一种三腔支点封严结构

技术领域

本申请属于航空发动机封严设计领域，特别涉及一种三腔支点封严结构。

背景技术

航空发动机轴承需要使用滑油进行润滑和冷却，滑油溢出会污染部件，甚至污染主流道气流。溢出的滑油黏附到转子件上会引起动应力不平衡，黏附到高温部件上会引起起火，影响发动机的安全性和可靠性。因此需要在轴承腔外设置封严腔，经支点封严系统引冷气对轴承腔进行封严。

表现良好的支点封严系统的封严压差应总处于合适区间：

1、为避免滑油泄漏，封严腔与轴承腔间压差(即油侧压差)不应过小，相通的轴承腔各处油侧压差不应相差过大；

2、为避免进入轴承腔的空气过多导致滑油消耗量过大，油侧压差不应过大；

3、从流路功能分离设计角度考虑，封严腔与封严腔外侧腔(即轴承外腔)间流量应尽量小，封严腔与轴承外腔间压差(即气侧压差)也应尽量小。对于轴承外腔温度较高的后支点，为避免高温气进入封严腔与封严冷气掺混并进入轴承腔导致结焦，气侧压差应为正值；

4、为避免石墨处于疲劳状态加剧磨损而缩短寿命，石墨封严两侧压差不应过大。

航空发动机工作包线范围大，大状态压力水平明显高于小状态，而轴承腔压力则更接近环境压力，仅通过调整支点封严引气管路压力损失来兼顾小状态不漏油和大状态压差不过大越来越困难。

传统的支点封严结构为两腔结构，由轴承腔20和封严腔1组成，原理如图1所示。轴承腔20与封严腔1、封严腔1与轴承外腔2间由非接触式封严结构密封，常见的组合有石墨-石墨(双联石墨)、石墨-篦齿或篦齿-篦齿(双联篦齿)。封严气直接通过内部管路或经过设计的气流通路进入封严腔1，对轴承腔20进行封严。

为了保证小状态时油侧封严压差不至过小，引气管路或通路的压力损失不能过大。在引气位置不变的前提下，大状态时封严气压力随引气位置压力显著上升，而轴承腔20压力仍接近环境压力即与同高度小状态时差不多。采用传统两腔支点封严结构时，大状态下，封严气与轴承腔20间的大压差全部由一个石墨封严或篦齿封严结构承担，对于石墨封严将影响其寿命，对于篦齿封严将显著增加滑油消耗量减少续航时间。此外，小状态下，如果封严气与轴承腔20间压差过小发生滑油泄漏，滑油将直接被封严气带出到轴承外腔2，污染部件和主流道。

尽管引入转换活门来切换引气位置，小状态从压气机后几级引气，大状态从压气机前几级或外涵引气，也可以解决这一问题，但同时增加了复杂度，影响航空发动机的可靠性，因此使用活门并不总是最优解。

发明内容

本申请的目的是提供了一种三腔支点封严结构，以解决现有的两腔篦齿封严结构可靠性低、耗油量高的问题。

本申请的技术方案是：一种三腔支点封严结构，包括转子后轴机构、轴承机构和封严机构；所述转子后轴机构与发动机转子的出口位置，所述轴承机构内设有滚珠轴承，所述封严机构设于转子后轴机构与轴承机构之间，所述封严机构内设有封严腔，所述转子后轴机构内设有轴承外腔，所述轴承机构内设有轴承腔，所述封严腔与轴承外腔之间设有增压腔，所述增压腔能够接收封严气，所述增压腔与封严腔之间设有第二封严篦齿，所述封严机构与轴承机构之间设有石墨封严件，进入到封严腔内的封严气通过石墨封严件进入到轴承机构内。

优选地，所述转子后轴结构包括第一封严篦齿、转子后轴颈和第一转子后盘，所述第一封严篦齿设于转子后轴颈和第一转子后盘之间，所述转子后轴颈与封严机构相连，所述转子后轴颈设于涡轮轴上，所述转子后轴颈对应增压腔的位置处呈V型结构。

优选地，所述封严机构包括位于内侧的第一机匣和位于外侧的第二机匣，所述第一机匣与转子后轴颈相连，所述第二封严篦齿设于第一机匣与第二机匣之间，所述第二机匣、第一机匣、转子后轴颈和第一转子后盘之间形成增压腔，所述增压腔的外侧设有进气通道，所述增压腔的前端位于进气通道的前端，所述增压腔的后端与进气通道平齐。

