CN115053051A - 对来自飞行器涡轮发动机的滚动轴承的油进行分配的装置 - Google Patents

Abstract

对来自飞行器涡轮发动机的滚动轴承(8)的油进行分配的装置，包括：‑滚动轴承(8)，‑用于分配油的主体(5)，该主体被构造成安装在涡轮发动机轴(4)上，该主体包括：i)第一外部圆柱形表面(5a)，用于安装轴承的内部环(12)，ii)用于回收油的环形勺形件(11)，iii)动态密封件(22)的环形轨道(26)，iv)用于对轴承进行润滑和对轨道进行冷却的回路(7)，该回路形成在主体中，其特征在于，环形勺形件是第一勺形件(11a)，该第一勺形件向回路的第一部分(7x)供油以对轨道进行冷却，并且主体包括用于回收油的第二环形勺形件(11b)，该勺形件向回路的第二部分(7y)供油以对轴承进行润滑。

Description

对来自飞行器涡轮发动机的滚动轴承的油进行分配的装置

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的滚动轴承的油分配装置。

背景技术

现有技术包括但不限于FR-A1-3 035 154、FR-A1-3 066 549、WO-A1-2015/075355、US-B2-10 082 037和EP-A1-3 112 636。

以已知的方式，涡轮发动机包括一定数量的滚动轴承，这些滚动轴承旨在旋转地支撑涡轮发动机的转子，特别是相对于诸如为涡轮发动机壳体的固定支撑件旋转地支撑涡轮发动机的转子。

在运作期间，油通常被喷射到这些轴承的滚子上，以对这些滚子进行润滑和冷却。为了防止油在整个发动机中扩散，必须将滚动轴承限制在油封壳的内部，并且使这些油封壳相对于与发动机相邻的空气封壳密封，该空气封壳必须不含油。

更确切地说，一些油封壳被限定在由滚动轴承旋转地支撑的轴和与固定支撑件成一体的环形覆盖件之间，该固定支撑件连接到涡轮发动机壳体并围绕轴布置。动态环形密封件通常被定位在轴和覆盖件之间，以确保油封壳和与油封壳相邻的空气封壳之间的密封。通常，动态密封件被安装在附接到覆盖件的端板的内部。

通常在涡轮发动机的滚动轴承油封壳中使用的动态密封件是分段式径向密封件(JRS)，该分段式径向密封件包括多个环形扇区，该多个环形扇区围绕随转子轴旋转的密封件轨道周向地分布。这些扇区与密封件轨道滑动接触。密封件扇区和密封件轨道之间的摩擦会产生热量，为了维持这些元件的机械完整性，必须去除这些热量。一种技术是使冷却油沿着密封件轨道的内壁流通。

动态密封件可以被定位成紧邻在运作期间由油润滑的滚动轴承。已知的是，经由油分配环对滚动轴承进行润滑。滚动轴承被安装在油分配环上，该油分配环包括用于回收从喷嘴喷出的油的勺形件，以收集该油并将该油供应到轴承的润滑回路。

本发明提供了对该技术的改进，该技术的改进尤其能够对被布置在经润滑的滚动轴承附近的动态密封件(例如JRS型的动态密封件)的轨道的冷却进行优化。

发明内容

本发明涉及一种用于飞行器涡轮发动机的滚动轴承的油分配装置，所述油分配装置包括：

-滚动轴承，所述滚动轴承包括两个环，分别为内部环和外部环，

-油分配主体，所述油分配主体被构造成安装在涡轮发动机轴上，所述主体包括：

i)第一外部圆柱形表面，所述第一外部圆柱形表面用于安装轴承的内部环，

ii)环形油回收勺形件，

iii)动态密封件的环形轨道，

iv)回路，所述回路用于对所述轴承进行润滑和对轨道进行冷却，所述回路形成在主体中，

其特征在于，环形勺形件构成第一勺形件，所述第一勺形件向所述回路的第一部分供油以对轨道进行冷却，并且其中，主体包括第二环形油回收勺形件，所述第二环形油回收勺形件向所述回路的第二部分供油以对轴承进行润滑。

