CN104141539B - 具有用于风力旋转的防虹吸阀的涡轮机润滑系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机(2)的油供给系统，包括设计用于容纳大量油的油箱(16)，设计用于从油箱抽吸油并且将油排放给涡轮机(2)上的至少一个装置的泵(26)，和设计用于防止油流动到所述一个或多个装置的防虹吸阀(28)。防虹吸阀(28)位于泵(26)上游，并且设计用于当泵(26)的速度变得高于速度R1时允许油的流动。本发明还涉及装配有风扇(18)和两个防虹吸阀的涡轮喷气发动机，两个防虹吸阀设计用于在第一泵的不同旋转速度下打开。

Description

具有用于风力旋转的防虹吸阀的涡轮机润滑系统

技术领域

本发明涉及用于分配油到飞机涡轮机的回路。更具体地，本发明涉及一个或多个液压回路，用于致动、冷却和/或润滑飞机涡轮发动机中的装置。本发明还涉及根据本发明的轴向涡轮发动机。

背景技术

涡轮机将油用于不同功能。该油可被用于润滑运动部件和冷却运动部件。该油还可被用于借助其压力来致动装置或给装置供料。例如，该油可被用于调节涡轮螺旋桨发动机的风扇叶片的间距，或用于缓冲由轴承传递的运动(挤压油膜)。该油还可被用于加热或冷却涡轮螺旋桨发动机或甚至飞机的一些部件。

为了完成这些功能，油通过泵用管道被输入到回路中，以使其循环。由于不同的装置共同连接到该回路，因此在该回路中通常存在若干泵。每一个可能以不同的速率和/或压力传输油或驱送油，以给各个装置或多组装置供料。有利地，这些泵由来自涡轮机轴上的动力驱动，以简化驱动机构。

该驱动机构确保油在飞机上的涡轮螺旋桨发动机中的循环，甚至在该涡轮螺旋桨发动机停车但是转子仍旋转时。飞行中，飞机可通过切断到其发动机之一的燃料来执行其任务。由飞机的速度产生的气流能够使风扇旋转，并且因此使连接到风扇的泵旋转。

而且，飞机必须遵守与发动机起火相关的安全规程。该回路必须能够在可能火上加油的情况下切断油的流动，并且允许在需要润滑或机械能的装置中循环。对于可将其冷却到一定程度的一些装置而言，循环的油仍然是有益的。

为了提供这些模式，控制阀被与不同的泵相关联。但是，将要控制的装置的数量和考虑的各种模式需要大量的控制阀和多个控制装置以及传感器。其数量提高这样的油回路的成本，并且降低其可靠性。

专利GB2042649A公开了一种用于涡轮机的轴承的油供给系统。轴承被直接地或经由分配器供料，并联的环路连接到该分配器。轴承油通过泵驱送，然后被传送到辅助齿轮箱。该系统具有若干止回阀，其中之一设置在分配器上游。不同的泵从轴承喷射或驱送油/将油喷射或驱送到轴承。具有可编程阀的旁路阀在涡轮机怠速并且止回阀关闭时允许从辅助齿轮箱直接供料。该系统允许油流动非常精确地控制。但是其需要复杂的控制机构。

专利US2008/0178833A1公开了一种涡轮机润滑系统。其具有用于涡轮机装置的供给装置，和用于将油从所述装置回收的回油泵，这两个泵由转子轴驱动。出于安全原因，该回路设置有校准阀，校准阀设置在每一个泵的出口处。校准阀配置为在风力旋转的情况下切断油流。风力旋转时，该系统的安全基于校准阀，校准阀在涡轮机着火的情况下受到火焰袭击。另外，该系统从安全角度不满足一些装置的特定要求，如在风力旋转的情况下必须保持被供给油的那些装置。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术出现的技术问题中的至少一个。本发明的目的还在于提高操纵用于涡轮机的油供给系统的安全性。本发明目的还在于，在保持指定安全水平时简化涡轮机的油供给系统的操作。

本发明涉及用于涡轮机的油供给系统，包括：设计用于容纳大量油的油箱；用于涡轮机中的至少一个装置的供给泵，所述泵连接到油箱和所述一个或多个装置；关闭器件，当泵速度小于速度R1时，关闭供给泵到所述一个或多个装置的流动；其中关闭器件液压设置在泵的上游，在所述泵和油箱之间。

