CN103104688A - 具有预加压部件的变速箱除油器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有预加压部件的变速箱除油器。具体地，一种变速箱包括构造成从外源接收油气混合物的进口以及除油器。除油器包括：轴，其包括均形成在轴的内部部分上并彼此分开的进口通道和出口通道；分离器单元，其联接到轴并围绕轴的一部分且包括进口和出口；以及联接到轴的预加压部件，其提高油气混合物的压力以形成加压混合物并且将加压混合物提供到分离器单元的进口。

Description

具有预加压部件的变速箱除油器

技术领域

本发明涉及变速箱，并且具体地涉及变速箱的除油器部分。

背景技术

用于飞机的典型燃气涡轮发动机联接到轴，该轴通过与变速箱的连接而驱动其他轴。当空气流过变速箱壳体时，一定量的油自然地被夹带在空气中。例如，涡轮内的轴承室可通入变速箱，并使变速箱内的空气中的油量增加。由于多种原因，在空气从变速箱被排出之前，需要将油从空气中分离出来。

为了将油从空气中分离出来，除油器被包含在变速箱内。通常情况下，除油器包括分离器单元，其利用离心力从较轻的空气中分离出较重的油。某些情况下，除油器包括轴，分离器单元附接到该轴，轴包括出口，清洁的空气可通过出口被排放到环境中。

当发动机驱动变速箱中的部件(例如，除油器)时，在变速箱内产生大于大气压的压力，由于变速箱内的齿轮的高速旋转，来自变速箱自身的油可被夹带在腔室内的空气中。如上所述，由于空气从发动机的较高压部分(例如，压缩机和涡轮)泄漏到轴承室中，油也可能从轴承室被引出。通常需要使变速箱和轴承室中的压力最小化，以帮助平衡密封件上的压力，以避免将发动机润滑油从轴承室吹出进入压缩机或涡轮的较低压部分。出于这个原因，通常希望除油器(一般而言)和分离单元(具体而言)上的低压降，因为该压降将轴承室和变速箱压力向上偏置。也就是说，如果分离单元上存在大压降，则变速箱内的压力必须提高以驱动空气进入其中。使分离单元的尺寸(包络面)和重量最小化也是有利的。然而，为了实现期望的压降性能，所述尺寸往往被增加到超出获得期望的油气分离所需的尺寸。

发明内容

根据一个实施例，公开了一种变速箱，其包括构造成从外源接收油气混合物的进口以及除油器。该实施例中的除油器包括：轴，其包括均形成在轴的内部部分上并且彼此分开的进口通道和出口通道；分离器单元，其联接到轴且围绕轴的一部分并且包括进口和出口；以及联接到轴的预加压部件，其提高油气混合物的压力以形成加压混合物，并且将加压混合物提供到分离器单元的进口。

根据另一实施例，公开了一种用于从油气混合物去除油的方法。该方法包括：使混合物通过预加压部件以将油气混合物的压力从第一压力水平提高到高于第一水平的第二压力水平；并且在第二压力水平下将油气混合物提供到旋转的分离器单元，旋转的分离器单元联接到轴，以从混合物去除部分或全部的油以生成废气。

附图说明

说明书的结论部分处的权利要求书中特别地指出并且清楚地请求保护被视作本发明的主要内容。从下面的详细描述并结合附图，本发明的前述和其它特征以及优点是明显的，附图中：

图1是联接到变速箱的发动机的侧剖视图；

图2是变速箱的局部剖面顶视图；

图3A和3B是根据两个实施例的被外壳包围的叶片组件的剖面图。

具体实施方式

现在参照图1，示出了联接到变速箱12的简化的涡轮10。涡轮10使空气大致沿着箭头A所示的方向行进以产生推力。更详细地，涡轮10包括将空气吸进涡轮10的风扇11。然后，空气顺序地被低压压缩机14和高压压缩机16压缩。然后，经压缩的空气与燃料混合，并在燃烧器18内燃烧以产生热气流，热气流在高压涡轮20内膨胀并导致转子22旋转。转子22向高压压缩机16提供旋转力。热气流也驱动低压涡轮24以便使中心轴26旋转并将旋转能提供到例如风扇11和低压压缩机14。可以理解的是，图1所示的涡轮10经由示例的方式呈现，并且本文的教导可应用于附接到任何类型发动机或附接到旋转能的任何其他源的变速箱。

中心轴26和/或转子22可联接到现有技术已知的一个或多个轴承室30。来自涡轮10的加压空气(由箭头B指示)可进入轴承室30并且导致其内容纳的油被排入变速箱12内。为此目的，一个或多个空气/流体通道34可将轴承室30联接到变速箱12。本领域技术人员应理解的是，变速箱12也可包括连接到转子22或中心轴26的轴(未示出)，其将旋转能提供到变速箱12。该旋转能可被用于例如驱动被包括在变速箱12中的除油器40。通常，随着空气如箭头C所示从变速箱12被排出，除油器40使得夹带在变速箱12内的空气中的油被从空气去除。