一方面，本发明能够减少部件的数量并因此简化装置的设计，因为该装置的主体集成了多种功能，即对轴承进行支撑和润滑的分配环的功能，以及动态密封件的轨道的功能。因此，与现有技术相比，该装置可以具有更小的总体尺寸，特别是更小的径向和轴向尺寸。本发明还能够简化油回路，该油回路用于对轴承进行润滑和对密封件轨道进行冷却。实际上，油在该轨道附近流通使得能够通过热传导对该轨道进行冷却，这是特别有利的。使油在回路中通过不一定需要特殊的密封系统，这也限制了在运作期间不受控制的油泄漏的风险。另外，轨道直径的减小导致待被动态密封件密封的泄漏横截面减小，这进一步提高了密封装置的效率。

使用单个勺形件来向回路供油并且对轴承进行润滑和对密封件轨道进行冷却的缺点是存在密封件轨道的供油不足从而导致密封件轨道的冷却不良的风险。

两个勺形件能够分别向回路的两个部分供油，从而产生用于对密封件轨道进行冷却的第一油流以及用于对轴承进行润滑的第二油流。

因此，两个勺形件的作用是充分地向回路的各个部分供油，同时尽可能小地增加部件的尺寸。由专用的油流对密封件轨道进行冷却，这保证了这种冷却。

根据本发明的装置可以包括彼此独立或彼此组合地采用的以下特征中的一个或更多个：

-第一勺形件的直径小于第二勺形件的直径；

-这些勺形件的轴向截面为大致L形，并且每个勺形件包括圆柱形部分，所述圆柱形部分的一个端部连接到环形凸缘，圆柱形部分围绕彼此延伸，并且环形凸缘彼此轴向地偏移；

-回路的第一部分包括至少第一通道，所述第一通道在主体中在第一勺形件和所述轨道之间延伸；

-回路的第二部分包括至少一个第二通道，所述第二通道在主体中在第二勺形件和用于向轴承供应油的管道之间延伸；

-第一部分包括环形的第二通道，纵向肋部位于所述第二通道中，并且第二部分包括围绕主体的纵向轴线间隔开的独立的第一纵向通道；

-勺形件与主体和所述主体的轨道形成一体件；

-第一勺形件与所述轨道形成一体件，第二勺形件由旋拧到第一勺形件上的螺母承载，所述螺母优选地支承在轴承的内部环上；

-所述主体包括：

-爪齿，所述爪齿被构造成与所述轴的互补爪齿配合地接合，和/或

-环形抵接部，所述环形抵接部被构造成通过轴向抵接与所述轴的对应的圆柱形肩部配合。

-所述主体包括用于支撑密封件的第二外部圆柱形表面，

-所述主体包括用于抵接内部环的第一轴向端部的环形肩部，所述主体还包括用于螺母的螺纹，所述螺母被构造成抵接内部环的第二相对轴向端部，

-所述螺纹位于所述第一表面和第二表面之间，

-所述勺形件位于所述主体的第一轴向端部处，并且所述轨道(或所述第二表面)位于主体的第二相对轴向端部处。

本发明进一步涉及一种涡轮发动机，特别是飞行器的涡轮发动机，所述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彼此独立或彼此组合地采用的以下特征中的一个或多个：

-涡轮发动机包括轴和轴颈，所述装置围绕所述轴安装，装置的主体轴向地夹持在轴的环形肩部和轴颈之间，所述轴颈通过将螺母旋拧到轴上而被轴向地推动以抵接在主体上，

-涡轮发动机在环形空间中包括油喷嘴，所述环形空间由所述勺形件界定，特别是在勺形件和所述轴之间界定，

-喷嘴包括两个油喷射出口，所述两个油喷射出口中的第一油喷射出口被构造成向第一勺形件供油，所述两个油喷射出口中的第二油喷射出口被构造成向第二勺形件供油。

附图说明

通过参照附图对本发明的非限制性实施例的以下描述，其他特征和优点将是显而易见的，在附图中：

[图1]图1是包括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中所示的装置的轴向截面的局部示意性透视图，

