CN110005545B - 一种鼠笼弹性支承轴承腔结构 - Google Patents

一种鼠笼弹性支承轴承腔结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种鼠笼弹性支承轴承腔结构，包括设置有进油管的壳体及设置在壳体内的折返式鼠笼弹性支座、接触式端面密封装置、滑油封严篦齿、石墨环、轴承、卡环和转轴等；折返式鼠笼弹性支座安装于壳体环形槽内，壳体内环上设置有多个圆周均布的小孔；接触式端面密封设置于轴承腔结构一端；工作状态下，高压滑油经设置于壳体上的进油管进入轴承腔，按预定流路依次冷却接触式端面密封和轴承，冷却后的滑油经设置于壳体内环上的小孔排出轴承腔，经小孔节流作用，轴承腔内充满滑油，形成0.6MPa～0.7MPa正压力，从而满足接触式端面密封正常工作的压力条件，实现对外部高温燃气的隔离，确保轴承腔正常工作。

Description

一种鼠笼弹性支承轴承腔结构
技术领域
本发明涉及一种鼠笼弹性支承轴承腔结构，可应用于液体火箭发动机及吸气式组合动力发动机。
背景技术
在吸气式组合动力发动机中，通常需要设置用于空气增压的涡轮机，抽吸空气并增压，为发动机提供燃烧用空气。涡轮机主要由压气机、涡轮和转轴等组成，压气机、涡轮和转轴高速旋转，因此，在涡轮机中需要设置相应的支承结构，实现对转轴的支承和对轴承密封的冷却润滑。
吸气式组合动力发动机主要由航空发动机、冲压发动机和火箭发动机组合形成，其中组合动力发动机的涡轮机技术主要源于航空发动机，在其基础上进一步发展和改进。在航空发动机中，对转轴进行支承、对轴承密封进行冷却润滑的结构为轴承腔，轴承腔一般由滑油密封、增压引气***、空气密封、放气***、泄漏滑油排放***和高温环境隔离***等，其典型的技术特征为：在航空发动机中，压气机和涡轮的气动参数的最高压力基本一致，轴承腔设置于发动机任何部位时，均可通过从压气机端引气来平衡轴承腔内外环境压力，实现对滑油的密封、排油、满足高温环境隔离***正常工作压力条件等，确保轴承腔正常工作。
本发明组合动力发动机中，涡轮机的压气机部件在高温高压燃气涡轮驱动下，抽吸高温空气并增压，空气压力远低于涡轮燃气压力。轴承腔整体外部环境为高温低压空气，一侧为高温高压涡轮燃气。由于空气压力低、温度高，无法引入轴承腔进行增压，一旦引入，反而对轴承腔造成气动加热，影响轴承密封的正常工作，航空发动机轴承腔设计方法无法满足使用要求。
发明的内容
为解决现有轴承腔结构无法满足组合动力发动机使用要求的问题，本发明提供一种鼠笼弹性支承轴承腔结构，建立轴承腔内的滑油流路，实现冷却润滑轴承。
本发明的技术解决方案是：
提供一种鼠笼弹性支承轴承腔结构，包括壳体、设置于壳体上的进油管、设置在壳体内的折返式鼠笼弹性支座、接触式端面密封组件、滑油封严篦齿、石墨环、轴承；
所述壳体包括内环和外环组成的环形槽，内环上设置有多个周向均布的小孔；所述折返式鼠笼弹性支座安装于壳体环形槽内；
所述折返式鼠笼弹性支座包括外环和内环；所述轴承同轴设置于折返式鼠笼弹性支座内环的内孔，轴承外环固定至折返式鼠笼弹性支座的内环；
所述石墨环同轴布置于壳体内环内孔，所述石墨环与设置于转轴上的滑油封严篦齿配合形成密封结构；
所述接触式端面密封组件封闭壳体的开口端，隔离轴承腔与外部高温燃气；
滑油经进油管进入轴承腔，经折返式鼠笼弹性支座外环冷却接触式端面密封组件和轴承，经壳体内环上的小孔排出。
优选的，所述折返式鼠笼弹性支座内环与壳体内环间单边设置间隙，设置O形橡胶密封圈阻断间隙内的滑油流动。
优选的，折返式鼠笼弹性支座外环由沿周向均匀分布的辐条构成。
优选的，所述石墨环外表面与壳体内环内孔过盈配合。
优选的，折返式鼠笼弹性支座采用弹簧钢制作。
优选的，轴承的外环由卡环和折返式鼠笼弹性支座的凸起从两端轴向限位固定。
优选的，在转轴正常工作时，O形橡胶密封圈抑制折返式鼠笼弹性支座的振动；在转轴发生异常径向振动时，折返式鼠笼弹性支座内环随之发生径向振动，振动幅值超过折返式鼠笼弹性支座内环与壳体内环间的间隙大小时，壳体内环对其产生径向限位，避免发生结构碰磨破坏。
优选的，接触式端面密封组件包括动环和静环，动环套设在转轴上，在轴承后端，随转轴转动；静环用于将轴承腔与外部高温燃气进行隔离。
