CN114198206A - 航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机，航空发动机组合回油泵包括外壳体，以及安装在外壳体内的至少一级齿轮泵、至少一级旋板泵和至少一齿轮变速箱，每一齿轮泵和对应的每一旋板泵之间通过齿轮变速箱连接；外壳体上开设有旋板泵入口接口、齿轮泵入口接口、出口接口、第一排油通道和第二排油通道，旋转泵入口接口与旋转泵的入口腔连通，齿轮泵入口接口与齿轮泵的入口腔连通；第一排油通道连通旋板泵的出口腔和出口接口，第二排油通道连通齿轮泵的出口腔和第一排油通道。本发明充分发挥齿轮泵和旋板泵各自工作特性上的优势，提高了航空发动机回油泵在整个飞行包线内的工作适应性，且有效降低回油泵的整体重量。

Description

航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机
技术领域
本发明涉及航空发动机领域，特别涉及一种航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机。
背景技术
在航空发动机领域中，航空发动机回油泵是发动机滑油系统中的关键元件，其功能是将供应至发动机轴承、齿轮等润滑部位的润滑油从发动机轴承腔、齿轮箱等部位重新抽回至滑油箱，保证润滑油在航空发动机内能够循环使用。航空发动机回油泵一般为同一根轴，多个回油级集成在一个壳体内。
高空性是影响航空发动机回油泵性能的重要指标。由于飞机飞行高度最高可达20000m左右，此状态下空气相当稀薄，润滑油在如此低的环境压力下会发生气化，导致回油泵进口会有很多气泡，影响回油泵的抽吸效率，严重时可导致回油泵不能抽吸回滑油。
目前航空发动机回油泵主要有齿轮泵和旋板泵两种类型。齿轮泵为侧向进油，进口填充较慢，容易受到高空性影响，但其设计点转速较高。旋板泵为直接进油，其高空性能较好，但其设计点转速较低。
由于航空发动机回油泵的各个回油级连接发动机不同的腔体，因此其进口条件各不相同。如果所有回油级均为同一种类型，则会存在适应性不好的问题，如全部为齿轮泵，将会导致高空环境无法抽吸回油的问题。如全部为旋板泵，将会使整个回油泵重量相对增加。
有鉴于此，本领域技术人员研制了一种航空发动机组合回油泵，以期解决上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中航空发动机中单一齿轮泵组合高空性能差和单一旋转泵组合重量大的缺陷，提供一种航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种航空发动机组合回油泵，其特点在于，所述航空发动机组合回油泵包括外壳体，以及安装在所述外壳体内的至少一级齿轮泵、至少一级旋板泵和至少一齿轮变速箱，每一所述齿轮泵和对应的每一所述旋板泵之间通过所述齿轮变速箱连接；
所述外壳体上开设有旋板泵入口接口、齿轮泵入口接口、出口接口、第一排油通道和第二排油通道，所述旋转泵入口接口与所述旋转泵的入口腔连通，所述齿轮泵入口接口与所述齿轮泵的入口腔连通；
所述第一排油通道连通所述旋板泵的出口腔和所述出口接口，所述第二排油通道连通所述齿轮泵的出口腔和所述第一排油通道。
根据本发明的一个实施例，所述旋板泵包括壳体、第一转子和第一转轴，所述壳体为环形腔体，所述第一转子通过所述第一转轴安装在所述壳体内，所述第一转子的转动中心与所述壳体的内壁横截面的圆心相对偏心，所述第一转子的外环与所述壳体的内壁面相切。
根据本发明的一个实施例，所述第一转子的周向安装有多个旋板组件，所述旋板组件在所述第一转子内自由滑动；
当所述第一转子绕所述第一转轴旋转时，所述旋板组件与所述壳体的内壁面贴合将所述第一转子和所述壳体之间的空腔分隔成多个部分。
根据本发明的一个实施例，每一所述旋板组件包括两个旋板和一连接杆，所述旋板安装在所述连接杆的两端，所述第一转子的周向开设有多个凹槽，所述旋板嵌套在对应的所述凹槽内。
根据本发明的一个实施例，所述齿轮泵包括偏心套、摆线外转子、摆线内转子和第二转轴，所述偏心套内嵌在所述外壳体内，所述摆线外转子内嵌在所述偏心套内，所述摆线内转子安装在所述第二转轴上，位于所述摆线外转子内，且所述摆线内转子的转动中心相对所述摆线外转子的转动中心偏置，所述第二转轴通过所述齿轮变速箱与所述第一转轴连接。
