CN110073081A - 涡轮发动机中的流体回路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机的组件，其包含油回路(24)，油回路(24)包括气/油热交换器(31)、主旁通管(26)和主管(26)的次旁通管(28)，主旁通管(26)将所述气/油热交换器(31)的入口连接到所述气/油热交换器(31)的出口并围绕所述气/油热交换器(31)，以与所述气/油热交换器交换热量，次旁通管(28)将所述主旁通管(26)的上游端连接到所述主旁通管(26)下游端，所述回路(24)还包括用于控制油流到所述主旁通管(26)和次旁通管(28)内的通道的至少一个阀(22)以及用于在温度低于一阈值温度时控制所述至少一个阀(22)的开度的控制设备(35)。

Description

涡轮发动机中的流体回路

技术领域

本发明涉及一种油回路以及一种配备有这种油回路的涡轮发动机。

背景技术

类似于所有的内燃机，涡轮发动机，无论是涡轮喷气发动机还是涡轮螺旋桨发动机，都包括与其他移动部件或与静止部件摩擦的移动部件。

为了不因摩擦引起的加热而断裂，这些部件喷射有油，其可以限制(或抑制)部件的加热，另一方面，可以润滑它们以促进这些部件在另一部件上的滑动。

油在设置有热交换器的回路10中流动，特别是油/气交换器12，如图1所示，所述回路10具有呈弯曲管形以实现热交换的基体14，来自所述部件的油被引入到所述基体内然后在再次喷射到所述部件上之前冷却。

当在寒冷条件下(例如低于0℃的温度)启动涡轮发动机时，气/油交换器12(或多个交换器，如果适用的话)的基体14中的油可冻结，使得在油和空气之间的热交换很困难或不可能，由于油不能在交换器12的基体14中循环。然后需要预先地预热气/油热交换器12的基体14。

为此，已知为气/油热交换器12提供了旁通管16，所述旁通管16用作解冻通道并且围绕气/油热交换器12的基体14，以加热冻结的油。该旁通管16在其上游端连接到热交换器12的进口18和热交换器12的出口20。油路10还包括一种用于控制旁通管16中的油流的阀22，以允许油仅在温度低于预定阈值时流过交换器12的基体14。然而，由于旁通管16的油通道截面小于气/油热交换器中的油通道截面，因此当热交换器12的基体14冻结时，油路中存在超压。超压包括导致损坏油路10的风险。

为了减少这种超压，一种明显的解决方案是增加旁通管16的流量截面，从而在不改变进油泵的工作压力条件的情况下增加流速。然而，出于空间要求的原因，不可能增加旁通管16的通道截面。

发明内容

本发明更具体地旨在为该问题提供一种简单、高效和经济有效的解决方案。

为此，本发明提出了一种涡轮发动机的组件，其包括一种包含气/油热交换器的油路，将所述气/油热交换器的入口连接到所述气/油热交换器的出口并围绕所述气/油热交换器以与所述气/油热交换器交换热量的主旁通管，以及将所述主旁通管的上游端连接到所述主旁通管下游端的主管的次旁通管，所述回路还包括用于控制油流通过所述主旁通管和次旁通管内的至少一个阀，以及用于在温度低于阈值温度时用于控制所述至少一个阀开度的设备。

根据本发明，次旁通管的增加允许部分流体从主旁通管旁通，从而在寒冷操作条件下减少主旁通管中的流体压力。控制油流动通过主和次旁通管的阀以及用于当温度高于阈值温度时控制阀开度的设备之组合使得仅在寒冷操作条件下操作主和次旁通管，而当温度高于预定的阈值温度时没有油流循环通过这些管道。

由于油粘度的增加，压降随着温度的降低而增加，应该理解的是，次旁通管的增加特别地有用。然而，该次管对通过主管的气/油交换器的油加热功能具有很小的影响。例如，从主旁通管到次旁通管的油流速的30％旁通允许与热交换器一起保持相同的解冻时间。

根据本发明的另一特征，所述组件包括被布置在主旁通管的出口以及伸缩式次旁通管的出口下游的单一阀。当然，对于所述主旁通管和次旁通管的每个都可以具有一个阀。然而，这明显地使该组件复杂化了。

