CN208220902U - 涡喷发动机及其油路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涡喷发动机及其油路结构，转轴穿过轴承座，轴承座的周面上设有通入该轴承座内孔中的输入油道，转轴的一端设有对轴承座一端形成密封的第一密封组件，轴承座的周面上至少设有一个通入到该轴承座内孔中的输出油道；还包括：设置在转轴另一端且对轴承座另一端形成密封的第二密封组件，在轴承座、转轴、第一密封组件、第二密封组件之间形成用于接收燃润油的密闭腔体，流入到密闭腔体内的燃润油对安装在轴承座内的前轴承和后轴承进行润滑；以及将后轴承和前轴承进行润滑后从输出油道输出的燃润油引导或输送到涡喷发动机的燃烧室的输油组件。本实用新型具有降低燃油消耗率，提升续航里程，改善轴承系统润滑效果，提高发动机寿命的优点。

Description

涡喷发动机及其油路结构

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，特别涉及一种涡喷发动机及其油路结构。

背景技术

微型涡轮发动机具有尺寸小、重量轻、能量密度高、推质比大的特点，可作为微小型无人飞行器的推进动力，亦可作为核心组件应用到分布式发电系统和飞机辅助动力装置中，具有广泛的军用和民用前景，因此收到了高度重视。

对于微小型航空涡轮发动机轴承的润滑和冷却，传统的做法是用循环的带压力的润滑油喷射到旋转的轴承上起到润滑冷却的作用，但这种压力油润滑方式结构复杂，润滑系统的重量占发动机总重量的10％-15％。在采用循环润滑系统的微型、小型航空发动机上，润滑系统的重量占发动机总重量比值更大，如八五期间西北工业大学航空动力与热力工程系研制的我国第一台微型涡喷发动机原理实验样机W2P-1，采用了循环润滑方案，其中附件、减速器的重量占发动机总重量的40％，这是造成该发动机推重比较低的主要原因。

润滑油系统在发动机中所占体积和质量大，不能照顾到微小型发动机的特殊性。因此，简化润滑系统的结构进而减轻发动机的重量是提高此类发动机推重比的一个有效的途径。所以近年来，主要采用气液两相流来实现，既通过特定的装置，将少量的润滑液与压缩空气混合，由喷嘴向润滑冷却区喷射气液两相射流，气液两相流中仅含有少量被撕裂成微小颗粒的润滑油液，大部分是高速流动的空气。其关键是压缩空气将油雾化或者油粒化后的吹散输送过程，但这种润滑效果并不好，轴承的高温失效率依然很高。另一个问题是，这种混合了空气的润滑油无法回收和燃烧利用，造成了一定的消耗，而且在发动机启动时，由于进气不足，火焰筒里的燃油本来就燃烧不充分，尾喷管会喷出火焰，而这种润滑燃油加剧了尾部的喷火。

例如，专利申请号为201410410174.5的发明专利申请公开了一种名为：微型航空发动机轴承燃油换热冷却装置，该专利由发动机外向进油管供油，燃润油(在燃油中加入一定比例的润滑油，既作为燃油又作为润滑油)通过进油管进入冷却套，然后通过回油管进入燃油喷管，由燃油喷管将燃润油喷入火焰筒进行燃烧。在燃润油流经冷却套的过程中会将后轴承产生的热量带走，从而实现对后轴承的冷却。该专利存在的缺陷如下：

第1，燃润油在轴承室内的流动方向为，由前轴承向后轴承所在方向流动，从而燃润油的润滑顺序为：先对前轴承进行润滑后再对后轴承进行润滑，然而，轴承室内的温度非常高，对前轴承进行润滑后，在高温的作用下燃润油的润滑性能显然是要降低的，当流动到后轴承时，燃润油几乎失去了对后轴承的润滑作用，从而导致后轴承几乎处于干涸的状态，致使后轴承在200多度(摄氏度)的高温环境中工作，在这种状态下，后轴承的磨损非常大，导致后轴承的使用寿命短。

