CN114033556A - 一种供回油流量可调的润滑系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及燃气涡轮发动机润滑系统领域，为一种供回油流量可调的润滑系统，首先将供回油一体化的供回油泵进行拆除，分成供油泵和回油泵，而后分别用电机进行控制，形成电机驱动供油泵和电机驱动回油泵，在电机驱动供油泵上设置能够对供油电机转速进行控制的供油泵电机控制器，在电机驱动回油泵上设置能够对回油电机转速进行控制的回油泵电机控制器，供油泵电机控制器和回油泵电机控制器均接收发动机各轴承腔的温度、压力数据还有发动机的转速数据，并根据这些数据对供油电机和回油电机的转速进行动态调整，从而对润滑系统的流量进行动态调整，可以在燃气涡轮发动机研制初期较快地得到不同状态下最佳供、回油流量分配。

Description

一种供回油流量可调的润滑系统及试验方法

技术领域

本申请属于燃气涡轮发动机润滑系统领域，特别涉及一种供回油流量可调的润滑系统及试验方法。

背景技术

燃气涡轮发动机润滑系统主要功能是往发动机中供给滑油，减少运动对偶面的摩擦与磨损，带走轴承腔内部分热量。滑油的输送和回收主要由滑油泵实现。常见的滑油泵一般设计为供、回油一体化结构，增压级与回油级间有密封结构防止串油。通常安装在发动机外部，由附件机匣驱动，流量随发动机高压转子转速变化，供、回油比例设计之初确定后，无法改变。

现有技术方案中滑油泵供、回油流量仅随发动机高压转子转速变化，不能根据发动机不同转速状态下轴承腔压力的变化进行有效的流量调整，影响润滑系统运行效果，不利于开展整机级润滑系统性能研究。

现有发动机润滑系统供、回油比例一般根据经验值给出，前期设计过程中无法考虑轴承腔实际腔压变化对供、回油流量的影响，不能根据不同的轴承腔形式、通风形式、轴承腔压力等情况给出最佳供、回油流量及比例。一旦滑油泵设计完成，供、回油流量便确定，在实际使用过程中可能发生供油或回油能力不足、供回油流量与发动机状态不匹配等问题。影响发动机运行，甚至需重新设计或改进滑油泵，提高了生产成本，影响了研制进度。

因此，如何对润滑系统的供、回油流量进行更有效的控制是一个需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供了一种供回油流量可调的润滑系统及试验方法，以解决现有技术中供回油能力固定而导致在轴承腔形式、通风形式或轴承腔压力改变时导致的供回油能力不足、供回油流量与发动机状态不匹配的问题。

本申请的技术方案是：一种供回油流量可调的润滑系统，包括供油系统、回油系统和通风系统，其特征在于：所述供油系统包括滑油箱、电机驱动供油泵，所述电机驱动供油泵上连接有供油泵电机控制器；所述回油系统包括电机驱动回油泵，所述电机驱动回油泵上连接有回油泵电机控制器；在发动机每个轴承处均设置能够感应轴承腔内温度压力的温度传感器和压力传感器，所有所述温度传感器和压力传感器均与供油泵电机控制器和回油泵电机控制器电连接；所述供油泵电机控制器根据接收的温度、压力数据对供油电机的转速进行调整，所述回油泵电机控制器根据接收的温度、压力数据对回油电机的转速进行调整。

优选地，所述供油系统的管路上还设有多组流量计，每组流量计分别与发动机内的轴承腔相连。

优选地，所述通风系统包括油雾分离器，所述油雾分离器的入口与各封严密封装置的轴承腔相连，所述油雾分离器的出口与电机驱动回油泵的入口相连。

优选地，所述滑油箱与电机驱动回油泵之间设有散热器。

作为一种具体实施方式，一种供回油流量可调的润滑试验方法，包括，发动机起动至慢车状态；给定稳定状态下供回油初始转速；记录此时的供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；保持供油泵转速不变、改变回油泵转速，稳定后记录供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；保持回油泵转速不变，改变供油泵转速，稳定后记录供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；提高发动机状态并稳定运行，再次给定稳定状态下的供回油初始转速，并循环运行，直至发动机达到最高状态。

本申请的一种供回油流量可调的润滑系统，首先将供回油一体化的供回油泵进行拆除，分成供油泵和回油泵，而后分别用电机进行控制，形成电机驱动供油泵和电机驱动回油泵，在电机驱动供油泵上设置能够对供油电机转速进行控制的供油泵电机控制器，在电机驱动回油泵上设置能够对回油电机转速进行控制的回油泵电机控制器，供油泵电机控制器和回油泵电机控制器均接收发动机各轴承腔的温度、压力数据还有发动机的转速数据，并根据这些数据对供油电机和回油电机的转速进行动态调整，从而对润滑系统的流量进行动态调整，可以在燃气涡轮发动机研制初期较快地得到不同状态下最佳供、回油流量分配。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请整体系统结构示意图；

