CN103375267A - 油勺歧管 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种油勺歧管，其接收油并且沿向前和向后的方向引导油以润滑多个轴承组件。

Description

油勺歧管
本申请根据美国法典第35条119(e)款要求本发明人名下的、在2012年4月27日提交的美国临时专利申请序列号61/639,324的优先权和权益，该临时申请通过参考并入本文中。
技术领域
本实施例大体涉及用于递送油以润滑涡轮发动机中的油槽中的相关构件的设备和方法。更具体地，但不经由限制，本实施例涉及用于递送油以润滑高速涡轮轴的油槽的相关构件的设备和方法。
背景技术
在燃气涡轮发动机中，空气在压缩机中被加压，并且在燃烧器中与燃料混合，用于产生向下游流经涡轮级的热燃烧气体。这些涡轮级从燃烧气体提取能量。高压涡轮包括第一级喷嘴以及包括盘和多个涡轮叶片的转子组件。高压涡轮首先从燃烧器接收热燃烧气体并且包括第一级转子喷嘴，其向下游引导燃烧气体穿过从第一转子盘径向向外延伸的一列高压涡轮转子叶片。在两级涡轮中，第二级定子喷嘴定位在第一级叶片的下游，该第一级叶片进而跟随着从第二转子盘径向向外延伸的一列第二级涡轮叶片。定子喷嘴以使相邻下游涡轮叶片处的提取最大化的方式引导热燃烧气体。
第一和第二转子盘通过用于在操作期间为压缩机提供动力的对应转子轴连结于压缩机。这些涡轮典型地被称为高压涡轮。涡轮发动机可包括通常被称为静叶的许多静止空气翼型件级，其沿发动机轴向方向插置(interspace)在通常被称为叶片的旋转空气翼型件之间。在用于在飞行中为飞行器提供动力的典型涡扇式飞行器发动机构造中，多级低压涡轮跟随两级高压涡轮，并且典型地通过第二轴连结于配置在压缩机的上游的风扇。
当燃烧气体向下游流经涡轮级时，从燃烧气体提取能量，并且燃烧气体的压力降低。燃烧气体用于向用于电力和船舶用途的压缩机以及涡轮输出轴提供动力或在航空用途中提供推力。以该方式，燃料能量转化为旋转轴的机械能以向压缩机提供动力并供应继续该过程所需的压缩空气。
在涡轮发动机中，转子轴以非常高的速率旋转，并且在涡轮发动机的不同区域处由各种轴承支承用于这种旋转。关于涡轮发动机的一个问题是如何提供用于这些轴承的座圈下方润滑并确保对多个部件的适当润滑，同时平衡涡轮发动机区域的极其紧密的界限(confine)。
另外，为了实现空间和重量节省的目标，合乎需要的是，利用单一加油勺或构件来为两个或更多个部件加油。目前没有部件向多个轴承或密封滑槽(seal runner)提供这种座圈下方润滑。因为这些多个构件沿转子轴向前和向后隔开，所以还将合乎需要的是，油勺沿两个方向提供适当的加油。
如通过前文可见的，存在对油勺歧管的需要，该油勺歧管从槽向两个或更多个轴承提供油。另外，将合乎需要的是，至少在座圈下方提供这种润滑并沿向前和向后的方向两者提供润滑。
发明内容
本公开涉及一种油勺歧管，其从槽或喷嘴接收油并且沿向前和向后的方向引导油以给诸如例如轴承、密封滑槽等的多个油独立构件加油。油勺歧管在轴承座圈下方或其内提供油，从而允许这些高速构件的适当润滑。油勺歧管向空间在其中受限的多个部件提供润滑，并且不允许用于每个构件的专用勺和喷嘴。
一种油勺歧管，其包括：第一柱形台肩和与第一柱形台肩隔开的第二柱形台肩；以单一周向排列对齐的多个油勺，其配置在第一台肩与第二台肩之间；至少一个储蓄池，其与多个油勺流体连通；多个轴向槽，其沿向后和向前的方向从储蓄池延伸；与多个轴向槽相关的径向孔，径向孔允许油从多个轴向槽朝向台肩的外表面移动。
优选地，多个轴向槽具有至少两种不同长度。
优选地，径向孔沿周向方向互相偏离。
优选地，轴向槽具有等同的长度。
优选地，轴向槽延伸到台肩的端部。
优选地，径向孔配置在槽的变化轴向位置处。
优选地，油勺歧管还包括绕着第一柱形台肩和第二柱形台肩的外表面周向地延伸的轴承座。
优选地，勺由第一壁和第二壁限定。
优选地，油勺歧管还包括在第一壁与第二壁之间经过的下表面。
优选地，油勺歧管还包括朝向台肩的内表面穿过的下表面中的路径。
