CN1773092A - 一种用于润滑涡轮机中构件的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于润滑涡轮机中的构件的装置，所述构件具体是涡轮喷气发动机中的轴承，该装置包括围绕所述构件限定出润滑室的环形支撑部件，以密封的方式固定在所述部件上并包括润滑油入口的环形壳，以及用于流过加压和冷却空气流的环形通道，所述通道形成在所述部件和所述壳之间，并且与所述支撑部件中的管道和形成在所述壳中用于流过加压和冷却空气的环形腔相连通。

Description

一种用于润滑涡轮机中构件的装置

技术领域

本发明涉及一种用于润滑涡轮机中构件的装置，具体的说，是涡轮喷气发动机中的轴承。

背景技术

涡轮机包括具有多个固定叶片级和多个转动叶片级的燃气涡轮，所述转动叶片级由固定在涡轮轴上的转子承载。涡轮轴通过轴承被对中并被可旋转地导向，该轴承需要连续地送入润滑油以限制其中的磨擦损耗。

一种已知的用于润滑涡轮机轴承的装置包括：

-环形轴承支撑部件，其固定在涡轮机的定子上并在轴承周围限定出润滑室；和

-环形壳，该壳具有用于润滑轴承的润滑油的入口，该环形壳以密封的方式被固定在环形支撑部件的径向端面上，通过固定在支撑部件和壳之间的环形密封垫进行密封，并且所述壳包括用于加压和冷却的空气流动的环形腔，所述腔在其上游端通过管道进料，所述管道形成在支撑部件中，并在位于支撑部件的径向端面中的它们的下游端处围绕环形密封垫开口。

在涡轮机的运行过程中，在支撑部件的管道中以及壳的环形腔中流动的加压和冷却的空气的温度大约为200摄氏度。所述空气基本上起着对尾部腔加压的作用，并且同时起着冷却位于所述管道或所述壳的环形腔附近的材料的作用，同时，离支撑部件和所述壳较远的部分，特别是位于上述管道的下游端之间的支撑部件的径向端面的部分，其温度大约可达到370摄氏度。

位置靠近支撑部件的径向端面的环形密封垫因此局部地承受高温。所述密封垫通常是Viton类型的弹性密封垫，对于200摄氏度以上的温度具有有限的承受能力。因此，它在对轴承的润滑室的密封中不是非常有效，并且，当涡轮机运行时，在支撑部件的径向端面和所述壳的环形腔的上游端之间可能发生润滑油的泄漏。所述润滑油的泄漏增加了润滑装置的润滑油的消耗，并且也可导致焦炭沉积在涡轮机靠近泄露处的构件上，所述沉积可能形成热点并降低使用寿命。

发明内容

本发明的一个特定目的是提供一种对这个问题的简单、廉价、有效的解决方案。

本发明提供一种上述类型的用于润滑涡轮机的一个构件的装置，其中可以使用环形密封垫，并且不具有密封垫变坏的风险和润滑油从润滑室泄漏的风险。

为了这个目的，本发明提供一种用于润滑涡轮机中的一个构件的润滑装置，特别是涡轮喷气发动机中的轴承，该装置包括：

-环形构件支撑部件，其安装在固定元件上并在构件周围限定出润滑室；以及

-环形壳，其包括用于润滑构件的润滑油入口，环形壳以密封的方式固定在所述环形支撑部件的径向端面上，通过固定在支撑部件和壳之间的环形密封垫来提供密封，所述壳包括用于供给加压和冷却的空气的环形腔，所述腔在其上游端通过管道供给，所述管道穿过支撑部件形成，并具有围绕上述的环形密封垫开口的下游端。

所述装置包括环形通道，用于提供加压和冷却的空气的流动，该通道形成在支撑部件的径向端面和所述腔的上游端之间，并将支撑部件中的管道的下游端互相连接起来。

这个环形空气流动通道起着将加压和冷却的空气引导到支撑部件的径向端面的位于上述管道的下游端之间的部分上的作用，因此将密封垫围绕其整个圆周冷却。环形密封垫因此不再局部承受高于200摄氏度的温度，并由此可靠地密封润滑室。

在环形通道内部流动的加压和冷却的空气的压力高于润滑室内部的空气和润滑油的混合物的压力，并且高于润滑室外部的空气的压力，这可以防止空气和润滑油从所述室中泄漏出。

有利的是，环形通道在密封垫的附近在密封垫固定表面之间的交界面开口，使得有效地冷却靠近环形密封垫的材料。通过实例，这个通道在密封垫固定表面之间的交界面通过支撑部件的径向表面的外围边缘中的倒角而打开。

在本发明的一个实施例中，环形通道形成在所述壳的上游径向端面中，所述壳的上游径向端面朝向支撑部件中的上述管道的下游端，所述环形通道并且包括孔，所述孔与所述管道对准，并连通到所述腔。通过这种方式，环形通道将密封垫沿其整个圆周冷却，同时避免了阻碍支撑部件的上述管道中的空气的通路。

