CN109695505A - 具有用于减小轴承室压力的真空发生器的燃气涡轮发动机 - Google Patents

具有用于减小轴承室压力的真空发生器的燃气涡轮发动机 Download PDF

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Abstract

具有用于减小轴承室压力的真空发生器的燃气涡轮发动机，包括：具有至少一个密封件的轴承室、设置在轴承室中的轴承、与轴承室流体地连接的脱油机以及与脱油机流体地连接的真空发生器。

Description

具有用于减小轴承室压力的真空发生器的燃气涡轮发动机
背景技术
燃气涡轮发动机一般包括风扇段、压缩机段、燃烧器段和涡轮机段。进入压缩机段的空气被压缩并输送到燃烧段内，它在燃烧段中与燃料混合并被点燃以产生高速排气流。高速排气流通过涡轮机段扩展以驱动压缩机和风扇段。压缩机段一般包括低压力和高压力压缩机，且涡轮机段包括低压力和高压力涡轮机。
发明内容
根据本公开的例子的燃气涡轮发动机包括：具有至少一个密封件的轴承室、设置在轴承室中的轴承、与轴承室流体地连接的脱油机以及与脱油机流体地连接的真空发生器。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，真空发生器包括文丘里管。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，真空发生器与压缩机段流体地连接用于提供空气以操作真空发生器。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，真空发生器与空气供应系统流体地连接用于提供空气以操作真空发生器。
根据本公开的例子的燃气涡轮发动机包括：具有至少一个密封件的轴承室、设置在轴承室中的轴承、与轴承室流体地连接的脱油机、与脱油机流体地连接的真空发生器以及与真空发生器连接用于提供空气以操作真空发生器的空气供应系统。空气供应系统具有两个空气源；以及与空气供应系统通信并被配置成在这两个空气源之间切换的控制器。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，真空发生器包括文丘里管。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，两个空气源之一是压缩机段。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，两个空气源之一是辅助功率单元。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，两个空气源包括压缩机段和辅助功率单元。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，空气供应系统包括设置在辅助功率单元和真空发生器之间的止回阀。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，空气供应系统包括设置在压缩机段和真空发生器之间的流量控制阀。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，真空发生器是向船外通风的。
根据本公开的例子的燃气涡轮发动机包括：具有至少一个密封件的轴承室、设置在轴承室中的轴承、与轴承室流体地连接的压缩机段、用于将油提供到轴承的油源、与轴承室流体地连接的脱油机、与脱油机流体地连接的真空发生器以及与真空发生器连接用于提供空气以操作真空发生器的空气供应系统。空气供应系统具有不是压缩机段的空气源。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，真空发生器包括文丘里管。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，空气供应系统包括压缩机段作为另一空气源。
前述实施方案中的任一个的另一实施方案包括与空气供应系统通信并被配置成在空气源和作为另一空气源的压缩机段之间切换的控制器。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，空气源是辅助功率单元。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，空气供应系统包括设置在辅助功率单元和真空发生器之间的止回阀。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，空气供应系统包括设置在压缩机段和真空发生器之间的流量控制阀。
在前述实施方案中的任一个的另一实施方案中，真空发生器是向船外通风的。
附图说明
