CN101970807B - 可变流量断面的离心除油器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可变流量断面的离心除油器，所述除油器包括：中空圆筒轴(20)，其可做旋转运动。所述轴具有至少一个通气节流孔(26)和活塞(30)，所述活塞(30)容纳在所述轴内部从而将所述轴的内部细分为相对于彼此密封的两个隔间，设置有通气节流孔的隔间(32a)受到环境压力作用，并且另一隔间(32b)受到所述气/油壳体中的可变压力的作用。所述活塞适于在所述两个隔间之间的压力差的作用下在所述轴内部的两个极限位置之间平移，所述极限位置包括使通气节流孔敞开的第一位置、以及使所述通气节流孔被所述活塞部分阻挡的第二位置。

Description

可变流量断面的离心除油器
技术领域
本发明涉及能够使空气/油混合物中的空气与空气/油混合物中的油分离的装置的一般领域。本发明的具体应用领域是燃料涡轮航空发动机(涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机)。
背景技术
燃料涡轮航空发动机具有容纳由油润滑和冷却的滚珠轴承以及齿轮的壳体。为了避免油从这些壳体中漏出，密封件布置在壳体的旋转部分与固定部分之间，或者实际上布置在不同的旋转部分之间。在可用的密封技术中，能提供最长使用寿命的技术是迷宫式密封件和刷式密封件，迷宫式密封件之间没有接触并且刷式密封件之间很少有接触。
然而，为了保证设置有迷宫环型密封件和刷型密封件的壳体具有良好的密封性，需要使通常来自发动机的压缩机级的气流流过密封件。采用这种方法还涉及提供用于将油从将要排出到发动机之外的空气中分离出来的装置。这些装置通常被称为除油器，并且均是众所周知的。举例而言，参考文献US 4981502和US 6033450，这些文献描述了各种类型的离心除油器。
然而，使用气流来保证发动机的壳体具有密封性带来了流量优化的问题。容易理解到，气流流过密封件的流量越大，壳体的密封性越好。与大气流对应的是大量的油存在于将要排出到发动机之外的空气中，这意味着油耗水平高。此外，来自压缩机级的空气的流量依赖于发动机的运转速度，从而基于发动机空转(即，当发动机运转在以最低速度取出空气流量时)计算出确保壳体被密封所需的最小流量。因此，在发动机运转的其它阶段，尤其是全速时，与足以确保壳体被密封的流速相比，流过壳体密封件的气流的流速过大，因此，造成耗油量过大的有害效果(涉及污染、费用高等)。
发明内容
本发明旨在通过提出如下除油器来解决上述缺点，无论发动机的运转阶段为何，该除油器都能够保证对气/油壳体的良好密封并同时确保可能的最低油耗。
其目的借助于一种可变流量断面的离心除油器来实现，所述除油器包括：中空圆筒轴，其围绕旋转轴线做旋转运动，所述轴具有至少一个通气节流孔，该至少一个通气节流孔畅通至气/油壳体并畅通至所述轴的内部；活塞，其容纳在所述轴内部从而将所述轴的内部细分为相对于彼此密封的两个隔间，设置有通气节流孔的隔间受到环境压力作用，并且另一隔间受到所述气/油壳体中的可变压力的作用；所述活塞适于在所述两个隔间之间的压力差的作用下在所述轴内部的两个极限位置之间平移，所述极限位置包括使通气节流孔敞开的第一位置、以及使所述通气节流孔被所述活塞部分阻挡的不同于所述第一位置的第二位置。
实际上，用于使空气从除油器轴的通气节流孔中流过的流量断面是在气/油壳体内部的压力与环境压力之间的压力差的函数，环境压力与连接外部大气的轴相对应。因此，从气/油壳体的密封件中流过的空气的流速越大，壳体内部的压力越高从而能供空气流入除油器中的断面越小(即，活塞朝向第二位置移动)。
因此，可以改变除油器中的空气的流量断面，该流量断面是在气/油壳体内部的压力函数，并且由此将空气通过密封件的流速严格限制至对壳体进行密封所需的最小值。这使得发动机的所有运转阶段的油耗低。
根据本发明的优选实施例，所述活塞包括轴，所述轴以旋转轴线为中心并且适于在固定环内部滑动以沿轴向引导所述活塞。在该情况下，所述环中的至少一个形成所述活塞的上游轴向抵靠件。
根据本发明的另一优选实施例，所述除油器还包括：环形台肩，其固定到所述轴上并形成所述活塞的下游轴向抵靠件。
根据本发明的另一优选实施例，所述除油器还包括：弹簧，其缠绕在所述轴上以在所述气/油壳体中的压力过低时将所述活塞保持在所述第一位置处。
