CN115217536B - 一种对转涡轮中介支点轴承腔结构 - Google Patents

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Abstract

本申请属于航空发动机与燃气轮机的设计领域，为一种对转涡轮中介支点轴承腔结构，包括高涡后轴颈、低压涡轮轴、盘心封严环、轴承封严环、后轴封严环和轴承组件；盘心封严环、轴承封严环与高涡后轴颈之间形成冷却腔，低压涡轮轴锥臂上沿周向间隔设置有多组与冷却腔连通的通气孔；工作时，通气孔从航空发动机的后机匣引入外涵气，进入到冷却腔内通过降低轴承封严环外侧环境温度，实现轴承腔冷却；外涵气冷却轴承腔后分通过第二篦齿进入到封严排气腔内，一部分在第一篦齿处对高温的低压盘前气进行封严，其余的外涵气通过低压涡轮盘上的通气排出孔排出，从而综合提升对转涡轮轴承腔工作可靠性和安全性。

Description

一种对转涡轮中介支点轴承腔结构
技术领域
本申请属于航空发动机与燃气轮机的设计领域，特别涉及一种对转涡轮中介支点轴承腔结构。
背景技术
对转结构航空发动机采用中介支点支撑结构，使高低压转子连接更加紧凑，减小发动机长度、重量，提高发动机推重比。高低压涡轮中介支点轴承腔的设计包括轴承内外圈连接结构、轴承的润滑冷却、以及轴承腔的封严等。
由于高低压涡轮为对转状态，轴承内外环相对转速高，带来的发热量高，需要重点解决轴承腔冷却和降温。现有轴承腔的方案常采用双层壁封严环的方案减少对轴承腔的热传导，以降低轴承腔的温度。
采用双层壁结构封严环可以实现对转涡轮轴承腔的降温，但存在以下问题：
（1）由于燃气、封严气引起的轴承腔环境温度未变，双层壁结构带来的轴承腔降温效果有限；
（2）双层壁结构增加零件数量，增加结构复杂性，且使发动机重量增加。
因此，如何提高对转涡轮轴承腔内的冷却质量、减少结构复杂性是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种对转涡轮中介支点轴承腔结构，以解决现有技术中采用双层壁结构封严环对涡轮轴承腔降温时降温效果有限、结构复杂度高的问题。
本申请的技术方案是：一种对转涡轮中介支点轴承腔结构，设于高压涡轮盘和低压涡轮盘之间，所述高压涡轮盘与低压涡轮盘之间设有第一篦齿，包括高涡后轴颈、低压涡轮轴、盘心封严环、轴承封严环、后轴封严环和轴承组件；所述轴承封严环与后轴封严环、低压涡轮轴之间形成轴承腔，所述轴承组件设于轴承腔内，所述盘心封严环与低压涡轮盘、高涡后轴颈之间形成封严排气腔；所述盘心封严环与高涡后轴颈之间设有第二篦齿，所述轴承封严环与高涡后轴颈之间设有第三篦齿；所述盘心封严环、轴承封严环与高涡后轴颈之间形成冷却腔，所述低压涡轮轴沿周向间隔设置有多组与冷却腔连通的通气孔，所述通气孔与外涵气连通。
优选地，所述盘心封严环上设有第一平直环，所述轴承封严环上设有第二平直环，所述第二平直环对应设置第一平直环的内侧，所述第一平直环与第二平直环的径向宽度小于第一篦齿至第二篦齿之间的径向宽度。
优选地，所述低压涡轮盘对应盘心封严环外侧的位置处设有内凸环，，所述第一平直环至内凸环的径向宽度小于第一平直环至第一篦齿外表面的径向宽度。
优选地，所述轴承组件包括轴承外环、轴承内环、轴承滚珠和压紧螺母；所述轴承滚珠连接于轴承外环和轴承内环之间，所述轴承内环和压紧螺母均连接于后轴封严环上，所述轴承外环连接于低压涡轮轴上；所述轴承外环与轴承封严环之间形成第一回油通道，所述低压涡轮轴对应第一回油通道的位置处开设有回油孔；所述低压涡轮轴上设有第二回油通道，所述第二回油通道对应轴承滚轴设置。
优选地，所述轴承封严环、轴承外环和低压涡轮轴之间开设有相互对应设置的螺栓孔，所述轴承外环的螺栓孔位于轴承封严环和低压涡轮轴的螺栓孔之间，所述螺栓孔内连接有长螺栓。
优选地，所述长螺栓上开设有内凹环，所述长螺栓上的非内凹环位置与轴承封严环、轴承外环和低压涡轮轴上的螺栓孔螺纹连接。
优选地，所述轴承封严环的螺栓孔的端部开设有局部斜角。
