CN110418879A - 用于涡轮机的离心脱气器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡轮机的空气/油的离心脱气器，该脱气器包括：环形容置部(10)，该环形容置部用于所述混合物的离心分离，该环形容置部环绕空心轴(11)布置并且由外环形壁(12)和内环形壁(11)界定；用于使所述空气/油混合物流入所述容置部(10)中的轴向入口(14)；用于使所述容置部(10)旋转的小齿轮(20)，该小齿轮包括腹板(21)，该腹板牢固地连接到所述空心轴(11)和所述内环形壁(13)以及所述外环形壁(12)；所述外壁(12)中的径向油出口(15)；所述内壁(13)中的脱油空气出口(16)，其特征在于，所述轴向混合物入口(14)和所述径向出油口(15)被轴向地布置在所述小齿轮(20)的所述腹板(21)的两侧上，以防止所述轴向混合物入口(14)将由所述径向油出口(15)排出的油重新引入到所述容置部(10)中。在实施例的模式之一中，脱气器的腔室可容纳金属过滤器。

Description

用于涡轮机的离心脱气器

技术领域

本发明涉及用于涡轮机的离心脱气器。

背景技术

涡轮机是实施一定数量的旋转组件(涡轮、压缩机等)的复杂系统，这些旋转组件必须配备有密封装置。这些密封装置通常由布置在旋转组件附近的加压空气迷宫装置产生。为此，空气直接被吸入涡轮机的空气管道中。然后，该空气通过为此目的而设置的不同迷宫装置进入到涡轮机中，然后朝向涡轮机的外部排出以限制涡轮机的其他区域(特别是减速齿轮、附件箱等)的压力增加。然而，该空气在行进经过涡轮机的不同区域之后，带有用于对旋转组件的轴承和小齿轮进行冷却和润滑的油。为了避免带油空气的排放、减轻涡轮机的生态影响、降低油耗以及限制油储备的填充操作，重要的是提供脱气器，该脱气器使得可以在朝向涡轮机的外部排出空气之前将油从空气中分离出来。

这种脱气器通常由涡轮机的附件箱或减速齿轮的水平处的机械动力输出装置来布置和驱动。

以已知的方式，这种离心脱气器包括用于空气/油混合物的离心分离的一个或多个容置部，该一个或多个容置部围绕空心轴布置并且由外环形壁和内环形壁界定。脱气器进一步包括用于为容置部提供空气/油混合物的轴向入口以及布置在外壁中的外周油出口。因此，在通常通过附件箱的小齿轮或减速齿轮的小齿轮使脱气器旋转期间，油通过离心力自然地被驱动朝向布置在脱气器的外周的油出口。此外，脱油空气出口被布置在内壁中并且连接到空心轴，空心轴使得空气能够朝向外部排出。

发明人已经认识到，在已知的脱气器中，通过脱气器的外周出口提取的一些油再次通过脱气器的轴向入口被吸入，这限制了脱气器的性能。本发明人还认识到，通过脱气器从空气中分离出的油形成油膜，在某些情况下，油膜可以通过轴向空气入口而不是通过外周油出口排出，这促使了进一步使待脱油的空气富集，因此也限制了脱气器的性能。

因此，发明人寻求对已知的脱气器的性能进行改进，以进一步提取油，并且最大程度地限制朝向外部排出的油的量。特别是，降低涡轮机的油耗仍然是一个主要的改进方面。这必须使得能够优化装入的油的量，从而减少涡轮机的质量。这还必须能够增加任务的持续时间。这还必须减少涡轮轴发动机的维护操作。最后，这必须能够改善涡轮轴发动机的生态影响。

现有技术还包括文献FR-A1-3007463和US-A-5716423。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于提供脱气器，该脱气器克服已知脱气器的至少一些缺点。

