CN102197196A - 用于涡轮机的油分离器转子 - Google Patents

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Abstract

用于涡轮机的油分离器转子(110)，其包括具有外部环形法兰(120)的管状毂(112)和截面基本为L形且绕所述管状毂安装的环形盖子(114)，所述毂的法兰在其外圆周包括用于径向保持所述盖子的圆柱形壁的自由端的装置(134，136)，以确定所述自由端中心并防止其在离心力作用下径向向外变形。

Description

用于涡轮机的油分离器转子
本发明涉及油分离器转子，其用于涡轮机，如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机。
上述类型的油分离器转子包括管状毂和截面基本为L形且绕所述管状毂安装的环形盖子，所述管状毂限定用于通过流体的内部轴向通道并包括外部环形法兰。盖子包括径向壁，该径向壁与毂上的法兰平行，并在其外圆周处连接至圆柱形壁的一个轴向端部，所述圆柱形壁轴向延伸至法兰的外圆周。
盖子与毂上的法兰一起限定环形腔室，该环形腔室与毂中的内部通道通过毂中的径向槽流体连通。通过离心将沉积油的装置容纳于所述腔室中。
油分离器转子安装在涡轮机的转子的一个元件上，通常安装在排气管的下游端，用于将空气/油混合物中的油和空气分离开，油通过合适的装置被回收以重新利用。空气/油混合物的形式为油雾，即，空气中含有悬浮分散于其中的油滴。油分离特别是通过借助油分离器转子的旋转作用使油离心来实现的。
在具体配置中，当涡轮机运行时，空气/油混合物流入排气管，并通过油分离器转子的毂中的内部通道的上游端进入所述内部通道。在离心力作用下，油滴被径向地向外排出。当到达毂中的径向槽时，油滴在离心作用下穿过径向槽，然后进入油分离器转子的环形腔室，在该环形腔室中，油滴被迫沉积在容纳于腔室中的油沉积装置上。然后油滴通过盖子的圆柱形壁中的开口径向地向外排出，与油分离的空气通过毂中的内部通道的下游端排出。
公知的油分离器转子通过螺栓将盖子固定至毂的法兰上，所述螺栓轴向穿过容纳油沉积装置的环形腔室。这些螺栓穿过盖子的径向壁中的孔以及毂的法兰中的孔，并被垫片环绕以与油沉积装置隔离。盖子固定螺栓穿过油沉积装置所占据的腔室的环形空间，因此占据了所述空间，可能干扰油的回收，因为油沉积装置可能或多或少被螺栓压扁。
此外，盖子的圆柱形壁的自由端径向向内地支承在法兰的外圆周上。在这种配置中，盖子的自由端形成用于确定毂的法兰的中心的装置。在运行过程中，在离心力的作用下，盖子的圆柱形壁的自由端局部向外变形，易于变成椭圆形。这种情况下，存在不可控的油从腔室泄漏到外面的风险。
还有一种公知的油分离器，其中盖子通过过盈配合固定到毂上，盖子的径向壁的内圆周夹合到毂上。为避免上述与盖子的下游端变椭圆相关的问题，所述下游端通过至少三个焊珠焊接至法兰的外圆周，这些焊珠绕转子的纵轴均匀地分布。
但是，在这种情况下，盖子固定至毂上的方式使得盖子很难被去掉。而且，已经发现焊珠并非解决上述问题的良方，因为焊珠承受高水平的应力集中，会产生破裂。因此，存在盖子从毂上脱落的较大风险，并且可能会发现盖子的过盈配合不足以将盖子保持在油分离器转子的毂上。
破裂的焊珠可以通过新的焊接操作来修复。但是，盖子和法兰上的焊接区每次焊接操作都要承受高水平的热应力，可能会缩短它们的寿命。
本发明的一个具体目的是提供针对上述问题的至少一部分的解决方案，该方案简单，廉价且有效。
为此，本发明提供一种用于涡轮机的油分离器转子，其包括管状毂和环形盖子，其中管状毂限定了用于流体的内部轴向通道并包括外部环形法兰，环形盖子绕管状毂安装并且包括径向壁和圆柱形壁，所述径向壁和圆柱形壁与毂的环形法兰一起限定环形腔室，该环形腔室与毂的内部通道连通并容纳通过离心使油沉积的装置，所述转子的特征在于，毂的环形法兰在其外圆周包括径向保持盖子的圆柱形壁的端部的装置，以确定所述端部中心并防止其在离心力作用下径向向外变形，还在于，盖子的径向壁的内圆周部分轴向地支承在毂上，并且通过螺母-螺栓类型的装置距离法兰一定距离而被固定至毂上。
根据本发明，毂的环形法兰机械支撑盖子的圆柱形壁的端部，而不是像现有技术中那样盖子的圆柱形壁的端部固定在毂的法兰的外部。
