涡轮后支承轴承座、冷却方法及涡轮风扇发动机技术

本发明专利技术公开了一种涡轮后支承轴承座、冷却方法及涡轮风扇发动机。涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，包括外涵机匣、主流道机匣、排气机匣以及轴承座，外涵机匣与主流道机匣之间构成外涵道，主流道机匣与排气机匣之间构成内涵道，排气机匣内构成轴承腔，轴承座的外壁面上设有用于将外涵道中的外涵冷流体引向轴承座进行热交换以冷却轴承座的承力支板。通过承力支板不仅起到了支承流体通道的作用，还起到提供流体冷却回路以冷却后支承轴承座的作用，同时还对滑油的进油管路和回油管路进行了冷却保护，从而提高整机的结构性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涡轮风扇发动机轴承冷却领域，特别地，涉及一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座。此外，本专利技术还涉及一种包括上述涡轮后支承轴承座的涡轮风扇发动机及上述涡轮后支承轴承座的冷却方法。
技术介绍
对于双(三)转子的燃气涡轮发动机，特别是涡轮风扇发动机中，其低压涡轮广泛采用后支承的结构方案。低压涡轮转子的后轴承就安装于后支承机匣内部的轴承座上。由于航空轴承在高速旋转过程中会产生大量的摩擦热，又由于燃气涡轮发动机的特点，整个轴承腔都被环形的燃气通道所包围，而燃气通道内的高温燃气温度通常可达到600?800°C，这些热量也会通过热传导、热辐射等方式向轴承腔传递，导致航空轴承的工作环境温度较高。因此，涡轮后的轴承工作环境是十分恶劣的，这就需要向其进行喷射大量的滑油进行润滑并带走热量。然而受使用环境的限制，航空燃气涡轮发动机通常采用自带的滑油箱进行内部循环冷却，其供油能力是有限的，仅仅依靠滑油系统自身完成后轴承的冷却是十分困难的。因此对轴承腔进行隔热保护以减少高温燃气向轴承腔的热传递就成为航空燃气涡轮发动机必不可少的一种措施。为了达到阻隔高温燃气向轴承腔进行热传递，通常采取的方法是:在燃气通道与轴承座之间增加隔热垫以增加热阻；在燃气通道与轴承座之间通冷却空气以带走热量。冷却空气通常利用外部管路从前方压气机引取，通过涡轮后支承机匣的空心支板穿过燃气通道后包围轴承座外部，再从涡轮后排出。上述冷却轴承座的方案中，由于是从压气机级间引气，其压缩比较高，用这部分气体进行冷却，会导致整机的性能的下降；而且压缩比越大的冷却气，其温度也越高，冷却效果也不好。由于是通过外部管路引气，因此虽然后支承有多个支板(通常根据发动机尺寸大小和结构需要，6?20个或更多)，但是无法做到向每个支板均匀通冷气，因为那样势必要极大的增加结构复杂性，导致零件数量和重量的增加。因此引气通常只是一、二个支板通冷却气，这样包围轴承座的冷却气是不均匀的，进一步造成冷却效率的下降。
技术实现思路
本专利技术提供了一种涡轮后支承轴承座、冷却方法及涡轮风扇发动机，以解决现有低压涡轮转子的后轴承冷却方法，由于从压气机引气进行轴承座的冷却，容易导致整机的性能下降，而且冷却效果差；通过外部管路的方式引气进行轴承座的冷却，结构复杂，而且容易造成整机自重增加，而过少的外部管路进气容易造成冷却气不均匀，冷却效率低的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，包括外涵机匣、主流道机匣、排气机匣以及轴承座，外涵机匣与主流道机匣之间构成外涵道，主流道机匣与排气机匣之间构成内涵道，排气机匣内构成轴承腔，轴承座的外壁面上设有用于将外涵道中的外涵冷流体引向轴承座进行热交换以冷却轴承座的承力支板。进一步地，承力支板的一端固接在轴承座的外壁面上，承力支板另一端穿过主流道机匣和排气机匣固接在外涵机匣的壁体上。进一步地，承力支板沿轴承座径向布置；或者承力支板沿轴承座外圆周的切线方向布置；或者承力支板呈螺旋状布置。进一步地，承力支板设有多块，多块承力支板沿轴承座的周向和/或轴向等间距排布。进一步地，承力支板内设有贯通的流体腔，承力支板处于外涵道的部位开设有用于将外涵道的外涵冷流体引入流体腔的引气孔，承力支板处于主流道机匣与轴承座之间的部位上开设有用于将流体腔内的外涵冷流体引出并用于冷却轴承座的出气口。进一步地，主流道机匣和排气机匣上均开设有用于使轴承座周围的流体流向外涵道内的流体通道，外涵道、内涵道和轴承腔通过流体通道连通，外涵道与轴承座之间构成用于冷却轴承座的流体循环回路。进一步地，排气机匣的排气尾锥开设有用于将轴承座附近的热流体排放至主流道的中心孔。进一步地，引气孔和/或出气口采用圆孔、椭圆孔、十字孔、腰型孔或者三角孔。