CN103459780A

CN103459780A - 具有旁通阀的润滑装置

Info

Publication number: CN103459780A
Application number: CN2011800508403A
Authority: CN
Inventors: 塞巴斯蒂安·得特里; 雅尼克·卡佐克斯; 奥利维尔·皮埃尔·德斯库伯斯
Original assignee: Turbomeca SA
Current assignee: Safran Helicopter Engines SAS
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: KR101895639B1; CN103459780B; WO2012052658A2; WO2012052658A3; CA2813923A1; PL2630340T3; US9238975B2; JP2013544342A; RU2013122855A; JP5684396B2; ES2541861T3; CA2813923C; RU2581507C2; FR2966507B1; EP2630340A2; US20130205745A1; FR2966507A1; KR20130129191A; EP2630340B1

Abstract

本发明涉及一种润滑装置（5），包括旁通阀（9），该阀具有入口（IN），与进给回路（7）相连；第一出口（M），适于连至待润滑元件；和第二出口（BP），连至旁路（8）。该阀（9）包括阀构件（14），该阀构件设置于所述阀（9）的腔（15）中，并将腔（15）分隔为第一室（16）与第二室（17）。所述第一室（16）连至所述入口（IN），所述阀构件（14）适于根据两室（16，17）之间的压差Δp而在第一位置与第二位置之间滑动，一致动器（26）朝第一位置推所述阀构件（14）。在第一位置，从第一室（16）至第二出口（BP）的流体流动通道打开，从第一室（16）至第一出口（M）的流体流动通道关闭。在第二位置，从第一室（16）至第一出口（M）的流体流动通道打开，从第一室（16）至第二出口（BP）的流体流动通道关闭。至少在所述第二位置，阀构件（14）以大致无漏损的方式分隔所述第一室（16）与第二室（17），同时第二室（17）保持与第二出口（BP）流体流动连通。

Description

具有旁通阀的润滑装置

技术领域

本发明涉及一种润滑装置，特别是用于涡轮引擎，例如涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机或涡轮螺旋桨发动机的润滑装置。

背景技术

在某种机器中，特别是在涡轮引擎中，当驱动轴低于某速度时，停止、转向或减小传送到例如轴承油封这样的特定元件的滑润剂流是有利的，或可能的，甚至必须的。特别是，当流经被润滑元件的该滑润剂流是由两台泵（包括所述被润滑元件上游的进给泵和其下游的恢复泵）驱动时，在该两台低速的泵的流速之间可能出现紊乱。当进给泵以大于由恢复泵的流速传送润滑剂时，此紊乱可导致润滑剂淤塞在被润滑的元件中，并导致润滑剂粘结的风险，这对于这些元件是有害的。

现有技术公开了具有预防机构的润滑装置，该预防机构在低于特定速度的情况下停止被润滑元件上游的润滑剂流。该所使用的装置特别包括进给泵下游的底阀，以及进给泵上游的防虹吸装置。然而，由于如果当该停止发生时进给泵仍然在运转，润滑剂流的突然中断可导致该进给泵的损坏，并由于此进给泵通常仅在驱动轴在非常低速时脱离，因此现有技术中的所述底阀和防虹吸装置通常调整为仅在待润滑机器在非常低速时停止润滑剂流，从而减小它们阻止润滑剂在待润滑元件中累积的效果。

在低速状态下，与由进给回路所传递的流速对比，恢复回路性能的逐渐降低可导致那些元件中的润滑剂淤塞。当所述元件较热时，会发生淤塞的润滑剂粘结的风险。由于现代涡轮引擎在非常高的温度运转，以增加它们的效率，因此粘结的风险也增加，特别是如果也发生所谓的“回吸”现象，其中当驱动轴停止时用于润滑的元件临时加热。这样的粘结甚至可导致润滑喷嘴和/或油恢复回路阻塞。