第2，燃油在流经冷却套时，虽然对后轴承形成了冷却，但是，前轴承和后轴承的润滑依然是向轴承室内通入燃润油，然而，对前轴承和后轴承润滑后的油通过轴承室后，仍然没有得到回收而直接通过轴承室的后端排走，这样，对于微型航空发动机来说，损失的燃润油决定了其续航的里程无法得到提升。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种节能并提升续航里程的涡喷发动机及其油路结构。

解决上述技术问题的技术方案如下：

涡喷发动机的油路结构，包括转轴、用于安装前轴承和后轴承的轴承座，转轴穿过轴承座，轴承座的周面上设有通入该轴承座内孔中的输入油道，转轴的一端设有对轴承座一端形成密封的第一密封组件，轴承座的周面上至少设有一个通入到该轴承座内孔中的输出油道；还包括：

设置在转轴另一端且对轴承座另一端形成密封的第二密封组件，在轴承座、转轴、第一密封组件、第二密封组件之间形成用于接收燃润油的密闭腔体，流入到密闭腔体内的燃润油对安装在轴承座内的前轴承和后轴承进行润滑；以及

将后轴承和前轴承进行润滑后从输出油道输出的燃润油引导或输送到涡喷发动机的燃烧室的输油组件。

一种涡喷发动机，包括油路结构。

采用了上述方案，本实用新型的油路结构先将燃润油对支撑转轴的前轴承和后轴承进行润滑后，再通过输出油道以及输油组件将燃润油引导或输送到涡喷发动机的燃烧室内作为燃料进行燃烧，因此，在该油路结构中，燃润油对轴承进行润滑后，不会排出到涡喷发动机的外部，而是进一步地作为燃料使用，这样可以有效地降低发动机燃油消耗率(相对现有技术中的油路结构而言，相同续航里程下可减少涡喷发动机携带燃润油的重量)，提高推重比使续航里程获得提升，并且这种优先的油路结构也很简单。另外，燃润油不断地流入到密闭腔体对前轴承和后轴承进行润滑，将前轴承和后轴承的上热量带走，相对于现有技术中只能输入少量的燃润对轴承进行润滑而言，本实用新型中的油路结构决定了使携带的所有燃润油均可对前轴承和后轴承进行充分的润滑和降温，特别是相对于以往的设计，后轴承的润滑效果得到了极大的改善和增强，进而提高了整个涡喷发动机的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中的涡喷发动机的结构示意图；

图3为本实用新型中第一种罩壳的结构示意图；

图4为本实用新型中的第一种甩油部件的结构示意图；

图5为本实用新型中第二种罩壳的结构示意图；

图6为将图5中罩壳与轴承座进行装配后的示意图；

图7为本实用新型中的第二种甩油部件的结构示意图；

图8为本实用新型中的第三种甩油部件的结构示意图；

图9为本实用新型中的第四种甩油部件的结构示意图；

A为前轴承，B为后轴承，C为扇叶，D为燃烧室；

10为轴承座，11为输入油道，12为输出油道，13为密闭腔体，14为第一O型圈；

20为转轴，21为螺母；

30为扩压器，31为轴套，32为第一环形密封件，33为第一密封圈，34为环状凸起；

40为涡轮，41为第二环形密封件，42为环套；

50为罩壳，50a为出油口，51为输油管，52为环形油腔，53为第一装配孔，54为开口，55为第二装配孔；

60为甩油部件，61为甩油通道，62为入口，63为出口，64为载油槽。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型的涡喷发动机的油路结构，包括轴承座10、转轴20、第一密封组件、第二密封组件、输油组件以及甩油部件60，下面对各部分以及它们之间的关系进行详细的说明：

如图1所示，转轴20穿过轴承座10，轴承座10内孔中安装有前轴承A和后轴承B，转轴20的一端穿过前轴承A，转轴20的另一端穿过后轴承B，从而转轴20通过前轴承A和后轴承B进行支撑，在转轴20的一端安装压气机扇叶C，在转轴20的另一端安装涡轮40。

如图1所示，轴承座10的周面上设有通入该轴承座内孔中的输入油道11，通过输入油道11，可以将燃润油输入到轴承座10的内孔中，用于对安装在轴承座10两端的前轴承A和后轴承B进行润滑。

