一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔的制作方法

1.本发明属于航空燃气涡轮发动机轴承腔结构设计领域，涉及一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔。


背景技术：

2.在航空发动机中，滑油被输送至轴承和齿轮等运动机构的工作表面，带走由于高速旋转所产生的摩擦热以及周围高温零件所传递的热量，并在轴承的滚道与滚子间、相啮合的齿面间形成连续的油膜，从而起到润滑的作用。滑油在完成对轴承的润滑后，由轴承径向甩出，进入集油环腔内，在离心力的作用下，集油环腔内的滑油沿径向流动至边缘位置后，在重力作用下流入集油环腔下方的回油腔中，最后通过回油管排出，因此滑油具有可循环使用的特点。滑油系统中含有一定量的空气，在转子高速旋转的带动作用下，空气也会沿周向高速旋转，进而与轴承腔内的滑油掺混，使轴承腔内滑油和空气是以密度较低的油气混合物形式存在，对滑油的循环使用和回收产生不利影响。
3.现有轴承腔存在的问题是轴承腔体积大，油气混合物在大空间内旋转，不利于回油，并且在轴承腔回油过程中，高速气流若进入回油腔中，会导致回油腔内滑油被吹出油腔，不利于回油。因此，需要一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，以解决现有轴承腔中回油效率低的问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，将轴承腔以轴承和涡轮后承力框架辐板为界，分为前、后两个集油环腔，缩小了油气混合物的流动空间，加速油气混合物的流动速度，有利于滑油回油，其提供了一种位于轴承腔外缘的油气分离装置，使滑油和空气彼此发生分离，保证滑油可以充分聚集并流动至回油管处被顺利吸收，提升回油效率，并且未大幅增加轴承腔的重量，用以在不显著改变发动机重量的前提下提高发动机性能。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，所述轴承腔为发动机低压涡轮后轴承腔，所述轴承腔由轴承、第一石墨封严装置、第二石墨封严装置、油气分离装置和连接结构组成。其结构特征在于，
7.所述轴承腔以轴承和涡轮后承力框架辐板为界，被分为两个环腔，即前集油环腔与后集油环腔。
8.所述油气分离装置位于轴承腔外缘位置，油气分离装置由石墨密封环安装座、环腔油气分离器和涡轮后承力框架组成。
9.所述将涡轮后承力框架辐板上开轴向油孔，用于连接前、后集油环腔。
10.所述轴承的轴承座和涡轮后承力框架辐板在轴向螺栓压紧力的作用下相互固定。
11.所述轴承腔还包括低压涡轮转子后轴颈、后轴承腔收油环和后挡板。
12.所述低压涡轮转子后轴颈与后轴承腔收油环通过销钉联接，所述低压涡轮转子后轴颈与石墨封严跑道通过长螺栓联接。
13.所述石墨密封环安装座通过螺栓与锁片联接在回油腔旁涡轮后承力框架上。
14.所述石墨密封环安装座与石墨封严跑道之间采用了第一石墨封严装置，所述后轴承腔收油环通过后轴承腔内的第二石墨封严装置与后挡板压接在一起。
15.所述涡轮后承力框架上开有回油腔通油孔。
16.所述环腔油气分离器置于石墨密封环安装座和涡轮后承力框架之间，并由石墨密封环安装座轴向压紧，环腔油气分离器处于前集油环腔内侧位置，其出口位置正对回油腔通油孔。
17.所述轴承腔内滑油回油过程为，在转子高速旋转的过程中，用于润滑轴承的滑油一部分由轴承前侧径向甩出，从而进入前集油环腔，在离心力的作用下沿径向流动至前集油环腔边缘位置；另一部分用于润滑轴承的滑油则从轴承后侧径向甩出，进入后集油环腔，并在离心力的作用下流动至后集油环腔边缘位置。其中，由于前集油环腔受低压转子后轴颈扰动，因此前集油环腔边缘位置处的油气混合物一部分通过前集油环腔内侧的环腔油气分离器实现油气分离，使分离出的滑油通过前集油环腔处的回油腔通油孔进入回油腔，另一部分通过前/后集油环腔间的轴向油孔与后集油环腔内的滑油汇合，一起进入回油腔，最后通过回油管排出。
18.有益效果：
19.所述环腔油气分离器为一个环形体，其内部由一支主流道和两支分流道组成，主流道为渐缩形结构。发动机工作时，转子高速旋转，当油气混合物进入环腔油气分离器的主流道后，经渐缩通道会首先被加速，在通过流道岔口时，由于油气混合物中油滴密度较大，惯性较高，运动方向改变量相对较小，所以会进入外侧流道，随后通过油气分离器出口处的回油腔通油孔进入回油腔。而空气微团由于密度小，则会在压差作用下，运动方向发生变化，进入内侧流道，从而实现油气分离。与传统的轴承腔体外油气分离装置相比，本发明的发动机轴承腔油气分离装置可以实现油气混合物在前集油环腔内发生分离，并且未大幅增加轴承腔的重量，并通过该装置增加了滑油回油效率。