本申请的一种对转涡轮中介支点轴承腔结构，包括高涡后轴颈、低压涡轮轴、盘心封严环、轴承封严环、后轴封严环和轴承组件；盘心封严环、轴承封严环与高涡后轴颈之间形成冷却腔，低压涡轮轴沿周向间隔设置有多组与冷却腔连通的通气孔；工作时，低压涡轮轴锥臂上通气孔从航空发动机的后机匣引入外涵气，进入到冷却腔内通过降低轴承封严环外侧环境温度实现轴承腔冷却；引入的外涵气对轴承腔冷却后通过第二篦齿进入到封严排气腔内，在第一篦齿处对高温低压盘前气进行封严，其余的外涵气通过低压涡轮盘上的通气排出孔排出；一方面降低了轴承腔的温度，同时隔绝温度较高的低压盘前气对轴承腔的影响，从而综合提升对转涡轮轴承腔工作可靠性和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体结构示意图；
图2为本申请回油结构示意图；
图3为本申请长螺栓连接结构示意图；
图4为本申请长螺栓结构示意图；
图5为本申请长螺栓与轴承封严环分离结构示意图。
1、高压涡轮盘；2、高涡后轴颈；3、后轴封严环；4、轴承内环；5、轴承滚珠；6、轴承外环；7、低压涡轮盘；8、盘心封严环；9、轴承封严环；10、低压涡轮轴；11、压紧螺母；12、冷却腔；13、第一平直环；14、第二平直环；15、内凸环；16、第一回油通道；17、第二回油通道；18、长螺栓；19、内凹环；20、局部斜角。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种对转涡轮中介支点轴承腔结构，设于高压涡轮盘和低压涡轮盘之间，高压涡轮盘与低压涡轮盘之间设有第一篦齿。高压涡轮盘内部的封严气通过第一篦齿排出。
如图1所示，包括高涡后轴颈2、低压涡轮轴10、盘心封严环8、轴承封严环9、后轴封严环3和轴承组件；轴承封严环9与后轴封严环3、低压涡轮轴10之间形成轴承腔，轴承组件设于轴承腔内，盘心封严环8与低压涡轮盘7、高涡后轴颈2之间形成封严排气腔；盘心封严环8与高涡后轴颈2之间设有第二篦齿，轴承封严环9与高涡后轴颈2之间设有第三篦齿。
盘心封严环8、轴承封严环9与高涡后轴颈2之间形成冷却腔12，低压涡轮轴10锥臂上沿周向间隔设置有多组与冷却腔12连通的通气孔，通气孔与外涵气连通。
工作时，低压涡轮轴锥臂上的通气孔从航空发动机的后机匣引入外涵气，进入到冷却腔12内，通过降低轴承封严环9外侧的环境温度实现轴承腔冷却，同时在第三篦齿处实现对轴承腔内滑油的密封；外涵气冷却轴承腔后通过第二篦齿进入到封严排气腔内，在第一篦齿处对低压盘前的高温封严气进行封严，其余的外涵气通过低压涡轮盘7上的通气排出孔排出；一方面降低了轴承腔的温度，同时隔绝温度较高的低压盘前气对轴承腔的影响，从而综合提升对转涡轮轴承腔工作可靠性和安全性。
封严排气腔内的压力高于低压涡轮盘前腔的压力，，使低压涡轮盘前腔的高温气完全不会对轴承腔造成影响；同时，轴承腔内的滑油能够不受影响地稳定排出，结构简单、成本低、使用方便，有效提高轴承腔封严的可靠性和轴承寿命，提高了涡轮发动机的安全性。
而冷却腔12的设计会在一定程度上增加中介支点结构的空间占用，而为了弥补该部分空间结构，在其它部分进行了空间优化设计。
优选地，盘心封严环8上设有第一平直环13，轴承封严环9上设有第二平直环14，第二平直环14对应设置第一平直环13的内侧，第一平直环13与第二平直环14的径向宽度在满足气流流通能力的情况下尽量小，该设计有效了减少了盘心封严环8和轴承封严环9之间冷却腔12的空间占用。优选地，低压涡轮盘7对应盘心封严环8外侧的位置处设有内凸环15，第一平直环13至内凸环15的径向距离在满足气流流通能力的情况下尽量小/该设计在保证封严排气腔稳定工作的同时，有效减少了封严排气腔的空间占用。结合图2，优选地，轴承组件包括轴承外环6、轴承内环4、轴承滚珠5和压紧螺母11；轴承滚珠5连接于轴承外环6和轴承内环4之间，轴承内环4和压紧螺母11均连接于后轴封严环3上，轴承外环6连接于低压涡轮轴10上；轴承外环6与轴承封严环9之间形成第一回油通道16，低压涡轮轴10对应第一回油通道16的位置处开设有回油孔；低压涡轮轴10上设有第二回油通道17，第二回油通道17对应轴承滚轴设置。通过双回油流路的设计，实现对轴承外环6内外侧同时进行充分润滑冷却，提高轴承的工作可靠性。