如图1所示，轴承座10的周面上至少设有一个通入到该轴承座内孔中的输出油道12，优选地，输出油道12为多个，更优选地，输出油道12为8个，所述输入油道11的位置优先设置对应于后轴承B的位置，输出油道12的位置优先对应于前轴承A的位置，由于燃润油的一个主要作用是对前轴承A和后轴承B进行润滑，因此，当通过输入油道11将燃润油输入到轴承座10的内孔中后，先对后轴承B进行润滑，而后再对前轴承A进行润滑，最后通过输出油道12输出，这样可以提升燃润油的利用率，使润滑效果获得提升。

如图1所示，转轴20的一端设有对轴承座10一端形成密封的第一密封组件，第一密封组件对所述轴承座10的一端以及转轴20形成密封，以阻止燃润油从所述轴承座10的一端流出。

如图1和图2所示，在一个或多个实施方式中，第一密封组件优先采用的结构为：包括扩压器30以及第一密封机构，扩压器30具有通孔，第一密封机构设置于转轴20上，第一密封机构的至少一部分位于扩压器30的通孔中对该通孔形成密封。转轴20的一端穿过第一密封机构后与压气机扇叶C连接。

如图1和图2所示，第一密封机构包括轴套31、第一环形密封件32，轴套31固定在转轴20上随转轴20旋转，轴套31位于扩压器30上设置的通孔中；轴套31优先采用过盈方式与转轴20固定成一体。所述第一环形密封件32固定在轴套31的周面上，第一环形密封件32的外周面与扩压器30上通孔的孔壁面抵顶，以对轴套31和扩压器30上的通孔形成密封作用，第一环形密封件32优先采用金属材料制成，第一环形密封件32具有弹性，在轴套30的周面上设有环形槽，第一环形密封件32嵌入在该环形槽中，而第一环形密封件32的外周面与扩压器30上通孔的孔壁面抵顶，从而当轴套31随转轴30旋转时，第一环形密封件32随轴套31旋转。

如图1和图2所示，所述第一密封组件还包括：在扩压器30面向轴承座10一端的轴向端面上设置的第一环形槽，以及在该第一环形槽中安装在第一密封圈33，轴承座10的一端与扩压器30的轴向端面抵顶，并采用连接件将扩压器30与轴承座10进行连接及紧固后，轴承座10一端的轴向端面与扩压器30的轴向端面之间形成了密封。

如图1和图2所示，第二密封组件设置在转轴20的另一端且对轴承座10另一端形成密封，在轴承座10、转轴20、第一密封组件、第二密封组件之间形成用于接收燃润油的密闭腔体13，流入到密闭腔体13内的燃润油对安装在轴承座10内的前轴承A和后轴承B进行润滑；第二密封组件对所述轴承座10的另一端以及转轴20形成密封，以阻止燃润油从所述轴承座10的另一端流出。

如图1和图2所示，第二密封组件优先采用的结构为：包括涡轮40、第二环形密封件41以及环套42，涡轮40固定在转轴20上，涡轮40的一端与后轴承B抵顶，涡轮40的另一端通过安装在转轴20上的螺母21轴向限位，在涡轮40的周面上设有第二环形槽，该第二环形槽靠近涡轮40与后轴承B抵顶的一端，所述第二环形密封件41嵌入在该第二环形槽中。所述涡轮40设置第二环形槽的一端穿过环套42，环套42与轴承座10固定连接。

如图1和图2所示，环套42固定在轴承座10另一端的轴向端面上，优选地，环套42面对轴承座10的一端设有环形凸台，该环形凸台嵌入在轴承座10的内孔中，环形凸台与轴承座10的内孔过盈配合，从而增强环套42对内孔的密封性。第二环形密封件41的外周面与环套42的内周面抵顶，从而对轴承座10另一端形成密封。

如图1和图2所示，在一个或多个实施例中，在轴承座10的内孔中对应于前轴承A的孔壁面上设有第三环形槽，该第三环形槽中安装有第一O型圈14(如图1所示)，第一O型圈14优先采用具有弹性性能的第一O型圈14，第一O型圈14被压紧在前轴承A与轴承座10之间，通过第一O型圈14可以对前轴承A起到减振的作用，对发动机的寿命提升能够起到帮助。

