本發(fā)明涉及地面燃氣輪機以及航空發(fā)動機領域，具體涉及一種可實現(xiàn)軸承共腔及軸承外腔均壓的封嚴結構，采用新型結構以及布局理念，實現(xiàn)發(fā)動機軸承共腔，以及軸承外腔壓力均衡，從而改善軸承腔封嚴效果，提高發(fā)動機安全性。

背景技術：

在地面燃氣輪機，以及航空發(fā)動機中，軸承是發(fā)動機必不可少的關鍵部件之一，主要對發(fā)動機其他部件起支撐作用，并承受一定的軸向力。在此過程中，對軸承進行潤滑是保證軸承安全、可靠運行的最基本，也是最重要的環(huán)節(jié)?；涂梢詼p少軸承的摩擦以及磨損，帶走由摩擦面所產(chǎn)生的熱量和磨損雜質(zhì)并保證軸承內(nèi)圈能得到充分冷卻，有效減小經(jīng)常出現(xiàn)在高速軸承內(nèi)圈跑道上發(fā)生蹭傷故障的概率。

為了收集滑油，并確保潤滑效果，軸承通常被軸承腔包裹。發(fā)動機運行過程中，軸承腔中始終充滿著滑油油霧以及液態(tài)滑油，為了防止滑油的泄露，降低滑油消耗，對軸承腔進行有效地封嚴是發(fā)動機中的一項重要難題。雖然接觸式封嚴是效果最好的一種封嚴方式，但是發(fā)動機中轉(zhuǎn)動部件高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)決定了這種封嚴不可能滿足長壽的需求。非接觸式封嚴成為主流結構。其主要原理是通過控制軸承腔內(nèi)外壓力，保證軸承腔外的壓力高于軸承腔內(nèi)的壓力，即可確保不會發(fā)生滑油的泄露。而且行業(yè)內(nèi)的設計人員普遍認可的是，如果可以盡可能的保證軸承腔內(nèi)部以及外部各處壓力的均衡，對于發(fā)動機的設計也較為方便，也可以盡可能地保證軸承腔的封嚴效果。在以往的發(fā)動機結構中，雖然設計人員通過不同的結構或者設計方法，努力地實現(xiàn)對軸承腔外壓力的有效均衡和控制，但一方面受限于軸承布局，另一方面由于結構過于復雜，空氣系統(tǒng)流路太長，導致實際的運行情況并不理想。為了解決這一難題，更進一步地提高發(fā)動機的性能，有必要尋求新的結構，簡化空氣系統(tǒng)流路，實現(xiàn)軸承腔的封嚴壓力的均衡，改善封嚴效果，提高發(fā)動機性能。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的上述缺點和不足，本發(fā)明旨在提供一種可實現(xiàn)軸承共腔及軸承外腔均壓的封嚴結構，用于改進現(xiàn)代地面燃氣輪機以及航空發(fā)動機內(nèi)軸承腔封嚴效果。通過采用該新型封嚴結構以及布局理念，可實現(xiàn)發(fā)動機軸承共腔，以及軸承腔外壓力均衡，從而改善軸承腔封嚴效果，提高發(fā)動機安全性，進而提高發(fā)動機競爭力。

為實現(xiàn)該目標，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種可實現(xiàn)軸承共腔及軸承外腔均壓的封嚴結構，包括后軸承座和前軸承座，所述后軸承座中設置后軸承，所述前軸承座中設置前軸承，所述后軸承通過懸臂支撐方式固定在低壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸上，所述前軸承通過簡支支撐方式固定在高壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸上，所述低壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸同軸地套設在中空的高壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)，其特征在于，

所述后軸承座整體呈筒狀結構，所述前軸承座整體呈盤狀結構，所述后軸承座的環(huán)狀前配合端面與所述前軸承座的盤狀后配合端面通過螺栓連接或者焊接的方式連接在一起，由所述后軸承座、前軸承座、前軸承、后軸承、部分低壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸共同圍成兩個軸承的軸承腔；

由設置在高壓渦輪盤后側(cè)的前封嚴環(huán)、前封嚴蓖齒環(huán)以及前軸承座的前端面共同組成前軸承外腔，由設置在低壓渦輪盤前側(cè)的后封嚴環(huán)、后軸承座的后端面、部分低壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸共同組成后軸承外腔；

在所述前軸承座上沿周向設有若干通氣孔結構，在所述后軸承座上沿周向設有若干通氣孔結構，兩個軸承座上的通氣孔結構的角向位置、形狀以及尺寸相適配，并一一對應，形成連通所述前軸承外腔和后軸承外腔的通道，從而實現(xiàn)前后兩個軸承外腔的壓力均衡。