在现有技术中，公开了包括用于避免润滑剂在低速积聚的装置的其他润滑装置。于是，在专利US4170873中，公开了一种润滑装置，其包括润滑进给回路和与该进给回路相连的润滑旁路。为了在进给回路中的进给泵停止前阻止润滑剂供应至待润滑元件，该润滑系统在一侧包括在该进给回路中的所述旁路下游的止回阀，在另一侧包括在所述旁路中的旁通阀，该旁通阀设置为在预定进给压力下打开。这样，当进给压力下降到低于该阈值时，所述旁通阀打开，所述止回阀关闭，以将润滑剂从进给回路转向而不经过待润滑元件。然而，该现有技术润滑系统存在具有两个分离的阀的缺点，因此更复杂，并存在两个潜在故障源。

在专利US4245465中，公开了另一种润滑装置，该装置包括润滑剂进给回路和与该进给回路相连的旁路。该另一润滑系统具有设置在进给回路与旁路之间的单一的三通阀，用于在低速下关闭进给回路，并用于在高速下调节旁流。然而，该阀较复杂，在该进给回路的打开和关闭阈值之间可具有大量的滞后量，总之该进给回路并未解决润滑剂在待润滑元件中淤塞的问题，因为其并不具有用于在进给回路关闭后排出该润滑剂的恢复泵。

欧洲专利申请EP2202387A1公开了几种可选择的润滑装置，每种润滑装置均具有润滑剂进给回路和旁路。每种润滑系统在所述进给回路与旁路之间还包括，具有连接到所述进给回路的入口的阀、适于与待润滑元件相连的第一出口、与所述旁路相连的第二出口和容纳在所述阀的腔中并分隔第一室与第二室的阀构件。所述第一室与所述入口相连，所述阀构件适于在一第一位置与一第二位置之间滑动，在所述第一室旁具有一用于将其朝所述第二位置推的液压驱动表面，在所述第二室旁具有一用于将其朝所述第一位置推的液压驱动表面。该阀还具有一用于将所述阀构件朝第一位置推的返回致动器。在所述第一位置，从所述第一室至所述第二出口的流体流动通道打开，而从所述第一室至所述第一出口的流体流动通道关闭。相反，在所述第二位置，从所述第一室至所述第一出口的流体流动通道打开，而从所述第一室至所述第二出口的流体流动通道关闭。

这样，在所述阀构件的第一位置，由于进给回路经入口连接到阀的第一室，旁路经第二出口连接到第二阀室，当进给压力相对于旁路中的压力足够高时，两室之间的压力差朝第二位置推阀构件，直到在所述第二位置，从所述第一室至所述第二出口的流体流动通道关闭，而从所述第一室至所述第一出口的流体流动通道打开。以此方式，进给回路中的足够的额外压力使所述阀构件从用于将润滑剂流转至旁路的第一位置行至用于供应待润滑元件的第二位置。

同样地，在所述阀构件的第二位置，当进给压力相对于第二出口的压力下降到低于一特定阈值时，返回致动器使阀构件朝其中润滑剂转到旁路的第一位置返回。

然而，在EP2202387中公开的不同可选润滑装置仍具有一些缺点。具体为，所公开的各阀具有穿过或围绕阀构件的位于第一和第二室之间的流体流动通道，以使得可在所述阀构件的第一位置，润滑剂从第一室流向第二出口并流向旁路。那些通道可导致在关闭和打开旁路时出现不希望的不稳定。

当进给回路启动时，一旦在第一室中建立足够的额外压力，所述阀构件就开始抵抗由返回致动器所施加的力从所述第一位置朝所述第二位置移动。第一室与第二室之间的压力差于是取决于由穿过两个室之间的所述流体流动通道的润滑剂流所导致的压头损失。然而，当所述阀构件到达第二位置时，其关闭第二室与第二出口之间的通道。由于第二室不再将流体排放至第二出口，因此两室中的压力经将将它们连接在一起的流体流动通道而一致。进给回路与排放回路之间的压力差作用于其上的液压致动表面的有效面积因此从该阀构件的截面积突减到第二出口的实质上更小的截面积。在来自返回致动器的力的作用下，阀构件于是可沿相反方向返回，从而重新打开第二出口，以重新建立压力差，等等。

