CN106437936A - 用于涡轮发动机油的过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种过滤器，其用于涡轮发动机(2)的机油回路中的过滤，特别是用于多流式涡轮喷气发动机。机油用于润滑和冷却涡轮发动机(2)的机构。过滤器(32)容置在润滑组件的孔中。过滤器包括作为成一角度的管部分的过滤部分(34)和用于保持过滤部分(34)的结构体(36)。所述结构体形成增厚部分且呈现环(42)和结构柱(40)。磁体添加至由结构体(36)形成的套筒(50)中。结构体(36)和过滤部分(34)是一体的，且由增材制造生产，这简化了生产。本发明同样涉及生产过滤器(32)的方法。

Description

用于涡轮发动机油的过滤器
技术领域
本发明涉及过滤器领域。更确切地，本发明涉及涡轮发动机的过滤机油的过滤器。本发明同样涉及轴向涡轮发动机，具体地涉及飞机的涡轮喷气发动机或航空器的涡轮旋桨发动机。本发明进一步提出生产过滤器的方法。
背景技术
飞机涡轮喷气发动机使用机油来实现一系列功能。可以使用机油操作气缸，从而确保涡轮喷气发动机内的机构的运动。机油还允许润滑涡轮喷气发动机内的设备，诸如轴承和齿轮组件。具有管道和泵的机油回路确保机油在涡轮喷气发动机中的分配和收集。由于设备的运行会产生热量，所以所述回路设置有热交换器以便在机油润滑设备之前将其冷却。
在工作期间，设备和机构会经受磨损并且释放颗粒进入机油回路中。这些颗粒还可以来自于外部环境。颗粒的存在会对设备和机构的有效工作产生不利影响。颗粒会产生导致过早磨损的危险，并且在最坏的情况下会引发故障。正是由于这一原因，机油回路设置有过滤器以拦截颗粒，并阻止它们成为危险。
文献US2008/0047888A1公开了一种用于涡轮发动机的加压机油回路的过滤器。该过滤器包括漏斗形过滤部分、以及用于保持过滤部分的套筒。所述套筒具有用于将其装配到机油回路中的插槽，在机油回路中，过滤部分拦截杂物。这种设计实现简单制造，并且易于安装在对应的底座中。然而，这种过滤器仍然十分昂贵。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于解决现有技术所造成的至少一个问题。更确切地，本发明的目的在于提高过滤器的可靠性。
技术方案
本发明的目的是提供一种涡轮发动机过滤器，更具体地是用于机油的过滤器，该过滤器包括：过滤部分，其意图为过滤通过过滤部分的流体，所述过滤部分可以是弯曲的；结构体，其用于保持过滤部分，并形成增厚部分，其特征在于，结构体和过滤部分是一体的，并且通过增材制造生产。
根据本发明的有利实施例，过滤器包括容置在结构体内的磁体，磁体和结构体由不同材料制成。
根据本发明的有利实施例，过滤部分形成为成一角度的管部分，并且沿过滤器的长度的大部分延伸，结构体优选地界定过滤部分的每个端部。
根据本发明的有利实施例，结构体呈现由过滤部分形成格栅的至少一个窗口，优选地，呈现由过滤部分形成格栅的多个窗口，这些窗口叠加以延伸过滤部分的面。
根据本发明的有利实施例，结构体呈现用于保持过滤部分的至少一个柱，优选地呈现至少两个平行的柱。
根据本发明的有利实施例，结构体呈现用于保持过滤部分的至少一个环，优选地呈现环绕过滤部分的至少一个环。
根据本发明的有利实施例，所述环、至少一个所述环、或每个环形成用于过滤部分的保持壁，所述保持壁能够将过滤器分区。
根据本发明的有利实施例，过滤器通常是管状的并且具有主轴线，结构体沿主轴线在过滤部分的整个长度上延伸，优选地，结构体在过滤器的整个长度上延伸。
根据本发明的有利实施例，结构体包括意图为固定至涡轮发动机的支架的固定底座，所述固定底座优选地形成过滤器的一个端部并且形成防渗透板。
根据本发明的有利实施例，结构体呈现带有壳体的平行于过滤部分的套筒，壳体优选基本沿过滤部分的整个长度延伸。
