CN110462182A - 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/油混合物的离心脱气器，包括：环形容置部(10)，用于所述混合物的离心分离且围绕空心轴(11)布置；轴向入口(14)，用于使所述空气/油混合物流入所述容置部(10)中；用于使所述容置部(10)旋转的小齿轮(20)；以及径向油出口(15)和脱油空气出口(16)，其特征在于，该离心脱气器包括金属泡沫(50)，该金属泡沫通过沿着轴向方向(XX’)部分地延伸而被容纳在所述容置部(10)中，以便限定出两个连续的空间，即无泡沫空间(51)和泡沫内衬空间(52)，所述无泡沫空间通向所述轴向入口。可以有利地将一种装置添加到空心轴，以便减少自由涡流现象，从而显著地降低脱气器的负载损失。

Description

用于涡轮机的离心脱气器

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮机的离心脱气器。

背景技术

特别地，现有技术包括公开号为US-A1-2015/007531、FR-A1-3 007 463和US-A1-2016/208650的专利申请以及公开号为US-A-5 716 423的专利。

涡轮机是复杂的系统，实施一定数量的必须配备有密封装置的旋转组件(涡轮、压缩机等)。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的迷宫装置在涡轮机中输送，然后朝向涡轮机的外部排出该空气，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，该空气经过涡轮机的不同区域之后，该空气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，该脱气器允许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，该空心轴使得空气能够朝向外部排出。

某些脱气器进一步包括布置在脱气器的容置部中的过滤器，以改进油滴的捕获并因此有利于混合物的脱油。实际上，过滤器增加了可用的接触表面，从而提高了由混合物流输送的油滴附着到壁上的可能性。这些过滤器通常由金属泡沫形成。

然而，这些金属泡沫脱气器的缺点之一在于以下事实：在高速(例如，对于每分钟约6000转的速度)以及甚至更多在非常高的速度(例如，对于每分钟约25000转的速度)下，由金属泡沫构成的前表面用作壁，并且空气颗粒在泡沫中的渗透程度低。这导致的结果为大部分负载在高速下损失，使得涡轮机的次级空气系统不能承受由发电机的密封导致的相关泄漏风险。为了补偿负载损失，可以增加次级空气系统的流量，以便保证密封，然而增加了管道中的移除量，从而影响了发电机的性能。

因此，发明人寻求对已知的脱气器的性能进行改进，特别是降低脱气器尤其在高速下的负载损失。因此，次级空气系统的流量需求减少，从而使发动机性能提高和待处理的空气流减少。因此，可以降低油耗。涡轮机的油耗仍然是主要的改进领域。这必须允许对机载油量进行优化，从而减少涡轮机的质量。这还必须允许增加任务的持续时间。这还必须减少涡轮轴发动机上的维护操作。最后，这必须允许对涡轮轴发动机的生态影响进行改进。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于提供一种脱气器，该脱气器克服已知的脱气器的至少一些缺点。

在至少一个实施例中，本发明的目的特别在于提供涡轮机的离心脱气器，该离心脱气器相对于已知的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一种脱气器，该脱气器在高速度或非常高的速度下保持良好的性能(低的负载损失和低的油耗)。

发明内容

为此，本发明涉及涡轮机的空气/油混合物的离心脱气器，该离心脱气器包括：

-环形容置部，所述环形容置部用于所述混合物的离心分离，所述环形容置部围绕沿着所谓的轴向方向的方向延伸的空心轴布置，并且所述环形容置部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，所述小齿轮包括腹板，所述腹板牢固地连接到所述内环形壁和外环形壁，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，所述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，所述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。

根据本发明的脱气器的特征在于，该脱气器包括金属泡沫，该金属泡沫通过沿着所述轴向方向部分地延伸而被容纳在所述容置部中，以便沿着轴向方向界定出两个连续的空间，即无泡沫空间和泡沫内衬空间，所述无泡沫空间通向所述轴向入口。

配备有金属泡沫(诸如以名称进行商业化的泡沫)的脱气器允许与空气/油混合物形成可能的相当大的接触表面，这允许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，离心作用允许通过将附着到过滤器上的油滴进行连续排出来避免过滤器的饱和。

根据本发明，金属泡沫沿着轴向方向在所述容置部中仅部分地延伸，以便界定出两个独立且附接的空间，即无泡沫空间和泡沫内衬空间。无泡沫空间在轴向入口与泡沫内衬空间之间延伸。无泡沫空间有利于对待分离的空气/油混合物进行抽吸并且有助于对具有大的直径的液滴进行分离，而泡沫内衬空间有利于捕获剩余的油颗粒以通过离心容置部排出。换句话说并且根据本发明，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。