特别地，在至少一个实施例中，本发明的目的在于提供用于涡轮机的离心脱气器，该离心脱气器相对于已知脱气器具有改进的性能。

在至少一个实施例中，本发明的目的还在于提供脱气器，该脱气器限制将由脱气器排出的油重新引入脱气器的风险。

在至少一个实施例中，本发明的目的还在于提供脱气器，该脱气器限制通过待脱油的空气的入口排出油膜的风险。

发明内容

为此，本发明涉及用于涡轮机空气/油混合物的离心脱气器，该离心脱气器包括：

-环形容置部，该环形容置部用于所述混合物的离心分离，该环形容置部环绕空心轴布置并且由外环形壁和内环形壁界定，

-所述容置部中的所述空气/油混合物的至少一个轴向入口，

-用于使所述容置部旋转的小齿轮，该小齿轮包括腹板，该腹板牢固地连接到所述内环形壁和所述外环形壁，使得所述小齿轮的旋转驱动所述容置部旋转，

-至少一个径向油出口，该至少一个径向油出口被布置在所述外壁中并且被构造成能够将从所述混合物中分离出来的油朝向脱气器的外部排出，

-至少一个脱油空气出口，该至少一个脱油空气出口被布置在所述内壁中并且被构造成能够将脱油空气朝向所述空心轴排出。

根据本发明的离心脱气器的特征在于，所述轴向混合物入口和所述径向油出口被轴向地布置在所述小齿轮的所述腹板的两侧上，以防止由所述径向油出口排出的油通过所述轴向混合物入口到容置部中的任何重新引入。

因此，根据本发明的脱气器使得可以通过巧妙地将混合物入口和油出口相对于用于使脱气器旋转的小齿轮的腹板进行布置来将空气/油混合物入口流与油排出流进行隔离。这种布置提供了将混合物入口和油出口轴向地布置在小齿轮的腹板的两侧上。因此，这使得可以最大限度地限制通过径向油出口排出的油直接重新引入到存在于脱气器的入口处的混合物中。换句话说，小齿轮的腹板用作脱气器的入口处的混合物与通过径向油出口排出的油之间的分隔壁。此外，当小齿轮旋转而运行时，小齿轮的齿通过空气混合产生空气壁，该空气壁包围小齿轮并且因此该空气壁也有助于限制由径向出口排出的油通向布置在小齿轮的另一侧上的轴向混合物入口。小齿轮可以被轴向地布置在混合物入口与油出口之间的任何位点处。特别地，小齿轮可以被布置在混合物入口附近或油出口附近，居中或不居中。

混合物入口和油出口的这种特定布置使得可以限制将油引入到混合物中的现象，这改进了空气/油混合物的脱油性能。这种性能的改进使得可以对装入涡轮机中的油量进行优化，从而减少涡轮机的质量。因此，这使得可以对配备有根据本发明的脱气器的涡轮轴发动机的生态影响进行改进。

有利地，根据本发明的脱气器包括至少一个止回盘，该至少一个止回盘垂直于外壁延伸并且部分地阻挡容置部中的所述轴向混合物入口，以防止所述外壁附近的油通过所述轴向混合物入口流出。

根据该变型，容置部包括止回盘，该止回盘用作防止油通过混合物的入口流出的壁。特别地，当运行时，容置部通过小齿轮旋转。因此，通过离心加速驱动油朝向容置部的外壁。在外壁附近，在穿过径向出口排出油之前，油形成油膜，该油膜在外壁的内侧上延伸。为了避免该膜在外壁的内侧上滑动并且穿过轴向混合物入口离开，根据该变型的本发明提供了一种在油通道的外壁的水平处进行阻挡的盘。因此，这使得可以避免在由脱气器进行处理期间从混合物中提取出来的油对容置部的入口处的混合物进行富集。

有利地并且根据该变型，止回盘由小齿轮的腹板的一部分形成，该一部分被布置在所述容置部的上游并且围绕轴向混合物入口。

根据该变型，小齿轮的腹板被布置在所述容置部的上游。此外，小齿轮的腹板有助于形成止回盘。

有利地并且根据该变型，所述小齿轮的所述腹板包括进入开口，该进入开口通向容置部中的所述轴向混合物入口。小齿轮被布置在容置部的上游，腹板有利地包括使得混合物能够进入容置部的开口。

有利地并且根据本发明，所述容置部由环绕空心轴径向布置的多个隔室形成，每个隔室通过轴向混合物入口提供有混合物，并且每个隔室连接到径向油出口和脱油空气出口。

根据该变型，脱气器的容置部被分成多个隔室，每个隔室连接到能够提供有混合物的轴向混合物入口、能够将油排出脱气器外部的径向油出口以及能够朝向空心轴排出脱油空气的脱油空气出口。这些隔室均匀地环绕空心轴分布。这使得可以通过形成用于分离混合物的多个离心子容置部来改进混合物的脱油。

有利地，在实施例中的一个中，根据本发明的脱气器还可以包括被布置在所述容置部中的金属泡沫。

配备有金属泡沫(例如以名称进行商业化的泡沫)的脱气器使得可以与空气/油混合物形成可能的相当大的接触表面，这使得可以提高捕获油颗粒的可能性，然后该油颗粒被离心到脱气器的外部。这些泡沫用作过滤器。此外，离心作用使得可以通过将附着在过滤器上的油滴进行连续排出来避免过滤器的饱和。

