一种圆周密封冷却结构及航空发动的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种圆周密封冷却结构及航空发动机，包括静止座、旋转轴、轴承、圆周密封件、密封跑道以及套筒，轴承和圆周密封件均安装在静止座上；旋转轴通过轴承与静止座转动连接；密封跑道和套筒均安装在旋转轴上；套筒位于密封跑道和轴承之间，三者依序配合；密封跑道与套筒配合、设有引导滑油的通槽；该通槽与轴承内环上的通道相连通；套筒具有一个锥壁；锥壁的扩张端与密封跑道相向设置。本实用新型冷却均匀，有利于提高圆周密封的封严性能和寿命，而且对安装空间的要求较低。
【专利说明】一种圆周密封冷却结构及航空发动机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种燃气涡轮发动机，特别是涉及一种圆周密封冷却结构及设置有该圆周密封冷却结构的航空发动机。
【背景技术】
[0002]在燃气涡轮发动机中，密封对产品的性能、可靠性、寿命和维护性具有重大影响。目前燃气涡轮发动机中，应用较为广泛的密封形式之一为圆周密封，如图1所示，其密封环沿周向均匀分为几段，由周向拉伸弹簧I’箍到旋转的密封跑道2’外径表面上，构成主密封界面限制轴向泄漏；由卡圈3’、压板4’和压缩弹簧5’将密封环6’推靠在密封座7’内伸凸边端面上，构成二次密封界面限制径向泄漏。在圆周密封工作时，由于摩擦产生的热大部分通过密封跑道2’散发出去，若密封跑道2’不能获得良好的冷却，其会产生不利的热变形，导致密封环6’与密封跑道2’产生间隙，相应地，密封泄漏会增大，密封的磨损会加剧。密封跑道2’的合理冷却是保证圆周密封封严性能和寿命的关键因素之一。
[0003]密封跑道的冷却方式一般有三种，如图2a_c所示，外径喷射式(如图2a所示)，结构简单，易于实现，由于结构限制以及需防止喷射的滑油进入主密封界面，其喷射点到主密封界面有一定的距离，冷却效果差，且容易引起跑道锥度变形，导致滑油泄漏。环下油孔冷却(如图2b所示)效果好，但分离的油孔使跑道周向冷却不均匀，易形成花瓣状变形；为使周向冷却尽量均匀，则需要足够多的油孔，但油孔的数量受到材料强度以及加工的限制。悬臂式环下冷却(如图2c所示)，周向冷却均匀，冷却点靠近摩擦发热点，冷却效果好，但其需要专门的喷嘴供给滑油，要求有一定的密封安装空间。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提出一种冷却效果较为均匀的圆周密封冷却结构及航空发动机。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案:
[0006]一种圆周密封冷却结构，包括静止座、旋转轴、轴承、圆周密封件、密封跑道以及套筒，其中:所述轴承和所述圆周密封件均安装在所述静止座上；所述旋转轴通过所述轴承与所述静止座转动连接；所述密封跑道和套筒均安装在所述旋转轴上；所述套筒位于所述密封跑道和轴承之间，三者依序配合；所述密封跑道与套筒配合、设有引导滑油的通槽；该通槽与所述轴承内环上的通道相连通；所述套筒具有一个锥壁；所述锥壁的扩张端与所述密封跑道相向设置。
[0007]进一步地，所述套筒还包括圆柱抱紧部；所述圆柱抱紧部与所述锥壁连接成一体；所述圆柱抱紧部套设在所述旋转轴上，与所述轴承的端面相抵接。
[0008]进一步地，所述密封跑道包括外筒壁、内筒壁和环形板，其中:所述外筒壁通过所述环形板与所述内筒壁连接成一体；所述内筒壁套设在所述旋转轴上，与所述圆柱抱紧部相抵接。[0009]进一步地，所述锥壁的角度和长度根据离心力作用下所述锥壁上的滑油甩到所述密封跑道的均匀度确定。