[图3]图3是包括根据本发明的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4]图4是与图3类似的视图，示出了润滑油和冷却油的流动，

[图5A-5B]图5A和图5B分别是图3的装置的主体的轴向截面和横截面(沿着V-V线截取)的示意图，以及

[图6]图6是包括根据本发明的变型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。

具体实施方式

图1示出了飞行器涡轮发动机轴承的油封壳2的局部示意图。

该油封壳2在内部由围绕轴线X旋转的轴4限定，在外部由环形覆盖件6和轴承支撑件3限定，该环形覆盖件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以与轴4同轴的方式围绕该轴布置，并且旋转地固定到该轴上。

油封壳2包含轴承8，该轴承包括多个滚动元件10，该多个滚动元件接合在内部环12和外部环14之间，该内部环(优选地通过缩紧配合)被安装在分配环5上，该外部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可以具有一定的挠性。

在附图中所示的示例中，滚动元件10是滚珠。然而，在本发明的上下文中，滚子或滚动元件的类型不受限制。

油被喷射到油封壳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流通到用于安装内部环12的分配环5的外部圆柱形表面5a。

油由位于分配环5上游的油喷嘴9引入(表述“上游”和“下游”在此是指涡轮发动机中的一般气体流动)。环5具有围绕轴线X的大致环形形状，并且在其上游端部处包括用于对由喷嘴9喷射的油进行回收的勺形件11。在所示的示例中，该勺形件呈朝向上游定向的圆柱形凸缘的形式。勺形件11围绕轴4延伸并与该轴相距一距离，并且与该轴限定环形空间，该环形空间用于接收来自喷嘴9的油。

油回路7在分配环5的上游端部处、在上述油接收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，该至少一个通道沿着轴线X具有细长形状并且包括位于分配环5的下游端部处的下游端部7ab。

同样在其上游端部处，环5包括一环形排的爪齿13，该环形排的爪齿轴向地朝向上游定向并且接合在轴4上的互补爪齿之间。这种配合用于将环5旋转地固定到轴4上。如图所示，端部7aa径向地定位在爪齿13和勺形件11之间。

基本上相对于轴线X径向地定向的油管道15从通道7a延伸到环5的表面5a，用于对轴承8进行润滑。

轴承8的内部环12还包括集成油回路12a，该集成油回路用于使由环5的回路7供给的油流通，以对滚动元件及其保持架进行润滑。内部环12在上游处轴向地支承在环5的环形肩部5b上。在内部环12的安装表面5a的下游，分配环5包括用于旋拧在螺母16上的外螺纹5c，该螺母轴向地支承在环12的下游端部上，以将该内部环轴向地夹紧在肩部5b上。

油封壳2还包括密封系统，该密封系统用于将该油封壳相对于必须不含油的相邻的空气封壳20进行密封。

为此，密封系统尤其包括动态环形密封件22。通常，该动态密封件22由碳环形扇区构成。动态密封件22被保持在环形端板28中，该环形端板本身被安装在覆盖件6的内部。

端板28具有用于接纳动态密封件22的具有L形横截面的部分28a。

动态环形密封件22与密封件轨道26相关联，该密封件轨道可以旋转并且由轴4承载。轨道26具有与动态环形密封件22滑动接触的接触表面26a。对接触表面26a和轨道26进行处理，以对密封件/轨道滑动进行改进并且使动态环形密封件22的磨损最小化。

密封系统还包括迷宫式密封件23，该迷宫式密封件被布置在动态密封件22的下游，位于被安装在轴4上的轴颈21和覆盖件6之间。

轴颈21借助于花键21a与轴4旋转地固定在一起。轴颈21位于分配环5的下游并且包括轴向地抵靠在环5的下游端部上的上游端部，该下游端部形成轴向抵接部。螺母24被旋拧到轴4上，位于在轴颈21的下游，以将该轴颈轴向地压靠在环5上，该环本身保持轴向地紧靠在轴4的爪齿上。另外，优选地，环5缩套到轴4上以保证该环的对中。