图2是根据一个实施例的变速箱12的部分剖面顶视图。在该实施例中，变速箱12包括形成变速箱12的外部边界的壳体50。壳体50包括进口52，油气混合物54可通过进口52进入。例如，可通过图1所示的空气/流体通道34从轴承室30接收油气混合物54。当然，可从任何位置接收油气混合物54，并且油气混合物54不限于在轴承室30内发起。事实上，在一个实施例中，可简单地用变速箱12内发现的油来生成油气混合物。应当理解的是，虽然混合物54指的是油气混合物，但其也可以是空气和任何类型流体的混合物。在一个实施例中，进口52直接从直接联接到轴承室30的外管接收混合物54。

如前所述，变速箱12可包括除油器40，除油器40从油气混合物54去除部分或全部的油并且如箭头C所示排出清洁空气，清洁空气可被排放到大气中。虽然未示出，但应当理解的是，变速箱12连接到涡轮10并从其接收旋转能。旋转能可用于驱动除油器40。更详细地，除油器40包括由旋转能驱动的轴41。轴41包括在其内部部分上形成的出口通道42，清洁空气(箭头C)通过出口通道42被排放。分离器单元58联接到轴41并提供从变速箱12内的位置到出口通道42的路径。分离器单元58可以包括设置在其内的分离器介质60，例如金属或其他泡沫。

在操作中，变速箱12的壳体50内的油气混合物54和任何其他空气/流体混合物被吸入除油器40的分离器单元58的进口端口56内。所吸入的空气在本文中被称为进气流64。分离器介质60提供用于进气流64内的油颗粒所粘附的表面。油滴聚结并且液体被离心地甩到分离器单元58的外直径66，在外直径66处，其穿过排放孔70返回到变速箱12内，如箭头72所示。空气从轴41的外部部分通过一个或多个内部通道43传递到出口通道42，所述一个或多个内部通道43被分离器单元58的至少一部分围绕。

从变速箱12的内部到出口通道42的压降取决于流动几何以及分离器单元58的旋转速度。特别地，影响压降的几何因素是使流速最小化的因素(大的流动面积)以及允许流动方向和流路面积的逐渐变化的因素。这避免了流动通道中的紊流。为了减少与几何有关的压降，通常意味着分离器单元58被制成更大和更重。与速度有关的压降取决于两件事：抵抗油所经历的离心加速度而使空气径向向内移动到出口通道42(箭头80)所需的离心压降。压降的第二部分取决于与将进气流64加速到分离器单元58的旋转速度有关的流损失。测试表明，压降的该第二部分(例如，流损失)通常大于离心压降。这样，根据一个实施例，可能有利的是，通过将进气流64的旋转速度与分离器单元58的旋转速度相匹配而使总的系统压降最小化。通过“同步”这些速度，可以减小分离器单元58上的压降。

例如，考虑三种情况。在第一种情况中，分离器单元58是静止的。在这种情况中，为了使进气流64进入分离器单元58，需要很小的加速度以至不需要加速度(即，压力)。在第二种情况中，分离器单元58是旋转的，并且进气流64是旋转地静止的。在这种情况中，进气流64必须加速到与分离器单元58的旋转速度相匹配。用于此加速度的能量来自进气流中的压力，从而分离器单元58内的流的压力下降了一点。这增大了分离器单元58上的压降。通常通过增加分离器单元58的尺寸来克服这样的压降。在第三种情况中，假设进气流64绕轴41以与分离器单元58旋转相同或大约相同的速度旋转。在这种情况中，不需要额外的能量(例如，压力)。

根据一个实施例，进气流64的压力可与所要求的相匹配，从而预加压部件90能够使其穿过分离器单元58。通常，预加压部件90吸入存在于变速箱12的内部部分94中的油气混合物92，并增大其压力，使得其输出(进气流64)处于或接近迫使进气流64以上述方式通过分离器单元58所需的压力。这种压力的增大允许克服上述第二种情况中的情形而不增加分离器单元58的尺寸或提高内部部分中的压力。

此外，在一个实施例中，预加压部件90将旋转运动施加到进气流64，以使其匹配或变得更接近于匹配分离器单元58的旋转速度。也就是说，预加压部件90可以用来近似上述的第三种情况。

在一个实施例中，预加压部件90联接到轴41。在这样的实施例中，轴41包括轴进口96，油气混合物92可以通过轴进口96进入形成在轴41内的进口通道97。轴进口96与出口通道42分离并且不与其流体连通。在一个实施例中，轴进口96布置在轴41的一端并且出口通道42布置在轴41的相对端。

预加压部件90包括外壳100。在一个实施例中，如图2所示，外壳100可以具有横截面，该横截面形成涡形或涡卷。当然，取决于系统的要求，外壳100可以采取其他的横截面形状。例如，在一个实施例中，外壳100可以具有基本圆形的横截面。

