CN110268140B - 用于降低涡轮喷气发动机的轴承壳体附近的过压的壳部 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮喷气发动机的轴承壳体，轴承壳体包括由转子(2)穿过的固定封壳(13)，所述封壳(13)包括围绕连接部(18)的圆柱形端部(32)，该连接部确保封壳的圆柱形端部(32)与转子(2)的密封性，所述封壳(13)设置有旋拧到该封壳的圆柱形端部(32)上的壳部(37)，所述壳部(37)包括与所述连接部(18)相对地向上开口的径向通道(47)并且被布置成使得朝向壳体穿过连接部(18)的空气流主要来自所述径向通道(47)。

Description

用于降低涡轮喷气发动机的轴承壳体附近的过压的壳部

技术领域

本发明涉及在涡轮喷气式飞行器发动机中的包含润滑轴承的内壳体附近进行压力平衡。

背景技术

涡轮喷气发动机沿空气流方向从上游到下游包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧室，之后是高压涡轮和低压涡轮。

在双体式涡轮喷气发动机的情况下，高压压缩机和高压涡轮形成所谓的高压旋转体的一部分，该高压旋转体围绕低压轴，同时以不同于该低压轴的速度转动。低压轴就其自身而言支承低压压缩机和低压涡轮。

低压轴和高压体通过容纳在壳体中的轴承在上游和下游被承载，该壳体将轴承与发动机的其余部分隔开。每个壳体包含呈一个或多个滚子轴承形式的轴承，该轴承插入在旋转元件(诸如轴或高压体)与发动机的固定元件之间。

每个轴承由在围绕该轴承的壳体中循环的油进行润滑，该壳体由发动机的固定结构元件和横穿该壳体的旋转元件界定。

更一般地，这种壳体包含至少一个轴承，同时由相对于彼此转动的多个壁界定，这些壁之间具有连接部，该连接部限制了壳体的泄漏部段。借助于通过该连接部从壳体外部永久地进入到壳体内部的气刀使油保持远离连接部。

在当前情况下，上游连接部设置成在界定壳体上游的固定部件与旋转元件的连接处构成屏障，下游连接部设置成在壳体下游的固定部件与旋转元件的连接处形成另一屏障。由于气刀连续进入每个连接部，壳体使得能够限制油，以使得油保持在轴承附近，而没有污染发动机的其余部分的风险。

补充地，经由油回收回路将空气引出至壳体外部，该油回收回路由泵送空气和油两者的容积泵控制。

在操作中，壳体中的压力低于壳体周围的压力，以避免油溢出，因为该油能够在涡轮喷气发动机的较热部分中点燃，这可能导致该涡轮喷气发动机的退化。正是这种压力差确保空气通过连接部连续进入壳体，并且该空气由泵连续地引出，从而控制横穿壳体的空气的流率。

在这种布置中，上游连接部处的压力差与下游连接部处的压力差之间需要平衡。如果其中一个连接部处的压力差比另一个连接部处的压力差更重要，则仅有一个连接部被气刀横穿，使得可能通过另一个连接部发生油泄漏。

因此，在上游连接部的上游的压力与下游连接部的下游的压力相比过大的情况下，该压力差趋于使空气经由下游连接部泄漏到壳体外部。

在实践中，上游连接部的直径显著大于下游连接部的直径。由于到达连接部附近的转子接触处的空气通过该转子旋转，因此该空气经受所谓的涡流效应，该涡流效应趋于建立径向压力梯度。由此可见，上游连接部的上游的压力大于下游连接部的下游的压力，由于下游连接部的直径显著较小，因此所谓的涡流效应在下游连接部周围并不太重要。

在专利申请FR301661中，为此目的提供了围绕上游连接部固定到固定封壳上的板，该板沿着纵向轴线与连接部间隔开，并且该板包括界定出尽可能多的径向通道的径向翅片。这种布置使得能够抵消上游连接部的水平处的涡流效应，并因此抵消上游连接部与下游连接部之间的压力差。

