一种小型涡喷发动机转子总成结构[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 210768928 U(45)授权公告日 2020.06.16

(21)申请号 201921845218.1(22)申请日 2019.10.30

(73)专利权人 重庆江增船舶重工有限公司

地址 402263 重庆市江津区德感工业园二

期C幢1-14号(72)发明人 何福勇　李安茂　吴勇　姚胜　(74)专利代理机构 重庆蕴博君晟知识产权代理

事务所(普通合伙) 50223

代理人 王玉芝(51)Int.Cl.

F01D 5/04(2006.01)F01D 25/16(2006.01)F01D 11/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(54)实用新型名称

一种小型涡喷发动机转子总成结构

(57)摘要

本实用新型公开了一种小型涡喷发动机转子总成结构，包括涡轮、与涡轮一体成型的涡轮轴、叶轮轴和套设在叶轮轴上的压气叶轮，压气叶轮通过转子螺母压紧在叶轮轴上，叶轮轴远离压气叶轮的一端沿轴向设置有锥形孔和螺纹孔，叶轮轴内套设有主轴，主轴包括置于叶轮轴内的锥形段和螺纹段，与叶轮轴通过锥形孔锥度配合并通过螺纹孔螺纹连接，还包括置于叶轮轴外的阶梯圆柱段，主轴通过阶梯圆柱段与涡轮轴焊接连为一体，主轴螺纹段、转子螺母的螺纹旋向均与涡轮工作旋向相反。本结构具有重复拆装一致性高、对中性好，装配便捷的优点；同时由于采用迷宫密封结构，能有效隔绝燃气向涡端滚动轴承的窜动，大幅度减小燃气对轴承的传热。

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权　利　要　求　书

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1.一种小型涡喷发动机转子总成结构，包括涡轮、与涡轮一体成型的涡轮轴、叶轮轴和套设在叶轮轴上的压气叶轮，所述压气叶轮通过转子螺母压紧在叶轮轴上，其特征在于：所述叶轮轴远离压气叶轮的一端沿轴向设置有锥形孔和螺纹孔，所述叶轮轴内套设有主轴，所述主轴包括置于叶轮轴内的锥形段和螺纹段，与叶轮轴通过锥形孔锥度配合并通过螺纹孔螺纹连接，还包括置于叶轮轴外的阶梯圆柱段，所述主轴通过阶梯圆柱段与涡轮轴焊接连为一体，所述主轴螺纹段、转子螺母的螺纹旋向均与涡轮工作旋向相反。

2.根据权利要求1所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构，其特征在于：所述涡轮为镍基高温合金铸造的径流式涡轮，所述叶轮轴与主轴锥度配合的锥度为1:20。

3.根据权利要求2所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构，其特征在于：所述主轴阶梯圆柱段的小径段上还套设有涡端滚动轴承和密封圈，所述密封圈的一端与主轴阶梯圆柱段的a端面贴合，涡端滚动轴承与密封圈的另一端面贴合。

4.根据权利要求2所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构，其特征在于：所述叶轮轴的b端面与压气叶轮的大端端面之间还套设有压端滚动轴承和传动套，所述压端滚动轴承内圈与叶轮轴b端面贴合，传动套与压端滚动轴承贴合，所述传动套与叶轮轴通过键连接，对传动套周向限位并传递扭矩，所述传动套上设有圆柱销，所述圆柱销插入压气叶轮大端上的轮背座孔，对压气叶轮周向限位并传递扭矩。

5.根据权利要求2所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构，其特征在于：所述转子螺母的拧紧力矩小于叶轮轴与主轴的螺纹拧紧力矩。

6.根据权利要求3所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构，其特征在于：所述转子螺母拧紧叶轮轴后，叶轮轴的c端面与涡端滚动轴承之间形成0.15±0.05mm间隙。

7.根据权利要求3所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构，其特征在于：所述密封圈设有两个环槽，与发动机壳体形成迷宫密封，所述涡端滚动轴承采用角接触球轴承。

8.根据权利要求4所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构，其特征在于：所述压端滚动轴承采用角接触球轴承。

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一种小型涡喷发动机转子总成结构

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技术领域

[0001]本实用新型涉及小型涡喷发动机技术领域，具体为一种采用径流式涡轮、油润滑滚动轴承系统的小型涡喷发动机转子总成结构。

背景技术

[0002]小型涡喷发动机(200公斤推力以下)是推进动力/能源系统研究的新兴领域，具有尺寸小、重量轻、能量密度高、推重比大的优点，被广泛应用于中小型无人机、靶机，同时也可用作战术巡航导弹动力。

