一种航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔封严系统的制作方法

本发明属于航空发动机领域，特别涉及航空发动机高增压比风扇试验件领域，具体涉及一种航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔封严系统。

背景技术：

航空发动机是一种复杂而又精密的机械产品，具有推力大、温度高、可靠性强等特点。航空发动机的轴承需要被不断的喷以滑油进行润滑和冷却，而这些滑油必需被限制在一个相对封闭的腔内，以防其溢出影响整台发动机的安全运行。这通常是需要一个精心设计的轴承腔封严系统来实现。但现代航空发动机的推重比越来越高，对风扇的增压比等性能参数提出了更高的要求。而增压比的不断升高使得后支点轴承腔的封严越来越难以实现，传统的封严系统已有些力不从心，试验过程中发生漏油的情况屡见不鲜，漏油会造成滑油消耗量大，经济成本提高，而且威胁试验安全。

风扇试验件是航空发动机的一种部件级性能试验件，其增压比、转速及工况需要尽可能模拟航空发动机的实际工况，因此，其工作环境也是十分恶劣，对轴承腔封严系统同样提出了苛刻的要求。

如图1所示，传统轴承腔封严方案为：通过试验台架的地面气源，引一股高压气作为封严用气，穿过风扇试验件的中介机匣到达轴承机匣后，分为两个支路，分别向前后两个方向流动，到达前后封严腔，从而实现轴承腔的封严，防止其内部的滑油泄漏。但现有封严方式在实施时，试验台上发现有滑油漏出，说明轴承腔封严系统已失效。这是由于随着风扇压比的提高，原始设计的封严系统没有正常运行，封严气出现了倒灌，其空气系统实际流路已与初始设计的方案背道而驰，因此，漏油也就随之发生了。而且，发生漏油故障后，试验人员试图通过调节试验台上地面气源的供气压力来解决问题，但发现于事无补。说明原有轴承腔封严系统的可调节性差。出现故障后，没有现场的解决措施，而只能下台分解，重新设计。这会导致试验周期大大加长，无论是经济成本还是时间成本都会显著增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔封严系统，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔封严系统，包括中介机匣、轴承机匣、转动轴，中介机匣通过轴承机匣与转动轴配合安装，转动轴与轴承机匣内侧之间形成轴承腔，转动轴与轴承机匣外侧之间形成高压盘腔和盲腔，并且高压盘腔和盲腔分置在轴承机匣两侧，在轴承腔与高压盘腔之间布置有前封严腔，在轴承腔与盲腔之间布置有后封严腔，在中介机匣中设置有用于从外部引气的供气通道，并且该供气通道连通到轴承机匣，在中介机匣上还设置有引导气流排出的排气通道，中介机匣与转动轴之间连接有前封严环和后封严环，两封严环分置于轴承机匣两侧，该两封严环一端均与中介机匣固连，而两封严环另一端则均与转动轴配合安装，并通过篦齿结构封严转动轴与两封严环间的间隙，前封严环用以分隔高压盘腔与前封严腔，后封严环用以分隔盲腔与后封严腔，前封严腔和后封严腔通过供气通道相贯通形成一个整体的封严腔；中介机匣上还设置有控制排气通道开口大小的节流装置，以及设置在转动轴上且位于前封严环与轴承机匣间的封严装置，以防止滑油从封严腔漏出。

优选地是，所述封严装置为封严环，该封严环设置于所述前封严环与所述轴承机匣之间，其中该封严环一端与所述转动轴配合安装并通过篦齿结构封严两者间的间隙，该封严环另一端则与轴承机匣固连，该封严环与所述中介机匣、前封严环、以及转动轴四者之间共同组成卸荷腔；在中介机匣中设置有与卸荷腔相通的卸荷通道，该卸荷通道用于排出卸荷腔中来自所述高压盘腔和所述封严腔的气流。

