CN101041385B - 航空涡轮发动机进气道锥体除冰系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空涡轮发动机进气道锥体(4)除冰系统(2)，其包括装在涡轮发动机进气道锥体上的空气扩散装置(18)，以便将热空气输送到进气道锥体。根据本发明，它还包括从涡轮发动机至少一个轴承外圈上排除增压空气的管路(20)，该管路与空气扩散装置相联通，从而能够向空气扩散装置提供热空气。

Description

航空涡轮发动机进气道锥体除冰系统 

技术领域

本发明总的来说涉及一种航空涡轮发动机，例如涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机，的进气道锥体除冰系统。 

本发明还涉及一种装有这种进气道锥体除冰系统的涡轮发动机，同时也涉及一种航空涡轮发动机进气道锥体除冰的方法。 

背景技术

已有技术披露了一种用于涡轮发动机进气道锥体除冰的系统，这种系统在设计上一般都依赖于来自高压压气机中段或出口的专门引气，因为这些位置的空气都非常热，足以能够随后进行进气道锥体的除冰。在这方面，人们注意到这种引气通常不能在低压压气机的出口处进行，这是因为涡轮发动机这部分的空气能量很低。 

除冰系统就不得不使用一些专门用于引气的部件，例如管道、一个或多个密封装置，或者使用若干调节除冰气流流速的阀门。 

为了能够去除进气道锥体上的冰而专门增加这些部件，这无疑极大地提高了生产成本，增加了重量。 

此外，需要强调的是，从高压压气机中段或出口处引出的专门空气都会对涡轮发动机的总体性能带来一定的影响。 

发明内容

为此，本发明的一个目的就是提出一种航空发动机进气道锥体除冰系统，该系统可以解决上述与已有技术实施例有关的问题。 

为了实现这个目的，本发明的一个目的就是提供一种航空发动机进气道锥体除冰系统，其包括空气扩散设备，可装备在涡轮发动机的进气道锥体上，以便向其输送热空气。根据本发明，这项设备还包括管路，该管路用来从涡轮发动机的至少一个轴承外圈排除增压空气，该管路与空气扩散装置相联通，以便能够向后者提供热空气。 

此外，本发明的另一个目的是一种航空发动机，其包括类似于此处所提出的除冰系统。 

另外，本发明的另一个目的是涉及一种航空涡轮发动机进气道锥体除冰方法。按照这种方法，为了向装在涡轮发动机进气道锥体上的空气扩散装置提供热空气，需要利用来自所述排除增压空气的管路中的热空气，而该管路排除的增压空气来自涡轮发动机的至少一个轴承外圈。 

因此，本发明的特性就在于涡轮发动机轴承外圈增压用的空气的再循环，因为来自轴承外圈的这部分无油热空气现在又用于该涡轮发动机进气道锥体的除冰。结果，位于轴承外圈内部的滚动轴承处的热量散发产生的热能得到了有效的利用，因为该热能直接传输到空气中，后者因此而达到一定程度的能量，从而可以很容易地去除进气道锥体上的冰。这样，热能的这种有效利用就与现有技术实施例中遇到的优化问题形成对照，在现有技术中，来自轴承外圈的无油空气通过涡轮发动机传动轴系统沿下游方向被直接排出。 

此外，这样还可以在一定程度上简化涡轮发动机的设计，因为不再需要使用一个专门的引气管路，而后者在上面所述的现有技术中是要设置的。确实，进气道锥体除冰用的引气是与专门用于轴承外圈增压的空气一样，从而可以不需要使用管道、密封装置或调节阀等装置。这一特性有利于节省涡轮发动机生产成本，减轻发动机的总重量。 

此外，轴承外圈增压用空气的再循环还可以节省燃油消耗，因此可提高涡轮发动机的总体性能，因为除了轴承外圈增压所要求的空气外，不再需要引出更多的空气。在这方面，人们注意到，按照本发明所进行的空气再循环非常有利，如果能从低压压气机出口端引出通用空气，那么就没有必要从高压压气机中段或出口处引气，因为从高压压气机进行引气证明是非常不利的。 