结合图3，优选地，轴承封严环9、轴承外环6和低压涡轮轴10任意相邻两个结构之间均设有止口连接结构，轴承封严环9、轴承外环6和低压涡轮轴10之间开设有相互对应设置的螺栓孔，轴承外环6的螺栓孔位于轴承封严环9和低压涡轮轴10的螺栓孔之间，螺栓孔内连接有长螺栓18。通过长螺栓18的连接结构设计，可以实现轴承组件、轴承封严环9、低压涡轮轴10的可靠定心连接，减少零件数量，减少空间占用，提高结构可靠性。
综上，通过多重空间占用的缩减设计，能够保证在对轴承腔高效冷却，对封严气高效封严的同时，整个中介支点结构与原有相比相差不大，甚至小于原中介支点结构的空间占用。
结合图4，优选地，长螺栓18上开设有内凹环19，长螺栓18上的非内凹环位置与轴承封严环9、轴承外环6和低压涡轮轴10上的螺栓孔连接，具体为一种小间隙配合，以提高转子连接稳定性；在保证对各部件稳定连接的同时，内凹槽的设计，减少长螺栓18局部刚度，提高工作过程中的变形协调性。
结合图5，优选地，冷却腔12的设计压缩了长螺栓18的安装空间，对此，轴承封严环9的螺栓孔的端部开设有局部斜角20，解决轴向装配空间较小的问题。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种对转涡轮中介支点轴承腔结构，设于高压涡轮盘(1)和低压涡轮盘(7)之间，所述高压涡轮盘(1)与低压涡轮盘(7)之间设有第一篦齿，其特征在于：包括高涡后轴颈(2)、低压涡轮轴(10)、盘心封严环(8)、轴承封严环(9)、后轴封严环(3)和轴承组件；所述轴承封严环(9)与后轴封严环(3)、低压涡轮轴(10)之间形成轴承腔，所述轴承组件设于轴承腔内，所述盘心封严环(8)与低压涡轮盘(7)、高涡后轴颈(2)之间形成封严排气腔；所述盘心封严环(8)与高涡后轴颈(2)之间设有第二篦齿，所述轴承封严环(9)与高涡后轴颈(2)之间设有第三篦齿；
所述盘心封严环(8)、轴承封严环(9)与高涡后轴颈(2)之间形成冷却腔(12)，所述低压涡轮轴(10)锥臂上沿周向设置有多组与冷却腔(12)连通的通气孔，所述通气孔与外涵气连通；
所述盘心封严环(8)上设有第一平直环(13)，所述轴承封严环(9)上设有第二平直环(14)，所述第二平直环(14)对应设置第一平直环(13)的内侧，所述第一平直环(13)与第二平直环(14)的径向宽度小于第一篦齿至第二篦齿之间的径向宽度；
所述低压涡轮盘(7)对应盘心封严环(8)外侧的位置处设有内凸环(15)，所述第一平直环(13)至内凸环(15)的径向宽度小于第一平直环(13)至第一篦齿外表面的径向宽度。
2.如权利要求1所述的对转涡轮中介支点轴承腔结构，其特征在于：所述轴承组件包括轴承外环(6)、轴承内环(4)、轴承滚珠(5)和压紧螺母(11)；所述轴承滚珠(5)连接于轴承外环(6)和轴承内环(4)之间，所述轴承内环(4)和压紧螺母(11)均连接于后轴封严环(3)上，所述轴承外环(6)连接于低压涡轮轴(10)上；所述轴承外环(6)与轴承封严环(9)之间形成第一回油通道(16)，所述低压涡轮轴(10)对应第一回油通道(16)的位置处开设有回油孔；所述低压涡轮轴(10)上设有第二回油通道(17)，所述第二回油通道(17)对应轴承滚轴设置。
3.如权利要求2所述的对转涡轮中介支点轴承腔结构，其特征在于：所述轴承封严环(9)、轴承外环(6)和低压涡轮轴(10)之间开设有相互对应设置的螺栓孔，所述轴承外环(6)的螺栓孔位于轴承封严环(9)和低压涡轮轴(10)的螺栓孔之间，所述螺栓孔内连接有长螺栓(18)。
4.如权利要求3所述的对转涡轮中介支点轴承腔结构，其特征在于：所述长螺栓(18)上开设有内凹环(19)，所述长螺栓(18)上的非内凹环位置与轴承封严环(9)、轴承外环(6)和低压涡轮轴(10)上的螺栓孔连接。
5.如权利要求4所述的对转涡轮中介支点轴承腔结构，其特征在于：所述轴承封严环(9)的螺栓孔的端部开设有局部斜角(20)。
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