[0010]进一步地，所述锥壁的末端与所述环形板之间的间隙根据离心力作用下所述锥壁上的滑油甩到所述密封跑道的雾化程度确定。
[0011]进一步地，所述通槽包括一第一周向槽、一第二周向槽、若干轴向槽和若干径向槽，其中:所述第一周向槽和第二周向槽分别沿圆周开设在所述圆柱抱紧部与所述轴承内环及所述密封跑道相配合的两侧端面处；所述轴向槽沿所述套筒的轴向设置在所述第一周向槽和第二周向槽之间，并且各所述轴向槽之间沿所述套筒的周向隔开设置；各所述径向槽沿所述内筒壁与所述圆柱抱紧部相抵接的端面间隔设置；所述轴承内环上的通道、所述第一周向槽、所述轴向槽和所述第二周向槽和所述径向槽均相连通。
[0012]进一步地，所述通槽包括一周向槽、若干第一轴向槽和若干第二轴向槽，其中:所述周向槽沿圆周开设在所述圆柱抱紧部与所述轴承内环相配合的端面处；各所述第一轴向槽沿周向间隔设置在所述圆柱抱紧部与所述密封跑道相配合的端面处；各所述第二轴向槽与每一所述第一轴向槽相对应，并且间隔设置在所述第一轴向槽和周向槽之间；所述轴承内环上的通道、所述周向槽、所述第二轴向槽和所述第一轴向槽均相连通。
[0013]进一步地，还包括供油管以及连接在所述供油管上的喷嘴，其中:所述供油管安装在所述静止座上；所述喷嘴的喷射方向朝所述轴承内环上的通道设置。
[0014]进一步地，所述外筒壁的内侧与所述旋转轴之间的夹角范围为1-2度。
[0015]一种包括上述各实施例中的圆周密封冷却结构的航空发动机。
[0016]基于上述技术方案，本实用新型的优点是:
[0017]由于本实用新型设置了静止座及与其相应的旋转轴，并在静止座上安装了轴承和圆周密封件，使旋转轴通过轴承与静止座转动连接，将密封跑道和套筒均设置在旋转轴上，圆周密封件与密封跑道形成主密封界面，更为重要的是，由于套筒带有锥壁，密封跑道与套筒相向配合、设有引导滑油的通槽，该通槽与轴承内环上的通道相连通，因此滑油可以通过轴承内环上的通道，进入通槽，在离心力作用下甩至套筒的锥壁，再通过锥壁可以获得周向均匀分布的滑油，进而甩到密封跑道内侧，在密封跑道内侧所形成的油膜也较为均匀，该油膜可以吸收掉主密封界面传递到密封跑道内侧的大部分热量，从而均匀地对主密封界面进行了冷却，这有利于提高圆周密封的封严性能和寿命。
[0018]另外，本实用新型通过在密封跑道与套筒相向配合、设有引导滑油的通槽，将滑油引导至密封跑道，因此节省了专门的供油喷嘴，使冷却系统的结构更简单，对安装空间的要求降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0020]图1为现有技术中圆周密封结构的结构示意图；
[0021]图2a_c为现有技术中密封跑道的冷却方式示意图；
[0022]图3为本实用新型所提供的圆周密封冷却结构一实施例的局部示意图；[0023]图4为图3中套筒的立体结构示意图；
[0024]图5为图3中密封跑道的立体结构示意图；
[0025]图6为本实用新型所提供的圆周密封冷却结构另一实施例的局部示意图；
[0026]图7为图6中套筒的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
[0028]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
[0029]如图3-7所示，本实用新型所提供的圆周密封冷却结构包括静止座、旋转轴04、轴承05、圆周密封件10、密封跑道11和套筒14，其中:
[0030]静止座包括第一静止座06和第二静止座07。轴承05安装在第一静止座06上,旋转轴04通过轴承05与第一静止座06转动连接。沿旋转轴04的轴向，轴承05的内环的内径上设有能够容许滑油通过的通道05a。