由于本实用新型中形成密闭腔体13后，燃润油不断地流入到密闭腔体对前轴承和后轴承进行润滑，将前轴承和后轴承的上热量带走，相对于现有技术中只能输入少量的燃润对轴承进行润滑而言，本实用新型中的油路结构决定了使携带的所有燃润油均可对前轴承A和后轴承B进行充分的润滑和降温，经过降温后，后轴承B处的温度下降到100度左右，因此，在一个或多个实施例中，在轴承座10的内孔中对应于后轴承B的孔壁面上设置第四环形槽，该第四环形槽中安装有第二O型圈(图中未示出)，第二O型圈优先采用具有弹性性能的第二O型圈，第二O型圈被压紧在后轴承B与轴承座10之间，通过第二O型圈可以对后轴承B起到减振的作用，对发动机的寿命提升能够起到帮助。

如图1至图3所示，输油组件将从输出油道12输出的燃润油引导或输送到涡喷发动机的燃烧室D，燃润油为将后轴承和前轴承进行润滑后的燃润油，输油组件包括：罩壳50以及输油管51，罩壳50具有容纳腔，罩壳50的一端设有第一装配孔53，罩壳50的另一端设有开口54，轴承座10的一端从所述第一装配孔53伸入到罩壳50的内部后，轴承座10上的输出油道12与罩壳50的容纳腔对应，罩壳50上设有出油口50a。罩壳50的另一端与第一密封组件连接或者一体成型，优选的方式是，罩壳50的另一端与第一密封组件中的扩压器30一体成型，这样的方式便于使罩壳50以及扩压器30罩住轴承座10的端部。在罩壳50与第一密封组件以及轴承座10之间围成一个密闭的环形油腔52，从而使从输出油道12流出来的燃润油进入到该环形油腔52中。

如图1至图3所示，输油管51的一端与罩壳50上的出油口50a连接，在一个或多个实施方式中，优选地，罩壳50上的出油孔为多个，输油管51也为多个，罩壳50上的每个出油孔均与一个输油管51的一端连接，输油管51的另一端与燃烧室D连接，从而将润滑轴承后的燃润油引导或输送到燃烧室D内，在烯烧室内进行燃烧以产生高温高压的气体。通过形成的环形油腔52接收来自于输出油道12中的燃润油，当出油口50a为多个时，燃润油从环形油腔52分散并流入到出油口中50a。

如图1、图2和图4所示，甩油部件60固定在转轴20上且随该转轴20旋转，优选地，甩油部件60位于轴套31与前轴承A之间，甩油部件60的一端与轴套31抵顶，甩油部件60的另一端与前轴承A的一端低顶。在一个或多个实施方式中，甩油部件60的形状优先采用环形，甩油部件60套在转轴20上并与转轴20在周向上固定。

如图1和图4所示，甩油部件60上至少设有一个在该甩油部件60旋转时使燃润油加速运动到所述输出油道12中的甩油通道61。优选地，甩油部件60的周面与输出油道12对应，当转轴20高速旋转时，甩油部件60随着转轴20高速旋转，进入到甩油通道61中的燃润油在甩油部件60高速旋转时被加速，因此，使得燃润油的流速和压力均增加，燃润油在加速流动的情况下，燃润油从液态变成雾状形态进入到输出油道12中，雾状形态的燃润油通过输油组件的引导到燃烧室D，由于燃润油已提前形成雾状形状，因此，通过甩油部件60的作用，有助力提升燃润油的燃烧效率，从而使涡喷发动机的续航里程获得提升。并且，雾状形态的燃润油的温度获得降低，在到达燃烧室D中后，有利于蒸发燃烧。

如图1和图4所示，在一个或多个实施方式中，所述甩油通道61沿着甩油部件60旋转时所产生离心力的方向布置作为本实用新型的一种优选方式，由于甩油部件60有旋转时会产生离力作用力，因此，甩油通道61沿着甩油部件60旋转时所产生离心力的方向布置，可使燃润油的流速达到最大值，从而有利于使在甩油通道61流动的燃润油完全形成雾状的形态。

