CN210768928U - 一种小型涡喷发动机转子总成结构 - Google Patents

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何福勇
李安茂
吴勇
姚胜
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Abstract

本实用新型公开了一种小型涡喷发动机转子总成结构,包括涡轮、与涡轮一体成型的涡轮轴、叶轮轴和套设在叶轮轴上的压气叶轮,压气叶轮通过转子螺母压紧在叶轮轴上,叶轮轴远离压气叶轮的一端沿轴向设置有锥形孔和螺纹孔,叶轮轴内套设有主轴,主轴包括置于叶轮轴内的锥形段和螺纹段,与叶轮轴通过锥形孔锥度配合并通过螺纹孔螺纹连接,还包括置于叶轮轴外的阶梯圆柱段,主轴通过阶梯圆柱段与涡轮轴焊接连为一体,主轴螺纹段、转子螺母的螺纹旋向均与涡轮工作旋向相反。本结构具有重复拆装一致性高、对中性好,装配便捷的优点;同时由于采用迷宫密封结构,能有效隔绝燃气向涡端滚动轴承的窜动,大幅度减小燃气对轴承的传热。

Description

一种小型涡喷发动机转子总成结构
技术领域
本实用新型涉及小型涡喷发动机技术领域,具体为一种采用径流式涡轮、油润滑滚动轴承系统的小型涡喷发动机转子总成结构。
背景技术
小型涡喷发动机(200公斤推力以下)是推进动力/能源系统研究的新兴领域,具有尺寸小、重量轻、能量密度高、推重比大的优点,被广泛应用于中小型无人机、靶机,同时也可用作战术巡航导弹动力。
根据小型发动机结构及尺寸要求,目前国际上主流的小型、微型涡喷发动机在压气机端均采用离心压气机,轴承系统采用油润滑滚动轴承系统,而涡轮常用的有单级轴流式涡轮、径流式涡轮。
单级轴流式涡轮气体流动方向平行于涡轮轴线,在结构上采用整体涡轮盘,涡轮盘中心设计通孔,通过螺母固定在主轴上,具有结构简单,低惯性,抗外来物损坏较好,缺点是压比受限制,间隙敏感型高,目前在小型、微型涡喷发动机上采用单级轴流式涡轮较多。
径流式涡轮相比单级轴流式涡轮,在小流量范围内具有压比高、效率高、低成本、结构紧凑的优势,但径流式涡轮用于小型涡喷发动机时,在结构设计上主要有以下难点:1、由于径流式涡轮不能像轴流涡轮一样安装在主轴端并通过螺母固定,存在涡轮转子与主轴、叶轮轴连接的设计问题;2、涡喷发动机在高温高速运转下,燃气由涡轮向轴承传热较大,使安装在主轴上的轴承温度较高,影响轴承的使用寿命。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷,本实用新型提供一种小型涡喷发动机转子总成结构,通过在涡轮和压气叶轮之间设置主轴,将主轴与涡轮连接为一体并与叶轮轴采用锥度配合、螺纹连接方式,使转子总成具有重复拆装一致性高、对中性好,装配便捷的优点;同时由于采用迷宫密封结构,能有效隔绝燃气向涡端滚动轴承的窜动,大幅度减小燃气对轴承的传热。
本实用新型所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构,包括涡轮、与涡轮一体成型的涡轮轴、叶轮轴和套设在叶轮轴上的压气叶轮,所述压气叶轮通过转子螺母压紧在叶轮轴上,所述叶轮轴远离压气叶轮的一端沿轴向设置有锥形孔和螺纹孔,所述叶轮轴内套设有主轴,所述主轴包括置于叶轮轴内的锥形段和螺纹段,与叶轮轴通过锥形孔锥度配合并通过螺纹孔螺纹连接,还包括置于叶轮轴外的阶梯圆柱段,所述主轴通过阶梯圆柱段与涡轮轴焊接连为一体,所述主轴螺纹段、转子螺母的螺纹旋向均与涡轮工作旋向相反。
进一步的,所述涡轮为镍基高温合金铸造的径流式涡轮,所述叶轮轴与主轴锥度配合的锥度为1:20。采用锥度配合可提高装配精度,保证重复拆装后的一致性及对中性。
进一步的,所述主轴阶梯圆柱段的小径段上还套设有涡端滚动轴承和密封圈,所述密封圈的一端与主轴阶梯圆柱段的a端面贴合,涡端滚动轴承与密封圈的另一端面贴合。
