CN116517881A - 一种带轴承腔的压气机进气室结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于压气机进气室技术领域，提供了一种集成轴承腔的多功能离心压气机进气室组件结构。其进气罩壳体进口布置两个进口，分别为进气口1和进气口2，进气口1可以接受大气环境进气，进气口2可以接受环控引气，进气罩壳体一端布置轴承腔，另一端布置连接法兰。这种进气室组件结构可以为APU及小型动力装置提供以下三个方面的功能：一是前后端的支撑连接，载荷传递通过集成设计的进气支撑结构，避免了多构件载荷传递体系设计的结构响应复杂的问题；二是轴承支承结构，轴承系耦合了滑油分配功能、润滑功能、密封结构，同时集成了转速测量的测速轮；三是双进口进气控制可以实现多工作模式。该组件结构简单，适合于紧凑型APU及小型动力装置。

Description

一种带轴承腔的压气机进气室结构

技术领域

本发明属于压气机进气室技术领域，具体涉及一种带轴承腔的压气机进气室结构。

背景技术

离心压气机由于其单级压比高、结构可靠等特点而广泛应用于小型动力装置、APU及涡轮增压器中。对于APU来说，离心压气机前需要设置进气室组件，压气机前的进气室对压气机来流有重要影响，当来流畸变较大时，压气机工作情况变差，产生工作范围变窄及振动过大等情况。进气室进口设置进气风门组件，控制进气口的关闭。传统的APU进气室一般通过旋压的薄壁结构包围一块特定的区域形成主要的进气室空间，进气总压恢复系数低，进气畸变大。其技术途径是在进气室外壁一侧开口以对接进气风门来控制进气状态，其进气室往往属于APU的附属部件，没有传递载荷及其他功能。传统压气机设计中载荷的传递往往通过多构件组成，由于瞬态条件过程中的热载荷和机械载荷的作用，多构件体系的设计使得结构响应复杂且难以预测。集成式进气室组件把进气附近的相关功能集成到一个组件上，具有支撑、传递载荷及布置轴承等功能，极大的简化零件数量及方便尺寸配合，制造方法可以选择铸造或3D打印等，制造便捷，结构紧凑，具有很大的实用价值。

发明内容

本发明的目的：为了简化小型动力装置进气部分结构，集成了轴承腔结构，转速测量结构，前后端载荷传递与连接功能，以及设置两个不同工作模式进口，进气口1和进气口2。本发明实现了一种多功能离心压气机进气室结构，实现结构与功能的集成与简化。

本发明的技术方案：

一种带轴承腔的压气机进气室结构，包括：进气支撑壳体4、导流罩3、石墨密封5、轴承座6、外圈衬套7、内圈衬套8、滚子轴承9、端盖10、测速轮11、传动轴套13、L型密封垫15、封严环14；

所述进气支撑壳体4包括一体成型的：圆筒状进气壳体、漏斗状轴承腔、第一进气口和第二进气口；

轴承腔的大口端与进气壳体前端连接，进气壳体后端连接导流罩3；

所述导流罩3为喇叭状，导流罩3外边缘设有法兰边与进气支撑壳体4后端螺接；

所述进气支撑壳体4上的第一进气口和第二进气口轴线夹角为70°～120°。

进一步，所述结构还包括：传动轴套13、轴承座6和滚子轴承9；

所述轴承座6通过过盈配合同轴安装在进气支撑壳体4轴承腔内；

轴承座6内安装滚子轴承9，所述传动轴套13套设在滚子轴承9内。

进一步，所述传动轴套13为台阶轴，从前后端依次为小径段、中径段和大径段；

大径段与外部叶轮连接；大径段外侧壁设有多圈环形篦齿，环形篦齿与轴承腔之间设有封严环；

滚子轴承9设置在中径段，所述内圈衬套8设置在中径段外表面，位于滚子轴承9靠近大径段一侧且紧贴滚子轴承9；

内圈衬套8与轴承座6之间设有外圈衬套7；内圈衬套8与外圈衬套7之间构成滑油腔并与滚子轴承9内部连通；

所述轴承腔内表面设有环形滑油槽；

所述外圈衬套7和轴承座6沿圆周方向设有多个滑油孔将滑油腔与轴承腔内表面的环形滑油槽连通。

进一步，所述结构还包括：石墨密封环5；所述石墨密封环5设置在传动轴套13中径段与轴承座6之间，用于密封内圈衬套8、外圈衬套7与轴承座6间的缝隙。

进一步，所述结构还包括：测速轮11；

所述测速轮11包括一体成型的测速段和连接段，所述连接段通过内花键与传动轴套13小径段的外花键连接；

所述测速轮11测速段外表面均匀设有一组测速齿，轴承腔内侧与测速轮11对应位置安装测速传感器。

进一步，所述结构还包括：端盖10；所述端盖10通过螺钉与轴承腔连接，端盖10一侧端面与滚子轴承9外圈接触并压紧滚子轴承，且端盖10内侧壁与测速轮11外表面之间形成滑油回流通道。