优选地，油勺歧管还包括在第一壁与第二壁之间经过的成角度的下表面。
优选地，油勺歧管还包括配置在储蓄池与轴向槽之间的至少一个后堰坝。
优选地，至少一个后堰坝与轴向槽中的一些流体连通。
优选地，油勺歧管还包括配置在储蓄池与轴向槽之间的至少一个前堰坝。
优选地，至少一个前堰坝与轴向槽中的一些流体连通。
优选地，径向孔为成角度的。
一种油勺歧管，其包括：第一壁和第二壁，第一壁和第二臂限定单一周向排列，其中具有至少一个储蓄池并具有至少一个勺；从第一和第二壁轴向地延伸的第一和第二台肩；与储蓄池流体连通的堰坝；沿台肩的内表面向前和向后延伸的轴向槽，其与堰坝流动连通；与轴向槽流体连通的径向孔；径向孔位于离第一和第二壁的变化距离处。
优选地，堰坝沿台肩的内表面周向地延伸。
优选地，轴向槽为第一轴向长度和第二轴向长度中的至少一个。
一种油勺歧管，其包括：由勺和储蓄池分离的第一柱形台肩和第二柱形台肩，勺和储蓄池以单一周向排列对齐；储蓄池与沿台肩的内表面周向地延伸的堰坝流体连通；与堰坝流动连通的多个轴向槽，多个轴向槽向前和向后延伸；轴向槽均具有用于将油从槽递送穿过台肩的外表面的径向孔；多个径向孔，其沿轴向槽定位，从而允许油穿过第一和第二柱形台肩。
所有以上概述的特征将理解为仅为示例性的，并且本发明的许多更多特征和目的可从本文中的公开搜集。因此，本发明内容的非限制性解释将在未进一步阅读整个说明书、权利要求和与其一起被包括的附图的情况下理解。
附图说明
通过参考结合附图进行的实施例的下列描述，本发明的上述及其它的特征和优点以及实现它们的方式将变得更加显而易见，并且油勺歧管将更好理解，其中：
图1是示例性涡轮发动机的侧视截面图。
图2是涡轮发动机中的前油槽的侧视截面图。
图3是安装在油勺歧管上的前油槽中的滚柱轴承和滚珠轴承的详细侧视截面图。
图4是油勺歧管的示例性实施例的透视图。
图5是可选油勺歧管的透视图。
部件列表
10涡轮发动机
12发动机入口端
14压缩机
16燃烧器
18轴承区域
20涡轮
24高压轴
26轴线
28低压轴
30凸缘
32第一底座
34第二底座
40轴承组件
42外座圈
44内座圈
46带
48滚珠
50轴承组件
52轴承底座
54外座圈
55内座圈
58滚柱
60油勺歧管
62中央勺
63侧壁
64路径
65侧壁
66收集堰坝
67下表面
68收集堰坝
70歧管槽
72孔口
74孔口
76油孔
78油孔
80轴承台肩
82轴承台肩
84轴承座
86轴承座
90内表面
92内储蓄池
160油勺歧管
170槽。
具体实施方式
现在将详细参考提供的实施例，其中的一个或更多个实例在附图中示出。每个实例经由说明提供，不限制公开的实施例。事实上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在不背离本公开的范围或精神的情况下在本发明中作出各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用以还产生又一些实施例。因此，意图是，本发明涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改和变化。
本实施例提供了用于在提供向转子轴轴承提供油的必要功能的同时使重量最小化并节省空间的单件式解决方案。油勺歧管沿向前和向后的方向两者提供油并且还向多个部件提供这种油。油勺歧管还在座圈下方供应油。
术语向前和向后关于发动机轴线被使用，并且大体指在发动机轴线的方向上朝向涡轮发动机的前部或涡轮发动机的后部。
如本文中使用的，术语“轴向”或“轴向地”指的是沿发动机的纵向轴线的尺寸。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“向前”指的是沿朝向发动机入口的方向移动，或构件与另一个构件相比相对更接近发动机入口。与“轴向”或“轴向地”结合使用的术语“向后”指的是沿朝向发动机喷嘴的方向移动，或构件与另一个构件相比相对更接近发动机喷嘴。
