CN111094703A - 涡轮机润滑单元和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞机旁路涡轮喷气发动机润滑单元。润滑单元包括从三个到五个叠置的泵、容纳泵且具有与每个泵连通的内部通道(58)的本体。本体的材料在叠置方向(44)上具有叠置层(40)，泵容纳在所述堆层(40)中。通道(58)具有沿层的叠置方向(44)的端部(86)和内部轮廓(78)，例如三角形，具有形成所述端部并相对于叠置层倾斜的两条直线。本发明还提出通过逐层增材制造来生产润滑单元。

Description

涡轮机润滑单元和制造方法
技术领域
本发明涉及润滑单元及其制造方法。本发明还涉及轴向涡轮机，特别是飞机涡轮喷气发动机或飞机涡轮螺旋桨发动机。
背景技术
飞机涡轮喷气发动机通常包括润滑回路，该润滑回路包括润滑单元。润滑单元配备有容纳在同一本体中的多个泵，驱动各种泵的转子的轴穿过该泵。
文献FR3017413 A1公开了一种涡轮喷气发动机，其包括由涡轮机的主轴驱动的润滑单元。润滑单元包括泵，该泵具有壳体，该壳体具有入口、出口和形成在壳体中的通道。
发明内容
技术问题
本发明的目的是解决现有技术存在的至少一个问题。更具体地，本发明的目的是优化润滑单元的质量。本发明的另一个目的是提出一种优化流量、坚固、经济、可靠、易于生产、便于维修、易于检查和提高效率的解决方案。
技术方案
本发明的一个主题是一种用于涡轮机，特别是飞机涡轮喷气发动机的润滑单元，该润滑单元包括:至少两个泵以及本体，该本体具有与每个泵连通的通道，值得注意的是，本体的材料在叠置方向上具有叠置层，泵容纳在所述叠置层中，并且所述通道具有在层叠置方向上的端部，以及具有第一直线和第二直线的内部或外部轮廓，所述第一直线和第二直线形成所述端部并且相对于叠置层倾斜。根据本发明的一些优选实施例，润滑单元可包括一个或多个以下特征，其可被单独考虑或以任何技术上可行的组合考虑:
第一直线和第二直线分别产生第一直纹面和第二直纹面，特别是第一平面和第二平面，它们相对于层倾斜。
-内部轮廓形成三角形或五角形，主要沿叠置方向延伸，特别是垂直于层布置。
-内部轮廓还包括第三直线，该第三直线相对于另外两条直线倾斜并且相对于层倾斜，所述第三直线能将第一直线连接到第二直线。
-内部轮廓的端部包括将第一直线连接到第二直线的圆角半径，圆角半径小于或等于10mm或小于或等于4mm
-通道沿叠置方向在本体的大部分上延伸。
-第一条直线平行于叠置方向，或相对于叠置方向最多倾斜15°、10°或5°。
-第二条直线相对于层倾斜至少30°或45°。
-本体具有容纳至少两个泵的主壳体，该壳体具有主轴线，该主轴线沿着叠置方向和/或平行于叠置方向和/或相对于叠置方向倾斜至多20°。
-叠置方向相对于第一直线和/或相对于第二直线比相对于主轴线更倾斜。
-每个泵包括转子，该转子的旋转轴线沿着层的叠置方向和/或相对于层的叠置方向平行和/或倾斜至多20°，转子可在叠置方向上叠放。
-润滑单元包括用于驱动泵的驱动轴，驱动轴穿过大多数层。
-至少两个泵包括至少三个泵，或者至少五个泵，特别是直接与通道连通。
-该单元包括至少一个辅助井状部或至少两个辅助井状部，辅助轴线相对于层横向布置。
-润滑单元包括管道，在该管道中形成通道，并且该管道可具有三角形或五角形外部轮廓。
-本体具有两个相对的面，管道从一个相对的面延伸到另一个面。
-该管道包括主延伸部，其形成第一曲率，然后在与第一曲率相反的方向上形成第二曲率。
-这些层是平面的和/或相互平行的。
-本体包括至少在局部将中心筒与管道分开的开口。
-轮廓形成通道的内表面。
-第一直线和第二直线相对于彼此倾斜至少20°或30°；和/或相对于层不同地倾斜。
-阀体构成润滑装置的外壳。
-主壳体呈圆柱形，主轴线是圆柱的对称轴线。
主轴线平行于和/或偏离至少两个泵的一条或多条旋转轴线，这些泵可具有共同的旋转轴线。
-主轴线平行于辅助轴线或每个辅助轴线。
-本体有出口孔，其将每个泵连接到通道。
