一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构的制作方法

本发明属于航空离心泵，涉及一种离心泵的循环散热与轴向力一体化解决的结构，具体涉及一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构。

背景技术：

1、常见弹用高速离心泵通过角接触轴承平衡轴向力。因弹用高速离心泵流量大，常见流量：4000l/h～24000l/h，旋转速度高，转速≥14000rpm，泵内增压大，增压≥0.5mpa，泵内产生的轴向力往往较大，通常达到300n以上。上述过大的轴向力，会挤压角接触轴承内的润滑脂溢出，进而导致轴承滚珠与滚道润滑失效，轴承内温度急剧升高，加速轴承润滑脂的碳化，进一步丧失润滑作用。出现轴承封严盖脱落、保持架断裂、滚珠异常磨损的情况，直接影响飞行安全。还有的方法是采用在叶轮背部开孔的方式平衡轴向力，但是该方式会使得油液通过叶轮背部的开孔流过，破坏油液的流动状态，严重影响增压效果。

2、目前常见弹用高速离心泵旋转速度在14000rpm以上，泵内增压值一般在0.5mpa以上，使用环境温度-55℃～400℃。弹用高速离心泵常用动密封结构为航标皮碗密封，密封材料为橡胶材料。皮碗唇口处线速度高，发热严重。现有散热结构通过在传动轴轴心处开设回油孔，在皮碗唇口前面开设径向孔与轴心孔相连，通过泵腔内压差，使介质回流到离心泵吸油口处。受结构强度限制，该结构一般轴心孔径较小，常见孔径φ1.2mm～φ1.5mm，长度却达到80mm以上，加工难度大，加工精度难以保证，液体回流流阻大、回流流量有限，不能有效带走皮碗唇口处的热量，常常因散热不充分造成皮碗烧结，影响密封性能，从而影响产品可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提出一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，同时具有平衡轴向力和循环散热两种功能，能够同时解决上述两个技术问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，包括角接触轴承、传动轴、皮碗支撑和皮碗组件，传动轴是高速离心泵的转轴，传动轴的一端通过花键与动力源连接，传动轴的花键端设有台阶，传动轴的台阶与角接触轴承的内环配合；皮碗支撑和皮碗组件设在传动轴的中段，传动轴的另一端连接叶轮；其中，传动轴轴向开设卸荷槽，卸荷槽从安装叶轮一侧的端部开槽，轴向延伸到皮碗组件前端。

4、进一步的，卸荷槽设有两个，两个卸荷槽对称轴向设在传动轴的外侧。

5、进一步的，通过计算离心泵在工作工程中产生的轴向力，以及计算卸荷槽的形状和大小所产生的平衡轴向作用力，使平衡轴向作用力能够克服一定的轴向力，得到卸荷槽的形状和大小。

6、进一步的，通过计算皮碗组件所需的散热油液流量，计算离心泵运转状态下卸荷槽的形状和大小所产生的油液流量，使卸荷槽的形状和大小运转的油液流量满足皮碗组件所需的散热油液流量，得到卸荷槽的形状和大小。

7、进一步的，综合两种方式计算得到的卸荷槽的形状和大小，采用同时满足皮碗组件散热和轴向力平衡的卸荷槽的形状和大小。

8、进一步的，还包括轴承支撑，角接触轴承压入在轴承支撑中，轴承支撑直接与壳体组件接触；离心泵在工作工程中产生的轴向力，通过传动轴传递给角接触轴承，角接触轴承再将轴向力传递给轴承支撑，轴承支撑直接作用在壳体组件上，避免角接触轴承将轴向力直接作用给皮碗组件。

9、进一步的，还包括挡圈，挡圈设在轴承支撑外侧，防止角接触轴承滑出。

10、进一步的，还包括诱导轮、紧固螺钉和进液口组件，诱导轮通过紧固螺钉固定在传动轴非花键的一端，诱导轮设在进液口组件内。

11、进一步的，进液口组件与壳体组件之间设有止动耳结构。

12、本发明的技术效果：

13、1、本发明创新性地将离心泵的中空传动轴改为开槽形式的传动轴，不仅实现了与原本中空传动轴相同的对皮碗散热效果，同时解决了原本轴心孔径较小与轴长度较长的矛盾问题，不再会发生原本的轴心孔发生阻尼效应，从而影响散热实现，同时也解决了原本中空传动轴的强度问题和难加工的问题。