法兰上的保持装置绕盖子的圆柱形壁的端部延伸，防止所述端部在离心力作用下径向向外变形。盖子的圆柱形壁的端部径向向外支承在保持装置上，所述支承局部发生在绕油分离器转子的纵轴分布的区域中，或连续发生对准中心在所述轴上的圆周上。
盖子可移除地固定到毂上，由此可以更容易的将其拆除，以实现诸如清洗或更换油分离器转子中的油沉积装置之类的目的。
固定装置位于盖子的内圆周部分，而不位于油沉积装置所占据的腔室的径向外部环形空间中。这些固定装置将盖子直接连接至毂的管状本体，而不是其法兰，因此，所述固定装置不轴向穿过腔室，不干扰油的回收。
毂的法兰的外圆周可以形成圆柱形的边沿，该边沿绕盖子的圆柱形壁的端部轴向地向盖子延伸。所述圆柱形的边沿在盖子的圆柱形壁的端部的外面轴向地延伸，并包括径向支承所述端部的环形装置。
作为一个变型，或附加特征，毂的法兰的外部圆周包括周向延伸的舌部，该舌部绕盖子的圆柱形壁的端部朝盖子轴向地突出。这些舌部径向地位于盖子的圆柱形壁的端部的外面，并且它们中的每一个包括径向支承所述端部的装置。
优选地，这些舌部绕油分离器转子的纵轴均匀分布。这些舌部中的每一个与盖子的圆柱形壁的纵带(strip of material)对齐，盖子中的这些纵带彼此之间限定出油口。这些舌部的数量优选地等于上述纵带的数量，举例来说，所述数量为6。
盖子的径向壁的内圆周部分可以形成轴向地支承毂上的外部环形凸缘或外部径向突出部的装置，所述凸缘或突出部包括轴向孔，这些轴向孔与盖子的径向壁中的孔对齐，以通过盖子的固定螺栓。
盖子的轴向支承装置可以阻止盖子沿一个方向轴向移动。盖子的圆柱形壁也可以在其下游端包括以相同方向轴向地支承毂的法兰的外圆周的装置。通过上述的固定装置，阻止盖子以相反方向轴向移动。
优选地，螺母-螺栓类型的固定装置的数量为3，它们绕转子的纵轴均匀分布。由于数量相对较少，重量得以限制。
固定装置可以为螺母，这些螺母可以被限制在毂的凸缘中的孔中或突出部中的孔中，并与轴向地从腔室外部进入到盖子中的孔中的螺栓相配合。
盖子的径向壁可以在其内圆周形成圆柱形边沿，以将盖子的中心与毂的中心对准。
本发明还提供涡轮机，如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，该涡轮机的特征在于其包括至少一个上述类型的油分离器转子。
通过阅读以下借助非限制性实施例所做的描述，并参考说明书附图，可以更好地理解本发明，以及更加清楚地体现本发明的其他细节，特征，以及优势，在这些附图中：
图1是从侧面和上游看的现有技术中用于涡轮机的油分离器转子的图解透视图；
图2是图1所示油分离器转子的轴向图解半剖视图；
图3是从侧面和下游看的本发明的用于涡轮机的油分离器转子的图解透视图；
图4是图3所示油分离器转子的轴向图解半剖视图；
图5是从侧面和上游看的图3所示的油分离器转子的爆炸图解透视图；
图6是从侧面和下游看的图3所示的油分离器转子中的毂的图解透视图。
首先参考图1和图2，其示出了现有技术中的用于涡轮机的油分离器转子10，该油分离器转子10主要包括管状毂12和环形盖子14，其中管状毂12限定内部轴向通道26，空气/油混合物通入该内部轴向通道26，环形盖子14绕管状毂12安装并与管状毂12一起限定环形腔室16，该环形腔室16容纳通过离心使油沉积的装置18。
毂12包括从毂的纵轴A大体上径向向外延伸的环形法兰20，所述纵轴A与油分离器转子10的旋转轴一致。
法兰20距离毂的轴向端部一定距离设置，例如，可以大致设置在毂的中间。
盖子14的截面基本为L形，其包括径向壁22，该径向壁在外圆周连接至圆柱形壁24的一个轴向端部。
盖子14绕毂12安装，以使径向壁22的内圆周支承在毂的本体上并与毂的法兰20平行并相隔一定距离延伸，使得盖子的圆柱形壁24轴向向内支承法兰20的外圆周。
盖子14与法兰20一起限定上述的环形腔室16，该环形腔室16与毂中的内部通道26通过毂12的本体中形成的径向槽28流体连通。
盖子14通过过盈配合和焊接固定至法兰20。盖子14在毂的本体上通过径向壁22的内圆周于附图标记30处形成过盈配合，并通过径向壁24的自由端和法兰20的外圆周之间的焊珠32固定到法兰20上。
这种油分离器转子10带有上述缺陷，特别是它的盖子14是不可移除的，焊珠32可能会破裂，因为它们在运行过程中由于离心力而要承受高水平的应力。