根据本发明的有利实施例，过滤部分包括具有宽度小于或等于800μm且/或间隔不超过500μm的网格，优选地不超过300μm，更优选地间隔不超过200μm。
根据本发明的有利实施例，过滤部分呈现至少一个自由面，优选地过滤部分的至少一个部分包括根据这一部分的厚度的两个相反的自由面。
根据本发明的有利实施例，结构体包括至少一个周边槽，优选地包括分布在过滤器上的多个周边槽。
根据本发明的有利实施例，结构体和过滤部分形成单一部件单元，过滤器可以是单一部件。
根据本发明的有利实施例，至少一个柱或每个柱在过滤部分的整个长度上延伸。
根据本发明的有利实施例，结构体和过滤部分至少部分界定内部空间，所述内部空间优选是圆柱形的。
根据本发明的有利实施例，套筒的壳体相对于过滤部分偏移，优选地在过滤部分的外部，更优选地完全在过滤部分的外部。
根据本发明的有利实施例，过滤部分包括内部面和外部面，所述面都是自由面。
根据本发明的有利实施例，磁体被封闭在套筒的壳体内。
根据本发明的有利实施例，过滤器呈现多个级，可以呈现至少三个级，意在保护机油回路的至少三条不同线路。
根据本发明的有利实施例，过滤部分和结构体包括至少一个(优选为多个)共用弯曲边缘，和/或过滤部分包括与围绕过滤部分的窗口共用的邻接边缘。
本发明的另一个目标是提供一种过滤器，特别是用于过滤机油的过滤器，所述过滤器包括：弯曲的过滤部分，其意在过滤流体；形成一体单元并且支撑过滤部分(可能支撑过滤部分的弯曲部分)组件支架，其特征在于，支架和过滤部分是一体的，并且可通过增材制造生产。该支架可以对应与如上所述的结构体。
本发明的另一个目标是提供一种涡轮发动机，特别是多流式涡轮发动机，所述涡轮发动机包括过滤器，其特征在于，所述过滤器符合本发明，涡轮发动机优选包括通过过滤器过滤的机油回路、和/或由来自所述机油回路的机油润滑的轴承、和/或能够由所述机油回路中的机油压力驱动的液压致动器、和/或齿轮组件。
根据本发明的有利实施例，机油回路是包括可以处于过滤器下游的泵的加压回路，该回路优选包括具有一体单元的润滑组件，所述泵和过滤器设置在该一体单元中。
本发明的另一个目标是提供一种制造过滤器的方法，特别是制造用于涡轮发动机油的过滤器的方法，所述过滤器呈现用于流体过滤的弯曲过滤部分和形成增厚部分、用于保持所述过滤部分的结构体，所述方法涉及下面阶段的结合：(a)设计过滤器模型，和(b)根据在设计阶段(a)期间设想的模型制造过滤器，其特征在于，制造阶段(b)是过滤器的增材制造阶段，其中过滤部分和结构体同时生产。
根据本发明的有利实施例，所述方法另外包括过滤器的化学铣削阶段(c)，特别是过滤部分的化学铣削阶段，过滤部分的大部分的经铣削的表面优选通过化学铣削获得。
根据本发明的有利实施例，层的堆叠垂直于过滤部分的过滤方向。
根据本发明的有利实施例，所述方法包括通过将磁体压力配合到套筒中的组装阶段(e)，与磁体接触的套筒的内部表面优选未经处理。
通常，本发明的每个目标的有利实施例同样适用于本发明的其他目标。在可能的情况下，本发明的每个目标能够与其他目标结合。
技术效果
实施例还允许几何结构方面的自由度，并简化了制造和装配。穿过过滤器的流体的压力损失被更好地控制；驱动流体所需的能量被降低。过滤部分和结构体之间的直接连接意味着能够避免在其中容纳杂质的间隙，使得维护和控制更加方便。
本发明的过滤器的类型允许过滤部分附接至结构体上，从而确保了材料的连续性和一致性。由于省略了装配步骤，并且省略了接触表面以及机械界面，因此提高了可靠性。这同样使得易于装配。
本发明还提供了优化的机械阻力。进一步改善了响应于涡轮发动机的固有振动的性能。尽管过滤器上施加有工作压力，但是这一优点得以保证。
附图说明
图1示出具有根据本发明的机油回路的涡轮发动机；
图2示出根据本发明的第一实施例的过滤器；
图3是沿着图2所示的轴线3-3穿过根据本发明的第一实施例的过滤器的截面；
图4是沿着图2所示的轴线3-3穿过根据本发明的第二实施例的过滤器的截面；
