CN204140138U - 一种发动机转子支承结构及航空发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种发动机转子支承结构及航空发动机，其中，发动机转子支承结构包括转子轴承和刚性轴承支承，还包括并列设置在所述转子轴承与所述刚性轴承支承之间的第一支承部件和第二支承部件，所述第一支承部件提供刚性支撑，所述第二支承部件提供弹性支撑，在正常及限制载荷工况下，通过所述第一支承部件传递载荷，在承受径向极限载荷工况下，所述第一支承部件失效，通过所述第二支承部件传递载荷。本实用新型能够改变转子支承形式，降低支承刚度，从而减小转子支承结构及转子结构的动载荷，并且本实用新型提供的发动机转子支承结构相对于传统发动机的设计，能够起到减少发动机重量的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空发动机领域，尤其涉及一种发动机转子支承结构及航空发动机。
背景技术
当前的民用航空发动机在正常运转时和承受叶片脱落(FBO)等极限载荷时，转子支承结构及转子结构均需要承受不平衡动载荷，为了保证发动机在极限工况下不产生灾难性后果，满足适航要求，传统做法是将发动机的转子支承结构1’(如图1所示)、静子机匣2’及安装系统等结构设计成具有较高的应力裕度储备，但这样会导致发动机的重量偏大。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种发动机转子支承结构及航空发动机，其中，发动机转子支承结构能够使航空发动机在受到极限载荷时，减小转子支承结构及转子结构所承受的动载荷，且相对于传统发动机的设计，能够起到减少发动机重量的作用。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种发动机转子支承结构，其包括转子轴承和刚性轴承支承，还包括并列设置在所述转子轴承与所述刚性轴承支承之间的第一支承部件和第二支承部件，所述第一支承部件提供刚性支撑，所述第二支承部件提供弹性支撑，在正常及限制载荷工况下，通过所述第一支承部件传递载荷，在承受径向极限载荷工况下，所述第一支承部件失效，通过所述第二支承部件传递载荷。
在一优选或可选实施例中，所述刚性轴承支承的一端与机匣连接，所述刚性轴承支承的另一端设置在所述第一支承部件与所述第二支承部件之间，且通过螺栓和螺母与所述第一支承部件和所述第二支承部件连接。
在一优选或可选实施例中，所述第一支承部件设置在所述转子轴承的外环，所述第二支承部件上设置有与所述第一支承部件过渡配合连接的结构。
在一优选或可选实施例中，所述第一支承部件为刚性轴承支座，所述第二支承部件为弹性支承结构。
在一优选或可选实施例中，所述弹性支承结构包括同心设置的外圈和内圈，所述外圈和内圈沿轴向的一端通过环形板连接，所述外圈沿轴向的另一端设置有用于与所述刚性轴承支承连接的连接板，所述内圈沿轴向的另一端设置有用于与所述第一支承部件过渡配合连接的键槽和键齿结构。
在一优选或可选实施例中，所述弹性支承结构的外圈上设置有数个镂空槽。
在一优选或可选实施例中，所述第一支承部件所在的传力路径上的径向支承刚度为Ks1，所述第二支承部件所在的传力路径上的径向支承刚度为Ks2，Ks2<<Ks1，且Ks2与Ks1相差一个数量级。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种航空发动机，其包括转子轴，还包括上述的发动机转子支承结构。
基于上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：
本实用新型在转子轴承与刚性轴承支承之间并列设置第一支承部件和第二支承部件，使转子轴承与刚性轴承支承之间具有两条载荷传递路径，在航空发动机受到极限载荷时，如承受叶片脱落(FBO)等情况下，能够改变转子支承形式，降低支承刚度，降低传力路径结构承受的载荷量级，从而减小转子支承结构及转子结构的动载荷，并且本实用新型提供的发动机转子支承结构相对于传统发动机的设计，能够起到减少发动机重量的作用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中的转子支承结构示意图；
