一種應用于發動機高溫側軸承腔內的調整墊結構的制作方法

本發明涉及一種用于地面燃氣輪機、航空發動機等領域的高溫側軸承腔內的調整墊結構。利用該調整墊結構端面的各類凹態齒形結構，可以實現高溫側軸承腔內滑油的冷態啟動供給以及軸承內環跑道的低溫控制。

背景技術：

高速旋轉軸承的軸承腔冷態滑油預供給以及軸承內環跑道溫度控制是地面燃氣輪機、航空發動機領域有重要意義的兩個工程性問題。

在燃氣輪機、航空發動機結構設計中，旋轉部件的軸向和徑向間隙是依靠壓緊在旋轉軸上的各類調整墊結構實現的，這是一個低成本、高效的傳統設計方案。但考慮到壓緊力的存在，傳統調整墊結構在熱端部件中的使用，并不能降低調整墊端面傳遞的熱量。因此調整墊一側的軸承跑道內環不可避免地受高溫部件熱傳導的影響。這種高溫的熱傳導效應，將會導致軸承跑道內環溫度上升，惡化軸承的工作條件。同時，溫度的上升將會導致軸承冷態裝配時的內環過盈量選取、軸承徑向油隙的選取難度增大。因此，如何解決軸承內環工作溫度過高的問題是影響發動機安全性和壽命的一個重要技術問題。

此外，地面燃氣輪機、航空發動機在地面冷態啟動時，軸承腔往往處于一個“干油池”的狀態，考慮到滑油箱內滑油向軸承腔內軸承供給滑油的延遲滯后現象，如何保證機器啟動狀態時滑油的預供給也是一個突出的難點技術性問題。另外，當發動機遇到緊急停車，附件箱滑油供給系統會緊急停止，此時，也需要軸承腔內設計有相關的兜油結構，實現對軸承進行補充潤滑、冷卻，保證停車過程中的軸承安全、可靠運轉。這些要求均在相關的國軍標或者行業使用規范中進行了規定。因此，有效實現軸承腔內滑油的預供給，也是影響燃氣輪機、航空發動機可靠性進一步提升的關鍵。

技術實現要素：

針對現有技術的上述缺點和不足，本發明旨在提供一種應用于發動機高溫側軸承腔內的調整墊結構，用以實現發動機高溫側軸承腔內滑油的冷態啟動供給以及軸承內環跑道的低溫控制。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案為：

一種應用于發動機高溫側軸承腔內的調整墊結構，所述發動機高溫側軸承腔內設置有套設在渦輪軸上的軸承、調整墊和封嚴蓖齒環，所述調整墊的一個端面抵接封嚴蓖齒環，另一個端面抵接封軸承跑道內環，所述調整墊通過其內環圓柱面過盈配合在所述渦輪軸上并實現傳扭，所述封嚴蓖齒環的內側為熱端渦輪轉動部件，其特征在于，至少在所述調整墊的、與軸承跑道內環相抵接的一個端面上設置有多個齒形凹槽，所述齒形凹槽的深度至少需保證所述調整墊端面熱阻的提高，以及發動機停車后在所述齒形凹槽內能夠積存液態滑油，發動機冷態啟動瞬間軸承用滑油的供給。

進一步地，在所述調整墊的端面上沿周向均勻布置。

進一步地，各所述齒形凹槽的齒形相同或不相同。

進一步地，所述調整墊的兩個端面上均設置有齒形凹槽。

進一步地，各所述齒形凹槽的凹態齒形為圓弧齒形、三角齒形或者矩形凹齒中的一種或者幾種方式的組合。主要目標為保證減少與對象件的接觸面積以降低熱傳導、積攢滑油以用于發動機/燃氣輪機冷態啟動。

進一步地，各所述齒形凹槽的深度、寬度通過預供給滑油的要求以及熱傳導熱量降低的要求進行選擇。

進一步地，所述調整墊應當具有一定的徑向厚度和軸向寬度，保證在旋轉軸端頭的螺母擰緊力矩的作用下不發生有害的零件變形。相比傳統的調整墊，此類調整墊應當具有較大的軸向寬度，以保證各型凹齒狀齒形的加工。

優選地，所述調整墊選取具有磁性的材料，保證端面可以采用平面磨床進行加工。在加工工藝中要關注對零件端面平面度以及端面粗糙度的控制。

優選地，所述調整墊的內環圓柱面采用內圓磨的方式進行加工，保證內孔與對象件的過盈配合。調整墊的傳扭通過位于旋轉軸端頭的擰緊螺母所施加的擰緊力矩最終實現。

進一步地，所述發動機為燃氣輪機或航空發動機。

本發明的應用于發動機高溫側軸承腔內的調整墊結構，其端面齒形凹槽的結構形式，可以保證在發動機停車后，齒形凹槽內可以積累一定的液態滑油，液態滑油的留存可以保證發動機冷態啟動瞬間軸承用滑油的供給。這在發動機高原低溫起飛或高溫起飛狀態下極為有利，以為在低溫環境下，滑油管路容易凍結；而在高溫環境下滑油粘性顯著增加，這些因素均會造成發動機啟動時滑油不能瞬間實現可靠地供給。

與傳統的調整墊結構相比，本發明的應用于發動機高溫側軸承腔內的調整墊結構具有結構簡單、加工成本低以及功能全面的優點，可以實現降低高溫零件導熱并提供發動機冷態啟動所需滑油的雙重功效，能夠更為有效地控制軸承內環的溫度并滿足發動機冷態啟動狀態的軸承滑油供給。

