轴心的空气,节流单元20设置用于调节转子轴91轴心的空气的向外排放。
如图2所示,风扇单元10包括风扇外环11、风扇叶片12和进气锥13,风扇叶片12设置在风扇外环11和进气锥13之间;风扇单元10设置在主转子后轴(转子轴)91的内部,风扇外环11通过第一螺钉111固定至转子轴91的内壁上,以使风扇单元10固定;当转子轴91转动时,带动风扇单元10转动以增压转子轴轴心的空气。风扇单元可以为微型风扇。
需说明的是,风扇叶片可以设置在其他任何合适的以实现增压轴心空气的位置,该实施例中设置在主转子后轴内部,靠近发动机尾部处。
可以理解的是,当主转子后轴转动时,带动风扇单元转动,相较于传统技术中采用引射器作为通风促进装置,该实施例的风扇单元无需从压气机引高压空气以促进通风,仅需消耗极小功率,因此对航空燃气涡轮发动机效率的影响更小,并且,无需引气管路,重量更小。
如图3所示,节流单元20包括主框架21、步进电机22、螺杆23和节流锥24;主框架21包括框架外环211、支板212和框架内环213,框架外环211适于将节流单元20固定于发动机,支板213连接于框架外环211和框架内环213之间,用于支撑框架内环213且对空气起导向作用,框架内环213靠近框架外环211一侧设置滑轨2131且滑轨与节流锥24远离锥尖一端相配合,以使节流锥24沿主转子后轴91轴线方向相对框架内环213移动;步进电机22安装在框架内环213上,用于使螺杆23旋转;螺杆23一端与步进电机22连接,另一端包括丝杠结构231且丝杠结构与节流锥24配合连接,用于带动节流锥24沿主转子后轴91轴线移动,以实现对排气通道的调节;节流锥24包括丝套结构241和滑块242,丝套结构241设置于节流锥24的锥尖,与丝杠结构231相配合,滑块242设置于节流锥24远离锥尖的一端,与滑轨2131相配合,节流锥24与框架外环211之间形成斜流道,作为排气通道。
可以理解的是,步进电机可正向/反向旋转,使螺杆旋转,从而带动节流锥沿主转子后轴轴线前后移动,实现排气通道截面积的调节,确保各转速下的排气流量均维持在合适大小;此外,相较于传统技术中实现调节功能的设置在引气管路上的阀门和阀门控制机构,该实施例的节流机构更加紧凑,重量更小。
节流单元设置在风扇单元的后部,用于调节经风扇单元增压的空气从转子轴轴心向外排放的排气通道的截面积。
节流单元20适于通过框架外环211且采用第二螺钉2111固定至发动机的后承力机匣3上。
可以理解的是,将节流单元设置在风扇单元的后方,以调节经风扇单元增压后流向节流单元并将排出发动机的空气量,以防止轴承腔内的空气过多地排放到大气中而造成轴承腔压力过低。
滑轨2131的数量为至少一条,滑块242的数量与滑轨相对应,用以确保节流锥能够前后移动且不随螺杆旋转。
另一方面,提供一种燃气涡轮发动机,包括该实施例的发动机轴承腔通风促进装置,其中,风扇单元10固定于发动机的转子轴91,节流单元20固定于发动机的后承力机匣3。
如图4所示,该实施例的燃气涡轮发动机包括前轴承腔4、前承力机匣5、压气机6、燃烧室7、涡轮8、后承力机匣3、后轴承腔9、油气分离器2和燃气涡轮发动机轴承腔通风促进装置1,燃气涡轮发动机轴承腔通风促进装置设置在燃气涡轮发动机沿空气流通方向(如图4中箭头方向所示)的后部。
另一方面,提供一种对燃气涡轮发动机轴承腔进行通风促进的方法,采用该实施例的发动机轴承腔通风促进装置1,其中,风扇单元10随转子轴91的转动而转动,将转子轴91轴心的空气增压后,使其流向节流单元20,根据转子轴91的当前转速,调节节流单元20的排气通道的截面积,以调节增压空气从转子轴91轴心排出。
这里基于的术语和表述方式只是用于描述,本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征,应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的,权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
同样,需要指出的是,虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换,因此,只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的轴承腔通风促进装置,所述发动机具有转子轴、旋转支承所述转子轴的轴承和容纳所述轴承的轴承腔,所述轴承腔储存润滑油,所述轴承腔与所述转子轴的轴心连通,其特征在于,所述轴承腔通风促进装置包括风扇单元和节流单元,所述风扇单元设置成由所述转子轴带动来增压所述转子轴轴心的空气,所述节流单元设置用于调节所述转子轴轴心的空气的向外排放。
2.根据权利要求1所述的通风促进装置,其特征在于,所述风扇单元包括风扇外环、风扇叶片和进气锥,所述风扇叶片设置在所述风扇外环和所述进气锥之间,所述风扇外环适于将所述风扇单元固定至所述转子轴。
3.根据权利要求1或2所述的通风促进装置,其特征在于,所述节流单元设置在所述风扇单元的后部,用于调节经所述风扇单元增压的空气从所述转子轴轴心向外排放的排气通道的截面积。
4.根据权利要求3所述的通风促进装置,其特征在于,所述节流单元包括主框架、步进电机、螺杆和节流锥;
所述主框架包括框架外环、支板和框架内环,所述框架外环适于将所述节流单元固定于所述发动机上,所述支板连接于所述框架外环和所述框架内环之间,用于支撑所述框架内环且对空气起导向作用,所述框架内环靠近所述框架外环一侧设置滑轨且所述滑轨与所述节流锥远离锥尖一端相配合,以使所述节流锥适于沿所述转子轴轴线方向相对所述框架内环移动;
所述步进电机安装在所述框架内环上,用于使所述螺杆旋转;
所述螺杆一端与所述步进电机连接,另一端包括丝杠结构且所述丝杠结构与所述节流锥配合连接,用于带动所述节流锥沿所述转子轴轴线移动,以实现对所述排气通道的调节;
所述节流锥包括丝套结构和滑块,所述丝套结构设置于所述节流锥的锥尖,与所述丝杠结构相配合,所述滑块设置于所述节流锥远离锥尖的一端,与所述滑轨相配合,所述节流锥与所述框架外环之间形成斜流道,作为所述排气通道。
5.根据权利要求4所述的通风促进装置,其特征在于,所述节流单元适于通过所述框架外环固定至所述发动机的后承力机匣上。
6.根据权利要求4所述的通风促进装置,其特征在于,所述滑轨的数量为至少一条,所述滑块的数量与所述滑轨相对应。
7.根据权利要求1所述的通风促进装置,其特征在于,所述风扇单元为微型风扇。
8.根据权利要求1所述的通风促进装置,其特征在于,所述转子轴为主转子后轴。
9.一种燃气涡轮发动机,其特征在于,包括权利要求1~8任一项所述的发动机轴承腔通风促进装置,其中,所述风扇单元固定于所述发动机的转子轴,所述节流单元固定于所述发动机的后承力机匣。
10.一种对燃气涡轮发动机轴承腔进行通风促进的方法,其特征在于,采用权利要求1~8任一项所述的发动机轴承腔通风促进装置,其中,所述风扇单元随所述转子轴的转动而转动,将所述转子轴轴心的空气增压后,使其流向所述节流单元,根据所述转子轴的当前转速,调节所述节流单元的排气通道的截面积,以调节增压空气从所述转子轴轴心排出。
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