如图1和图4所示，在一个或多个实施方式中，所述甩油通道61位于甩油部件60的轴向端面上作为本实用新型的一种优选方式，更为优选地，在甩油部件60的两个轴向端面上均设置有所述甩油通道，以最大限度地对燃润油进行分散，有效地使燃润油形成雾状形态，甩油部件60每个轴向端面上的甩油通道61的数量均大于或等于输出油道12的数量。

如图1和图4所示，每个甩油通道61具有横截面积，甩油通道61包括入口62和出口63，优选地，甩油通道的横截面积从该甩油通道61的入口62向出口63增大，这样，有助于使燃润油的压力提升获得保障。所述入口62被设置在所述甩油部件60的内周或该内周附近，所述出口63被设置在所述甩油部件60的外周。

如图1和图4所示，所述甩油部件60上设有载油槽64，所述至少一个甩油通道61与载油槽64连通使燃润油由载油槽64流入到所述该甩油通道61中，载油槽64的形状优先采用环形。在甩油部件60上设置了载油槽64后，燃润油可先集中地流入到载油槽64中，再从载油槽64中分散到各个甩油通道61中，这样可使燃润油均匀地分配到各个甩油通道61中。当在甩油部件60上设置了载油槽64后，所述入口62只能被配置在甩油部件60的内周附近。

如图1和图2所示，甩油部件60位于轴套31与前轴承A之间作为本实施方式的优选方式，因此，甩油部件60也同时靠近压气机的扇叶C，由于扩压器30处的出气口的压力低，通过甩油部件对燃润油进行加速后，使燃润油的压力升高，并且燃润油在被高速甩出的过程中，燃润油从液态变成雾状形态，因此，在压差的情况下，存在着使轴承座10内的燃润油被吸出的可能，因此在扩压器30上设有环绕在通孔孔口周围的环状凸起34，该环状凸起34配合在轴承座10的内孔中并对甩油通道61形成遮挡，通过环状凸起34的遮挡作用，可避免燃润油被吸出。

其他实施方式：

以上，是对本实用新型的优选实施方式进行了说明，但本实用新型并不局限于上述实施方式，能够在不脱离本实用新型的主旨的范围内加以各种变更。

(a)在上述实施方式中，第一环形密封件32还可以采用橡胶材料制成。

(b)在上述实施方式中，第一密封组件中的轴套31和第一环形密封件32可以直接采用第一环形密封件32代替，在转轴20上开设环形槽，将该第一环形密封件32直接固定在转轴20上开设的环形槽中，第一环形密封件32的外周与扩压器30上的通孔的孔壁面抵顶。

(c)在上述实施方式中，第二密封组件可以采用的结构为：第二密封组件包括第二环形密封件32，第二环形密封件32套在转轴上，该第二环形密封件32被压紧在涡轮40与后轴承B之间，第二环形密封件32的外周与轴承座的内壁抵顶。

或者，第二密封组件包括第二环形密封件32，在转轴20上设置第二环形装配槽，第二环形密封件32安装在该第二环形装配槽中，第二环形密封件32的外周与轴承座的内壁抵顶。

(d)在上述实施方式中，输油组件也可以采用这样的结构，如图5和图6所示，输油组件包括罩壳50以及输油管51，罩壳50具有容纳腔，罩壳50上设有出油口50a，罩壳50的一端设有第一装配孔53，罩壳50的另一端设有第二装配孔55，轴承座10的一端从所述第一装配孔53伸入到罩壳50的内部后，轴承座10上的输出油道12与罩壳50的容纳腔对应，在罩壳50与轴承座10之间形成一个密闭的环形油腔52；输油管51的一端与罩壳上的出油口50a连接。

(e)在上述实施方式中，输油组件的结构还可以为：包括输油管51，该输油管51的一端与输出油道12连接，输油管的另一端与与燃烧室D连接，这种结构形式的输油组件，输出油道12也可以为多个，每个输出油道12均连接一个输油管51。