14、2、本发明所开设的卸荷槽还具有平衡轴向力的作用，原本的轴向力处理方式采用叶轮背部开孔方式，其影响离心泵的运转效果，本发明采用卸荷槽来平衡轴向力，使得叶轮背部不再开孔，解决了相应的问题，同时也使得角接触轴承更加问题。

15、3、本发明还通过轴承支撑的设计，避免了皮碗组件在轴向力的作用下挤压变形的问题。

技术特征：

1.一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，包括角接触轴承(2)、传动轴(3)、皮碗支撑(5)和皮碗组件(6)，传动轴(3)是高速离心泵的转轴，传动轴(3)的一端通过花键与动力源连接，传动轴(3)的花键端设有台阶，传动轴(3)的台阶与角接触轴承(2)的内环配合；皮碗支撑(5)和皮碗组件(6)设在传动轴(3)的中段，传动轴(3)的另一端连接叶轮(8)；其中，传动轴(3)轴向开设卸荷槽(31)，卸荷槽(31)从安装叶轮(8)一侧的端部开槽，轴向延伸到皮碗组件(6)前端。

2.根据权利要求1所述的一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，卸荷槽(31)至少设有两个，至少两个卸荷槽(31)对称地设在传动轴(3)上。

3.根据权利要求2所述的一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，通过计算离心泵在工作工程中产生的轴向力，以及计算卸荷槽的形状和大小所产生的平衡轴向作用力，使平衡轴向作用力能够克服一定的轴向力，得到卸荷槽的形状和大小。

4.根据权利要求3所述的一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，通过计算皮碗组件(6)所需的散热油液流量，计算离心泵运转状态下卸荷槽的形状和大小所产生的油液流量，使卸荷槽的形状和大小运转的油液流量满足皮碗组件(6)所需的散热油液流量，得到卸荷槽的形状和大小。

5.根据权利要求4所述的一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，综合两种方式计算得到的卸荷槽的形状和大小，采用同时满足皮碗组件(6)散热和轴向力平衡的卸荷槽的形状和大小。

6.根据权利要求1所述的一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，还包括轴承支撑(4)，角接触轴承(2)压入在轴承支撑(4)中，轴承支撑(4)直接与壳体组件(7)接触；离心泵在工作工程中产生的轴向力，通过传动轴(3)传递给角接触轴承(2)，角接触轴承(2)再将轴向力传递给轴承支撑(4)，轴承支撑(4)直接作用在壳体组件(7)上，避免角接触轴承(2)将轴向力直接作用给皮碗组件(6)。

7.根据权利要求6所述的一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，还包括挡圈(1)，挡圈(1)设在轴承支撑(4)外侧，防止角接触轴承(2)滑出。

8.根据权利要求1所述的一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，还包括诱导轮(9)、紧固螺钉(10)和进液口组件(11)，诱导轮(9)通过紧固螺钉(10)固定在传动轴(3)非花键的一端，诱导轮(9)设在进液口组件(11)内。

9.根据权利要求1所述的一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，其特征在于，进液口组件(11)与壳体组件(7)之间设有止动耳结构。

技术总结
本发明属于航空离心泵技术领域，公开了一种新型动密封循环散热及轴向力平衡结构，包括角接触轴承、传动轴、皮碗支撑和皮碗组件，传动轴是高速离心泵的转轴，传动轴的一端通过花键与动力源连接，传动轴的花键端设有台阶，传动轴的台阶与角接触轴承的内环配合；皮碗支撑和皮碗组件设在传动轴的中段，传动轴的另一端连接叶轮；其中，传动轴轴向开设卸荷槽，卸荷槽从安装叶轮一侧的端部开槽，轴向延伸到皮碗组件前端。本发明创新性地将离心泵的中空传动轴改为开槽形式的传动轴，不仅实现了散热效果，同时了平衡轴向力。

技术研发人员：顾广溪,汪纯鑫,李满收,毕晓鹿,高文霞,路佳佳,马帅,葛中伟,武胜金,王永生,李港
受保护的技术使用者：新乡航空工业(集团)有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1