[0031]密封转子件09位于轴承05的一侧(图中的右侧)，安装在旋转轴04上。密封跑道11和套筒14均位于轴承05的另一侧(图中的左侧)，二者依序安装在旋转轴04上。并且，套筒14位于密封跑道11和轴承05之间，三者的端面依序配合。圆周密封件10安装在第一静止座06上，圆周密封件10上的内圆柱面IOa与密封跑道11上的外侧壁一起形成主密封界面，主密封界面在工作过程中将会因摩擦产生大量的热量，而本实用新型的主要目的在于对该主密封界面进行均匀的冷却。
[0032]第一静止座06、第二静止座07、旋转轴04、密封转子件09、圆周密封件10和密封跑道11共同形成密封的轴承腔08，轴承腔08的主要功能是传递发动机转子的径向力和轴向力，提供一个容纳用于润滑冷却轴承腔内元件的滑油的空间。其中的密封转子件09与第二静止座07 —起组成密封，以减少或阻止滑油从轴承腔08的右端泄漏至腔外。圆周密封件10安装于第一静止座06上，与安装于旋转轴04上的密封跑道11 一起构成密封，减少或阻止滑油从轴承腔08的左端泄漏至腔外。
[0033]套筒14包括锥壁14b，锥壁14b的扩张端与密封跑道11相向设置，套筒14旋转过程中，锥壁14b上的滑油在离心力的作用下会被均匀地甩出到密封跑道11上。密封跑道11与套筒14相配合、设有引导滑油的通槽，该通槽与轴承05内环上的通道05a相连通。此时，滑油可以通过轴承05内环上的通道05a，进入所述通槽，在离心力作用下被甩至套筒14的锥壁14b上。通过锥壁14b可以获得周向均匀分布的滑油，该均匀分布的滑油进一步被锥壁14b甩到密封跑道11的内侧，形成油膜，因此该油膜也较为均匀。该油膜能够吸收掉主密封界面传递到密封跑道11内侧的大部分热量，由此密封跑道11得以被均匀冷却，从而不会出现不利的热变形现象，进而使圆周密封件10的封严性能得以提高，寿命得以延长。本实用新型通过在密封跑道与套筒相向配合、设有引导滑油的通槽，将滑油引导至密封跑道，因此节省了专门的供油喷嘴，使冷却系统的结构更简单，对安装空间的要求降低。
[0034]由于套筒14中锥壁14b的角度和长度将会影响到滑油甩到密封跑道11的均匀度，另外，锥壁14b的末端与其相对的密封跑道11之间的间隙将会影响到滑油甩到密封跑道11的雾化程度，因此，使用时需要根据实际需求对锥壁14b的角度和长度以及锥壁14b的末端与其相对的密封跑道11之间的间隙进行调节，通常情况下，保证锥壁14b的末端靠近与其相对的密封跑道11即可，从而可以在空间限制条件下最均匀且滑油雾化程度最小地将滑油甩到密封跑道11的内侧面上。
[0035]作为套筒14的一种实现方式,如图3-5所示,套筒14还包括圆柱抱紧部14c,圆柱抱紧部14c与锥壁14b连接成一体，且二者同轴。圆柱抱紧部14c套设在旋转轴04上，与轴承05的端面相抵接。利用套筒14的锥壁14b将滑油引至密封跑道11，通过调整锥壁14b的角度和长度，可获得周向均匀分布的滑油，使得密封跑道11的冷却均匀，不会出现花瓣状的径向变形，从而有利于提高封严性能以及延长使用寿命。
[0036]作为密封跑道11的一种实现方式，密封跑道11包括外筒壁11a、内筒壁Ilb和环形板11c，其中:外筒壁Ila通过环形板Ilc与内筒壁Ilb连接成一体，内筒壁Ilb套设在旋转轴04上，与圆柱抱紧部14c相抵接。主密封界面是由外筒壁Ila的外侧壁与圆周密封件10上的内圆柱面IOa相接触形成。