分配环5与动态密封件22的轨道26例如通过增材制造而形成一体件。因此，环5和轨道26由集成回路7的一件式主体形成。

如图所示，回路7沿轴向向下游延伸到轨道26，以用于表面26a的传导冷却。

因此，上述通道7a的下游端部7ab最靠近轨道26和主体的下游端部，并且通道7a被表面26a围绕。在所示的示例中，通道7是笔直的并且位于以轴线X为中心的具有直径D1的圆周上。表面26a位于以该轴线X为中心的具有直径D3的圆周上。

回路7包括至少一个另外的通道7b，该通道7b具有大致细长的且优选为直线的形状，并且位于以轴线X为中心的具有直径D2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。

通道7b具有下游端部7ba和上游端部7bb，该下游端部7ba连接到通道7a的下游端部7ab，该上游端部7bb通向表面5a上、或者通向螺纹5c中、或者位于表面5a和螺纹5c之间，如在所示的示例中。该端部7bb可以弯曲成L形并且包括径向向外定向并且通入例如设置在环5上的环形凹槽7c中的部分，该环形凹槽径向向外开口。

端部7ab和端部7ba的连接可以通过例如至少一个C形弯管7d实现。

螺母16可以包括至少一个集成的油流动通道29，该至少一个集成的油流动通道旨在接收来自凹槽7c的油。该通道29例如从上游向下游径向向外倾斜，并且包括面向凹槽7c开口的径向内端部以及向外开口以向外喷射油的径向外端部。这使得螺母16能够充当离心液滴抛射部，该离心液滴抛射部使得用于对轴承8进行润滑和/或用于对密封件22进行冷却的油能够从密封件抛出。密封件22上存在油会降低该密封件的效率。

通过将冷却回路与密封件轨道26集成在一起，可以减小密封件轨道26的直径，这具有双重益处。首先，这降低了该区域中的径向空间需求。另外，由于较低的周向速度，密封件22在轨道26上的摩擦显得不那么重要。最后，密封件22和轨道26之间的通道截面较小，因此泄漏也较少。

图1以箭头示意性地示出了在运作期间的油流动路径。油通过喷嘴9被喷射到由勺形件11限定的空间中并进入回路7。油被输送到轴承8以进行润滑，并且被输送到表面26a附近以通过传导进行冷却。润滑油通过轴承8被自然地离心，来自轨道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被排出。

从图2可以看出，回路7可以包括多个围绕轴线X均匀地间隔开的通道7a、7b。主体可以包括多达十个或更多个通道7a。这些通道7a可以具有圆形的截面。这些通道的横截面也可以沿轴线X变化。这些通道中的每个通道可以在上游部段上具有圆形的横截面，并且在下游部段上具有矩形的横截面。

主体还可以包括多达十个或更多个通道7b。这些通道7b的横截面可以是圆形的。这些通道的横截面也可以沿轴线X变化。这些通道中的每个通道可以在上游部段上具有圆形的截面，并且在下游部段上具有矩形的截面。

通道7a、7b在此平行于轴线X延伸，但这不是限制性的。

申请人已经注意到，通过单个勺形件向回路供油可能会导致轨道26的不充分冷却的问题。实际上，轴承8的滚动元件10在经过输送油的管道15的出口时会产生泵送现象。轴承8消耗了由回路7提供的油流量的80％至90％，而轨道26仅消耗了由回路提供的油流量的20％至10％。难以精确地控制这些比例，因此存在轨道26的供油不足的风险。

为了确保用于对轨道26进行冷却和对轴承8进行润滑的正确油流量，在每个回路中，在保持尽可能紧凑的同时，所提出的解决方案包括使用两个单独的勺形件，每个勺形件专用于向回路的一部分供油。