图2为本实用新型提供的转子支承结构的示意图；
图3为本实用新型提供的转子支承结构工作状态示意图；
图4(a)和图4(b)为本实用新型提供的转子支承结构中的弹性支承结构在不同视角的示意图；
附图中：
1-第一支承部件；2-第二支承部件；3-转子轴承；4-刚性轴承支承；5-螺栓；6-螺母；7-转子轴；8-螺母；9-螺栓；10-机匣；11-发动机轴线；
21-外圈；22-内圈；23-环形板；24-连接板；25-螺栓孔；26-键槽；27-键齿；28-镂空槽；29-笼条。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
首先对本实用新型涉及到的技术术语进行解释。
轴承支承：连接轴承座与主承力机匣的回转体结构，通常为斜锥壁形式。
轴承座：容纳轴承外环的结构，连接轴承和轴承支承。
极限载荷：在设计极端工况下允许导致不可修复的永久变形，但不发生灾难性失效的最大载荷组合。极限载荷一般包括1.5倍限制机动载荷、叶片丢失、极端外物吸入(大鸟等)、转子卡滞、断轴以及紧急迫降等。在此种载荷作用下，发动机安装节不失效，发动机承力框架、机匣不发生灾难性断裂，没有高能碎片飞出，附件不脱落。
FBO：Fan Blade Out的缩写，中文翻译为风扇叶片脱落。由于风扇叶片质量较大，其脱落时会对风扇机匣产生很大的冲击载荷，脱落时及脱落后响应过程会对转子支承结构及传力路径产生很大的不平衡载荷。
如图2所示，为本实用新型提供的发动机转子支承结构的示意性实施例的结构示意图。在该示意性实施例中，发动机转子支承结构包括转子轴承3和刚性轴承支承4，还包括并列设置在转子轴承3与刚性轴承支承4之间的第一支承部件1和第二支承部件2，第一支承部件1提供刚性支撑，第二支承部件2提供弹性支撑，在正常及限制载荷工况下，通过第一支承部件1传递载荷，在承受径向极限载荷工况下，第一支承部件1失效，通过第二支承部件2传递载荷。
本实用新型通过在转子轴承3与刚性轴承支承4之间并列设置第一支承部件1和第二支承部件2，使转子轴承3与刚性轴承支承4之间形成了两条载荷传递路径，能够改变轴承支承刚度。在正常及限制载荷工况下，发动机转子支承结构主要为刚性支承，当在承受径向极限载荷工况下，提供刚性支撑的第一支承部件1失效(如图3所示)，提供弹性支撑的第二支承部件2开始起主要作用，使发动机转子支承结构由刚性支承转变为柔性支承，将大的载荷通过风扇叶片传递到机匣10上，通过其碰磨及发动机整个转子较大振幅来消耗冲击能量，降低了承力路径结构的载荷，且本实用新型提供的发动机转子支承结构相对于传统发动机的设置，降低了发动机转子、静子机匣及安装系统等结构的重量。
在本实用新型提供的发动机转子支承结构的示意性实施例中，沿发动机轴线11的方向，刚性轴承支承4的一端可以通过螺栓9和螺母8与机匣10连接，刚性轴承支承4的另一端设置在第一支承部件1与第二支承部件2之间，且可以通过螺栓5和螺母6与第一支承部件1和第二支承部件2连接。
在本实用新型提供的发动机转子支承结构的示意性实施例中，第一支承部件1可以设置在转子轴承3的外环，第二支承部件2上可以设置有与第一支承部件1过渡配合连接的结构。
在发动机正常运转时，转子轴承3的外环至刚性轴承支承4之间具有两条传力路径，其中，第一支承部件1所在的传力路径上的径向支承刚度为Ks1，而与其并联的第二支承部件2所在的传力路径上的径向支承刚度为Ks2，本实用新型将第二支承部件2设计成弹性支承结构，使得Ks2<<Ks1，即Ks2远小于Ks1，Ks2与Ks1相差一个数量级。进一步的，还设计确保转子轴承3与第二支承部件2之间具有一定量的间隙配合，在发动机正常载荷工况下，主要由第一支承部件1所在的传力路径传递载荷，不平衡外传力为其中，为不平衡力作用下支点处位移。
当发动机承受极限径向载荷时，如FBO载荷，巨大的突发不平衡载荷导致第一支承部件1由于极大的剪切力瞬间破坏(如图3所示)，使得第一支承部件1所在的传力路径失效，并由第二支承部件2所在的传力路径发生作用，则不平衡外传力为此时Ks2较小，支点处的位移放大，此时风扇叶片将与机匣10接触碰撞摩擦，发动机整个转子及风扇产生较大振幅，将局部不平衡载荷分配到更多的结构中，降低承力路径结构载荷，且本实用新型提供的发动机转子支承结构相对于传统发动机的设置，降低了发动机转子、静子机匣及安装系统等结构的重量。