在另一实施例中，所述单一阀可被定位在所述主旁通管的入口以及所述次旁通管的入口上游。

所述控制阀可以是一种至少能够采用两个位置的阀，允许油通过的第一打开位置以及阻止油通过的第二关闭位置。以这种方式，所述阈值温度例如可以达到70℃的量级。

在另一实施例中，所述控制阀可以是一种能够采用至少两个位置的单向二通阀，第一打开位置允许油通过所述阀以及第二关闭位置阻止油通过所述阀，并且能够采用中间位置。

根据本发明的另一特征，所述次旁通管可与所述主旁通管的长度相比短至少十倍。同样外，所述油路包括次分支管，其可具有与主分支管的直径相比小至少三倍的直径。

根据上述比值，具有与主旁通管相比更短的次旁通管和/或更小的直径，允许在主旁通管和次旁通管之间良好的流体分配，从而降低主管中的压降，同时确保热交换器的适当解冻。

此外，当油交换器基体冻结时，在不需要增加主旁通管的截面的情况下，根据上述比值的更短次旁通管和/或更小直径防止油路中的超压。这减少了主旁通管的尺寸和质量。

由于表观质量降低，具有更短长度的次旁通管是优选的。此外，当入口和出口彼此靠近地布置时，这是非常有利的。因此，根据管道的长度调节次旁通管的直径，以确保油流在主和次旁通管中的良好分布。

本发明还涉及一种具有如上所述油路的涡轮发动机，其中油/气热交换器径向地界定一种径向向外的次空气流的流体表面。

附图说明

在参考附图的同时阅读通过非限制性示例给出的以下描述，可以更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点显而易见，其中：

图1是使用以上已经描述的现有技术的油路的示意图；

图2是根据本发明的油路的示意图，阀处于打开位置；

图3是根据本发明的油路的示意图，阀处于关闭位置；

图4是根据本发明的包含热交换器的涡轮发动机的从下游角度的示意图；

图5是将热交换器定位在涡轮发动机的一条路径中的示意性截面图，

图6a是根据本发明的组件的示意图；

图6b示出了在径向平面中的组件的截面图。

图7是图6a组件的径向截面中的透视示意图；

具体实施方式

参考图2，其表示一种根据本发明的油回路24。在本说明书中，术语“交换器”是指能够在两个实体之间交换热量的设备。通常，一结构性壳体围绕该热交换设备，使得在没有结构性壳体有效参与热交换的情况下，该组件就可被称为热交换器。因此，很明显，本发明也涵盖了这类产品。

如图2所示，油回路24包括与图1的旁通管16相同的主旁通管26以及将主旁通管26的上游端连接到主旁通管26的下游端的次旁通管28。更具体说，主旁通管26的上游端和次旁通管28的上游端在热交换器31的进给管30的进口处彼此连接，或者更具体地说，在热交换器31的基体33的进口处彼此连接。

主旁通管26的下游端连接到阀22的入口，所述阀22的打开/关闭由控制设备35所控制，对于低于给定阈值温度，例如70℃的油温度，所述控制设备35授权/阻止流体流过阀22。在本发明的一特定实施例中，控制阀的设备是无源的并且由能够根据周围温度改变体积的蜡制成。阀内蜡的体积变化使得油可选择性地通过阀或阻止阀上游的油流。阀出口22连接到热交换器基体的出口管34。

在一替代实施例(未示出)中，阀22可被安装在主旁通管26上游端的上游，以使流体可在温度低于阈值温度时在主旁通管26中流动，并且在温度高于阈值温度时抑制油流。无论温度如何，在油基体的供给管30中油都可流动。在该结构中，次旁通管28的上游端连接到阀22的出口或主旁通管26的下游端的下游。

在本发明的另一实施例中，可以对于每个主旁通管26和次旁通管28使用一个阀，这些阀的打开和关闭由控制设备同时控制。

在图2的实施例中，阀22优选是一种具有两个位置的开关单向阀，其中一个位置使油可流过主旁通管26和次旁通管28，另一个位置阻止油流过所述管26、28。仍然可以使用具有两个端口和两个位置的先导操纵阀。

基体33中的油流在图2中由实心管箭头表示。

根据本发明，当基体33中的油冻结时，所述油流过主管26和次管28，如图2和3中由虚线箭头所示的那样。

当基体33冻结时，主管26和次管28中的双油流增加了移动油的流速，降低了油回路24中的超压，特别是对于供给管34中的给定油流的主管中的超压。

优选地，次管28具有小于或等于主管26的油通道截面的直径的油通道截面，使得油主要流过主管26，从而确保基体33解冻。

同样，应该理解，次管应尽可能短，以减少主管中的压降，同时确保适当的解冻。因此，例如，次管可由与主管相比短至少十倍的长度和/或与第一管相比小三倍的直径来限定。

图4示出了从下游(沿气流的方向)所见的涡轮发动机36，其包括鼓风机轮38，以及由次气流路径(图5中的箭头A)的外部环形壳体40承载的气/油热交换器31。如图5最佳所示，热交换器31由壳体40承载，其基体被布置为形成涡轮发动机的次空气流的径向外流动表面，即空气绕过低压和高压压缩机、燃烧室以及高压和低压涡轮机流过。

