CN110551560A - 油回收系统 - Google Patents

Abstract

本公开题为“油回收系统”。公开了一种被布置成回收气体涡轮引擎中的润滑油的油回收系统，该油回收系统包括：分离器，该分离器被布置成从润滑油和空气的混合物提取润滑油；油箱，该油箱被布置成收集从该混合物提取的润滑油；和出口桅杆，该出口桅杆被布置成将从该混合物提取的空气从该引擎的核心向外排出，其中该出口桅杆包括用于从该分离器排出空气的一个或多个开口；并且其中该一个或多个开口相对于穿过该气体涡轮引擎的气流的方向至少部分地面向上游，使得空气沿该上游方向被排出，并且任何气流的动压头经由该出口桅杆对该油箱加压。

Description

油回收系统

相关申请的交叉引用：

本说明书基于并要求2018年5月31日提交的英国专利申请号1808855.9的优先权，其全部内容以引用方式并入本文。

背景技术

技术领域：

本公开涉及油回收系统、气体涡轮引擎以及对油箱加压的方法。

相关技术的描述：

气体涡轮引擎包括沿该引擎的主轴线延伸的一个或多个芯轴。芯轴通过需要润滑的轴承安装到引擎的固定结构上。为了将轴承润滑，该轴承被设置在包含润滑剂诸如润滑油的封闭轴承室内。

该引擎的推进式风扇可由芯轴中的一个芯轴直接驱动，或通过联接到芯轴中的一个芯轴的齿轮箱间接驱动。该齿轮箱也需要润滑，因此也被设置在包含润滑剂的封闭室中。

油从轴承室或齿轮箱逸出到引擎的核心中可能会导致火灾风险。因此，为了防止油逸出，将该轴承室或齿轮箱相对该芯轴密封。此外，空气通过该密封件从核心引擎气流中被抽吸到轴承室或齿轮箱以产生压力差。该空气必须从引擎排出。然而，该空气与油混合。因此，在排出空气之前，必须将油回收，以确保仅排出干净的空气。

通常，气体涡轮引擎使用通气器从空气中提取油。将至少一些油/空气混合物通过通气孔抽吸到通气器中，在通气器中将油去除。然后将空气向外排到大气中。除通气器外，来自该轴承室或齿轮箱的一些油/空气混合物通常由泵抽吸到分离器中。来自分离器的空气也在排气之前传递到通气器。将通气器和分离器收集的油回送到油箱中。

来自该油箱的油通过泵循环回到轴承室或齿轮箱。泵的入口压力由油箱的压力设定，油箱的压力由通气器的压力设定，通气器的压力又由空气将被排到的大气的压力设定。通气孔中的压力也由空气将被排到的大气的压力设定。

泵的气蚀将导致油的输送中断，为了避免这种情况，泵的入口压力应高于最小值。然而，在低引擎功率下，从引擎核心抽吸的空气处于低压。因此，为了确保保持正确的压力差，并且仍然通过通气孔抽吸空气，通气孔中的压力应是低压。

如果通气孔和油箱排气到相同的低压，则空气在低功率下被抽吸通过通气孔，但由于大气压力更低，因此泵会在高功率/海拔下存在气蚀风险。如果通气孔和油箱排气到相同的高压，则避免了气蚀，但空气在低功率下不会被抽吸穿过通气孔，因为大气空气与核心空气之间的压力差太小。

通常，为了避免这种情况，在油箱和通气器之间的进料上设置压力控制阀或压力控制收缩件。这增加了油箱中的压力，但确保通气孔处于低压，即使在低功率工作条件下也是如此。

发明内容

根据第一方面，提供了一种被布置成回收气体涡轮引擎中的润滑油的油回收系统，该油回收系统包括：分离器，该分离器被布置成从润滑油和空气的混合物提取润滑油；油箱，该油箱被布置成收集从混合物提取的润滑油；以及出口桅杆，该出口桅杆被布置成将从混合物提取的空气从引擎的核心向外排出，其中该出口桅杆包括用于从该分离器排出空气的一个或多个开口；并且其中该一个或多个开口相对于穿过该气体涡轮引擎的气流的方向至少部分地面向上游，使得空气沿上游方向被排出，并且任何气流的动压头经由该出口桅杆对油箱加压。

该系统提供了一种简单而有效的方式来对油箱加压，从而对泵的入口加压，而无需使用带有移动部件的收缩器或阀门。因此，该系统易于实施，并提供了在泵入口处提供最小压力的可靠方式。