在实践中，事实证明，该板的安装及其调整是复杂且昂贵的。

本发明的主题是提供一种布置，使得能够通过简单且精确的安装来降低上游连接部的直接外部环境中的压力。

发明内容

为此，本发明的主题是一种涡轮喷气发动机的轴承壳体，该轴承壳体包括由转子横穿的固定封壳，该封壳包括圆柱形端部，该圆柱形端部围绕连接部从而确保圆柱形端部与转子的密封性，该封壳配备有旋拧到其圆柱形端部上的壳部，该壳部包括与连接部相对的径向通道，同时该壳部被布置成使得朝向壳体横穿连接部的空气流主要来自这些径向通道。

通过这种布置，壳部的安装主要通过围绕封壳的端部进行旋拧来实现，也就是说通过添加必须以精确的方式相对于连接部进行定位的有限数量的部件来实现。

本发明还涉及一种由此限定的壳体，该壳体包括锁定套环，该锁定套环围绕壳部并且一方面包括接合在封壳的相应凹口中的凸片，另一方面包括向下拉入壳部的相应凹口中以相对于封壳旋转地锁定该壳部的凸片。

本发明还涉及一种由此限定的壳体，其中，转子包括在连接部附近的抛液装置，该抛液装置与壳部的内部面相对地定位，以在连接部泄漏的情况下对存在于转子上的油进行离心。

本发明还涉及一种由此限定的壳体，其中，壳部包括引流板，以收集通过抛液装置离心的油。

本发明还涉及一种由此限定的壳体，其中，连接部通过壳部保持轴向地锁定在封壳的圆柱形端部中。

本发明还涉及一种用于安装壳部的方法，该壳部装备由此限定的壳体，该方法包括：

-将套环定位在封壳的圆柱形端部的水平处的步骤；

-通过将壳部的内螺纹旋拧到圆柱形端部的外螺纹上来使壳部对接在该套环与封壳的圆柱形端部之间的步骤；

-紧固壳部直至该壳部的前部凹口与套环的上游凸片相对应地放置的步骤；

-将上游凸片向下拉入前部凹口中的步骤。

本发明还涉及一种用于安装壳部的方法，该壳部装备由此限定的壳体，该方法包括：

-通过将壳部的内螺纹旋拧到圆柱形端部的外螺纹上来将支承套环的壳部进行对接的步骤；

-紧固壳部直至该壳部的前部凹口与套环的上游凸片相对应地放置的步骤；

-将上游凸片向下拉入前部凹口中的步骤。

本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括由此限定的轴承壳体。

本发明还涉及一种涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机包括由此限定的涡轮机。

附图说明

图1是示意性截面半视图，示出了涡轮喷气发动机的、处于具有其润滑壳体的高压体后轴承的水平处的组装的转子和定子元件；

图2是示意性截面半视图，示出了涡轮喷气发动机的、处于具有其润滑壳体的高压体后轴承的水平处的处于组装过程中的转子和定子元件；

图3是润滑壳体的上游连接部的截面半视图；

图4是详细示出了根据本发明的壳部的截面形状的截面视图；

图5是润滑壳体的上游连接部的截面半视图，该润滑壳体处于安装根据本发明的壳部的过程中；

图6是润滑壳体的上游连接部的截面半视图，该润滑壳体配备有根据本发明的壳部；

图7是用于根据本发明的壳部的、单独表示的锁定套环的透视图；

图8是根据本发明的、单独表示的壳部的透视图；

图9是示出了根据本发明的、配备有其锁定套环的壳部的局部视图。

具体实施方式

在图1中，高压体的后部部分1包括转子耳轴2，该转子耳轴2从上游到下游支承高压涡轮盘3、上游连接部内部的转子元件4、滚子轴承7的内部套环6、舌隼保持器8和末端螺母9。末端螺母9沿着该高压体的旋转轴线AX保持在适当位置，转子4、套环6和舌隼保持器8由此紧固在耳轴2的外肩部11与该末端螺母9之间，该耳轴2的外肩部11位于涡轮盘3的紧接下游，该末端螺母9位于高压体的端部处。

