CN115318013A - 一种离心式油气分离结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离心式油气分离结构,其技术方案要点是包括涡轮轴、涡轮盘和甩油凸台，其中，所述涡轮盘轴颈的一侧端面上设置有拉杆；所述涡轮轴上开设有甩油凸台，在所述拉杆后端对应甩油凸台的位置设置一圈环形回油槽，同时在所述环形回油槽的周向设置多个回油孔，在所述涡轮盘内孔对应拉杆回油孔的位置设置一圈环形槽，所述环形槽与涡轮盘后端面轴向回油槽相连通。本发明利用旋转离心力的作用将轴承腔内的油气混合物进行分离，达到了油气混合物中的滑油返回轴承腔内，进而解决航空发动机轴承腔内的油气分离的问题。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体涉及一种离心式油气分离结构。
背景技术
航空发动机中，轴承腔内的滑油随着轴承以及转动件的工作会产生油气混合物。如不将滑油和气体分离，这些油气混合物将进入有关零件之间的间隙，在高温部位会产生滑油结焦或积碳，影响发动机的正常使用。目前国内自行研制的航空发动机轴承腔内未采用油气分离结构，由于轴承腔内转动件的工作转速较高，同时没有可参考的成熟结构，主要依靠高压转子轴和低压转子轴这两个转动件之间的小间隙通道来使轴承腔内的油气混合物通往发动机前方。
现有技术如图1所示，在轴承腔内未设置油气分离结构，将会在工作温度较高的零件表面上形成滑油结焦甚至积碳，影响发动机的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离心式油气分离结构，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：一种离心式油气分离结构，包括涡轮轴、涡轮盘和甩油凸台，其中，
所述涡轮盘轴颈的一侧端面上设置有拉杆；
所述涡轮轴上开设有甩油凸台，在所述拉杆后端对应甩油凸台的位置设置一圈环形回油槽，同时在所述环形回油槽的周向设置多个回油孔，在所述涡轮盘内孔对应拉杆回油孔的位置设置一圈环形槽，所述环形槽与涡轮盘后端面轴向回油槽相连通。
优选的，所述拉杆上设置有多个小孔。
优选的，所述小孔为4个，且孔径为4cm。
优选的，所述涡轮轴包括高压转子轴或低压转子轴。
优选的，所述涡轮盘和涡轮轴之间组成轴承腔，所述轴承腔外侧还设置有外壳体、内壳体和油气分离腔。
优选的，所述外壳体为单端开口的钟罩形状，其顶部封闭、开口端朝下且内腔中空；所述外壳体开口端处的内壁与内壳体的外沿密封连接，且外壳体内壁与内壳体内壁之间的密闭空腔即为油气分离腔。
优选的，所述外壳体内腔顶端设有上轴承座，上轴承座为一圈朝向外壳体内腔的圆环状凸起，上轴承座内设有上轴承的安装孔。
优选的，所述外壳体的顶部分别设置有进气接口和出气接口，其中，进气接口一直连通至设在外壳体内腔顶端的进气孔，出气接口则一直连通到设在外壳体内腔顶端的出气孔。
优选的，在所述进气接口的外端装有进气接头，在出气接口的外端装有出气接头；其中进气接口与进气接头的连接处，以及出气接口与出气接头的连接处均用密封圈进行密封。
优选的，所述进气接口与出气接口被设置为位于同一中心轴且开口方向相背离的方式，其中进气接口位于外壳体的左侧，而出气接口位于外壳体的右侧，连接进气接口与出气接口的外接管道互不干扰。
优选的，所述外壳体内腔的顶端，通过上轴承座将进气孔和出气孔隔离开，其中，所述进气孔设在上轴承座的内侧，出气孔则设在上轴承座的外侧。
优选的，所述内壳体为一开口朝上的喇叭状部件，且喇叭状部件的外沿通过道密封圈与外壳体下部的内壁连接，所述外壳体内壁与内壳体内壁之间形成一密闭的用于安装油气分离机构的油气分离腔，内壳体的喇叭状的开口向上，其内腔的中间下凹。
本发明的技术效果和优点：
本发明利用旋转离心力的作用将轴承腔内的油气混合物进行分离，以达到油气混合物中的滑油返回轴承腔内，进而解决航空发动机轴承腔内的油气分离的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为现有技术未采用离心式油气分离的结构示意图；
图2为本发明采用离心式油气分离的结构示意图；
图3为本发明的涡轮盘端面回油槽和内孔的环形槽结构示意图。