该出口桅杆仅由分离器进料。不提供单独的通气孔来进料到出口桅杆中，因此动压头的较高压力不阻止被抽吸穿过该系统的油/空气混合物，或在整个密封件上建立压力差。

该出口桅杆可被布置成将空气排入气体涡轮引擎的旁路管道中。这在出口桅杆处提供了另外的动压头，并确保脏空气不会在引擎的外部附近排出。

该油回收系统可包括：泵，该泵用于将润滑油从油箱循环至用于润滑气体涡轮引擎的一部分的润滑室。泵的入口压力可至少部分地取决于油箱的压力。

该油回收系统可包括：泵，该泵用于将来自用于润滑气体涡轮引擎的一部分的润滑室的润滑油和空气的混合物循环到分离器。

该分离器可将润滑油输出至油箱，并输出润滑油和空气的第二混合物，其中油的浓度降低。该油回收系统还可包括：油通气器，该油通气器被布置成从润滑油和空气的第二混合物提取另外的润滑油，并向油箱提供该另外的润滑油，以及向出口桅杆提供具有任何剩余油含量的空气。

另选地，该出口桅杆可与分离器或油箱直接流体连通。因此，不再需要通气器，从而进一步简化了该系统。

该油回收系统可包括：布置在润滑室和出口桅杆之间的一个或多个导管。该导管可以不包括任何压力控制阀或压力控制收缩件。如上所述，这简化了该系统。

该一个或多个开口中的每个开口具有垂直于由该开口限定的平面延伸的开口轴线。该一个或多个开口中的每个开口具有限定在开口轴线和气流方向之间的开口角度。每个开口角度可以在0度（这时开口面向上游）和90度（这时开口垂直于气流）之间变化，使得油箱的压力至少部分地取决于该开口角度。这允许将油箱中的压力设定为期望的水平。

根据第二方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴；位于该引擎核心的上游的风扇，该风扇包括多个风扇叶片；围绕芯轴布置的一个或多个润滑室，每个润滑室包括位于润滑室的外壳和芯轴之间的密封件；空气供应系统，该空气供应系统被布置成将加压的空气引导在该密封件处，以便防止润滑油从润滑室中逸出，其中空气与润滑油在该润滑室中混合；以及根据第一方面的油回收系统，该油回收系统被布置成从在润滑室中混合的油和空气回收润滑油。

该油回收系统提供了一种简单而有效的方式来对油箱加压，从而对泵的入口加压，而无需使用带有移动部件的收缩器或阀门。因此，该系统易于实施，并提供了在泵入口处提供正确压力的可靠方式。

该密封件包括选自接触碳密封件、气动碳密封件和刷式密封件的密封件。该密封件的高质量确保了低压空气源可用于在密封件上产生压力差。

涡轮机可以是第一涡轮机，压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮机、第二压缩机和将第二涡轮机连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮机、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。该空气供应系统可被布置成从第一压缩机的上游抽吸空气。通过从引擎抽吸低压空气，引擎效率增加，因为对空气做的功减少。

该油回收系统可被布置成将润滑油从油箱循环至润滑室。

该气体涡轮引擎可包括布置在引擎核心周围的旁路管道。该旁路管道可包括径向延伸的支撑结构和/或导向叶片。该出口桅杆被布置在支撑结构和/或导向叶片中的一一者中，并且该支撑结构和/或导向叶片包括面向下游通入旁路气流的开口，以将空气从该出口桅杆排出。

该润滑室中的至少一个润滑室可包括轴承室。该气体涡轮引擎可包括：齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。该润滑室中的至少一个润滑室可包括齿轮箱。

来自该润滑室的油和空气混合物可仅被排放到分离器或油箱中。因此，该系统不包括单独的通气孔。

根据第三方面，提供了一种在气体涡轮引擎中对油箱加压以从油和空气的混合物收集润滑油的方法，该方法包括：分离油和空气的混合物；将润滑油收集在油箱中；以及通过出口桅杆排出空气，该出口桅杆具有至少部分地面向上游通向穿过气体涡轮引擎的气流的开口，使得穿过引擎的任何气流的动压头经由该出口桅杆对油箱加压。

该方法提供了一种简单而有效的方式来对油箱加压，从而对泵的入口加压，而无需使用带有移动部件的收缩器或阀门。因此，该方法易于实施，并提供了在泵入口处提供正确压力的可靠方式。

可以在没有压力控制阀或压力控制收缩件的情况下对油箱加压。

如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、燃烧器、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的（具有风扇叶片的）风扇。

本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮机和压缩机刚性地连接，使得涡轮机和压缩机以相同的速度旋转（其中，风扇以更低的速度旋转）。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮机和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到该芯轴的涡轮机可以是第一涡轮机，连接到该芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且该芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮机、第二压缩机和将第二涡轮机连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮机、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

在此类布置结构中，第二压缩机可轴向定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成从第一压缩机接收（例如直接接收，例如经由大致环形的管道）流。

齿轮箱可被布置成由被构造成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转的芯轴（例如上述示例中的第一芯轴）来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被构造成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转的芯轴（例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴）来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。

在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向设置在风扇和（一个或多个）压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游（例如在其出口处）。以另外的示例的方式，在提供第二涡轮机的情况下，可将燃烧器出口处的流提供给第二涡轮机的入口。该燃烧器可设置在（一个或多个）涡轮机的上游。

