CN106837553A - 一种发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构，所述轴承腔内设置有装配在高速旋转轴上的油气分离部件，其外周面上设有主甩油孔、副甩油孔以及周向布置的多道断油槽；所述高速旋转轴中设置有通风管座，所述通风管座通过通风管路与下游轴承腔内的油气分离部件连通，从而实现多轴承腔的轴承腔轴心通风。通过使用该结构，可以有效实现发动机不同轴承腔之间的轴心通风，能够更为有效地实现发动机、地面燃气轮机高速旋转轴承腔的腔室压力平衡，减少通风时气流中的油雾比例，提高轴承腔的通风效果并降低发动机体外油雾分离器的油雾分离要求。这对于追求进一步降低滑油消耗量的地面燃气轮机或者航空发动机具有重要的工程应用价值。

Description

一种发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机、航空发动机等领域的轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构，利用该结构的主/副甩油孔、断油槽以及积油槽设计实现轴承腔内的油气分离，利用通风管座和通风管路实现不同轴承腔的轴心通风。

背景技术

高速旋转轴承腔的滑油油气分离以及多个轴承腔的腔室均压是在燃气轮机、航空发动机领域具有重要实际意义的工程性问题。

在以往的燃气轮机、航空发动机结构设计中，轴承腔的油气分离是依靠主机体外的油雾引射管路以及附件齿轮箱上的油雾分离器实现的，而多个轴承腔的通风和均压则往往是通过外部连接于各个轴承腔的管路系统实现的。显然，这些系统所需要的外部管路以及单独的油雾分离器的需求，不仅会影响整机的可靠性，同时也会显著增加整机的复杂性和重量，最终影响高性能燃气轮机、航空发动机性能的进一步提升。因此，迫切需要提出一种更优的轴承腔的油气分离和多轴承腔的通风方案。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种用于发动机高速旋转轴承腔内油气分离以及多轴承腔间的轴心通风结构，可以有效实现发动机不同轴承腔之间的轴心通风，减少通风时气流中的油雾比例，提高轴承腔的通风效果并降低发动机体外油雾分离器的油雾分离要求，继而降低滑油消耗量。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构，所述轴承腔为发动机高速旋转轴承腔，所述轴承腔内设置有轴承及油气分离部件，其特征在于，

--所述油气分离部件整体呈一圆柱形套筒，通过过盈配合的方式装配高速旋转轴的外圆表面上，所述圆柱形套筒的内圆周表面和高速旋转轴的外圆表面之间的空间形成积油槽；

所述油气分离部件的圆柱形外圆周面上设有主甩油孔、副甩油孔以及周向布置的多道断油槽；所述主甩油孔、副甩油孔的一端连通轴承腔，另一端连通积油槽；所述主甩油孔具有一定高度的挡油凸台；

--所述高速旋转轴为中空结构，其中设置有通风管座和通风管路，所述通风管座一端与所述积油槽连通，另一端通过与所述通风管路与下游轴承腔内的油气分离部件连通，从而实现多轴承腔的轴承腔轴心通风。

优选地，所述主甩油孔、副甩油孔呈离散状布置在所述圆柱形套筒的外圆表面上，可以实现轴承腔腔室内流入所述积油槽内液体滑油的油气分离。

优选地，所述主甩油孔、副甩油孔呈多排轴向等间距、多排周向交错或多排周向并列方式布置在所述圆柱形套筒的外圆表面上。机械加工应保证该零件具有较高的表面光洁度要求，避免因粗糙度过高而造成较大的风阻热效应，从而导致滑油的有害温升。根据使用需求，副甩油孔的孔径、孔数以及布置方式可进一步优化。

优选地，所述主甩油孔的孔径大于副甩油孔。主甩油孔是实现滑油油气分离的主要结构特征。其较大的孔径是实现积油槽内滑油顺利甩出的关键。副甩油孔的作用是实现积油槽的压力均衡以及积油槽内堆积滑油的快速溢出。

