CN106837552A - 用于冷却飞行器发动机流体的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于冷却飞行器发动机流体的方法及系统。具体而言，一种用于结合限定核心空气流动通路(37)的燃气涡轮发动机(10)使用的整装的润滑流体循环系统(200,300,400)包括构造成收集润滑流体的贮槽(100)，以及与贮槽流体连通地联接且构造成将热传递至润滑流体的热源(108,110,116)。该系统还包括定位在贮槽内且与热源流体连通地联接的热沉(204,304,154)。该系统的润滑流体管道(202,410)构造成在热源与热沉之间导送润滑流体，其中润滑流体管道完全定位在贮槽内。

Description

用于冷却飞行器发动机流体的方法及系统
关于联邦政府资助研发的声明
本发明是在美国空军授予的合同号FA8650-09-D-2922下利用政府资助作出的。政府具有本发明中的一定权利。
技术领域
本公开内容大体上涉及飞行器发动机中的油清除系统的系统及方法。更具体而言，本公开内容涉及燃气涡轮发动机的贮槽内的闭环油清除系统，其包括集成的换热器。
背景技术
至少一些已知的燃气涡轮发动机(诸如涡轮风扇发动机)包括风扇、核心发动机和动力涡轮。核心发动机包括以串流关系联接在一起的至少一个压缩机、燃烧器和高压涡轮。更具体而言，压缩机和高压涡轮通过轴联接以形成高压转子组件。进入燃烧器的空气与燃料混合且点燃以形成高能气流。高能气流流过高压涡轮以旋转地驱动高压涡轮，使得轴旋转地驱动压缩机。气流在其流过定位在高压涡轮后方的动力涡轮或低压涡轮时膨胀。低压涡轮包括具有联接至传动轴的风扇的转子组件。低压涡轮通过传动轴旋转地驱动风扇。
压缩机和涡轮大体上通过一个或多个轴联接。此外，压缩机、涡轮和一个或多个轴的某些构件的旋转由多个轴承促进。这些轴承在燃气涡轮发动机的整个操作中供有润滑油，例如用以从此类轴承除去热且减小此类轴承内的摩擦量。
至少一些已知的燃气涡轮发动机包括润滑油循环组件，其用于将润滑油提供至多个轴承中的每一个，且进一步用于从提供成收集和/或容纳这些润滑油的一个或多个贮槽泵出或清除润滑油。润滑油循环组件通常包括至少一个泵、定位在核心空气流动通路外的换热器，以及延伸穿过核心空气流动通路到达例如轴承和一个或多个贮槽的一个或多个供应管线或清除管线。然而，延伸穿过核心空气流动通路的供应管线和清除管线可中断穿过核心空气流动通路的空气流。因此，用于减小延伸穿过核心空气流动通路的润滑油供应管线和/或清除管线的尺寸和/或量的手段是期望的。
发明内容
一方面，提供了一种用于结合限定核心空气流动通路的燃气涡轮发动机使用的整装的润滑流体循环系统。该润滑流体循环系统包括构造成收集润滑流体的贮槽，以及与贮槽流体连通地联接且构造成将热传递至润滑流体的热源。该系统还包括定位在贮槽内且与热源流体连通地联接的热沉。该系统的润滑流体管道构造成在热源与热沉之间导送润滑流体，其中润滑流体管道完全定位在贮槽内。
另一方面，提供了一种在限定核心空气流动通路的燃气涡轮发动机内利用润滑流体再循环系统来处理润滑流体的方法。该方法包括将润滑流体从热源经由润滑流体管道导送至贮槽，其中热源将热传递至润滑流体。润滑流体然后收集在贮槽内。该方法还包括将润滑流体经由润滑流体管道导送至定位在贮槽内且与贮槽流体连通地联接的热沉。润滑流体然后经由润滑流体管道从热沉到热源导送，其中润滑流体不导送穿过热源与热沉之间的核心空气流动通路。
技术方案1. 一种用于结合限定核心空气流动通路的燃气涡轮发动机使用的整装的润滑流体循环系统，所述润滑流体循环系统包括：
构造成收集润滑流体的贮槽；
与所述贮槽流体连通地联接且构造成将热传递至所述润滑流体的热源；
定位在所述贮槽内且与所述热源流体连通地联接的热沉；以及
构造成在所述热源与所述热沉之间导送所述润滑流体的润滑流体管道，所述润滑流体管道完全定位在所述贮槽内。
技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述润滑流体管道和所述润滑流体不延伸穿过所述核心空气流动通路。
技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述贮槽定位在所述核心空气流动通路的径向内侧。
技术方案4. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述贮槽包括定位在所述燃气涡轮发动机的鼻锥内的风扇贮槽。
技术方案5. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述热沉包括空气到液体的换热器，所述换热器构造成接收来自所述燃气涡轮发动机的冷却空气流且将热从所述贮槽中的润滑流体传递至所述冷却空气流。
