一種圓周密封冷卻結構及航空發動的製造方法
2023-05-20 01:39:21 2
一種圓周密封冷卻結構及航空發動的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種圓周密封冷卻結構及航空發動機，包括靜止座、旋轉軸、軸承、圓周密封件、密封跑道以及套筒，軸承和圓周密封件均安裝在靜止座上；旋轉軸通過軸承與靜止座轉動連接；密封跑道和套筒均安裝在旋轉軸上；套筒位於密封跑道和軸承之間，三者依序配合；密封跑道與套筒配合、設有引導滑油的通槽；該通槽與軸承內環上的通道相連通；套筒具有一個錐壁；錐壁的擴張端與密封跑道相向設置。本實用新型冷卻均勻，有利於提高圓周密封的封嚴性能和壽命，而且對安裝空間的要求較低。
【專利說明】一種圓周密封冷卻結構及航空發動機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種燃氣渦輪發動機，特別是涉及一種圓周密封冷卻結構及設置有該圓周密封冷卻結構的航空發動機。
【背景技術】
[0002]在燃氣渦輪發動機中，密封對產品的性能、可靠性、壽命和維護性具有重大影響。目前燃氣渦輪發動機中，應用較為廣泛的密封形式之一為圓周密封，如圖1所示，其密封環沿周向均勻分為幾段，由周向拉伸彈簧I』箍到旋轉的密封跑道2』外徑表面上，構成主密封界面限制軸向洩漏；由卡圈3』、壓板4』和壓縮彈簧5』將密封環6』推靠在密封座7』內伸凸邊端面上，構成二次密封界面限制徑向洩漏。在圓周密封工作時，由於摩擦產生的熱大部分通過密封跑道2』散發出去，若密封跑道2』不能獲得良好的冷卻，其會產生不利的熱變形，導緻密封環6』與密封跑道2』產生間隙，相應地，密封洩漏會增大，密封的磨損會加劇。密封跑道2』的合理冷卻是保證圓周密封封嚴性能和壽命的關鍵因素之一。
[0003]密封跑道的冷卻方式一般有三種，如圖2a_c所示，外徑噴射式(如圖2a所示)，結構簡單，易於實現，由於結構限制以及需防止噴射的滑油進入主密封界面，其噴射點到主密封界面有一定的距離，冷卻效果差，且容易引起跑道錐度變形，導致滑油洩漏。環下油孔冷卻(如圖2b所示)效果好，但分離的油孔使跑道周向冷卻不均勻，易形成花瓣狀變形；為使周向冷卻儘量均勻，則需要足夠多的油孔，但油孔的數量受到材料強度以及加工的限制。懸臂式環下冷卻(如圖2c所示)，周向冷卻均勻，冷卻點靠近摩擦發熱點，冷卻效果好，但其需要專門的噴嘴供給滑油，要求有一定的密封安裝空間。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提出一種冷卻效果較為均勻的圓周密封冷卻結構及航空發動機。
[0005]為實現上述目的，本實用新型提供以下技術方案:
[0006]一種圓周密封冷卻結構，包括靜止座、旋轉軸、軸承、圓周密封件、密封跑道以及套筒，其中:所述軸承和所述圓周密封件均安裝在所述靜止座上；所述旋轉軸通過所述軸承與所述靜止座轉動連接；所述密封跑道和套筒均安裝在所述旋轉軸上；所述套筒位於所述密封跑道和軸承之間，三者依序配合；所述密封跑道與套筒配合、設有引導滑油的通槽；該通槽與所述軸承內環上的通道相連通；所述套筒具有一個錐壁；所述錐壁的擴張端與所述密封跑道相向設置。
[0007]進一步地，所述套筒還包括圓柱抱緊部；所述圓柱抱緊部與所述錐壁連接成一體；所述圓柱抱緊部套設在所述旋轉軸上，與所述軸承的端面相抵接。
[0008]進一步地，所述密封跑道包括外筒壁、內筒壁和環形板，其中:所述外筒壁通過所述環形板與所述內筒壁連接成一體；所述內筒壁套設在所述旋轉軸上，與所述圓柱抱緊部相抵接。[0009]進一步地，所述錐壁的角度和長度根據離心力作用下所述錐壁上的滑油甩到所述密封跑道的均勻度確定。