本發(fā)明的上述封嚴結構中，前后兩個軸承為相鄰的兩個軸承支點，其中一個采用簡支支撐結構設計，另一個采用懸臂支撐結構設計，從而實現(xiàn)兩個相鄰軸承空間距離上的相近。

較優(yōu)地，所述前、后軸承座通過螺栓或者焊接方式，直接或著間接(中間通過其他發(fā)動機零件進行相連)連接在一起，從而實現(xiàn)相鄰軸承之間的共腔設計，方便調(diào)節(jié)軸承腔內(nèi)的壓力。采用螺栓連接方式，可以使發(fā)動機的裝配以及后期維修分解、零件更換更加方便。采用焊接連接方式，可以減少零件數(shù)量，而且連接可靠，無泄漏。采用何種連接方式，應當根據(jù)發(fā)動機的實際情況擇優(yōu)選取。

較優(yōu)地，所述前軸承通過前軸承壓緊螺母軸向壓緊在所述高壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸上，所述后軸承通過后軸承壓緊螺母軸向壓緊在所述低壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸上。

較優(yōu)地，在相鄰的軸承座之間或者二者之間的其他零件之間的配合端面上設有封嚴槽，通過布置o型密封圈進行密封，可以防止軸承腔內(nèi)油霧通過各零件之間的配合端面泄漏。

較優(yōu)地，布局相鄰且空間相近的兩個共腔軸承共用一套滑油供回油系統(tǒng)。

較優(yōu)地，所述筒狀后軸承座的外壁上設有雙供油噴嘴結構，可以同時向前后兩個軸承提供滑油。

較優(yōu)地，所述雙供油噴嘴結構的兩個噴嘴的角度以及噴油孔尺寸根據(jù)軸承布局以及需要而定。

較優(yōu)地，為了提高滑油的清潔程度，防止雜質(zhì)進入軸承，在噴嘴出口部位設有可拆卸過濾噴嘴。

較優(yōu)地，滑油系統(tǒng)的供回油滑油管路通過螺紋與所述筒狀后軸承座外壁上的滑油管安裝座相連。

較優(yōu)地，為了防止滑油的泄漏，在滑油管與所述后軸承座上的滑油管安裝座之間設計有石墨環(huán)封嚴結構，進行端面密封。

較優(yōu)地，在靜止的前后兩個軸承座與相對應的轉(zhuǎn)動部件之間，設有封嚴蓖齒結構，對軸承腔進行封嚴。

較優(yōu)地，蓖齒內(nèi)外(定義蓖齒靠近軸承腔的一側(cè)為內(nèi)側(cè))的壓力不等，軸承外腔的壓力高于軸承腔的壓力，通過調(diào)節(jié)軸承腔內(nèi)外的壓差以及蓖齒間隙的大小，實現(xiàn)對軸承腔封嚴效果的調(diào)整。

較優(yōu)地，前后兩個軸承外腔與空氣系統(tǒng)其他區(qū)域以及軸承腔之間，均通過蓖齒結構進行連通。

較優(yōu)地，上游空氣系統(tǒng)的來流，通過蓖齒封嚴環(huán)的蓖齒間隙進入軸承外腔。

較優(yōu)地，在兩個蓖齒封嚴結構外側(cè)的軸承外腔中，為了實現(xiàn)兩個腔室的均壓，在兩個軸承座(包括軸承座之間的其他零部件)上設計有連通兩個軸承外腔的通氣孔結構。通過這種設計，可以同時調(diào)節(jié)兩個軸承外腔中的壓力，大大降低了發(fā)動機空氣系統(tǒng)的設計難度，同時提高了封嚴效果和發(fā)動機的運行可靠性。

較優(yōu)地，所述前后兩個軸承座上的通氣孔的截面形狀可以設計為圓形，橢圓形，方形或者其他形狀。

較優(yōu)地，所述前后兩個軸承座上的通氣孔的尺寸以及數(shù)量，根據(jù)軸承外腔的壓力大小，以及封嚴流量大小而定。

較優(yōu)地，為了防止空氣泄漏，導致前后兩個軸承外腔腔室內(nèi)的壓力不均，在沿程的零件配合端面上設有封嚴槽，通過布置o型密封圈進行密封。

較優(yōu)地，所述下游軸承外腔中的氣流，通過其他的蓖齒間隙繼續(xù)向下游流動，并完成相應的空氣系統(tǒng)的功能。

較優(yōu)地，相連通的兩個等壓軸承外腔中的壓力，通過調(diào)節(jié)蓖齒封嚴環(huán)的蓖齒間隙大小，以及下游軸承腔的出流蓖齒間隙大小進行調(diào)整。

