CN111330360A - 空气/油混合物的分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分离空气/油混合物的分离装置(1)，包括混合物入口(8)、容油腔(9)、气循环管道(11)、至少一个过滤器(21)，该至少一个过滤器(21)旋转联接至旋转驱动轴(12)，该分离装置(1)设计为从上述入口(8)而来的混合器通向容油腔(9)，并且被驱动经过旋转驱动的过滤器(21)，使得包含在混合物中的油向着过滤器(21)的径向外周被离心，并注入到容油腔(9)中，过滤后的空气通向气流管路(11)，旋转驱动轴(12)联接到可以被至少一部分过滤后的气流驱动旋转的涡轮(26)，涡轮(26)包括使过滤后的流体通向外部的排气口(29)。使用过滤后的空气供应涡轮机可以最大程度地回收能量，从而提高涡轮机的效率。

Description

空气/油混合物的分离装置

技术领域

本发明涉及一种空气/油混合物的分离装置及用于涡轮机的附件箱。

背景技术

通常，附件箱是用于支撑和机械地驱动其他设备的装置，这些其他设备称为附件，如发电机，油泵或燃料泵或其他泵，这些设备是涡轮机或安装有涡轮机的飞行器运行所必需的。为了提供这种驱动，通常，通过与主轴啮合的径向副轴从涡轮机的主轴输出所需的动力，并将该动力机械地传递至附件箱。

附件箱通常具有固定壳体，齿轮容纳在壳体中以将动力分配给不同附件。

附件箱也可以与空气/油混合物的分离装置，即，油分离器相结合，如从申请人名义的文献FR 3 064 305中所获知的。

为此，直接从涡轮机的气流中抽出空气。然后，这些空气经过涡轮机而排放到涡轮机的外部，以限制涡轮机其他区域中的压力累积。这种已经经过涡轮机不同区域的空气中充满了用于冷却和润滑旋转部件轴承和小齿轮的油。为了避免排放含油空气，减少涡轮机的生态影响，降低油耗并限制机油储备，提供装置使得空气排放到涡轮机外部之前能够将油与空气分离是很重要的。

图1示出了这种配备有附件箱2的装置1。附件箱2具有中空壳体3，该中空壳体3界定了由盖5封闭的内部空间4，并包括由小齿轮或齿轮形成的齿轮组6，旨在将从涡轮机轴获取的动力分配给涡轮机的各种设备。附件箱2具有固定在盖5上的固定壳体7，所述壳体7在上部界定出油/空气混合物入口8，在下部界定出具有出油口10的环形容油腔9，以及中央空气循环管道或通道11。

装置1还包括具有X轴线的旋转轴12，该旋转轴包括中空的前部(第一部分)13，该中空的前部(第一部分)通过滚动轴承17可枢转地安装在壳体3的前径向壁15的壳体14中以及盖5的中央开口16中。轴12的前部13还具有带齿的小齿轮18，小齿轮18在此处与轴12的前部13集成一体，并与附件箱2的小齿轮6啮合，从而使轴12受到驱动而旋转。

术语“轴向”和“径向”是相对于X轴线来定义的。

所述轴12还包括中空的后部19(第二部分与第一部分沿X轴相对)，其向后加宽并且包括内部环形部22。后部19的后端通过，例如焊接方式，可旋转地联接到支撑过滤器21的盒体20中。在运行过程中，涡轮机轴的旋转引起轴12、后部19和带有过滤器21的盒体20相对于壳体7、壳体3和盖5绕X轴线旋转。

空气和油的混合物通过入口8注入到壳体7中，然后经过过滤器21，在这里油从空气中分离并通过离心作用径向向外抽出，然后排放到容油腔9中，最后通过出口10在下部排出。

已经经过过滤器21过滤后的空气经过轴12的中空后部19的内部空间，并且在被排放到外部之前进入空气循环通道11。

该方案目前需要回收尽可能多的能量以提高涡轮机的效率。

本发明旨在提供针对该需求的简单，经济和可靠的解决方案。

发明内容

为实现此目的，本发明提出由空气/油混合物而来的流体流向包括流体入口、容油腔、空气循环管道、至少一个过滤器，该至少一个过滤器可旋转地联接到具有纵向轴线的旋转驱动轴上，该分离装置设计为使得来自上述流体入口的流体通向腔室，并经旋转的过滤器驱动而使得流体中包含的油向过滤器外部径向离心并注入到容油腔中，过滤后的流体通向其气流管路，其特征在于，旋转的驱动轴联接至能够由过滤后的气流的至少一部分驱动旋转的涡轮，该涡轮包括一个打开的空气出口。

由此，无论涡轮机的速度如何，涡轮都能驱动驱动轴旋转，并驱动过滤器。事实上，涡轮的转速以及相应的过滤效率取决于过滤的空气的流量及相应的过滤需求。特别地，驱动轴的转速在机械上独立于附件箱设备支架的运动链系，因此而与涡轮机轴的转速无关。