类似地，当以正常进给速度启动，压力降到一特定阈值以下时，阀构件开始从第二位置移向第一位置，从而打开第二出口，并重新建立通过阀构件和第二室至所述第二出口的润滑剂流。第二室中的压力停止与第一室中的压力相等，并变为等于第二出口中的更低压力。这样，进给回路与排放回路之间的压力差作用于其上的液压致动表面的有效面积因此几乎突然从第二出口的截面积增加到该阀构件的截面积。如果该压力差保持足够高，阀构件因此朝向第二位置返回，从而再-关闭第二出口，循环再次开始。

这就是EP2202387中公开的各阀在关闭和打开旁路时具有潜在不稳定性，在它们之间具有滞后现象的原因。

发明内容

本发明提出一种润滑装置，其使得可解决在打开和关闭旁路时不稳定的问题，以及在打开与关闭之间出现滞后现象的问题。

此目的通过以下事实来实现：在本发明的至少一个实施例中，至少在阀构件的第二位置，该阀构件以大致无漏损的方式分隔所述第一和第二室，而第二室保持与第二出口流体流动连通。

通过这些规定，该阀构件到达第二位置，即进给位置，以及该阀构件从所述第二位置出发均不引起第二室中压力的较大变化，由进给回路与旁路之间的压力差所施加到该阀构件上的力也不发生较大变化。这避免了在关闭和打开旁路时阀的不稳定性。

有利地，该润滑装置还包括用于从待润滑元件恢复润滑剂的润滑排放回路。特别是，此回路可包括排放泵。

此排放回路用于从待润滑元件排放润滑剂，以使其可在封闭回路中重新使用，还用于除热。另外，此润滑剂排放回路与旁路和阀相结合，用于在进给压力下降到低于一特定阈值时限制待润滑元件中润滑剂的量，从而避免与那些元件中的润滑剂过量或淤塞相关的现象，例如泄漏或粘结。除此之外，如果那些元件中的润滑剂典型为可燃的，则限制那些元件中的润滑剂的量还用于减小火灾的风险，还具有减少防火规定的要求的优点，于是可使得所包括的各部件设计得不那么昂贵。

有利地，在阀构件的第一位置将第一室与第二出口相连的流体流动通道比在阀构件的第二位置将第一室与第一出口相连的流体流动通道具有更大的流动阻力。这确保了在该第二位置有比在第一位置更大的压头损失，以及所述两出口之间的压差。

本发明还涉及一种设备，其包括具有至少一个支撑轴承的旋转轴，并包括用于润滑该轴承的本发明的润滑装置。特别是，此设备在进给回路中，所述阀的上游，还可包括由所述旋转轴驱动的进给泵，以保证燃料供应，确保所述旋转轴旋转。在本发明的上下文中，术语“驱动”用来表示直接机械驱动，以及经传动装置而间接驱动，所述传动装置可以是机械的、液压的、气动的或电动的。有利地，所述润滑装置随后可被校准，以使在增速过程中阀构件到达第二位置的旋转轴的转速在该旋转轴额定转速的20%-35%的范围内，和/或使得在减速过程中阀构件返回至第一位置的旋转轴的转速在该旋转轴额定转速的15%-30%的范围内。通过在旋转速度仍然相对较高时停止供应润滑剂，润滑剂在低速下积累可更加确定地避免。

本发明还提供一种涡轮引擎，包括此设备，特别是用于例如直升机这样的飞机。该引擎具有关于转速、可靠性、润滑、防火等方面的特别严格的限制，于是构成特别有利地使用本发明的上下文。

