CN103228333B - 排油装置和装有这种排油装置的涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种排放燃气涡轮发动机（1）下游部分（9）储油室(21)油的装置，所述装置包括：排放储油室内所存至少部分油（20）至发动机外部的装置（30）；以及油夹带装置（11A,12A），可使空气流（40）夹带需排放的油至发动机外部。在该装置中，油夹带装置（11A,12A）包括：发动机下游部分(9)的通风孔(10A)，供油流过所述孔(10A)；以及引导装置(50)，布置成在油流过通风孔(10A)后，被导向低压涡轮(15)下游放气区（16）。本发明还涉及到一种包括这种排油装置的涡轮机。

Description

排油装置和装有这种排油装置的涡轮机

技术领域

本发明涉及到航空领域，特别涉及到位于燃气涡轮发动机下游区域的储油室的漏油排放装置。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，采用油来润滑和冷却的轴承都位于储油室内，储油室的用途是防止滑油漏入到发动机内。然而，该区域内的漏油低速时经常出现，因为储油室端部密封件的密封性不良。另外，如果储油室溢满油，也会出现漏油（例如，如果供油管路（oil pick up line）堵塞，如果供油泵(oil pick up pump)出现故障等等）。

如果出现上述漏油情况时，为了排出漏油，通常采用排油装置，在所述储油室油位超过阈值时，这种排油装置可将储油室内至少部分油排放到发动机外部。当允许进行这种排油时，为了更方便地排放油，设有油携带装置（oilentrainment means），从而可通过空气流将油带到外部，例如，通过在转子外壳钻孔或溢满收油池（又称之为“收油池溢满(sump flooding)”）。

这种油携带装置可以是“转子外壳钻孔”式。这样，在出现漏油的情况下，该装置可以将含油空气一直引向涡轮内环。这种含油空气在离心力的作用下被直接排入到主流路中。为此，在这些区域需要安装专门的监测设备（超温探头），如果漏油附近舱壁（特别是涡轮外壳）使得油自燃时，可监测出现油火的风险。

为了限制这种缺陷，SNECMA公司的专利文件公开了一种储油室溢满系统（又称之为“收油壳溢满”系统），该系统是指在油携带装置上安装一种封闭防护罩，该防护罩采用专门通风并带有一个或多个孔眼，用来将空气（如果出现漏油时，为含油空气）排入到薄板金属锥体内（称之为“塞子”），然后经由所述塞子上的开口，进入到周围环境中。这样，压缩机放出的含油空气就被直接喷入到发动机外部。

然而，上述的早期技术确实存在要求显著增加重量的缺陷，因为封闭防护罩和各种孔口。此外，对封闭防护罩进行通风的空气在飞行的所有阶段都在涡轮内工作，这会降低发动机的效能。

发明内容

本发明的一个目的是解决这些缺陷，因此，本发明提出了一种带有防护罩的排放漏油的装置，该装置更轻，排油时排放所需空气流不会直接丢失，与此同时，与“收油壳溢满”系统相比，重量和发动机性能的损害都小。

本发明还提出，在使用条件下，排放漏油的这种装置不会出现任何与火灾风险相关（可能会引起油火的条件）的通风限制。

为此，根据本发明，针对燃气涡轮发动机下游储油室的排油，提出了上述装置，所述装置包括：

-当所述储油室油位超过阈值时，可将储油室内存放的至少部分油排放到发动机外部的排油装置，以及

-油携带装置，能够通过空气流将油带到所述发动机外部，

其特征在于，该油携带装置包括：

-在所述发动机下游设通风孔，以便使油通过所述孔眼，以及

-引导部件，布置成可在油通过所述通风孔后被引向下游的低压涡轮放气区。

值得注意的是，漏油排放到发动机外部不仅依靠的是上述的油携带装置，而且也是在重力作用和分别在定子和转子壁上旋转的离心力作用下被排放到发动机外部。

为此，根据本发明，用来夹带储油室漏油至发动机外部的空气就不会直接丢失，因为其起到了两个作用。具体来讲，除了夹带漏油外，空气流会被引向下游的低压涡轮排气区。在此处，该气流会发挥超压密封作用，防止来自发动机主流路空气在涡轮叶片的轮盘叶片组连接处被重新吸入，否则，会存在打开连接处和松开叶片组的风险。这样，最初提供的排气流量可以通过增加该气流而得以限制，于是，压缩机排气就会受到限制，发动机效能得到改善。