从下面的详细描述中，本公开的各种特征和优点将对本领域技术人员变得明显。附随详细描述的附图可如下简要地被描述。
图1示出示例燃气涡轮发动机。
图2示出轴承室、与轴承室流体地连接的脱油机和与脱油机流体地连接的真空发生器。
图3也示出真空发生器，但具有空气供应系统。
图4示出包括文丘里管的示例真空发生器。
图5示出具有两个空气供应源的示例空气供应系统。
具体实施方式
图1示意性示出燃气涡轮发动机20。燃气涡轮发动机20在本文被公开为通常合并风扇段22、压缩机段24、燃烧器段26和涡轮机段28的双阀芯涡轮风扇发动机。可选的发动机设计除了其它系统或特征以外还可包括增压器段（未示出）。
风扇段22沿着在发动机舱15内限定的旁通导管中的旁通流路B驱动空气，且还沿着核心流路C驱动空气，用于压缩和传送到燃烧器段26内，然后通过涡轮机段28扩展。虽然在所公开的非限制性实施方案中被描绘为双阀芯涡轮风扇发动机燃气涡轮发动机，例子在本文不限于与双阀芯涡轮风扇发动机一起使用，并可应用于其它类型的涡轮机，包括直接驱动发动机结构、三阀芯发动机结构和基于地面的涡轮机。
发动机20通常包括安装成经由几个轴承系统38相对于发动机静止结构36绕着发动机中心纵轴A旋转的低速阀芯30和高速阀芯32。应理解，可以可选地或此外提供在不同位置处的各种轴承系统38，且轴承系统38的位置可以对应用视情况而改变。
低速阀芯30通常包括使风扇42、第一（低）压力压缩机44和第一（或低）压力涡轮机46互连的内轴40。内轴40通过速度改变机构连接到风扇42以在比低速阀芯30更低的速度下驱动风扇42，速度改变机构在示例性燃气涡轮发动机20中被示为齿轮结构48。
高速阀芯32包括使第二（或高）压力压缩机52和第二（或高）压力涡轮机54互连的外轴50。燃烧器56布置在高压力压缩机52和高压力涡轮机54之间。发动机静止结构36的中涡轮机框架57通常布置在高压力涡轮机54和低压力涡轮机46之间。中涡轮机框架57还支撑在涡轮机段28中的轴承系统38。内轴40和外轴50是同心的，并经由轴承系统38绕着与它们的纵轴共线的发动机中心纵轴A旋转。
核心空气流由低压力压缩机44、然后高压力压缩机52压缩，与在燃烧室56中的燃料混合并燃烧，然后通过高压力涡轮机54和低压力涡轮机46扩展。中涡轮机框架57包括在核心空气流路径C中的机翼59。涡轮机46、54响应于该扩展而旋转地驱动相应的低速阀芯30和高速阀芯32。将认识到，风扇段22、压缩机段24、燃烧器段26、涡轮机段28和风扇驱动齿轮系统49的位置中的每个可改变。例如，齿轮系统48可位于燃烧室段26的尾部或甚至涡轮机段28的尾部，且风扇段22可位于齿轮系统48的位置的前方或尾部。
发动机20在一个例子中是高旁通齿轮航空器发动机。在另一例子中，发动机20的旁通比大于大约六（6），示例实施方案大于大约十（10），齿轮机构48是具有大于大约2.3的齿轮减速比的周转轮系，例如行星齿轮系统或其它齿轮系统，且低压力涡轮机46具有大于大约5的压力比。在一个所公开的实施方案中，发动机20的旁通比大于大约十（10:1），风扇直径明显大于低压力压缩机44的直径，且低压力涡轮机46具有大于大约五（5:1）的压力比。低压力涡轮机46的压缩比是在低压力涡轮机46的入口之前被测量为与在排气喷嘴之前的低压力涡轮机46的出口处的压力有关的压力。齿轮结构48可以是具有大于大约2.3:1/的齿轮减速比的周转轮系，例如行星齿轮系统或其它齿轮系统。然而应理解，上面的参数仅仅是齿轮结构发动机的一个实施方案的一个示例，以及本发明可应用于其它燃气涡轮发动机，包括直接驱动涡轮风扇发动机。
由于高旁通比，相当大数量的推力由旁通流B提供。为特定的飞行条件（一般在大约0.8马赫和大约35,000英尺处的巡航）设计发动机20的风扇段22。在发动机在它的最佳燃料消耗处（也被称为“稳定巡航推力燃料消耗率比（TSFC）”）的情况下的0.8马赫和大约35,000英尺的飞行条件是除以发动机在那个最小点处产生的1bf的推力的被燃烧的1bm的燃料的工业标准参数。“低风扇压力比”是在没有风扇出口导叶（“FEGV”）系统的情况下的仅在风扇叶片两端的压力比。根据一个非限制性实施方案的如在本文公开的低风扇压力比小于大约1.45。“低修正风扇尖端速度”是除以[(Tram °R) / (518.7 °R)]0.5的工业标准温度修正的以英尺/秒为单位的实际风扇尖端速度。根据一个非限制性实施方案的如在本文公开的“低修正风扇尖端速度”小于大约1150英尺/秒。