如本文中使用的，术语“径向”或“径向地”指的是在发动机的中心纵向轴线与发动机外周之间延伸的尺寸。术语“近侧”或“近侧地”单独或与术语“径向”或“径向地”结合的使用指的是沿朝向中心纵向轴线的方向移动，或构件与另一个构件相比相对更接近中心纵向轴线。术语“远侧”或“远侧地”单独或与术语“径向”或“径向地”结合的使用指的是沿朝向发动机外周的方向移动，或构件与另一个构件相比相对更接近发动机外周。如本文中使用的，术语“横向”或“横向地”指的是垂直于轴向尺寸和径向尺寸两者的尺寸。
现在参照图1-5，各种实施例描绘了从槽向轴承和其它润滑独立构件供应油的设备和方法。油勺歧管在于轴承的座圈以及其它构件内供应充足的油时沿向前和向后的方向提供油。
首先参考图1，示出了燃气涡轮发动机10的示意性侧视截面图，该燃气涡轮发动机具有发动机入口端12、压缩机14、燃烧器16和多级高压涡轮20。燃气涡轮10可用于航空、发电、工业、船舶等。取决于用途，发动机入口端12可以可选地包含多级压缩机而不是风扇。燃气涡轮10关于发动机轴线26或轴24(图2)轴对称，以使各种发动机构件绕着其旋转。在操作中，空气通过发动机10的空气入口端12进入，并且移动穿过空气压力在其中升高的至少一个压缩级并被引导到燃烧器16。压缩空气与燃料混合并燃烧，从而朝向高压涡轮20提供离开燃烧器喷嘴的热燃烧气体。在高压涡轮20处，从热燃烧气体提取能量，从而引起涡轮叶片的旋转，这进而引起轴24的旋转，该旋转朝向发动机的前部传递以取决于涡轮设计而使一个或更多个压缩机14、涡轮风扇或入口风扇叶片继续旋转。
轴对称轴24延伸穿过涡轮发动机(从前端延伸到后端中)，并且沿其长度由轴承支承。轴24可为空心的，以允许低压涡轮轴28在其中旋转。轴24、28两者可绕着发动机的中心线26旋转。在操作期间，轴24、28连同连接于轴的其它结构(诸如涡轮20和压缩机14的转子组件)一起旋转，以便取决于使用范围(例如电力、工业或航空)而形成电力或推力。
轴24的旋转由在油槽中操作以在高速旋转期间冷却和润滑部件的轴承支承。由于涡轮的高速旋转，故轴承位于油槽内，其中，润滑流体捕获用于递送以润滑相关部件。槽可直接供给油或者可供给喷嘴，该喷嘴进而向有关构件供给油。如图1所示，描绘了前轴承区域18，其中，可采用油勺歧管60(图2)。然而，这是一个示例性位置并且不应当被认为是限制性的，这是因为各种可选位置也可容纳这种轴承结构。
现在参考图2，描绘了示例性前轴承区域18的详细侧视图。出于视角的目的，该图的顶部是压缩机14的一部分。凸缘30从框架结构悬垂，并且第一底座32和第二底座34连接于凸缘30。底座32、34部分用于支承轴承组件40、50并允许由于旋转轴24的振动或冲击而产生的一些挠曲，该振动或冲击可通过轴承组件40、50接收。第一底座32向下悬垂并且提供用于滚珠轴承组件40的支承件36。轴承组件40包括外座圈42和内座圈44，承载件或带46安装在外座圈42和内座圈44之间并且保持多个滚珠48。轴承组件40绕着轴24和中心轴线26周向地延伸。
轴承40下方是绕着轴24周向地延伸的油勺歧管60。例如，油勺歧管60可过盈配合在轴24上，但是可使用其它固定部件的方法。油勺歧管60用作用于轴承组件40的座，以使轴24的旋转引起勺歧管60的旋转和内座圈42的旋转。相似地，油勺歧管60还用作用于轴承组件50的座。
延伸成支承滚柱轴承组件50的第二底座34与底座32相邻地延伸。组件包括轴承底座52、外座圈54和内座圈55以及滚柱58。滚柱58由承载件56支承。与滚珠轴承组件40相似，滚柱轴承组件50绕着轴24周向地延伸以支承旋转并且在油勺歧管60上就位。
滚珠轴承组件40和滚柱轴承50一起允许轴24(例如高压轴)绕着中心线26的旋转。此外，油勺歧管60提供用于向轴承组件40、50提供油的器件。