本發明的調整墊結構，可廣泛應用于地面燃氣輪機、航空發動機等領域，能夠降低高溫旋轉部件向軸承腔內軸承跑道內環導熱。通過使用該結構，可以有效降低高溫零件向軸承跑道內環的導熱，保證軸承跑道內環的低溫狀態,減少工作時冷卻用滑油的消耗；同時可以減小軸承跑道內環冷態裝配時與對象件的過盈量，避免軸承跑道內環與對象件零件分解時的擦傷風險。這對于追求進一步降低滑油消耗量的高性能地面燃氣輪機或者航空發動機具有重要的工程應用意義。

附圖說明

圖1為本發明應用于發動機高溫側軸承腔內的調整墊結構位置示意圖。

圖2為本發明的一種圓弧齒形凹齒調整墊結構示意圖。

圖3為本發明的一種矩形凹齒調整墊結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖與具體實施方式對本發明做進一步的詳細說明。需要說明的是，以下實施例是對本發明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。

如圖1所示，本實施例是在航空發動機高壓后支點軸承腔中使用本發明的調整墊結構的設計方案。在該實施例中，發動機高溫側軸承腔內設置有套設在高壓渦輪軸1上的高壓后支點棒軸承8、調整墊6和封嚴蓖齒環5，高壓后支點棒軸承8進一步設置在軸承座9內，軸承座9上配套設置供油噴嘴組件，調整墊6的一個端面抵接封嚴蓖齒環5，另一個端面抵接封高壓后支點棒軸承8的高壓軸系后支點軸承跑道內環7，調整墊6通過其內環圓柱面過盈配合在高壓渦輪軸1上并實現傳扭，封嚴蓖齒環5的內側為高壓渦輪盤2，高壓渦輪盤2上設置有通過榫頭/榫齒結構及葉片鎖片3固定的高壓渦輪葉片4，高壓軸系后支點軸承跑道內環7的另一側依次設置鎖片10、壓緊螺母11和擰緊螺母12。在高壓渦輪葉片4和高壓渦輪盤2的榫頭/榫齒位置處接觸熱阻的作用下，主流通道內高溫燃氣的溫度通過高壓渦輪葉片4向高壓渦輪盤2傳遞。并通過各類零件端面的接觸導熱依次通過封嚴蓖齒環5、調整墊6最終傳遞到發動機高溫側軸承腔內的軸承跑道內環7。至少在調整墊6的與軸承跑道內環7相抵接的一個端面上設置有多個沿周向均勻布置的齒形凹槽61，各齒形凹槽61的齒形可以相同或不相同，優選地，調整墊6的兩個端面均設置齒形凹槽61，齒形凹槽61的深度至少需保證調整墊端面熱阻的提高，以及發動機停車后在所述齒形凹槽61內能夠積存液態滑油，發動機冷態啟動瞬間軸承用滑油的供給。調整墊6的端面齒形凹槽61的主要功能為，一是利用調整墊兩端凹齒和圓弧齒等各類齒形的凹態形狀，減少其與兩端零件的端面接觸面積，從而降低高溫熱端旋轉部件向軸承內環跑道的導熱量，進而降低軸承跑道的溫度；二是利用調整墊兩端的各類凹態齒形，在發動機或燃氣輪機停車過程中，在凹態齒形內積攢一定的滑油。所積攢的滑油在機器冷運轉啟動時會及時供給其所處軸承腔內的軸承使用，消除由于滑油管路凍結、滑油管路過長而造成的滑油延遲供給現象，保證滑油的及時供給。即，保證軸承腔所在油池處于一種“濕油池”的狀態。

位于調整墊6端面的齒形凹槽61可以有效減小調整墊6與對象件的端面接觸面積，進而有效降低從高壓渦輪盤2通過封嚴蓖齒環5端面向調整墊6以及軸承跑道內環7的熱傳導。當燃氣輪機、航空發動機地面停車時，一部分滑油被積攢在、調整墊結構6的端面凹齒內，當燃氣輪機、航空發動機再一次冷態啟動時，這些積攢的滑油會在離心力作用下向外甩動。通過各類齒形的設計和齒型參數的優化，滑油的“拋甩”方向會得到優化，使得這股被“拋甩”的滑油會向軸承側運動，從而最終實現軸承腔內軸承的預潤滑，避免軸承啟動時的干式摩擦，延長軸承的壽命。

調整墊端面齒形凹槽61的齒形可設計為如圖2所示的圓弧齒形，也可以設計為如圖3所示的矩形凹齒，或者是三角齒形或其他的齒形，可以是這些齒形的任何一種方式或者幾種方式的組合。通過端面齒型布置方案優化組合，達到最優的零件接觸熱阻降低以及滑油預供給的結構設計效果。最終實現軸承跑道內環的低溫工作條件以及機器冷態啟動時的滑油預供給。

齒形凹槽61的深度、寬度通過預供給滑油的要求以及熱傳導熱量降低的要求進行選擇。調整墊6應當具有一定的徑向厚度和軸向寬度，保證在旋轉軸端頭的螺母擰緊力矩的作用下不發生有害的變形。相比傳統的調整墊，此類調整墊應當具有較大的軸向寬度，以保證各型凹齒狀齒形的加工。優選地，調整墊6選取具有磁性的材料，保證端面可以采用平面磨床進行加工。在加工工藝中要關注對零件端面平面度以及端面粗糙度的控制。調整墊6的內環圓柱面采用內圓磨的方式進行加工，保證內孔與對象件的過盈配合。調整墊的傳扭通過位于旋轉軸端頭的擰緊螺母所施加的擰緊力矩最終實現。

此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發明專利的保護范圍內。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發明的結構或者超越本權利要求書所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。