该压缩机或每个压缩机（例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机）可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片，该排定子叶片可为可变定子叶片（因为该排定子叶片的入射角可以是可变的）。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。

该涡轮机或每个涡轮机（例如，如上所述的第一涡轮机和第二涡轮机）可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向偏移。

每个风扇叶片可被限定为具有径向跨度，该径向跨度从径向内部气体洗涤位置或0%跨度位置处的根部（或毂部）延伸到100%跨度位置处的尖端。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可小于（或大约为）以下中的任何一个：0.4、0.39、0.38、0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。这些比率通常可称为毂部-尖端比率。毂部处的半径和尖端处的半径都可以在叶片的前缘（或轴向最前）部分处测量。当然，毂部-尖端比率指的是风扇叶片的气体洗涤部分，即径向地在任何平台外部的部分。

可在引擎中心线和风扇叶片的前缘处的尖端之间测量该风扇的半径。风扇直径（可能只是风扇半径的两倍）可大于（或大约为）以下中的任何一个：250cm（约100英寸）、260cm、270cm（约105英寸）、280cm（约110英寸）、290cm（约115英寸）、300cm（约120英寸）、310cm、320cm（约125英寸）、330cm（约130英寸）、340cm（约135英寸）、350cm、360cm（约140英寸）、370cm（约145英寸）、380cm（约150英寸）或390cm（约155英寸）。风扇直径可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。

风扇的旋转速度可以在使用中变化。一般来讲，对于具有较大直径的风扇，旋转速度较低。仅以非限制性示例的方式，风扇在巡航条件下的旋转速度可小于2500rpm，例如小于2300rpm。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在250cm至300cm（例如250cm至280cm）范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1700rpm至2500rpm的范围内，例如在1800rpm至2300rpm的范围内，例如在1900rpm至2100rpm的范围内。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在320cm至380cm范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1200rpm至2000rpm的范围内，例如在1300rpm至1800rpm的范围内，例如在1400rpm至1600rpm的范围内。

在使用气体涡轮引擎时，（具有相关联的风扇叶片的）风扇围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度U尖端移动。风扇叶片13对流所做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/U尖端2，其中dH是跨风扇的焓升（例如1-D平均焓升），并且U尖端是风扇尖端的（平移）速度，例如在尖端的前缘处（可被定义为前缘处的风扇尖端半径乘以角速度）。在巡航条件下的风扇尖端负载可大于（或大约为）以下中的任何一个：0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4（本段中的所有单位为Jkg-1K-1/(ms-1)2）。风扇尖端负载可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。

根据本公开的气体涡轮引擎可具有任何期望的旁路比率，其中该旁路比率被定义为在巡航条件下穿过旁路管道的流的质量流率与穿过核心的流的质量流率的比率。在一些布置结构中，该旁路比率可大于（或大约为）以下中的任何一个：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5或17。该旁路比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。该旁路管道可以是基本上环形的。该旁路管道可位于核心引擎的径向外侧。旁路管道的径向外表面可以由短舱和/或风扇壳体限定。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎的总压力比可被定义为风扇上游的滞止压力与最高压力压缩机出口处的滞止压力（进入燃烧器之前）之比。以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎在巡航时的总压力比可大于（或大约为）以下中的任何一个：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。

引擎的特定推力可被定义为引擎的净推力除以穿过引擎的总质量流量。在巡航条件下，本文中描述和/或要求保护的引擎的特定推力可小于（或大约为）以下中的任何一个：110Nkg-1s、105Nkg-1s、100Nkg-1s、95Nkg-1s、90Nkg-1s、85Nkg-1s或80Nkg-1s。特定推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。与传统的气体涡轮引擎相比，此类引擎可能特别高效。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何期望的最大推力。仅以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮机可以产生至少（或大约为）为以下中的任何一个的最大推力：160kN、170kN、180kN、190kN、200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN或550kN。最大推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。上面提到的推力可为在标准大气条件下、在海平面处、加上15℃（环境压力101.3kPa，温度30℃）、引擎静止时的最大净推力。

在使用中，高压涡轮机的入口处的流的温度可能特别高。该温度，可被称为TET，可在燃烧器的出口处测量，例如紧接在可被称为喷嘴导向叶片的第一涡轮机叶片的上游。在巡航时，该TET可至少为（或大约为）以下中的任何一者：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。引擎在使用时的最大TET可以是，例如，至少为（或大约为）以下中的任何一者：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可在由前一句中的任意两个值界定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。可以例如在高推力条件下发生最大TET，例如在最大起飞(MTO)条件下发生最大TET。