进一步的,所述叶轮轴的b端面与压气叶轮的大端端面之间还套设有压端滚动轴承和传动套,所述压端滚动轴承内圈与叶轮轴b端面贴合,传动套与压端滚动轴承贴合,所述传动套与叶轮轴通过键连接,对传动套周向限位并传递扭矩,所述传动套上设有圆柱销,所述圆柱销插入压气叶轮大端上的轮背座孔,对压气叶轮周向限位并传递扭矩。保证压端滚动轴承内圈被压紧,不会产生轴向位移。
进一步的,所述转子螺母的拧紧力矩小于叶轮轴与主轴的螺纹拧紧力矩。保证在拧紧转子螺母时叶轮轴与主轴不会发生再次转动,影响动平衡精度及主轴轴向装配尺寸。
进一步的,所述转子螺母拧紧叶轮轴后,叶轮轴的c端面与涡端滚动轴承之间形成0.15±0.05mm间隙。防止叶轮轴与涡端滚动轴承端面干涉,导致主轴与叶轮轴装配时锥度不能贴合,从而引起失效。
进一步的,所述密封圈设有两个环槽,与发动机壳体形成迷宫密封,所述涡端滚动轴承采用角接触球轴承。密封圈隔绝燃气向涡端滚动轴承的窜动,大幅度减小燃气对轴承的传热。
进一步的,所述压端滚动轴承采用角接触球轴承。
本实用新型的有益效果:
1、通过在涡轮轴与叶轮轴之间设置主轴,并将主轴与涡轮轴摩擦焊接成一体,主轴设置为螺纹段、锥形段和阶梯圆柱段,叶轮轴内设置螺纹孔和锥形孔,使主轴与叶轮轴采用锥度配合、螺纹连接,锥度配合可提高主轴与叶轮轴的装配精度,保证重复拆装后的一致性及对中性,将螺纹连接的旋向设置为与涡轮工作旋向相反,保证高速运转时,螺纹连接不会松动。
2、在叶轮轴c端面与涡端滚动轴承之间设计0.15±0.05mm的间隙,能保证主轴与叶轮轴锥度配合时贴合紧密、螺纹连接可靠,避免了叶轮轴与涡端滚动轴承之间发生干涉时对锥度配合的影响。
3、密封圈设计两个环槽,与发动机壳体形成迷宫密封,隔绝燃气向涡端滚动轴承的窜动,大幅度减小燃气对轴承的传热。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图;
图2为图1中I处的局部放大图;
附图中:
1-涡轮,101-涡轮轴,2-叶轮轴,21-锥形孔,22-螺纹孔,
3-压气叶轮,4-转子螺母,5-主轴,51-锥形段,52-螺纹段,53-阶梯圆柱段,6-涡端滚动轴承,7-密封圈,71-环槽,8-压端滚动轴承,9-传动套,
10-键,11-圆柱销。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。
如图1至图2所示,一种小型涡喷发动机转子总成结构,包括涡轮1、与涡轮1一体成型的涡轮轴101、叶轮轴2和套设在叶轮轴上的压气叶轮3,所述压气叶轮3通过转子螺母4压紧在叶轮轴2上,在叶轮轴2远离压气叶轮3的一端中心处沿轴向设置有锥形孔21和螺纹孔22,所述叶轮轴2内套设有主轴5,所述主轴5包括置于叶轮轴2内的锥形段51和螺纹段52,与叶轮轴2通过锥形孔21锥度配合并通过螺纹孔22螺纹连接,还包括置于叶轮轴2外的阶梯圆柱段53,所述主轴5通过阶梯圆柱段53与涡轮轴101摩擦焊接连为一体,所述主轴螺纹段52、转子螺母的螺纹旋向均与涡轮1工作旋向相反,保证高速转动的工作状态下,螺纹连接不松动。
在本实用新型中,所述涡轮1采用镍基高温合金铸造的径流式涡轮,所述叶轮轴2与主轴5锥度配合的锥度设计为1:20,采用锥度配合可提高装配精度,保证重复拆装后的一致性及对中性。
在本实用新型中,所述主轴阶梯圆柱段53的小径段上套设有涡端滚动轴承6和密封圈7,所述密封圈7的一端与主轴阶梯圆柱段53的a端面贴合,涡端滚动轴承6与密封圈7的另一端面贴合,当转子螺母4拧紧叶轮轴2后,叶轮轴2的c端面与涡端滚动轴承6之设计0.15±0.05mm的间隙,防止叶轮轴2与涡端滚动轴承6端面干涉,导致主轴5与叶轮轴2装配时锥度不能贴合,从而引起转子总成结构失效,密封圈7设有两个环槽71,与发动机壳体形成迷宫密封,能够隔绝燃气向涡端滚动轴承6的窜动,大幅度减小燃气对轴承的传热。
在本实用新型中,所述叶轮轴2的b端面与压气叶轮3的大端端面之间套设有压端滚动轴承8和传动套9,所述压端滚动轴承8内圈与叶轮轴2的b端面贴合,保证压端滚动轴承8内圈被压紧,不会产生轴向位移,传动套9与压端滚动轴承8贴合,所述传动套9与叶轮轴2通过键10连接,对传动套9周向限位并传递扭矩,压气叶轮3与传动套9贴合,所述传动套9上设有四根圆柱销11,圆柱销11插入压气叶轮3大端上的轮背座孔,对压气叶轮3周向限位并传递扭矩,