优选地，根据使用需求，结合轴承腔内滑油供油量的实际情况，主甩油孔可设计成扩张型的孔型。

优选地，所述挡油凸台具有一定高度并呈整环结构，可以降低轴承腔内液体滑油向内部通风管座泄漏的风险，同时也是为了避免液态滑油以漫灌的方式流入甩油孔内。

优选地，在所述挡油凸台的两侧设置有若干道所述断油槽。

优选地，所述圆柱形套筒的一端设置有拔卸槽，另一端设置有定位面，可以利用圆柱形套筒两端的轴承定位圆柱面实现该结构的定位，保证发动机转子动平衡的使用要求。

位于高速旋转轴内的通风管座以及通风管路可以实现“洁净”的油气环境，并实现不同轴承腔间的高效轴心通风效果。

本发明的发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构中，整环布置的主/副甩油孔通过各式圆孔、异型孔，实现轴承腔内油气的高效分离；整环主/副甩油孔结构可采用有复合角度的圆孔用于轴承腔内液体滑油的“抛甩”，实现更高效的滑油、气体分离；不同位置的主/副甩油孔主要功能有二：将积油槽内的滑油甩出；利用主甩油孔的较大孔径实现油气的分离。其原理是利用高速旋转的离心效应，将从主/副油孔进入积油槽内的滑油甩离积油槽内，从而阻止大量液体滑油通过积油槽向内部的通风管座以及运动。少量的液体滑油或油气状态的滑油通过通风管套实现轴承腔的通风，并通过外部集成的油雾分离器实现滑油的最大程度回收；位于主甩油孔两侧的多道断油槽可以避免油膜的旋转增压以及液体滑油向油气分离甩油孔周边的流动堆积；位于积油槽底部的通风管座以及通风管路可以实现经离心作用分离后“洁净”油气的管路通风。

同现有技术相比，本发明的发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构，可以有效实现发动机不同轴承腔之间的轴心通风，减少通风时气流中的油雾比例，提高轴承腔的通风效果并降低发动机体外油雾分离器的油雾分离要求，继而降低滑油消耗量。进一步地，通过该结构的实现，可以有效简化发动机的外部管路，实现轴承腔的内部自然通风。这对于降低发动机或地面燃机的结构复杂性、提升发动机或地面燃机的可靠性也具有重要的意义。此外，通过对设计参数优化调整，譬如对油气分离和通风一体化结构的孔数、孔直径以及凸台高度进行调整，可以更好地实现高速旋转轴承腔的油气分离/通风。与传统的结构相比，通过巧妙的设计，本发明的可以实现轴承腔体外油雾分离和轴心通风两种功能的一体化，能够更为有效地实现发动机、地面燃气轮机高速旋转轴承腔的腔室压力平衡。

附图说明

图1为本发明的发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构的应用示意图。

图2为本发明的油气分离部件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。需要说明的是，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。实际上，在未背离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化，这对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用来产生又一个实施例。因此，意图是本发明将这样的修改和变化包括在所附的权利要求书和它们的等同物的范围内。

如图1所示，本实施例是在航空发动机低压前支点轴承腔中使用本发明的发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风一体化结构的设计方案。在该实施例中，发动机高速旋转轴承腔内布置有支撑发动机低压轴系的1#球轴承2和2#球轴承6。轴承腔两侧的外部封严通过传统的篦齿封严结构1、10实现。而供向轴承内环跑道的滑油通过轴承座上的供油嘴7实现对对应轴承的滑油供给。

轴承腔内1#球轴承2和2#球轴承6之间的低压高速旋转轴8的外圆表面上设置油气分离部件4，油气分离部件4通过过盈配合的方式冷态装配在低压高速旋轴8的外圆表面，在轴向螺母压紧力的作用下实现传扭和高速的旋转。轴承腔内流向油气分离部件4的液体滑油在离心力的效应下，有效的实现液、气的分离。少量的油气通过油气分离部件4向内流向通风管座5并继续通过设置在中空低压高速旋轴8内的通风管路9与其他轴承腔内的油气分离部件4连通，从而实现多轴承腔的轴承腔轴心通风。

具体分析其结构工作原理，如图2所示，油气分离部件4整体呈一圆柱形套筒，该圆柱形套筒的一端设置有拔卸槽41，另一端设置有定位面47，油气分离部件4的圆柱形外圆周面上设有主甩油孔44、副甩油孔42以及周向连续但离散的断油槽43。主甩油孔具有一定高度的挡油凸台45。主甩油孔44、副甩油孔42呈多排轴向等间距、多排周向交错或多排周向并列方式布置在圆柱形套筒的外圆表面上。机械加工应保证该零件具有较高的表面光洁度要求，避免因粗糙度过高而造成较大的风阻热效应，从而导致滑油的有害温升。根据使用需求，副甩油孔的孔径、孔数以及布置方式可进一步优化。主甩油孔44的孔径大于副甩油孔42。主甩油孔44是实现滑油油气分离的主要结构特征。其较大的孔径是实现积油槽内滑油顺利甩出的关键。副甩油孔42的作用是实现积油槽的压力均衡以及积油槽内堆积滑油的快速溢出。根据使用需求，结合轴承腔内滑油供油量的实际情况，主甩油孔44可设计成扩张型的孔型。实际使用时，可以根据需要用不同高度的挡油凸台45实现最优的液体滑油阻隔效果。挡油凸台45具有一定高度并呈整环结构，可以降低轴承腔内液体滑油向内部通风管座泄漏的风险，同时也是为了避免液态滑油以漫灌的方式流入甩油孔内。