该高压体的后部部分1由固定外壳12围绕，该固定外壳12在此是所谓的涡轮间外壳，也就是说，该固定外壳沿着轴线AX位于高压涡轮3与图中未示出的低压涡轮之间。

该外壳12包括封壳13，该封壳13整体上围绕上游连接部的内部元件4、轴承7和舌隼保持器8，该封壳13通过径向结构件14连接到发动机的固定结构元件16。

该封壳13的上游端部接纳围绕内部元件4的上游连接部的圆周元件17，以共同构成上游连接部18。该封壳在其下游端部支承由耐磨材料制成的套环19，该套环19围绕舌隼保持器8的舌隼21，以与该舌隼21共同构成下游连接部22。

在附图的示例中，上游连接部是分段式径向连接部，下游连接部是迷宫式连接部，该下游连接部包括圆周舌隼，该圆周舌隼的径向端部沿着耐磨套环19的内部面延伸。

其他配置也是可能的，分段式径向连接部和迷宫式连接部能够对调；分段式径向连接部或迷宫式连接部能够安装在每个连接部处；至少一个连接部能够是浮动的套环连接部。

轴承在封壳的两个端部之间的中间距离处进一步包括内部结构件23，该内部结构件23支承滚子轴承7的外部套环24，该结构件23朝向封壳13的内部径向地延伸。

封壳13及其上游连接部18和下游连接部22围绕耳轴2，以与该耳轴2共同界定壳体26，该壳体26围绕轴承7以确保该轴承的润滑。

如图2中示意性地所示，需要重点注意的是，出于安装原因，转子2、3的直径和封壳13的直径在此从下游到上游递增。因此，在附图的示例中，转子和封壳在上游连接部18的水平处的直径大于转子和封壳在轴承6的水平处的直径，该转子和封壳在轴承6的水平处的直径自身大于转子和封壳在下游连接部22的水平处的直径。

这种直径的增加也称为阶梯尺寸，使得转子能够接合在定子中，如图2中示意性表示的。由此，由于直径从上游到下游递减的事实，在没有干涉的情况下，转子在从上游移位到下游的同时接合在定子中。

由此可见，在这种布置中，上游连接部和下游连接部必须具有显著不同的直径，使得这些连接部周围的压力鉴于涡流效应必然是不同的。在附图的示例中，上游连接部18的直径因此远大于下游连接部22的直径，使得该上游连接部经受的外部压力大于下游连接部经受的外部压力。

鉴于该上游连接部的大直径，上游连接部在此是分段式径向连接部，图3中更清楚地显示了该上游连接部的结构，该上游连接部18对应于专利文献EP1055848中描述的上游连接部。该上游连接部包括部段环27，该部段环27通过圆周弹簧28保持在一起并且围绕转子的内部元件4的上游端部29。密封形成在旋转滑动接触的水平处，该旋转滑动接触在旋转端部29的外部面与围绕该旋转端部29的固定的部段环27的内部面之间形成。

环27保持在固定支撑件31中，该固定支撑件31被装配到并且保持在封壳13的上游圆柱形端部32中。该支撑件31包括圆柱形的内部面，该内部面延伸出内肩部，该内肩部界定出环27支承抵靠的平坦面。形成内圈的止挡环33在与该支撑件的肩部面相距一距离处接合并锁定在支撑件31的圆柱形面的内凹槽中。

环27支承附加的冠部34，该冠部34通过轴向弹簧连接到该环27，以构成沿着轴线AX在止挡环33与肩部之间延伸的组件。如图3至图5中可以看到的，由于轴向弹簧，部段27保持压靠在支撑件31的肩部，附加的冠部34支承抵靠止挡环33。

如在图3中可以看到的，封壳13的上游圆柱形端部32在其外部面上包括标记为36的螺纹，该螺纹旨在接纳具有大致冠形的壳部37，如图6中可以看到的。

在沿着穿过其旋转轴线AX的平面的截面中看到的该壳部37包括主体38，该主体38沿着轴线AX延伸出攻有螺纹的圆柱形套环39并且向内延伸出锥形壁41。

如图4中可以看到的，主体38具有矩形轮廓，特别是界定了延伸出套环39的外径向圆柱形面42以及垂直于轴线AX取向的平坦的前部面43，该前部面43的壁41构成延伸部分。该主体还界定了平行于前部面43的平坦的下游面44以及径向的内部面46。

