轴承腔封严系统和涡轮发动机的制作方法

1.本实用新型涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种轴承腔封严系统和涡轮发动机。


背景技术：

2.涡轮发动机的转子和静子之间设置有多个轴承，分别位于多个轴承腔内，并通过润滑油进行润滑和冷却。为了防止轴承腔内的气体和润滑油外泄，除了在轴承腔设置密封件外，通常还采用封严系统对轴承腔进行气封，封严系统从压气机引气，使封严腔的压力高于轴承腔内的压力，以产生封严压差。
3.为了减少外部管路结构的复杂程度、增强可靠性，目前多数封严系统从压气机的同一位置引出封严气体，例如由发动机压气机某级叶尖或叶根引气，封严气体进入盘腔内部，由前至后完成前轴承腔、中轴承腔以及后轴承腔的封严，其中前、中、后轴承的位置分布根据传力路径而定，通常分散分布于发动机的前、中、后相应的位置，因此轴承腔之间存在一定的物理距离，封严气体通常进入盘腔后先完成前轴承腔的封严，而后沿着盘腔路径，依次完成中轴承腔与后轴承腔的封严，由于存在沿程的流路损失，导致封严气体的压力沿程逐渐减小，而各轴承腔通过通风管路与大气相连通，在各轴承腔的通风流路的反压相同的条件下，导致各个轴承腔的封严压差相差较大，前轴承腔的封严压差大于中轴承腔的封严压差大于后轴承腔的封严压差，此外，封严气体的压力与发动机的运行状态有关，在气动参数较高的状态，发动机的转速较高，封严气体的压力较高，在气动参数较低的状态，发动机的转速较低，封严气体的压力较低，造成气动参数较高的状态下前轴承腔的封严压差超过限制值，使轴承腔的密封件承受过大的压力，且封严气体向轴承腔内的泄漏量过大，而气动参数较低的状态下中轴承腔和后轴承腔的封严压差低于限制值，不能有效地对中轴承腔和后轴承腔进行封严。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的是提供一种轴承腔封严系统，用于使涡轮发动机在不同运行状态下的封严压差保持在限定范围之内。
5.为实现所述目的的轴承腔封严系统，用于涡轮发动机，包括多个轴承腔和用于对所述多个轴承腔进行气封的封严流路，所述多个轴承腔通过多个通风管路连通到大气，其中，仅在与所述多个轴承腔中的前轴承腔相连通的第一通风管路中设置调节阀，用于调节所述封严流路与所述多个轴承腔之间的封严压差。
6.在所述的轴承腔封严系统的一个或多个实施方式中，所述轴承腔封严系统还包括与所述调节阀信号连接的控制器，用于根据所述涡轮发动机的运行状态调节所述调节阀。
7.在所述的轴承腔封严系统的一个或多个实施方式中，所述调节阀为被动阀，所述调节阀的开度设置成由随着所述涡轮发动机的运行状态的变化而变化的作用力控制。
8.在所述的轴承腔封严系统的一个或多个实施方式中，所述轴承腔封严系统还包括
位于所述前轴承腔的下游的中轴承腔和后轴承腔，所述中轴承腔通过第二通风管路连通到大气，所述后轴承腔通过第三通风管路连通到大气。
9.在所述的轴承腔封严系统的一个或多个实施方式中，所述第二通风管路或所述第三通风管路设置有通风促进装置，所述通风促进装置在开启时能够降低所述多个轴承腔内的气压。
10.在所述的轴承腔封严系统的一个或多个实施方式中，所述通风促进装置包括引射装置或叶轮。
11.在所述的轴承腔封严系统的一个或多个实施方式中，所述轴承腔封严系统还包括位于所述前轴承腔的下游的中轴承腔和后轴承腔，所述中轴承腔与所述后轴承腔均通过第二通风管路连通到大气。
12.在所述的轴承腔封严系统的一个或多个实施方式中，所述第二通风管路设置有通风促进装置，所述通风促进装置在开启时能够降低所述多个轴承腔内的气体压力。
13.在所述的轴承腔封严系统的一个或多个实施方式中，所述通风促进装置包括引射装置或叶轮。