此外，再次根据本发明，将滑油夹带到发动机外部在很大程度上是通过精心布置的通风孔和引导部件来进行的。因此，装有根据本发明装置的发动机的重量会因为引导部件而增加，但在另一方面，通风孔所采用的材料和塞子防护罩下方连接腔室的管子又会减轻发动机的重量，从而使得发动机整体重量减轻。

此外，应该指出的是，实际上，本发明确实将多余油排出，因为该油在重力和空气流作用下流向发动机低处，因此，而流到了低压涡轮排气区，在这里，被排向发动机后部，从而避免了将油引入到可能会产生并遭受油火的气动热环境的腔室内。无需安装火灾检测系统（不同于装有”外壳钻孔”式系统的那种情况），因为在油流过的通路上没有设置可能会使油自燃的壁。

优选地，引导部件是一种固定到发动机下游部分上的防护罩。该防护罩可以避免低压涡轮最后轮盘（final disk）上游出现油。

在这种情况下，根据本发明的各个不同实施形式，防护罩的尺寸可以是：

-大体上覆盖从通风孔到低压涡轮下游排气区的通路，从而为油和气流提供最佳导向；或者

-主要覆盖通风孔附近，为的是将发动机的质量降到最小。

依然在防护罩形式的引导部件的情况下，防护罩的外形可以呈至少部分圆周形（以便其包围油和空气流）或者，作为选择方案，呈至少大体平面形状。

当储油室溢满时，为了使本发明的排油装置适合需要排放的油的数量，可以使通风孔尺寸适合需要排放的油流量，或如果无漏油工作时允许进入的空气流量。

发动机下游部分通常分别包括下游定子构件和低压涡轮转子部件，二者彼此连接。在这种情况下，储油室可方便地设在下游的定子构件内。

同样在这种情况下，排油装置优选布置在连接下游定子构件和低压涡轮转子部件的第一密封区内，以便将油排向低压转子部件，该油的排放可以在重力和空气流量作用下进行，这样，在重力作用下时，需要排放的油一直被送到低压涡轮转子部件处。

优选地，通风孔设在下游定子构件上，以便可以在储油室和排气区之间建立通路。

同样，优选地，油携带装置进一步包括低压转子部件配置，位于下游定子构件和低压转子部件之间的第二密封区，这样，就可将空气和/或油引向通风孔。这种配置--例如呈斜坡形式--可以更方便地将油导向通风孔，从而避免含油容积的形成。

本发明还涉及一种涡轮机，其包括根据上述其中一个实施例所述的排油装置。

附图说明

结合如下附图可以更好地理解本发明，附图如下：

图1为燃气涡轮发动机剖面示意图，所示发动机安装有根据本发明的排油装置；

图2为根据第一实施例的本发明排油装置布置示意图，所示装置位于发动机下游区域；

图3为根据第二实施例的本发明排油装置布置示意图，所示装置位于发动机的下游区域；

图4为引导部件的各种不同实施形式，所示引导部件置入根据本发明的排油装置内。

具体实施方式

为了更容易地理解附图，同一附图数字标记表示相似的技术部件。

图1为燃气涡轮发动机的总体示意图，例如，飞机双路式涡轮喷气发动机。该发动机1包括，从前往后，风扇2、低压压缩机3、高压压缩机4、燃烧室5、高压涡轮6和低压涡轮7。发动机下游部分（该部分在图2给予更详细的展示），即安装本发明排油装置的区域，其附图标记为9。

