[发明专利]预封严结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机、航空发动机等领域中高速旋转轴承腔的封严的结构。

背景技术

在燃气轮机、航空发动机等领域，通过高速旋转的高压轴或低压轴在发动机内部传递功率或向外输出功率。为保证发动机的正常运行，需要通过布置轴承对高速旋转轴提供支撑。轴承随着旋转轴进行高速旋转，通过滑油系统向其提供具有一定压力的滑油确保润滑及冷却，是保证轴承可靠运行的必不可少的环节。轴承腔是滑油系统中不可缺少的组成部分，其重要作用一方面是收集轴承溅射的滑油以及挥发的油雾，另一方面是保证轴承处于油雾环境中以确保轴承的正常工作。在这种情况下，通过不同的结构设计，实现轴承腔的动态密封，确保轴承的正常工作，并防止润滑轴承的滑油通过包围轴承腔的缝隙泄露进入发动机的其他部位，对于发动机的安全运行至关重要。

在以往的燃气轮机、航空发动机的结构设计中，轴承腔的封严往往是通过各类封严流阻元件，譬如蓖齿、迷宫齿或者分瓣接触式/整体浮动式石墨封严环结构实现。近些年来，分瓣接触式/整体浮动式石墨封严环结构由于其更高的封严特性得到了广泛的应用，这种封严结构借助石墨环与石墨环跑道之间的小间隙配合，并依靠封严结构的前后压差实现对轴承腔的动态密封。但是，当轴承腔内滑油出现大量堆积，譬如应用航空发动机的飞机在姿态调整、地面燃气轮机由于变载荷需要变工况工作情况下，轴承腔内堆积的滑油可能会淹没石墨环跑道与石墨环的配合工作面。受石墨环跑道高速旋转产生的较强离心力的影响，配合工作面附近堆积的滑油压力会显著升高，从而大量泄漏出轴承腔，不仅造成轴承腔内滑油的大量消耗，而且泄露的滑油进入发动机其他部位也会危害发动机的安全运行。这会严重影响高性能燃气轮机、航空发动机等性能进一步提升的要求。迫切需要提出一种更优的高速旋转轴承腔封严方案。

发明内容

本发明涉及用于燃气轮机、航空发动机等存在需要液体封严的旋转盘腔的技术领域，是一种针对轴承腔封严设计的新型的石墨环跑道封严结构。利用新型断油槽结构和甩油器结构可以实现轴承腔内滑油的有效封严，特别地是实现轴承腔内滑油的预封严。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：在石墨环跑道结构高半径位置的外壁面处设置平直的石墨环跑道，所述石墨环跑道与石墨环之间通过小间隙配合。发动机空气系统的冷却气流经石墨环跑道结构件与石墨环的配合工作面的半径间隙泄漏入轴承腔内，依靠气体和轴承腔内油雾的正向压差对轴承腔内的油雾进行封严。

较优地，在石墨环跑道结构件的靠近轴承腔侧的端部处依次设计有采用机械加工的整环断油槽和离散甩油器。整环断油槽用于轴承腔内堆积滑油的“切断”处理，避免在石墨环跑道外壁面上形成连续油膜，因而形成轴承腔的预封严；离散甩油器用于轴承腔内液体滑油的“抛甩”，进一步避免油膜的旋转增压以及液体滑油向石墨环跑道结构件与石墨环的配合工作面的流动。

优选地，整环断油槽可以通过调整断油槽的宽度和/或深度来实现轴承腔内滑油的一次“过滤”，达到理想的过滤效果。

优选地，整环断油槽可以通过调整断油槽的数量来实现轴承腔内向外泄漏滑油的初步清除，并进一步降低滑油泄漏的风险。

较优地，离散甩油器可以通过调整甩油器两侧斜面的倾角实现轴承腔内堆积滑油的驱离。被甩回的滑油通过最优的倾角组合被甩向轴承腔侧，远离石墨环跑道结构件与石墨环的配合工作表面。最终通过回油泵或在重力作用下流回轴承腔并回收。

较优地，石墨环跑道结构件的预封严结构还设计有冷却滑油腔，所述冷却滑油腔位于石墨环跑道结构件下方，以避免石墨环跑道结构件与石墨环的配合工作面因与石墨环摩擦接触而造成过高的有害温升。

较优地，甩油器和断油槽结构的设计应留有大于1mm以上的轴向间距。避免两个封严措施的互相干扰。

较优地，根据轴承腔的实际供油量设计，甩油器和断油槽结构可以“串联”使用或仅采用其中一种措施。即便仅采用其中一种封严措施，高速旋转轴承腔内的滑油泄漏量也可以得到极大的抑制。

较优地，对于航空发动机这类工作姿态可能变化的飞行器动力，建议甩油器和断油槽结构“串联”使用。在靠近轴承腔侧依次布置断油槽、甩油器。

石墨环跑道结构件与旋转轴采用合理的过盈量进行配合，保证热态工作环境中的同步转动。

较优地，该石墨环跑道结构件与旋转轴之间的配合面采用两端断续面接触的方式，以提高加工精度和配合效果，避免过大的配合面增加加工难度。

较优地，在石墨环跑道结构件靠近轴承的端面设计有台阶结构，所述台阶结构与轴承配合形成兜油槽，以确保轴承的滑油供应。