-本体是单件部件，和/或由一种材料制成，和/或通过逐层增材制造来生产。
-辅助轴线平行。
-主壳体形成在主筒体中。
-内部轮廓至少在通道长度的5％，或10％，或15％，或20％，或大部分上延伸。
本体具有两个相对的端部，通道连接所述相对的端部。端部可以沿着本体的层中的一个和/或在层中的一个的平面中相对。
直线和端部不是本发明的重要方面。本发明还涉及一种涡轮机润滑单元，其包括至少两个泵和本体，该本体具有与每个泵连通的通道，值得注意的是，本体的材料具有容纳泵的叠置层，该通道具有三角形内部轮廓，该三角形内部轮廓具有至少两个或三个相对于层横向布置的侧边，和/或该三角形内部轮廓被布置成使得它们相对于层的叠置方向倾斜。侧边可以形成第一直线、第二直线、还可形成第三条直线。
本发明的另一个主题是涡轮机，特别是能够以负垂直加速度运行的飞机涡轮喷气发动机，包括具有润滑单元的润滑回路，值得注意的是润滑单元是根据本发明所述的，优选地，涡轮机包括多个旋转轴承，每个旋转轴承独立地连接到润滑单元的一个泵。
本发明的另一个主题是一种用于制造涡轮机、尤其是飞机涡轮喷气发动机的润滑单元的方法，该润滑单元包括至少两个泵和外壳，该外壳具有容纳至少两个泵和通道的本体；值得注意的是，通道包括内部轮廓，该内部轮廓具有形成内部轮廓的一端的第一直线和第二直线，该方法包括以下步骤:(a)设计润滑单元，和(b)使用增材制造来以叠置层生产本体，以便逐渐形成横向于叠置层的第一直线和/或第二直线，该单元特别是是根据本发明所述的。
根据本发明的一个有利实施例，通过逐层增材制造进行生产的步骤(b)是使用粉末层，特别是铝或钛粉末层的增材制造工艺。
本发明的另一个主题是一种用于制造涡轮机，特别是飞机涡轮喷气发动机的润滑单元的方法，该润滑单元包括一个或几个泵以及为每个泵所共有的本体:值得注意的是，该方法包括以下步骤:(a)设计润滑单元；和(b)使用增材制造以在制造方向上、特别是在层的叠置方向上逐层生产本体；并且本体具有连接到每个泵的通道，所述通道具有尖端，该尖端根据层的厚度钻入叠置结构中，该单元特别是根据本发明所述的。
通常，本发明的每个主题的有利实施例同样适用于本发明的其他主题。本发明的每个主题可以与其他主题相结合，并且本发明的主题也可以与说明书的实施例相结合，这些实施例另外可以以任何技术上可行的组合方式彼此相结合，除非明确提到相反的情况。
提供的优势
本发明使得沿着泵增加通道高度成为可能，同时消除了流体的死区，并优化了泵相对于其周围环境的紧凑性。泵中使用的材料量也减少了，这限制了其质量(mass)和成本。
对应于通道的管道变得自支撑，并且其形状能够更好地满足润滑单元的振动要求，包括由泵自身产生的压力峰值。考虑了油在通道中循环的惯性。三角形保持简单的形状，这进一步优化了可用于流动的空间和坚固性。这种方法的一部分是，根据叠置的方向，将轮廓的最锐角尖端定位在相对的位置。
将中心顶点朝向本体的中心会使它更容易附着在筒上。直面和/或直线的布局允许与中心圆柱体的形状一致。
附图说明
图1示出了根据本发明的轴流式涡轮机。
图2示出了根据本发明的润滑单元的本体。
图3示出了根据本发明第一实施例的润滑单元的通道表面。
图4示出了根据本发明第一实施例的通道的轮廓。
图5示出了根据本发明第二实施例的通道的轮廓。
图6是制造根据本发明的润滑单元的方法的示意图。
具体实施方式
在下面的描述中，术语“入口”和“出口”与润滑装置正常运行期间油的流动方向有关。图1是轴流式涡轮机的简化显示。在这个特殊的例子中，它是一个旁路涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机2包括低压压缩机4、高压压缩机6、燃烧室8和一个或多个涡轮10。在运行中，通过中心轴传递到转子12的涡轮机10的机械动力转动两个压缩机4和6。转子围绕其旋转轴线14的旋转因此能产生空气流并逐渐压缩空气流，直到其进入燃烧室8。
最通常被称为风扇16的入口鼓风机(inlet blower)连接到转子12，并产生主流(primary flow)18和次流(secondary flow)20。通过飞机飞行所需的反作用推力来产生的方式，次流20可以被加速。