每个通气节流孔经由通道畅通至所述气/油壳体，所述通道在大致径向上延伸。
本发明还提供一种包括至少一个上述离心除油器的燃料涡轮航空发动机。
附图说明
参考示出了不具有限制性特征的实施例的附图所进行的说明中容易理解本发明的其它特征和优点。在附图中：
图1是以实施例方式示出了根据发明的离心除油器的视图；
图2是图1中的除油器在两个极端位置中的一个位置上的纵向剖视图；以及
图3是图1中的除油器在两个极端位置中的另一位置上的纵向剖视图。
具体实施方式
图1是示出设置有根据本发明离心除油器的涡轮喷气发动机中的气/油壳体10的纵向剖视图。自然，本发明适用于燃气涡轮发动机中的其它类型气/油壳体，例如，涡轮喷气发动机辅助传动变速器中的那些气/油壳体。
气/油壳体10具体地容纳有滚珠轴承12，该轴承12需要通过由注射喷嘴(在附图中未示出)在这些轴承环之间连续注油来冷却和润滑。在辅助传动变速器中，除了轴承之外，还有需要通过注油来冷却和润滑的齿轮。
为了防止油从气/油壳体10漏出，在壳体的旋转部分与固定部分之间设置密封件14。在如图1所示的实例中，这些密封件的数目为4个并且它们采用迷宫式。
压缩空气流经由密封件14被引入气/油壳体10，以对壳体施压从而保证壳体完全密封。举例而言，该气流来自从涡轮喷气发动机的压缩机级取出的空气(由如图1中的箭头16所示)。
气/油壳体10还包括根据本发明的离心除油器18。以已知的方式，这种装置用于将壳体10内的气/油混合物中的油和气分离开，气被排出到涡轮喷气发动机之外，而油被重新注入到壳体中。
如图2和图3所示，除油器18包括安装成围绕旋转轴线22旋转的中空圆筒轴20。举例而言，轴直接受到涡轮喷气发动机的主轴24(参见图1)驱动而旋转。
中空轴20具有多个通气节流孔26，通气节流孔26畅通至气/油壳体10并且畅通至中空轴。举例而言，如图2所示，这些节流孔26成细长形形状并且规则地分布在轴线22周围。
在如图1至图3的壳体中，离心除油器采用通道式，即，每个通气节流孔26经由通道28畅通至气/油壳体10，通道28沿着大致径向延伸。然而，可以设想出其它类型的除油器(蜂窝除油器、金属泡沫除油器等)。
在该除油器中，基于以下原理将油与气分离：气/油壳体10相对于轴的内部处于正压下，从而使存在于壳体中的气/油混合物渗透到除油器的径向通道28中。悬浮在该混合物中的油滴被通道的内壁“捕获”。由于除油器的轴20旋转并由此使通道旋转，所以被通道的内部捕获的油在离心力的作用下沿着径向向外流动并由此返回到气/油壳体10中。同时，除油后的空气经过通气节流孔26并在轴的内部流向下游端以从涡轮喷气发动机中排出。
另外，在本发明中，在除油器的中空轴20的内部容纳有活塞30。活塞具体地包括盘30a，该盘30a以旋转轴线22为中心并且借助于环形轴衬30b在外周延伸。
除油器的活塞30将轴的内部沿横向分为包括通气节流孔26的下游隔间32a和上游隔间32b，这两个隔间相对彼此密封。
下游隔间32a与涡轮喷气发动机的外部(在涡轮喷气发动机的主轴24的下游端(未示出))直接连通。因此，(在高度不改变时)受到基本上恒定的外部环境压力P1。
对于上游隔间32b，其经由一个或多个孔34(参加图1)与气/油壳体10连通。因此，受到存在于气/油壳体内部的压力P2的作用，该压力随着通过密封件14进入壳体的空气而改变。
根据两个隔间32a与32b之间的压力差，除油器18的活塞30适于在中空轴20内部进行平移。
为此，活塞30具有轴36，该轴36以轴线22为中心，固定在盘30a上并能够在两个固定环--上游环38a和下游环38b的内部滑动从而用于在轴向上引导活塞。
除油器的活塞30在如下两个极限位置之间自由地平移：如图2所示的第一位置，在该位置处通气节流孔26完全敞开(活塞移动至上游)；以及如图3所示的第二位置，该位置不同于第一位置且在该位置处通气节流孔被轴衬30b部分地阻挡(活塞移动至下游)。
除油器的活塞30在两个隔间32a与32b之间的压力差的作用下移动。更确切地说，由于下游隔间32a的内部环境压力P1基本上恒定(高度不变)，所以活塞根据存在于气/油壳体10内部的压力水平P2而移动。
根据优选实施例，除油器的活塞30的第一位置(图2)由上游环38a来限定，上游环形成活塞的上游轴向抵靠件。