所采用的这种设计可以实现进气道锥体的永久除冰，即使在外界结冰条件下，同时也不会导致涡轮发动机输出功率的下降。因此，再循环的空气在进入装在进气道锥体上的空气扩散装置前，不必流经一个专用调节阀，这就意味着除冰可靠性会显著增强。 

作为一种优选实施方式，从涡轮发动机至少一个轴承外圈排除增压空气的管路包括主空气管道，该管道至少部分地位于涡轮发动机传动轴系统内，该主空气管道与该涡轮发动机的纵轴平行，最好位于该纵轴的中心。该主空气管道可以至少由传统上位于传动轴系统内部的部分管道组成，人们将该管道看作是“中心通风管”，或换句话说，是一种轴承外圈排气管道。尽管如此，该管道同样可以部分地或全部地由传动轴系统的一个空心部分组成，更确切的说，由最里侧的低压轴空心部分组成，后者通常用作安装上述“中心通风管”。 

作为一种优选实施方式，主空气管道的上游端与拟装在涡轮发动机进气道锥体上的空气扩散装置相通，而其下游端则被堵死，最好位于传动轴系统低压传动轴下游端附近。 

还是作为一种优选实施方式，为了使热空气在主空气管道内沿上游方向顺利流动，主空气管道具有横断面，该横断面沿空气管道长度或多或少呈圆形且是均匀的。 

作为一种优选实施方式，用来将涡轮发动机至少一个轴承外圈上的增压空气排除的管路与涡轮发动机的前轴承外圈和后轴承外圈相通。当然，预期也可以使从至少一个轴承外圈上排除增压空气的管路只同上述两个轴承外圈中的一个相通，这仍不超出本发明的权利要求范围。 

用于排除增压空气的管路最好包括至少一个装有前后轴承外圈的去油系统，每个去油系统都与排气管路的主空气管道相通。 

最后，通过示例可以看出，空气扩散装置包括输气管道，连接到增压空气排除管路的输气管道下游端和位于副锥体的顶部区域的输气管道上游端，与涡轮发动机进气道锥体一起限定了热空气流通的除冰区域。但是，值得强调的是，为所属领域的技术人员已知的且能够安装到进气道锥体上的任何类型的空气扩散装置都可以用于本发明的实施。 

本发明的其它优点和特性通过下面的详细描述会更为清楚，但本发明的特性并不仅限于这些示例说明。 

附图说明

参照附图给出以下说明，附图如下： 

图1是根据本发明优选实施例装有进气道锥体除冰系统的涡轮发动机前部纵向剖面图； 

图2是图1所示图的部分详图； 

图3是图1所示涡轮发动机后部纵向剖面部分详图。 

具体实施方式

首先，如图1所示，航空发动机1的前部安装了根据本发明优选实施例的进气道锥体除冰系统。在这方面，需要注意的是，涡轮喷气发动机型涡轮发动机1本身就是本发明的一个主题。 

总的来说，按空气流过涡轮发动机的一般方向从上游到下游，如图中箭头6所 示和与该涡轮发动机纵轴7平行，该涡轮发动机1的前部包括进气道锥体4，风扇8，低压压气机10和高压压气机12。 

此外，还是按所属领域的技术人员已知的方式，涡轮发动机包括传动轴系统14，其包括若干以轴线7为中心的同心轴，该系统的主要功能就是使涡轮发动机的旋转部分转动。在这方面，传动轴系统14传统上包括与低压压气机10相连的低压传动轴16和涡轮发动机的低压涡轮(图1中未示出)。该低压传动轴16从涡轮发动机的一端或多或少的伸向另一端，而其一般都是转动轴系统14的最内侧的轴。此外，该轴通常都是空心的，根据本发明的一个特性，部分除冰系统2可以安装在该轴上，后面将对此进行介绍。 

一般来讲，锥体4除冰系统2包括进气道锥体4上安装的空气扩散装置18，以便向进气道锥体输送热空气，另外还包括从涡轮发动机至少一个轴承外圈上排除增压空气的管路20，该管路20位于空气扩散装置18的下游，并与后者相通，图1中可以非常清楚的看到二者的联通情况。 