优选地，所述进气通道与增压腔之间设有左挡环和右挡环，所述左挡环与第一转子后盘相连，所述右挡环与第二机匣相连，所述左挡环和右挡环之间形成限流通道，所述限流通道的宽度小于进气通道的宽度。

优选地，所述轴承机构包括轴承内环、滚珠和轴承外环，所述轴承内环与涡轮轴相连，所述滚珠设于轴承内环和轴承外环之间，所述轴承外环外侧为第二转子，所述第二转子上设有第三机匣和第四机匣，所述所述第一机匣、第二机匣、第三机匣和石墨封严件之间形成封严腔，所述第四机匣、石墨封严件与轴承机构之间形成轴承腔；所述轴承外环的外侧设有安装环，所述第四机匣的内侧设有支撑环，所述支撑环上开设有安装槽，所述安装环设于安装槽内并与支撑环止口配合。

优选地，所述第二机匣与第三机匣之间形成滑油回收腔，所述滑油回收腔内能够接收从轴承腔内流出的滑油，所述滑油回收腔沿发动机轴向与增压腔和轴承腔并排设置，所述滑油回收腔与第二封严篦齿之间设有斜面，所述滑油回收腔横截面呈矩形结构并且滑油回收腔的最内侧开设有回收孔。

本申请的一种三腔支点封严结构，包括转子后轴机构、轴承机构和封严机构；封严机构内设有封严腔，转子后轴机构内设有轴承外腔，轴承机构内设有轴承腔，封严腔与轴承外腔之间设有增压腔，增压腔与轴承外腔之间设有第一封严篦齿，增压腔能够接收封严气，增压腔与封严腔之间设有第二封严篦齿；大状态下，封严气与轴承腔间压差较大，封严气先经篦齿封严部分降压再进入封严腔，限制了石墨两侧封严压差，减小了石墨在大状态下的磨损，第二封严篦齿和石墨封严件的寿命提高，从而能够减少滑油消耗量，增加续航时间；在小状态下，通过封严腔与增压腔间的篦齿封严，可以防止滑油侵入增压腔以及轴承外腔，增加了续航时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为背景技术中二腔封严结构示意图；

图2为本申请三腔封严结构示意图。

1、封严腔；2、轴承外腔；3、增压腔；4、第一封严篦齿；5、石墨封严件；6、转子后轴颈；7、第一转子后盘；8、第一机匣；9、第二机匣；10、进气通道；11、左挡环；12、右挡环；13、第二封严篦齿；14、轴承外环；15、第三机匣；16、第四机匣；17、安装环；18、支撑环；19、滑油回收腔；20、轴承腔。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

一种三腔支点封严结构，如图2所示，包括转子后轴机构、轴承机构和封严机构；转子后轴机构与发动机转子的出口位置，轴承机构内设有滚珠轴承，封严机构设于转子后轴机构与轴承机构之间。

封严机构内设有封严腔1，转子后轴机构内设有轴承外腔2，轴承机构内设有轴承腔20，封严腔1与轴承外腔2之间设有增压腔3，增压腔3能够接收封严气，增压腔3与封严腔1之间设有第二封严篦齿13，封严机构与轴承机构之间设有石墨封严件5，进入到封严腔1内的封严气通过石墨封严件5进入到轴承机构内。

由于轴承腔20内的压力和封严气进口处的压力是固定不变的，因此两者之间的压差同样固定不变，本申请通过设置增压腔3，在压差固定不变的情况下，增加了一级的压力梯度，从而减少封严篦齿或者封严石墨所受的压力。使得支点封严引气系统能在不使用活门的前提下，更容易实现兼顾小状态不漏油和大状态压差不过大的目标。

外部的封严气先进入到增压腔3内，而后一部分经过第二封严篦齿13进入到封严腔1内，另一部分经过第一封严篦齿4进入到轴承外腔2内，进入到封严腔1内的封严气通过石墨封严见进入到轴承腔20内，对轴承腔20内油气进行密封。腔内压力从轴承腔20-封严腔1-轴承腔20逐渐增大。这样轴承腔20与封严腔1之间的压力显著减少，封严腔1与轴承腔20之间的压力显著减少，第一封严篦齿4和石墨封严件5的引气压力显著减少。