脱气器的这种特定结构允许空气/油混合物通过轴向入口进入脱气器并且在无泡沫空间中轴向地流通，而没有显著的负载损失。在该第一空间中，通过在离心力的作用下使大直径的油滴朝向容置部的外周运动来执行第一脱油阶段。容置部的第二空间衬有金属泡沫，该金属泡沫被空气和剩余的油滴(即，具有较小直径的油滴)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。

有利地并且根据本发明，所述金属泡沫在容置部的内壁与外壁之间具有可变的厚度(例如递减的厚度)，以便使靠近内壁的几乎不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，此外，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，这允许更好地分配空气通道并且使负载损失标准化。因此，流被更好地分布并且混合物的速度更均匀。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。过滤器的形状还允许便于排出过滤器中含有的油。

有利地并且根据本发明，每个脱油空气出口都不具有金属泡沫。

该变型允许避免在脱油空气出口附近产生的“瓶颈”效应，从而避免在脱油空气出口附近的金属泡沫中的速度增加，这否则将自身转换成负载损失的增加。

有利地并且根据本发明，所述容置部由围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供应混合物，每个隔室连接到一个或多个径向油出口和连接到脱油空气出口，每个隔室包括沿着轴向方向的两个连续的空间，即无泡沫空间和泡沫内衬空间，所述无泡沫空间通向所述轴向入口。

根据该变型，脱气器的容置部被分隔成多个隔室，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一个或多个径向油出口以及能够朝向空心轴排出脱油空气的一个或多个脱油空气出口。这些隔室均匀地围绕空心轴分布。这允许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。此外，每个隔室具有容置部的两个连续的空间，即无泡沫空间和泡沫内衬空间，该无泡沫空间有利于抽吸待分离的空气/油混合物，该泡沫内衬空间有利于捕获油滴。

尽管有这些预防措施，但是使用通常是金属泡沫类型的过滤器趋于增加脱气器的负载损失。

当旋转速度相当大时，混合物在泡沫的气泡中获得相当大的动力学动量。通过朝向出口定向，脱油空气使自身向心地定向，并且角速度增加以保持这种动力学动量。这会产生角速度，从而在脱气器的空心轴中产生相当大的流速。这特别是在高速应用中会显著地影响负载损失。

有利地，为了补偿与使用过滤器相关的负载损失或者降低简易离心脱气器的负载损失，使涡流抑制器容纳在空心轴中。该抑制器可以特别地通过胶合、旋拧或过盈配合进行添加并且构成空心轴中的简单且容易集成的部件。因此，该变型允许降低具有或不具有的离心脱气器的负载损失，从而提高该离心脱气器的性能。涡流抑制器可以包括流回收叶片。

有利地，根据本发明，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，以便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。

根据本发明的该变型的脱气器允许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，这允许最大限度地限制通过径向油出口排出的油直接重新引入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，当小齿轮旋转而运转时，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因此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，该小齿轮可以被布置在混合物入口附近或者油出口附近，居中或不居中。

混合物入口和油出口的这种特定布置允许限制将油重新引入混合物中的现象，这改进了空气/油混合物的脱油性能。这种性能改进允许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，这允许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进一步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，以便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，当运转时，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。为了避免这种油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，这允许避免通过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，该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，腹板有利地包括允许混合物进入容置部的开口。

本发明还涉及一种涡轮轴发动机，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，该脱气器被适配成由所述机械构件驱动旋转。

因此，配备有根据本发明的脱气器的根据本发明的涡轮轴发动机通过改进的油回收而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具有比现有技术的涡轮轴发动机更轻的重量。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。

本发明还涉及一种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

当参考附图阅读仅以非限制性的方式给出的以下描述时，本发明的其他目的、特征和优点将会显现，其中：

-图1是沿着根据本发明的实施例的脱气器的对称平面的示意性的透视横截面视图，

-图2是沿着根据图1的脱气器的对称平面的局部示意性的透视横截面视图，突出了该脱气器的功能原理，和

-图3是沿着根据本发明的实施例变型的脱气器的对称平面的示意性的透视横截面视图。

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。

根据本发明的脱气器包括诸如在图1中所示的环形容置部10，该环形容置部用于空气/油混合物的离心分离，该环形容置部围绕空心轴11布置。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包括围绕空心轴11分布的多个脱气隔室。