优选的，轴承腔内充满滑油，形成0.6MPa～0.7MPa正压力，达到接触式端面密封组件正常工作的压力条件，实现对高温燃气的隔离。
优选的，调整进入进油管的滑油压力以及壳体内环上小孔的孔径和数目，对轴承腔内滑油压力和流量进行调整，从而满足轴承和接触式端面密封组件冷却润滑要求，以及接触式端面密封组件的工作压力要求。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明壳体1上设置有由内环和外环组成的环形槽，折返式鼠笼弹性支座3安装于壳体1环形槽内，实现对转轴的支承，结构尺寸紧凑；
(2)本发明壳体1上设置有进油管2，工作状态下，高压滑油经进油管2进入轴承腔,经轴承腔集液腔收集、圆周均布分流、按预定流路依次冷却接触式端面密封组件4摩擦副和轴承7，满足轴承7和接触式端面密封组件4的冷却和润滑要求；冷却后的滑油经设置于壳体1内环上的小孔排出轴承腔，经小孔节流作用，轴承腔内充满滑油，轴承腔内形成0.6MPa～0.7MPa正压力，达到接触式端面密封组件4正常工作的压力条件，实现对外部高温燃气的隔离，确保轴承腔正常工作；与现有技术相比，本发明不引用压气机空气进行轴承腔增压和密封，通过轴承腔结构设计，在轴承腔内对滑油排油进行小孔节流，建立满足密封使用要求的轴承腔压力，能够有效减小压气机空气二次流路损失，提高发动机效率。
(3)本发明折返式鼠笼弹性支座3内环与壳体1内环间设置有O形橡胶密封圈9，一方面能够辅助建立轴承腔内的滑油流路，确保滑油按设计状态冷却润滑轴承和密封；另一方面，O形橡胶密封圈9具有弹性阻尼作用，能够实现对折返式鼠笼弹性支座3的振动抑制，结构简单有效。
附图说明
图1为本发明的一种鼠笼弹性支承轴承腔结构剖面图；
图2为本发明的壳体和折返式鼠笼弹性支座内环和外环结构；
图3为本发明的滑油流动路径；
图4为本发明壳体端面小孔分布示意图；
图5为本发明折返式鼠笼弹性支座外环结构示意图；
图6为本发明O形橡胶密封圈安装示意图。
其中附图标记为：1-壳体、2-进油管、3-折返式鼠笼弹性支座、4-接触式端面密封、5-滑油封严篦齿、6-石墨环、7-轴承、8-卡环、9-O形橡胶密封圈。
具体实施方式
本发明一种鼠笼弹性支承轴承腔结构，是组合动力发动机轴承腔结构设计的一种全新方案。本发明所提供的一种鼠笼弹性支承轴承腔结构，结合图1-2，包括壳体1、设置于壳体1上的进油管2、设置在壳体内的折返式鼠笼弹性支座3、接触式端面密封组件4、滑油封严篦齿5、石墨环6、轴承7、卡环8、O形橡胶密封圈9和转轴等。
所述壳体1上设置有由壳体内环11和壳体外环12组成的环形槽，壳体内环上设置有多个圆周均布的小孔111，结合图4，小孔沿端面周向均匀分布；所述折返式鼠笼弹性支座3安装于壳体1环形槽内；折返式鼠笼弹性支座3由支座外环31和支座内环32组成，支座外环上设置有辐条311连接，结合图5，辐条的设置使得折返式鼠笼弹性支座的刚度减小，弹性增大，折返式鼠笼弹性支座采用弹簧钢制作；轴承7同轴设置于弹性支座3支座内环的内孔处，轴承7的外环由卡环8和折返式鼠笼弹性支座3的凸起轴向限位固定，轴承7的内环套设在转轴上，为转轴高速旋转提供支承。
所述折返式鼠笼弹性支座3的支座内环32与壳体内环11间单边设置0.2mm间隙，同时设置有O形橡胶密封圈9，所述O形橡胶密封圈9能够阻断间隙内的滑油流动。结合图6，O形橡胶密封圈9设置在壳体内环的卡槽内，并封闭0.2mm间隙。所述石墨环6同轴布置于壳体内环内孔处，所述石墨环6外表面与壳体内环内孔表面过盈配合，所述石墨环6与设置于转轴上的滑油封严篦齿5配合形成微小间隙密封结构。
所述接触式端面密封组件4设置于轴承腔一侧，接触式端面密封组件4包括动环41和静环42，动环41套设在转轴上，在轴承后端，随转轴转动；静环42用于将轴承腔与外部高温燃气进行隔离。
壳体1上设置有进油管2，工作状态下，高压滑油经进油管2进入轴承腔,经轴承腔集液腔收集、圆周均布分流、按预定流路依次冷却接触式端面密封组件4摩擦副和轴承7，满足轴承7和接触式端面密封组件4的冷却润滑要求；冷却后的滑油经设置于壳体内环上的小孔排出轴承腔，经小孔节流作用，轴承腔内充满滑油，轴承腔内形成0.6MPa～0.7MPa正压力，达到接触式端面密封组件4正常工作的压力条件，实现对外部高温燃气24的隔离，确保轴承腔正常工作。