[0010]進一步地，所述錐壁的末端與所述環形板之間的間隙根據離心力作用下所述錐壁上的滑油甩到所述密封跑道的霧化程度確定。
[0011]進一步地，所述通槽包括一第一周向槽、一第二周向槽、若干軸向槽和若干徑向槽，其中:所述第一周向槽和第二周向槽分別沿圓周開設在所述圓柱抱緊部與所述軸承內環及所述密封跑道相配合的兩側端面處；所述軸向槽沿所述套筒的軸向設置在所述第一周向槽和第二周向槽之間，並且各所述軸向槽之間沿所述套筒的周向隔開設置；各所述徑向槽沿所述內筒壁與所述圓柱抱緊部相抵接的端面間隔設置；所述軸承內環上的通道、所述第一周向槽、所述軸向槽和所述第二周向槽和所述徑向槽均相連通。
[0012]進一步地，所述通槽包括一周向槽、若干第一軸向槽和若干第二軸向槽，其中:所述周向槽沿圓周開設在所述圓柱抱緊部與所述軸承內環相配合的端面處；各所述第一軸向槽沿周向間隔設置在所述圓柱抱緊部與所述密封跑道相配合的端面處；各所述第二軸向槽與每一所述第一軸向槽相對應，並且間隔設置在所述第一軸向槽和周向槽之間；所述軸承內環上的通道、所述周向槽、所述第二軸向槽和所述第一軸向槽均相連通。
[0013]進一步地，還包括供油管以及連接在所述供油管上的噴嘴，其中:所述供油管安裝在所述靜止座上；所述噴嘴的噴射方向朝所述軸承內環上的通道設置。
[0014]進一步地，所述外筒壁的內側與所述旋轉軸之間的夾角範圍為1-2度。
[0015]一種包括上述各實施例中的圓周密封冷卻結構的航空發動機。
[0016]基於上述技術方案，本實用新型的優點是:
[0017]由於本實用新型設置了靜止座及與其相應的旋轉軸，並在靜止座上安裝了軸承和圓周密封件，使旋轉軸通過軸承與靜止座轉動連接，將密封跑道和套筒均設置在旋轉軸上，圓周密封件與密封跑道形成主密封界面，更為重要的是，由於套筒帶有錐壁，密封跑道與套筒相向配合、設有引導滑油的通槽，該通槽與軸承內環上的通道相連通，因此滑油可以通過軸承內環上的通道，進入通槽，在離心力作用下甩至套筒的錐壁，再通過錐壁可以獲得周向均勻分布的滑油，進而甩到密封跑道內側，在密封跑道內側所形成的油膜也較為均勻，該油膜可以吸收掉主密封界面傳遞到密封跑道內側的大部分熱量，從而均勻地對主密封界面進行了冷卻，這有利於提高圓周密封的封嚴性能和壽命。
[0018]另外，本實用新型通過在密封跑道與套筒相向配合、設有引導滑油的通槽，將滑油引導至密封跑道，因此節省了專門的供油噴嘴，使冷卻系統的結構更簡單，對安裝空間的要求降低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0020]圖1為現有技術中圓周密封結構的結構示意圖；
[0021]圖2a_c為現有技術中密封跑道的冷卻方式示意圖；
[0022]圖3為本實用新型所提供的圓周密封冷卻結構一實施例的局部示意圖；[0023]圖4為圖3中套筒的立體結構示意圖；
[0024]圖5為圖3中密封跑道的立體結構示意圖；
[0025]圖6為本實用新型所提供的圓周密封冷卻結構另一實施例的局部示意圖；
[0026]圖7為圖6中套筒的立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。下面結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明。
[0028]在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型保護範圍的限制。
[0029]如圖3-7所示，本實用新型所提供的圓周密封冷卻結構包括靜止座、旋轉軸04、軸承05、圓周密封件10、密封跑道11和套筒14，其中:
[0030]靜止座包括第一靜止座06和第二靜止座07。軸承05安裝在第一靜止座06上,旋轉軸04通過軸承05與第一靜止座06轉動連接。沿旋轉軸04的軸向，軸承05的內環的內徑上設有能夠容許滑油通過的通道05a。
[0031]密封轉子件09位於軸承05的一側(圖中的右側)，安裝在旋轉軸04上。密封跑道11和套筒14均位於軸承05的另一側(圖中的左側)，二者依序安裝在旋轉軸04上。並且，套筒14位於密封跑道11和軸承05之間，三者的端面依序配合。圓周密封件10安裝在第一靜止座06上，圓周密封件10上的內圓柱面IOa與密封跑道11上的外側壁一起形成主密封界面，主密封界面在工作過程中將會因摩擦產生大量的熱量，而本實用新型的主要目的在於對該主密封界面進行均勻的冷卻。
[0032]第一靜止座06、第二靜止座07、旋轉軸04、密封轉子件09、圓周密封件10和密封跑道11共同形成密封的軸承腔08，軸承腔08的主要功能是傳遞發動機轉子的徑向力和軸向力，提供一個容納用於潤滑冷卻軸承腔內元件的滑油的空間。其中的密封轉子件09與第二靜止座07 —起組成密封，以減少或阻止滑油從軸承腔08的右端洩漏至腔外。圓周密封件10安裝於第一靜止座06上，與安裝於旋轉軸04上的密封跑道11 一起構成密封，減少或阻止滑油從軸承腔08的左端洩漏至腔外。
[0033]套筒14包括錐壁14b，錐壁14b的擴張端與密封跑道11相向設置，套筒14旋轉過程中，錐壁14b上的滑油在離心力的作用下會被均勻地甩出到密封跑道11上。密封跑道11與套筒14相配合、設有引導滑油的通槽，該通槽與軸承05內環上的通道05a相連通。此時，滑油可以通過軸承05內環上的通道05a，進入所述通槽，在離心力作用下被甩至套筒14的錐壁14b上。通過錐壁14b可以獲得周向均勻分布的滑油，該均勻分布的滑油進一步被錐壁14b甩到密封跑道11的內側，形成油膜，因此該油膜也較為均勻。該油膜能夠吸收掉主密封界面傳遞到密封跑道11內側的大部分熱量，由此密封跑道11得以被均勻冷卻，從而不會出現不利的熱變形現象，進而使圓周密封件10的封嚴性能得以提高，壽命得以延長。本實用新型通過在密封跑道與套筒相向配合、設有引導滑油的通槽，將滑油引導至密封跑道，因此節省了專門的供油噴嘴，使冷卻系統的結構更簡單，對安裝空間的要求降低。
[0034]由於套筒14中錐壁14b的角度和長度將會影響到滑油甩到密封跑道11的均勻度，另外，錐壁14b的末端與其相對的密封跑道11之間的間隙將會影響到滑油甩到密封跑道11的霧化程度，因此，使用時需要根據實際需求對錐壁14b的角度和長度以及錐壁14b的末端與其相對的密封跑道11之間的間隙進行調節，通常情況下，保證錐壁14b的末端靠近與其相對的密封跑道11即可，從而可以在空間限制條件下最均勻且滑油霧化程度最小地將滑油甩到密封跑道11的內側面上。
[0035]作為套筒14的一種實現方式,如圖3-5所示,套筒14還包括圓柱抱緊部14c,圓柱抱緊部14c與錐壁14b連接成一體，且二者同軸。圓柱抱緊部14c套設在旋轉軸04上，與軸承05的端面相抵接。利用套筒14的錐壁14b將滑油引至密封跑道11，通過調整錐壁14b的角度和長度，可獲得周向均勻分布的滑油，使得密封跑道11的冷卻均勻，不會出現花瓣狀的徑向變形，從而有利於提高封嚴性能以及延長使用壽命。
[0036]作為密封跑道11的一種實現方式，密封跑道11包括外筒壁11a、內筒壁Ilb和環形板11c，其中:外筒壁Ila通過環形板Ilc與內筒壁Ilb連接成一體，內筒壁Ilb套設在旋轉軸04上，與圓柱抱緊部14c相抵接。主密封界面是由外筒壁Ila的外側壁與圓周密封件10上的內圓柱面IOa相接觸形成。