壁41从使面43和面46相连的边缘开始，该壁41具有大约三十度的锥度并且与内部面46相对地延伸，以沿着轴线AX延伸超过该面46的长度的大约一半。

如在图8中可以更清楚地看到，冠形主体38被一系列径向通道横穿，该径向通道被标记为47并彼此相邻，并且每个径向通道设置成使外部面42与内部面46连通。

当安装时，该壳部37通过锁定套环保持紧固在端部32上，该锁定套环由单独出现在图7中的金属片材48制成。该锁定套环48就其自身而言具有大致环形的形状，该锁定套环包括上游边缘49和下游边缘51，该锁定套环在此具有延伸超过其下游边缘的八个下游凸片52以及延伸超过其上游边缘的六个上游凸片53，所有这些凸片围绕旋转轴线AX规则地间隔开。一般而言，套环包括至少两个下游凸片和至少两个上游凸片。

补充地，封壳13包括圆周边缘54，当安装壳部时，该圆周边缘与套环39相对地定位，也就是说该圆周边缘被设置为相对于端部32靠后，并且该圆周边缘包括附图中未示出的八个凹口，每个凹口旨在接纳下游凸片52中的一个下游凸片。

以类似的方式，壳部37包括至少两个凹口(在此包括标记为56的六个凹口)，每个凹口旨在接纳上游凸片53中的一个上游凸片，凹口的数量与凸片的数量相同。每个凹口56形成在使该壳部的前部面43与外径向面42相连的边缘的水平处，每个凹口位于两个径向通道47之间并且还能够采用适当的紧固工具对壳部进行紧固。

锁定套环48具有对应于壳部的外径向面42的直径的内径，以便当组件如图6中所示般就位时围绕该外径向面42。

组件的安装可以包括将套环48安装在封壳13的圆柱形端部32的水平处的适当位置，于是凸片53呈平坦的。然后通过将壳部的内螺纹40围绕端部32的外螺纹36进行旋拧，将该壳部37对接在该套环48与封壳13之间。一旦壳部被压下，同时使该壳部的面44支承在支撑件31的上游端部上，则将该壳部进行紧固直至该壳部的前部凹口56与上游凸片53相对地放置。然后，可以将凸片53朝向轴线AX向后折叠以将该凸片53向下拉入凹口56中，以便相对于在其上对壳部37进行紧固的端部32完全旋转地锁定壳部37，这对应于图6和图9的情况。

这种安装需要以低的体积和低的对准公差将壳部37安装在端部32与套环48之间，但是套环和壳部是相对于外壳安装的。

另一种可能性是将套环48围绕壳部37进行安装，以将壳部旋拧到端部32上。当壳部被压下时，同时使该壳部的面44支承在支撑件31的上游端部上，则将该壳部进行紧固直至该壳部的前部凹口56与上游凸片53相对地放置。然后，可以将上游凸片53向下拉，以确保完全锁定。

这种安装需要处理由壳部和非整体式套环形成的子组件，但是在对接方面更加简单。

在这种布置中，壳部37覆盖端部32的上游边缘，同时朝向轴线AX径向地延伸，以径向地覆盖大部分连接部18。具体而言，该壳部37的内径(对应于壁41的内径)略微大于旋转端部29的外径，以便能够安装该壳部37。

为此，旋转端部29包括径向延伸到尖端中的末端边缘57，该末端边缘57的外径略微小于壁41的自由边缘58的直径，同时该末端边缘57沿着轴线AX位于与该自由边缘58相距一短距离处的位置。

因此，位于末端边缘57与自由边缘58之间的环形空间(构成通向连接部18的空气通道)在径向和轴向上被设置得非常小，以便限制通过该通道的流率。

相反地，径向通道47具有重要的通道部段，使得空气通向连接部18主要经由这些径向通道进行，也就是说，不经受涡流效应并因此没有压力增加。

此外，转子的末端边缘57终止于尖端，该尖端径向向外定向以构成抛液装置，该抛液装置使得能够在油通过上游连接部18从壳体26泄漏的情况下避免油分散在空气流中。

更具体地，在连接部18完全或部分失效的情况下，在该转子的端部29的方向上沿着转子的外部面行进的油滴遇到抛液装置57，该抛液装置57构成油的路径中的径向突起。鉴于转子的高转速，于是该油滴通过抛液装置57进行离心，使得该油滴离开转子以重新连接壳部37的内部面46和锥形壁41，该锥形壁41构成与定子一起固定的引流板。