在本实用新型中,转子螺母4与叶轮轴2通过螺纹连接,压紧压气叶轮3小端面,转子螺母4螺纹旋向与涡轮工作旋向相反,保证工作状态下,螺纹不会松动,同时由于转子螺母的螺纹旋向与叶轮轴2和主轴5螺纹连接的旋向一致,所以转子螺母4的拧紧力矩设计为低于叶轮轴2与主轴5螺纹连接的拧紧力矩,保证在拧紧转子螺母4时叶轮轴2与主轴5不会发生再次转动,影响动平衡精度及主轴轴向装配尺寸。
本实用新型中,涡端滚动轴承和压端滚动轴承均采用角接触球轴承。
本实用新型的转子总成结构特别适用于采用径流式涡轮、油润滑滚动轴承系统的小型涡喷发动机,且不仅仅限于小型涡喷发动机,在采用同样轴承系统及气动系统的增压器上也同样适用。
最后应说明的是: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;尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解;其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种小型涡喷发动机转子总成结构,包括涡轮、与涡轮一体成型的涡轮轴、叶轮轴和套设在叶轮轴上的压气叶轮,所述压气叶轮通过转子螺母压紧在叶轮轴上,其特征在于:所述叶轮轴远离压气叶轮的一端沿轴向设置有锥形孔和螺纹孔,所述叶轮轴内套设有主轴,所述主轴包括置于叶轮轴内的锥形段和螺纹段,与叶轮轴通过锥形孔锥度配合并通过螺纹孔螺纹连接,还包括置于叶轮轴外的阶梯圆柱段,所述主轴通过阶梯圆柱段与涡轮轴焊接连为一体,所述主轴螺纹段、转子螺母的螺纹旋向均与涡轮工作旋向相反。
2.根据权利要求1所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构,其特征在于:所述涡轮为镍基高温合金铸造的径流式涡轮,所述叶轮轴与主轴锥度配合的锥度为1:20。
3.根据权利要求2所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构,其特征在于:所述主轴阶梯圆柱段的小径段上还套设有涡端滚动轴承和密封圈,所述密封圈的一端与主轴阶梯圆柱段的a端面贴合,涡端滚动轴承与密封圈的另一端面贴合。
4.根据权利要求2所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构,其特征在于:所述叶轮轴的b端面与压气叶轮的大端端面之间还套设有压端滚动轴承和传动套,所述压端滚动轴承内圈与叶轮轴b端面贴合,传动套与压端滚动轴承贴合,所述传动套与叶轮轴通过键连接,对传动套周向限位并传递扭矩,所述传动套上设有圆柱销,所述圆柱销插入压气叶轮大端上的轮背座孔,对压气叶轮周向限位并传递扭矩。
5.根据权利要求2所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构,其特征在于:所述转子螺母的拧紧力矩小于叶轮轴与主轴的螺纹拧紧力矩。
6.根据权利要求3所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构,其特征在于:所述转子螺母拧紧叶轮轴后,叶轮轴的c端面与涡端滚动轴承之间形成0.15±0.05mm间隙。
7.根据权利要求3所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构,其特征在于:所述密封圈设有两个环槽,与发动机壳体形成迷宫密封,所述涡端滚动轴承采用角接触球轴承。
8.根据权利要求4所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构,其特征在于:所述压端滚动轴承采用角接触球轴承。
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