图2示出了下游的定子构件10，特别是其连接到部件11上，后者又连接到低压转子上，这两个部件10（机匣）和11（低压转子）在两个气油密封件14A和14B处彼此相互连接。

发动机1下游部分9进一步包括连接到高压转子上的部件12，其同时也经由密封件14C和14D连接到部件11上，最后是盖板13，后者同样经由密封件14E和14F连接到部件10和12上。

在下游定子构件10的顶部区域，形成储油室21，划定了一个或多个连续发动机轴承的界线（这些在图中均未示出）。这些轴承均由该储油室喷嘴油流动来润滑。这些轴承的转动产生油雾，充满储油室21，此外，后者还由增压密封储油室盖(10B)划定界限。

为了排放储油室21内至少部分油20，根据本发明的排油装置设计用来将油20引向发动机的低处，更具体地说，该低处对应于低压涡轮最后轮盘15的排气区16。

排油装置首先包括转子-定子组30形式的排放装置，由下游的定子构件10和低压涡轮转子部件11之间的第一密封件14A所构成，与储油室21的油位相比，该密封件位于预定油位处。这些排油装置30（或密封区）的油位的选择是这样的，当所述储油室21油位超过对应于密封件14A的油位的阈值时，储油室21内至少一部分油20可以被排放到发动机外部---具体是指发动机的下部。这样，只有在储油室21油位被视为太高，涉及到储油室溢满导致漏油或增压密封不良等风险时，就可以放油。

为此，排油装置30可以使发动机低处20A的过剩油通过密封件14A而被排出，然后在连接到低压涡轮转子的部件11上旋转。

此外，根据本发明的排油装置还包括油携带装置，如果储油室漏油时，其将空气和部分夹带油引向低压涡轮终端轮盘15排气区16处，该区域对应于期望所述过剩油20A被引向的区域。

特别是，该油携带装置包括两个孔眼（或系列孔）11A和12A，分别布置在部件11和12上，这些孔眼的位置设计成可使空气流40在排放装置30和低压涡轮转子部件11下部之间的中间区循环，该区是过剩油20在重力作用下会流入的区域。该空气流40本身由喷射装置（图2未示）带走，沿发动机的下游方向，使得滑油20A沿部件11下部被带走。在发动机正常运行时，这些钻孔使得空气40循环到排气区16。油20A也在离心力作用下随部件11被带走。

此处，以及在该专利的所有说明中，“上游”和“下游”分别表示发动机1的前部和后部，以流过所述发动机的空气流的方向为基准，该方向在图2中用箭头F表示。

于是，油20A在下游方向沿部件11流动，并经过所述部件10和11之间的第二密封件14B而到达部件10处。为了实现这个流动，在部件11的壁上设有一些配置11B，在部件10和11之间连接区域内，油20A流过该部件。该配置呈现确定的斜坡形式，这样，油就沿该斜坡滑动，从而更适合被引向下游的定子构件10上。同样，部件10可以呈一定斜度，以便油沿该斜坡滑动并从而适合传送到孔眼10A处。

部件10上设有通风眼（或孔）10A（其为油携带装置的组成部分），被空气流40（以及斜坡，如果有的话，在孔眼附近的部件10处）带走的油杯引向该孔。例如，该孔眼10A可以是环形的，直径的选择根据需要排出的油的流量（预先确定）。

过剩油20A和空气流40（其流路如上所述）而后通过该孔眼10A而到达发动机的下部（在重力和空气流40作用下被夹带的油），特别是，到达低压涡轮终端轮盘15附近和下游的区域16。于是，由于发动机推力所施加的力，油20A和空气流40沿箭头F方向从发动机内排出。

为了更容易地将油向区域16排放，根据本发明，所述油携带装置在通风孔眼10A周围至少局部提供有防护罩50，固定到定子构件10上。优选地，该防护罩用来将油引向区域16。于是，在实际排放油的同时，空气流40会在放气区16处产生超压，从而防止沿箭头F方向流过发动机的空气进入到轮盘15下游区域，因为这会在该区域造成湍流，影响发动机1空气动力特性，损坏终端低压涡轮叶片15的轮盘/叶片组连接部分。