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的冷却方法，包括以下步骤:承力支板在外涵机匣和主流道机匣之间的部位的前缘上开设有引气孔，同时承力支板在主流道机匣和轴承座之间的部位的前缘上开设有出气口，外涵道内的冷却空气从引气孔进入承力支板的流体腔并通过出气口进入主流道机匣与轴承座之间的轴承腔，以实现对轴承座的冷却；冷却空气与轴承座实现热交换而转变为热空气，热空气通过循环流道排入外涵道和/或通过排气流道排入主流道。进一步地，热空气分为两路，第一路热空气经承力支板与外涵机匣和主流道机匣之间的空腔流动，而排出到外涵道，第二路热空气从排气机匣尾端的排气尾锥后部的中心孔排入主流道；每一块承力支板上均开设有引气孔和出气口。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种涡轮风扇发动机，其包括上述涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座。本专利技术具有以下有益效果:涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，通过承力支板将外涵道内的冷空气流引入到轴承座所在的轴承腔内，利用冷空气流于轴承座进行热交换带走轴承座的热量，从而实现对轴承座的降温；外涵空气压比低，温度也较低，冷却效率高，同时引气压力低对整机性能影响也更小；每一块支板均可引气，冷却空气分布更加均匀；取消了外部引气管路，简化了结构，减少了零件，减轻了重量，提高了结构可靠性；常规方法由于结构空间限制，冷却空气和滑油管路必须从不同支板经过，而通过本专利技术后支承轴承座的结构改进，冷却气从承力支板经过时，同时也对滑油的进油管路、回油管路进行了冷却保护。承力支板不仅起到了支承流体通道的作用，还起到提供流体冷却回路以冷却后支承轴承座的作用，同时还对滑油的进油管路和回油管路进行了冷却保护，从而提高整机的结构性能。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。【附图说明】构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中:图1是本专利技术优选实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的流体流向示意图。图例说明:1、外涵机匣；2、主流道机匣；3、排气机匣；4、轴承座；5、承力支板；6、引气孔；7、出气口 ；8、中心孔。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由所限定和覆盖的多种不同方式实施。图1是本专利技术优选实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座的流体流向示意图。如图1所示，本实施例的涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，包括外涵机匣1、主流道机匣2、排气机匣3以及轴承座4，外涵机匣I与主流道机匣2之间构成外涵道，主流道机匣2与排气机匣3之间构成内涵道，排气机匣3内构成轴承腔，轴承座4的外壁面上设有用于将外涵道中的外涵冷流体引向轴承座4进行热交换以冷却轴承座4的承力支板5。涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，通过承力支板5将外涵道内的冷空气流引入到轴承座4所在的轴承腔内，利用冷空气流于轴承座4进行热交换带走轴承座4的热量，从而实现对轴承座4的降温；外涵空气压比低，温度也较低，冷却效率高，同时引气压力低对整机性能影响也更小；每一块支板均可引气，冷却空气分布更加均匀；取消了外部引气管路，简化了结构，减少了零件，减轻了重量，提高了结构可靠性；常规本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮风扇发动机涡轮后支承轴承座，包括外涵机匣(1)、主流道机匣(2)、排气机匣(3)以及轴承座(4)，所述外涵机匣(1)与所述主流道机匣(2)之间构成外涵道，所述主流道机匣(2)与所述排气机匣(3)之间构成内涵道，所述排气机匣(3)内构成轴承腔，其特征在于，所述轴承座(4)的外壁面上设有用于将外涵道中的外涵冷流体引向所述轴承座(4)进行热交换以冷却所述轴承座(4)的承力支板(5)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶冶科，陈竞炜，李鑫，付晟，白忠恺，叶炜，
申请(专利权)人：中国航空动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南;43