外壳100围绕叶片组件102，叶片组件102在外壳100内旋转并且联接到轴41。如下面更详细示出的，叶片组件102包括一个或多个叶片103。在一个实施例中，叶片组件102包括进口104，由于叶片组件102如箭头106所示的旋转，进口104允许油气混合物92被从进口通道97吸入到外壳100中。更详细地，随着叶片组件102旋转，叶片103与油气混合物92相互。这种相互作用导致油气混合物92被朝向外壳100的外周110加速。该加速导致油气混合物92的压力增大。在图2中，具有增大的压力的油气混合物由箭头112示出。在一个实施例中，油气混合物112的压力处于或接近于分离器单元58两端的压降。

如图2中的虚线所示，外壳100还可以包括连接通道120，其将油气混合物112提供到进口端口56，使得其变成进气流64。这种方式下，进气流64可处于这样的压力，该压力允许其穿过分离器单元58而不必增大内部部分94中的压力。在一个实施例中，箭头112的方向与分离器单元58的旋转方向相同或相似。这样，需要被添加到油气混合物92以形成油气混合物112的压力量可以被最小化。

图3A和3B示出了图2所示外壳100和叶片组件102的横截面的两个不同的实施例。在图3A和3B中，叶片组件102如箭头138所示沿顺时针方向旋转。在两种情况下，叶片组件102包括多个径向延伸的叶片103。叶片103可以呈现不同的形状。例如，在图3A中，叶片103是弯曲的，并且在图3B中，它们是直的。在一个实施例中，叶片103被支撑在底座138上。当然，在一个实施例中，叶片可以仅联接到叶片组件102的内直径137。

如上所述，油气混合物92在叶片组件102的内直径137处通过进口104(图2)进入。然后，由于离心力的缘故，混合物被朝向外壳100的外壁110向外甩。在所示实施例中，当从起始位置156测量到从起始位置156沿顺时针方向移位的另一位置时，叶片103或底座138的外边缘与外壁110之间的距离增加。这由距离150和152示出，其中，距离152大于距离150并且比距离150更远离位置156。混合物由于与叶片103的相互作用而被加压，并离开外壳100，并被输送到连接通道120，并且最终被输送到分离器58(图2)。

虽然仅结合有限数量的实施例来详细描述了本发明，但应容易理解的是，本发明并不限于这些公开的实施例。相反，本发明可被修改以包括迄今尚未描述但与本发明的精神和范围相称的任意数目的变形、改变、替换或等同布置。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但将会理解的是，本发明的各方面可仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应被视为被前面的说明书限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (15)

1.一种变速箱，包括：

进口，其构造成从外源接收油气混合物；和

除油器，所述除油器包括：

轴，其包括均形成在轴的内部部分上并彼此分开的进口通道和出口通道；

分离器单元，其联接到所述轴且围绕所述轴的一部分，并且包括进口和出口；和

联接到所述轴的预加压部件，其增加所述油气混合物的压力以形成加压混合物并且将所述加压混合物提供到所述分离器单元的进口。

2.根据权利要求1的变速箱，其中，所述轴包括一个或多个内部通道，所述一个或多个内部通道将所述轴的外部部分流体地连接到所述内部部分。

3.根据权利要求2的变速箱，其中，所述分离器单元围绕所述一个或多个内部通道，并用于从先前进入其的空气去除油，并将所述空气引导到所述一个多个内部通道。

4.根据权利要求1的变速箱，其中，所述预加压部件布置成围绕所述进口通道的至少一部分，使得其能够从所述进口通道接收所述油气混合物。

5.根据权利要求4的变速箱，其中，所述轴包括允许所述油气混合物从所述内部部分传递到所述预加压部件的通道。

6.根据权利要求4的变速箱，其中，所述预加压部件包括围绕多个叶片的外壳。

7.根据权利要求6的变速箱，其中，所述多个叶片中的一个或多个是弯曲的，并径向向外延伸。

8.根据权利要求6的变速箱，其中，所述多个叶片中的一个或多个是平的，并径向向外延伸。

9.根据权利要求6的变速箱，其中，所述外壳具有螺旋形的外壁。

10.根据权利要求1的变速箱，其中，所述外源是涡轮发动机的轴承室。

11.一种用于从油气混合物去除油的方法，所述方法包括：

使所述混合物穿过预加压部件以将所述油气混合物的压力从第一压力水平提高到高于所述第一水平的第二压力水平；

在所述第二压力水平下将所述油气混合物提供到旋转的分离器单元，所述旋转的分离器单元联接到轴，以从所述混合物去除部分或全部的油以生成废气。

12.根据权利要求11的方法，还包括：

使所述废气传递到所述轴的出口部分，在所述轴的出口部分，所述废气排到大气中。

13.根据权利要求11的方法，其中，传递所述混合物包括：

从所述轴的进口部分接收所述混合物，所述进口部分位于所述轴的内部并与所述出口部分分开。

14.根据权利要求13的方法，其中，传递所述混合物进一步包括：

使所述混合物与在所述预加压部件的外壳内旋转的多个叶片相互作用。

15.根据权利要求14的方法，其中，所述外壳具有螺旋形的外壁。

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