[0003]根据小型发动机结构及尺寸要求，目前国际上主流的小型、微型涡喷发动机在压气机端均采用离心压气机，轴承系统采用油润滑滚动轴承系统，而涡轮常用的有单级轴流式涡轮、径流式涡轮。

[0004]单级轴流式涡轮气体流动方向平行于涡轮轴线，在结构上采用整体涡轮盘，涡轮盘中心设计通孔，通过螺母固定在主轴上，具有结构简单，低惯性，抗外来物损坏较好，缺点是压比受限制，间隙敏感型高，目前在小型、微型涡喷发动机上采用单级轴流式涡轮较多。[0005]径流式涡轮相比单级轴流式涡轮，在小流量范围内具有压比高、效率高、低成本、结构紧凑的优势，但径流式涡轮用于小型涡喷发动机时，在结构设计上主要有以下难点：1、由于径流式涡轮不能像轴流涡轮一样安装在主轴端并通过螺母固定，存在涡轮转子与主轴、叶轮轴连接的设计问题；2、涡喷发动机在高温高速运转下，燃气由涡轮向轴承传热较大，使安装在主轴上的轴承温度较高，影响轴承的使用寿命。实用新型内容

[0006]针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种小型涡喷发动机转子总成结构，通过在涡轮和压气叶轮之间设置主轴，将主轴与涡轮连接为一体并与叶轮轴采用锥度配合、螺纹连接方式，使转子总成具有重复拆装一致性高、对中性好，装配便捷的优点；同时由于采用迷宫密封结构，能有效隔绝燃气向涡端滚动轴承的窜动，大幅度减小燃气对轴承的传热。

[0007]本实用新型所述的一种小型涡喷发动机转子总成结构，包括涡轮、与涡轮一体成型的涡轮轴、叶轮轴和套设在叶轮轴上的压气叶轮，所述压气叶轮通过转子螺母压紧在叶轮轴上，所述叶轮轴远离压气叶轮的一端沿轴向设置有锥形孔和螺纹孔，所述叶轮轴内套设有主轴，所述主轴包括置于叶轮轴内的锥形段和螺纹段，与叶轮轴通过锥形孔锥度配合并通过螺纹孔螺纹连接，还包括置于叶轮轴外的阶梯圆柱段，所述主轴通过阶梯圆柱段与涡轮轴焊接连为一体，所述主轴螺纹段、转子螺母的螺纹旋向均与涡轮工作旋向相反。[0008]进一步的，所述涡轮为镍基高温合金铸造的径流式涡轮，所述叶轮轴与主轴锥度配合的锥度为1:20。采用锥度配合可提高装配精度，保证重复拆装后的一致性及对中性。[0009]进一步的，所述主轴阶梯圆柱段的小径段上还套设有涡端滚动轴承和密封圈，所述密封圈的一端与主轴阶梯圆柱段的a端面贴合，涡端滚动轴承与密封圈的另一端面贴合。

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进一步的，所述叶轮轴的b端面与压气叶轮的大端端面之间还套设有压端滚动轴

承和传动套，所述压端滚动轴承内圈与叶轮轴b端面贴合，传动套与压端滚动轴承贴合，所述传动套与叶轮轴通过键连接，对传动套周向限位并传递扭矩，所述传动套上设有圆柱销，所述圆柱销插入压气叶轮大端上的轮背座孔，对压气叶轮周向限位并传递扭矩。保证压端滚动轴承内圈被压紧，不会产生轴向位移。[0011]进一步的，所述转子螺母的拧紧力矩小于叶轮轴与主轴的螺纹拧紧力矩。保证在拧紧转子螺母时叶轮轴与主轴不会发生再次转动，影响动平衡精度及主轴轴向装配尺寸。[0012]进一步的，所述转子螺母拧紧叶轮轴后，叶轮轴的c端面与涡端滚动轴承之间形成0.15±0.05mm间隙。防止叶轮轴与涡端滚动轴承端面干涉，导致主轴与叶轮轴装配时锥度不能贴合，从而引起失效。[0013]进一步的，所述密封圈设有两个环槽，与发动机壳体形成迷宫密封，所述涡端滚动轴承采用角接触球轴承。密封圈隔绝燃气向涡端滚动轴承的窜动，大幅度减小燃气对轴承的传热。