附图说明

通过阅读以下作为非限定性例子的实施例的详细描述，本发明可被更好地理解，其优点将更好地呈现。该说明参照附图，其中：

图1为由具有根据本发明第一实施例的润滑装置的涡轮轴引擎推进的飞机的示图；

图2A为图1中润滑装置的旁通阀的纵向截面图，阀构件在第一位置；

图2B为图2A中阀的另一纵向截面图，阀构件在第二位置；

图3A为本发明第二实施例中润滑装置的旁通阀的纵向截面图，阀构件在第一位置；

图3B为图3A中阀的另一纵向截面图，阀构件在第二位置；

图4A为本发明第三实施例中润滑装置的旁通阀的纵向截面图，阀构件在第一位置；

图4B为图4A中阀的另一纵向截面图，阀构件在第二位置；

图5为绘示根据进给压力的，在任何所示实施例中由一润滑装置供应润滑剂的速度的示图。

具体实施方式

图1为一飞机，更具体说是一直升机1的示图，该直升机具有带有由轴承4支撑的旋转驱动轴的涡轮轴引擎2，以及用于润滑所述轴承4的润滑装置5。

所述润滑装置5包括一箱润滑剂6、用于向轴承4供应润滑剂的进给回路7、旁路8、介于进给回路7与旁路8之间的阀9，以及用于从轴承4排放润滑剂的排放回路10。所述进给回路7包括经附属齿轮箱（AGB）12由驱动轴3所驱动的容积式进给泵11。所述排放回路10包括排放泵13，同样为容积式泵并经AGB12由驱动轴3所驱动。进给泵11和排放泵13从而通常协调配合以获得大致相同的流速，至少在额定速度，以避免轴承4积累润滑剂或缺乏润滑剂。

然而，在低速下，无法再保证那些流速保持相同。特别是，存在润滑剂在轴承4中积累或粘结的风险。为避免这些，润滑装置5包括通过进给压力所控制的旁通阀9。此阀9为三口和两位置阀，具有为向轴承4供应润滑剂而与进给回路7相连的入口IN，和与轴承4相连的主出口M，以及第二出口BP，使润滑剂如图所示直接地或例如经AGB12而间接地经旁路8至箱6。

阀9的第一变体显示于图2A和2B中。所显示的阀9为“滑阀”型，具有沿阀9的腔15中的两位置之间的轴A滑动的阀构件14。在此腔15中，阀构件14限定两个室16和17，第一个室与入口IN流体-流动连通，第二个室经排水管18与阀9的第二出口BP流体-流动连通。阀构件14以大致无漏损的方式分隔室16和17，并且在所述第一室16的侧部具有用于将所述阀构件朝第二位置，即在所示的实施例中朝第二室17推的液压驱动表面19。该阀构件14在第二室17的侧部还具有用于将所述阀构件朝第一位置，即在所示的实施例中朝第一室16推动的液压驱动表面20。腔15具有限定阀构件14第一位置的第一止动部21，以及与所述第一止动部相对的肩部形式的第二止动部22，该第二止动部与阀构件14上的互补肩部23相配合，以确定阀的第二位置。一返回致动器26，以撑靠腔15的端壁25的弹性弹簧的形式，朝向第一位置推动阀构件14。

入口管IN大致位于滑动轴A上。然而，两出口管M和BP大致垂直于所述滑动轴A。阀构件14具有两个孔27和28，分别在第二位置时与第一出口M，在第一位置时与第二出口BP对正，以使腔15的第一室16分别与出口M或BP中的一个流体流动连通。第二孔28比第一孔27窄，以更大程度地限制润滑剂的流动。

在运转中，只要入口IN内的压力保持过低，以致不能逆着弹簧26的力移动阀构件14，则该阀构件14保持在第一位置，如图2A所示，第一出口M被阀构件14关闭，阀构件14的第二孔28与第二出口BP对正，以将几乎全部的润滑剂流转至旁路8。由于孔28的尺寸被限制，只要有润滑剂流，通过孔28的压头损失就确保第二出口BP中的压力低于入口IN中的压力。由于第一室16与入口IN直接相连，第二室17经排水管18连接至第二出口BP，则在以大致无漏损方式由阀构件14分隔的两个室16和17之间建立起压差Δp。