本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼面部分可由任何合适的材料或材料组合来制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由复合材料来制造，该复合材料为例如金属基质复合材料和/或有机基质复合材料，诸如碳纤维。以另外的示例的方式，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可以至少部分地由金属来制造，该金属为诸如钛基金属或铝基材料（诸如铝锂合金）或钢基材料。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性前缘，该保护性前缘可使用比叶片的其余部分更好地抵抗（例如，来自鸟类、冰或其他物料的）冲击的材料来制造。此类前缘可以例如使用钛或钛基合金来制造。因此，仅以举例的方式，该风扇叶片可具有碳纤维或具有带钛前缘的铝基主体（诸如铝锂合金）。

如本文所述和/或所要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从该中央部分例如沿径向方向延伸。该风扇叶片可以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定件，该固定件可与毂部（或盘状部）中的对应狭槽接合。仅以举例的方式，此类固定件可以是燕尾形式的，其可以插入和/或接合毂部/盘状部中对应的狭槽，以便将风扇叶片固定到毂部/盘状部。以另外的示例的方式，该风扇叶片可与中央部分一体地形成。此类布置结构可被称为整体叶盘或整体叶环。可使用任何合适的方法来制造此类整体叶盘或整体叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块状物来加工而成，以及/或者风扇叶片的至少部分可通过焊接（诸如线性摩擦焊接）来附接到毂部/盘状部。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可能或可能不设有可变面积喷嘴(VAN)。此类可变面积喷嘴可允许旁路管道的出口面积在使用中变化。本公开的一般原理可应用于具有或不具有VAN的引擎。

如本文所述和/或要求保护的气体涡轮的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如16、18、20或22个风扇叶片。

如本文所用，巡航条件可指气体涡轮引擎所附接的飞行器的巡航条件。此类巡航条件通常可被定义为巡航中期的条件，例如飞行器和/或引擎在爬升顶点和下降起点之间的中点（就时间和/或距离而言）处所经历的条件。

仅以举例的方式，巡航条件下的前进速度可为从0.7马赫至0.9马赫的范围内的任何点，例如0.75至0.85，例如0.76至0.84，例如0.77至0.83，例如0.78至0.82，例如0.79至0.81，例如大约0.8马赫，大约0.85马赫或0.8至0.85。这些范围内的任何单一速度可以是巡航条件。对于某些飞行器，巡航条件可能超出这些范围，例如低于0.7马赫或高于0.9马赫。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于在以下范围内的高度处的标准大气条件：10000m至15000m，例如在10000m至12000m的范围内，例如在10400m至11600m（约38000英尺）的范围内，例如在10500m至11500m的范围内，例如在10600m至11400m的范围内，例如在10700m（约35000英尺）至11300m的范围内，例如在10800m至11200m的范围内，例如在10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可对应于这些范围内的任何给定高度处的标准大气条件。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.8；压力为23000Pa；以及温度为-55℃。

如本文中任何地方所用，“巡航”或“巡航条件”可指空气动力学设计点。此类空气动力学设计点（或ADP）可对应于风扇被设计用于操作的条件（包括例如马赫数、环境条件和推力要求中的一者或多者）。例如，这可能指风扇（或气体涡轮引擎）被设计成具有最佳效率的条件。

在使用中，本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可在本文别处定义的巡航条件下操作。此类巡航条件可通过飞行器的巡航条件（例如，巡航中期条件）来确定，至少一个（例如2个或4个）气体涡轮引擎可以安装在该飞行器上以提供推进推力。

本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。

附图说明

现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：

图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；

图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；

图3是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；

图4示意性地示出了用于从油和空气的混合物提取油并将空气向外排出的油回收系统；并且

图5示意性地示出了用于从油和空气的混合物提取油并将空气向外排出的另选油回收系统。

具体实施方式

图1示出了具有主旋转轴9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮机17、低压涡轮机19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并限定旁路管道22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流动穿过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮机19并由该低压涡轮机驱动。

在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中，在高压压缩机中进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过喷嘴20排出之前通过高压涡轮机和低压涡轮机17、19膨胀，从而驱动高压涡轮机和低压涡轮机17、19以提供一些推进推力。高压涡轮机17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。

图2中示出了齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构。低压涡轮机19（参见图1）驱动轴26，该轴联接到周转齿轮布置结构30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9的旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是环形齿轮或齿圈38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。

需注意，本文中使用的术语“低压涡轮机”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮机级和最低压力压缩机级（即，不包括风扇23），以及/或者通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26（即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴）连接在一起的涡轮机和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮机”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮机”和“中压压缩机”。在使用此类另选术语的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。

在图3中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和齿圈38中的每一者包括围绕它们的周边的齿以与其他齿轮相互啮合。然而，为清楚起见，图3中仅示出了示例性的部分齿。示出了四个行星齿轮32，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在要求保护的发明的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。

在图2和图3中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，其中齿圈38被固定。然而，可以使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另外的示例的方式，周转齿轮箱30可以是星形布置结构，其中行星架34保持固定，允许齿圈（或环形齿轮）38旋转。在此类布置结构中，风扇23由齿圈38驱动。以另外的另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中齿圈38和行星架34都被允许旋转。