可選擇地，根據(jù)兩個軸承座的結構，可以采取不同的加工方式。當兩個軸承座設計為兩個單獨的零件時，可以通過機械加工的方式進行生產(chǎn)；當兩個軸承座設計為一個零件時，可以采用鑄造+機械加工的方式進行生產(chǎn)。

通過采用以上新型的可實現(xiàn)軸承共腔及軸承外腔均壓的封嚴結構與布局方案，相比傳統(tǒng)的方案，具有以下優(yōu)勢：(1)通過對軸承支點的布局設計，實現(xiàn)兩個相鄰軸承的共腔，方便調(diào)整軸承腔的壓力；(2)采用自帶噴嘴的新型軸承座結構，減少了零件數(shù)量，結構簡單，提高了可靠性，且方便調(diào)節(jié)滑油流量；(3)通過采用新型軸承座結構，實現(xiàn)相鄰兩個軸承的軸承外腔的壓力均衡，簡化了空氣系統(tǒng)流路，極大地降低了空氣系統(tǒng)封嚴軸承腔的設計難度，而且運行可靠性高；(4)軸承外腔的壓力通過調(diào)節(jié)軸承外腔的進出口蓖齒間隙進行調(diào)整，有利于軸承外腔壓力的建立，提高封嚴效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的可實現(xiàn)軸承共腔及軸承外腔均壓的封嚴結構布局結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的后軸承座結構的三維示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。

在發(fā)動機運行過程中，需要對高速旋轉(zhuǎn)的兩個軸承進行潤滑和冷卻，在此過程中，滑油帶走軸承的熱量，以及摩擦產(chǎn)生的雜質(zhì)，并且部分滑油成為油霧狀態(tài)，因此軸承腔中充滿著液態(tài)滑油以及滑油油霧，通過后軸承座上的回油孔流入滑油回油管路，實現(xiàn)滑油的收集和回油。為了防止軸承腔中的滑油泄漏，需要對其進行封嚴。雖然接觸式封嚴的效果是最佳的，但是受限于當前的技術水平，無法在發(fā)動機中大面積推廣。因此普遍的做法仍然是非接觸式密封。通過調(diào)整控制軸承內(nèi)腔與外腔之間的壓力差，達到封嚴的效果。在以往的發(fā)動機中，一方面發(fā)動機受限于發(fā)動機結構設計，無法實現(xiàn)軸承的共腔，另一方面發(fā)動機雖然經(jīng)過結構設計，相鄰的兩個軸承為共腔結構，但是在對軸承腔進行封嚴的過程中，由于空氣系統(tǒng)流路復雜，導致兩個軸承外腔的壓力不均衡，而且控制難度大，為了確保密封效果，往往留有非常大的裕度，使得封嚴空氣大量泄漏進入軸承腔內(nèi)，增加了空氣系統(tǒng)的流量，同時也增加了滑油的回收難度，對于發(fā)動機性能非常不利。

為了解決該問題，改善軸承腔封嚴效果，本發(fā)明提供了一種可實現(xiàn)軸承共腔及軸承外腔均壓的新型封嚴結構,如圖1所示。

本發(fā)明的可實現(xiàn)軸承共腔及軸承外腔均壓的新型封嚴結構，包括后軸承座1，前軸承座2，后軸承座1整體呈筒狀結構，前軸承座2整體呈盤狀結構，二者的配合端面通過螺栓方式進行連接，方便發(fā)動機的裝配以及后期的拆卸維修，為了防止泄漏，在后軸承座1和前軸承座2的配合端面上設計有密封結構1003，在軸承座上加工密封槽，通過o型橡膠圈進行封嚴；也可以采用焊接方式進行連接，此時兩個軸承座為一體結構，密封效果好，不需要設計額外的密封結構。設計者應當根據(jù)實際需要進行選擇。

3為封嚴蓖齒；4為前軸承，采用簡支支撐結構；5為前軸承壓緊螺母，其主要作用是將前軸承4、高壓旋轉(zhuǎn)部件等進行軸向壓緊；7為后軸承，采用懸臂支撐結構；6為后軸承壓緊螺母，其主要作用是將后軸承7軸向壓緊；8為低壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸；后軸承7通過后軸承壓緊螺母6并采用懸臂支撐的方式固定在低壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸8上，前軸承4通過前軸承壓緊螺母5并采用簡支支撐的方式固定在高壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸上，低壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸8同軸地套設在中空的高壓渦輪旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)。