这种结构提高了油和空气分离的效率。应当记住，要处理的空气的体积流量不仅取决于涡轮机的运行速度，还取决于气压及相应的海拔高度。

术语“轴向”和“径向”是相对于旋转驱动轴的轴线定义的。

来自涡轮的空气可以释放到大气中。

涡轮可具有进气口，具有排气口的气流管路和将气流管路连接至涡轮进气口的管道，管道用以将过滤后的流体引导至涡轮进气口。

涡轮可以是径向涡轮，涡轮的进气口沿径向延伸，涡轮机的出气口沿轴向方向延伸。

该装置可以包括固定壳体，该固定壳体界定流体入口和容油腔，所述壳体还界定空气循环管路，旋转驱动轴包括：第一部分，该第一部分设置有自由端，该自由端旋转地联接至涡轮转子；第二部分，该第二部分沿轴设于第一部分的对面，所述第二部分是中空的，并且在其径向外周支撑过滤器。

中空支架可以在气流管路中相对于壳体枢转，所述支架在其径向内周处支撑过滤器。

固定壳体可具有位于集油室下部的出油口。

通过过滤器过滤的空气因此能够流入轴的第二中空部分的内部空间中，然后通过中空支架导向至空气循环管道。

另外，从混合物中分离出的油流入回油室，然后通过出油口从回油室的下部抽出。

本发明还涉及一种用于涡轮机的附件箱，该附件箱包括容纳齿轮构件的壳体，齿轮构件能够受涡轮机轴的驱动并能够使至少一个设备旋转，其特征在于，附件箱包括前述类型的分离装置，其特征在于，涡轮轴向地位于附件箱壳体的第一侧，空气循环管路、容油腔和过滤器轴向地位于所述附件箱的第二侧，所述分离装置的旋转驱动轴轴向地穿过所述壳体。

旋转驱动轴通过轴承由所述壳体支撑。

轴承是，例如滚动轴承，如球轴承或滚柱轴承。

这样的布置允许附件箱壳体用作支架，同时由于其独立于附件箱传动系而可以自由地将分离装置放置在壳体上。这使得可以方便分离装置的集成，特别是，例如通过减少空气和/或油管的长度。

壳体可具有大体上呈铃铛形的部分，其被径向延伸的盖封闭。

分离装置的旋转驱动轴可以不具有与附件箱的齿轮构件相联接的装置。

此外，本发明涉及一种具有上述类型的附件箱的涡轮机。

附图说明

图1是现有技术的设置在附件箱上的空气/油混合物分离装置的截面图，

图2是本发明的一个实施例的压气机壳体的剖面立体图，该压气机壳体设有附件箱和用于分离空气/油混合物的装置，

图3是对应于图1的视图，示出了本发明的设置在附件箱上的用于分离空气/油混合物的装置，

图4是涡轮转子的立体图，

图5是涡轮转子的侧视图。

具体实施方式

图2和图3表示根据本发明的一个实施例的设置在附件箱2中的用于分离空气/油混合物的装置1。

附件箱2具有固定壳体3，该固定壳体3固定至压气机壳体25，并且在其中容纳有用于向各种附件分配动力的齿轮。

空气/油混合物分离装置也称为油分离器。

如图3所示，固定壳体3是中空的，并界定了内部空间4，内部空间4在后部由盖5封闭。壳体3包括由小齿轮或齿轮(不可见)形成的齿轮组，以便将从涡轮机轴获取的动力分配给涡轮机的各种设备。附件箱2具有与盖5集成一体的固定壳体7，所述壳体7在上部界定出油/空气混合物入口8，在下部界定出具有出油口10的环形容油腔9，并界定出中央空气循环管道或通道11。

术语“高”和“低”是相对于重力定义的。因此，下部是油在重力作用下迁移到的部分。

装置1还包括带有X轴线的旋转轴12，该旋转轴12包括前部13，前部13通过滚动轴承17枢转到壳体3的径向前壁15的壳体14和盖5的中央开口16中。轴12的前部13没有与附件箱的小齿轮相啮合的小齿轮。

轴12的前部13轴向穿过附件箱2的壳体3并且在其前端敞开。

前部位于图3的左侧，后部位于此图的右侧。

术语“轴向”和“径向”是相对于X轴线定义的。

涡轮转子26安装和可旋转地联接到轴12的前部13的前端13a。涡轮转子26与涡轮机壳27联合形成径向涡轮，该径向涡轮包括径向定向的进气口28，该进气口28在径向方向上位于转子26的外部，径向涡轮还包括沿转子26的旋转轴线X延伸的排气口29。所述转子26具有叶片30或翼片，其形状在图4和5中更清楚可见。