从在对应于所述驱动轴的更高预定转速的入口IN处的压力或流速开始，所述压差Δp变得足以朝如图2B中所示的第二位置逆着致动器26的返回力移动阀构件14。这样，阀构件14的第一孔27逐渐移动为与第一出口M对正，逐渐朝此第一出口M打开来自入口IN和第一室16的流体流动通道。当阀构件14到达如图2B所示的第二位置时，几乎全部经阀9的入口IN由进给回路17传送的润滑剂流传送至轴承4，以对它们进行润滑。阀构件14的第二孔28不再与第二出口BP的管对正，因此第一室16与第二出口BP之间的流体流动通道关闭。相反，第二出口BP与第二室17之间的流体流动连通经排水管18而保持。这样，作用在整个液压致动表面20上的压力保持在第二出口BP处的压力。

如果由于例如驱动泵11和13的驱动轴3的速度下降，进给压力或流速下降到低于一预定阈值，则两个室16和17之间的压差Δp再一次变得过小而无法使阀构件14逆着来自弹簧26的返回力保持在其第二位置。因此，阀构件14朝其如图2A所示的第一位置返回，逐渐再次关闭通往第一出口M的通道，同时再次打开通往第二出口BP和通往旁路10的通道。

这样，在引擎2的拖延停止过程中，当驱动轴3的转速下降到低于一预定值时，由进给泵11传递的流速不再足以保持两室16和17之间的足以将阀构件14保持在其第二位置的压差Δp，由进给回路7所传送的润滑剂流转至该旁路。然而，由于排放泵13从轴承4经排放回路10持续排放润滑剂，润滑装置5还限制在引擎停止后保持在轴承4中的润滑剂的量，从而避免粘结和泄漏，并消除由轴承4中存在该润滑剂所造成的火灾风险。特别是，由于阀9，阀9的出口M下游的设备可被给予按照EASA CS-E570标准的耐火证明，其可减小到5分钟测试（“耐火（fire resistant）”），取代15分钟测试（“耐火（fireproof）”）.

用于本发明的润滑装置的可选实施例的阀9的其他变体显示于图3A-4B中。

显示于图3A和3B中所示的阀9基本相当于图2A和2B中所示的阀9，在此阀中的对应元件在图中采用相同的附图标记。该阀9与第一实施例中的阀的区别主要在于，阀构件14与腔15的内径均不具有肩部，从而简化了产品。在图3A中所示的其第一位置，阀构件14接靠止动件21，同时在图3B所示的其第二位置，其接靠形成在腔15的端壁25上的凸起24’。其操作与图2A和图2B中所示的阀的操作相同，其可以相同方式用于图1的润滑装置5中。

图4A和4B中所示的阀9也基本相当于图2A和2B中所示的阀9，在此阀中的对应元件在图中采用相同的附图标记。阀9的此第三变体相对于第二变体进一步简化。具体为，阀构件14仅具有一个径向孔28，该径向孔与图4A中所示的第一位置正对，在容纳于腔15的放大孔中的套30中具有一对应孔29。此放大孔与阀9的第二出口BP流体流动连通，使得当在所述第一位置时，阀构件14的孔28与套30的孔29正对，它们使阀9的第一室16与所述第二出口BP流体流动连通。套30还具有一第二孔31，用于使第二室17与第二出口BP流体流动连通，即使在如图4B中所示的阀构件14的第二位置中。在此第二位置，阀构件14相对于第一位置的移动用于释放从第一室16向阀9的第一出口M的流体流动通道。因此，阀9的操作也基本等同于前两个变体的操作，其可以相同方式用于图1的润滑装置5中。

