一种可有效降低轴承腔温度的轴承座结构

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一种可有效降低轴承腔温度的轴承座结构
申请号	CN201710706921.3	申请日	2017-08-17	公开(公告)号	CN107288692B	公开(公告)日	2019-05-21
申请人	中国科学院工程热物理研究所; 青岛轻型动力研究所(中科院工程热物理研究所青岛分所);			发明人	刘军; 杜强; 高金海; 王沛; 胡嘉麟; 徐庆宗; 柳光; 刘红蕊; 杨晓洁; 阮昌龙;
摘要	本发明涉及一种可有效降低轴承腔温度的轴承座结构，所述轴承座还包括筒状延伸部，所述筒状延伸部与轴承座本体一体形成，且所述筒状延伸部设置在所述轴承座本体的前侧，所述筒状延伸部的前端面形成法兰连接端面；所述法兰连接端面与另一盘状轴承座的配合端面通过螺栓连接，从而基本上由所述筒状延伸部与所述轴承座本体、盘状轴承座及发动机旋转轴构成轴承腔，且所述筒状延伸部构成了所述轴承腔的外壁；在所述筒状延伸部的环壁上沿周向设有若干贯穿整个轴承座轴向的通孔结构，所述通孔结构可在周向上至少基本包裹所述轴承腔。本发明的轴承座结构，可有效降低轴承腔内温度，改善滑油冷却效果，并可使轴承工作环境得到改善，延长轴承寿命。
权利要求	1.一种可有效降低轴承腔温度的轴承座结构，所述轴承座包括轴承座本体，所述轴承座本体的内壁上设置轴承，所述轴承设置在发动机旋转轴上，其特征在于，所述轴承座还包括筒状延伸部，所述筒状延伸部与轴承座本体一体形成，且所述筒状延伸部设置在所述轴承座本体的前侧，所述筒状延伸部的前端面形成法兰连接端面；所述法兰连接端面与另一盘状轴承座的配合端面通过螺栓连接，从而由所述筒状延伸部与所述轴承座本体、盘状轴承座及发动机旋转轴构成轴承腔，且所述筒状延伸部构成了所述轴承腔的外壁；在所述筒状延伸部的环壁上沿周向设有若干贯穿整个轴承座轴向的通孔结构，所述通孔结构在周向上基本包裹所述轴承腔。 2.根据权利要求1所述的轴承座结构，其特征在于，在所述通孔结构内部充满气体，或者填充隔热棉。 3.根据权利要求1所述的轴承座结构，其特征在于，与所述筒状延伸部前端面配合的所述盘状轴承座上也对应设有通孔结构，且所述筒状延伸部与所述盘状轴承座上的通孔结构一一对应，将空气系统中二次冷却气流引入所述通孔结构内，从而增强所述轴承座的隔热与冷却效果。 4.根据权利要求3所述的轴承座结构，其特征在于，所述通孔结构的截面形状为圆形或椭圆形。 5.根据权利要求3所述的轴承座结构，其特征在于，所述通孔结构沿周向分布的数量不少于2个。 6.根据权利要求3所述的轴承座结构，其特征在于，沿所述轴承座的径向布置多圈贯穿孔，各圈贯穿孔为串列或交错排列，各贯穿孔的形状以及尺寸单独进行设计，各贯穿孔之间的支撑肋的厚度以及各层贯穿孔之间的层壁厚度应当保证轴承座的强度要求。 7.根据权利要求6所述的轴承座结构，其特征在于，不同圈的贯穿孔内部进行不同的设计，外圈贯穿孔中填充绝热材料，内圈贯穿孔中流通空气系统二次冷却气流。 8.根据权利要求1所述的轴承座结构，其特征在于，所述轴承座与相邻的零件之间通过螺栓进行固定连接，通过止口或者销钉进行定位。 9.根据权利要求1所述的轴承座结构，其特征在于，所述轴承座的后端法兰面通过螺栓与发动机的过渡段机匣连接。 10.根据权利要求1所述的轴承座结构，其特征在于，所述轴承座的筒状延伸部壁厚应保证轴承座足够的强度，其壁面厚度不低于2mm。 11.根据权利要求6所述的轴承座结构，其特征在于，在多圈贯穿孔的轴承座结构中，为了保证轴承座强度，各层之间的壁厚不应当小于0.5mm。
说明书全文	一种可有效降低轴承腔温度的轴承座结构技术领域 [0001] 本发明涉及地面燃气轮机以及航空发动机领域，具体涉及一种可有效降低轴承腔温度的轴承座结构，采用该新型轴承座结构，可优化发动机内部轴承工作环境，改进发动机内滑油系统，改善润滑效果，降低轴承腔温度，提高发动机安全性，进而提高发动机竞争力。背景技术 [0002] 在地面燃气轮机以及航空发动机中，轴承是发动机必不可少的关键部件之一,主要对发动机其他部件起支撑作用，并承受一定的轴向力。在此过程中，对轴承进行润滑是保证轴承安全、可靠运行的最基本，也是最重要的环节。润滑油可以减少轴承的摩擦以及磨损，带走由摩擦面所产生的热量和磨损杂质并保证轴承内圈能得到充分冷却，有效减小经常出现在高速轴承内圈跑道上发生蹭伤故障的概率。 [0003] 为了提高冷却效果，包裹轴承的轴承腔中的温度显得尤为重要。过高的轴承腔温度会降低滑油的冷却效果，甚至引起滑油的结焦，给发动机的安全运行带来极大地隐患。尤其是位于发动机涡轮端的高压及低压后轴承，受到涡轮流道中高温燃气的影响，其工作环境尤为恶劣，因此尽可能地降低轴承腔的温度，对于发动机的性能至关重要。但是在以往的发动机结构中，通常的做法是将轴承腔尽可能的远离发动机的涡轮流道，或者是增加其他结构以将包裹轴承腔的轴承座进一步包围，增加传热热阻。但是这些方法，往往增加了发动机的尺寸，或者增加了零件数量，提高了发动机的成本，而且对于微小型燃气轮机或者航空发动机来说，这些方法将会受到更大的限制。为了进一步提高发动机的性能，有必要采取新的结构形式，改善轴承腔的工作环境，提高轴承冷却效果。发明内容 [0004] 针对现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种可有效降低轴承腔温度的轴承座结构，用于改进现代地面燃气轮机以及航空发动机内轴承工作环境，通过采用该新型轴承座结构，可以改善轴承腔中温度场，提高滑油冷却效果，提高发动机安全性。 [0005] 为实现该目标，本发明采用的技术方案为： [0006] 一种可有效降低轴承腔温度的轴承座结构，所述轴承座包括轴承座本体，所述轴承座本体的内壁上设置轴承，所述轴承设置在发动机旋转轴上，其特征在于，[0007] 所述轴承座还包括筒状延伸部，所述筒状延伸部与轴承座本体一体形成，且所述筒状延伸部设置在所述轴承座本体的前侧，所述筒状延伸部的前端面形成法兰连接端面；所述法兰连接端面与另一盘状轴承座的配合端面通过螺栓连接，从而基本上由所述筒状延伸部与所述轴承座本体、盘状轴承座及发动机旋转轴构成轴承腔，且所述筒状延伸部构成了所述轴承腔的外壁； [0008] 在所述筒状延伸部的环壁上沿周向设有若干贯穿整个轴承座轴向的通孔结构，所述通孔结构可在周向上至少基本包裹所述轴承腔。 [0009] 较优地，与所述筒状延伸部前端面配合的所述盘状轴承座上也对应设有通孔结构，且所述筒状延伸部与所述盘状轴承座上的通孔结构一一对应。 [0010] 较优地，所述轴承座的后端法兰面通过螺栓与发动机的过渡段机匣连接。 [0011] 采用本发明的新型轴承座结构，可在其内部的通孔结构中实现冷却气流通流，用于包裹所述轴承腔，降低轴承腔内部温度。 [0012] 较优地，所述轴承座的筒状延伸部壁厚应保证轴承座足够的强度，通常而言其壁面厚度不低于2mm。通过采用更先进的材料，或者优化发动机设计，减小轴向力，可以将轴承壁面厚度进一步降低。 [0013] 较优地，在所述轴承座的轴向通孔结构内部充满气体，相当于在轴承腔周围形成一层具有一定厚度的隔热层结构。由于气体的导热系数远低于金属的导热系数，因此可以极大地隔绝高温的涡轮部件向轴承座的热辐射或者热传导，从而有效地降低轴承腔内部的温度。 [0014] 可选择地，为了增大热阻从而进一步提高该设计的隔热效果，可以在所述通孔结构内部填充隔热棉等具有高热阻的材料。 [0015] 可选择地，为了提高该设计的冷却效果，可以通过发动机结构设计，将发动机二次空气系统中的冷却气流引入所述通孔结构中，流动的冷却气流可以带走所述轴承腔中的热量，起到明显地冷却效果。 [0016] 较优地，当所述通孔结构内部流通空气系统气流时，为了进一步提高轴承腔的冷却效果，沿所述筒状延伸部的径向可以布置多圈通孔结构。 [0017] 较优地，沿径向布置的通孔结构不少于2圈。 [0018] 较优地，各圈贯穿孔之间的排列方式可以为串列，交错排列，或者其他分布方式，其目的是通过更加优化的排列方式，使所述轴承座结构的功能效果达到最佳。 [0019] 较优地，在多圈贯穿孔的轴承座结构中，不同圈的贯穿孔可以单独进行设计，其形状及尺寸均可进行优化。 [0020] 可选择地，在多圈贯穿孔的轴承座结构中，不同圈的贯穿孔可以单独加强某一项功能效果，比如在外环的贯穿孔中填充隔热棉等高热阻材料，加强隔热效果，而在内环的贯穿孔中流通冷却气流，加强对轴承腔的换热冷却效果，依此设计可以最大限度地提高本发明轴承座的功效。 [0021] 较优地，在多圈贯穿孔的轴承座结构中，为了保证轴承座强度，通常而言各层之间的壁厚不应当小于0.5mm。通过采用更先进的材料，或者优化发动机设计，减小轴向力，可以将各层之间的壁厚进一步降低。 [0022] 可选择地，所述贯穿孔结构的截面形状可以为圆形、椭圆形、扇形或者其他形状。 [0023] 较优地，所述贯穿孔沿周向数量不小于2个。 [0024] 较优地，沿周向各贯穿孔之间，形成支撑肋结构，为了确保整个轴承座零件具有足够的强度，需要保证支撑肋具有足够的厚度。通常而言，在设计贯穿孔时，应当保证该支撑肋的厚度不小于1.5mm。通过采用更先进的材料，或者优化发动机设计，减小轴向力，可以将支撑肋的厚度进一步减小。 [0025] 较优地，所述轴承座结构与相邻配合零件之间通过螺栓连接固定，通过止口，或者销钉进行同心定位。方便零件的拆装以及后期的维护更换。 [0026] 通过采用本发明以上新型的可有效降低轴承腔温度的轴承座结构，相比传统的结构，具有以下优势：(1)有效降低轴承腔内温度，改善滑油冷却效果，提高发动机安全性；(2)由于轴承工作环境得到改善，因此可以延长轴承寿命，提高发动机可靠性；(3)虽然增加了轴承座的壁厚，但是绝大部分区域均为中空结构，因此并不会额外增加发动机重量，具有非常大的推广前景。附图说明 [0027] 图1为本发明的可有效降低轴承腔温度的轴承座结构的装配示意图； [0028] 图2为本发明的轴承座结构的三维示意图； [0029] 图3为本发明的设计有多圈贯穿孔的轴承座结构示意图。具体实施方式 [0030] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。 [0031] 如图1所示为本发明的可有效降低轴承腔温度的轴承座结构在发动机中的装配示意图。1为本发明的新型轴承座结构，2为滚棒轴承座。通过螺栓3将两个轴承座结构1、2固定连接在一起。滚棒轴承座2内设置滚棒轴承4，轴承座1内设置滚珠轴承5，滚珠轴承5设置在发动机旋转轴6上。由轴承座1、滚棒轴承座2、滚棒轴承4、滚珠轴承5、发动机旋转轴6共同组成轴承腔7。8为过渡段机匣，通过螺栓结构9，可以将轴承座1与过渡段机匣8进行连接。在发动机运行过程中，轴承腔7中充满着液态滑油以及滑油油雾。这些滑油经过润滑轴承以及冷却滑油后，温度相对较高。此外如图中虚线箭头所示为流道中的高温气体，其温度可达到800℃以上。在其高温热辐射作用下，整个涡轮端部件的温度较高。轴承座1、2在其作用下温度升高，导致轴承腔7内的温度也有所升高。在这种情况下，为了保证轴承4、5的有效润滑，防止滑油结焦，不得不增大滑油流量。 [0032] 为了解决这个问题，一个非常有效的措施便是降低轴承腔内的温度，改善轴承的工作环境。为此采用本发明中新型轴承座结构，如图2所示，轴承座1包括筒状延伸部，所述筒状延伸部与轴承座本体一体形成，筒状延伸部设置在轴承座本体的前侧，筒状延伸部的前端面形成法兰连接端面；法兰连接端面与盘状轴承座2的配合端面通过螺栓3连接，从而基本上由轴承座1的筒状延伸部构成轴承腔7的外壁。在轴承座1上设计有贯穿整个轴承座的通孔101，如图1中轴承座上的虚线所示，该通孔101横贯整个轴承座1，因而可以将轴承腔7包裹。由于空气的导热系数远低于金属的导热系数，因而可以起到良好的隔热作用。而这种隔热效果还可以通过在轴承座1上的贯穿孔101中填充隔热棉等材料进一步加强。 [0033] 为了改善本发明轴承座结构上贯穿孔101的换热效果，可以通过发动机结构及系统设计，例如可以在盘状轴承座上也对应设有通孔结构，且与轴承座1的通孔结构101一一对应，将空气系统中的冷却气流引入轴承座1上的贯穿孔101中，如图1中的虚线箭头所示。通过改变冷却气流的流量大小，可以对轴承座的换热效果进行调节。 [0034] 通过设计在轴承座安装边上的螺栓孔102，利用螺栓3、9可以将轴承座与相邻零件滚棒轴承座2与过渡段机匣8进行固定连接。借助销钉或者止口结构，可以实现各零件之间的同心定位。 [0035] 沿径向布置多环贯穿孔可以进一步增强本发明新型轴承座结构的效果，如图3所示，该实施例中，轴承座1上设计有两环贯穿孔。为了确保轴承座的强度，需要保证贯穿孔之间的支撑肋的厚度103，以及贯穿孔之间的间隔层壁厚104。多环贯穿孔之间可以采取不同的排列分布方式；此外，各贯穿孔之间可以加强不同的功能效果，譬如在内环贯穿孔中流通冷却气流，在外环贯穿孔中填充隔热棉等材料。贯穿孔的数量可以根据发动机的实际需要进行调整优化。 [0036] 此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。