同样，在该图所示示例中，空气扩散装置18包括以轴线7为中心的输气管道24和输气管道的下游端24a连接到管路20上，用来排除增压空气，输气管道的上游端24b位于副锥体26的顶端区，副锥体26位于锥体4的下游，且相对于锥体4靠里侧。副锥体20和锥体4一起划定了除冰区域的范围，热空气从这个除冰区通过。这样，经由上游端24b离开管道24的热空气，在通过锥体4下游端附近的气孔被排出涡轮发动机前，在实际为锥形的除冰区域内28向下并径向向外流动，如图1箭头30所示。 

从涡轮发动机至少一个轴承外圈处排除增压空气的管路20本身包括位于传动轴系统14内的主空气管道32。该主空气管道32以纵向轴线7为中心，且具有连接到属于空气扩散装置18的管道24的下游端24a相连的上游端32a。 

主空气管道32最好沿其整个长度呈一定的圆形且均匀，最好一直伸到低压轴16下游端(图1未示出)。此外，其预期在很大程度上包括称之为“中心通风孔”的管道，后者固定到低压轴16内形成的纵向空心部分34内，管道的环形断面呈均匀性，可以使空气利用这个管道沿上游方向流动，不受阻碍。如图3所示，可以非常清楚的看到，主空气管道32只有很小的一部分后部区域组成了轴16的空心部分34，位于“中心通风孔”管道的向后延伸端，后者带有位于闷塞36上游的下游端35，闷塞36堵住管道32下游端32b。另外，需要指出的是，闷塞36位于低压轴16的下游端16b附近，这样，在这种情况下，可以认为两个端16b，32b靠的非常近，几乎重合。 

现在，参看图2，该图详细地示出了涡轮发动机1的前部和涡轮发动机的两个前轴承外圈22a，22b，它们都以轴线7为中心，且沿方向6彼此偏置。按所属领域的技术人员已知的方式，涡轮发动机的每个轴承外圈包含至少一个轴滚动轴承系统，并通过若干迷宫式密封或类似型号的空气/油密封装置封闭。 

因此，最上游前轴承外圈22a就包括两个滚动轴承系统40、42，其中一个位于上游密封装置44附近，而另一个位于下游密封装置46附近，后者封闭了该轴承外圈。空气气流将在这两个密封系统44和46处强制进入轴承外圈22a的里边，从而防止该轴承外圈22a内出现的油经由这些空气/油密封系统44、46渗出。如图所示，流到这些密封系统44、46的空气通常被看作是用来增压前轴承外圈22a的气体，并通过所属领域的技术人员已知的传统管道一直传输到密封系统。 

为了将轴承外圈增压空气传输到轴承外圈22a的上游密封系统44，如图中箭头50所示，进行第一道引气，该引气最好是在低压压气机10的输出端。此外，为了将轴承外圈的增压空气传输到轴承外圈22a的下游密封系统46，如图中箭头52所示，进行第二道引气，该引气的一部分52a被引向迷宫式密封装置46，如图2中可以清楚的看到。另外，引气52最好在低压压气机10的输出端。 

在这方面，值得指出的是，第二引气52的另一部分52b被引向最下游前轴承外圈22b的上游迷宫式密封54，该部分此处不再详细介绍。 

最后，第二引气52的另一部分52c被引向后轴承外圈22c，如图3所示。为此，第二引气52的这部分52c被引向下游方向进入位于低压轴16和环绕低压轴的高压轴58之间的环形区域56。 

再看图2，可以看出，作为除冰系统2的组成部分，排除增压空气的管路20包括去油系统60，其装在环形轴承外圈22a的内径向部分。因此，该轴承外圈22a内的且被滚动轴承40、42释放的热量加热的空气/油混合物被去油系统60径向向里去除，从而可以过滤混合物中的油，以再循环的热空气62流而结束，该热空气能够输送到安装在进气道锥体4上的空气扩散装置18。实际上，在去油系统60出口处获得的并来自于引气50、52的再循环热气流62流经管道32流向管道的唯一开口32a，到达装在进气道锥体4上的空气扩散装置18内。 