根据本发明的有利实施例，关闭器件包括设计用于在供给泵的抽吸水平低于给定阈值时关闭的防虹吸阀。

根据本发明的有利实施例，所述系统包括换热器，例如冷却器，其设计用于容纳大量油；优选地，冷却器实质上形成闭合隔室。

根据本发明的有利实施例，关闭器件被容纳在油箱中。该优选可设计为使阀可被浸没在油箱中的油中。

根据本发明的有利实施例，关闭器件由泵的抽吸水平，并且优选地还由油箱中的压力机械地控制。

根据本发明的有利实施例，泵为第一泵，关闭器件为第一关闭器件；该系统还包括第二供给泵和第二关闭器件，用于第二供给泵的机械驱动装置联接到用于第一泵的驱动装置，该第一泵连接到油箱和涡轮机中的其他装置，第二关闭器件在第一泵的速度下落低于速度R2时关闭来自第二泵的流动，所述器件设置在所述泵的上游，速度R2与速度R1不同。

根据本发明的有利实施例，速度R1和R2具有预定值。

根据本发明的有利实施例，速度R1和R2相差大于5％，更优选地大于10％，更优选地大于30％，甚至更优选地大于100％。

根据本发明的有利实施例，一个或多个供给泵具有内部旁路，该内部旁路设计用于在相应的关闭装置切断流动时降低它或它们的抽吸水平。

根据本发明的有利实施例，该系统包括控制管，控制管连接一个或多个供给泵的出口到相应的关闭器件，以当所述一个或多个泵的排放压力超过压力P1时允许油流动。

本发明还涉及涡轮喷气发动机，其包括装置和油供给系统，其中，所述供给系统为根据本发明的供给系统。

根据本发明的有利实施例，涡轮喷射发动机包括风扇，来自其的驱动装置联接到所述供给泵或供给泵之一，旋转风扇在涡轮喷射发动机处于飞行中并且没有供给燃料，对应于自动旋转飞行模式时，以速度R3驱动所述供给泵，速度R3小于速度R1，以使所述一个或多个供给泵在涡轮喷气发动机处于自动旋转飞行模式时不操作。

根据本发明的有利实施例，泵为第一泵，关闭器件为第一关闭器件；所述系统还包括第二泵和来自第二供给泵的供给的第二关闭器件，用于第二泵的机械驱动装置连接到第一泵的驱动装置，当第一泵的速度下落低于阈值R2时第二关闭器件关闭来自第二供给泵的供给，所述器件布置在所述泵的上游，速度R2与R1不同，其中，涡轮喷气发动机包括风扇，风扇联接来驱动第一和第二供给泵，当涡轮喷气发动机处于飞行中并且没有被供给燃料(对应于自动旋转飞行模式)时，旋转风扇以速度R3驱动第一供给泵，其中速度R3位于速度R1和R2之间，以使第一和第二供给泵中的一个排放到它/它们相应的装置，并且所述泵的另一个在涡轮喷气发动机处于自动飞行模式中时不排放。

根据本发明的有利实施例，当涡轮发动机处于其标称旋转速度时，驱动速度R3小于该标称驱动速度的50％，优选地小于30％，更优选地小于10％。

根据本发明的有利实施例，速度R3覆盖一定的数值范围。

根据本发明的有利实施例，由所述一个或多个供给泵供给的装置包括至少一个转子轴承润滑隔室。

根据本发明的有利实施例，油供给系统进一步包括用于至少一个装置的回油环路，该环路设置有回油泵，用于其的驱动装置优选地联接到用于一个或多个供给泵的驱动装置。

根据本发明的有利实施例，油供给系统包括控制管，控制管连接回收泵下游的回收环路与相应的关闭器件，所述器件设计用于当控制通道中的压力高于压力P2时允许油流动。

本发明还涉及包括油供给系统和/或涡轮喷气发动机的飞机，其中油供给系统为根据本发明的系统和/或根据本发明的涡轮喷气发动机。

供给系统是独立的，并且自动操作。致动器非常快速和安全。

本发明能够通过简单的关闭器件提供供给系统中的油流切断或打开。关闭器件处的供给的打开与泵的旋转速度、因此风扇的旋转速度成比例地进行，这能够使打开容易地与涡轮喷气发动机的实际操作条件相关。