技术方案6. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述热沉包括液体到液体的换热器，所述系统还包括热输送系统，所述热输送系统与所述换热器流体连通地联接且构造成将热从所述润滑流体传递至所述热输送系统内的热输送流体。
技术方案7. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述热沉包括暴露至外部空气流的贮槽壁。
技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括润滑流体过滤器，所述过滤器定位在所述贮槽内且经由所述润滑流体管道与所述热沉流体连通地联接。
技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括再分送泵，所述再分送泵定位在所述贮槽内且与所述热源和所述热沉流体连通地联接，所述再分送泵构造成在所述热源与所述热沉之间加压和导送所述润滑流体。
技术方案10. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述热沉包括整体结合到所述贮槽的至少一个壁中的换热器。
技术方案11. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括：
空气/润滑流体分离器，其定位在所述贮槽内且与所述热沉和所述热源流体连通地联接；以及
与所述空气/润滑流体分离器流体连通地联接的通风管线，所述通风管线构造成从所述贮槽导送空气。
技术方案12. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述热源包括联接在所述燃气涡轮发动机的静止构件与所述燃气涡轮发动机的旋转构件之间的至少一个轴承。
技术方案13. 根据技术方案9所述的系统，其中，所述再分送泵包括齿轮泵、盘泵和导叶泵中的一者。
技术方案14. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述系统还包括空气/润滑流体分离器，其定位在所述贮槽内且与所述热沉和所述热源流体连通地联接。
技术方案15. 一种在限定核心空气流动通路的燃气涡轮发动机内利用润滑流体再循环系统来处理润滑流体的方法，所述方法包括：
将润滑流体从热源经由润滑流体管道导送至贮槽，其中所述热源将热传递至所述润滑流体；
将所述润滑流体收集在所述贮槽内；
将所述润滑流体经由所述润滑流体管道导送至定位在所述贮槽内且与所述贮槽流体连通地联接的热沉；以及
将所述润滑流体经由所述润滑流体管道从所述热沉导送至所述热源，其中所述润滑流体不导送穿过所述热源与所述热沉之间的核心空气流通路。
技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，其中，所述方法还包括将冷却空气流从所述燃气涡轮发动机导送穿过所述热沉以将热从所述贮槽中的润滑流体传递至所述冷却空气流。
技术方案17. 根据技术方案15所述的方法，其中，所述方法还包括将热输送流体导送穿过热输送系统，所述热输送系统与所述换热器流体连通地联接且构造成将热从所述润滑流体传递至所述热输送系统内的热输送流体。
技术方案18. 根据技术方案15所述的方法，其中，所述方法还包括将所述润滑流体导送穿过所述润滑流体过滤器，所述过滤器定位在所述贮槽内且经由所述润滑流体管道与所述热沉流体连通地联接。
技术方案19. 根据技术方案15所述的方法，其中，所述方法还包括将所述润滑流体导送穿过再分送泵，所述再分送泵定位在所述贮槽内且与所述热源和所述热沉流体连通地联接，所述再分送泵构造成在所述热源与所述热沉之间加压和导送所述润滑流体。
技术方案20. 根据技术方案15所述的方法，其中，所述方法还包括：
将所述润滑流体导送穿过空气/润滑流体分离器，所述分离器定位在所述贮槽内且与所述热沉和所述热源流体连通地联接，其中所述分离器构造成将所述润滑流体与夹带在其内的空气分离；以及
将所述空气从所述贮槽导送穿过与所述空气/润滑流体分离器流体连通地联接的通风管线。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，本公开内容的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的标号表示贯穿附图的相似部分，在附图中：
图1为示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图。