现在参看图3，图3示出了涡轮发动机1的后部和后轴承外圈22c。后轴承外圈22c包括两个轴滚动轴承系统71、73，该轴承外圈22c被几个上游密封装置66、68、70和一个下游密封装置72密封。空气气流预期将在这些气-油密封装置的每一个装置处被强制进入轴承外圈22c的里边，从而防止该轴承外圈22c内出现的油经由这些气-油密封系统渗出。 

为了将轴承外圈的增压空气输送到轴承外圈22c的每个密封装置66、68、70、72，就需要利用经过轴16和58之间的环形空间56沿下游方向流动的第二引气52的部分52c。这样，引气52的这部分52c就分为四个增压空气流74a、74b、74c、74d，每个气流都分别经由气/油密封系统66、68、70、72进入轴承外圈22c。 

还是参见图3，可以看出，排除增压空气的管路20还包括去油系统75，该系统安装在环形轴承外圈22c的内部径向部分。该轴承外圈22c内的且被滚动轴承71、73释放的热量加热的空气/油混合物被去油系统75径向向里排入，从而可以过滤混合物中的油，以再循环的热空气流76而结束，该热空气能够连接再循环的气流62，以便向安装在进气道锥体4上的空气扩散装置18供气。 

在去油系统75出口侧上获得的且来自引气52的再循环热气流76流过管道32向管道唯一的开口端32a流去，到达进气道锥体4上安装的空气扩散装置18。如图所示，可以看出该再循环热气流76在管道32的后端通向管道32，其中低压轴16的空心部分34形成了管道的后端，这样该气流直到其沿主空气管道32顺上游方向流动了一段距离后才会到达“中心通风孔”管道。 

当然，上面仅仅通过示例所说明的涡轮发动机1，所属领域的技术人员可以对其进行多种改进，而本发明不限于此示例。 

Claims (11)

1.一种航空涡轮发动机进气道锥体除冰系统，包括装在涡轮发动机进气道锥体上的空气扩散装置，以便于传输热空气，该系统还包括从所述涡轮发动机至少一个轴承外圈上排除增压空气的管路，所述管路与所述空气扩散装置联通以为其输送热空气。

2.根据权利要求1所述的除冰系统，其特征在于：从所述涡轮发动机至少一个轴承外圈排除增压空气的所述管路包括主空气管道，该管道至少部分地位于所述涡轮发动机传动轴系统内，所述主空气管道与该涡轮发动机的纵轴平行。

3.根据权利要求2所述的除冰系统，其特征在于：所述主空气管道以所述涡轮发动机纵轴为中心。

4.根据权利要求2所述的除冰系统，其特征在于：所述主空气管道的上游端与装在所述涡轮发动机进气道锥体上的所述空气扩散装置连通，所述主空气管道的下游端被堵塞。

5.根据权利要求3所述的除冰系统，其特征在于：所述主空气管道的上游端与装在所述涡轮发动机进气道锥体上的所述空气扩散装置连通，所述主空气管道的下游端被堵塞。

6.根据权利要求2至5中任何一项所述的除冰系统，其特征在于：所述主空气管道的横断面沿其长度或多或少呈环形且均匀的。

7.根据权利要求2至5中任何一项所述的除冰系统，其特征在于：从所述涡轮发动机至少一个轴承外圈上排除增压空气的所述管路与涡轮发动机的前轴承外圈和后轴承外圈相连通。

8.根据权利要求7所述的除冰系统，其特征在于：用于排除增压空气的所述管路包括至少一个装备了所述前后轴承外圈的去油系统，每个去油系统都与排气管路的所述主空气管道相联通。

9.根据权利要求2至5中任何一项所述的除冰系统，其特征在于：所述空气扩散装置包括输气管道，该输气管道的下游端连接到增压空气排除管路上，而其上游端则位于副锥体顶端区域，该副锥体与所述涡轮发动机进气道锥体一起确定了热空气流经的除冰区域。

10.一种航空发动机，其包括根据上述权利要求所述的任一种除冰系统。

11.一种航空涡轮发动机进气道锥体除冰方法，其特征在于：为了将热空气提供给装在涡轮发动机进气道锥体上的空气扩散装置，需要利用来自于用于从涡轮发动机至少一个轴承外圈排除增压空气的管路的热空气。

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