为此，排油装置的工作原理如下：

-在正常使用时，不会产生多余的油，空气流40会接连流过孔眼12A,11A和10A，从而在区域16内产生超压，以便泄放该区域的空气；

-如果出现漏油时（例如，因为低速时储油室21增压密封不良所致，或者，如果储油室20溢满时），过剩油20A经由转子-定子间隙30并在重力作用下流向因离心力作用其被夹带到转子11的区域，空气流40则一直流到通风孔10A处，进而流到其被排放的发动机的底部。

根据如上所述，很显然，油就这样被引向不具有很可能引起火灾的通风和温度条件的区域，因此而不会损害发动机性能。此外，空气流40带有两个作用：一个作用是将过剩油带出发动机（如果出现漏油时），另一个作用是对低压涡轮下游部分16进行放气（持续地），从而优化了这种空气流40的使用和其对发动机效能的贡献。

值得注意的是，尽可能地优选地，根据本发明的排油装置的油携带装置尽可能靠近下游定子构件10，这样，可以将所有油重新引入主流路，不会存在火灾的风险。

如图2轮廓图所示，（短的）防护罩50可以这样布置，即其范围主要覆盖通风孔10A附近，使油20A和空气流40被引向所示孔眼10A附近，同时也不会显著增加发动机的重量。根据图3所示本发明第二实施例，（长的）防护罩50这样布置，即其尺寸可大体上覆盖从通风孔10A到下游低压涡轮引气区16的通路，从而向油和空气流提供最佳导向，同时，油的流动尽可能靠近下游低压涡轮的放气区16。

图4中的图4A和4B从顶部示出了防护罩50，所示不是从范围角度（这些不同形式可以同样优先用于长防护罩或短防护罩），而是从形状上给出的两个不同的实施方式。在图4A的不同实施方式中，防护罩50采用平板制成，所用材料与下游定子构件10材料相同。在图4B方式中，防护罩50采用半圆周形槽的形式，其集成到部件10内。

在两种情况下，可以看出，引导部件50需要足够厚，这样，在发动机工作条件下，才不会出现变形。

引导部件50也可以完全集成到部件10中，这样可将部件10和50装配产生的附加重量降到最小（螺母和螺栓的重量）。

Claims (10)

1.一种排放储油室(21)内油的装置，所述储油室(21)位于燃气涡轮发动机下游部分，所述装置包括：

-排油装置(30)，当所述储油室油位超过阈值时，用来将储油室内存放的至少部分油(20)排到发动机外部，以及

-油携带装置(11A,12A)，能够通过空气流(40)将油带到所述发动机外部，

其特征在于，所述油携带装置包括：

-通风孔(10A)，设在所述发动机下游部分，以便使油通过所述通风孔(10A)，以及

-引导部件(50)，布置成可在油通过所述通风孔(10A)后被引向低压涡轮(15)的下游排气区。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，引导部件(50)是固定到发动机(1)下游部分上的防护罩。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，防护罩的尺寸大体上覆盖从通风孔(10A)到低压涡轮(15)下游排气区的通路。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，防护罩呈至少大体圆周形轮廓外形。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通风孔(10A)的尺寸适合需要排放的油的流量(20A)。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在下游部分(9)分别包括彼此相互连接的下游定子构件和低压涡轮转子部件(11)，储油室(21)设在下游定子构件上。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，排油装置布置在下游定子构件和低压涡轮转子部件(11)之间的第一密封区处，以便将油排放到低压转子部件(11)上。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，通风孔(10A)设在下游定子构件上。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，油携带装置进一步包括低压涡轮转子部件(11)的配置，位于下游定子构件(10)和低压涡轮转子部件(11)之间的第二密封区内，以便将空气和/或油被引向通风孔(10A)处。

10.一种涡轮机，其包括根据前面其中一项权利要求所述的排放储油室内油的装置。