图5是根据本发明的生产过滤器的方法的示意图。
具体实施方式
图1示出轴向涡轮发动机的简化表示。在这个具体的情况下，该轴向涡轮发动机为双流式涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机2包括作为低压压缩机的第一压缩级4、作为高压压缩机的第二压缩级6、燃烧室8和一个或若干个涡轮级10。在工作期间，经由中心轴传递至转子12的涡轮机10的机械功率使得两个压缩机4和6运动。所述压缩机包括与多排定子叶片相关联的多排转子叶片。因此，转子绕其转动轴线14的旋转允许产生空气输出，并且允许所述空气逐渐被压缩直到其进入燃烧室8。增倍器件可以增加传递至压缩机的旋转速度。
通常被称为风扇或鼓风机16的输入风扇联接至转子12并且产生空气流，该空气流被分成主流18和副流20，所述主流18穿过如上所述的涡轮发动机的不同级，所述副流20穿过沿着发动机的环形管道(部分示出)，并随后在涡轮机出口处与主流汇合。副流可以被加速，从而产生允许所关联的飞机飞行的推力反作用力。
涡轮发动机2包括加压机油回路24。这一机油润滑并冷却轴承。这些轴承允许低压轴、高压轴和风扇轴铰接。具体地，机油可以用在鼓风机的齿轮机构中。由于机油具有压力，所述机油同样可以用在液压致动器中。
所述回路还可以包括一个或多个泵26，所述泵可以是盖劳特泵(gerotor pump)，以排回或携带或吸入润滑腔体中的机油。机油在热交换器28和油槽30中循环。不同地，可以是单独地，管线可以允许机构单独地被润滑。为此，回路24可以形成多个环路。显然，回路可以允许根据涡轮发动机2的需求的任意形式。
为了保持机油干净，回路24配置有一个或多个过滤器32。过滤器32可以设置在油槽30中，和/或设置在两个机构之间的管道中，和/或设置在涡轮发动机2的核心机构(thevery heart of a mechanism)中。例如，过滤器32可以置于位于泵26的下游的、类似于接收泵26的润滑组件中。过滤器32可以按层布置，以使得单个部件允许过滤多条线路。处理、控制和维护变得更为简单。
图2示出根据本发明的第一实施例的过滤器32，在这一情形下为双级(two-stage)过滤器。可以设想三级或更多级。这一过滤器32具有径向流；然而，本发明同样允许该过滤器为具有轴向流的过滤器。
过滤器32可以是金属的。过滤器32包括形成为板状的过滤部分34，以及保持该过滤部分的保持结构体36。过滤部分34通常呈现短节形状(pup joint shape),并且界定由待过滤的机油流38径向穿过的圆柱形内部空间。过滤部分可以是圆弧形；可以呈现恒定的曲率。
过滤部分34在过滤器32的大部分长度上延伸，结构体36优选界定过滤部分34的每个端部。在这种情况下，过滤器的长度垂直于流动方向38和/或垂直于径向方向。过滤部分34形成格栅(grille)、丝网(screen)，由于过滤部分具有网格，所述丝网阻止大于800μm的杂质穿过过滤部分。然而，过滤部分可以被构造为阻止非常精细的颗粒。因此，过滤部分的穿过网格的尺寸可以小于0.80mm。它的对角线可以小于或等于1.20mm。网格可以是方形的，并且由具有宽度小于0.30mm的线材(rod)界定。
过滤部分34局部地形成过滤器的表层，例如覆盖过滤器的表面的大部分。过滤部分34的面是自由(free)的，以便直接拦截杂质并且限制压力损失。这也趋向于简化过滤器32、简化过滤器的制造、同时保持过滤器的可靠性。
结构体36形成延伸穿过、围绕过滤部分34的范围的框架，从而允许过滤部分保持其形状。为了这个目的，结构体36呈现沿过滤器32的轴线延伸的多个轴向柱40。这些柱40与过滤部分34的保持环42相交。环42可以呈现周边槽44以使得O环密封件(未示出)能够配合在其中。可选地，这些环42形成壁以将过滤器32分区，以使得过滤器呈现多个防渗漏级(leak-proof stages)。