[0014]进一步的，所述压端滚动轴承采用角接触球轴承。[0015]本实用新型的有益效果：[0016]1、通过在涡轮轴与叶轮轴之间设置主轴，并将主轴与涡轮轴摩擦焊接成一体，主轴设置为螺纹段、锥形段和阶梯圆柱段，叶轮轴内设置螺纹孔和锥形孔，使主轴与叶轮轴采用锥度配合、螺纹连接，锥度配合可提高主轴与叶轮轴的装配精度，保证重复拆装后的一致性及对中性，将螺纹连接的旋向设置为与涡轮工作旋向相反，保证高速运转时，螺纹连接不会松动。[0017]2、在叶轮轴c端面与涡端滚动轴承之间设计0.15±0.05mm的间隙，能保证主轴与叶轮轴锥度配合时贴合紧密、螺纹连接可靠，避免了叶轮轴与涡端滚动轴承之间发生干涉时对锥度配合的影响。[0018]3、密封圈设计两个环槽，与发动机壳体形成迷宫密封，隔绝燃气向涡端滚动轴承的窜动，大幅度减小燃气对轴承的传热。附图说明

[0019]图1为本实用新型的结构示意图；[0020]图2为图1中I处的局部放大图；[0021]附图中：[0022]1-涡轮，101-涡轮轴，2-叶轮轴，21-锥形孔，22-螺纹孔，[0023]3-压气叶轮，4-转子螺母，5-主轴，51-锥形段，52-螺纹段，53-阶梯圆柱段，6-涡端滚动轴承，7-密封圈，71-环槽，8-压端滚动轴承，9-传动套，[0024]10-键，11-圆柱销。具体实施方式

[0025]下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。[0026]如图1至图2所示，一种小型涡喷发动机转子总成结构，包括涡轮1、与涡轮1一体成型的涡轮轴101、叶轮轴2和套设在叶轮轴上的压气叶轮3，所述压气叶轮3通过转子螺母4压

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紧在叶轮轴2上，在叶轮轴2远离压气叶轮3的一端中心处沿轴向设置有锥形孔21和螺纹孔22，所述叶轮轴2内套设有主轴5，所述主轴5包括置于叶轮轴2内的锥形段51和螺纹段52，与叶轮轴2通过锥形孔21锥度配合并通过螺纹孔22螺纹连接，还包括置于叶轮轴2外的阶梯圆柱段53，所述主轴5通过阶梯圆柱段53与涡轮轴101摩擦焊接连为一体，所述主轴螺纹段52、转子螺母的螺纹旋向均与涡轮1工作旋向相反，保证高速转动的工作状态下，螺纹连接不松动。

[0027]在本实用新型中，所述涡轮1采用镍基高温合金铸造的径流式涡轮，所述叶轮轴2与主轴5锥度配合的锥度设计为1:20，采用锥度配合可提高装配精度，保证重复拆装后的一致性及对中性。

[0028]在本实用新型中，所述主轴阶梯圆柱段53的小径段上套设有涡端滚动轴承6和密封圈7，所述密封圈7的一端与主轴阶梯圆柱段53的a端面贴合，涡端滚动轴承6与密封圈7的另一端面贴合，当转子螺母4拧紧叶轮轴2后，叶轮轴2的c端面与涡端滚动轴承6之设计0.15±0.05mm的间隙，防止叶轮轴2与涡端滚动轴承6端面干涉，导致主轴5与叶轮轴2装配时锥度不能贴合，从而引起转子总成结构失效，密封圈7设有两个环槽71，与发动机壳体形成迷宫密封，能够隔绝燃气向涡端滚动轴承6的窜动，大幅度减小燃气对轴承的传热。[0029]在本实用新型中，所述叶轮轴2的b端面与压气叶轮3的大端端面之间套设有压端滚动轴承8和传动套9，所述压端滚动轴承8内圈与叶轮轴2的b端面贴合，保证压端滚动轴承8内圈被压紧，不会产生轴向位移,传动套9与压端滚动轴承8贴合，所述传动套9与叶轮轴2通过键10连接，对传动套9周向限位并传递扭矩，压气叶轮3与传动套9贴合,所述传动套9上设有四根圆柱销11，圆柱销11插入压气叶轮3大端上的轮背座孔，对压气叶轮3周向限位并传递扭矩,

[0030]在本实用新型中，转子螺母4与叶轮轴2通过螺纹连接，压紧压气叶轮3小端面，转子螺母4螺纹旋向与涡轮工作旋向相反，保证工作状态下，螺纹不会松动，同时由于转子螺母的螺纹旋向与叶轮轴2和主轴5螺纹连接的旋向一致，所以转子螺母4的拧紧力矩设计为低于叶轮轴2与主轴5螺纹连接的拧紧力矩，保证在拧紧转子螺母4时叶轮轴2与主轴5不会发生再次转动，影响动平衡精度及主轴轴向装配尺寸。[0031]本实用新型中，涡端滚动轴承和压端滚动轴承均采用角接触球轴承。[0032]本实用新型的转子总成结构特别适用于采用径流式涡轮、油润滑滚动轴承系统的小型涡喷发动机，且不仅仅限于小型涡喷发动机，在采用同样轴承系统及气动系统的增压器上也同样适用。

[0033]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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