燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统及方法，尤其涉及其中的轴心通风系统。
【背景技术】
[0002]航空发动机常用的是燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机通常包括转动部件和固定部件，转动部件可相对于固定部件转动，例如压气机的转子、涡轮机的转子等。这些转动部件的转动轴通过轴承而被支承。
[0003]发动机的壳体构成用来封装轴承的轴承腔，用于轴承的润滑油被容纳在该轴承腔中，对轴承进行润滑。为了将润滑油保持在轴承腔内，从压气机的中间级引出压缩空气，并将该压缩空气弓I入轴承腔中，以防止润滑油的泄漏。
[0004]为了保证润滑油不泄漏，必须在轴承腔中保持一定的正压差，因此对引入轴承腔的压缩空气的压力有一定要求。但是，压缩空气的引气位置处的压力会发生某种波动。例如，在高空环境下，由于周围环境空气比较稀薄，因此引气压力较低，进而造成进入轴承腔中的压缩空气的压力也下降。这样的引气压力下降会造成轴承腔中的压差不足，从而导致润滑油泄漏。
[0005]此外，压缩空气引气密封所面临的另一个问题是，在从压气机被引入轴承腔中的过程中，压缩空气有可能会经过燃烧室等温度较高的部件，并在此过程中被加热。因此，进入轴承腔中的压缩空气温度有可能超出润滑油所允许的极限温度。
[0006]针对以上引气压力下降的问题，现有技术中通常采取的措施之一是从压气机中引出更高压力的空气用于轴承腔的密封，以提高密封处的压差。但是，这一措施所采用的高品质压缩气体只是在高空环境等的引气压力下降的特定情况下才是必须的。而在通常的情况下，所采用的较高压力的压缩空气未经作功就被引入轴承腔中，其中所含有的能量没有得到有效利用，这是对高品质压缩空气的品质浪费。使用过多的高品质压缩空气，会对燃气涡流发动机的整体效率产生负面影响。而且，所引出的压缩空气压力越高，进入轴承腔时其温度也将越高，因此会加剧以上所述的超出润滑油极限温度的技术问题。
[0007]另一种措施是采用诸如活门之类的气流控制装置。通过调节活门，可以调节流入轴承腔的压缩空气的来源和流量。这样，在通常情况下，可从压气机中引出压力较低的压缩空气即可，压缩空气的流量也可较低，而在压气机处的空气压力不足的情况下，可以从压气机的高压段引入较高压力的压缩空气，并且，还可适当地提高压缩空气流量。该措施的技术问题在于，由于要增加额外的气流控制装置，涉及增加转换活门、附加的引气管路和相关的控制器件等部件，增加了装置的结构复杂度，并且装置整体的重量也增加。此外，在某些轴承腔压力较低的状态下，仍不可避免地存在压缩空气品质冗余的情形，造成高品质压缩空气的浪费。
【发明内容】
[0008]本发明是基于以上所述的现有技术所存在的问题而作出的，其目的是提供一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统和方法，它能够提高轴承腔的密封处的压差，避免因压差不足而导致润滑油泄漏，并且该系统还进一步地允许使用压力较低的空气，从而降低密封气体的温度，提高发动机的整体效率，且提高发动机的运行安全性。
[0009]本发明的上述目的通过一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统来实现，该轴承腔密封系统包括:容纳轴承的轴承腔，在该轴承腔处设有密封室，密封室与气源相连通；可转动的轴心通风管，该轴心通风管设置在轴承腔的轴心位置处；油气分离器，该油气分离器围绕着轴心通风管设置，且与轴心通风管流体连通；以及，至少一个抽气叶轮，该抽气叶轮固定在上述轴心通风管上，并能够随轴心通风管的转动而转动。该抽气叶轮具体结构可包括:中心轴；至少一个叶片，叶片沿中心轴的周向设置，且叶片的一端连接在中心轴上；轴套，叶片的另一端连接在轴套上，且轴套固定在轴心通风管内。
[0010]通过具有上述结构的轴承腔密封系统，可通过抽气叶轮的抽吸作用而在轴承腔中保持低压，从而保证密封室处的正压差。由此，可以采用压力级数较低的引气，从而降低引气压力及密封气体温度。并且，由于抽吸叶轮通过轴套而固定在轴心通风管上，因此抽吸叶轮可随轴心通风管一同转动，无需为抽吸叶轮提供额外的转动驱动源。
[0011 ] 在一种实施方式中，轴心通风管与燃气涡轮发动机的低压轴相连接。由此，轴心通风管由低压轴带动而转动
[0012]较佳地，燃气涡轮发动机轴承腔密封系统还包括静止的后通风管，轴心通风管的下游端与后通风管相连。
[0013]其中，后通风管具有出气口，出气口用于将后通风管与燃气涡轮发动机的排气系统相连通。
[0014]在本发明的系统中，气源是可以是来自燃气涡轮发动机的压气机的压缩空气源；在抽气叶轮的抽吸作用充分的条件下，该气源也可以是常压空气源。
[0015]本发明还提供了一种对燃气涡轮发动机的轴承腔进行密封的方法，该方法使用如上所述的轴承腔密封系统，其中，抽气叶轮随轴心通风管的转动而转动，从而对轴承腔中的气体产生抽吸作用，以在轴承腔中产生低压。
【附图说明】
[0016]图1示出了一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统。
[0017]图2示出了本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统的示意图，其中示意性地示出了该系统的各个部件之间的安装关系。
[0018]图3示出了用于本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统的抽气叶轮的正视图。
[0019]图4示出了用于本发明的燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统的抽气叶轮的立体剖切图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图来说明本发明的【具体实施方式】。
[0021]图1中示出了一种燃气涡轮发动机的轴承腔密封系统的结构。从图1中可见，轴承11容纳在由壳体构成的轴承腔I中。润滑油在该轴承腔I中流动，以对轴承进行润滑。在轴承腔I处设有密封室。例如，在图1中所示的结构中，在轴承腔I的前后分别设有密封室12、13。来自压气机的压缩空气被引导到该密封室12、13处，密封室12、13与轴承腔I保持正压差，即，该密封室12、13中的压力大于轴承腔I的压力。从而，在该正压差的作用下，压缩气体从密封腔流入轴承腔中，并避免轴承腔I中的润滑油泄漏到轴承腔I之外。
[0022]在轴承腔I的轴心位置处设置有中空的轴心通风管3。该轴心通风管3是可转动的。在一种【具体实施方式】中，轴心通风管3可与燃气涡轮发动机的低压轴(未示出)相连，并随低压轴一同转动。围绕着轴心通风管3设置有油气分离器2。轴心通风管3的一端与后通风管4相连。后通风管4是静止的。例如可固定在燃气涡轮发动机的壳体上，或者与燃气