由后軸承座1、前軸承座2、前軸承4、前軸承壓緊螺母5、后軸承壓緊螺母6、后軸承7、旋轉(zhuǎn)軸8共同圍成兩個軸承的軸承腔9。由于兩個軸承座1、2相連，且中間無其他零件設計，因此實現(xiàn)了兩個軸承4、7的共腔設計，同時兩個軸承共用一套滑油系統(tǒng)。在軸承座內(nèi)壁上設計有雙噴油嘴結構1002，可以同時向兩個軸承4、7進行噴油?；偷膰娚浣嵌瓤梢酝ㄟ^調(diào)整雙噴油嘴結構1002的噴油嘴角度進行調(diào)整，滑油流量的大小可以通過調(diào)整雙噴油嘴結構1002的噴油孔尺寸進行調(diào)整，采用這種軸承座-雙噴油嘴一體的結構設計，可以減少零件數(shù)，同時提高供油可靠性。此外，為了防止雜質(zhì)進入軸承，可以在噴油嘴出口增加過濾結構。

10為前封嚴環(huán)，由前封嚴環(huán)10、封嚴蓖齒環(huán)3、以及前軸承座2，共同組成前軸承外腔18；11為高壓渦輪盤；12為螺栓，通過該螺栓12將兩個軸承座1、2相連；13為支板機匣，14為螺栓，通過該螺栓14，將后軸承座1與支板機匣13相連；15為后封嚴環(huán)，由后封嚴環(huán)15、后軸承座1、旋轉(zhuǎn)軸8共同組成后軸承外腔19；16為滑油管，通過螺紋固定到后軸承座1上的滑油管安裝座1001上。為了防止高壓滑油從滑油管安裝座1001上泄漏，在滑油管16與滑油管安裝座1001之間設計有石墨封嚴環(huán)17，可以有效地防止滑油泄漏。

前軸承外腔18與后軸承外腔19中的壓力高于軸承腔9中的壓力，為了降低軸承封嚴組件的設計難度，提高封嚴效果，在前軸承座2上設計有通氣孔結構2001，在后軸承座1上設計有通氣孔結構1004，兩個軸承座1、2上的通氣孔結構的角向位置、形狀以及尺寸完全相同，一一對應，形成連通兩個軸承外腔18、19的通道。同時在設計通氣孔結構時，應當注意避讓滑油管路。這種設計可以大大縮短兩個軸承外腔之間空氣系統(tǒng)的流路，簡化空氣系統(tǒng)結構，實現(xiàn)兩個軸承外腔18、19的壓力均衡。由此空氣系統(tǒng)的流路如圖1中的箭頭所示，來自空氣系統(tǒng)上游的氣流經(jīng)過高壓渦輪盤11上的氣流通道進入渦輪腔20。該渦輪腔20有兩個出口，分別為高壓渦輪盤11上的蓖齒與前封嚴環(huán)10組成的蓖齒結構1101，以及封嚴蓖齒環(huán)3上的蓖齒與前封嚴環(huán)10組成的蓖齒結構3002，通過調(diào)節(jié)兩個蓖齒結構的蓖齒間隙，可以分別控制進入兩個出口的流量分配。通過蓖齒結構3002的氣流進入前軸承外腔18，通過蓖齒封嚴結構3001，完成對軸承腔9前出口的封嚴；該前軸承外腔18中的大部分氣流通過軸承座上的通孔2001以及1004，進入后軸承外腔19。為了防止通氣孔中的氣流從零件之間的配合端面泄漏，影響軸承外腔中的壓力建立，在兩個軸承座1、2的配合端面上設計有o型密封圈密封結構1003。

在后軸承外腔19中的氣流，一部分通過旋轉(zhuǎn)軸8上的蓖齒與后軸承座1形成的蓖齒封嚴結構8001，對軸承腔9的后出口進行封嚴，另外一部分通過蓖齒結構8002繼續(xù)向下游流動。由于兩個軸承外腔18、19連通，均通過蓖齒結構作為進出口，而且對同一個軸承腔進行封嚴，因此非常容易建立穩(wěn)定的壓差，確保封嚴效果。

為了更加清楚的表達后軸承座1的結構，圖2為后軸承座的三維結構示意圖。圖中1001為滑油管安裝座，1002為雙供油噴嘴結構，1003為o型橡膠圈密封槽，1004為通氣孔。

此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。