根据本发明的一个实施例，所述摆线内转子的齿数比所述摆线外转子的齿数少一个齿。
根据本发明的一个实施例，所述偏心套上开设有多个第一通道，所述第一通道与所述齿轮泵的入口腔连通。
根据本发明的一个实施例，所述偏心套上开设有多个第二通道，所述第二通道的一端与所述齿轮泵的出口腔连通，另一端与所述第二排油通道连通。
根据本发明的一个实施例，所述齿轮变速箱包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮安装在所述第一转轴上，所述第二齿轮安装在所述第二转轴上，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合传动；
所述外壳体设置有一连通所述旋转泵和所述齿轮泵的连接腔体，所述齿轮变速箱布置在所述连接腔体内。
根据本发明的一个实施例，所述连接腔体上开设有一第三通道，所述第三通道连通所述连接腔体和所述第二排油通道。
根据本发明的一个实施例，所述齿轮泵的第一转子和所述旋板泵的摆线内转子相互对称偏置设置，使得所述第一转子的偏心方向和所述摆线内转子的偏心方向相反。
本发明还提供了一种航空发动机，其特点在于，所述航空发动机包括如上所述的航空发动机组合回油泵。
本发明的积极进步效果在于：
本发明航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机的回油级为齿轮泵和旋板泵的组合。其对于压力相对低的腔体，可连接至旋板泵回油级，而对于压力相对较高的腔体，可连接至齿轮泵回油级，同时两种类型的泵在各自适应的转速下运行，这样可提高回油泵的工作适应性。
所述航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机通过高低压滑油腔分别回油及齿轮泵与旋板泵的转速适配，充分发挥齿轮泵和旋板泵各自工作特性上的优势，提高了航空发动机回油泵在整个飞行包线内的工作适应性，且有效降低回油泵的整体重量。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为本发明航空发动机组合回油泵的结构示意图。
图2为图1中沿b-b线剖开的剖视图。
图3为图1中沿a-a线剖开的剖视图。
图4为本发明航空发动机的工作原理示意图。
【附图标记】
外壳体 10
齿轮泵 20
旋板泵 30
齿轮变速箱 40
旋板泵入口接口 11
齿轮泵入口接口 12
出口接口 13
第一排油通道 14
第二排油通道 15
旋转泵的入口腔 31
旋板泵的出口腔 32
齿轮泵的入口腔 21
齿轮泵的出口腔 22
壳体 33
第一转子 34
第一转轴 35
固定件 351
第一转子的转动中心 O1
壳体的内壁横截面的圆心 O2
旋板组件 36
旋板 361
连接杆 362
凹槽 341
吸油腔 37
排油腔 38
偏心套 23
摆线外转子 24
摆线内转子 25
第二转轴 26
摆线内转子的转动中心 O3
摆线外转子的转动中心 O4
第一通道 231
第二通道 232
第一齿轮 41
第二齿轮 42
连接腔体 16
第三通道 161
航空发动机 100
航空发动机滑油箱 110
第一轴承腔 120
第二轴承腔 130
键 27
花键轴 140
第一轴承 341
第二轴承 261
密封结构 150
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1为本发明航空发动机组合回油泵的结构示意图。图2为图1中沿b-b线剖开的剖视图。图3为图1中沿a-a线剖开的剖视图。
如图1至图3所示，本发明公开了一种航空发动机组合回油泵，其包括外壳体10，以及安装在外壳体10内的至少一级齿轮泵20、至少一级旋板泵30和至少一齿轮变速箱40，每一齿轮泵20和对应的每一旋板泵30之间通过齿轮变速箱40连接。外壳体10上开设有旋板泵入口接口11、齿轮泵入口接口12、出口接口13、第一排油通道14和第二排油通道15，将旋转泵入口接口11与旋转泵30的入口腔31连通，齿轮泵入口接口12与齿轮泵20的入口腔21连通。第一排油通道14连通旋板泵30的出口腔32和出口接口13，第二排油通道15连通齿轮泵20的出口腔22和第一排油通道14。