图2为示出示例性油循环系统的图1中所示的示例性燃气涡轮发动机的核心的前端的示意性截面侧视图。
图3为图2中所示的油循环系统的贮槽内的收集室的截面端视图。
图4为示出备选油循环系统的燃气涡轮发动机的核心的前端的示意性截面侧视图。
图5为示出另一个备选油循环系统的鼻锥的示意性截面视图。
除非另外指出，否则本文提供的附图意欲示出本公开内容的实施例的特征。这些特征认作是适用于包括本公开内容的一个或多个实施例的广泛种类的系统。因此，附图不意在包括本文公开的实施例的实施所需的本领域的普通技术人员已知的所有常规特征。
零件清单
10 涡扇发动机
12 纵向中心线
14 风扇区段
16 核心涡轮发动机
18 外壳
20 环形入口
22 LP压缩机
24 HP压缩机
26 燃烧区段
28 HP涡轮
30 LP涡轮
32 喷嘴区段
34 HP轴
36 LP轴
37 核心空气流动通路
38 风扇
40 风扇叶片
48 毂
50 机舱
52 出口导向导叶
54 下游区段
56 旁通空气流通路
58 一定量空气
60 入口
62 空气的第一部分
64 空气的第二部分
66 燃烧气体
68 HP涡轮定子导叶
70 HP涡轮转子叶片
72 LP涡轮定子导叶
74 LP涡轮转子叶片
76 风扇喷嘴排气区段
78 热气体通路
100 前贮槽
102 LP压缩机转子叶片
104 入口导向导叶
106 LP压缩机转子
107 结构部件
108 第一前LP轴承组件
110 第二前LP轴承组件
112 前LP框架部件
114 后LP框架部件
116 前HP轴承组件
118 静止HP框架部件
120 衬套
124 收集室
126 箭头
132 冷却空气流
134 排放空气流
136 浴缸(bathtub)
150 鼻锥(nose cone)
152 外部空气流
154 外壁
200 润滑油循环系统
202 管道
204 换热器
206 散热特征
208 过滤器
210 空气/油分离器
212 泵
214 通风管线
300 润滑油循环系统
304 换热器
306 热输送系统
308 流体输送流体管道
400 油循环系统
402 再分送泵
404 润滑油入口
406 收集室
408 润滑油出口
410 管道。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。该详细描述使用了数字和字母标号来表示附图中的特征。附图中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。
单数形式"一个"、"一种"和"该"包括复数对象，除非上下文清楚地另外指出。
"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可发生或可不发生，且该描述包括事件发生的情况以及其不发生的情况。
如本文贯穿说明书和权利要求使用的近似语言可用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由一个或多个诸如"大约"、"大概"和"大致"的用语修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及贯穿说明书和权利要求，范围限制可组合和/或互换，此范围是确定的且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。
如本文使用的用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用以将一个构件与另一个区分开，且不意在表示独立构件的位置或重要性。用语"上游"和"下游"是指相对于流体通路中的流体流的相对方向。例如，"上游"是指流体从其流动的方向，且"下游"是指流体流至的方向。
如本文使用的用语"轴向"和"轴向地"是指大致平行于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。此外，用语"径向"和"径向地"是指大致垂直于涡轮发动机的中心线延伸的方向和定向。
本文所述的示例性系统和方法涉及油循环系统，其克服了用于将油循环穿过燃气涡轮发动机的已知系统和方法的至少一些缺点。此外，本文所述的系统和方法允许密封的油循环系统，其包括贮槽中的润滑泵送、过滤和调节。更具体而言，本文所述的整装的循环系统包括构造成收集润滑流体的贮槽，以及与贮槽流体连通地联接且构造成将热传递至润滑流体的热源，诸如轴承。该系统还包括定位在贮槽内且与热源流体连通地联接的热沉，诸如换热器。润滑流体管道在热源与热沉之间导送润滑流体，其中润滑流体管道完全定位在贮槽内，使得管道在油循环系统的各种构件之间导送润滑流体，而不会将润滑流体导送穿过燃气涡轮发动机的核心空气流动通路。