图中：1-涡轮盘；2-拉杆；3-涡轮轴；4-轴承腔；5-甩油凸台；6-回油槽；7-环形槽。
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。
在现有技术中，如图1所示，主要依靠高压转子轴和低压转子轴这两个转动件之间的小间隙通道来使轴承腔内的油气混合物通往发动机前方。这种设置将会在工作温度较高的零件表面上形成滑油结焦甚至积碳，影响发动机的正常使用。
本发明提供了一种离心式油气分离结构，包括涡轮轴3、涡轮盘1和甩油凸台5，其中，
所述涡轮盘1轴颈的一侧端面上设置有拉杆2；
所述涡轮轴3上开设有甩油凸台5，在所述拉杆2后端对应甩油凸台5的位置设置一圈环形回油槽6，同时在所述环形回油槽6的周向设置多个回油孔，在所述涡轮盘1内孔对应拉杆2回油孔的位置设置一圈环形槽7，所述环形槽 7与涡轮盘1后端面轴向回油槽6相连通。
具体地，所述涡轮轴3包括高压转子轴或低压转子轴。在图2的本发明中，低压转子轴上设置一个甩油凸台5，在拉杆2后端对应甩油凸台5的位置设置一圈环形回油槽6，同时在回油槽6的周向设置4个φ4mm的回油孔，在涡轮盘1内孔对应拉杆2回油孔的位置设置一圈环形槽7，该环形槽7与涡轮盘1后端面的4个轴向回油槽6相连通，涡轮盘1端面回油槽6和内孔的环形槽7结构见图3中。
在本实施例中，如图3为本发明的涡轮盘1结构示意图。所述在涡轮盘1 的端部设置有多个回油槽6，回油槽6之间环向阵列设置。在本实施例中回油槽6设置为4个。在涡轮盘1内孔设置一圈环形槽，所述环形槽对应拉杆2 回油孔的位置。
该结构中利用旋转离心力的作用将轴承腔4内的油气混合物进行分离，以达到油气混合物中的滑油返回轴承腔4内。油气混合物从轴承腔4内进入拉杆2和低压转子轴间的环腔，油气中含有的滑油通过低压转子轴上的甩油凸台5的离心力作用下分离后汇集在拉杆2对应位置的环形回油槽中，然后通过拉杆2上4个Φ4的小孔进入涡轮盘1后端轴颈上对应的环形槽中，再通过涡轮盘1后端面上与环形槽轴向相通的4个回油槽6回到轴承腔4内，经本发明分离后的滑油回到轴承腔4内继续参与滑油循环，分离后的气体沿着拉杆2和低压转子轴之间的小间隙通道流向发动机前方。
本发明在高压转子轴和低压转子轴之间提供一种回油通道；所述高压转子轴和低压转子轴分别为两根独立的各自旋转的轴。采用离心式油气分离结构实现高压转子轴和低压转子轴这两个转动件之间的油气分离。通过在涡轮轴3上设置甩油凸台5，在拉杆2对应甩油凸台5的位置设置环形回油槽6和回油孔，在涡轮盘1后端轴颈上设置对应的环形槽和与环形槽相连通的轴向回油槽6，在发动机工作时，依靠高速旋转的低压转子轴上的甩油凸台5的离心力实现油气分离功能。
目前国内自行研制的航空发动机高压转子和低压转子这两个转动件之间的轴承腔4内未采用油气分离结构，本发明可在高压转子和低压转子之间提供一种回油通道，油气分离效果较好，发动机工作时可减少滑油消耗，结构简单。
具体地，所述涡轮盘1和涡轮轴3之间设置有轴承腔4，所述轴承腔4外侧还设置有外壳体、内壳体、油气分离腔。
所述外壳体为单端开口的钟罩形状，其顶部封闭、开口端朝下且内腔中空。外壳体开口端处的内壁与内壳体的外沿密封连接，且外壳体内壁与内壳体内壁之间的密闭空腔即为油气分离腔。
在外壳体内腔顶端设有上轴承座，上轴承座为一圈朝向外壳体内腔的圆环状凸起。上轴承座内设有上轴承的安装孔。
离心式油气分离装置分别沿着进气接口的轴线和沿着喷嘴中轴线的两个平行剖面，且过外壳体和内壳体的中轴线。在外壳体的顶部分别设置了进气接口和出气接口。其中进气接口一直连通至设在外壳体内腔顶端的进气孔。出气接口则一直连通到设在外壳体内腔顶端的出气孔。
为了方便外接进气管道和出气管道，在进气接口的外端装有进气接头，在出气接口的外端装有出气接头。其中进气接口与进气接头的连接处，以及出气接口与出气接头的连接处均用密封圈进行密封，再由压板将进气接头或出气接头压紧在进气接口或出气接口上，压板通过螺钉旋紧在外壳体的连接螺孔中。
进气接口与出气接口被设置为位于同一中心轴且开口方向相背离的方式，其中进气接口位于图中外壳体的左侧，而出气接口位于图中外壳体的右侧,使得连接进气接口与出气接口的外接管道互不干扰。