现在参考图3，示出了油勺歧管60以及滚珠轴承组件40和滚柱轴承组件50的详细侧视截面图。油勺歧管60经由过盈配合安装在高压轴24上。根据一个实施例，油勺歧管60具有在勺60旋转期间穿过油浴的中央勺62。根据可选实施例，与油勺歧管60相邻的喷嘴可利用油流对勺62进行喷射。中央勺62包括两个侧壁63、65和将接收的油引导到路径64的下表面67。例如，勺几何形状62可取决于许多特性(诸如叶片的数量、叶片几何形状轴尺寸、转速和需要油的构件数量)而变化。勺几何形状还可变化以优化勺效率和捕获的油量。路径64与勺60的内侧的至少一个收集堰坝(weir)流体连通。示例性歧管60包括两个收集堰坝66、68。如将进一步描述的，示例性装置采用两个堰坝，每个堰坝沿关于轴的两个方向(向前方向和向后方向)中的一个供给油。因此，油勺歧管60允许滚珠轴承组件40和滚柱轴承组件50的润滑。
堰坝66、68从路径或储蓄池64接收油，供给到轴向歧管槽70。堰坝66、68绕着歧管60的内表面环形地延伸。因为歧管60过盈配合在轴24上，所以槽70形成用于油或其它润滑剂的流的空隙。这些轴向槽70在内座圈44、55下方朝向轴承组件40、50在轴与歧管60之间向前和向后供给流体，以便向滚珠轴承组件40和滚柱轴承组件50提供油。孔口或孔72、74与轴向槽流体连通，以分别供给轴承组件40、50。孔口可径向地延伸或者成角度。因此，轴承座圈44、55中的每一个具有多个孔口，以分别向滚珠轴承48和滚柱轴承58供应油或其它冷却润滑剂。
在高压轴24高速旋转时，油槽歧管60用作泵以接收油，从而将油从勺60的外表面引导到与轴24相邻的勺的内表面并继续轴向地朝向径向孔72、74，以便向每个轴承组件40、50供应油。在滚珠轴承组件40处，径向孔72向孔76供给油以供给轴承组件40的各种构件。在滚柱轴承组件50处，径向孔74向孔78供给油。
现在参考图4，在透视图中示出油槽歧管60。中央勺62示出为在轴承台肩80、82之间，轴承组件40、50可定位在轴承台肩80、82上。多个径向孔72、74示出为沿台肩80、82分散，以如先前描述地将油引导到组件中。台肩80、82包括轴承座84、86，内座圈44、55可抵靠轴承座84、86定位以限定用于轴承的适当位置。座84、86用作轴承隔离件以将轴承适当地定位在歧管60上。然而，示例性实施例允许利用单个部件来进行定位，由此简化结构并使重量最小化。多个勺结构62位于座84、86之间，多个勺结构62接收油并允许油从勺歧管60的外表面传递到内表面90。每个勺62都包括内储蓄池92。勺62和储蓄池92以单一周向排列对齐，从而允许减小的长度和重量的一部分，这改进了发动机性能。油从储蓄池溢出到堰坝66、68中。每个储蓄池92将油引导到用于沿向前或向后的方向供给油的通路中。然而，在可选实施例中，可从单一储蓄池沿两个方向供给油。
油从堰坝66、68溢出到径向槽70中。根据至少一个实施例，径向槽70具有不同长度，从而导致径向孔72、74不沿周向方向对齐。堰坝66、68允许油经由供给槽70从勺62移动到孔72、74中，供给槽70沿轴向相反的方向与轴24相邻地延伸。轴向槽70向径向孔72、74供给，径向孔72、74还示出为在向轴承组件40、50供给的勺歧管60的内侧。
现在参考图5，在示例性实施例中描绘可选油勺歧管160。根据图4的实施例，轴向槽70中的每一个具有变化的长度，其中，每个径向孔或孔口72、74位于轴向槽70的端部处。根据一些实施例，勺160包括全部具有相等的长度的多个轴向槽170。这些槽170可或不可延伸到勺160的每一侧的轴向端部。径向孔或孔口72、74沿轴向槽170的路径定位，并且沿轴向方向以不同长度互相偏离，以在多个位置处向每个轴承组件40、50提供油。
由于歧管勺60、160与轴24之间的干涉，油被限制为行进穿过由堰坝、储蓄池和轴向槽限定的路径。这些部件限定在示例性勺的材料内，以便提供用于穿过其的油流的一些空隙。因此，本文中描述和示出的勺用作泵以向多个轴承组件并相对于轴24沿不同方向提供油。
油勺歧管提供了紧凑设计，其组合多个构件的特征和功能并且由此使制造复杂性最小化。根据该设计，构成了具有最小数量的部件的较低重量部分。