有利地并且根据本发明，所述金属泡沫部分地轴向地延伸到所述容置部中，以界定所述轴向混合物入口与所述金属泡沫之间的无泡沫空间，所述无泡沫空间有利于对待分离的混合物进行抽吸，而所述金属泡沫有利于捕获待由离心容置部排出的油颗粒。

根据该有利的变型，金属泡沫不完全填充脱气器的容置部，而是仅填充容置部的一部分。轴向混合物入口附近的第一部分没有泡沫，而容置部的底部附近、即与入口轴向相对地布置的第二部分填充有金属泡沫。

根据该变型，空气/油混合物通过轴向入口进入脱气器并且在该第一部分中轴向地流通，而没有显著的负载损失。在该第一部分中，通过在离心力的作用下使油滴朝向容置部的外周移动来执行第一脱油阶段。容置部的第二部分配备有金属泡沫，该金属泡沫被油滴轴向地侵蚀，从而限制了负载损失。然后将由泡沫捕获的油滴朝向容置部的外周进行离心。

有利地并且根据该变型，金属泡沫在容置部的内壁与外壁之间具有可变的厚度，以使靠近内壁的未高度经受离心力的区域与靠近外壁的高度经受离心力的区域之间的负载损失标准化。

鉴于根据本发明的脱气器的结构，用于入口与脱油出口之间的空气的最短路径是穿过泡沫基部、即在空心轴附近的路径。因此，空气趋于穿过该低部分，该低部分比靠近容置部的外周的部分更少地受到离心力。为了限制这种现象，该变型提供了泡沫在泡沫的低部分(即内壁附近)与泡沫的高部分(即外壁附近)之间的几何形状的改变，这使得可以最佳地分布空气通道并使负载损失标准化。因此，流被最佳地分布并且混合物的速度更均匀。因此，在金属泡沫中上升的油也趋于形成越来越大的油滴，这增加了容置部的外周附近的泡沫中的油浓度。过滤器的形状还可以有利于排出过滤器中含有的油。

根据变型，脱油空气出口不具有金属泡沫。

本发明还涉及涡轮轴发动机，该涡轮轴发动机包括附件箱或减速齿轮类型的机械构件，其特征在于，该涡轮轴发动机包括根据本发明的脱气器。

因此，根据本发明的配备有根据本发明的脱气器的涡轮轴发动机通过改进的油回收比现有技术的涡轮轴发动机消耗更少的油。根据本发明的涡轮轴发动机比现有技术的涡轮轴发动机更轻。因此，配备有根据本发明的涡轮轴发动机的直升机的任务的持续时间更长。此外，维护操作较不频繁。最后，根据本发明的涡轮轴发动机的生态影响优于现有技术的涡轮轴发动机的生态影响。

本发明还涉及脱气器和涡轮轴发动机，其特征在于，上文或下文提到的所有特征或一些特征的组合。

附图说明

通过阅读仅以非限制性方式给出并且参考附图的以下描述，本发明的其他目的、特征和优点将会显现，在附图中：

-图1是沿着现有技术的脱气器的对称平面的示意性的透视横截面图，突出了该脱气器的总体功能原理，

-图2是沿着现有技术的脱气器的对称平面的示意性的透视横截面图，突出了这种类型的脱气器遇到的问题，

-图3是沿着根据本发明的实施例的脱气器的对称平面的局部示意性的透视横截面图，突出了由这种脱气器带来的第一优点，

-图4是沿着图3的脱气器的对称平面的局部示意性的透视横截面图，突出了由这种脱气器带来的第二优点，

-图5是沿着根据本发明的另一实施例的脱气器的对称平面的示意性的透视横截面图，

-图6是沿着根据本发明的另一实施例的脱气器的对称平面的示意性的透视横截面图，

-图7是沿着根据另一实施例的脱气器的对称平面的局部示意性的透视横截面图，突出了金属泡沫中油滴的移动。

具体实施方式

在附图中，为了说明和清楚的目的，没有严格遵守标度和比例。

在所有的附图中并且从一个实施例到另一实施例，相同的附图标记用于相同的元件或相同性质的元件。

图1示出了已知脱气器的结构。这种脱气器通常包括环形容置部10，该环形容置部用于环绕空心轴11的空气/油混合物的离心分离。该环形容置部10由外环形壁12和内环形壁13界定。该容置部10包括环绕空心轴11分布的多个脱气隔室。