图2为本申请整体方法的流程示意图。

1、燃气涡轮发动机；2、流量计；3、滑油滤；4、回油泵电机控制器；5、电机驱动回油泵；6、电机驱动供油泵；7、供油泵电机控制器；8、散热器；9、滑油箱；10、油雾分离器。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

一种供回油流量可调的润滑系统，通过对现有一体化结构的供回油润滑系统分析可得，由于润滑系统中供回油比例的值确定，而滑油泵仅由附加机匣驱动，而附加机匣又仅受发动机高压转子的转速控制，相互之间的关联度过高。

基于该问题，需要首先解除润滑系统与高压转子之间的关联关系，使得润滑系统的控制自由化，而后考虑到供回油比例不一定需要按照确定的比值来运行，可以根据实际需要进行调整，因此将供油的滑油泵和回油的滑油泵分开控制、单独运行，使得供回油系统能够根据发动机的实际工作情况进行适应性调整，以保证获得有效的试验数据。

如图1所示，具体如下：

包括供油系统、回油系统和通风系统，供油系统用于对发动机各系统的供油，回油系统用于对发动机各系统的回油，通风系统用于将轴承腔内的空气排出。

供油系统包括滑油箱9、电机驱动供油泵6、滑油滤3及其相关的管路结构，电机驱动供油泵6上连接有供油泵电机控制器7，供电泵电机控制器对电机驱动供油泵6上的电机转速进行控制，电机驱动供油泵6工作进行供油，经过滑油滤3过滤后输送至发动机的各个系统的轴承腔内。

回油系统包括电机驱动回油泵5及其对应的管路结构，电机驱动回油泵5上连接有回油泵电机控制器4，回油泵电机控制器4对电机驱动回油泵5上年的电机转速进行控制，电机驱动回油泵5工作将各个轴承腔内的滑油抽出，并回油至滑油箱9内。

在发动机每个轴承处均设置能够感应轴承腔内温度压力的温度传感器和压力传感器，所有温度传感器和压力传感器均与供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4电连接；供油泵电机控制器7根据接收的温度、压力数据对供油电机的转速进行调整，回油泵电机控制器4根据接收的温度、压力数据对回油电机的转速进行调整。

在供油系统的管路上设有多组流量计2，每组流量计2均与一组轴承腔相连，用于对不同轴承腔的供油量进行实时监控。

通风系统包括油雾分离器10，油雾分离器10的入口与各封严密封装置的轴承腔相连，油雾分离器10的出口与电机驱动回油泵5的入口相连，油雾分离器10用于接收各轴承腔内漏入的空气，这些空气在经过油雾分离后排出发动机。

在滑油箱9与电机驱动回油泵5之间设有散热器8，在电机驱动回油泵5回油之后，返回的滑油进入到散热器8内进行散热后再返回到滑油箱9。

滑油系统工作时，电机驱动供油泵6将滑油箱9内的油抽出，经过滑油滤3过滤之后进过各流量计2检测流量，检测的流量数据返回至后台内，滑油经过流量计2后进入到处于发动机不同位置处的各轴承的轴承腔内，进行润滑和散热，各轴承处的压力传感器和温度传感器对轴承腔内的温度和压力数据进行采集，并发送至供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4，经过润滑和散热之后的滑油通过电机驱动回油泵5抽出，再经过散热器8散热后返回至滑油箱9，实现循环，各轴承腔内的空气进入到油雾分离器10分离后将空气排到大气中，分出的滑油通过电机驱动回油泵5抽出并返回到滑油箱9。

供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4根据接收的压力、温度、发动机转速数据进行判断，并对电机驱动供油泵6和电机驱动回油泵5的数据进行实时调整。

其具有以下优点：1、实现流量动态调整和闭环控制，滑油系统工作时，供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4先设定一定的初始转速进行工作，而后通过温度传感器、压力传感器和发动机上本身设置的其它传感器接收各轴承腔内的压力、工作情况、通风系统的通风情况、发动机的转速情况等，将各部分采集的数据与现有的标准值进行对比，如果还未到达最佳的工作区间，则由供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4从小至大逐渐增大供油电机和回油电机的转速，每增加一次转速，对发动机内的数据进行一次采样，直至确定发动机到达最高状态，也即是处在最佳的工作区间后，控制供油电机和回油电机保持在该转速，在发动机的工作状态发生变化时，供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4能够根据接收到的情况对供油电机和回油电机的转速进行实时调整，使得发动机能够始终地处于最佳的工作区间，可以在燃气涡轮发动机1研制初期较快地得到不同状态下最佳供、回油流量分配，保证了供油能力和发动机状态的稳定性，实现了发动机润滑系统流量的动态调整和闭环控制，相比于现有的开环控制，发动机的工作性性能明显更为优越。