[0037]外筒壁Ila的外侧壁呈直筒状，与旋转轴04同轴；外筒壁Ila的内侧壁呈锥状，为锥壁，该锥壁与旋转轴04之间的夹角范围一般为I?2°。被套筒14锥壁14b甩到外筒壁Ila内侧锥壁上的滑油形成油膜，该油膜在离心力作用下，继续被甩至轴承腔08内，带走由主密封界面传递到外筒壁Ila内侧壁的热量，从而达到冷却效果。外筒壁Ila内侧的锥壁结构相对于直筒壁更加有利于将附着在其上的油膜甩到轴承腔08内。需要说明的是，夕卜筒壁Ila内侧锥壁与旋转轴04之间的夹角并不局限于本实施例中给出的范围，当然，也可以选取其它的角度值，只要满足实际需求即可。
[0038]上述实施例中，密封跑道11与套筒14相配合所设的引导滑油的通槽可以包括一第一周向槽14aa、一第二周向槽14ac、若干轴向槽14ab和若干径向槽Ild,其中:第一周向槽14aa沿圆周开设在圆柱抱紧部14c与轴承05内环相配合的端面处，第二周向槽14ac沿圆周开设在圆柱抱紧部14c与密封跑道11相配合的端面处。轴向槽14ab沿套筒14的轴向设置在第一周向槽14aa和第二周向槽14ac之间，并且各轴向槽14ab之间沿套筒14的周向隔开设置。轴承05内环上的通道05a、第一周向槽14aa、轴向槽14ab和第二周向槽14ac均相连通。因此，滑油可以通过轴承05内环上的通道05a，依次进入第一周向槽14aa、轴向槽14ab和第二周向槽14ac中。
[0039]各径向槽Ild沿内筒壁Ilb与圆柱抱紧部14c相抵接的端面间隔设置，并且，各径向槽Ild与第二周向槽14ac相连通。因此，第二周向槽14ac中的滑油可以进入径向槽lld，再经由径向槽Ild在离心力作用下甩至套筒14的锥壁14b上。[0040]如图6、图7所示，作为密封跑道11与套筒14相配合所设的引导滑油的通槽的另外一种实现方式，该通槽可以包括一周向槽14aa、若干第一轴向槽14ac和若干第二轴向槽14ab,其中:周向槽14aa沿圆周开设在圆柱抱紧部14c与轴承05内环相配合的端面处。各第一轴向槽14ac沿轴向间隔设置在圆柱抱紧部14c与密封跑道11相配合的端面处。各第二轴向槽14ab与每一第一轴向槽14ac相对应，并且间隔设置在第一轴向槽14ac和周向槽14aa之间。轴承05内环上的通道05a、周向槽14aa、第二轴向槽14ab和第一轴向槽14ac均相连通。与上述实施例不相同的是，本实施例的密封跑道11并不设槽，滑油可以经由轴承05内环上的通道05a，依次进入周向槽14aa、第二轴向槽14ab和第一轴向槽14ac中，第一轴向槽14ac相当于上述实施例中开设在密封跑道11上的径向槽lld，因此，滑油经由第一轴向槽14ac在离心力作用下也可以甩至套筒14的锥壁14b上。
[0041]通过套筒14内径的通道以及套筒14的锥壁引导滑油至密封跑道11，节省了专门的供油喷嘴，使冷却系统的结构更简单，对安装空间的要求降低。
[0042]上述实施例中，本实用新型所提供的圆周密封冷却结构还包括供油管12以及焊接在供油管12上的喷嘴13，其中:供油管12安装在第一静止座06与第二静止座07之间，喷嘴13的喷射方向朝轴承05内环上的通道05a设置。滑油通过滑油泵(图中未示出)增压后，经过供油管12的喷嘴13喷出，喷嘴13的角度可以引导滑油进入密封跑道11与套筒14相配合所设的引导滑油的通槽中。
[0043]上述实施例中，本实用新型所提供的圆周密封冷却结构还包括位于锁紧螺母15，其中:锁紧螺母15安装(螺纹连接)在旋转轴04上，并顶紧在轴承05的端面。锁紧螺母15内侧具有与所述通槽相连通的通道15a。喷嘴13喷出的滑油首先进入锁紧螺母15内侧的通道15a，再进入密封跑道11与套筒14相配合所设的引导滑油的通槽中。