进一步，所述结构还包括：L型密封环15，所述L型密封环15设置在端盖10和滚子轴承9之间，用于防止滚子轴承9内流出的滑油从端盖10与滚子轴承9之间缝隙溢出。

进一步，滚子轴承9与轴承座6之间为间隙配合；轴承座6与滚子轴承9对应区域内表面设有环形储油槽；环形储油槽内的滑油填满滚子轴承9与轴承座6之间的间隙用于调节阻尼。

进一步，所述轴承腔与前端部件连接并形成密封大滑油腔，轴承腔内壁上设有通道将密封大滑油腔与环形滑油槽连通。

本发明的有益效果：

1、本发明是一种紧凑的带轴承腔的多功能压气机进气室结构，其结构紧凑，实现方便，进气支撑壳体、轴承腔与外壳体一体成型，并集成了轴承支撑座结构，减少了零件数量和重量，累积公差小，可有效传递进气支撑壳体前后端载荷，避免了多构件载荷传递体系设计的结构响应预测复杂问题；

2、集成式进气室设置了两个进口，进气口1和进气口2，进气口1可以从大气环境中吸气，进气口2从环控系统吸气，通过多进口设计实现了多进气来源的功能，可实现发动机多模式工作；

3、轴承系耦合了滑油润滑与分配功能，使滚子轴承得到更好的润滑，挤压油膜改善转子动力学特性，为压气机前端提供转子支承纸垫，同时集成了转速测量的测速轮。

附图说明

图1是本发明实施例的带轴承腔的压气机进气室结构示意图；

图2是本发明实施例的进气支撑壳体示意图；

图3是本发明实施例的轴承支承示意图；

图4是本发明实施例的测速轮意图；

其中：1-螺栓、2-螺母、3-导流罩、4-进气支撑壳体、5-石墨密封、6-轴承座、7-外圈衬套、8-内圈衬套、9-滚子轴承、10-端盖、11-测速轮、12-方形进气口、13-传动轴套、14-封严环、15-L型密封垫。

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。

一种带带轴承腔的压气机进气室结构，包括进气支撑壳体4、导流罩3，导流罩3与进气支撑壳体4右侧法兰边通过螺栓紧固，并形成压气机进气室主要空间结构，导流罩3具有引导气流流向压气机进口及减小进口不均匀度的作用。

还包括设计的进气支撑壳体4是多功能集成式一体结构，其外侧锥形环面起到进气室外隔离面作用，同时具有传递载荷及支撑作用，用于传递进气支撑壳体4左右两端载荷，进气支撑壳体外表面设置两个进气口，为进气口1和进气口2，如图2所示，进气口1用于与进气风门配合，以实现环境吸气与控制，进气口2通过环控进气阀与环控系统连接，接受环控进气，以实现双模式进气。

还包括进气支撑壳体4左侧设置喇叭口状轴承腔，如图1所示，轴承腔内设置滑油管道，内安装轴承座6，转子支承系统通过轴承座6及端盖10安装在进气支撑壳体4内的轴承腔内，进气支撑壳体4上有一个径向开口，用于安装转速传感器，端盖10一侧也开口，两开口中心轴线对齐，与测速轮11配合进行转子转速测量。

还包括轴承支撑结构，如图3所示，传动轴套13设置有3层台阶，右端设计有用于连接的端面齿，左侧设有连接测速轮11的花键，传动轴套13右侧第1台阶上设置有篦齿密封结构，与封严环14配合，用于密封压气机的泄漏气，传动轴套中间的第2台阶与石墨密封5配合，用于隔离油气的密封，第3台阶位于最左侧，设计有滑油分配结构，并安装滚子轴承9，患有分配结构由外圈衬套7和内圈衬套8组成，外圈衬套7周向设置若干个原型小孔，与轴承座6外侧进入的滑油连通，通过若干小孔分散到滚子轴承9及需要润滑的部位，内圈衬套一方面与传动轴紧配合，另一方面与石墨密封动环配合，用于形成左右两侧的密封。滚子轴承9内圈设置拉拔槽，用于方便滚子轴承的拆装，滚子轴承9外圈通过端盖10压紧，形成轴系的稳固安装，整个轴系通过轴承座6安装在进气支撑壳体4左侧的轴承腔内。

还包括测速轮11右侧通过内花键与传动轴套13外花键配合，测速轮11左侧设计有内齿轮，用于连接前端传动部件，测速轮11左侧外圆面设置若干测速齿，用于配合安装在进气支撑壳体上的转速传感器进行传动轴套13转速测量。

下面结合附图说明对本发明具体实施方式做一步详细描述。

如图1所示结构，进气支撑壳体4右端与导流罩3通过法兰连接，法兰边沿周向通过螺栓1和螺母2紧固，进气支撑壳体4外壁面、轴承腔外壳体面与导流罩3形成进气室的主要空间，用于引导压气机进气来流，进气支撑壳体4外表面设置2个进气口，进气支撑壳体结构如图2所示，进气口1可以与进气风门配合，用于控制大气环境进气，进气口2与环控进气阀配合，用于控制环控系统进气。