本发明能够提供简单管理的若干关闭器件。在风力旋转和着火的情况下，供给系统根据风扇的旋转速度具有若干操作模式。其能够使轴承润滑，并且同时切断到可能发生泄漏处的循环。

这在没有任何外部控制器件的情况下实现。其能够使流动在涡轮喷气发动机静止时完全被切断，并且在喷气发动机以常规速度操作时允许全流动。该系统在其处于危险中时切断供给，并且将供给保持在所需水平下。

附图说明

图1显示了根据本发明的轴向涡轮机。

图2是根据本发明第一实施例的涡轮机供给系统的视图。

图3显示了根据本发明第二实施例的涡轮机供给系统。

具体实施方式

图1显示了轴向涡轮机。在该情况下，其为双流涡轮喷气发动机2，其预期被安装在例如飞机等交通工具上。涡轮机也可以是涡轮螺旋桨发动机。涡轮喷气发动机2包括第一压缩级，所谓的低压压缩级4，第二压缩级，所谓的高压发动机6，燃烧室8和一个或多个涡轮机级10。减速机构可增大或减小传递到压缩机的旋转速度。替代地，不同的涡轮机级可每一个通过同心轴连接到压缩机级。

中心轴12可通过多组轴承旋转地关于涡轮机2的外壳安装。这些轴承可包括必须润滑的机械轴承。该要求对于减速器件也是必须的。为了满足这些需求，涡轮喷气发动机2包括油供给系统，其将油传输到不同组的轴承和减速器件。

供给系统可包括换热器，以在操作期间冷却油。大量的油存储在油箱16中。该油然后可被用于冷却涡轮喷气发动机2中的装置。

进气风扇，通常标示为风扇18，联接到转子14，并且产生被分为主流20和辅流22的气流。主流20遵循热力学压缩/膨胀循环。辅流22经由风扇18提供喷气发动机的主要推进流。风扇18可经由减速齿轮箱连接到中心轴，减速齿轮箱由供给系统润滑。其速度可被设置。该设置可使用油供给系统的机械能来调节。

风扇18还能够用作机械能的吸收器。在飞行期间，在巡航速度下，涡轮喷气发动机2可被停车，以使其不再产生任何推进力。由于飞机的速度，气流可使风扇18转动。这还可能驱动联接到其的装置和设备。该模式通常被称为“风力转动(windmilling)”或自动旋转。通常来说，风扇18的旋转速度由此小于在涡轮喷气发动机2的标称速度下操作时其旋转速度的一半，优选小于四分之一，更优选地小于十分之一。

图2是具有根据本发明第一实施例的油供给系统的涡轮喷气发动机2的图示。

油被从油箱16经由主供给装置24供给到涡轮喷气发动机2的各个装置。这些装置可包括用于润滑轴承和换热器的隔室。该系统包括第一供给泵26，第一供给泵26设置在主供给装置24上，并且从油箱16吸取油。该泵的抽吸和排放速率可根据其速度设置。其速度可以是其在旋转式泵情况下的旋转速度，或摆动泵情况下的其频率。这些压力还取决于指定温度下的油的粘度。

供给系统还包括第一关闭器件，例如防虹吸阀28，设计用于防止或实现油从油箱16到装置的流动。该第一关闭器件可设置在油箱16的最低点处。阀28设置在第一泵26的上游，并且优选地在连接到主供给装置24的任何设备或装置的上游。

防虹吸阀28被校准，以便在存在盛装在油箱中的油柱的情况下保持关闭。当在完全中断时，该防虹吸阀防止油箱倒空到涡轮喷气发动机2中。

阀28可包括密封盖和相关的座。当密封盖在其座上时，阀被关闭。该关闭器件可包括偏置或调节器件，以在关闭位置中将密封盖返回到其座。该校准器件可包括预加载弹簧，，只要其受到预定力其将密封盖保持在其座上。该力可被转变为施加到密封盖的压力，该压力对应于阀28的打开压力。

阀28的操作因而取决于其受到的压力差。该压力差主要取决于油箱16中的压力、主供给装置24的几何形状和/或第一泵26的抽吸力。第一泵26的抽吸力取决于其速度。以该方式，可根据风扇的旋转速度调节阀的打开。