在这个阶段，油滴可以沿着内部面46流动以到达壳部的底部，接着到达发动机的下部，这使得能够将油滴排出。在内部面46的上部中对油滴进行离心的情况下，如果需要，可以将油滴从该内部面分离到转子以再次进行离心，使得油滴最终到达壳部的下部以及发动机的下部以从中排出。

因此，抛液装置57使得能够将由连接部18的泄漏而产生的油限制在壳部37的区域中以最终将油排出，以便避免和至少限制该油分散在穿过发动机的空气流中。

补充地，可以提供由转子承载的附加的外壳，以在前部覆盖壳部37和连接部，同时延伸以围绕该壳部37和连接部，以便进一步限制油分散到空气流的风险。

Claims (8)

1.涡轮喷气发动机的轴承壳体(26)，所述轴承壳体包括由转子(2，4)横穿的固定封壳(13)，所述封壳(13)包括具有外螺纹(36)的圆柱形端部(32)，所述圆柱形端部围绕连接部(18)从而确保所述圆柱形端部(32)与所述转子(2，4)的密封性，所述封壳(13)配备有壳部(37)，所述壳部具有围绕所述封壳(13)的所述圆柱形端部(32)的所述外螺纹(36)进行旋拧的内螺纹(40)，所述壳部(37)包括与所述连接部(18)相对的径向通道(47)，同时所述壳部被布置成使得朝向所述壳体横穿所述连接部(18)的空气流主要来自这些径向通道(47)，其中，所述连接部(18)通过所述壳部(37)保持轴向地锁定在所述封壳(13)的所述圆柱形端部(32)中。

2.根据权利要求1所述的壳体，所述壳体包括锁定套环(48)，所述锁定套环围绕所述壳部(37)并且一方面包括接合在所述封壳(13)的相应凹口中的凸片(52)，另一方面包括向下拉入所述壳部(37)的相应凹口(56)中以相对于所述封壳(13)旋转地锁定所述壳部的凸片(53)。

3.根据权利要求1或2所述的壳体，其中，所述转子(2，4)包括在所述连接部(18)附近的抛液装置(57)，所述抛液装置与所述壳部(37)的内部面相对地定位，以在所述连接部(18)泄漏的情况下对存在于所述转子上的油进行离心。

4.根据权利要求3所述的壳体，其中，所述壳部(37)包括引流板(41)，以收集通过所述抛液装置(57)离心的油。

5.用于安装壳部(37)的方法，所述壳部装备根据权利要求2所述的壳体，所述方法包括：

-将所述套环(48)定位在所述封壳(13)的所述圆柱形端部(32)的水平处的步骤；

-通过将所述壳部(37)的内螺纹(40)旋拧到所述圆柱形端部(32)的外螺纹(36)上来使所述壳部(37)对接在所述套环(48)与所述封壳(13)的所述圆柱形端部(32)之间的步骤；

-紧固所述壳部(37)直至所述壳部(37)的前部凹口(56)与所述套环的上游凸片(53)相对应地放置的步骤；

-将所述上游凸片(53)向下拉入所述前部凹口(56)中的步骤。

6.用于安装壳部(37)的方法，所述壳部装备根据权利要求2所述的壳体，所述方法包括：

-通过将所述壳部(37)的内螺纹(40)旋拧到所述圆柱形端部(32)的外螺纹(36)上来将支承所述套环(48)的所述壳部(37)进行对接的步骤；

-紧固所述壳部(37)直至所述壳部(37)的前部凹口(56)与所述套环的上游凸片(53)相对应地放置的步骤；

-将所述上游凸片(53)向下拉入所述前部凹口(56)中的步骤。

7.涡轮机，所述涡轮机包括根据权利要求1至4中任一项所述的轴承壳体。

8.涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括根据权利要求7所述的涡轮机。

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