为解决上述问题，本发明采用了用于保持盖子的圆柱形壁的自由端的装置，该装置位于毂的法兰上，并采用了用于将盖子固定到毂上的可移除固定装置，该可移除固定装置不干扰油的回收。
在图3至图6所示的实施方式中，参考图1和图2描述的元件的附图标记各自加上100后用于表示相应的元件。
毂112的法兰120与毂12的法兰的不同之处在于法兰120在外圆周处包括圆柱形边沿134，该边沿134朝向盖子114延伸。周向延伸的舌部136从边沿134的自由端向盖子114轴向突出。
这些舌部136绕转子110的旋转轴A均匀分布，在所示实施例中，所述舌部的数量为6。
法兰120的边沿134和舌部136形成确定盖子114的圆柱形壁124的自由端的中心并防止所述自由端径向向外移动的装置。
边沿134和/或舌部136包括径向向内支承盖子114的圆柱形壁124的自由端的装置。
在所示的实施例中，盖子的圆柱形壁124的下游端部由环138形成，该环138通过纵带140连接至所述圆柱形壁124的另一端，所述纵带140彼此平行延伸，并绕轴A均匀分布。
如下面所作的更详细的解释，纵带140之间限定有径向开口142，油通过这些开口排出。盖子114安装在毂112上，每个舌部136与一个纵带140对齐。
盖子114通过其径向壁122的内圆周部分固定至毂112。径向壁122的内圆周部分轴向地支承突出部144，该突出部144从毂的外部环形边沿径向向外延伸。
这些突出部144和法兰120之间存在轴向距离，该距离基本对应于盖子的圆柱形壁124的长度或轴向尺寸。借助离心力使油通过的径向槽128形成于法兰120和突出部144之间的毂本体的壁上。
径向壁122包括轴向孔146，该轴向孔146与形成于突出部144中用于通过可移除固定装置的孔对齐，所述可移除固定装置在此处由螺母-螺栓类型的装置148构成。
装置148的数量与突出部144的数量相同，在所示的实施例中该数量为3。装置148绕轴A均匀分布，以限制在运行过程中形成失衡。
在所示实施例中，每个装置148包括螺栓和被限制在突出部144的孔中的螺母。螺母容纳于腔室116中，径向地位于油沉积装置118所占据的腔室的环形空间中。
每个螺栓轴向地进入盖子114的对应孔146中，然后通过在腔室116外部操作的合适的工具拧入螺母中。
通过与毂112的上述的外部圆柱形边沿之间的形状配合，螺母被阻止绕自己的轴转动。
盖子的径向壁122还在内圆周处包括圆柱形边沿150，该边沿150同毂122的本体的外部圆柱形表面相配合，以确定盖子的径向壁122的中心。
油沉积装置118占据腔室116的径向外部环形部分。举例来说，这些装置包括蜂巢型的分区型环形盒。在所示实施例中，蜂巢中的各个单元相对于轴A径向延伸，以允许油在离心力的作用下从腔室116中进入盖子的圆柱形壁124中的开口142。所述盒的各个分区在其轴向端部包括装配指152，该装配指152分别与法兰120中和盖子的径向壁122中的孔154接合。
本发明的油分离器转子110可以如下方式装配：盒分区安装在盖子120中，使指152与盖子的径向壁122中的孔154接合。盖子120与毂112轴向对齐，所述盖子与毂相对彼此有角度地固定，使盖子的孔146与毂的突出部144中的孔轴向对齐。然后，盖子120朝着毂轴向移动，直到其通过径向壁122支承到突出部144上，并且通过圆柱形壁的自由端部支承到法兰120上，同时法兰的圆柱形边沿134径向向内支承到盖子的圆柱形壁124的自由端部上。
在这个位置，远离突出部的盒分区的指152与法兰120中的对应孔154接合。固定装置148中的螺栓然后旋入被限制的螺母中，以将组件锁定在一起。
油分离器转子110特别适合于，但是并非仅仅适合于固定至涡轮机，如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的排气管的下游端。在这种情况下，油分离器转子110以如下方式运行：排气管将空气和油的混合物输送至油分离器转子。在离心力作用下，混合物中的油滴向外排出。空气/油混合物通过油分离器转子的内部通道126的上游端进入所述内部通道126，所述上游端即为毂112的端部，该端部位于法兰120的一侧上，该一侧与盖子114所处的另一侧相对(参考图3中的箭头156)。当油滴到达毂上的径向槽128时，借助离心力通过所述槽被径向向外喷出，进入环形腔室116。这些油滴然后进入蜂窝型盒分区的各个单元中，并沉积在这些单元的壁上。在离心力作用下，这些油滴被径向向外输送(参考图4中的箭头158)。当油滴到达盒118的外圆周时，它们通过盖子的壁124中的开口142向外喷出(参考图3中的箭头160)，并被涡轮机的油收集器回收。与油流分离的空气流入油分离器转子的通道126中，然后通过通道的下游端排出(参考箭头162)。