脱气器进一步包括允许空气/油混合物进入容置部10的多个轴向入口14。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出来的油排出。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。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，该小齿轮包括腹板21，该腹板牢固地连接到空心轴11以及内环形壁13和外环形壁12。

根据本发明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。这些泡沫是例如以品牌进行商业化的泡沫。这些泡沫允许通过增加捕获油颗粒的可能性来提高脱气器的效率。

根据本发明，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，以便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，从而允许油/空气混合物进入脱气器的容置部10，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导致显著的负载损失。另外，容置部的在无泡沫空间与泡沫内衬空间之间的分隔允许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。发明人已经认识到，这种结构允许提供以下结果：将完全无泡沫的脱气器的低的负载损失与完全内衬泡沫的脱气器的良好分离结合在一起。换句话说，两个空间协作以提供超出单独采用两个空间中的每个空间的结果之和的结果。

根据图2中所示的有利实施例，在每个隔室中，金属泡沫在内壁13与外壁12之间具有可变的厚度，这允许使靠近内壁13的区域(没有高度经受离心力)与靠近外壁12的区域(高度经受离心力)之间的负载损失标准化。

图2还示意性地示出了油滴55在金属泡沫中的运动。油滴55被泡沫50捕获并且由于通过小齿轮20使容置部旋转而产生的离心力而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。

根据附图的实施例的脱气器进一步包括轴向混合物入口14和径向油出口16，该轴向混合物入口和径向油出口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的这种相对于小齿轮20的腹板21的特定布置允许防止通过径向出口排出的油重新引入到容置部中。特别地，通过由外壁12中的孔口形成的出口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混合空气，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。

图3示意性地示出了由容纳在空心轴11中的涡流抑制器60进行重新定向的空气流，以便避免空气流或涡流的旋转，空气流或涡流的旋转特别是在高速的旋转应用中将产生显著的负载损失。该抑制器60包括例如大致圆锥形的主体62，该主体的尖端朝向下游并且定心在脱气器的轴线XX’上。叶片64从该圆锥体朝向外部径向延伸并且迫使进入空心轴的空气流基本上平行于轴线XX’流动。叶片围绕轴线XX’规则地分布，并且每个叶片在穿过轴线XX’的基本径向的平面中延伸。

此外，根据附图中未示出的有利实施例，脱气器包括止回盘，该止回盘垂直于外壁延伸并且部分地阻挡轴向入口，以便防止外壁附近的油通过轴向入口流出。因此，外壁附近的油不能从容置部穿过入口离开，因为该入口被在外壁附近延伸的盘阻挡。该盘是例如由小齿轮的腹板在入口的水平处的突出部形成的。

本发明不限于仅根据附图描述的实施例。例如，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部具有其他几何形状，而无需质疑本发明的原理，本发明的原理在于在容置部的内部提供金属泡沫，该金属泡沫沿轴向方向在容置部的内部仅部分地延伸。

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，所述环形容置部围绕沿着所谓的轴向方向的方向延伸的空心轴(11)布置，并且所述环形容置部由外环形壁(12)和内环形壁(13)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内环形壁(13)和所述外环形壁(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，所述离心脱气器包括金属泡沫(50)，所述金属泡沫通过沿着所述轴向方向部分地延伸而被容纳在所述容置部(10)中，以便沿着所述轴向方向(X’X)界定出两个连续的空间，即无泡沫空间(51)和泡沫内衬空间(52)，所述无泡沫空间通向所述轴向入口。

2.根据权利要求1所述的脱气器，其特征在于，所述金属泡沫(50)在所述容置部的所述内壁(13)与所述外壁(12)之间具有能够变化的厚度，以便使靠近所述内壁(13)的几乎不经受离心力的区域与靠近所述外壁(12)的高度经受离心力的区域之间的负载损失标准化。

3.根据权利要求1或2所述的脱气器，其特征在于，每个脱油空气出口(16)都不具有金属泡沫。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的脱气器，其特征在于，所述容置部(10)由围绕所述空心轴(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，每个隔室连接到径向油出口(15)和脱油空气出口(16)，每个隔室包括沿着所述轴向方向(X’X)的两个连续的空间，即无泡沫空间(51)和泡沫内衬空间(52)，所述无泡沫空间通向所述轴向入口。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的脱气器，其特征在于，涡流抑制器(60)被容纳在所述空心轴(11)中。

6.根据前一项权利要求所述的脱气器，其特征在于，所述涡流抑制器(60)包括流回收叶片(64)。

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中的一项所述的脱气器，所述脱气器被适配成由所述机械构件驱动旋转。