优选地是，所述中介机匣上设置有用于控制所述卸荷通道开口大小的卸荷节流装置。

优选地是，所述卸荷节流装置为堵盖。

优选地是，所述封严装置为双层篦齿结构，该双层篦齿结构设置在所述前封严环与所述转动轴配合位置处，且位于所述前封严环靠近所述轴承机匣一侧。

优选地是，所述节流装置为排气节流堵盖。

本发明所提供的一种航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔封严系统的有益效果在于，第一：保证在设计状态下，航空发动机风扇试验件的轴承腔封严系统能够适应高增压比的要求，不发生漏油现象，以达到令人满意的工作状况；第二：一旦试验时出现了偏离设计预期的故障现象，能够通过调节本系统的相关控制参数，使其恢复至正常状态，从而保证其在较大范围内都能可靠良好的运行。

附图说明

图1为现有航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔的封严方式示意图；

图2为本发明第一种实施例的供气截面示意图；

图3为本发明第一种实施例的排气截面示意图；

图4为本发明第一种实施例的供气气路流动示意图；

图5为本发明第一种实施例的排气气路流动示意图；

图6为本发明第二种实施例的供气截面示意图；

图7为图6中i处的局部放大图；

图8为本发明第二种实施例的排气截面示意图；

图9为本发明第二种实施例的供气气路流动示意图；

图10为本发明第二种实施例的排气气路流动示意图；

图11为本发明中的堵盖以及排气节流堵盖的结构示意图。

附图标记：

1-中介机匣、2-轴承机匣、3-转动轴、4-轴承腔、5-高压盘腔、6-盲腔、7-前封严腔、8-后封严腔、9-供气通道、10-排气通道、13-双层篦齿结构、14-封严环、15-卸荷腔、16-卸荷通道、17-前封严环、18-后封严环、19-封严腔、21-堵盖、23-排气节流堵盖。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔封严系统做进一步详细说明。

如图1所示，现有技术的问题根源，即故障机理，经过分析有两个。一是，高压盘腔5的压力过高，盲腔6压力过低(接近大气压)，这导致封严系统处在一个压力不均衡的情况下工作，容易导致油从低压侧漏出。二是，同一股封严气同时保障前封严腔7和后封严腔8的压力，导致两个封严腔的压力只能根据结构件的流阻情况进行被动的分配。进而导致后封严腔8无法封住滑油，造成滑油泄漏。

第一个问题的解决，通过设置封严装置解决，封严装置的技术方案可采用两种，加卸荷腔15或者双层篦齿结构13节流。加卸荷腔15是通过增加一个带封严结构的封严环14，将高压盘腔5与前封严腔7隔开，将高压气引至卸荷腔15后通过中介机匣1排出大气。这样无论风扇压比多高，其都不会对封严流路产生影响，而且外部气源压力不用太高，对试验台的要求较小。双层篦齿结构13节流则不一样，它少了一个零件(封严环14)，但多了一层篦齿封严结构，但该种方案加工工艺复杂，对试验台的要求较高，需足够高的台上供气压力。比如，如果高压盘腔5压力3个大气压，那么气源压力必需高于这个压力，而卸荷腔方案则不必，它的气源压力可以维持在较小的水平，比如1.3个大气压。

第二个问题的解决，通过改进供气通道9解决。直接将前后两封严腔联通，这样还是一股封严气，所以都是一个压力，进而从原理上就可以避免从封严腔漏出滑油。但依然存在不能调到满意状态的可能，这就同时需要封严气出口的压力可调，也即增加一组不同尺寸的节流装置，放在排气通道10出口的位置，该节流装置堵住的面积大些则相应封严腔的压力就会提高，这样就能够保障台上可以随心所欲的调节。出现封不住的情况，可以不分解就解决该问题，不致大幅影响工作进度。