应当理解，图2和图3中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，可以使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中以及/或者用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另外的示例的方式，齿轮箱30与引擎10的其他部件（诸如输入轴26、输出轴和固定结构24）之间的连接件（诸如图2示例中的连杆36、40）可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另外的示例的方式，可使用引擎的旋转部件和固定部件之间（例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间）的轴承的任何合适布置结构，并且本公开不限于图2的示例性布置结构。例如，在齿轮箱30具有星形布置结构（如上所述）的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常不同于图2中以举例的方式示出的布置结构。

因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型（例如星形或行星齿轮）、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。

可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件（例如，中压压缩机和/或增压压缩机）。

本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮机和/或另选数量的互连轴。以另外的示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴20、22，这意味着穿过旁路管道22的流具有自己的喷嘴，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分开并径向地在该核心引擎喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可以应用于这样的引擎，在该引擎中穿过旁路管道22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前（或上游）混合或组合。一个或两个喷嘴（无论是混合的还是分流的）可具有固定的或可变的面积。虽然所描述的示例涉及涡轮风扇引擎，但是本公开可应用于例如任何类型的气体涡轮引擎，诸如开放式转子（其中风扇级未被短舱围绕）或例如涡轮螺旋桨引擎。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。

气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向（与旋转轴9对准）、径向（在图1中从下到上的方向）和圆周方向（垂直于图1视图中的页面）。轴向、径向和圆周方向相互垂直。

如图1中的箭头42所示，穿过引擎10的气流的大体方向是在平行于主轴9的方向上，从风扇23朝向旁路和核心排气喷嘴18、20。气流42的大体方向还限定了上游方向，该上游方向与气流42的大体方向正相反。引擎10外部的在短舱21上方的气流方向与气流穿过引擎10的方向相同。

如图1和图2所示，将低压压缩机14和低压涡轮机19互连的芯轴26在将高压压缩机15和高压涡轮机17互连的芯轴27内延伸。轴26、27两者由轴承50从引擎10的固定支撑结构安装。现在将在下文更详细地讨论将低压压缩机14和低压涡轮机19互连的芯轴26的安装，但应当理解，该讨论同样可以适用于将高压压缩机15和高压涡轮机17互连的芯轴27。

如图4所示，轴承50被接收在围绕芯轴26环形地形成的外壳52内。外壳52限定围绕轴承50的室54。为了润滑轴承50，由泵58从油箱56将油78通过导管72泵送到室54中。泵58具有与油箱56流体连通的入口60，以及与轴承室54流体连通的出口62。

轴承室54的外壳52为固定结构。然而，芯轴26在上游开口64和下游开口66处延伸穿过外壳52。为了防止油逸出室54，密封件68在开口64、66处设置在轴26和外壳52之间。

在所示的实施方案中，密封件68是形成在外壳和位于轴26上的环形安装结构70之间的接触碳密封件。该接触碳密封件包括分段的碳弧，它们与卡紧弹簧保持在一起，以在碳段之间或在轴与碳段之间形成紧密间隙。

为了防止或严重限制油通过密封件68逸出，提供了空气供应系统74或密封加压系统。空气供应系统74虹吸来自引擎核心11的压缩机14、15中的一者的加压空气的一部分，并将加压空气76引导到密封件68处。

通常，从核心气流A抽吸用于空气供应系统74的空气。对于大致在上游的轴承室54，从分路器13附近抽吸该空气，该分路器将引擎核心11与旁路管道22分开。通常在介于3psia和16psia（20kPa到111kPa）之间的压力下将空气抽吸到低压压缩机14的上游。对于大致在下游的轴承室54，空气在较高压力下从高压压缩机15中被抽吸。在一些示例中，空气可以是来自多个不同压力源的混合物。

图4仅示出了空气供应系统74，其将空气引导在上游开口64处的密封件68处。然而，应当理解，空气也被引导在下游开口66处的密封件68处。

被引导在密封件68处的空气的一部分被抽吸进室54。抽吸进室54中的空气与油78混合。在排气之前应将油78和空气76分离，以避免排出油，这可能造成火灾风险，对环境有害并且效率低。为了提取油，提供了油回收系统80。

在油回收系统80中，通过布置在室54下部的出口124从轴承室54中抽吸第一空气和油混合物82，使得重力有助于抽吸混合物82。混合物82由泵86通过导管84被抽吸到分离器88。

泵86导致轴承室54内部的压力减小，这在密封件68上产生压力差，因为室54外部为高压空气，内部为低压空气。因此，加压空气76被抽吸进室54中，并且油不能通过密封件68排出。由于密封件68的品质高，只有少量空气76被抽吸进轴承室54中。泵86持续进行泵送，以便随时间推移保持压力差。