本文所述的系统和方法的优点包括将循环系统的油处理装置定位在贮槽内以防止润滑流体导送穿过燃气涡轮发动机的核心空气流动通路的能力。因此，需要较少或较小的清除管线和泵来将油导送较远距离。因此，上述油循环系统允许降低飞行器发动机的重量和复杂性两者。此外，由于上述油循环系统密封在贮槽内，故没有与延伸穿过发动机的核心空气流动通路至贮槽外的油箱的循环系统相关联的流体管线。因此，核心空气流动通路包括较少压头损失，且允许了发动机效率的提高。上述油循环系统的另一个益处为减小罩下方的换热器尺寸和封装要求。通过冷却贮槽中的流体且不将任何输送至安装在罩下方的换热器，向其它外部构件分配更多空间。
现在参看附图，其中相同的数字表示贯穿附图的相同元件，图1为根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性截面视图。更具体而言，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为本文称为"涡扇发动机10"的高旁通涡扇喷气发动机10。如图1中所示，涡扇发动机10限定轴向方向A(平行于为了参照提供的纵向中心线12延伸)和径向方向R。大体上，涡扇10包括风扇区段14和设置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。
图1中大体上绘出的核心涡轮发动机16包括限定环形入口20的大致管状的外壳18。外壳18以串流关系包围：包括增压器或低压(LP)压缩机22和高压(HP)压缩机24的压缩机区段；燃烧区段26；包括高压(HP)涡轮28和低压(LP)涡轮30的涡轮区段；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(HP)轴或转轴34将HP涡轮28传动地连接到HP压缩机24。低压(LP)轴或转轴36将LP涡轮30传动地连接到LP压缩机22。压缩机区段、燃烧区段26、涡轮区段和喷嘴区段32一起限定核心空气流动通路37。
对于所示实施例，风扇区段14包括具有多个风扇叶片40的风扇38。可旋转的前毂48为空气动力轮廓，以促进空气流穿过风扇叶片40，且定位在风扇区段14的前端。此外，示例性风扇区段14包括环形风扇壳或外机舱50，其沿周向包绕风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。将认识到的是，机舱50可构造成相对于核心涡轮发动机16由多个沿周向间隔开的出口导向导叶52支撑。此外，在一个实施例中，机舱50的下游区段54延伸越过核心涡轮发动机16的外部以便限定其间的旁通空气流通路56。
在涡扇发动机10的操作期间，一定量空气58通过风扇区段14和/或机舱50的相关联的入口60进入涡扇10。当一定量空气58穿过风扇叶片40时，如由箭头62指出的空气58的第一部分引导或传送到旁通空气流通路56中，且如由箭头64指出的空气58的第二部分引导或传送到核心发动机流动通路37中，且更具体是到LP压缩机22中。空气的第一部分62与空气的第二部分64之间的比率通常称为旁通比。空气的第二部分64的压力然后在其传送穿过高压(HP)压缩机24且进入压缩区段26中时增大，在该处，其与燃料混合且焚烧以提供燃烧气体66。
燃烧气体66传送穿过HP涡轮28，在该处，来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分经由联接至外壳18的HP涡轮定子导叶68和联接至HP轴或转轴34的HP涡轮转子叶片70的连续级获得，因此引起HP轴或转轴34旋转，从而支持HP压缩机24的操作。燃烧气体66然后传送穿过LP涡轮30，在该处，热能和动能的第二部分经由联接至外壳18的LP涡轮定子导叶72和联接至LP轴或转轴36的LP涡轮转子叶片74的连续级从燃烧气体66获得，因此引起LP轴或转轴36旋转，从而支持LP压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。
燃烧气体66随后传送穿过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32来提供推力。同时，空气的第一部分62的压力在空气的第一部分62在其从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前传送穿过旁通空气流通路56时显著增大，也提供了推力。HP涡轮28、LP涡轮30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体通路78以用于将燃烧气体66传送穿过核心涡轮发动机16。