下面通过两个实施例说明。

一、第一种实施例，如图2至图5所示：

如图2和图3所示，本实施例的航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔封严系统，包括中介机匣1、轴承机匣2、转动轴3，中介机匣1通过轴承机匣2与转动轴3配合安装，转动轴3与轴承机匣2内侧之间形成轴承腔4，转动轴3与轴承机匣2外侧之间形成高压盘腔5和盲腔6，并且高压盘腔5和盲腔6分置在轴承机匣2两侧，在轴承腔4与高压盘腔5之间布置有前封严腔7，在轴承腔4与盲腔6之间布置有后封严腔8，在中介机匣1中设置有用于从外部引气的供气通道9，并且该供气通道9连通到轴承机匣2。中介机匣1与转动轴3之间连接有前封严环17和后封严环18，两封严环分置于轴承机匣2两侧，该两封严环一端均与中介机匣1固连，而两封严环另一端则与转动轴3配合安装，并通过篦齿结构封严转动轴3与两封严环间的间隙，前封严环17用以分隔高压盘腔5与前封严腔7，后封严环18用以分隔盲腔6与后封严腔8，前封严腔7和后封严腔8通过供气通道9相贯通形成一个整体的封严腔19。并且在中介机匣1上设置有引导气流引出的排气通道10，中介机匣1上还设置有控制排气通道10开口大小的节流装置，进而控制气路的流量，该节流装置优先选择排气节流堵盖23(见图11所示)。在转动轴3上的前封严环17与轴承机匣2之间设置有封严装置，以防止滑油从封严腔19漏出。封严装置仍选择封严环14，该封严环14设置于前封严环17与轴承机匣2之间，其中封严环14一端与转动轴3配合安装并通过篦齿结构封严两者间的间隙，封严环14另一端则与轴承机匣2固连，封严环14与中介机匣1、前封严环17、以及转动轴3四者之间共同组成卸荷腔15，并且在中介机匣1中设置有与卸荷腔15相通的卸荷通道16，该卸荷通道16用于排出卸荷腔15中来自高压盘腔5和封严腔19的气流，在中介机匣1上还设置有控制该卸荷通道16开口大小的卸荷节流装置，进而控制气路的流量，该卸荷节流装置优先选择堵盖21，见图11。

2、原理说明

本实施例针对现有封严系统进行了详细分析，认为造成封严不利的主要原因是高压盘腔5和盲腔6封严背压不一致，因此，本发明直接将前封严腔7和后封严腔8打通形成一相贯通的封严腔19，并配以相应的前封严环17和后封严环18将其封闭，从而保证前封严腔7和后封严腔8压力基本均衡。同时，为了避免其压力受高压盘腔5高压气的影响，本实施例再单独设计一个封严环14，将高压气排向大气，达到封严的最佳状态。

由于封严气是采用外部气源，因此封严引气压力可调。同时，在卸荷腔15增设了一处不同面积的堵盖21以及在封严腔19的通大气出口处也增设了一处不同面积的排气节流堵盖23。如果试验过程中发现封严压差不符合要求，可以通过调节外部气源压力和两堵盖面积来调整系统的工作状态，从而达到令人满意的封严效果。

3、动作关系说明

本实施例的封严气路流动方向如图4和图5所示，从外部气源引入的气流，经供气通道9引导至封严腔19，此时该气流分为两股，一股气流(即e气路)通过封严环14与转动轴3间的篦齿结构流至卸荷腔15，并通过与卸荷腔15相通的卸荷通道16排出，另一股气流(即f气路)则通过与封严腔19相通的排气通道10排出。

试验现场需要监测封严腔19与轴承腔4的封严压差。如果封严压差过小，则首选调高外部气源压力，次选减小堵盖21和排气节流堵盖23的流通面积。通过这两种方式的组合使用，可使系统恢复正常，实现良好封严。如果封严压差过大，则调节规律反之。