在本实用新型提供的发动机转子支承结构的示意性实施例中，第一支承部件1可以为刚性轴承支座，刚性轴承支座与转子轴承3的外环可以一体设置，第二支承部件2可以为弹性支承结构。
如图4所示，在一优选或可选实施例中，弹性支承结构可以包括同心设置的外圈21和内圈22，外圈21和内圈22沿轴向的一端通过环形板23连接，外圈21沿轴向的另一端设置有用于与刚性轴承支承4连接的连接板24，连接板24上设置有用于穿设螺栓5的螺栓孔25，内圈22沿轴向的另一端设置有用于与第一支承部件1过渡配合连接的键槽26和键齿27结构。
进一步的，弹性支承结构的外圈21上可以设置有数个镂空槽28，各镂空槽28可以沿弹性支承结构的外圈21的周向分布，相邻两个镂空槽28之间为笼条29。
上述示意性实施例中，弹性支承结构的外圈21通过螺栓5与刚性轴承支承4相连接，弹性支承结构的内圈22通过周向键槽26和键齿27结构与转子轴承3的外环过渡配合，通过键槽26和键齿27结构能够限制弹性支承结构与转子轴承3外环的相对轴向转动，且在刚性轴承支座失效后(如图3所示)，防止转子轴承3外环转动。
本实用新型提供的发动机转子支承结构可以应用到航空发动机上。
本实用新型提供的航空发动机包括转子轴7，还包括上述任一实施例中的发动机转子支承结构。
本实用新型提供的航空发动机相应的具备本实用新型提供的发动机转子支承结构的有益效果。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种发动机转子支承结构，包括转子轴承和刚性轴承支承，其特征在于：还包括并列设置在所述转子轴承与所述刚性轴承支承之间的第一支承部件和第二支承部件，所述第一支承部件提供刚性支撑，所述第二支承部件提供弹性支撑，在正常及限制载荷工况下，通过所述第一支承部件传递载荷，在承受径向极限载荷工况下，所述第一支承部件失效，通过所述第二支承部件传递载荷。
2.如权利要求1所述的发动机转子支承结构，其特征在于：所述刚性轴承支承的一端与机匣连接，所述刚性轴承支承的另一端设置在所述第一支承部件与所述第二支承部件之间，且通过螺栓和螺母与所述第一支承部件和所述第二支承部件连接。
3.如权利要求1所述的发动机转子支承结构，其特征在于：所述第一支承部件设置在所述转子轴承的外环，所述第二支承部件上设置有与所述第一支承部件过渡配合连接的结构。
4.如权利要求1-3任一项所述的发动机转子支承结构，其特征在于：所述第一支承部件为刚性轴承支座，所述第二支承部件为弹性支承结构。
5.如权利要求4所述的发动机转子支承结构，其特征在于：所述弹性支承结构包括同心设置的外圈和内圈，所述外圈和内圈沿轴向的一端通过环形板连接，所述外圈沿轴向的另一端设置有用于与所述刚性轴承支承连接的连接板，所述内圈沿轴向的另一端设置有用于与所述第一支承部件过渡配合连接的键槽和键齿结构。
6.如权利要求5所述的发动机转子支承结构，其特征在于：所述弹性支承结构的外圈上设置有数个镂空槽。
7.如权利要求1所述的发动机转子支承结构，其特征在于：所述第一支承部件所在的传力路径上的径向支承刚度为Ks1，所述第二支承部件所在的传力路径上的径向支承刚度为Ks2，Ks2<<Ks1，Ks2与Ks1相差一个数量级。
8.一种航空发动机，包括转子轴，其特征在于：还包括如权利要求1-7任一项所述的发动机转子支承结构。
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| CN107227980A (zh) * | 2016-03-24 | 2017-10-03 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 自动调节刚度的航空发动机轴承支承结构 |
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| CN108252754A (zh) * | 2016-12-28 | 2018-07-06 | 奥德克-航空发动机股份公司 | 自由动力涡轮 |
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