实际上，应该理解的是，气/油热交换器31为一种被布置在涡轮发动机36的轴线42周围的环的形式。

在说明书中，术语“次管”应被理解为指代使油可在主管的上游端和下游端之间流动的任何流体通道。

因此，在上述热交换器中，次管可以是一种设置在壁中的简单的孔，所述壁分隔在供给管30中流动的油和在主管33下游部分中流动的油。

在本发明的一个实施例中，主管具有约12毫米的直径，次管是在前段中所表示的孔，并且具有5毫米的直径。

在一个示例性实施例中，主管的长度大约为几米。

图6a示出了根据本发明的装置44，其包括由通过中央部件50彼此相连的第一半环46和第二半环48形成的壳体。如上所述，该组件44包括油回路24和热交换基体33，以及被布置在油基体33的径向内表面上的冷却散热片70。该中央部件包括基体33中的进油口30、基体33的出油口34以及单向阀22。如上所述，进油口30还供应主管26和次管28，出油口34连接到单向阀22的出口，或者更通常地连接到阀22的出口。

第一半环46包括通过连接分支46b彼此相连的第一半圆管分支46a和第二半圆管分支46c，所述连接分支46b在与中央部件50相对的周向端形成(图6b)。第一分支46a在第二分支46c的上游形成，第一半环46的连接分支46b大致轴向地延伸。第一分支46a、第二分支46c和连接分支46b共同形成主旁通管26的第一部件52。

第二半环48包括通过连接分支48b彼此相连的第一半圆管分支48a和第二半圆管分支48c，所述连接分支48b在与中央部件50相对的周向端形成。第一分支48a在第二分支48c的上游形成，连接分支48b大致轴向地延伸。第二半环48的第一分支48a、第二分支48c和连接分支48b共同形成主旁通管26的第二部件54。主旁通管的第一部件52和主旁通管的第二部件54共同完全地限定该主旁通管26。

更具体地，如图7中所示，中央部件50承载阀22，阀22包括管状主体54，在管状主体54中活塞56滑动地安装在座58上的第一支撑位置与一第二位置之间，所述座58关闭在主管26的出口60与基体33的出口34之间的油流，在所述第二位置，活塞56远离座58并使油可流动。活塞56包括第一径向外部件56a，其在主体中与一密封件一起滑动，并通过杆56b连接到活塞的头部56c，所述活塞的头部56c将停靠在座58上或出口开口62周围。该头部包括一个用于支撑在孔62外围的环形斜面64。当油流过开口60时，其然后流过管66，以到达油基体33的出口34。

如图7中所示，次管28将主管26的上游端连接到主管26的下游端。该图还示出了主管26中的进油端口68，该端口68连接到基体33的进油口30。

通过基体33的进油口30来供应主管26和次管28。主管26和次管28中的油然后流到阀22，所述阀22阻止在主管26的出口60处的油，或使油可通过油基体33的出口34流出。

主管26中的流体特别地包括第一半环46中，以及然后在到达阀22之前第二半环48中的流体。更具体地，油流入到第一半环46的第一半圆分支46a，然后连接分支46b，以及最后第二半圆分支46c。一旦油处于第一半环46的第二半圆分支46c的下游端，则在通过阀22到达油基体33的出口34之前，油随后在第二半圆分支48c处，然后在连接分支48b处，以及最后第一半圆分支48a处流入到第二半环48中。

Claims (7)

1.一种用于涡轮发动机(36)的组件(44)，其包含油回路(24)，油回路(24)包括气/油热交换器(31)、主旁通管(26)和所述主旁通管的次旁通管(28)，所述主旁通管(26)将所述气/油热交换器(31)的入口连接到所述气/油热交换器(31)的出口并围绕所述气/油热交换器(31)，以与所述气/油热交换器(31)交换热量，所述次旁通管(28)将所述主旁通管(26)的上游端连接到所述主旁通管(26)的下游端，所述回路(24)还包括用于控制油流入所述主旁通管(26)和次旁通管(28)内的通道的至少一个阀(22)以及用于在温度低于一阈值温度时控制所述至少一个阀(22)的开度的设备(35)，所述次旁通管(28)具有比主旁通管(26)的长度短至少十倍的长度。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述回路包括一单一阀(22)，该单一阀被布置在所述主旁通管(26)的出口处以及所述次旁通管(28)的出口的下游。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的组件，其中，所述控制阀(22)是一种能够采用至少两个位置的阀，其第一打开位置允许油通过，其第二关闭位置阻止油通过所述阀(22)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其中，所述阈值温度为70℃。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其中，所述控制阀(22)是单向二通阀(22)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其中，所述次旁通管(28)具有比所述主旁通管(26)的直径小至少三倍的直径。

7.一种涡轮发动机，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的组件，其中，所述油/气热交换器径向向外地界定一个次空气流的排出表面。