在上述的实施例中，油分离器转子110通过毂的内部通道126的一端而被供给空气/油混合物，油滴在腔室116中借助离心力被回收，然后通过油沉积装置118和盖子114中的开口142径向向外排出。这种类型的油分离器转子被称为径向油分离器转子的原因特别在于油流通过油沉积装置在径向方向产生。
然而，本发明不限于上述类型的油分离器转子，还可以适用于例如本案申请人在FR-A1-2742804中所描述的轴向油分离器转子。在轴向油分离器转子中，油在腔室中以轴向方向流过油沉积装置。这种类型的油分离器转子可以通过盖子的径向壁中的孔而被供给空气/油混合物。在油沉积装置的出口处，油可以通过盖子的圆柱形壁中的开口被径向向外排出，而与油分离的空气可以穿过毂上的槽，然后流入到毂的内部通道中。

Claims (10)

1.用于涡轮机的油分离器转子(110)，其包括管状毂(112)和环形盖子(114)，其中所述管状毂(112)限定了用于流体的内部轴向通道(126)并包括外部环形法兰(120)，所述环形盖子(114)绕所述毂安装并且包括径向壁(122)和圆柱形壁(124)，所述径向壁(122)和圆柱形壁(124)与所述毂的环形法兰(120)一起限定环形腔室(116)，该环形腔室与所述毂的内部通道连通并容纳通过离心使油沉积的装置(118)，所述转子的特征在于，所述毂的环形法兰在其外圆周包括径向保持所述盖子的圆柱形壁的端部的装置(134，136)，以确定所述端部中心并防止其在离心力作用下径向向外变形，还在于，所述盖子(114)的径向壁(122)的内圆周部分轴向地支承在所述毂(112)上，并且通过螺母-螺栓类型的装置(148)距离所述法兰(120)一定距离而被固定至所述毂(112)上。
2.如权利要求1所述的油分离器转子，特征在于所述毂的法兰(120)的外圆周包括圆柱形边沿(134)，该边沿绕所述盖子的圆柱形壁的端部向所述盖子(114)轴向延伸。
3.如权利要求1或2所述的油分离器转子，特征在于所述毂的法兰(120)的外圆周包括周向延伸的舌部(136)，该舌部绕所述盖子的圆柱形壁的端部向所述盖子(114)轴向突出。
4.如权利要求3所述的油分离器转子，特征在于所述舌部(136)绕所述油分离器转子的纵轴(A)均匀分布。
5.如权利要求3或4所述的油分离器转子，特征在于每个所述舌部(136)与所述盖子(114)的圆柱形壁(124)上的纵带(140)对齐，所述纵带彼此之间限定排油开口(142)。
6.如前述权利要求之一所述的油分离器转子，特征在于所述盖子(114)的径向壁(122)的内圆周部分包括轴向支承所述毂(112)的外部环形凸缘或外部径向突出部(144)的装置，所述凸缘或突出部包括轴向孔，该轴向孔与所述盖子的径向壁中的孔(146)对齐，以通过盖子的固定螺栓(148)。
7.如前述权利要求之一所述的油分离器转子，特征在于螺母-螺栓类型的固定装置(148)的数量为3，并绕所述油分离器的纵轴均匀分布。
8.如前述权利要求之一所述的油分离器转子，特征在于所述固定装置(148)包括螺母，所述螺母被限制在所述毂(112)的凸缘或突出部(144)中的孔中，并与轴向地从所述腔室(116)外部进入到所述盖子(114)的孔(146)中的螺栓相配合。
9.如前述权利要求之一所述的油分离器转子，特征在于所述盖子(114)的径向壁(122)在内圆周包括圆柱形边沿(150)，该边沿用于使所述盖子的中心与所述毂(112)的中心对准。
10.涡轮机，如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，所述涡轮机的特征在于其包括至少一个如前述权利要求之一所述的油分离器转子(110)。
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