脱气器进一步包括多个轴向入口14，使得空气/油混合物可以进入到容置部10中。通常，并且例如在图中示出的，容置部10的每个隔室连接到轴向入口14，使得每个隔室可以通过专用入口接收待被分离的混合物。

脱气器进一步包括多个径向油出口15，该多个径向油出口15被布置在外壁12中并且被构造成能够通过脱气器的离心力的作用将从混合物中分离的油排出。通常，并且例如在图中示出的，容置部10的每个隔室连接到一个或多个径向油出口15。

脱气器进一步包括多个脱油空气出口16，该多个脱油空气出口16被布置在内壁13中并且被构造成能够朝向空心轴11排出脱油空气。通常，并且例如在图中示出的，容置部10的每个隔室连接到至少一个脱油空气出口16。

最后，脱气器包括用于使容置部10旋转的小齿轮20，该小齿轮20包括腹板21，腹板21牢固地连接到空心轴11和内环形壁13以及外环形壁12。

图2示出了如图1所示的现有技术的脱气器遇到的两个技术问题。在所有的图中，实线箭头表示油的流通并且虚线箭头表示空气的流通。在脱气器入口处，空气和油的混合物进入到脱气器的容置部10中。来自混合物的空气由虚线箭头30表示，而来自混合物的油由实线箭头40表示。在离心力的作用下，油穿过外周油出口15被排出。该排出由实线箭头42表示。已知脱气器的第一技术问题在于以下事实：由外周油出口15排出的油中的一些被重新引入到脱气器的入口。该现象由实线箭头43表示。已知脱气器的第二技术问题在于以下事实：引入容置部10中的油中的一些甚至在通过油出口排出之前直接朝向入口后退。该现象由实线箭头44表示。脱油空气自身朝向空心轴排出。该排出由虚线箭头31表示。

因此，甚至直接在通过外周油出口排出油之前或者通过将油重新引入到混合物中将油排出之后，来自待分离的空气/油混合物的油中的一些都会通过现有技术的脱气器被重新引入到混合物中。

图3和图4示出了根据本发明实施例的脱气器。该脱气器使得可以解决现有技术的脱气器遇到的问题。

相同的附图标记用于与根据本发明的该实施例的脱气器以及与如图1和图2所示的现有技术的分离器共有的元件。

例如在图3和图4中示出的，根据本发明的脱气器包括轴向混合物入口14和径向油出口16，该轴向混合物入口14和径向油出口16被轴向地布置在小齿轮20的腹板21的两侧上。

入口14和出口16相对于小齿轮20的腹板21的这种特定布置使得可以防止通过径向出口排出的油到容置部中的任何重新引入。特别地，并且例如由实线箭头45表示的，通过由外壁12中的孔形成的出口15排出的油不能被引向入口14，因为小齿轮20用作分隔壁。此外，小齿轮的旋转产生空气壁，该空气壁防止油朝向入口14流通。实际上，小齿轮20的齿在小齿轮的旋转期间使空气混合，这具有形成空气壁的作用，该空气壁防止油通向轴向入口14。

此外，根据有利实施例，脱气器包括止回盘22，该止回盘22垂直于外壁12延伸并且部分地阻挡轴向入口14，以防止外壁12附近的油通过轴向入口15流出。

特别地，并且例如由实线箭头46表示的，外壁附近的油不能通过入口14从容置部离开，因为该入口被延伸到外壁附近的盘22阻挡。

该盘是由小齿轮22的腹板21在入口14的水平处的突起部产生的。

因此，根据本发明的脱气器克服了现有技术的脱气器遇到的技术问题。

根据有利实施例并且例如在图5中示出的，脱气器进一步包括布置在容置部10的每个隔室中的金属泡沫50。根据图5的实施例，该泡沫占据整个隔室。这些泡沫例如是以品牌进行商业化的泡沫。这些泡沫使得可以通过增加捕获油颗粒的可能性来提高脱气器的效率。