附图说明
20.图1为发动机涡轮后轴承腔结构示意图；
21.图2为本发明的高速转子轴承腔油气分离装置结构爆炸图；
22.图3为本发明的高速转子轴承腔油气分离装置结构剖视图；
23.图4为环腔油气分离器工作原理图。
24.其中：低压涡轮转子后轴颈1，后轴承腔收油环2，环腔油气分离器3，轴承4，涡轮后承力框架5，第一石墨封严装置6，后挡板7，石墨密封环安装座8，轴承座9，第二石墨封严装置10，涡轮后承力框架辐板11，石墨封严跑道12，销钉13，长螺栓14，油气分离装置20，轴向油孔21，回油管22，回油腔通油孔23，回油腔24，前集油环腔31，后集油环腔32，主流道a，分流道b。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施的技术方案进行清楚、完整的描述。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。
26.图1为本实施例在航空发动机涡轮后支点轴承腔中使用的结构方案。在该实施例中，轴承腔为发动机低压涡轮后轴承腔，所述轴承腔由轴承4、第一石墨封严装置6、第二石墨封严装置10、油气分离装置20和连接结构组成。
27.所述轴承腔以轴承4和涡轮后承力框架辐板11为界，被分为两个环腔，即前集油环腔31与后集油环腔32，所述涡轮后承力框架辐板11上开轴向油孔21，用于连通前集油环腔31与后集油环腔32。
28.所述油气分离装置20位于轴承腔外缘位置，油气分离装置20由石墨密封环安装座8、环腔油气分离器3和涡轮后承力框架5组成。
29.所述轴承4的轴承座9和涡轮后承力框架辐板11在轴向螺栓压紧力的作用下相互固定。
30.所述轴承腔还包括低压涡轮转子后轴颈1、后轴承腔收油环2和后挡板7。
31.所述低压涡轮转子后轴颈1与后轴承腔收油环2通过销钉13连接，低压涡轮转子后轴颈1与石墨封严跑道12通过长螺栓14连接。
32.所述石墨密封环安装座8通过螺栓和锁片连接在回油腔旁的涡轮后承力框架5上。
33.所述环腔油气分离器3置于石墨密封环安装座8和涡轮后承力框架5之间，并由石墨密封环安装座8轴向压紧。
34.在石墨密封环安装座8与石墨封严跑道12之间采用了第一石墨封严装置6，在后轴承腔收油环2和后挡板7之间采用了第二石墨封严装置10。
35.发动机轴承腔体积较大，油气混合物在大空间内旋转，不利于回油。考虑到螺栓头、轴承保持架等非光滑壁面对流体域的高速搅动，轴承腔内滑油难以保持纯流体状态，而是以密度较低的油气混合物形式存在，从而对滑油的循环使用和回收产生不利影响。因此本实施例中，将轴承腔以轴承4和涡轮后承力框架辐板11为界，分为前集油环腔31和后集油环腔32，缩小了油气混合物的流动空间，加速油气混合物的流动速度，有利于滑油回油。
36.所述油气分离装置20，使滑油和空气彼此发生分离，保证滑油可以充分聚集并流动至回油管处，从而被顺利吸收，提升回油效率。
37.图2为本发明油气分离装置结构爆炸图。油气分离装置20由石墨密封环安装座8、环腔油气分离器3和涡轮后承力框架5组成。环腔油气分离器3置于石墨密封环安装座8和涡轮后承力框架5之间，并由石墨密封环安装座8轴向压紧，环腔油气分离器3处于前集油环腔31内侧位置，其出口位置正对回油腔通油孔23。
38.图3为本发明的油气分离装置结构剖视图，环腔油气分离器3为一个弧形体，其内部由一支主流道a和两支分流道b组成，主流道a为渐缩形结构。环腔油气分离器3出口位置正对回油腔通油孔23，滑油通过回油腔通油孔23聚集在回油腔24内，回油腔下方连通回油管22。
39.轴承腔内滑油回油过程为，在转子高速旋转的过程中，用于润滑轴承4的滑油一部分由轴承前侧径向甩出，从而进入前集油环腔31，在离心力的作用下沿径向流动至前集油环腔31边缘位置；另一部分用于润滑轴承的滑油则从轴承后侧径向甩出，进入后集油环腔
32，并在离心力的作用下流动至后集油环腔32边缘位置。其中，由于前集油环腔受低压涡轮转子后轴颈1扰动，因此前集油环腔边缘位置处的油气混合物一部分通过前集油环腔内侧的环腔油气分离器3实现油气分离，使分离出的滑油通过前集油环腔处的回油腔通油孔23进入回油腔24，另一部分通过前/后集油环腔间的轴向油孔21与后集油环腔内的滑油汇合，一起进入回油腔24，最后通过回油管22排出。