倍减器件(demultiplication means)22，例如行星减速齿轮组，可以降低风扇16和/或低压压缩机4相对于相关涡轮机和/或相应传动轴24的转速。后者被有利地安装成能够借助于容纳在润滑室中的轴承26旋转。
涡轮机2可包括向轴24的轴承26和倍减器件22供应油的润滑回路28。除了润滑运动部件，油还可以冷却需要除冰的相同和温暖的区域。
回路28可以为每个构件或每个润滑室展示回收泵30和供给泵32。类似于供给泵32的回收泵30可以有利地结合在润滑单元34内。润滑单元34可通过驱动轴37将油泵送到油箱36或从油箱36抽出油。
图2显示了润滑单元34的外壳，例如图1中的润滑单元。
润滑单元34的外壳具有本体38，特别是主体。本体38可以是单件部件。它可以由一种材料制成。它的材料可以呈现叠置层(stack of layer)40，特别是平行层。本体38可以用铝合金制造，正如它可以用钛合金制造一样，这些材料能够形成晶粒和/或晶体。
在放大图42中，可在显微照相检查下，可以识别层40。例如，每个层40可以由颗粒材料形成。层40可以由材料颗粒形成，可由晶体形成，特别是金属晶体。
层40可以是平行的。它们可以沿叠置方向44叠置。层40的厚度可以小于或等于:1.00mm，或0.10mm，和/或大于或等于:10μm，100μm。
本体38可以具有由中心筒或中心管形成的主壳体46。主壳体46形成一空间，泵(30；32)的转子47被布置在该空间中。该主壳体46可以在叠置方向44上在本体38的大部分上延伸。它可以从安装基座48延伸，该安装基座48旨在连接到支撑件，例如辅助齿轮箱(auxiliary gearbox)，也称为首字母缩写“AGB”。
主壳体46可以具有内表面50。该内表面可以是圆柱形的，并且具有对称轴线52。该对称轴线52可以是专用于壳体46的，并且平行于叠置轴线44；或者至少相对于叠置轴线44倾斜至多15°。
本体38还可以具有一个或多个辅助井状部(auxiliary well)54，以容纳过滤器(未示出)，可以是多级过滤器(strainer)。这些过滤器可对应于文件EP3127592A1中描述的过滤器。过滤器可以位于泵(30；32)的入口处并因此在主壳体46的入口处，以便捕获在油中循环流动的碎屑。辅助轴线56可以对应于辅助井状部54的主伸长方向，并且可以平行于对称轴52。
在源自泵(30；32)的出口处，本体38可以具有液压连接到泵(特别是每个泵(30；32))的通道58，如图1所示。通道58可以由管道59形成，管道59可以例如局部地与筒体分离。通道58的出口60是可见的。该出口在板62中形成孔口，其中开口64形成为对应于泵(30；32)的入口。入口可以穿过过滤器。
图3显示了如图2所示的通道58的内表面66。它还显示了主壳体46的内表面50，特别是如图2所示的。通道58的内表面66可以将主壳体46的内表面50连接到出口60。
通道58可以特别包括独立连接到每个泵的歧管部分70。出口孔72可以将歧管部分70连接到壳体46，而入口孔74相对于对称轴线52位于相对侧，即直径相对。部分70可以在壳体46的大部分上延伸。
通道58可以在层的平面中呈现出反曲率(reversal of curvature)。它可以形成一个S形，也可以是一个问号形。它可以在壳体46的区域中在一个方向上转动，可以作一个U形转动，例如为了围绕它，以得到一定程度的紧凑性；然后在出口60的区域转向另一个方向。出口60可以定向在与入口孔74和/或出口孔72相同的方向上。通道58可以至少局部呈现在截面76的平面中观察到的内部轮廓。其内表面66可以在截面76中至少局部地由内部轮廓产生。该内表面66可以在歧管70和轮廓之间呈现四分之一圈。
截面平面可以垂直于通道58的等分线，通道58明显穿过其组成部分的重心。内部轮廓可以产生通道58的内表面66。
图4显示了通道58的内部轮廓78，特别是如图2和3所示的通道。