[0044]本实用新型使用时，滑油通过滑油泵增压后，经过供油管12的喷嘴13喷出，经由锁紧螺母15内侧的通道15a、轴承05内环上的通道05a，进入到密封跑道11与套筒14相配合所设的引导滑油的通槽中，从而将滑油通过套筒14的锥壁引导到密封跑道11的内壁，在离心力作用下形成油膜附着在密封跑道11内壁上，紧邻主密封界面，亦即摩擦生热面，且密封跑道11冷却均匀，故而冷却效果好，有利于提高圆周密封件10的封严性能和寿命。
[0045]本实用新型还提供一种包括上述各实施例中的圆周密封冷却结构的航空发动机，航空发动机的其它部分均为现有技术，在此不再展开描述。
[0046]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种圆周密封冷却结构， 包括静止座、旋转轴、轴承、圆周密封件、密封跑道以及套筒，其中: 所述轴承和所述圆周密封件均安装在所述静止座上； 所述旋转轴通过所述轴承与所述静止座转动连接； 所述密封跑道和套筒均安装在所述旋转轴上； 所述套筒位于所述密封跑道和轴承之间，三者依序配合； 其特征在于: 所述密封跑道与套筒配合、设有引导滑油的通槽； 该通槽与所述轴承内环上的通道相连通； 所述套筒具有一个锥壁； 所述锥壁的扩张端与所述密封跑道相向设置。
2.如权利要求1所述的结构， 其特征在于: 所述套筒还包括圆柱抱紧部； 所述圆柱抱紧部与所述锥`壁连接成一体； 所述圆柱抱紧部套设在所述旋转轴上，与所述轴承的端面相抵接。
3.如权利要求2所述的结构， 其特征在于: 所述密封跑道包括外筒壁、内筒壁和环形板，其中: 所述外筒壁通过所述环形板与所述内筒壁连接成一体； 所述内筒壁套设在所述旋转轴上，与所述圆柱抱紧部相抵接。
4.如权利要求3所述的结构， 其特征在于: 所述锥壁的角度和长度根据离心力作用下所述锥壁上的滑油甩到所述密封跑道的均匀度确定。
5.如权利要求3所述的结构， 其特征在于: 所述锥壁的末端与所述环形板之间的间隙根据离心力作用下所述锥壁上的滑油甩到所述密封跑道的雾化程度确定。
6.如权利要求4或5所述的结构， 其特征在于: 所述通槽包括一第一周向槽、一第二周向槽、若干轴向槽和若干径向槽，其中: 所述第一周向槽和第二周向槽分别沿圆周开设在所述圆柱抱紧部与所述轴承内环及所述密封跑道相配合的两侧端面处； 所述轴向槽沿所述套筒的轴向设置在所述第一周向槽和第二周向槽之间，并且各所述轴向槽之间沿所述套筒的周向隔开设置； 各所述径向槽沿所述内筒壁与所述圆柱抱紧部相抵接的端面间隔设置； 所述轴承内环上的通道、所述第一周向槽、所述轴向槽和所述第二周向槽和所述径向槽均相连通。
7.如权利要求4或5所述的结构， 其特征在于: 所述通槽包括一周向槽、若干第一轴向槽和若干第二轴向槽，其中: 所述周向槽沿圆周开设在所述圆柱抱紧部与所述轴承内环相配合的端面处； 各所述第一轴向槽沿周向间隔设置在所述圆柱抱紧部与所述密封跑道相配合的端面处； 各所述第二轴向槽与每一所述第一轴向槽相对应，并且间隔设置在所述第一轴向槽和周向槽之间； 所述轴承内环上的通道、所述周向槽、所述第二轴向槽和所述第一轴向槽均相连通。
8.如权利要求1所述的结构， 其特征在于: 还包括供油管以及连接在所述供油管上的喷嘴，其中: 所述供油管安装在所述静止座上； 所述喷嘴的喷射方向朝所述轴承内环上的通道设置。
9.如权利要求3所述的结构， 其特征在于: 所述外筒壁的内侧与所述旋转轴之间的夹角范围为1-2度。
10.一种包括如权利要求1-9中任一项所述的圆周密封冷却结构的航空发动机。
【文档编号】F02C7/12GK203614232SQ201320817951
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】汤丽萍, 廖凯 申请人:中航商用航空发动机有限责任公司