在外壳体内腔的顶端，是通过上轴承座将进气孔和出气孔隔离开的，进气孔设在上轴承座的内侧，出气孔则设在上轴承座的外侧。
内壳体为一开口朝上的喇叭状部件，且喇叭状部件的外沿通过道密封圈与外壳体下部的内壁连接，外壳体内壁与内壳体内壁之间形成一密闭的用于安装油气分离机构的油气分离腔。
内壳体的喇叭状的开口向上，其内腔的中间下凹，有利于聚集经油气分离出的机油。
油气分离机构被安装在油气分离腔中，其主要由中轴、上压板、下压板和分离叶片组组成。中轴的上端穿接上轴承，上轴承固定在油气分离腔中位于外壳体内腔顶端的上轴承座内侧的轴承安装孔中。中轴的下部穿接下轴承，下轴承则安装在油气分离腔中位于内壳体中心部位的下轴承座的轴承安装孔内。
分离叶片组是由多个分离叶片穿接在中轴上并且沿中轴的轴线堆叠而构成的。分离叶片组中各分离叶片的中间设有相互连通的镂空结构，从进气接口进入的油气从这些镂空结构能够进入各分离叶片之间的空隙。
分离叶片组是通过中轴上设置的上压板和下压板按以下方式进行定位和固定的：
上压板设置在中轴的上端，在上压板上设有向下突起的定位凸楔，而在分离叶片组中位于最上端的分离叶片上设置形状相适配的定位孔。上压板与分离叶片接触时，定位凸楔则正好嵌入分离叶片上的定位孔中，由此将分离叶片组进行定位，使得分离叶片组的所有分离叶片随着上压板同步旋转而不会产生移位。
下压板设置在中轴的下部，位于下压板与下轴承之间的中轴上穿有一压缩弹簧，该压缩弹簧的上端从下压板的下面向上顶住下压板，压缩弹簧下端由一挡圈支撑，挡圈则通过设置在主轴上的环形槽7定位，由压缩弹簧提供压紧力，向上顶紧下压板和分离叶片组，并且使得分离叶片组与上压板通过接触而定位。当中轴带动分离叶片组旋转时，上压板和下压板与分离叶片组同步旋转。
另外还在上压板的边侧设置用于测量分离叶片转速的磁铁，同时在外壳体的顶部设有相应的测速传感器。利用测速传感器测量随分离叶片组旋转的磁铁的转速，以测得整个分离叶片组的旋转速度。
中轴为中空结构，其作用一是能够减轻中轴的重量，二是将发动机油底壳内的油气引入到油气分离机构，进行油气分离。
在内壳体的喇叭形内腔最低处还设有一单向阀，单向阀采用了伞形阀结构，其作用是将集聚在内壳体喇叭形内腔中的分离出的机油导入单向阀流入支撑座的内腔。
进气通道和出气通道
按含油气体和分离后洁净气体所经过的通道来分，本实施例的油气分离装置的内部结构可以分为进气通道和出气通道。
进气通道是含油气体进入油气分离腔的一条含油气体进入的通道，而出气通道是分离后的洁净气体排出油气分离腔的一条洁净气体排出的通道。
为了能够看清进气通道和出气通道。进气通道是从进气接口，依次经过位于外壳体内腔顶端且设在上轴承座内侧的进气孔、上压板的中空部位、分离叶片组中各分离叶片中间的镂空结构，一直连通至相邻分离叶片中间的空隙。
出气通道是从油气分离腔中分离叶片组周围的空间，依次经过位于外壳体内腔顶端且设在上轴承座外侧的出气孔、压力调节阀的内腔、压力调节阀的阀口，一直连通至出气接口。
本实施例利用上轴承座与上压板的密封连接，达到将进气通道与出气通道相互隔离的目的。
上压板的周边设有一圈向上的圆环状凸起，该圆环状凸起与上轴承座的侧壁以间隙密封结构进行连接。在上压板的中间设置中空部位，并且中空部位正好处在设在上轴承座内侧的进气孔的下方。
在油气分离腔中，本实施例是利用了油气分离机构的高速旋转将进气通道和出气通道相互隔离分开的。由于油气分离机构工作时分离叶片高速旋转，含油气体从叶片间隙通过时，油分子被甩出到外壳体的侧壁并因重力顺着外壳体的内壁向下流淌，而分离后的洁净气体借助于高速旋转的分离叶片的离心作用，则从各相邻的分离叶片之间的空隙进到油气分离腔(即油气分离机构的周边空间)并进入出气通道，而且由于离心力的作用洁净气体不会逆向返回到进气通道中。
为了保证由外壳体与内壳体所构成的油气分离腔的密闭性，本实施例在结构上采取了以下的密封措施：
1、在油气分离腔的上端通过上轴承座与上压板构成间隙密封结构。具体密封结构是：在外壳体内腔的顶端(即油气分离腔的上端)设有上轴承座，上压板的上部设有向上的圆环形的一圈凸起，圆环形凸起与上轴承座侧壁下端的外侧构成间隙配合而形成间隙密封结构。