发动机20的一个或多个轴承系统38可被包含在图2中示意性示出的轴承室60内。来自发动机20的油源62的油在轴承室60内被提供到轴承38以使轴承38冷却和润滑。为了得到在轴承室60中的油并减小或防止来自发动机20的油损失，轴承室60通常被密封而避开在发动机20中的通常在R处表示的相邻或周围的区域。在这个方面中，轴承室60包括一个或多个密封件64，其用来限制油从轴承室60到相邻区域R内的逸出。来自空气源例如发动机20的压缩机段24的缓冲空气被提供到相邻区域R并越过密封件64进入轴承室60内。缓冲空气通常在相对高的压力下在区域R中被提供，以便有在相邻区域R和轴承室60的内部之间的密封件64两端的压力差（压力降）。
来自轴承38的缓冲空气和油通过线路66从轴承室60排出到脱油机68。脱油机68是已知的且没有被特别限制，但可包括分离器等。作为例子，脱油机68可以是但不限于离心分离器。脱油机68将油从空气分离，使得油可被再次使用，而不是向船外与空气一起被倾倒。油可返回到油源62。
为了维持越过密封件64的密封，在相邻区域R和轴承室60的内部之间的压力差保持在阈值之上。然而，在发动机20的起动期间存在挑战以提供高压力缓冲空气来将压力差保持在阈值之上。在这个方面中，发动机20包括位于脱油机68的下游的真空发生器70。真空发生器70可操作来产生真空，并通过线路72与脱油机68流体地连接。因为脱油机68也通过线路66流体地连接到轴承室60的内部，由真空发生器70产生的真空提供在轴承室60的内部中的较低压力。这有效地增加在相邻区域R和轴承室60的内部之间的密封件64两端的压力差。增加的压力差又减小越过密封件64的油损失。从脱油机68提供到真空发生器70的空气然后向船外经由通风孔74从发动机20被倾倒。
图3示出类似图2所示的例子但此外包括空气供应系统76的另一例子。空气供应系统76可操作来提供源空气以操作真空发生器70。例如，空气供应系统由线路78流体地连接到真空发生器70。空气供应系统可以是压缩机、传送压缩空气的导管等。源空气驱动真空发生器70或便于在真空发生器70中的真空的产生。
图4示出真空发生器170的非限制性例子。在这个例子中，真空发生器170包括文丘里管80。文丘里管80包括会聚到喉咙段80b的入口段80a，喉咙段80b然后发散到出口段80c。文丘里管80包括连接到喷嘴82a的分接头82，喷嘴82a将高速流提供到喉咙段80b内。入口段80a经由线路72与脱油机68流体地连接，且分接头82经由线路78与空气供应系统76流体地连接。
在操作期间，空气供应系统76提供流到文丘里管80的喉咙段80b内的空气的源。当源空气的流扩展到喉咙段80b内时，源空气的低静止压力在文丘里管80的入口处产生真空。真空又减小通过脱油机68且在轴承室60的内部中的压力。来自脱油机68的空气和来自空气供应系统76的源空气在喉咙段80b中组合并接着通过通风孔74在船外被排出。
图5示出类似于图3所示的例子的另一例子。在这个例子中，空气供应系统176包括被提供到真空发生器170的空气的两个源。空气源之一是压缩段24。第二空气源84不同于压缩段24。例如，第二空气源84是辅助功率单元。例如，辅助功率单元是非推进式燃气涡轮发动机。辅助功率单元提供压缩空气，其可作为源空气被分流到真空发生器170内。作为例子，分接头可以切断在辅助功率单元和在起动机空气阀88下游的空气涡轮起动机之间的空气导管86。因此，当起动机空气阀88打开时，源空气通过止回阀90被提供到真空发生器170。当起动机空气阀88关闭时，阀92可用于打开来自压缩机段24的流以将源空气提供到真空发生器170。
控制器94与空气供应系统176通信并可操作来控制阀88和92。控制器94可包括硬件，例如被配置成（例如经由编程）执行本文所述的功能的一个或多个微处理器、软件或这两者。在一个例子中，控制器94还被配置成基于发动机20的操作模式来选择性地打开和关闭阀88和92。例如，在发动机20的起动期间，当存在来自压缩机段24的不足的压缩空气以将在密封件64两端的压力差维持在阈值之上时，阀92在关闭状态中以及阀88在打开状态中，使得源空气从第二空气源84被提供以操作真空发生器170。止回阀90防止从真空发生器170到第二空气源的回流。一旦在压缩机段24中的压力是充足的（例如在指定压缩机级处或在扩散器级处），例如在起动结束时或在起动之后，阀88就可关闭且阀92打开以从压缩机段24提供源空气来操作真空发生器170。因此，控制器94可操作来在两个空气源之间切换，取决于发动机20的操作模式。
虽然在所示例子中示出特征的组合，但并不是它们中的全部都需要被组合以实现本公开的各种实施方案的益处。换句话说，根据本公开的实施方案设计的系统不一定包括在任一个附图中所示的所有特征或在附图中示意性示出的所有部分。而且，一个示例实施方案的选定特征可与其它示例实施方案的选定特征组合。
前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。所公开的例子的变化和修改可对本领域技术人员变得明显，不一定偏离本公开。可以只通过研究下面的权利要求来确定被给与本公开的合法保护的范围。