本发明的另一个实施例中，环形通道由支撑部件的径向端面的外围边缘中的倒角形成，并从轴向环形间隙径向延伸到环形密封垫固定表面的交界面，所述轴向环形间隙形成在所述径向端面和位于支撑部件的上述管道的下游端附近的所述腔的上游端之间。

在该实施例中，环形通道与所述壳的腔通过至少一个穿过所述腔的上游端壁的孔相连通，并且第二密封垫有利地固定在上述轴向环形间隙中，并具有用于流过加压和冷却的空气的孔，该孔与支撑部件的管道对准。这改善了润滑室的密封，并避免了空气和润滑油从所述室中泄漏出，即使在第二密封垫恶化的情况下。

本发明还提供一种具有涡轮的涡轮喷气发动机，该涡轮的轴通过装配有润滑装置的轴承被导向，该润滑装置包括上述类型的环形通道。

附图说明

通过阅读下面详细介绍的参考附图通过非限制性实例给出的描述，本发明的其他优点和特征将呈现出来，附图中：

图1是现有技术中用于润滑涡轮喷气发动机中的轴承的装置的纵向剖面的示意半视图；

图2是本发明的润滑装置的放大的部分示意纵向剖视图，其中示出了通过环形密封垫密封的区域；以及

图3是本发明的润滑装置的一个变化结构的部分简要纵向剖视图。

具体实施方式

在图中，左侧是上游或朝向前方，而右侧是下游或朝向涡轮喷气发动机的后方。

首先参考图1，图1是现有技术中用于润滑涡轮喷气发动机的低压涡轮轴14的轴承12的装置10的使用纵向半视图，其在位于包括涡轮的旋转轴线16的平面上的部分截面中示出。

涡轮转子包括部分示出的涡轮轮盘18，该轮盘18相互连接，并在其外围边缘上承载转动叶片级(未示出)，轮盘18通过固定叶片级(未示出)而彼此分开，并通过图中部分示出的塔形传动轮20被连接到涡轮轴14。

在图示的实例中，轴承12为滚动轴承，其内盖22由轴14承载，并且其外盖24由具有环形壳30的环形部件28承载，该环形部件28并且限定出围绕轴承12以及轴14和它的尾端件的相对应部分的环形润滑室32。

环形部件28大致为截头圆锥体的形状，并在其直径较小的上游端，它包括位于轴线16上的圆柱形通道34，其中轴承12的外盖24固定在所述圆柱形通道34中，并且在其直径较大的下游端，它具有环形凸缘36，该凸缘36紧靠着涡轮的固定元件的环形凸缘38被挤压，并通过合适的装置被固定到其上，例如螺杆螺母类型零件40。

环形部件28的中间部分包括截头圆锥体形状的壁42，该壁向下游并朝着涡轮的旋转轴线16延伸，并且在该壁中形成有空气流动管道44，该管道44具有上游端和下游端，其中上游端在环形部件28的上游外侧表面开口，下游端在壁42的径向端面46中开口。

环形部件28还具有两个基本为圆柱形的向上游延伸的裙板47和48，同时管道44的上游端在裙板之间开口。裙板47和48的上游端以密封的方式与各自的由涡轮转子的元件承载的迷宫式密封件49、50配合。

环形壳30在其以密封的方式固定在涡轮轴14周围的下游端被闭合，并具有至少一个管状尾端件51，用于送入润滑油，该管状尾端件被连接到管道52，该管道52开口连通到轴承12附近的润滑室32。环形壳30的上游端具有环形径向表面53，该表面53以密封的方式紧靠壁42的径向端面46被固定，并通过螺栓54被固定到其上，而且朝向外部的圆柱形支撑表面56与位于壁42的下游端的朝向内部的圆柱形支撑表面58配合。倒角60形成在径向表面46的内部外围边缘中，并且包围位于所述壳的上游端的圆柱形支撑表面56。

环形壳30具有用于流过加压和冷却的空气的环形腔62，该腔从上游延伸至下游，并在其位于轴14的外围的下游端开口，并且在其上游端通过多个孔64与上述的管道44的下游端连通，其中所述多个孔64穿过所述壳30的上游端面53而形成，所述管道44穿过所述部件28的壁42而形成。

润滑室32在位于所述部件28和所述壳30之间的结合处被环形密封垫66密封，所述密封垫66固定在壁42和壳30各自的圆柱形支撑表面58和56之间并位于环形槽68内，所述环形槽68在所述壳30的圆柱形支撑表面56中形成。另一个环形密封垫70也可以固定在所述壳30和所述部件28各自的径向端面53和46之间并位于管道44的下游端，所述密封垫70具有空气通道孔72，该孔72与所述壁42的管道44和所述壳30的孔64对准。

润滑室32在所述壳的下游端被迷宫式密封件73密封，该密封件73由轴14承载并位于环形腔62的下游端的任一侧。

当涡轮喷气发动机运行时，温度大约为200摄氏度的加压和冷却的空气从上游到下游穿过裙板47和48之间流动到所述部件28中的管道44内部，并且然后流入到所述壳30的腔62内部。所述部件中的管道44和所述壳30的腔62中的空气的压力大于润滑室32内的压力和润滑装置10外部的压力，于是包含在润滑室32中的空气和润滑油的混合物不能穿过迷宫式密封件49、50和73而泄漏。