根据有利实施例并且例如在图6和图7中示出的，金属泡沫50不完全在隔室中延伸，而是仅在每个隔室的轴向部分上延伸，以在隔室中形成两个独立的连续空间：无泡沫空间51和泡沫内衬空间52。无泡沫空间51通过轴向入口14提供有混合物，并且该无泡沫空间通向泡沫内衬空间52。泡沫内衬空间52通向外周油出口。因此，无泡沫空间51具有脱气器的简单的离心功能，使得油/空气混合物可以进入到脱气器的容置部10中，然后沿旋转标记轴向地移动。在该移动期间，执行第一脱油阶段。泡沫内衬空间52具有用于对在第一阶段期间未提取的油滴进行捕获的功能。此外，该第二脱油阶段在泡沫内衬空间52中执行，由于油滴的轴向侵蚀而没有显著的负载损失。此外，容置部在无泡沫空间与泡沫内衬空间之间的分隔使得可以通过无泡沫空间中的第一脱油阶段来避免泡沫内衬空间的金属泡沫的饱和。发明人已经意识到，这种结构使得可以提供以下结果：将完全无泡沫的脱气器的低的负载损失与全部衬有泡沫的脱气器的良好分离结合在一起。换句话说，这两个空间配合以提供超出单独采用这两个空间中的每个空间的结果之和的结果。

根据有利实施例并且例如在图7中示意性地示出的，在每个隔室中，金属泡沫在内壁13与外壁12之间具有可变厚度，这使得可以使靠近内壁13的未高度经受离心力的区域与靠近外壁12的高度经受离心力的区域之间的负载损失标准化。

图7进一步示意性地示出了油滴55在金属泡沫中的移动。油滴55被泡沫50捕获，并且由于容置部通过小齿轮20的旋转产生的离心力，油滴55朝向脱气器的外周移动。然而，脱油空气自然地朝向脱气器的空心轴11排出。空气的移动由虚线箭头示意性地表示。

本发明不限于仅根据附图描述的实施例。例如，径向油出口在脱气器的外周上的分布可以采用不同的方式进行而无需质疑本发明的原理，该原理为：将轴向混合物入口和径向油出口轴向地布置在脱气器的旋转驱动的小齿轮的两侧上。此外，根据未示出的其他实施例，金属泡沫可以在容置部的隔室内具有其他几何形状。

Claims (7)

1.涡轮机的空气/油混合物的离心脱气器，所述离心脱气器包括：

-环形容置部(10)，所述环形容置部用于所述混合物的离心分离，所述环形容置部环绕空心轴(11)布置并且由外环形壁(12)和内环形壁(11)界定，

-所述容置部(10)中的所述空气/油混合物的至少一个轴向入口(14)，

-用于使所述容置部(10)旋转的小齿轮(20)，所述小齿轮包括腹板(21)，所述腹板牢固地连接到所述空心轴(11)和所述内环形壁(13)以及所述外环形壁(12)，使得所述小齿轮(20)的旋转驱动所述容置部(10)旋转，

-至少一个径向油出口(15)，所述至少一个径向油出口被布置在所述外壁(12)中并且被构造成能够将从所述混合物中分离出来的油朝向所述脱气器的外部排出，

-至少一个脱油空气出口(16)，所述至少一个脱油空气出口被布置在所述内壁(13)中并且被构造成能够将脱油空气朝向所述空心轴(11)排出，

其特征在于，所述轴向混合物入口(14)和所述径向油出口(15)被轴向地布置在所述小齿轮(20)的所述腹板(21)的两侧上，以防止由所述径向油出口(15)排出的油通过所述轴向混合物入口(14)到所述容置部(10)中的任何重新引入。

2.根据权利要求1所述的脱气器，其特征在于，所述脱气器包括至少一个止回盘(22)，所述至少一个止回盘垂直于所述外壁(12)延伸并且部分地阻挡所述容置部(10)中的所述轴向混合物入口(14)，以防止所述外壁(12)附近的油通过所述轴向混合物入口(14)流出。

3.根据权利要求2所述的脱气器，其特征在于，所述止回盘(22)由所述小齿轮(22)的腹板(21)的一部分形成，所述一部分被布置在所述容置部(10)的上游并围绕所述轴向混合物入口(14)。

4.根据权利要求3所述的脱气器，其特征在于，所述小齿轮(20)的所述腹板(21)包括进入开口，所述进入开口通向所述容置部(10)中的所述轴向混合物入口(14)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的脱气器，其特征在于，所述容置部(10)由环绕所述空心轴(11)径向布置的多个隔室形成，每个隔室通过轴向混合物入口(14)提供有混合物并且连接到径向油出口(15)和脱油空气出口(16)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的脱气器，其特征在于，所述脱气器包括被布置在所述容置部(10)中的金属泡沫(50)。

7.涡轮轴发动机，所述涡轮轴发动机包括附件箱或减速齿轮类型的机械构件，其特征在于，所述涡轮轴发动机包括根据权利要求1至6中任一项所述的脱气器，所述脱气器被适配成由所述机械构件驱动旋转。