[0037]外筒壁Ila的外側壁呈直筒狀，與旋轉軸04同軸；外筒壁Ila的內側壁呈錐狀，為錐壁，該錐壁與旋轉軸04之間的夾角範圍一般為I?2°。被套筒14錐壁14b甩到外筒壁Ila內側錐壁上的滑油形成油膜，該油膜在離心力作用下，繼續被甩至軸承腔08內，帶走由主密封界面傳遞到外筒壁Ila內側壁的熱量，從而達到冷卻效果。外筒壁Ila內側的錐壁結構相對於直筒壁更加有利於將附著在其上的油膜甩到軸承腔08內。需要說明的是，夕卜筒壁Ila內側錐壁與旋轉軸04之間的夾角並不局限於本實施例中給出的範圍，當然，也可以選取其它的角度值，只要滿足實際需求即可。
[0038]上述實施例中，密封跑道11與套筒14相配合所設的引導滑油的通槽可以包括一第一周向槽14aa、一第二周向槽14ac、若干軸向槽14ab和若干徑向槽Ild,其中:第一周向槽14aa沿圓周開設在圓柱抱緊部14c與軸承05內環相配合的端面處，第二周向槽14ac沿圓周開設在圓柱抱緊部14c與密封跑道11相配合的端面處。軸向槽14ab沿套筒14的軸向設置在第一周向槽14aa和第二周向槽14ac之間，並且各軸向槽14ab之間沿套筒14的周向隔開設置。軸承05內環上的通道05a、第一周向槽14aa、軸向槽14ab和第二周向槽14ac均相連通。因此，滑油可以通過軸承05內環上的通道05a，依次進入第一周向槽14aa、軸向槽14ab和第二周向槽14ac中。
[0039]各徑向槽Ild沿內筒壁Ilb與圓柱抱緊部14c相抵接的端面間隔設置，並且，各徑向槽Ild與第二周向槽14ac相連通。因此，第二周向槽14ac中的滑油可以進入徑向槽lld，再經由徑向槽Ild在離心力作用下甩至套筒14的錐壁14b上。[0040]如圖6、圖7所示，作為密封跑道11與套筒14相配合所設的引導滑油的通槽的另外一種實現方式，該通槽可以包括一周向槽14aa、若干第一軸向槽14ac和若干第二軸向槽14ab,其中:周向槽14aa沿圓周開設在圓柱抱緊部14c與軸承05內環相配合的端面處。各第一軸向槽14ac沿軸向間隔設置在圓柱抱緊部14c與密封跑道11相配合的端面處。各第二軸向槽14ab與每一第一軸向槽14ac相對應，並且間隔設置在第一軸向槽14ac和周向槽14aa之間。軸承05內環上的通道05a、周向槽14aa、第二軸向槽14ab和第一軸向槽14ac均相連通。與上述實施例不相同的是，本實施例的密封跑道11並不設槽，滑油可以經由軸承05內環上的通道05a，依次進入周向槽14aa、第二軸向槽14ab和第一軸向槽14ac中，第一軸向槽14ac相當於上述實施例中開設在密封跑道11上的徑向槽lld，因此，滑油經由第一軸向槽14ac在離心力作用下也可以甩至套筒14的錐壁14b上。
[0041]通過套筒14內徑的通道以及套筒14的錐壁引導滑油至密封跑道11，節省了專門的供油噴嘴，使冷卻系統的結構更簡單，對安裝空間的要求降低。
[0042]上述實施例中，本實用新型所提供的圓周密封冷卻結構還包括供油管12以及焊接在供油管12上的噴嘴13，其中:供油管12安裝在第一靜止座06與第二靜止座07之間，噴嘴13的噴射方向朝軸承05內環上的通道05a設置。滑油通過滑油泵(圖中未示出)增壓後，經過供油管12的噴嘴13噴出，噴嘴13的角度可以引導滑油進入密封跑道11與套筒14相配合所設的引導滑油的通槽中。
[0043]上述實施例中，本實用新型所提供的圓周密封冷卻結構還包括位於鎖緊螺母15，其中:鎖緊螺母15安裝(螺紋連接)在旋轉軸04上，並頂緊在軸承05的端面。鎖緊螺母15內側具有與所述通槽相連通的通道15a。噴嘴13噴出的滑油首先進入鎖緊螺母15內側的通道15a，再進入密封跑道11與套筒14相配合所設的引導滑油的通槽中。