如图1结构所示的轴承腔与进气支撑壳体4为一体化设计，轴承腔内侧与轴承座6安装，轴承座6与转动轴系进行安装，转动轴系详细结构如图3所示，传动轴套13右端与压气机叶轮转子连接，传动轴套13第1台阶上篦齿密封用于密封压气机泄漏气，传动轴套13中部第2台阶用于与石墨密封5配合，传动轴套13左侧第3台阶与滚子轴承9配合，滚子轴承右侧设计有外圈衬套7、内圈衬套8，外圈衬套7周向有若干圆孔，与内圈衬套8一起形成滚子轴承前的滑油分配结构，内圈衬套8另一方面还与石墨密封配合，进行滑油与压气机泄漏气的密封。传动轴套13左侧的花键与测速轮11连接，测速轮11外侧设计有测速齿，与安装在进气支撑壳体4上的转速传感器进行传动轴套13转速测量，测速轮11内侧设计有内齿轮，用于与左端传动部件连接。

带轴承腔的压气机进气室是一种集成化设计，一方面把进气室与进气室前后支撑功能结合在一起，另一方面还集成了轴系结构、润滑密封结构及测速结构，轴系可以连接右端叶轮及左端转动部件，结构紧凑可靠。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种带轴承腔的压气机进气室结构，其特征在于，所述结构包括：进气支撑壳体(4)、导流罩(3)、石墨密封(5)、轴承座(6)、外圈衬套(7)、内圈衬套(8)、滚子轴承(9)、端盖(10)、测速轮(11)、传动轴套(13)、L型密封垫(15)、封严环(14)；

所述进气支撑壳体(4)包括一体成型的：圆筒状进气壳体、漏斗状轴承腔、第一进气口和第二进气口；

轴承腔的大口端与进气壳体前端连接，进气壳体后端连接导流罩(3)；

所述导流罩(3)为喇叭状，导流罩(3)外边缘设有法兰边与进气支撑壳体(4)后端螺接；

所述进气支撑壳体(4)上的第一进气口和第二进气口轴线夹角为70°～120°。

2.根据权利要求1所述的压气机进气室结构，其特征在于，所述结构还包括：传动轴套(13)、轴承座(6)和滚子轴承(9)；

所述轴承座(6)通过过盈配合同轴安装在进气支撑壳体(4)轴承腔内；

轴承座(6)内安装滚子轴承(9)，所述传动轴套(13)套设在滚子轴承(9)内。

3.根据权利要求2所述的压气机进气室结构，其特征在于，所述传动轴套(13)为台阶轴，从前后端依次为小径段、中径段和大径段；

大径段与外部叶轮连接；大径段外侧壁设有多圈环形篦齿，环形篦齿与轴承腔之间设有封严环；

滚子轴承(9)设置在中径段，所述内圈衬套(8)设置在中径段外表面，位于滚子轴承(9)靠近大径段一侧且紧贴滚子轴承(9)；

内圈衬套(8)与轴承座(6)之间设有外圈衬套(7)；内圈衬套(8)与外圈衬套(7)之间构成滑油腔并与滚子轴承(9)内部连通；

所述轴承腔内表面设有环形滑油槽；

所述外圈衬套(7)和轴承座(6)沿圆周方向设有多个滑油孔将滑油腔与轴承腔内表面的环形滑油槽连通。

4.根据权利要求3所述的压气机进气室结构，其特征在于，所述结构还包括：石墨密封环(5)；所述石墨密封环(5)设置在传动轴套(13)中径段与轴承座(6)之间，用于密封内圈衬套(8)、外圈衬套(7)与轴承座(6)间的缝隙。

5.根据权利要求4所述的压气机进气室结构，其特征在于，所述结构还包括：测速轮(11)；

所述测速轮(11)包括一体成型的测速段和连接段，所述连接段通过内花键与传动轴套(13)小径段的外花键连接；

所述测速轮(11)测速段外表面均匀设有一组测速齿，轴承腔内侧与测速轮(11)对应位置安装测速传感器。

6.根据权利要求5所述的压气机进气室结构，其特征在于，所述结构还包括：端盖(10)；所述端盖(10)通过螺钉与轴承腔连接，端盖(10)一侧端面与滚子轴承(9)外圈接触并压紧滚子轴承，且端盖(10)内侧壁与测速轮(11)外表面之间形成滑油回流通道。

7.根据权利要求6所述的压气机进气室结构，其特征在于，所述结构还包括：L型密封环(15)，所述L型密封环(15)设置在端盖(10)和滚子轴承(9)之间，用于防止滚子轴承(9)内流出的滑油从端盖(10)与滚子轴承(9)之间缝隙溢出。

8.根据权利要求7所述的压气机进气室结构，其特征在于，滚子轴承(9)与轴承座(6)之间为间隙配合；轴承座(6)与滚子轴承(9)对应区域内表面设有环形储油槽；环形储油槽内的滑油填满滚子轴承(9)与轴承座(6)之间的间隙用于调节阻尼。

9.根据权利要求8所述的压气机进气室结构，其特征在于，所述轴承腔与前端部件连接并形成密封大滑油腔，轴承腔内壁上设有通道将密封大滑油腔与环形滑油槽连通。