在分离器88处，从混合物82中去除第一部分油90。第一部分回油90通过第一回油导管96从分离器88的第一出口92提供到油箱56。在分离器88的第二出口94处，提供第二空气和油混合物98。第二空气和油混合物98的油含量低于已经通过分离器88的第一混合物82的油含量。

通过导管100将第二空气和油混合物98提供至通气器装置102，其中从混合物98提取第二部分油104。第二部分油104通过第二回油管线106从通气器102的第一出口108进料到油箱56。泵126设置在第二回油管线106上，以将油104泵送到油箱56。

在通气器102的第二出口110处，提供空气用于排出空气112。该排出空气112可包括少量的油和其他污染物，但这些将被视为可忽略。排出空气112通过排气导管116进料到出口桅杆114中，以用于向外排出引擎10。

出口桅杆114具有开口118，排出空气112通过该开口排出。出口桅杆114被布置成使得开口118相对于穿过引擎10的气流42的方向面向上游方向。因此，穿过引擎10的气流的动压头被加到出口桅杆114的排出压力上，这等于空气排入的静压力。因此，动压头增加了油箱56的压力，因为出口桅杆144通过导管100、116与油箱56流体连通，并与通气器102和分离器88流体连通。这继而增加了泵58的入口60处的压力，该泵将油78泵送到轴承室54。

在高功率下工作时，穿过或经过引擎的气流很大，从而提供了大的动压头。因此，即使在环境压力低（2-3psi或10-25kPa）的高海拔处，泵58的入口60处的压力也足以避免气蚀。

在低功率下工作时，穿过引擎的气流低，因此由空气供应系统74提供的空气压力也低。低功率工作通常在低海拔处进行，因此环境压力能够充分对泵58的入口60加压以避免气蚀。如图4所示，从轴承室54提取油和空气混合物的唯一途径是通过导管84经由泵86到达分离器88。不存在单独的通气孔。因此，不需要相对于从空气供应系统74输送的空气压力的低排放压力，来在密封件上的保持正确压力差。

还应当理解，在出口桅杆114和油箱之间的导管100、116上不存在压力控制阀或压力控制收缩件。油箱56的压力以及因此泵58的入口60处的压力仅是出口桅杆114的开口处的压力的结果，并且泵86的出口120处的压力用于从轴承室54抽吸油/空气混合物82。

如图1和图2所示，多个导向叶片和支撑结构44在旁路管道22内径向延伸。在上文讨论的实施方案中，出口桅杆114设置成穿过径向延伸的结构44中的一个结构。开口122形成在径向延伸的结构44中，该开口与出口桅杆114中的开口118对准，使得空气112沿上游方向排出到旁路气流B中。气流可以在气流B中的任何合适的轴向结构或径向位置处排出。

分离器88和通气器102可设置在引擎10中的任何合适的位置。例如，分离器88和通气器102可以设置在引擎核心11中，设置在引擎核心11和旁路管道22之间的结构13内，或者设置在引擎10的短舱21内。通常，通气器102需要一些驱动功率。在一个示例中，这可从引擎10的附件齿轮箱（未示出）获取。因此，至少通气器102可位于附件齿轮箱的附近。该附件齿轮箱可设置在上述位置中的任一位置中。分离器88和通气器102不需要在同一位置，尽管它们可以是在同一位置。

应当理解，在必要时，图4所示系统的导管72、84、96、100、116可以穿过引擎10的径向延伸的结构延伸，该径向延伸的结构诸如但不限于核心引擎11的径向延伸穿过核心引擎气流A的导向叶片（也称为定子）或支撑结构44，以及延伸穿过旁路气流B的径向延伸的叶片和结构44。

在上面的描述中，出口桅杆114中的开口118被描述为面向上游方向。该开口的方向可以由开口轴线表征，该开口轴线垂直于由开口限定的平面延伸。在一些实施方案中，开口轴线可平行于穿过引擎10的气流的方向，使得开口118完全面向上游。在其他实施方案中，开口118可被形成为使得开口118相对于气流的方向旋转，使得开口部分地面向上游。

开口轴线可以与气流的方向形成从0度（这时开口面向上游）到90度（这时开口垂直于上游方向）的任何角度，并且仍然被认为至少部分地面向上游。

开口118相对于气流方向的相对角度可用于控制油箱56的压力，以设定期望的压力。可使用开口118的尺寸而不是该角度来同样地控制压力。

如上所述，已公开了油箱56向引擎10的轴承室54提供油，并且油回收系统80从轴承室54回收油以排出空气。然而，应当理解，引擎10的齿轮箱30也需要润滑。可以采用与轴承室54类似的方式来密封齿轮箱30，包括使用加压空气产生压力差。因此，上文讨论的系统也可应用于齿轮箱30。