此外，工作在压缩状态的弹簧40缠绕在活塞的轴36上，弹簧的一端支撑在活塞的盘30a上并且另一端支撑在下游端环38b上。该弹簧用于在气/油壳体内部的压力过低的情况下将活塞保持在第一极限位置处，从而在该状态下保证存在足够大的通气断面来确保密封件14对气/油壳体的密封。
根据另一优选实施例，除油器活塞30的第二位置(图3)由环形台肩42来限定，该台肩42形成活塞的下游轴向抵靠件。该台肩固定在除油器的轴20上并使轴的直径减小，从而防止活塞滑出该位置。
因此，当气/油壳体10内部的压力P2变得大于预定阈值压力时，活塞被保持在将通气节流孔26部分阻挡的第二位置处。因此，无论气/油壳体内部的压力为多大都能保证最小气流断面。
同样，当气/油壳体10内部的压力P2不足以将活塞30保持为抵靠在下游抵靠件42上时，活塞在弹簧40的驱动下返回抵靠在上游环38a上从而使通气节流孔26完全敞开。
可以从上述描述直接得出本发明的除油器的操作。流过气/油壳体10的密封件14的气流量越大，则壳体内部的压力P2越大并且供空气流入除油器18的流量断面减少得更多(通过使活塞30朝向第二位置移动)。相反，当涡轮喷气发动机运转较慢时，壳体内部的压力P2过低而不能移动活塞30(该活塞由弹簧40保持在第一位置处)，因此供空气流入除油器18的流量断面最大，从而保证密封件14对气/油壳体的密封。
如上所述，除油器可以呈现为附图没有示出的各种实施例。因此，上述径向通道28可以由蜂窝结构或具有小室的金属泡沫来代替，其中，蜂窝结构或金属泡沫用于收集悬浮在气/油混合物中的油滴。

Claims (11)

1.一种可变流量断面的离心除油器，所述除油器包括：
中空圆筒轴(20)，其围绕旋转轴线(22)做旋转运动，所述轴具有至少一个通气节流孔(26)，所述至少一个通气节流孔畅通至气/油壳体(10)并畅通至所述轴的内部；
活塞(30)，其容纳在所述轴内部从而将所述轴的内部细分为相对于彼此密封的两个隔间，设置有通气节流孔的隔间(32a)受到环境压力作用，并且另一隔间(32b)受到所述气/油壳体中的可变压力的作用；
所述活塞适于在所述两个隔间之间的压力差的作用下在所述轴内部的两个极限位置之间平移，所述极限位置包括使所述通气节流孔敞开的第一位置、以及使所述通气节流孔被所述活塞部分阻挡的不同于所述第一位置的第二位置。
2.根据权利要求1所述的除油器，其中，所述活塞(30)包括轴(36)，所述活塞的轴(36)以旋转轴线(22)为中心并且适于在固定环(38a、38b)内部滑动以沿轴向引导所述活塞。
3.根据权利要求2所述的除油器，其中，所述环(38a、38b)中的至少一个形成所述活塞(30)的上游轴向抵靠件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的除油器，还包括环形台肩(42)，所述环形台肩固定到所述中空圆筒轴(20)上并形成所述活塞的下游轴向抵靠件。
5.根据权利要求2至3中任一项所述的除油器，还包括弹簧(40)，所述弹簧缠绕在所述活塞的轴(36)上以在所述气/油壳体(10)中的压力过低时将所述活塞(30)保持在所述第一位置处。
6.根据权利要求4所述的除油器，还包括弹簧(40)，所述弹簧缠绕在所述活塞的轴(36)上以在所述气/油壳体(10)中的压力过低时将所述活塞(30)保持在所述第一位置处。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的除油器，其中，每个通气节流孔(26)经由通道(28)畅通至所述气/油壳体(10)，所述通道在大致径向上延伸。
8.根据权利要求4所述的除油器，其中，每个通气节流孔(26)经由通道(28)畅通至所述气/油壳体(10)，所述通道在大致径向上延伸。
9.根据权利要求5所述的除油器，其中，每个通气节流孔(26)经由通道(28)畅通至所述气/油壳体(10)，所述通道在大致径向上延伸。
10.根据权利要求6所述的除油器，其中，每个通气节流孔(26)经由通道(28)畅通至所述气/油壳体(10)，所述通道在大致径向上延伸。
11.一种燃料涡轮航空发动机，其包括至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的离心除油器(18)。
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