图3至图5示出了根据本发明的装置的第一实施例。该装置包括本文所述的装置的所有特征，除非这些特征与下文和附图冲突。

该装置包括第一环形勺形件11a，类似于图1和图2的装置的勺形件11，该第一环形勺形件向所述回路7的第一部分供油以对轨道26进行冷却。

该装置的主体5还包括第二环形油回收勺形件11b，该第二环形油回收勺形件向所述回路的第二部分供油以对轴承进行润滑。

在所示的示例中，第一勺形件11a的直径小于第二勺形件11b的直径。

勺形件11a、11b的轴向横截面上为大致L形，并且每个勺形件包括圆柱形部分11a1、11b1，该圆柱形部分的一个轴向端部连接到环形凸缘11a2、11b2。圆柱形部分11a1、11b1围绕彼此延伸，并且环形凸缘11a2、11b2彼此轴向地偏移。在此，凸缘11b2位于凸缘11a2的上游。

凸缘11a2、11b2具有预定的径向尺寸，以保证在运作期间保持由喷嘴9喷射的油，从而避免该油的任何溢出(参见图4)。

回路7的第一部分7x包括至少一个第一通道7a，该第一通道在主体5中在第一勺形件11a和轨道26之间延伸。从图5A和图5B可以看出，该通道具有环形形状。纵向肋部7x1位于通道7a中并且沿着该通道的全部或部分长度延伸，以便于在限制压力损失的同时输送油。此外，由于通道7的长度相对较长，因此肋部7x1确保了主体5的由通道7隔开的径向内部环形部段和径向外部环形部段之间的连接。通道7a的下游端部可以连接到类似于图1和图2的元件的其它元件(7b、7c、7d)。

回路7的第二部分7y包括至少一个第二通道7y1，该第二通道在第二勺形件11b和用于向轴承供应油的管道15之间延伸到主体5中。图5A和图5B示出了一个优选实施例，其中，第二部分7y包括围绕主体5的纵向轴线X间隔开的多个独立的纵向通道7y1。在所示的示例中，存在三个系列的三个通道7y1。在这些系列中的每一个系列中，第一通道7y11连接到向环的上游部段供油的管道15，第二通道7y12连接到向环12的中间部段供油的另一管道15，第三通道7y13连接到向环的下游部段供油的又一管道15。

图4示出了来自喷嘴9的油的路径。有利地，该喷嘴9包括第一油喷射出口9a，该第一油喷射出口例如径向向内定向，并且被构造成向第一勺形件11a供应油。然后，该油在第一通道7a中行进以对轨道26进行冷却，直至该油在与图1和图2类似的螺母16的高度处出现。

喷嘴9包括第二油喷射出口9b，该第二油喷射出口例如径向向外定向，并且被构造成向第二勺形件11b供应油。然后，该油行进通过通道7y1，以对轴承8进行润滑。

在图3至图5B所示的实施例中，勺形件11a、11b与主体5及其轨道26形成一体件。

在图6所示的变型中，第一勺形件11a与轨道26形成一体件，而第二勺形件11b由旋拧到第一勺形件11a上的螺母16’承载。

与先前的设计以及图1和图2所示的装置不同，轴承8的内部环12不是支承在主体的上游肩部5b上，而是支承在该主体的下游肩部5c上。

因此，用于固定内部环12的螺母16’不是旋拧在主体5的下游螺纹上，而是旋拧在该主体的上游螺纹上。该螺母16’从上游旋拧到该螺纹上，该螺纹被布置在表面5a的上游，并且该螺母轴向地支承在环12的上游端部上，因此，该环被轴向地夹紧在该螺母16’和肩部5c之间。

第二勺形件11b被集成到该螺母6’中并且从该螺母的上游端部突出。

专用于对轨道26进行冷却的回路7的第一部分7x通向形成在肩部5b中的环形凹槽7x2中，该环形凹槽恰好位于环形腹板7x3的上游处，用于通过离心效应使油流动。该腹板7x3也被集成到主体5中。