在到达装置之后，油可停留在那里，或流入涡轮喷气发动机2的外壳中。如在使用回油管30的情况那样，油被吸入或流走。这可包括回油泵32，用于回油，然后将油排放到油箱16中。换热器34可设置在回油泵32下游。因而，容纳在油箱16中的油相对于涡轮喷气发动机2的温度保持在低的温度下。回油管30可包括若干管道，每一个配备有用于从不同位置以不同速率回油的回油泵。

供给泵26和回油泵32直接地或经由齿轮箱机械联接。它们还直接地或经由齿轮箱联接到风扇18。轴可接合中心轴12，以操作泵。该驱动方法将该系统简化，因为其不需要外部动力来操作，并且不需要另外的控制器件。风扇18的旋转以及因此中心轴12的旋转在涡轮喷气发动机2的正常操作期间驱动供给和回油泵26，32。如果该涡轮喷气发动机2停车，则可能发生风力旋转，风扇18由于所述风力旋转而可驱动泵26，32以及需要润滑的各个装置。涡轮喷气发动机2的停车意味着切断其燃料供给。

防虹吸阀28配置为在风力旋转的情况下打开并且允许油流动。以该方式，油可被供给到由于其运动而需要润滑的那些装置。阀28具有双重功能，因为其在涡轮喷气发动机2逐渐完全停止时切断油的流动，并且在风力旋转的情况下当泵的旋转速度超过速度R1时重新打开油的流动。在风力旋转的情况下，风扇18的旋转速度基本上小于标称操作速度。

本发明可免除复杂的控制器件，该复杂的分配器件昂贵并且较脆弱。

为了提高供给系统的可靠性，或使用更直接的操作，可包括连接到供给泵26的出口的控制管36和阀28的控制管36。其关闭器件可配置为在供给泵26的传输压力超过压力P1时允许流动。因而，当风扇18的旋转速度足够高时，阀28打开，提供油供给。

以相同的方式，供给系统可包括将回油环路30连接到阀28的控制管38。管路38有利地设置在回油泵32的排放侧，以利用排放压力。排放压力将与风扇18的旋转速度成比例。阀28的该关闭器件配置为当回油泵32的排放压力超过压力P2时允许油流动。因而，当风扇18的旋转速度足够高时，阀28打开，提供油供给。压力P1和P2可不同。

图3示出根据本发明的第二实施例的具有油供给系统的涡轮喷气发动机2。图3具有与之前的附图用于相同或相似元件的相同的编号方式，但是编号增大100。特定的附图标记用于该实施例的特定的物件。

供给系统包括油箱116、主供给124和辅供给125。它们都连接到油箱116。主供给124包括第一阀128和下游的第一供给泵126。辅供给124包括第二阀128和下游的第二供给泵126。这些供给有利地并联。它们每一个供给不同的装置。例如，一个可供到轴承，另一个可供到换热器。

供给系统包括具有回油泵132的回油管130。该回油管可在上游分开，并且能够使油从不同的装置以不同的速率和压力收集。泵126，127，132机械地联接到风扇118，并且因此能够在风力旋转的情况下循环油。

阀128，129彼此独立。它们设计用于在涡轮喷气发动机102逐渐完全停止时切断来自油箱116的油流动。第一阀128设计为当第一供给泵126的驱动速度超过速度R1时打开，第二阀129设计用于当第一供给泵126的驱动速度超过速度R2时打开，也就是说，针对风扇118的不同的旋转速度。驱动速度R1和R2可相差大于5％，优选地大于50％，更优选地大于100％，甚至优选地大于300％。

该供给系统由于风扇118的旋转而独立地提供动力给各个装置。可以一个被停止供给，而另一个被供给。该配置在发动机着火和风力旋转的情况下特别有利，因为供给系统能够例如使轴承被供给，同时切断到换热器的供给。实际上，该模式中，若干装置旋转，并且需要被润滑。对于其部件，换热器可能由于着火而被损坏，并且可能释放大量的油。这表示燃料可能使火情恶化，并且进一步损坏飞机。能够切断到该装置的油的流动意味着可控制该风险。

阀设置在油箱116中或在其输出处。阀设置在任何设备或装置的上游。以该方式，阀可切断可能暴露于火情的管中的流动。因而，如果这些管被损坏，它们不释放任何油。本发明还能够在管中没有充足的油来冷却管的情况下切断油的流动，因而允许阀抵抗火灾。