通道58的内表面66可以包括三角形内部轮廓78。该轮廓78可以包括第一直线80、第二直线82和第三直线84。这些直线(80-84)相对于彼此倾斜。直线(80-84)可以生成直线表面或直纹面(ruled surface)。它们可以包括平面部分。
在层40的叠置方向44上，至少一个或每个端部86由至少两条直线(80-84)形成。它们可以相对于叠置方向44呈现不同的倾斜度。第一直线80可以遵循方向44，并且可以与其平行。第二直线82可以相对于叠置方向更倾斜，并且该倾斜可以包括在20°到60°的范围中。圆角半径(fillet radius)88连接第一和第二直线82。它的曲率半径可以为2mm到10mm，并且可以等于4mm
轮廓78的主伸长方向90可以遵循叠置44的方向。或者，它们可以相对于彼此倾斜小于或等于15°的角度。
图5显示了根据本发明第二实施例的通道的内部轮廓。尽管编号增加了100，但该图5在相同或相似的元件方面重复使用了前面图中的编号系统。
在该实施例中，内部轮廓178形成五角形。第一直线180和第二直线182在层140的叠置方向144上形成一端186。可选地，圆角半径连接直线180和182。
根据第二实施例的内部轮廓可以应用于图1至3的教导。
图6是用于制造涡轮机润滑单元的方法的示意图。润滑单元可以对应于图1至图5所示的润滑单元。
该方法可以包括以下步骤:
(a)设计(200)润滑导向器的外壳，限定其本体的形状，包括其通道的形状，然后
(b)使用增材制造(202)来生产本体，例如基于粉末，例如钛或铝。
可选地，该方法可以包括以下步骤:
(c)加工(204)由步骤(b)的生产(202)得到的本体，和/或
(d)装配嵌入件(206)。
插入件可以包括套筒、一个或多个过滤器、摆线泵(gerotor-pump)外转子或叶片泵转子、捕获碎片的磁体、电子传感器。

Claims (20)

1.一种用于涡轮机(2)、特别是飞机涡轮喷气发动机的润滑单元(34)，该润滑单元(34)包括:
至少两个泵(30；32)，和
本体(38),其具有与每个泵(30；32)连通的通道(58)，
其特征在于
本体(38)的材料具有沿叠置方向(44；144)的叠置层(40；140)，泵(30；32)容纳在所述叠置层(40；140)中，
且在于
通道(58)具有在层(40；140)的叠置方向(44；144)上的端部(86；186)，且具有包括第一直线(80；180)和第二直线(82；182)的轮廓(78；178),该第一直线和第二直线形成所述端部(86；186)并且相对于叠置层(40；140)倾斜。
2.根据权利要求1所述的润滑单元(34)，其特征在于，第一直线(80；180)和第二直线(82；182)分别产生第一直纹面和第二直纹面，特别是第一平面和第二平面，它们相对于层(40；140)倾斜。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，内部轮廓(78；178)形成具有在叠置方向(44；144)上的主伸长方向(90)的三角形或五角形，所述主伸长方向(90)特别地垂直于层(40；140)布置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，所述内部轮廓(78；178)还包括第三直线(84),其相对于另外两条直线倾斜并且相对于层(40；140)倾斜，所述第三直线(84)能将第一直线(80；180)连接到第二直线(82；182)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，内部轮廓(78；178)的端部(86；186)包括将第一直线(80；180)连接到第二直线(82；182)的圆角半径(88)，该圆角半径小于或等于:10mm或4mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，所述通道(58)在叠置方向(44；144)上在本体(38)的大部分上延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，第一直线(80；180)平行于叠置方向(44；144)，或者相对于叠置方向倾斜至多15°。