14.该轴承腔封严系统通过仅在与前轴承腔相连通的第一通风管路中设置调节阀，在气动参数较高的状态下，将调节阀设置为较小的开度，可以提高前轴承腔内的压力，从而减小封严流路与前轴承腔之间的封严压差，避免封严压差超过设计要求的上限，并减少封严气体向前轴承腔内的泄漏；在气动参数较低的状态下，将调节阀设置为较大的开度，可以使前轴承腔内的反压与不设置调节阀的情况下相比稍有提高，即封严流路与前轴承腔之间的封严压差与不设置调节阀的情况下相比稍有减少，从而可以减少封严气体向前轴承腔的泄漏，减少封严流路的沿程损失，使封严流路在中轴承腔和后轴承腔仍能保持足够的压力，从而保证封严流路与中轴承腔和后轴承腔之间的封严压差不低于设计要求的下限。该轴承腔封严系统根据涡轮发动机的不同运行状态，调节前轴承腔内的压力，可以有效地降低封严流路与前轴承腔之间的封严压差，减少封严气体的泄漏，减少封严流路的沿程损失，提高封严流路与中轴承腔和后轴承腔之间的封严压差，使涡轮发动机在不同运行状态下的封严压差保持在限定范围之内，从而有效地减少润滑油的泄漏，降低涡轮发动机的运行风险。该轴承腔封严系统的结构简单，成本较低，易于实现。
15.本实用新型的另一个目的是提供一种涡轮发动机，该涡轮发动机在不同运行状态下的封严压差可以保持在限定范围之内。
16.为实现所述目的的涡轮发动机，包括前述的轴承腔封严系统。
17.该涡轮发动机通过该轴承腔封严系统，可以根据不同的运行状态，调节前轴承腔内的压力，有效地降低封严流路与前轴承腔之间的封严压差，减少封严气体的泄漏，减少封严流路的沿程损失，提高封严流路与中轴承腔和后轴承腔之间的封严压差，使涡轮发动机在不同运行状态下的封严压差保持在限定范围之内，从而有效地减少润滑油的泄漏，降低涡轮发动机的运行风险。
附图说明
18.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
19.图1是根据一个或多个实施方式的涡轮发动机和轴承腔封严系统的局部示意图。
20.图2是根据一个或多个实施方式的前轴承腔的封严流路和通风流路的示意图。
21.图3是根据一个或多个实施方式的中轴承腔和后轴承腔的封严流路和通风流路的示意图。
具体实施方式
22.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，本实用新型的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
23.根据本实用新型的一个或多个实施方式的涡轮发动机100如图1至图3所示，包括轴承腔封严系统1，轴承腔封严系统1包括多个轴承腔和用于对该多个轴承腔进行气封的封严流路20，例如，在图1至图3所示的实施方式中，涡轮发动机100包括三个轴承腔，从上游到下游依次为：前轴承腔11、中轴承腔12和后轴承腔13，在其他实施方式中，涡轮发动机100也可能包括两个轴承腔或包括多于三个轴承腔。多个轴承腔通过多个通风管路连通到大气，形成如图1至3所示的通风流路30，其中，仅在与前轴承腔11相连通的第一通风管路31中设置调节阀311，用于调节封严流路20与多个轴承腔之间的封严压差。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，用语“上游”和“下游”是指相对于流体通道中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，而“下游”是指流体流至的方向。
25.由此，在气动参数较高的状态下，通过将调节阀311设置为较小的开度，可以提高前轴承腔11内的压力，从而减小封严流路20与前轴承腔11之间的封严压差，避免封严压差超过设计要求的上限，并减少封严气体向前轴承腔11内的泄漏；在气动参数较低的状态下，通过将调节阀311设置为较大的开度，可以使前轴承腔11内的反压与不设置调节阀311的情况下相比稍有提高，即封严流路20与前轴承腔11之间的封严压差与不设置调节阀311的情况下相比稍有减少，从而可以减少封严气体向前轴承腔11的泄漏，减少封严流路20的沿程损失，使封严流路20在中轴承腔12和后轴承腔13仍能保持足够的压力，从而保证封严流路20与中轴承腔12和后轴承腔13之间的封严压差不低于设计要求的下限。