[0044]本實用新型使用時，滑油通過滑油泵增壓後，經過供油管12的噴嘴13噴出，經由鎖緊螺母15內側的通道15a、軸承05內環上的通道05a，進入到密封跑道11與套筒14相配合所設的引導滑油的通槽中，從而將滑油通過套筒14的錐壁引導到密封跑道11的內壁，在離心力作用下形成油膜附著在密封跑道11內壁上，緊鄰主密封界面，亦即摩擦生熱面，且密封跑道11冷卻均勻，故而冷卻效果好，有利於提高圓周密封件10的封嚴性能和壽命。
[0045]本實用新型還提供一種包括上述各實施例中的圓周密封冷卻結構的航空發動機，航空發動機的其它部分均為現有技術，在此不再展開描述。
[0046]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本實用新型技術方案的精神，其均應涵蓋在本實用新型請求保護的技術方案範圍當中。
【權利要求】
1.一種圓周密封冷卻結構， 包括靜止座、旋轉軸、軸承、圓周密封件、密封跑道以及套筒，其中: 所述軸承和所述圓周密封件均安裝在所述靜止座上； 所述旋轉軸通過所述軸承與所述靜止座轉動連接； 所述密封跑道和套筒均安裝在所述旋轉軸上； 所述套筒位於所述密封跑道和軸承之間，三者依序配合； 其特徵在於: 所述密封跑道與套筒配合、設有引導滑油的通槽； 該通槽與所述軸承內環上的通道相連通； 所述套筒具有一個錐壁； 所述錐壁的擴張端與所述密封跑道相向設置。
2.如權利要求1所述的結構， 其特徵在於: 所述套筒還包括圓柱抱緊部； 所述圓柱抱緊部與所述錐`壁連接成一體； 所述圓柱抱緊部套設在所述旋轉軸上，與所述軸承的端面相抵接。
3.如權利要求2所述的結構， 其特徵在於: 所述密封跑道包括外筒壁、內筒壁和環形板，其中: 所述外筒壁通過所述環形板與所述內筒壁連接成一體； 所述內筒壁套設在所述旋轉軸上，與所述圓柱抱緊部相抵接。
4.如權利要求3所述的結構， 其特徵在於: 所述錐壁的角度和長度根據離心力作用下所述錐壁上的滑油甩到所述密封跑道的均勻度確定。
5.如權利要求3所述的結構， 其特徵在於: 所述錐壁的末端與所述環形板之間的間隙根據離心力作用下所述錐壁上的滑油甩到所述密封跑道的霧化程度確定。
6.如權利要求4或5所述的結構， 其特徵在於: 所述通槽包括一第一周向槽、一第二周向槽、若干軸向槽和若干徑向槽，其中: 所述第一周向槽和第二周向槽分別沿圓周開設在所述圓柱抱緊部與所述軸承內環及所述密封跑道相配合的兩側端面處； 所述軸向槽沿所述套筒的軸向設置在所述第一周向槽和第二周向槽之間，並且各所述軸向槽之間沿所述套筒的周向隔開設置； 各所述徑向槽沿所述內筒壁與所述圓柱抱緊部相抵接的端面間隔設置； 所述軸承內環上的通道、所述第一周向槽、所述軸向槽和所述第二周向槽和所述徑向槽均相連通。
7.如權利要求4或5所述的結構， 其特徵在於: 所述通槽包括一周向槽、若干第一軸向槽和若干第二軸向槽，其中: 所述周向槽沿圓周開設在所述圓柱抱緊部與所述軸承內環相配合的端面處； 各所述第一軸向槽沿周向間隔設置在所述圓柱抱緊部與所述密封跑道相配合的端面處； 各所述第二軸向槽與每一所述第一軸向槽相對應，並且間隔設置在所述第一軸向槽和周向槽之間； 所述軸承內環上的通道、所述周向槽、所述第二軸向槽和所述第一軸向槽均相連通。
8.如權利要求1所述的結構， 其特徵在於: 還包括供油管以及連接在所述供油管上的噴嘴，其中: 所述供油管安裝在所述靜止座上； 所述噴嘴的噴射方向朝所述軸承內環上的通道設置。
9.如權利要求3所述的結構， 其特徵在於: 所述外筒壁的內側與所述旋轉軸之間的夾角範圍為1-2度。
10.一種包括如權利要求1-9中任一項所述的圓周密封冷卻結構的航空發動機。
【文檔編號】F02C7/12GK203614232SQ201320817951
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】湯麗萍, 廖凱 申請人:中航商用航空發動機有限責任公司