Claims (20)

1.一种燃气涡轮发动机，其包括：
轴承室，其具有至少一个密封件；
轴承，其设置在所述轴承室中；
脱油机，其与所述轴承室流体地连接；以及
真空发生器，其与所述脱油机流体地连接。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述真空发生器包括文丘里管。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述真空发生器与压缩机段流体地连接用于提供空气以操作所述真空发生器。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其中所述真空发生器与空气供应系统流体地连接用于提供空气以操作所述真空发生器。
5.一种燃气涡轮发动机，其包括：
轴承室，其具有至少一个密封件；
轴承，其设置在所述轴承室中；
脱油机，其与所述轴承室流体地连接；
真空发生器，其与所述脱油机流体地连接；以及
空气供应系统，其与所述真空发生器连接用于提供空气以操作所述真空发生器，所述空气供应系统具有两个空气源；以及
控制器，其与所述空气供应系统通信并被配置成在所述两个空气源之间切换。
6.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中所述真空发生器包括文丘里管。
7.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中所述两个空气源之一是压缩机段。
8.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中所述两个空气源之一是辅助功率单元。
9.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中所述两个空气源包括压缩机段和辅助功率单元。
10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气供应系统包括设置在所述辅助功率单元和所述真空发生器之间的止回阀。
11.根据权利要求10所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气供应系统包括设置在所述压缩机段和所述真空发生器之间的流量控制阀。
12.根据权利要求5所述的燃气涡轮发动机，其中所述真空发生器是向船外通风的。
13.一种燃气涡轮发动机，其包括：
轴承室，其具有至少一个密封件；
轴承，其设置在所述轴承室中；
压缩机段，其与所述轴承室流体地连接；
油源，其用于将油提供到所述轴承；
脱油机，其与所述轴承室流体地连接；
真空发生器，其与所述脱油机流体地连接；以及
空气供应系统，其与所述真空发生器连接用于提供空气以操作所述真空发生器，所述空气供应系统具有不是所述压缩机段的空气源。
14.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其中所述真空发生器包括文丘里管。
15.根据权利要求13所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气供应系统包括所述压缩机段作为另一空气源。
16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其还包括与所述空气供应系统通信并被配置成在所述空气源和作为另一空气源的所述压缩机段之间切换的控制器。
17.根据权利要求16所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气源是辅助功率单元。
18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气供应系统包括设置在所述辅助功率单元和所述真空发生器之间的止回阀。
19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其中所述空气供应系统包括设置在所述压缩机段和所述真空发生器之间的流量控制阀。
20.根据权利要求19所述的燃气涡轮发动机，其中所述真空发生器是向船外通风的。
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