然而，应当认识到的是，图1中绘出的涡扇发动机10仅通过举例提供，且在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可具有任何其它适合的构造。例如，在其它实施例中，涡扇发动机10可构造为齿轮传动的涡扇发动机，使得LP轴36跨过动力齿轮箱驱动风扇38。此外或作为备选，涡扇发动机10可为无导管/开放的转子涡扇发动机。还应当认识到的是，在还有其它示例性实施例中，本公开内容的方面可结合到任何其它适合的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开内容的方面例如可并入涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮核心发动机、涡轮喷气发动机、电推进系统等。
现在参看图2，提供了图1的涡扇发动机10的前端的示意性截面视图。具体而言，图2提供了涡扇发动机10的前贮槽100的局部放大截面视图。
如图2中所示，前贮槽100定位在核心空气流动通路37的径向内侧，或更具体而言，在延伸穿过压缩机区段的LP压缩机22的核心空气流动通路37的一部分的径向内侧。LP压缩机22构造成通过入口20接收来自风扇38的空气流，且使用多个旋转LP压缩机转子叶片102来压缩这些空气。绘出的LP压缩机22还包括定位得邻近入口20、在该多个LP压缩机转子叶片102前方的入口导向导叶104。多个LP压缩机转子叶片102在径向内端处联接至鼓型LP压缩机转子106。LP压缩机转子106附接至结构部件107，结构部件107向前延伸且连接至风扇区段14的一个或多个旋转构件。显然，如上文所论述，LP轴36由LP涡轮30驱动，且继而又连同LP压缩机22驱动风扇38和多个风扇叶片40。
此外，第一前LP轴承组件108和第二前LP轴承组件110设置成在前端处稳定LP轴36且促进LP轴36的旋转。第一前LP轴承组件108在径向内端处附接至LP轴36，且在径向外端处附接至前LP框架部件112。类似地，第二前LP轴承组件110在径向内端处联接至LP轴36，且在径向外端处联接至后LP框架部件114。前LP框架部件112和后LP框架部件114分别为静止框架部件。此外，对于绘出的实施例，第一前LP轴承组件108定位第二前LP轴承组件110前方且包括滚珠轴承。相比之下，第二前LP轴承组件110包括滚柱轴承。然而，在其它示例性实施例中，任何其它适合的轴承都可关于第一前LP轴承组件和/或第二前LP轴承组件108、110包括。此外，在其它示例性实施例中，任何其它适合的轴承构造可设置成促进LP轴36的旋转。例如，在其它示例性实施例中，单个轴承组件可设置成在前端处促进LP轴36的旋转。
如同样绘出的那样，HP轴34与LP轴36同轴，且定位在LP轴36的径向外侧。HP轴34由HP涡轮28旋转，且构造成驱动HP压缩机24(见图1)。前HP轴承组件116设置成在HP轴34的前端处促进HP轴34的旋转。特别地，前HP轴承组件116的径向内端附接至HP轴34，且前HP轴承组件116的径向外端附接至静止HP框架部件118。对于绘出的实施例，前HP轴承组件116包括单个滚珠轴承。然而，在其它实施例中，前HP轴承组件116可额外包括定位在任何适合位置处的一个或多个其它轴承。此外或作为备选，在其它实施例中，任何其它适合的轴承或轴承组合可关于前HP轴承组件116包括以促进HP轴34的旋转。
仍参看图2，第一前LP轴承组件108、第二前LP轴承组件110和前HP轴承组件116全部都至少部分地定位在涡扇发动机10的前贮槽100内。前贮槽100位于核心空气流37的径向内侧，且至少部分地由核心16的某些静止框架部件限定，诸如前LP框架部件112、静止HP框架部件118和限定LP压缩机22与HP压缩机24之间的核心空气流动通路37的一部分的径向内衬套120。此外，前贮槽100在径向内侧处由LP轴36和HP轴34的一部分限定。
润滑流体(诸如油)提供到前贮槽100，或更具体而言，到至少部分地定位在前贮槽100内的多个轴承，以从这些轴承除去热且减少这些轴承内的摩擦量。在示例性实施例中，涡扇发动机10包括整装的润滑油循环系统200，其包括用于将润滑油提供至多个轴承108、110和116的油管道202。管道202的全部定位在贮槽100内，且不会延伸穿过核心空气流动通路37，使得管道202在油循环系统的各种构件之间导送油，而不会将油导送穿过核心空气流动通路37。