轴承室54和齿轮箱30只是润滑室的两个示例，该润滑室可以使用加压空气来辅助密封，并且需要在排气之前分离加压空气和油。上文讨论的系统80可应用于任何此类润滑室。

应当理解，气体涡轮引擎10可包括多个轴承室54、齿轮箱30和其他润滑室。在一个示例中，所有室均可由单个油箱56进料，并且来自每个室30、54的油/空气混合物可被抽吸至单个分离器88，然后继而被抽吸至单个通气器102和出口桅杆114。

在其他示例中，每个室30、54可具有单独的油箱56、分离器88、通气器102和出口桅杆115，使得每个室的润滑独立于其他室54、30。在另外的示例中，油箱56、分离器88、通气器102和出口桅杆115可联接到一组两个或多个室。在另外的示例中，某些部件可用于从不同的润滑室中提取油并排出空气。例如，多个润滑室中的每个润滑室可具有专用分离器88，但可由共同油箱56进料，并且可排气到公共出口桅杆114。

应当理解，在一些情况下，分离器88可实现油和空气的充分分离，使得从分离器88输出的空气足够干净以直接排出。因此，通气器102是可选的，并且可以省略。在其他示例中，除了分离器88和通气器102之外，还可提供另外的分离步骤，每个步骤将油回送到油箱56中。

在上文所述的示例中，出口桅杆114通过穿过旁路管道22的叶片或支撑结构44。应当理解，在一些示例中，叶片或支撑结构44可以直接形成出口桅杆114，这样排出空气112直接通过结构44。

在其他示例中，出口桅杆114可以由突出到旁路管道22中的单独结构形成。

在上文所述的示例中，空气被排出到旁路管道22中。然而，在其他示例中，空气可被排出到整个引擎10外部。例如，出口桅杆114可以从短舱21突出，或者可以形成在风扇23的鼻锥中，或者形成在另一个面向上游的位置中。

此外，尽管上文所述的示例包括出口桅杆中的单个开口118，但出口桅杆可包括多个开口。该开口中的至少一些开口，但未必全部，应面向上游方向，以充分对油箱56加压。

在上述描述中，接触碳密封件68用于将润滑室30、54密封到芯轴26、27。然而，可以使用任何其他合适类型的低流量密封件。例如，密封件68可以是由保持在空气膜上的碳元素形成的气动碳密封件、唇形密封件或刷式密封件。密封件68也可为迷宫密封件或任何其他类型的密封件。

上文所述的泵和导管的布置仅以举例的方式给出。可以使用任何合适的布置结构来实现油箱56、润滑室30、54、分离器88、通气器102（如果包括的话）和出口桅杆114之间所需的流体连通。

例如，在图4示出单个导管的情况下，可提供多个平行导管。例如，虽然图4仅示出了从轴承室54到分离器88的单个排出点，但可提供多个排出点。

许多不同类型的分离器88和通气器102对于本领域技术人员来说是显而易见的。可使用任何合适类型的分离器88和通气器102。

在一些示例中，分离器88可以与油箱56分离，并且油90可以通过回油管道96提供给油箱56。在其他示例中，分离器88可以与油箱56共同定位在油箱56的入口上，使得分离器88将油90直接提供给油箱且无需中间管道。在另外的示例中，分离器88可包括设置在油箱56内的除气器等。图5示出了这种示例中的油回收系统80的布置结构的示例。除非另有说明，否则图5中所示的示例与上文关于图4所讨论的相同。

在图5所示的油回收系统80中，用于运送来自润滑室的油和空气混合物82的导管84直接连接到油箱56。导管84上的泵86将油和空气混合物82直接泵送到油箱56中。油箱56包括除气器或其他分离器88，分离器将油和空气分离。如上所述，使用泵58将收集在油箱56中的油78通过供应导管72再循环到润滑室54。

油箱56包括联接在油箱56和通气器102之间的排气导管128。该排气导管128将油和空气98的第二混合物（与第一混合物82相比含有减少的油）运送到通气器102，该通气器进行进一步的分离。提取的任何另外的油104由回油管线106上的泵126提供到油箱56。如上所述，来自通气器102的空气112被提供到出口桅杆114。

如上所讨论，如果分离器88实现了油和空气的充分分离，则可以省略通气管102，并且排气导管128可以将空气112直接提供到出口桅杆114。

应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可以进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (18)

1.一种被布置成回收气体涡轮引擎中的润滑油的油回收系统，所述油回收系统包括：

分离器，所述分离器被布置成从润滑油和空气的混合物提取润滑油；

油箱，所述油箱被布置成收集从所述混合物提取的润滑油；和

出口桅杆，所述出口桅杆被布置成将从所述混合物提取的空气从所述引擎的核心向外排出，

其中所述出口桅杆包括用于从所述分离器排出空气的一个或多个开口；并且其中所述一个或多个开口相对于穿过所述气体涡轮引擎的气流的方向至少部分地面向上游，使得所述空气沿所述上游方向被排出，并且任何气流的动压头经由所述出口桅杆对所述油箱加压。