优选地，旋板泵30包括壳体33、第一转子34和第一转轴35，壳体33为环形腔体，第一转子34通过第一转轴35安装在壳体33内，第一转子34可以通过固定件351固定在第一转轴35上，第一转子34的转动中心O1与壳体33的内壁横截面的圆心O2相对偏心，第一转子34的外环与壳体33的内壁面相切。
此处，第一转子34的周向安装有多个旋板组件36，使得旋板组件36在第一转子34内自由滑动。当第一转子34绕第一转轴35旋转时，旋板组件36与壳体33的内壁面贴合将第一转子34和壳体33之间的空腔分隔成多个部分。每一旋板组件36包括两个旋板361和一连接杆362，旋板361安装在连接杆362的两端，第一转子34的周向开设有多个凹槽341，旋板361嵌套在对应的凹槽341内。
优选地，齿轮泵20包括偏心套23、摆线外转子24、摆线内转子25和第二转轴26，将偏心套23内嵌在外壳体10内，摆线外转子24内嵌在偏心套23内，摆线内转子25安装在第二转轴26上，位于摆线外转子24内，且摆线内转子25的转动中心O3相对摆线外转子24的转动中心O4偏置，第二转轴26通过齿轮变速箱40与第一转轴35连接。此处，摆线内转子25的齿数优选地比摆线外转子24的齿数少一个齿。
进一步地，偏心套23上开设有多个第一通道231，第一通道231与齿轮泵20的入口腔21连通。偏心套23上开设有多个第二通道232，第二通道232的一端与齿轮泵20的出口腔22连通，另一端与第二排油通道15连通。
优选地，齿轮变速箱40包括第一齿轮41和第二齿轮42，第一齿轮41安装在第一转轴35上，第二齿轮42安装在第二转轴26上，第一齿轮41与第二齿轮42啮合传动。外壳体10设置有一连通旋转泵30和齿轮泵20的连接腔体16，齿轮变速箱40布置在连接腔体16内。
另外，在连接腔体16上开设有一第三通道161，第三通道161连通连接腔体16和第二排油通道15。旋转泵30的第一转子34和齿轮泵20的摆线内转子25相互对称偏置设置，使得第一转子34的偏心方向和摆线内转子23的偏心方向相反。
图4为本发明航空发动机的工作原理示意图。
如图4所示，本发明还提供了一种航空发动机，其包括如上所述的航空发动机组合回油泵。所述航空发动机100包含两个轴承腔，轴承腔的下部通过管路分别连接到回油泵，用来将轴承腔中的滑油重新抽吸回航空发动机滑油箱110。其中，第一轴承腔120连接至回油泵的齿轮泵20，第二轴承腔130连接至回油泵的旋板泵30。回油泵的出口通过管道连接至航空发动机滑油箱110。
根据上述结构描述，进一步具体地说，本发明航空发动机组合回油泵中，旋板泵30的壳体33内偏心地安装了一个带有旋板361的第一转子34，如图3所示，旋板泵30的内腔是横截面是以转动中心O1为圆心的圆形的环形腔体，第一转子34是一个安装在第一转轴35上的圆形盘，其转动中心O1与旋板泵30内墙横截面的圆心O2相对偏心，第一转子34的外环与旋板泵30的内腔表面相切。第一转子34上周向均匀的安装了三个旋板组件36，旋板组件36两端的旋板361分别嵌套于第一转子34的凹槽341内，两端旋板361以连接杆362连接，其中三个旋板组件36可在第一转子34内可自由滑动。
当第一转子34绕第一转轴35(即转动中心O1)旋转时，由于离心力作用，使旋板组件36与腔体内壁紧紧贴合而将空腔部分分隔成多个部分。来自航空发动机100的高压滑油管路与旋转泵30的旋转泵进入接口11相连接，滑油从第一转子34正面的B口进入旋板泵30，在旋转泵30的入口腔31处不断填充容积逐渐变大的吸油腔37，随着偏心转子(即第一转子34)转动，滑油又在容积逐渐变小的排油腔38内被排出至旋转泵30的出口腔32，然后滑油通过与出口接口13相连的回油管路从C口被排回航空发动机滑油箱110中。
其中，齿轮泵20的内腔安装了一个摆线外转子24和偏心的安装了一个摆线内转子25。如图4所示，摆线外转子24是一个内嵌至偏心套23内腔且转动中心为O3的转盘。摆线内转子25通过键27安装在第二转轴26上，其转动中心O4相对摆线外转子24的转动中心O3偏置，且摆线内转子25比摆线外转子24优选为少一个齿，使得摆线内转子25带动摆线外转子24转动过程中，两个转子转动方向相同，但具有不同的角速度，且形成不同大小变化的工作腔。