一旦润滑油提供至多个轴承，则润滑油可吸收由轴承108、110和116生成的一定量的热，同时减少轴承108、110和116中的摩擦量。前贮槽100设置成容纳和收集提供到至少部分地定位在其中的多个轴承的润滑油。此外，前贮槽100限定收集室124，润滑油构造成在经过或穿过多个轴承之后在其中流动且收集。来自多个轴承的润滑油的流由图2中的箭头126指出。一旦在收集室124中，则循环系统200将油导送穿过下文进一步详述的系统200的各种构件，以处理油用于随后由轴承108、110和116使用。
在示例性实施例中，循环系统200包括热沉，例如，定位在贮槽100内且与热源(诸如轴承108、110和116)流体连通联接的换热器204。换热器204与前贮槽100直接热连通地联接，以从容纳在其中的润滑油除去热。对于绘出的实施例，换热器204至少部分地定位在前贮槽100内，或更具体地，至少部分地定位在由前贮槽100限定的收集室124内。因此，换热器204可在这些润滑油导送至轴承108、110和116之前降低润滑油的温度。
在示例性实施例中，换热器204构造为空气到液体的换热器。特别地，换热器204构造成从LP压缩机22接收冷却空气流132，且将热从前贮槽100中的润滑油传递至冷却空气流132。在从前贮槽100内的润滑油吸收一定量的热之后，冷却空气流132称为排放空气流134，且然后排放回核心空气流动通路37中。然而，在其它示例性实施例中，排放空气流134改为排放到任何其它适合的位置。例如，在其它示例性实施例，排放空气流134例如可排放至旁通通路56(图1中所示)，或至大气。显然，尽管对于绘出的实施例从LP压缩机22提供的冷却空气流132从邻近LP压缩机22的第二级的位置提供，但在其它实施例中，冷却空气流132可从LP压缩机22内的任何其它适合的位置提供。作为备选，冷却空气流132可从LP压缩机22上游或LP压缩机22下游的位置提供。此外，如下文更详细所述，在还有其它示例性实施例中，冷却空气流132可额外或备选地从风扇38直接提供。
在示例性实施例中，涡扇发动机10包括单个换热器204，其定位成与前贮槽100直接热连通，以在这些润滑油导送至轴承108、110和116供使用之前从此贮槽100内的润滑油除去一定量的热。例如，现在还参看图3，提供了由图2的示例性前贮槽100限定的收集室124的轴向截面视图。收集室124由前贮槽100限定，且大体上包括邻近前贮槽100的底部的放大部分。本文称为"浴缸"136的放大部分可定位在前贮槽100的底部处，使得重力可有助于将润滑油收集在其中。对于绘出的实施例，换热器204构造为定位在前贮槽100的浴缸136内的单个换热器。此外，在示例性实施例中，换热器204包括多个散热特征206，诸如通道或翅片，其至少部分地延伸穿过前贮槽100，冷却介质(例如，来自LP压缩机22的冷却空气流132)流过其间。
在备选实施例中，换热器204与贮槽部件112和114中的至少一个以及衬套120整体结合地形成。换热器204的此构造包括散热特征206，诸如穿过其间形成的通道或从其延伸的翅片，其暴露于冷却空气流以便于冷却换热器204内的润滑油。然而，在其它实施例中，换热器204以任何其它适合的方式整体结合到前贮槽100的壁中。例如，在其它实施例中，换热器204通过将多个冷却通道附接到前贮槽100的壁的外表面或备选地附接到前贮槽100的壁的内表面来整体结合到前贮槽100的壁中。
然而，应当认识到的是，在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可额外包括任何其它适合数目和/或构造的换热器。例如，在其它示例性实施例中，涡扇发动机10可包括多个换热器，其在前贮槽100的收集室124内沿周向间隔开且/或沿轴向间隔开，或在别处与前贮槽100直接热连通。
在示例性实施例中，整装的油循环系统200还包括滤油器208、空气/油分离器210，以及用于将原动力沿管道202提供至润滑油的至少一个泵212。如图3中所示，过滤器208、分离器210和泵212中的每一个定位在贮槽100内，且在轴承108、110和116与换热器204之间流体连通地联接。因此，循环系统200提供整装的系统，其完全在贮槽100内收集、处理、加压且再分送润滑油，而不必将润滑油通过跨过核心空气流动通路37的清除管线导送至贮槽100外的处理装置。