2.根据权利要求1所述的油回收系统，其中所述出口桅杆被布置成将空气排入所述气体涡轮引擎的旁路管道中。

3.根据权利要求1所述的油回收系统，包括：

泵，所述泵用于将润滑油从所述油箱循环至用于润滑所述气体涡轮引擎的一部分的润滑室，

其中所述泵的入口压力至少部分地取决于所述油箱的压力。

4.根据权利要求1所述的油回收系统，包括：

泵，所述泵用于将来自用于润滑所述气体涡轮引擎的一部分的润滑室的润滑油和空气的混合物循环到所述分离器。

5.根据权利要求1所述的油回收系统，其中所述分离器将所述润滑油输出到所述油箱，并输出润滑油和空气的第二混合物，其中油的浓度降低；并且其中所述油回收系统还包括：

油通气器，所述油通气器被布置成从润滑油和空气的所述第二混合物提取另外的润滑油，并向所述油箱提供所述另外的润滑油，以及向所述出口桅杆提供具有任何剩余油含量的所述空气。

6.根据权利要求1所述的油回收系统，其中所述出口桅杆与所述分离器或所述油箱直接流体连通。

7.根据权利要求1所述的油回收系统，包括布置在所述润滑室和所述出口桅杆之间的一个或多个导管，其中所述导管不包括任何压力控制阀或压力控制收缩件。

8.根据权利要求1所述的油回收系统，其中：

所述一个或多个开口中的每个开口具有垂直于由所述开口限定的平面延伸的开口轴线；

所述一个或多个开口中的每个开口具有限定在所述开口轴线和所述气流方向之间的开口角度；

所述开口角度能够在0度和90度之间变化，使得所述油箱的所述压力至少部分地取决于所述开口角度。

9.一种用于飞行器的气体涡轮引擎，包括：

引擎核心，所述引擎核心包括涡轮机、压缩机和将所述涡轮机连接到所述压缩机的芯轴；

风扇，所述风扇位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；

一个或多个润滑室，所述一个或多个润滑室围绕所述芯轴布置，每个润滑室包括位于所述室的外壳和所述芯轴之间的密封件；

空气供应系统，所述空气供应系统被布置成将加压的空气引导在所述密封件处，以便防止润滑油从所述润滑室逸出，其中所述空气与所述润滑油在所述润滑室中混合；和

根据权利要求1所述的油回收系统，所述油回收系统被布置成从在所述润滑室中混合的所述油和空气回收润滑油。

10.根据权利要求9所述的气体涡轮引擎，其中所述密封件包括选自接触碳密封件、气动碳密封件和刷式密封件的密封件。

11.根据权利要求9所述的气体涡轮引擎，其中：

所述涡轮机是第一涡轮机，所述压缩机是第一压缩机，并且所述芯轴是第一芯轴；

所述引擎核心还包括第二涡轮机、第二压缩机和将所述第二涡轮机连接到所述第二压缩机的第二芯轴；

所述第二涡轮机、所述第二压缩机和所述第二芯轴被布置成以比所述第一芯轴高的旋转速度旋转；并且

所述空气供应系统被布置成从所述第一压缩机的上游抽吸空气。

12.根据权利要求9所述的气体涡轮引擎，其中所述油回收系统被布置成将润滑油从所述油箱循环至所述润滑室。

13.根据权利要求9所述的气体涡轮引擎，其中：

所述气体涡轮引擎包括布置在所述引擎核心周围的旁路管道；

所述旁路管道包括径向延伸的支撑结构和/或导向叶片；并且

其中所述出口桅杆被布置在所述支撑结构和/或导向叶片中的一者中，并且所述支撑结构和/或导向叶片包括面向下游通入旁路气流的开口，以将空气从所述出口桅杆排入所述旁路管道中。

14.根据权利要求9所述的气体涡轮引擎，其中所述润滑室中的至少一个润滑室包括轴承室。

15.根据权利要求9所述的气体涡轮引擎，还包括：

齿轮箱，所述齿轮箱接收来自所述芯轴的输入并将驱动输出至所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度来驱动所述风扇,

其中所述润滑室中的至少一个润滑室包括所述齿轮箱。

16.根据权利要求9所述的气体涡轮引擎，其中来自所述润滑室的所述油和空气混合物仅被排放到所述分离器或所述油箱。

17.一种在气体涡轮引擎中对油箱加压以从油和空气的混合物收集润滑油的方法，所述方法包括：

分离油和空气的混合物；

将所述润滑油收集在油箱中；以及

通过出口桅杆排出空气，所述出口桅杆具有至少部分地面向上游通向穿过所述气体涡轮引擎的气流的开口，使得所述引擎的任何气流的动压头经由所述出口桅杆对所述油箱加压。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述油箱在没有压力控制阀或压力控制收缩件的情况下被加压。