如图2所示，来自航空发动机100的低压滑油管路与齿轮泵入口接口12相连接，滑油从A口进入齿轮泵20的入口腔21，有部分滑油通过在偏心套23上开设的五个圆形通道(即第一通道231，如图4所示)分配至摆线转子另一侧入口腔21，从而滑油从两侧同时进入内外摆线转子之间容积不断变化的腔体内。当腔体内滑油被运送至出口位置时将被排入齿轮泵20的出口腔22和第一排油通道14内，齿轮泵20的出口腔22内的滑油通过壳体五个内置通道(即第二通道232，如图4所示)输送至第一排油通道14中，最终齿轮泵送滑油在第一排油通道13处与旋板泵30的出口滑油汇合，共同排至航空发动机滑油箱110内。
此外，为了提高航空发动机回油泵在较广工作包线内的吸油性能，综合齿轮泵与旋板泵工作特点，并充分发挥两者优势，需根据两者工作特性对齿轮泵与旋板泵的工作转速进行合理匹配。本发明航空发动机回油泵通过齿轮变速箱对齿轮泵和旋板泵的工作转速进行适配。当来自航空发动机附件齿轮箱或发电机(图中未标出)产生的动能驱动花键轴140旋转时，旋板泵30的第一转子34基于第一轴承341支撑而随第一转轴35转动工作。由于旋板泵30的工作设计点转速相比齿轮泵20较低，故通过适配速比设计的啮合的第一齿轮41和第二齿轮42将旋板泵30的第一转轴35的转速增速并传递至齿轮泵20的第二转轴26，第二转轴26基于第二轴承261的支撑而带动摆线内转子25运动，从而实现了两种类型回油泵的组合工作。第一齿轮41、第二齿轮42和第二轴承261安装在同一个连接腔体16内。在外壳体10内设计有第三通道161，用于将高压滑油引射至连接腔体16内，用于第一齿轮41和第二齿轮42的啮合以及第二轴承261的润滑和降温。齿轮泵20的出口腔22和旋板泵30的出口腔32也分别开设通道(图中未画出)引射滑油对第一轴承341、第二轴承261进行润滑和冷却，且为了保证两个滑油泵腔体密封性，对每个轴承腔均分别利用密封结构150进行密封。
同时，由于所述航空发动机组合泵中的两个转子均为偏心转子，在运转时分别会产生不对称离心力。为了平衡两个不对称离心力，将齿轮泵20与旋板泵30的转子采用对称偏置设计(如图1所示)，两个转子的偏心方向正好相反，从而使两个转子运转时产生的离心力方向相反而相互抵消，有效降低组合泵的振动和壳体承受的动态载荷，解决了单个泵偏心载荷问题。
另外，通过齿轮变速箱40调节齿轮泵20与旋板泵30转子合理速比，也能很好改善组合泵的振动和不平衡响应问题。
上述实施例中所述航空发动机组合泵采用一级旋板泵和以及齿轮泵的组合仅为示例，并不作为数量限制，所述航空发动机组合泵还可以采用多级旋板泵和多级齿轮泵的组件，可以根据上述实施例所示的结构进行扩展。
本发明航空发动机组合泵具有如下诸多优势：
一、基于齿轮泵和旋板泵不同的工作特性优势，将齿轮泵和旋板泵两种不同类型的泵进行适配集成，解决了航空发动机中单一齿轮泵组合高空性能差和单一的旋板泵组合重量大的问题，改善了发动机滑油系统回油性能，提升了航空发动机的燃油经济性。
二、利用减速齿轮箱对两个泵工作转速进行合理适配，使其分别获得最佳的工作转速，以确保较好的工作性能。
三、将高低压滑油腔分开回油，分别运用旋板泵和齿轮泵进行回油，改善了回油泵是工作适应性，也一定程度上提升了回油泵的工作效率。
四、对齿轮泵侧向进出油口位置布置，及其进出口油路与旋板泵的进出口油路的融合设计，使整体结构更加紧凑，减少了回油泵重量。
五、在两个泵之间将两个轴承和一对齿轮集成在一个减速箱内，可利用一个出油口油路上的高压滑油对其进行润滑冷却，简化了结构。
六、回油泵内部的滑油流道设计，包括偏心套上的开孔以及回油泵出口引油路至变速齿轮箱。
综上所述，本发明航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机的回油级为齿轮泵和旋板泵的组合。其对于压力相对低的腔体，可连接至旋板泵回油级，而对于压力相对较高的腔体，可连接至齿轮泵回油级，同时两种类型的泵在各自适应的转速下运行，这样可提高回油泵的工作适应性。
所述航空发动机组合回油泵及包括其的航空发动机通过高低压滑油腔分别回油及齿轮泵与旋板泵的转速适配，充分发挥齿轮泵和旋板泵各自工作特性上的优势，提高了航空发动机回油泵在整个飞行包线内的工作适应性，且有效降低回油泵的整体重量。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述航空发动机组合回油泵包括外壳体，以及安装在所述外壳体内的至少一级齿轮泵、至少一级旋板泵和至少一齿轮变速箱，每一所述齿轮泵和对应的每一所述旋板泵之间通过所述齿轮变速箱连接；