(f)在上述实施方式中，若甩油部件60上没有配置载油槽64，如图7所示，则所述入口62被配置在所述甩油部件60的内周。

(g)在上述实施方式中，甩油通道61的结构形式也可以是：布置在甩油部件60轴向端面上的甩油通道61呈扇形(如图8所示)。

(h)在上述实施方式中，甩油通道61的结构形式还可以是：甩油通道61以倾斜于甩油部件60的径向的方式进行布置，甩油通道61从入口向出口方向任意两处的横截面积是相等的(如图9所示)。

如图2所示，本实用新型的涡喷发动机，该涡喷发动机包含上述任意一种实施方式所述的油路结构，除了图2所示的涡喷发动机外，诸如此类的发动机上的油路结构均可采用本实用新型中的油路结构代替，例如申请号为201410410174.5的微型航空发动机上的油路结构可以采用本实用新型中的油路结构进行代替。

Claims (10)

1.涡喷发动机的油路结构，包括转轴、用于安装前轴承和后轴承的轴承座，转轴穿过轴承座，轴承座的周面上设有通入该轴承座内孔中的输入油道，其特征在于，转轴的一端设有对轴承座一端形成密封的第一密封组件，轴承座的周面上至少设有一个通入到该轴承座内孔中的输出油道；还包括：

设置在转轴另一端且对轴承座另一端形成密封的第二密封组件，在轴承座、转轴、第一密封组件、第二密封组件之间形成用于接收燃润油的密闭腔体，流入到密闭腔体内的燃润油对安装在轴承座内的前轴承和后轴承进行润滑；以及

将后轴承和前轴承进行润滑后从输出油道输出的燃润油引导或输送到涡喷发动机的燃烧室的输油组件。

2.根据权利要求1所述的涡喷发动机的油路结构，其特征在于，还包括固定在转轴上且随该转轴旋转的甩油部件，甩油部件上至少设有一个在该甩油部件旋转时使燃润油加速运动到所述输出油道中的甩油通道。

3.根据权利要求2所述的涡喷发动机的油路结构，其特征在于，所述甩油通道沿着甩油部件旋转时所产生离心力的方向布置。

4.根据权利要求3所述的涡喷发动机的油路结构，其特征在于，所述甩油通道位于甩油部件的轴向端面上，甩油通道具有横截面积，甩油通道包括入口和出口，甩油通道的横截面积从该甩油通道的入口向出口增大。

5.根据权利要求2所述的涡喷发动机的油路结构，其特征在于，所述甩油部件上设有载油槽，所述至少一个甩油通道与载油槽连通使燃润油由载油槽流入到所述该甩油通道中。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的涡喷发动机的油路结构，其特征在于，第一密封组件包括具有通孔的扩压器；

设置于转轴上的第一密封机构，第一密封机构的至少一部分位于扩压器的通孔中对该通孔形成密封。

7.根据权利要求6所述的涡喷发动机的油路结构，其特征在于，扩压器上设有环绕在通孔孔口周围的环状凸起，该环状凸起配合在轴承座中。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的涡喷发动机的油路结构，其特征在于，第二密封组件包括：

涡轮，该涡轮固定在转轴上，涡轮的周面上设有第二环形槽；

第二环形密封件，该第二环形密封件的一部分位于涡轮上的第二环形槽中；

环套，涡轮设置第二环形槽的一端穿过环套，环套与轴承座固定连接，第二环形密封件的外周面与环套的内周面抵顶。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的涡喷发动机的油路结构，其特征在于，输油组件包括：

具有容纳腔的罩壳，罩壳的一端设有第一装配孔，罩壳的另一端设有开口，轴承座的一端从所述第一装配孔伸入到罩壳的内部后，轴承座上的输出油道与罩壳的容纳腔对应，罩壳上设有出油口；

罩壳的另一端与第一密封组件连接或者一体成型，在罩壳与第一密封组件以及轴承座之间围成一个密闭的环形油腔；

一端与罩壳上的出油口连接的输油管。

10.一种涡喷发动机，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的油路结构。