26.该涡轮发动机100和轴承腔封严系统1通过仅在与前轴承腔11相连通的第一通风管路31中设置调节阀311，即可根据涡轮发动机100的不同运行状态，调节前轴承腔11内的压力，有效地降低封严流路20与前轴承腔11之间的封严压差，减少封严气体的泄漏，减少封严流路20的沿程损失，提高封严流路20与中轴承腔12和后轴承腔13之间的封严压差，使涡轮发动机100在不同运行状态下的封严压差保持在限定范围之内，从而有效地减少润滑油的泄漏，降低涡轮发动机100的运行风险。该轴承腔封严系统1的结构简单，成本较低，易于实现。
27.在一个实施方式中，调节阀311设置为主动阀，轴承腔封严系统1还包括与调节阀311信号连接的控制器(未图示)，用于根据涡轮发动机100的运行状态控制调节阀311的开度，例如，调节阀311包括液压调控的可向涡轮发动机100的径向内侧和径向外侧移动的阀
芯(未图示)，通过控制器以及燃油液压系统来控制调节阀311的开度，在气动参数较高的状态，阀芯向外侧移动，从而减小调节阀311的开度，在气动参数较低的状态，阀芯向内侧移动，从而增大调节阀311的开度。由此，可以较为灵活和准确地对封严流路20与多个轴承腔之间的封严压差进行调节。
28.该控制器可以包括一个或多个硬件处理器，诸如微控制器、微处理器、精简指令集计算机(risc)、专用集成电路(asic)、应用特定指令集成处理器(asip)、中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、物理处理单元(ppu)、微控制器单元、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、高级risc机(arm)、可编程逻辑器件(pld)、能够执行一个或多个功能的任何电路或处理器等中的一种或多种的组合。
29.在另一个实施方式中，调节阀311设置为被动阀，调节阀311的开度设置成由随着涡轮发动机100的运行状态的变化而变化的作用力控制。例如，调节阀311包括可向涡轮发动机100的径向内侧和径向外侧移动的阀芯(未图示)和与该阀芯连接的弹性件(未图示)，在气动参数较高的状态下，发动机的转速较高，阀芯在离心力的作用下克服弹性件的弹力向径向外侧移动，从而减小调节阀311的开度，在气动参数较低的状态下，发动机的转速较低，阀芯在弹性件的作用下向径向内侧移动，从而增大调节阀311的开度。由此，可以进一步简化该轴承腔封严系统1的结构和控制逻辑。
30.在一个实施方式中，中轴承腔12通过第二通风管路32连通到大气，后轴承腔13通过第三通风管路33连通到大气，在第三通风管路33内设置有通风促进装置(未图示)，在气动参数较低的状态下，开启通风促进装置，可以促进多个轴承腔的通风排气，尤其是中轴承腔12和后轴承腔13的通风排气，从而降低多个轴承腔内的气压，以进一步保证封严流路20与中轴承腔12和后轴承腔13之间的封严压差不低于设计要求的下限，此外，可以从压气机的压力更低的部位引出封严气体，以减少高品质压缩气体的损失，提高涡轮发动机100的效率。
31.在另一个实施方式中，中轴承腔12通过第二通风管路32连通到大气，后轴承腔13通过第三通风管路33连通到大气，在第二通风管路32内设置有通风促进装置(未图示)，由于中轴承腔12与后轴承腔13的位置通常较为较近，通过在第二通风管路32内设置通风促进装置，也可以达到与前述实施方式相似的效果。
32.在又一个实施方式中，由于中轴承腔12与后轴承腔13的位置通常较为较近，中轴承腔12与后轴承腔13也可以通过同一通风管路(未图示)连通到大气，并在该通风管路内设置通风促进装置。
33.前述通风促进装置可以包括引射装置，即在通风管路的出口附近设置一股比通风管路内的气流更高速的气流，通过该更高速的气流引射通风管路内的气流，从而促进多个轴承腔的通风排气，降低多个轴承腔内的气压，或者，通风促进装置也可以包括叶轮或其他可以促进排气、降低气压的装置。
34.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。