40.油气分离器中的油气分离过程如图4所示，当油气混合物进入环腔油气分离器3的主流道后，经渐缩通道会首先被加速，在通过流道岔口时，由于油气混合物中油滴密度较大，惯性较高，运动方向改变量相对较小，所以会进入外侧流道，随后通过油气分离器3出口处的回油腔通油孔23进入回油腔24。而空气微团则会在压差作用下，运动方向发生变化，进入内侧流道，从而实现油气分离。
41.为了保证轴承腔内滑油不向外溢出，需要在适当位置引入封严装置。本实施例中，在轴承4的轴承腔中，在石墨密封环安装座8与石墨封严跑道12之间采用了第一石墨封严装置6，在后轴承腔收油环2和后挡板7之间采用了第二石墨封严装置10。利用石墨封严装置在高温、高压、高转速条件下可靠的密封性能，轴承腔内滑油不易向外泄漏，进而提高了发动机的寿命与可靠性。
42.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述轴承腔由轴承、第一石墨封严装置、第二石墨封严装置、油气分离装置和连接结构组成；所述轴承腔分为前集油环腔和后集油环腔，油气分离装置位于轴承腔外缘位置；所述油气分离装置由石墨密封环安装座、环腔油气分离器和涡轮后承力框架组成。2.根据权利要求1所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述轴承腔以轴承和涡轮后承力框架辐板为界，分为前集油环腔与后集油环腔。3.根据权利要求2所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述涡轮后承力框架辐板上开轴向油孔，用于连通前集油环腔与后集油环腔。4.根据权利要求1所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述轴承的轴承座和涡轮后承力框架辐板在轴向螺栓压紧力的作用下相互固定。5.根据权利要求1所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，还包括低压涡轮转子后轴颈、后轴承腔收油环和后挡板。6.根据权利要求5所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述低压涡轮转子后轴颈与后轴承腔收油环通过销钉连接。7.根据权利要求6所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述后轴承腔收油环通过后轴承腔内的第二石墨封严装置与后挡板压接在一起。8.根据权利要求1所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述石墨密封环安装座通过螺栓和锁片连接在回油腔旁的涡轮后承力框架上。9.根据权利要求8所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述环腔油气分离器置于石墨密封环安装座和涡轮后承力框架之间，并由石墨密封环安装座轴向压紧，环腔油气分离器处于前集油环腔内侧位置，其出口位置正对回油腔通油孔。10.根据权利要求9所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，回油腔下方连通回油管。11.根据权利要求5所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述低压涡轮转子后轴颈与石墨封严跑道通过长螺栓连接。12.根据权利要求11所述的一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，其特征在于，所述石墨密封环安装座与石墨封严跑道之间采用了第一石墨封严装置。

技术总结
本发明公开了一种带有油气分离装置的高速转子轴承腔，将轴承腔以轴承和涡轮后承力框架辐板为界，分为前、后两个集油环腔，并提供了一种位于轴承腔外缘的油气分离装置。所述油气分离装置内包括石墨密封环安装座、环腔油气分离器和涡轮后承力框架。在转子高速旋转产生的驱动作用下，油气混合物高速通过油气分离装置，由于油、气密度不同，实现油气混合物的分离。本发明通过将轴承腔分为前、后集油环腔缩小了油气混合物的流动空间，有利于滑油回油，并利用油气分离装置使滑油和空气彼此发生分离，从而避免滑油在轴承腔内长时间驻留，保证滑油可以充分聚集并流动至回油管处，从而被顺利吸收，提高回油效率。提高回油效率。提高回油效率。


技术研发人员：马艳红 洪杰 郑莞霏 王东 陈雪骑
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/4