另外，在该变型中，主体5通过其内部圆柱形表面5x缩套到轴的外部圆柱形表面4x上，以使主体5相对于轴4旋转固定。主体5在轴4上的轴向抵接是通过环形抵接部5y实现的，该环形抵接部由主体5承载，在此位于主体的下游端部处，并且该环形抵接部轴向地夹持在轴4的圆柱形肩部4y和类似于图1的轴颈21的上游端部之间。

在图3至图5B所示的实施例中，主体5和轴4之间的收缩配合部恰好位于轴承8的内部。该收缩配合部的长度被减小到恰好为减轻重量和避免安装问题所必需的长度。轴4保证了轴向抵接，并且卡爪保证了防止旋转。该轴向抵接位于在环的前部以防止安装问题。

根据本发明的油分配装置包括主体，该主体因此集成了现有技术的分配环和密封件轨道的功能。可以认为环本身具有从喷嘴中收集油以及支撑和定位该轴承的多个功能。集成在主体中的油回路还具有两个功能：对轴承进行润滑和对密封件轨道进行冷却。

增材制造是实现该主体的特别合适的方法。

本发明的主要优点包括使装置紧凑、省去部件、提高动态密封件的效率以及减小机载质量。

Claims (10)

1.一种用于飞行器涡轮发动机的滚动轴承(8)的油分配装置，所述油分配装置包括：

-滚动轴承(8)，所述滚动轴承包括两个环(12，14)，分别为内部环和外部环，

-油分配主体(5)，所述油分配主体被构造成安装在涡轮发动机轴(4)上，该主体包括：

i)第一外部圆柱形表面(5a)，所述第一外部圆柱形表面用于安装所述轴承的内部环(12)，

ii)环形油回收勺形件(11)，

iii)动态密封件(22)的环形轨道(26)，

iv)回路(7)，所述回路用于对所述轴承进行润滑和对所述轨道进行冷却，所述回路形成在所述主体中，

其特征在于，环形勺形件构成第一勺形件(11a)，所述第一勺形件向所述回路的第一部分(7x)供油以对所述轨道进行冷却，并且所述主体包括第二环形油回收勺形件(11b)，所述第二环形油回收勺形件向所述回路的第二部分(7y)供油以对所述轴承进行润滑。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一勺形件(11a)的直径小于第二勺形件(11b)的直径。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，这些勺形件(11a，11b)的轴向横截面为大致L形，并且每个勺形件包括圆柱形部分(11a1，11b1)，所述圆柱形部分的一个端部连接到环形凸缘(11a2，11b2)，所述圆柱形部分围绕彼此延伸，并且所述环形凸缘彼此轴向地偏移。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述回路(7)的第一部分(7x)包括至少第一通道(7a)，所述第一通道在所述主体(5)中在所述第一勺形件(11a)和所述轨道(26)之间延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述回路(7)的第二部分(7y)包括至少一个第二通道(7y1)，所述第二通道在所述主体(5)中在所述第二勺形件(11b)和用于向所述轴承(8)供应油的管道(15)之间延伸。

6.根据权利要求4和5所述的装置，其中，所述第一部分(7x)包括环形的第二通道(7a)，纵向肋部(7x1)位于所述第二通道中，并且所述第二部分(7y)包括围绕所述主体(5)的纵向轴线(X)间隔开的独立的第一纵向通道(7y1)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，这些勺形件(11a，11b)与所述主体(5)以及所述主体的轨道(26)形成一体件。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述第一勺形件(11a)与所述轨道(26)形成一体件，所述第二勺形件(11b)由旋拧到所述第一勺形件(11a)上的螺母(16’)承载，所述螺母优选地支承在所述轴承(8)的内部环(12)上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述主体(5)包括：

-爪齿(13)，所述爪齿被构造成与所述轴(4)的互补爪齿配合地接合，和/或

-环形抵接部(5y)，所述环形抵接部被构造成通过轴向抵接与所述轴(4)的对应的圆柱形肩部(4y)配合。

10.一种涡轮发动机，特别是飞行器的涡轮发动机，所述涡轮发动机包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的装置。

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