结构体36可以包括用于将过滤器32装配在支架上的固定底座46，例如装配在润滑组件的外壳上。底座46可以形成过滤器的一个端部。下部环42和/或底座46呈现与形成与过滤部分34的网格有关的增厚部分。例如，它可以包括局部增厚部分，以使得清洗槽在那里形成。
柱40可以从底座40延伸。结构体36可以呈现具有过滤部分34的形成格栅(grated)的窗口48。具体地，叠加的窗口48可以由环42和柱40界定。过滤部分34可以类似地连接各个窗口的环42和柱40。柱40和环42还可以与过滤部分34相交，以将过滤部分34分割成可以属于窗口48的多个块或部分。过滤部分34或其每个部分呈现邻接边缘，该邻接边缘与围绕该过滤部分的窗口48公用，并且因此与界定窗口的柱40和环42公用。一个边缘呈现弯曲区域以允许过滤部分42保持其曲率。
结构体36可以形成至少一个套筒50。所述套筒界定与过滤部分34相邻的壳体。所述壳体沿过滤器的主轴线51延伸，主轴线51就高度和/或广度而言是最长的。壳体可以基本沿过滤部分34的整个长度延伸。套筒50可以是柱。过滤器可以包括容置在结构体36内的磁体，优选地完全封闭在结构体36内。磁体可以是永磁体。它可以由引入至套筒内的、随后在弹性或挠性夹具的辅助下锁定的多个区段形成。磁体捕获金属杂质，对所述杂质的分析允许对产生这些杂质的机构磨损的程度进行评价。
结构体36和过滤部分34是一体的，并且基于粉末状的铝、钛、钢、及其合金、或其他任意合适的材料通过增材制造方式制造。过滤部分34、柱40、环42、壁、套筒50因此可以是一体的，并且通过增材制造方式实现。磁体由另一材料制成。
图3示出穿过过滤器32的截面。这一截面沿图2中示出的轴线3-3获得。它可以是增材制造层。
所述截面穿过结构体36和过滤部分34。柱40、套筒50和磁体54均与该截面相交。底座46在底部具有通孔52，该通孔52允许固定过滤器32。过滤部分34可以形成管或成一角度的管的部段。过滤部分34通常可以形成半管。过滤部分可以延伸经过至少五分之一圆，优选地经过四分之一圆，更优选地经过三分之一圆。弯曲的方面增大了过滤部分34的具体的过滤表面，并且同时允许一定的刚度。
过滤器32通常是管状的；一部分管表面由过滤部分34形成。结构体36重复这一形状，能够使得润滑组件的孔防渗漏。过滤部分的作为圆周的一部分的轮廓对于圆柱形壳体而言是最优的。
套筒50可以处于管的中间位置，以便拦截流38中的铁磁性颗粒，即拦截处于过滤部分34的上游的颗粒以避免阻塞过滤部分34。套筒被构造以确保结构体36的刚度，从而允许柱40保持直立并且保持环42之间的间距。柱40可以占据侧向位置，以便保持过滤部分34处于其曲率，一些方面同样通过环42实现。
图4根据本发明的第二实施例示出的通过过滤器32的截面。这个截面沿图2示出的轴线3-3得到。它可以是增材制造层。对于相同或相似的元件，数字标记系列与用前述的附图中的一致，除了数字标记系统增加了100。
根据第二实施例的过滤器132与根据第一实施例的过滤器基本相同，尽管其不同点在于过滤部分134是平的。截面穿过结构体136和过滤部分134。柱140、套筒150和磁体154在这个情况中是相交的。底座146在底部出现通孔152，该通孔152允许固定过滤器132。
过滤部分134在从一根柱140到另一根柱140的直线上延伸。它形成垂直于底座146的平面。过滤部分134可以平行于磁体154和套筒150延伸；它特别地保持远离套筒150。过滤部分134可以形成环142之间的幕帘(curtain)。
套筒150可以处于管的中间位置以便拦截铁磁性颗粒，即拦截过滤部分134上游的铁磁性颗粒以避免阻塞过滤部分134。套筒被构造以确保结构体136的刚度，从而允许柱140保持直立并且保持环142之间的间距。柱140可以占据侧向位置，以便保持过滤部分134是平的，一些方面同样通过环142实现。