二、第二种实施例，如图6至图10所示：

如图6和图8所示，本实施例的航空发动机高增压比风扇试验件的轴承腔封严系统，包括中介机匣1、轴承机匣2、转动轴3，中介机匣1通过轴承机匣2与转动轴3配合安装，转动轴3与轴承机匣2内侧之间形成轴承腔4，转动轴3与轴承机匣2外侧之间形成高压盘腔5和盲腔6，并且高压盘腔5和盲腔6分置在轴承机匣2两侧，在轴承腔4与高压盘腔5之间布置有前封严腔7，在轴承腔4与盲腔6之间布置有后封严腔8，在中介机匣1中设置有用于从外部引气的供气通道9，并且该供气通道9连通到轴承机匣2。中介机匣1与转动轴3之间连接有前封严环17和后封严环18，两封严环分置于轴承机匣2两侧，该两封严环一端均与中介机匣1固连，而两封严环另一端则与转动轴3配合安装，并通过篦齿结构封严转动轴3与两封严环间的间隙，前封严环17用以分隔高压盘腔5与前封严腔7，后封严环18用以分隔盲腔6与后封严腔8，前封严腔7和后封严腔8通过供气通道9相贯通形成一个整体的封严腔19。并且在中介机匣1上设置有引导气流引出的排气通道10，中介机匣1上还设置有控制排气通道10开口大小的节流装置，进而控制气路的流量，该节流装置优先选择排气节流堵盖23(见图11所示)。如图7所示，该封严装置具体选择为双层篦齿结构13，并将其设置在前封严环17与转动轴3配合位置处，在前封严环17顶部沿平行转动轴3方向设置两圈环形凸缘a，该两环形凸缘a位于前封严环17内侧一侧且保持一定间距，其中靠近转动轴3一侧的环形凸缘a与前封严环17顶部端面齐平设置；在转动轴3设置一圈横截面为l形的环形凸缘b，其中环形凸缘b一端垂直转动轴3设置，而环形凸缘b另一端则弯入两环形凸缘a之间，使得封严腔19与高压盘腔5之间形成一s形间隙通道。在前封严环17顶部端面以及与该端面相连的一环形凸缘a上涂有涂层，转动轴3相对该涂层处设置一层篦齿，涂层与该层篦齿配合构成第一层篦齿结构；在另一环形凸缘a靠近转动轴3一侧也涂有涂层，环形凸缘b弯折部分相对该涂层处也设置一层篦齿，涂层与该层篦齿配合构成第二层篦齿结构。

2、原理说明

本实施例针对现有封严系统进行了详细分析，认为造成封严不利的主要原因是高压盘腔5和盲腔6封严背压不一致，因此，本发明直接将前封严腔7和后封严腔8打通形成一相贯通的封严腔19，并配以相应的前封严环17和后封严环18将其封闭，从而保证前封严腔7和后封严腔8压力基本均衡。同时，为了避免其压力受高压盘腔5高压力的影响，本实施例在前封严环17处设计了双层篦齿结构13，通过增加流阻降低压力，进而减小轴承腔19前封严压差，达到封严的最佳状态。

由于封严气是采用外部气源，因此封严引气压力可调。同时，在封严腔19的通大气出口处也增设了一处不同面积的排气节流堵盖23。如果试验过程中发现封严压差不符合要求，可以通过调节外部气源压力和排气节流堵盖23面积来调整系统的工作状态，从而达到令人满意的封严效果。

3、动作关系说明

本实施例的封严气路流动方向如图9和图10所示，从外部气源引入的气流，经供气通道9引导至封严腔19，此时该气流分为两股，一股气流(即k气路)流经封严腔19中的左半侧(即原前封严腔7部分)，并通过与封严腔19相通的排气通道10排出；另一股气流(即h气路)流经封严腔19中的右半侧(即原后封严腔8部分)，也通过与封严腔19相通的排气通道10排出。

试验现场需要监测封严腔19与轴承腔4的封严压差。如果封严压差过小，则首选调高外部气源压力，次选减小排气节流堵盖23的流通面积。通过这两种方式的组合使用，可使系统恢复正常，实现良好封严。如果封严压差过大，则调节规律反之。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。