这样，如图5的图中所示，阀9的这三个变体中的每一个使得可以根据驱动轴3的转速N的流速dV/dt向引擎2的轴承4供应润滑剂，在最小速度N_a,min与速度N_a,max之间的过渡范围内具有一用于增加引擎速度的曲线50与用于减小引擎速度的曲线51之间的最小滞后量h，其中在最小速度N_a,min，阀9的出口M完全关闭，在速度N_a,max，阀9的出口M完全打开。此速度N_a,min优选在引擎2的额定速度N_g的15%-30%的范围内，速度N_a,max可位于引擎2的额定速度N_g的20%-35%的范围内。

尽管已参照具体实施例描述了本发明，很清楚，各种修改和变化可在不超出由权利要求书所限定的本发明的通常范围的情况下补充到那些例中。具体为，所显示的变体实施例的孤立的特征和元件可合并为新颖实施例。因此，说明书和附图应被认为是说明意图而非限定意图。

Claims

1.一种润滑装置（5），包括：

润滑剂进给回路（7）；

旁路（8）；以及

阀（9），该阀（9）介于所述进给回路（7）与旁路（8）之间，并包括：

入口（IN），与所述进给回路（7）相连；

第一出口（M），适于连至待润滑元件；

第二出口（BP），连至所述旁路（8）；

阀构件（14），该阀构件容纳于所述阀（9）的腔（15）中，并分隔第一室（16）与第二室（17），所述第一室（16）连至所述入口（IN），所述阀构件（14）适于在第一位置与第二位置之间滑动，并在所述第一室（16）的侧面具有液压致动表面（19），用于将其朝所述第二位置推动，和，在所述第二室（17）的侧面具有液压致动表面（20），用于将其朝所述第一位置推动；以及

致动器（26），用于朝所述第一位置返回所述阀构件（14）；其中

在所述第一位置，从所述第一室（16）至所述第二出口（BP）的流体流动通道打开，同时从所述第一室（16）至所述第一出口（M）的流体流动通道关闭；并且

在所述第二位置，从所述第一室（16）至所述第一出口（M）的流体流动通道打开，同时从所述第一室（16）至所述第二出口（BP）的流体流动通道关闭；

其特征在于，至少在所述第二位置，所述阀构件（14）以大致无漏损的方式分隔所述第一室（16）与第二室（17），同时所述第二室（17）保持与所述第二出口（BP）流体流动连通。

2.根据权利要求1所述的润滑装置（5），其中所述润滑剂进给回路（7）包括设置在所述阀（9）上游的进给泵（11）。

3.根据权利要求1或2所述的润滑装置（5），进一步包括用于从所述待润滑元件恢复润滑剂的润滑剂排放回路（10）。

4.根据权利要求3所述的润滑装置（5），其中所述润滑剂排放回路（10）包括排放泵（13）。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的润滑装置（5），其中所述在第一位置连接第一室（16）与第二出口（BP）的流体流动通道比所述在第二位置连接第一室（16）与第一出口（M）的流体流动通道具有更大的流动阻力。

6.一种设备，包括：

旋转轴（3），具有至少一个支撑轴承（4）；和

用于润滑所述至少一个轴承（4）的根据权利要求1-5中任何一项所述的润滑装置（5）。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，该设备在所述进给回路（7）中，所述阀（9）的上游还包括由所述旋转轴（3）驱动的进给泵（11）。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，该设备被校准，以使在一速度增加过程中所述阀构件（14）到达第二位置时的旋转轴（3）的转速（N_a,max）在所述旋转轴（3）的额定速度（N_g）的20%-35%的范围内。

9.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于，该设备被校准，以使在一速度减少过程中所述阀构件（14）返回第一位置时的旋转轴（3）的转速（N_a,min）在所述旋转轴（3）的额定速度（N_g）的15%-30%的范围内。

10.根据权利要求6-9中任何一项所述的设备，其特征在于，该设备进一步包括所述轴承（4）下游的润滑剂排放回路（10），该润滑剂排放回路具有至少一个由所述旋转轴（3）驱动的排放泵（13）。

11.一种涡轮轴引擎，其包括根据权利要求6-10中任何一项所述的设备。