中央气流通道11的出口31，即后端，通过未示出的管道连接到涡轮进气口28。

所述轴12还包括向后加宽的中空后部19，其包括内部环形部22。该后部19的后端通过例如，焊接的方式可旋转地联接至支撑过滤器21的盒体20。过滤器21是由例如泡沫金属材料制成，特别是从文献FR3 064 305中已知的。盒体20的径向内周由内部部件22支撑，并枢转地安装在壳体7上，特别是通过密封件23,24安装在中央气流通道11处。

在运行时，空气和油的混合物通过入口8注入壳体7，然后经过过滤器21，在过滤器21中油与空气分离并通过离心作用径向向外抽出，然后通向容油腔9中，在此处由于重力作用而通过出口10排入到下部。

特别地，包含在空气/油混合物中的油滴被过滤器21收集，并由于支撑过滤器21的所述盒体20的旋转产生的离心力而朝着盒体20的径向外周移动。然后，油滴受重力作用而流向出口10。

已经经过过滤器21过滤后的空气经过轴12的中空后部19的内部空间，然后导入至涡轮入口28之前，通过上述管道进入气流通道11。然后，这些空气驱动涡轮转子26，进而驱动轴12，过滤器21，环20和轴套22相对于壳体7，壳体3和盖5绕X轴线旋转。

特别地，空气从外部向内径向地进入涡轮。叶片的形状，更通常地说是涡轮转子26的形状，使得可以将气流的动能转换成涡轮转子26的旋转运动。由于后者可旋转地联接至轴12，因此，涡轮转子26的旋转可以驱动轴12旋转。

使用过滤后的空气供应涡轮机可以最大程度地回收能量，从而提高涡轮机的效率。

Claims (10)

1.一种用于从空气/油混合物中分离流体的分离装置(1)，其包括流体入口(8)，容油腔(9)，空气循环管道(11)以及旋转地联接至带有纵向轴线(X)的旋转驱动轴(12)的至少一个过滤器(21)，分离装置(1)采用这样的设计，使得来自上述流体入口(8)的流体通向腔室(9)，并且被驱动通过旋转的过滤器(21)，从而使流中所含的油在过滤器(21)的径向外部离心并注入到容油腔(9)，过滤后的流体通向气流管路(11)，其特征在于，旋转驱动轴(12)与能够由至少一部分过滤后的流体驱动旋转的涡轮(26)相连，该涡轮(26)包括打开的排气口(29)。

2.根据权利要求1所述的分离装置(1)，其特征在于，所述涡轮(26)具有进气口(28)，所述空气循环管道(11)具有出气口(31)，连接所述空气循环管道的管道(11)通向涡轮(26)的进气口(28)，以便引导在涡轮(26)的进气口(28)处过滤的气流。

3.根据权利要求2所述的分离装置(1)，其特征在于，所述涡轮(26)是径向涡轮，所述涡轮的空气入口(28)径向延伸，所述涡轮(26)的排气口(29)沿轴线(X)延伸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，所述分离装置包括固定壳体(7)，所述壳体界定所述流体入口(8)和所述容油腔(9)，所述壳体(7)还界定气流管路(11)，旋转驱动轴(12)包括：第一部分(13)，其具有自由端(13a)，该自由端(13a)可旋转地联接至涡轮(28)的转子(26)；第二部分(19)，其与第一部分(13)相对于轴线(X)相对设置，第二部分(19)是中空的，并且在其径向外周支撑过滤器(21)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，中空支架(22)相对于所述壳体(7)可枢转地安装在所述气流管路(11)的区域中，所述支架(22)在其径向内周处支撑过滤器(21)。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的分离装置(1)，其特征在于，所述固定壳体(7)具有出油口(10)，该出油口(10)位于所述容油腔(9)的下部。

7.一种用于涡轮机的附件箱(2)，包括壳体(3)，其容纳齿轮构件，该齿轮构件能够由涡轮机的轴驱动并且能够使至少一台设备旋转，其特征在于，其包括如权利要求1～6任一所述的分离装置，所述涡轮(26)轴向地位于所述附件箱(2)的所述壳体(3)的第一侧，所述气流管路(11)，容油腔(9)和过滤器(21)轴向地位于所述壳体(3)的第二侧，所述分离装置(1)的旋转驱动轴(12)轴向穿过所述壳体(3)。

8.根据权利要求7所述的附件壳体(2)，其特征在于，所述旋转驱动轴(12)通过轴承(17)由所述壳体(3)支撑。

9.根据权利要求7或8所述的附件箱(2)，其特征在于，所述分离装置(1)的旋转驱动轴(12)没有与所述附件箱(2)的齿轮构件相联接的构件。

10.一种包括根据权利要求7至9中任一项所述的附件箱(2)的方法。

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