Claims (15)

1.一种用于涡轮机(2，102)的油供给系统，包括：

油箱(16，116)，设计用于容纳大量油；

供给泵(26，126，127)，用于涡轮机上的至少一个装置，所述供给泵连接到油箱(16，116)和一个或多个装置；

关闭器件(28，128，129)，用于在供给泵速度小于速度R1时关闭从供给泵(26，126，127)到一个或多个装置的流动；

其中，关闭器件液压地设置在供给泵的上游；

其中，供给泵(26，126，127)具有内部旁路，该内部旁路设计用于在相应的关闭器件(28，128，129)切断流动时降低所述供给泵的抽吸压力。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，关闭器件包括防虹吸阀(28，128，129)，其设计用于在供给泵(26，126，127)的抽吸水平低于指定阈值时关闭。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中关闭器件(28)设置在油箱(16)中。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其中关闭器件(28，128，129)通过供给泵(26，126，127)的抽吸水平控制。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述供给泵为第一供给泵(126)，所述关闭器件为第一关闭器件(128)，该系统进一步包括第二供给泵(127)和第二关闭器件(129)，用于该第二供给泵的机械驱动装置被联接到第一供给泵(126)的机械驱动装置，第一供给泵(126)连接到油箱和涡轮机中的一个或多个其他装置，第二关闭器件(129)用于在第一供给泵的速度下落低于速度R2时关闭从第二供给泵(127)的排放，第二关闭器件设置在所述第二供给泵(127)的上游，速度R2与速度R1不同。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，速度R1和R2相差大于5％。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其中该系统包括控制通道(36)，控制通道(36)将所述供给泵(26)或多个供给泵(26)之一的出口连接到相应的关闭器件(28)，以当所述供给泵的排放压力超过压力P1时允许油的流动。

8.一种包括油供给系统的涡轮喷气发动机(2，102)，其中，所述油供给系统是根据权利要求1到7中的一项所述的系统。

9.根据权利要求8所述的涡轮喷气发动机(2，102)，其中，该涡轮喷气发动机包括风扇(18)，来自其的驱动装置被联接到所述供给泵(26)或所述多个供给泵(26)之一，当涡轮喷气发动机对应于自动旋转飞行模式地处于飞行中并且没有被供给燃料时，旋转风扇(18)以速度R3驱动所述供给泵，速度R3小于速度R1，以使一个或多个供给泵在涡轮喷气发动机处于自动旋转飞行模式中时不排放。

10.根据权利要求8所述的涡轮喷气发动机(102)，所述系统为根据权利要求5所述的系统，其中，该涡轮喷气发动机包括风扇(118)，该风扇(118)被联接以驱动第一和第二供给泵(126，127)，该风扇(118)旋转，并且当涡轮喷气发动机对应于自动旋转飞行模式地处于飞行中并且没有被供给燃料时驱动第一供给泵(126)旋转到第一供给泵的速度R3，从而当该涡轮喷气发动机处于自动飞行模式中时，第一和第二供给泵中的一个排放到其一个或多个相应装置，并且所述供给泵中的另一个不排放。

11.根据权利要求9或10所述的涡轮喷气发动机(2，102)，其中，当涡轮喷气发动机处于其标称操作速度时，驱动速度R3小于该驱动速度的50％。

12.根据权利要求9或10所述的涡轮喷气发动机(2，102)，其中，由一个或多个供给泵(26，126，127)供给的一个或多个装置包括至少一个用于转子轴承的润滑隔室。

13.根据权利要求9或10所述的涡轮喷气发动机(2，120)，其中，油供给系统进一步包括用于所述装置中的至少一个的油回收环路(30，130)，该环路被设置有回油泵(32，132)。

14.根据权利要求13所述的涡轮喷气发动机(2)，其中，回油泵(32，132)的驱动装置联接到用于一个或多个供给泵的驱动装置。

15.根据权利要求14所述的涡轮喷气发动机(2)，其中，油供给系统包括控制管(38)，控制管(38)将回收泵下游的回收环路(30)与相应的关闭器件连接，所述关闭器件设计用于在控制通道(38)中的压力大于压力P2时允许油的流动。