虽然本文中已经描述和示出了多个发明实施例，但是本领域技术人员将容易预想用于执行功能和/或获得本文中描述的结果和/或优点中的一个或更多个的各种其它器件和/或结构，并且这种变化和/或修改中的每一个被视为在本文中描述的实施例的发明范围内。一般地说，本领域技术人员将容易认识到，本文中描述的所有参数、尺寸、材料和构造意在为实例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用发明教导的具体应用或多个应用。本领域技术人员将认识或者能够利用不超出常规的实验确定本文中描述的具体发明实施例的许多等同物。因此，将理解：前述实施例仅经由实例提出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，发明实施例可不如具体描述和要求权利地另外实践。本公开的发明实施例涉及本文中描述的每个单独的特征、系统、物件、材料、套件和/或方法。另外，两个或更多个这种特征、系统、物件、材料、套件和/或方法的任何组合(如果这种特征、系统、物件、材料、套件和/或方法不互相矛盾)包括在本公开的发明范围内。
实例用于公开实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践设备和/或方法(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。这些实例不意图为详尽的或者将本公开限制于公开的确切步骤和/或形式，并且许多修改和变化根据以上教导为可能的。本文中描述的特征可以以任何组合结合。本文中描述的方法的步骤可按物理上可能的任何顺序执行。
如本文中限定和使用的所有定义应当理解为凌驾于字典定义、通过参考并入的文献中的定义和/或限定的术语的普通含义之上。如本文中在说明书中和在权利要求中使用的不定冠词“一”和“一个”应当理解为指“至少一个”，除非明确地相反地指出。如本文中在说明书中和在权利要求中使用的用语“和/或”应当理解为指因此联合的元件(即，在一些情形下结合地存在而在其它情形下分离地存在的元件)中的“任一个或两者”。
还应当理解，除非明确地相反地指出，在包括多于一个步骤或动作的在本文中要求权利的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序不必受限于该方法的步骤或动作按其叙述的顺序。
在权利要求中以及在以上说明书中，所有连接词诸如“包括”、“含有”、“带有”、“具有”、“包含”、“涉及”、“拥有”、“由…构成”等将理解为开放式的，即指包括但不受限于。仅连接词“由…组成”和“主要由…组成”应该分别为封闭式或半封闭式连接词，如在美国专利局专利审查程序手册的2111.03章中阐述的。

Claims (10)

1. 一种油勺歧管，其包括：
第一柱形台肩和与所述第一柱形台肩隔开的第二柱形台肩；
以单一周向排列对齐的多个油勺，其配置在所述第一台肩与所述第二台肩之间；
至少一个储蓄池，其与所述多个油勺流体连通；
多个轴向槽，其沿向后和向前的方向从所述储蓄池延伸；
与所述多个轴向槽相关的径向孔，所述径向孔允许油从所述多个轴向槽朝向所述台肩的外表面移动。
2. 根据权利要求1所述的油勺歧管，其特征在于，所述多个轴向槽具有至少两种不同长度。
3. 根据权利要求2所述的油勺歧管，其特征在于，所述径向孔沿周向方向互相偏离。
4. 根据权利要求1所述的油勺歧管，其特征在于，所述轴向槽具有等同的长度。
5. 根据权利要求4所述的油勺歧管，其特征在于，所述轴向槽延伸到所述台肩的端部。
6. 根据权利要求4所述的油勺歧管，其特征在于，所述径向孔配置在所述槽的变化轴向位置处。
7. 根据权利要求1所述的油勺歧管，其特征在于，还包括绕着所述第一柱形台肩和所述第二柱形台肩的外表面周向地延伸的轴承座。
8. 根据权利要求1所述的油勺歧管，其特征在于，所述勺由第一壁和第二壁限定。
9. 根据权利要求8所述的油勺歧管，其特征在于，还包括在所述第一壁与所述第二壁之间经过的下表面。
10. 根据权利要求9所述的油勺歧管，其特征在于，还包括朝向所述台肩的内表面穿过的所述下表面中的路径。
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