大状态下，封严气与轴承腔20间压差较大，封严气先经篦齿封严部分降压再进入封严腔1，限制了石墨两侧封严压差，减小了石墨在大状态下的磨损，第二封严篦齿13和石墨封严件5的寿命提高，从而能够减少滑油消耗量，增加续航时间；在小状态下，封严气与轴承腔20间压差较小，即使压差不足导致少量滑油泄漏封严腔1，封严腔1与增压腔3间还有篦齿封严，可以防止滑油侵入增压腔3以及轴承外腔2，有助于滑油回收。既增加了封严的可靠性，也提高了滑油利用率，增加了续航时间。

并且通过在封严腔1的两侧均设置篦齿封严结构，能有效控制封严腔1和增压腔3的压力，增大支点封严系统的调节范围，更容易在全包线范围内实现封严压差设计要求，兼顾小状态不漏油和大状态压差不过大。

由于增加了增压腔3，会导致封严结构空间占用的增加，因此如何优化空间占用同样是一个需要解决的问题。

基于此，转子后轴结构包括第一封严篦齿4、转子后轴颈6和第一转子后盘7，第一封严篦齿4设于转子后轴颈6和第一转子后盘7之间，转子后轴颈6与封严机构相连，转子后轴颈6设于涡轮轴上，转子后轴颈6对应增压腔3的位置处呈V型结构。

由于现有的转子后轴通过螺栓以及连接轴与封严机构相连，占用空间较大，而本申请将转子后轴设计为与转子后盘相连的一体连接，并通过V型的弯折结构设计来实现与封严机构的连接，在保证结构稳定性的同时有效减少了空间占用。

优选地，封严机构包括位于内侧的第一机匣8和位于外侧的第二机匣9，第一机匣8与转子后轴颈6相连，第二封严篦齿13设于第一机匣8与第二机匣9之间，第二机匣9、第一机匣8、转子后轴颈6和第一转子后盘7之间形成增压腔3，增压腔3的外侧设有进气通道10，增压腔3的前端位于进气通道10的前端，增压腔3的后端与进气通道10平齐。通过设置第一机匣8和第二机匣9来组成增压腔3，使得增压强的内部空间大于进气通道10处的空间，从而有效地提升压力调节能力。

优选地，进气通道10与增压腔3之间设有左挡环11和右挡环12，左挡环11与第一转子后盘7相连，右挡环12与第二机匣9相连，左挡环11和右挡环12之间形成限流通道，限流通道的宽度小于进气通道10的宽度。左挡环11和右挡环12的设置能够减少限流通道处的通道截面积，从而提升增压腔3内部的压力，提高增压腔3对封严腔1内的压力支撑能力。

优选地，轴承机构包括轴承内环、滚珠和轴承外环14，轴承内环与涡轮轴相连，滚珠设于轴承内环和轴承外环14之间，轴承外环14外侧为第二转子，第二转子上设有第三机匣15和第四机匣16，石墨封严件5设于第三机匣15与转子后轴颈6之间，第一机匣8、第二机匣9、第三机匣15和石墨封严件5之间形成封严腔1，第四机匣16、石墨封严件5与轴承机构之间形成轴承腔20；轴承外环14的外侧设有安装环17，第四机匣16的内侧设有支撑环18，支撑环18上开设有安装槽，安装环17设于安装槽内并与支撑环18止口配合，并在止口结构上通过螺栓固定。通过上述设计，使得轴承机构直接与第二转子相连，两者之间没有封严腔1的间隔，通过止口配合保证连接稳定的同时，占用空间更少。此时将封严腔1设于轴承腔20的前端，配合增压腔3只需要占用较小的空间面积即可实现封严功能。

优选地，第二机匣9与第三机匣15之间形成滑油回收腔19，滑油回收腔19内能够接收从轴承腔20内流出的滑油，滑油回收腔19沿发动机轴向与增压腔3和轴承腔20并排设置，滑油回收腔19与第二封严篦齿13之间设有斜面，滑油回收腔19横截面呈矩形结构并且滑油回收腔19的最内侧开设有回收孔。通过设置滑油回收腔19，在出现滑油泄漏时，在离心力的作用下滑油能够快速进入滑油回收腔19内并通过回收孔内实现滑油回收，斜面的设置使得一部分冲击力较大的滑油在溅射到第二封严篦齿13上后仍能够通过斜面设计进入到滑油回收腔19内，实现泄露滑油的全面收集。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。