图5示出制造过滤器的方法的示意图。过滤器可以对应于参考图2至图4所描述的过滤器。
该方法可以涉及按下面顺序的步骤的结合：
(a)设计过滤器模型100；
(b)根据在设计阶段(a)期间设计的模型增材制造过滤器102，其中结构体和过滤部分同时制造；
(c)化学铣削过滤器104；
(d)机械铣削106，例如机械铣削底座；
(e)安装磁体108，由于磁体的存在保持自由支配，因此安装磁体是可选的。
设计步骤(a)100允许通过计算机辅助设计生成数字模型。理论上的模型允许过滤预先确定尺寸的颗粒，例如测量为800μm的颗粒。理论上的过滤器同样允许观测到低于或等于预定阈值的理论压力损耗。
制造步骤(b)102是利用叠加层的增材制造阶段，这同样被称为3D打印。这种方法对本领域的技术人员是公知的，并且在过滤器的情况下能够通过切割其材料的样品而识别。该方法可以涉及粉末的使用，尤其是金属粉末的使用，这一粉末被就地熔合。条带形式的填料能够设想到。层可以小于1.00mm厚，优选地小于0.50mm，更优选地小于0.05mm。层的精细度允许形成十分精细的过滤部分的线材的交叉，这进而允许在给定表面上将形成网格。以此方式，降低压力损耗。在这个工艺过程期间，多个材料层相继被固化。多个层同时形成结构体和过滤部分。多个层可以同时形成套筒、柱和过滤部分。
化学铣削步骤(c)104可以允许改善未处理过滤器的表面(换言之，增材制造所获得的表面)状态。它能够处理机加工的过滤器的大部分机加工的表面，包括过滤部分。这个阶段(c)通过精加工从增材制造工艺中获得的未处理过滤部分的线材而增大原始网格的尺寸。精加工允许获得超过增材制造的精度，尤其是超过基于粉末的、借助于电子束或激光的增材制造的精度。
机械处理步骤(d)106可以通过车削、铣削来实现。然而，这个阶段根据本发明仍是可选的，正如化学铣削。实际上，由于铣削处理或增材制造中的一个可以允许实现根据需要的满意的功能性表面，所以这两个步骤中的一个或二者可以被省去。实施铣削步骤(c)和(d)的顺序可以反过来。
涉及方法所呈现的特性可以应用至产品，反之亦然。

Claims (18)

1.一种涡轮发动机(2)的过滤器(32)，特别用于机油过滤，所述过滤器包括：
过滤部分(34)，其用于过滤穿过所述过滤部分的流体(38)，所述过滤部分(34)可以是弯曲的；
结构体(36)，其用于保持所述过滤部分(34)，所述结构体形成增厚部分，其特征在于，
所述结构体(36)和所述过滤部分(34)是一体的，并且通过增材制造生产。
2.根据权利要求1所述的过滤器(32)，其特征在于，所述过滤器包括容置在所述结构体(36)内的磁体(54)，所述磁体(54)和所述结构体(36)由不同材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的过滤器(32)，其特征在于，所述过滤部分(34)形成为成一角度的管部分，并且沿所述过滤器(32)的长度的大部分延伸，所述结构体(36)优选界定所述过滤部分(34)的每个端部。
4.根据权利要求1至3中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述结构体(36)呈现由所述过滤部分(34)形成格栅的至少一个窗口，优选地呈现由所述过滤部分(34)形成格栅的多个窗口，这些窗口叠加以延伸所述过滤部分(34)的面。
5.根据权利要求1至4中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述结构体(36)呈现用于保持所述过滤部分(34)的至少一个保持柱(40)，优选地呈现至少两个平行的保持柱(40)。
6.根据权利要求1至5中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述结构体(36)呈现用于保持所述过滤部分(34)的至少一个保持环(42)，优选地呈现环绕所述过滤部分(34)的至少一个保持环(42)。