加压和冷却的空气的进入起着显著降低温度的作用，例如导致它在靠近空气流动管道44的区域和在密封垫66(或密封垫70)的最靠近这些管道44的部分中从大约350～370摄氏度降到大约200摄氏度。然而，这些密封垫的位于管道44的下游端之间的那些部分没有被冷却，并由此保持在很高的温度。环形密封垫66由此围绕其圆周承受相当大的温度差异，这导致其恶化并还可能导致所述部件28和所述壳30各自的径向表面46和53之间朝着室32的外部漏油。

本发明的目的是提供一种上述类型的润滑装置，该装置具有环形的加压和冷却的空气的流动通道，该通道在所述部件28的径向表面46和所述壳30的径向表面53之间形成，使得将管道44的下游端互相连接起来，并将环形密封垫66围绕其整个圆周冷却。

在图2部分示出的实施例中，环形通道84在与所述腔62的孔64高度相同的所述壳30的上游径向端面53被挖空(hollowout)，，并且朝向所述部件28中的管道44的下游端。

有利的是，轴向环形间隙86保留在所述部件28的下游径向端面46和所述壳30的上游径向端面53之间，并从所述管道44的下游端径向向内延伸，于是环形通道84可以在接触表面C中、通过上述的倒角60而打开，其中所述接触表面C位于所述部件28和所述壳30各自的内部和外部圆柱形支撑表面58和56之间，所述倒角60位于所述部件28的下游径向端面46的外围边缘中。

在图3中部分示出的变化的实施例中，环形通道88由位于所述部件28的径向表面46的外围边缘中的环形倒角60形成，并且可以通过上述的轴向间隙86或通过一个或多个孔90向所述环形通道88送入加压和冷却的空气，所述孔90穿过所述壳30的上游径向端面53形成，并连通到腔62。在这样的环境下，上述的密封垫70可以固定在所述壳30和所述部件28各自的上游和下游径向端面53和46之间并位于所述管道44的下游端，密封垫70中的孔72与所述管道44和所述孔64相对准用于冷却空气流过。

通过在整个边界上冷却密封垫66，可以在不超过大约200摄氏度的温度范围内使用由Viton或类似材料制成的密封垫，在该温度范围内，密封垫保持完全有效并具有很长的使用寿命。

本发明同时提供一种包括涡轮的涡轮喷气发动机，该涡轮的轴通过装配有润滑装置的轴承被导向，该润滑装置具有上述类型的环形通道。

Claims (9)

1.一种用于润滑涡轮机中的构件的润滑装置，所述构件具体是涡轮喷气发动机中的轴承，该装置包括：

—环形构件支撑部件，其安装在固定元件上并围绕所述构件限定出润滑室；和

—环形壳，其包括用于润滑所述构件的润滑油入口，所述环形壳以密封的方式固定在所述环形支撑部件的径向端面上，通过固定在所述支撑部件和所述壳之间的环形密封垫来提供密封，所述壳包括用于供给加压和冷却空气的环形腔，所述腔在其上游端通过管道供给，所述管道穿过所述支撑部件形成并且具有围绕上述环形密封垫开口的下游端；

所述装置包括用于提供加压和冷却的空气流动的环形通道，所述通道形成在所述支撑部件的径向端面和所述腔的上游端之间，并且将所述支撑部件中的管道的下游端相互连接起来。

2.根据权利要求1所述的润滑装置，其特征在于，所述环形通道在所述密封垫的固定表面之间的交界面处的所述密封垫的附近处开口。

3.根据权利要求1所述的润滑装置，其特征在于，所述环形通道形成在朝向所述支撑部件中的上述管道的下游端的所述壳的上游径向端面中，并且包括与所述管道对准并与所述腔开口连通的孔。

4.根据权利要求1所述的润滑装置，其特征在于，所述环形通道通过所述支撑部件的径向表面的外围边缘中的倒角开口连通到所述密封垫的固定表面之间的交界面。

5.根据权利要求1所述的润滑装置，其特征在于，轴向延伸的环形间隙形成在所述支撑部件的径向端面和所述腔的上游端之间，并且与所述支撑部件中的上述管道的下游端对齐。

6.根据权利要求5所述的润滑装置，其特征在于，所述环形通道由所述支撑部件的径向端面的外围边缘中的倒角形成，所述倒角将上述轴向延伸的间隙和所述环形密封垫的固定表面的交界面相互连接起来。

7.根据权利要求6所述的润滑装置，其特征在于，所述环形通道通过所述腔的上游端壁中的至少一个孔与所述壳的上述腔连通。

8.根据权利要求5所述的润滑装置，其特征在于，另一个密封垫固定在上述轴向延伸的环形间隙中并且包括用于流过加压和冷却空气的孔，所述孔与所述支撑部件中的上述管道对准。

9.一种包含涡轮的涡轮喷气发动机，所述涡轮的轴被装配有润滑机构的轴承导向，其中润滑机构包括如权利要求1所述的润滑装置。

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