加热的润滑油从轴承108、110和116导送至过滤器208来从润滑油除去任何金属颗粒。在一个实施例中，过滤器208包括碎屑探测器(未示出)，其识别超过预定尺寸限制的金属碎屑。在示例性实施例中，循环系统200还包括定位在贮槽100中且在轴承108、110和116与换热器204之间流体连通地联接的空气/油分离器210。在轴承108、110和116中使用期间，润滑油夹带有一定量的空气。分离器210便于从润滑油除去空气量，且通过通风管线214将空气从贮槽100排至核心空气流动通路37。作为备选，通风管线214将空气量排至任何位置，诸如但不限于大气或下游处理装置。如上文所述，泵212与轴承108、110和116以及换热器204流体连通地联接，且便于加压润滑油，且提供原动力来使润滑油在轴承108、110和116与换热器204之间经由管道202导送。尽管换热器204、过滤器208、分离器210和泵214以一种串联顺序在图3中示出，但润滑油可以以穿过循环系统200的任何顺序导送穿过换热器204、过滤器208、分离器210和泵214，这便于如本文所述的系统200的操作。
现在参看图4，提供了根据本公开内容的另一个实施的涡扇发动机10的前端的示意性截面视图。图4的涡扇发动机10以与上文参照图1至图3所述的涡扇发动机10大致相同的方式构造。此外，相同或相似的标号可表示相同或功能等同的构件。
如图所示，涡扇发动机10包括第一前LP轴承组件108和第二前LP轴承组件110，其分别在前端处支持LP轴36的旋转。第一前LP轴承组件108和第二前LP轴承组件110在径向内端处附接至LP轴36，且在径向外端处分别附接至前LP框架部件和后LP框架部件114、116。此外，涡扇发动机10包括用于在前端处支持HP轴34的旋转的前HP轴承组件116。前HP轴承组件116在径向内端处附接至HP轴34，且在径向外端处附接至静止HP框架部件118。此外，各种轴承组件分别至少部分地定位在前贮槽100内，前贮槽100定位在核心空气流动通路37的径向内侧。
图4中绘出的前贮槽100以与图2中绘出的前贮槽100大致相同的方式操作，其中图4中绘出的前贮槽100包括润滑油循环系统300。类似于润滑油循环系统200，润滑油循环系统300包括定位在贮槽100内的换热器304。然而，代替换热器304构造为如润滑油循环系统200中的空气到液体的换热器，润滑油循环系统300中的换热器304构造为液体到液体的换热器。更具体而言，对于绘出的实施例，润滑油循环系统300包括与换热器304流体连通地联接的闭环热输送系统306。热输送系统306从定位在涡扇发动机10的前贮槽100内的润滑油除去热。闭环热输送系统306使热输送流体循环穿过热流体输送流体管道308，其流过换热器304以便于冷却其中的润滑油，使得换热器304将热从润滑油传递至闭环热输送系统306内的热输送流体。热输送系统还可包括以串流和/或并流布置的各种额外的热源换热器(未示出)和热沉换热器(未示出)。
图5为示出另一个备选油循环系统400的鼻锥150的示意性截面视图。鼻锥150暴露至外部空气流152，外部空气流152冲击鼻锥150的外壁154且随后沿其流动。在所示实施例中，鼻锥150联接到大致类似于图1-图4中所示的涡轮发动机10的燃气涡轮发动机10，其中主要差别在于鼻锥150静止，而转轴34和36围绕轴线12旋转。涡轮发动机10包括主要定位在鼻锥150内的贮槽100。此外，涡轮发动机10包括类似于图1-图4中所示的那些的前轴承组件108，以及在贮槽100下游的核心空气流动通路37。如图所示，贮槽100为定位在涡轮发动机10的鼻锥150内的风扇贮槽。
在所示实施例中，循环系统400包括邻近外壁154定位在鼻锥150内的再分送泵402(例如，齿轮泵)。在备选实施例中，泵402为盘泵或导叶泵。泵402包括邻近下轴承108定位在收集室406内的润滑油入口404，以及邻近上轴承108定位的润滑油出口408。在操作中，润滑油围绕轴承108导送，且收集在收集室406中。泵402然后从收集室406抽取润滑油，且将其沿外壁154导送穿过润滑油管道410，且至润滑油出口408。由于鼻锥150是静止的，故润滑油导送穿过邻近外壁154的管道410至少部分归因于重力。
鼻锥150的外壁154也形成贮槽100的至少一部分，且用作循环系统400内的热沉，使得在泵402将润滑油导送穿过管道410时，外部空气流152通过壁154与管道410热传递连通，且便于冷却在管道410内流动的润滑流体。因此，循环系统400通过完全在贮槽100内的管道410导送润滑油，使得润滑油被热处理而不导送穿过核心空气流动通路37。
本文所述的示例性设备和方法克服了用于使润滑油循环穿过燃气涡轮发动机的已知系统和方法的至少一些缺点。此外，本文所述的系统和方法允许了密封的油循环系统，其包括贮槽中的润滑泵送、过滤和调节。更具体而言，本文所述的整装的循环系统包括构造成收集润滑流体的贮槽，以及与贮槽流体连通地联接且构造成将热传递至润滑流体的热源，诸如轴承。系统还包括定位在贮槽内且与热源流体连通地联接的热沉，诸如换热器。润滑流体管道在热源与热沉之间导送润滑流体，其中润滑流体管道完全定位在贮槽内，使得管道在油循环系统的各种构件之间导送润滑流体，而不会将润滑流体导送穿过燃气涡轮发动机的核心空气流动通路。