所述外壳体上开设有旋板泵入口接口、齿轮泵入口接口、出口接口、第一排油通道和第二排油通道，所述旋转泵入口接口与所述旋转泵的入口腔连通，所述齿轮泵入口接口与所述齿轮泵的入口腔连通；
所述第一排油通道连通所述旋板泵的出口腔和所述出口接口，所述第二排油通道连通所述齿轮泵的出口腔和所述第一排油通道。
2.如权利要求1所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述旋板泵包括壳体、第一转子和第一转轴，所述壳体为环形腔体，所述第一转子通过所述第一转轴安装在所述壳体内，所述第一转子的转动中心与所述壳体的内壁横截面的圆心相对偏心，所述第一转子的外环与所述壳体的内壁面相切。
3.如权利要求2所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述第一转子的周向安装有多个旋板组件，所述旋板组件在所述第一转子内自由滑动；
当所述第一转子绕所述第一转轴旋转时，所述旋板组件与所述壳体的内壁面贴合将所述第一转子和所述壳体之间的空腔分隔成多个部分。
4.如权利要求3所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，每一所述旋板组件包括两个旋板和一连接杆，所述旋板安装在所述连接杆的两端，所述第一转子的周向开设有多个凹槽，所述旋板嵌套在对应的所述凹槽内。
5.如权利要求2所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述齿轮泵包括偏心套、摆线外转子、摆线内转子和第二转轴，所述偏心套内嵌在所述外壳体内，所述摆线外转子内嵌在所述偏心套内，所述摆线内转子安装在所述第二转轴上，位于所述摆线外转子内，且所述摆线内转子的转动中心相对所述摆线外转子的转动中心偏置，所述第二转轴通过所述齿轮变速箱与所述第一转轴连接。
6.如权利要求5所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述摆线内转子的齿数比所述摆线外转子的齿数少一个齿。
7.如权利要求5所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述偏心套上开设有多个第一通道，所述第一通道与所述齿轮泵的入口腔连通。
8.如权利要求5所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述偏心套上开设有多个第二通道，所述第二通道的一端与所述齿轮泵的出口腔连通，另一端与所述第二排油通道连通。
9.如权利要求5所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述齿轮变速箱包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮安装在所述第一转轴上，所述第二齿轮安装在所述第二转轴上，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合传动；
所述外壳体设置有一连通所述旋转泵和所述齿轮泵的连接腔体，所述齿轮变速箱布置在所述连接腔体内。
10.如权利要求9所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述连接腔体上开设有一第三通道，所述第三通道连通所述连接腔体和所述第二排油通道。
11.如权利要求5所述的航空发动机组合回油泵，其特征在于，所述旋转泵的第一转子和所述齿轮泵的摆线内转子相互对称偏置设置，使得所述第一转子的偏心方向和所述摆线内转子的偏心方向相反。
12.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包括如权利要求1-11任意一项所述的航空发动机组合回油泵。
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