油气分离部件4装配在低压高速旋轴8的外圆表面后，油气分离部件4的内圆周表面和低压高速旋轴8的外圆表面之间形成积油槽46。油气分离部件4的应用原理是：供油喷嘴7喷向轴承内环跑道的滑油，一部分冷却轴承后，在高温轴承加热作用下会显著雾化从而形成油雾环境的轴承腔条件。而另一部分可能仍然会以高温液体滑油的状态存在。而高温液体滑油的堆积和运动，在副甩油孔42的旋转效应下可以被有效“抛甩”，断油槽43的设计则是为了避免液体滑油继续向主甩油孔的流动并消除油膜的旋转增压效应，避免液体滑油进入轴心通风的管套。另外，挡油凸台45的结构可以进一步提高主甩油孔44处的油气分离效果。在这些结构设计的综合效应下，位于积油槽46内的液体滑油将会大幅度减少，从而实现了轴承腔的油气分离。

经油气分离的上游轴承腔内的“洁净”气体会通过通风管座5和轴心通风管路9继续向下游轴承腔的腔室运动，从而实现不同轴承腔的轴心通风和压力的均衡，减少通风时气流中的油雾比例，提高轴承腔的通风效果并降低发动机体外油雾分离器的油雾分离要求。这对于追求进一步降低滑油消耗量的地面燃气轮机或者航空发动机具有重要的工程应用价值。

进一步地，通过该结构的实现，可以有效简化发动机的外部管路，实现轴承腔的内部自然通风。这对于降低发动机或地面燃机的结构复杂性、提升发动机或地面燃机的可靠性也具有重要的意义。

此外，通过对设计参数优化调整，譬如对油气分离和通风一体化结构的孔数、孔直径以及凸台高度进行调整，可以更好地实现高速旋转轴承腔的油气分离/通风。

与传统的结构相比，通过巧妙的设计，本发明的可以实现轴承腔体外油雾分离和轴心通风两种功能的一体化，能够更为有效地实现发动机、地面燃气轮机高速旋转轴承腔的腔室压力平衡。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发动机轴承腔油气分离及多轴承腔轴心通风结构，所述轴承腔为发动机高速旋转轴承腔，所述轴承腔内设置有至少一轴承及油气分离部件，其特征在于，

--所述油气分离部件整体呈一圆柱形套筒，装配在发动机高速旋转轴的外圆表面上，所述圆柱形套筒的内圆周表面和高速旋转轴的外圆表面之间的空间形成积油槽；

所述油气分离部件的圆柱形外圆周面上设有主甩油孔、副甩油孔以及周向布置的多道断油槽；所述主甩油孔、副甩油孔的一端连通轴承腔，另一端连通积油槽；所述主甩油孔具有一定高度的挡油凸台；

--所述高速旋转轴为中空结构，其中设置有通风管座和通风管路，所述通风管座一端与所述积油槽连通，另一端通过与所述通风管路与下游轴承腔内的油气分离部件连通，从而实现多轴承腔的轴承腔轴心通风。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述主甩油孔、副甩油孔呈离散状布置在所述圆柱形套筒的外圆表面上。

3.根据上述权利要求所述的结构，其特征在于，所述主甩油孔、副甩油孔呈多排轴向等间距、多排周向交错或多排周向并列方式布置在所述圆柱形套筒的外圆表面上。

4.根据上述权利要求所述的结构，其特征在于，所述主甩油孔的孔径大于副甩油孔。

5.根据上述权利要求所述的结构，其特征在于，所述主甩油孔为扩张型的孔型。

6.根据上述权利要求所述的结构，其特征在于，所述挡油凸台具有一定高度并呈整环结构。

7.根据上述权利要求所述的结构，其特征在于，在所述挡油凸台的两侧设置有若干道所述断油槽。

8.根据上述权利要求所述的结构，其特征在于，所述圆柱形套筒的一端设置有拔卸槽，另一端设置有定位面，利用圆柱形套筒两端的轴承定位圆柱面实现该结构的定位。

9.根据上述权利要求所述的结构，其特征在于，所述圆柱形套筒通过过盈配合的方式装配在所述高速旋转轴的外圆表面上。

10.根据上述权利要求所述的结构，其特征在于，所述发动机为燃气轮机或航空发动机。