2、抗风险能力强，在发动机一些突发状况上，供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4也能够实时的接收对应的温度、压力等数据对供回油电机的转速进行快速调整，使得涡轮发动机能够快速地适应突发状态，提高了润滑系统和发动机的抗风险能力。

3、智能化，在供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4中设置有相应的程序，在接收到温度、压力等数据之后，能够通过程序对发动机当前所处的状态进行判断，在准确判断完成燃气涡轮发动机1的状态之后，再根据当前情况确定供油电机需要达到的转速、回油电机需要达到的转速，在调整的过程中，供回油的比例会在允许的范围内进行动态的调整，实现发动机的智能化控制。

4、实时调控能力，在转速、压力、温度数据任意一项发生变化之后，供油泵电机控制器7和回油泵电机控制器4均能够获取数据的变化从而进行对应转速的调整，以适应发动机发生的变化。

5、精细化控制，对于不同的燃气涡轮发动机1来说，每台燃气涡轮发动机1其工作状态均不完全相同，而通过设置压力传感器、温度传感器，供油量电机控制器和回油量电机控制器能够接收这些压力、温度数据从而根据不同的燃气涡轮发动机1的实际工作情况进行微量调整，从而使得不同的燃气涡轮发动机1均能够处在自身最佳的工作区间。

得到的数据便于开展后续发动机润滑系统的研究，并且需要说明的是，本发明的润滑系统的使用范围不限于燃气涡轮发动机1，涡扇发动机等发动机均可以进行使用。

作为一种具体实施方式，还包括一种供回油流量可调的润滑试验方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S100，发动机起动至慢车状态；

步骤S200，给定稳定状态下供回油初始转速；

步骤S300，记录此时的供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；

步骤S400，保持供油泵转速不变、改变回油泵转速，稳定后记录供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；

步骤S500，保持回油泵转速不变，改变供油泵转速，稳定后记录供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；

步骤S600，提高发动机状态并稳定运行，再次给定稳定状态下的供回油初始转速，并循环运行，即重复步骤S200-S600，直至发动机达到最高状态。

通过对该该润滑系统可对供、回油流量进行动态调整，能适应不同轴承腔压力并得到最佳供回油控制规律，指导滑油泵设计。

通过对供、回油泵流量进行动态调整，可以在燃气轮机研制初期较快地得到不同状态下最佳供回油流量分配，避免因计算误差及实际工况变化导致的轴承腔润滑冷却效果不好等问题，缩短研制周期，降低生产成本。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种供回油流量可调的润滑系统，包括供油系统、回油系统和通风系统，其特征在于：所述供油系统包括滑油箱(9)、电机驱动供油泵(6)，所述电机驱动供油泵(6)上连接有供油泵电机控制器(7)；所述回油系统包括电机驱动回油泵(5)，所述电机驱动回油泵(5)上连接有回油泵驱动控制器(4)；在发动机每个轴承处均设置能够感应轴承腔内温度压力的温度传感器和压力传感器，所有所述温度传感器和压力传感器均与供油泵电机控制器(7)和回油泵电机控制器(4)电连接；所述供油泵电机控制器(7)根据接收的温度、压力数据对供油电机的转速进行调整，所述回油泵电机控制器(4)根据接收的温度、压力数据对回油电机的转速进行调整。

2.如权利要求1所述的供回油流量可调的润滑系统，其特征在于：所述供油系统的管路上还设有多组流量计(2)，每组流量计(2)分别与发动机内的轴承腔相连。

3.如权利要求1所述的供回油流量可调的润滑系统，其特征在于：所述通风系统包括油雾分离器(10)，所述油雾分离器(10)的入口与各封严密封装置的轴承腔相连，所述油雾分离器(10)的出口与电机驱动回油泵(5)的入口相连。

4.如权利要求1所述的供回油流量可调的润滑系统，其特征在于：所述滑油箱(9)与电机驱动回油泵(5)之间设有散热器(8)。

5.一种供回油流量可调的润滑试验方法，其特征在于：包括，

发动机起动至慢车状态；

给定稳定状态下供回油初始转速；

记录此时的供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；

保持供油泵转速不变、改变回油泵转速，稳定后记录供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；

保持回油泵转速不变，改变供油泵转速，稳定后记录供油温度、回油温度、供油压力、轴承腔及附件机匣压力、供油流量；

提高发动机状态并稳定运行，再次给定稳定状态下的供回油初始转速，并循环运行，直至发动机达到最高状态。

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