上述油循环系统的技术效果在于能够将循环系统的油处理装置定位在贮槽内以防止将润滑流体导送穿过燃气涡轮发动机的核心空气流动通路。因此，需要较少清除管线和泵来将油导送所需的更远距离。因此，上述油循环系统允许降低飞行器发动机的重量和复杂性两者。此外，由于上述油循环系统密封在贮槽内，故没有与延伸穿过发动机的核心空气流动通路至贮槽外的油箱的循环系统相关联的流体管线。因此，核心空气流动通路包括较少堵塞，且允许了发动机效率的提高。上述油循环系统的另一个优点为减小罩下方的换热器尺寸和封装要求。通过冷却贮槽中的流体且不将任何输送至安装在罩下方的换热器，向其它外部构件分配更多空间。
整装的油循环系统的示例性实施例在上文中详细描述。油循环系统和操作此系统和装置的方法不限于本文所述的特定实施例，但相反，系统的构件和/或方法的步骤可与本文所述的其它构件和/或步骤独立地且分开使用。例如，方法还可与需要油循环系统的其它系统组合，且不限于仅关于如本文所述的涡轮发动机系统和方法来实施。
尽管本公开内容的各种实施例的特定特征可能在一些图中示出且在其它图中未示出，但这仅是为了方便。根据本公开内容的原理，可与任何其它图的任何特征组合来对附图的任何特征参照和/或要求保护。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于结合限定核心空气流动通路(37)的燃气涡轮发动机(10)使用的整装的润滑流体循环系统(200,300,400)，所述润滑流体循环系统包括：
构造成收集润滑流体的贮槽(100)；
与所述贮槽流体连通地联接且构造成将热传递至所述润滑流体的热源(108,110,116)；
定位在所述贮槽内且与所述热源流体连通地联接的热沉(204,304,154)；以及
构造成在所述热源与所述热沉之间导送所述润滑流体的润滑流体管道(202,410)，所述润滑流体管道完全定位在所述贮槽内。
2.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述润滑流体管道(202,410)和所述润滑流体不延伸穿过所述核心空气流动通路(37)。
3.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述贮槽(100)定位在所述核心空气流动通路(37)的径向内侧。
4.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述贮槽(100)包括定位在所述燃气涡轮发动机(10)的鼻锥(150)内的风扇贮槽。
5.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述热沉包括空气到液体的换热器，所述换热器构造成接收来自所述燃气涡轮发动机的冷却空气流且将热从所述贮槽中的润滑流体传递至所述冷却空气流。
6.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述热沉(204,304)包括液体到液体的换热器，所述系统还包括热输送系统(306)，所述热输送系统与所述换热器流体连通地联接且构造成将热从所述润滑流体传递至所述热输送系统内的热输送流体。
7.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述热沉(154)包括暴露至外部空气流(152)的贮槽壁。
8.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述系统(200,300,400)还包括润滑流体过滤器(208)，所述过滤器定位在所述贮槽(100)内且经由所述润滑流体管道(202,410)与所述热沉(204,304,154)流体连通地联接。
9.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述系统(200,300,400)还包括再分送泵(212,402)，所述再分送泵定位在所述贮槽(100)内且与所述热源(108,110,116)和所述热沉(204,304,154)流体连通地联接，所述再分送泵构造成在所述热源与所述热沉之间加压和导送所述润滑流体。
10.根据权利要求1所述的系统(200,300,400)，其特征在于，所述热沉(204,304,154)包括整体结合到所述贮槽(100)的至少一个壁(154,112,114)中的换热器。
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