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，第二直线(82；182)相对于层(40；140)倾斜至少30°。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，所述本体(38)具有容纳所述至少两个泵(30；32)的主壳体(46)，该壳体(46)在叠置方向(44；144)上具有主轴线(52)。
10.根据权利要求9所述的润滑单元(34)，其特征在于，叠置方向(44；144)相对于第一直线(80；180)和/或相对于第二直线(82；182)比相对于主轴线(52)更倾斜。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，每个泵(30；32)包括转子(47),该转子具有沿叠置方向(44；144)的旋转轴线，转子(47)能在叠置方向上叠放。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，其包括用于驱动所述泵(30；32)的驱动轴(37)，该驱动轴(37)穿过大多数层(40；140)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，所述至少两个泵(30；32)包括至少三个泵，或者至少五个泵，特别是直接与通道(58)连通。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，所述润滑单元包括具有辅助轴线(56)的至少一个辅助井状部(54)或至少两个辅助井状部，所述辅助轴线(56)相对于层(40；140)横向布置。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，其包括管道(59)，所述通道(58)形成在所述管道中，并且所述管道可具有三角形或五角形外部轮廓。
16.根据权利要求15所述的润滑单元(34)，其特征在于，所述本体(38)具有两个相对面，所述管道(59)从一个相对面延伸到另一个。
17.根据权利要求15和16中任一项所述的润滑单元(34)，其特征在于，所述管道(59)包括主延伸部，该主延伸部形成第一曲率，然后在与所述第一曲率相反的方向上形成第二曲率。
18.一种涡轮机(2)，特别是能够以负垂直加速度运行的飞机涡轮喷气发动机，包括具有润滑单元(34)的润滑回路(28)，其特征在于，润滑单元(34)是根据权利要求1至17中的一项所述的，优选地，涡轮机(2)包括多个旋转轴承(26)，每个旋转轴承独立地液压连接到润滑单元(34)的泵(30；32)中的一个。
19.一种用于制造涡轮机(2)的、特别是飞机涡轮喷气发动机的润滑单元(34)的方法，该润滑单元(34)包括至少两个泵(30；32)和具有本体的外壳，该本体容纳该至少两个泵(30；32)和通道(58)；
其特征在于，通道(58)包括内部轮廓(78；178)，该内部轮廓具有第一直线(80；180)和第二直线(82；182)，二者形成内部轮廓(78；178)的一端部(86；186)，
该方法包括以下步骤:
(a)设计(200)润滑单元(34)，和
(b)使用增材制造(202)来以叠置层生产本体(38)，以便逐渐形成横向于叠置层(40；140)的第一直线(80；180)和/或第二直线(82；182)，润滑单元特别是根据权利要求1至17中之一所述的。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，通过逐层增材制造(202)进行生产的步骤(b)是使用粉末层、特别是铝或钛粉末层的增材制造工艺。
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