如图3所示，工作时，高压滑油经设置于壳体1上的进油管2进入轴承腔，经轴承腔集液腔13收集、圆周均布分流、按预定流路依次冷却接触式端面密封组件4摩擦副和轴承7，冷却后的滑油经设置于壳体内环上的小孔排出轴承腔，经小孔节流作用，轴承腔内充满滑油，轴承腔内形成0.6MPa～0.7MPa正压力，从而满足接触式端面密封组件4正常工作的压力条件，实现对外部高温燃气的隔离，确保轴承腔正常工作；在转轴正常工作时，由于O形橡胶密封圈9具有弹性阻尼作用，能够对折返式鼠笼弹性支座3的振动进行抑制，提高转轴运转稳定性；在转轴发生异常径向振动时，经轴承传力作用，折返式鼠笼弹性支座3的支座内环随之发生径向振动，单边径向振动变形超过0.2mm时，壳体内环对其产生径向限位作用，避免发生结构碰磨和破坏。图3中，21为滑油入口，22为滑油出口，13为集液腔，23为高温空气，24为高温燃气。
本发明可通过调整入口滑油压力、壳体内环上小孔的孔径和数目，对轴承腔内滑油压力进行调整，从而适应不同工况下轴承7和接触式端面密封组件4冷却润滑需求、适应不同外部环境下接触式端面密封组件4正常工作压力条件要求。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种鼠笼弹性支承轴承腔结构，包括壳体(1)、设置于壳体(1)上的进油管(2)、设置在壳体内的折返式鼠笼弹性支座(3)、接触式端面密封组件(4)、滑油封严篦齿(5)、石墨环(6)、轴承(7)；其特征在于：
所述壳体(1)包括内环和外环组成的环形槽，内环上设置有多个周向均布的小孔；所述折返式鼠笼弹性支座(3)安装于壳体(1)环形槽内；
所述折返式鼠笼弹性支座(3)包括外环和内环；所述轴承(7)同轴设置于折返式鼠笼弹性支座(3)内环的内孔，轴承(7)外环固定至折返式鼠笼弹性支座(3)的内环；
所述石墨环(6)同轴布置于壳体(1)内环内孔，所述石墨环(6)与设置于转轴上的滑油封严篦齿(5)配合形成密封结构；
所述接触式端面密封组件(4)封闭壳体(1)的开口端，隔离轴承腔与外部高温燃气；
滑油经进油管(2)进入轴承腔，经折返式鼠笼弹性支座(3)外环冷却接触式端面密封组件(4)和轴承(7)，经壳体(1)内环上的小孔排出；
所述折返式鼠笼弹性支座(3)内环与壳体(1)内环间单边设置0.2mm间隙，同时设置有O形橡胶密封圈(9)，所述O形橡胶密封圈(9)能够阻断间隙内的滑油流动；
在转轴正常工作时，O形橡胶密封圈(9)抑制折返式鼠笼弹性支座(3)的振动；在转轴发生异常径向振动时，折返式鼠笼弹性支座(3)内环随之发生径向振动，振动幅值超过折返式鼠笼弹性支座(3)内环与壳体(1)内环间的间隙大小时，壳体(1)内环对其产生径向限位，避免发生结构碰磨破坏；
轴承腔内充满滑油，形成0.6MPa～0.7MPa正压力，达到接触式端面密封组件(4)正常工作的压力条件，实现对高温燃气的隔离。
2.如权利要求1所述的鼠笼弹性支承轴承腔结构，其特征在于，折返式鼠笼弹性支座(3)外环由沿周向均匀分布的辐条构成。
3.如权利要求1或2所述的鼠笼弹性支承轴承腔结构，其特征在于，所述石墨环(6)外表面与壳体(1)内环内孔过盈配合。
4.如权利要求1或2所述的鼠笼弹性支承轴承腔结构，其特征在于，折返式鼠笼弹性支座(3)采用弹簧钢制作。
5.如权利要求1或2所述的鼠笼弹性支承轴承腔结构，其特征在于，轴承(7)的外环由卡环(8)和折返式鼠笼弹性支座(3)的凸起从两端轴向限位固定。
6.如权利要求1或2所述的鼠笼弹性支承轴承腔结构，其特征在于，接触式端面密封组件(4)包括动环和静环，动环套设在转轴上，在轴承后端，随转轴转动；静环用于将轴承腔与外部高温燃气进行隔离。
7.如权利要求1或2所述的鼠笼弹性支承轴承腔结构，其特征在于，调整进入进油管(2)的滑油压力以及壳体(1)内环上小孔的孔径和数目，对轴承腔内滑油压力和流量进行调整，从而满足轴承(7)和接触式端面密封组件(4)冷却润滑要求，以及接触式端面密封组件(4)的工作压力要求。
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