2、在油气分离腔的下端是通过下轴承座与驱动轮构成间隙密封结构。具体密封结构是：在内壳体内腔的下端(即油气分离腔的下端)设有下轴承座，下轴承座的下端为一圈向下突起的凸台，而在驱动轮的上端设置与凸台相适配的环形槽7，下轴承座下端一圈凸台外侧正好嵌入驱动轮上端的环形槽7，两者构成间隙配合而形成间隙密封结构。
3、在油气分离腔的周围是由内壳体的外沿通过2道密封圈与外壳体下部的内壁进行密封连接。
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 (12)
1.一种离心式油气分离结构，其特征在于：包括涡轮轴(3)、涡轮盘(1)和甩油凸台(5)，其中，
所述涡轮盘(1)轴颈的一侧端面上设置有拉杆(2)；
所述涡轮轴(3)上开设有甩油凸台(5)，在所述拉杆(2)后端对应甩油凸台(5)的位置设置一圈环形回油槽(6)，同时在所述环形回油槽(6)的周向设置多个回油孔，在所述涡轮盘(1)内孔对应拉杆(2)回油孔的位置设置一圈环形槽(7)，所述环形槽(7)与涡轮盘(1)后端面轴向回油槽(6)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，所述拉杆(2)上设置有多个小孔。
3.根据权利要求2所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，所述小孔为4个，且孔径为4cm。
4.根据权利要求1所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
所述涡轮轴(3)包括高压转子轴或低压转子轴。
5.根据权利要求1-4所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
所述涡轮盘(1)和涡轮轴(3)之间组成轴承腔(4)，所述轴承腔(4)外侧还设置有外壳体、内壳体和油气分离腔。
6.根据权利要求5所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
所述外壳体为单端开口的钟罩形状，其顶部封闭、开口端朝下且内腔中空；所述外壳体开口端处的内壁与内壳体的外沿密封连接，且外壳体内壁与内壳体内壁之间的密闭空腔即为油气分离腔。
7.根据权利要求6所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
所述外壳体内腔顶端设有上轴承座，上轴承座为一圈朝向外壳体内腔的圆环状凸起，上轴承座内设有上轴承的安装孔。
8.根据权利要求7所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
所述外壳体的顶部分别设置有进气接口和出气接口，其中，进气接口一直连通至设在外壳体内腔顶端的进气孔，出气接口则一直连通到设在外壳体内腔顶端的出气孔。
9.根据权利要求8所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
在所述进气接口的外端装有进气接头，在出气接口的外端装有出气接头；其中进气接口与进气接头的连接处，以及出气接口与出气接头的连接处均用密封圈进行密封。
10.根据权利要求9所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
所述进气接口与出气接口被设置为位于同一中心轴且开口方向相背离的方式，其中进气接口位于外壳体的左侧，而出气接口位于外壳体的右侧，连接进气接口与出气接口的外接管道互不干扰。
11.根据权利要求10所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
所述外壳体内腔的顶端，通过上轴承座将进气孔和出气孔隔离开，其中，所述进气孔设在上轴承座的内侧，出气孔则设在上轴承座的外侧。
12.根据权利要求5所述的一种离心式油气分离结构，其特征在于，
所述内壳体为一开口朝上的喇叭状部件，且喇叭状部件的外沿通过道密封圈与外壳体下部的内壁连接，所述外壳体内壁与内壳体内壁之间形成一密闭的用于安装油气分离机构的油气分离腔，内壳体的喇叭状的开口向上，其内腔的中间下凹。
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