7.根据权利要求6所述的过滤器(32)，其特征在于，所述保持环、或至少一个保持环、或每个保持环(42)形成用于保持所述过滤部分(34)的保持壁，所述保持壁能够将所述过滤器(32)分区。
8.根据权利要求1至7中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述过滤器通常是管状的并且具有主轴线，所述结构体(36)沿所述主轴线(51)在所述过滤部分(34)的整个长度上延伸，优选地在所述过滤器(32)的整个长度上延伸。
9.根据权利要求1至8中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述结构体(36)包括意在将所述结构体(36)固定至所述涡轮发动机(2)的支架的固定底座(46)，所述底座(46)优选形成所述过滤器(32)的一个端部并且形成防渗透的板。
10.根据权利要求1至9中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述结构体(36)呈现具有平行于所述过滤部分(34)的壳体的套筒(50)，所述壳体优选基本沿所述过滤部分(34)的整个长度延伸。
11.根据权利要求1至10中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述过滤部分(34)包括具有宽度小于或等于800μm和/或间隔不超过500μm的网格。
12.根据权利要求1至11中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述过滤部分(34)呈现至少一个自由面，优选地所述过滤部分(34)的至少一部分包括基于所述部分的厚度的两个相反的自由面。
13.根据权利要求1至12中一项所述的过滤器(32)，其特征在于，所述结构体(36)包括至少一个周边槽(44)，优选地包括分布在所述过滤器(32)上的多个周边槽。
14.一种涡轮发动机(2)，特别是多流式涡轮发动机，所述涡轮发动机(2)包括过滤器(32)，其特征在于，所述过滤器(32)符合权利要求1至13中的一项，所述涡轮发动机(2)优选地包括由所述过滤器(32)过滤的机油回路(24)，和/或由来自所述机油回路的机油润滑的轴承，和/或能够由所述机油回路中的机油压力驱动的液压致动器，和/或齿轮组件。
15.根据权利要求14所述的涡轮发动机(2)，其特征在于，所述机油回路(24)是包括泵(26)的加压回路，所述泵可以在所述过滤器(32)的下游，所述机油回路优选包括具有一体单元的润滑组件，所述泵(26)和所述过滤器(32)布置在所述一体单元中。
16.一种生产特别用于涡轮发动机油的过滤器(32)的方法，所述过滤器(32)呈现用于流体过滤的过滤部分(34)和形成增厚部分的、用于保持所述过滤部分(34)的结构体(36)，所述过滤部分(34；134)可以是弯曲的；所述方法涉及以下步骤的结合：
(a)设计(100)过滤器(32)模型，以及
(b)根据在设计(100)步骤(a)期间设计的模型制造(102)所述过滤器(32)，
其特征在于，
所述制造步骤(b)是所述过滤器(32)的增材制造步骤，其中所述过滤部分(34)和所述结构体(36)同时生产。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法还包括过滤器(32)的化学铣削步骤(c)，特别是所述过滤部分(34)的化学铣削步骤，所述过滤部分(32)的大部分经铣削的表面优选通过化学铣削获得。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，层的堆叠垂直于所述过滤部分(34)的过滤方向。
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