CN114502820A - 带有油回收圆周槽的涡轮布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮布置，涡轮布置包括轴颈(22)，轴颈具有凸缘(23)，凸缘承载圆盘(14)，圆盘通过螺栓(25)附接到所述凸缘(23)，其特征在于，涡轮布置包括围绕凸缘的固定圆形槽，用于收集能够在圆盘和承载该圆盘(14)的凸缘(23)之间径向通过的油。

Description

带有油回收圆周槽的涡轮布置

技术领域

本发明涉及涡轮设备，涡轮设备包括设置有凸缘的耳轴，凸缘承载涡轮机(例如，涡轮喷气发动机)中的叶片圆盘。

背景技术

双通量涡轮喷气发动机包括进口套筒，进口套筒接收由低压压缩机吸入的空气，然后，将空气分为中心的主流和围绕主流的次级流。

次级流在穿过低压压缩机后被驱动到后部，以通过围绕主流被吹送而直接产生推力。

主流在穿过低压压缩机后穿过高压压缩机达到燃烧腔室。然后，该主流在与高压压缩机旋转连接的高压涡轮中膨胀，然后，在与低压压缩机旋转连接的低压涡轮中膨胀，然后被排出到后部。

在双发动机的涡轮喷气发动机的情况下，高压压缩机和高压涡轮形成高压本体的一部分，高压本体包围低压轴，高压本体以与低压轴不同的速度旋转，所述低压轴支撑低压压缩机和低压涡轮。

轴和高压本体由容置在外壳中的轴承支撑，外壳将它们与发动机的其余部分隔离开，油在发动机中循环。通常，这种润滑外壳包括至少一个轴承并且由相对于彼此旋转的壁界定，这些壁之间具有密封件，限制了外壳的泄漏横截面。通过从外壳的外部到内部的连续气流穿过密封件，油被引导远离密封件。

在这种密封件发生泄漏的情况下，外壳中的油被离心分离，使得油可能接近主流动路径周围的区域，主流路径周围的区域受到高温的影响，高温会点燃该油。

出于这个原因，发动机部件的形状被设计为界定优选的泄漏路径，以确保在发生泄漏的情况下，油被引导到发动机的不会对运行造成风险的区域。

实际上，低压涡轮的叶片由涡轮圆盘支撑，涡轮圆盘本身固定到穿过涡轮圆盘的耳轴的凸缘，所述耳轴由一个或两个轴承支撑并且刚性地固定到低压轴。

在这种情况下，优先的泄漏路径从位于低压圆盘上游的轴承外壳的密封件开始。该泄漏路径沿着不同旋转部件的内表面延伸，不同旋转部件的内径沿下游方向增加，这使得油能够通过离心作用被引导到发动机的后部，从而在未到达主流路径的情况下聚集在发动机的后部。此外，吹送到该路径的气流有助于将该油驱动到后部。

在整个该通路中，油纵向地穿过耳轴，在耳轴凸缘处，油穿过形成在耳轴本体中的排放孔，这些排放孔径向地位于圆盘的内缘和凸缘的内缘的内部。

尽管涡轮圆盘具有通过一系列的圆周螺栓夹紧抵靠在凸缘的平面的平面，但不能排除油可能通过离心作用和/或毛细作用穿过。

因此，存在于圆盘和凸缘接合部处的油很可能径向地渗透到它们的轴承面之间，从而到达具有很高点燃风险的区域，这实际上可能会弱化圆盘、叶片及其连接。

本发明的目的是提供一种用于限制这种风险的解决方案。

发明内容

为此目的，本发明涉及一种涡轮布置，涡轮布置包括低压耳轴和圆盘，低压耳轴具有凸缘，圆盘通过螺栓连接件附接到该凸缘，其特征在于，涡轮布置包括固定的圆周槽，固定的圆周槽围绕螺栓连接件延伸，用于收集能够径向流过所述螺栓连接件的油。

本发明确保通过螺栓连接件泄漏的油被收集在槽中，使得油不可能扩散到可能被点燃的主流路径。

本发明的主题还是一种如所定义的布置，其中，圆盘包括与槽相对的滴管，和/或其中，凸缘包括与槽相对的滴管。

本发明的主题还是一种如所定义的布置，布置包括润滑轴承，润滑轴承位于围绕该耳轴的外壳中，该低压耳轴通过润滑轴承支撑高压耳轴，来自外壳的油能够通过螺栓连接件泄露。

本发明的主题还是一种如所定义的布置，其中，槽包括环形基座和由该基座支撑的两个扩口的环形侧面。

本发明的主题还是一种如所定义的布置，布置包括排放管道，排放管道连接到槽并且穿过涡轮的固定叶片，该管道从槽的下部延伸到涡轮机的下部。

本发明的主题还是一种如所定义的布置，其中，槽的下部包括引流孔，引流孔由接合在管道上端的外部套管延伸。

本发明的主题还是一种如所定义的布置，其中，槽包括围绕外部套管的埋头孔，并且其中，管道通过球形接头连接到埋头孔。

本发明的主题还是一种如所定义的布置，其中，槽包括纵向凹槽，纵向凹槽相对于槽中的油的流动方向被定位在排放管道的下游。

本发明的主题还是一种涡轮机，涡轮机包括如所定义的涡轮圆盘。

本发明的主题还是一种涡轮喷气发动机，涡轮喷气发动机包括所定义的涡轮机。

附图说明

图1是根据本发明的布置的发动机的后部的横截面视图；

图2是在根据本发明的布置中具有布置在两个耳轴之间的轴承的区域的局部横截面视图；

图3是示出了根据本发明的带有排放管道的槽的布置的局部横截面视图；

图4是示出了根据本发明的管道与槽的连接的横截面视图；

图5是示出了将排放管道固定到固定的外部叶片基座部分的横截面视图。

具体实施方式

在图1中，根据本发明的发动机的后部1包括内部壳体2，内部壳体被中间壳体3包围，中间壳体与内部壳体一起限定出主流路径。

该后部包括高压涡轮4，高压涡轮包括圆盘5，圆盘支撑旋转叶片，高压涡轮后是双级低压涡轮6，双级低压涡轮包括第一分配器7，第一分配器后是第一旋转级8和第二分配器9，第二分配器后是第二旋转级10。第一分配器7和第二分配器9由径向穿过主流路径的固定叶片11和12形成。

第一旋转级8包括在主流路径中径向地延伸并且由位于壳体2内部的第一旋转圆盘14支撑的一系列叶片13。以类似的方式，第二旋转级10包括由第二旋转圆盘17支撑的一系列叶片16，第二旋转圆盘也位于第一圆盘14的下游的内部壳体中。

在该低压涡轮的下游有排气壳体19，排气壳体包括内壳和外壳，以及将这些壳体彼此连接的径向臂18。外壳界定出中间壳体3的一部分，内壳界定出内部壳体的一部分，径向臂径向地穿过主流路径。

该排气壳体19在其中心区域支撑轴承21，轴承支撑低压耳轴22，轴承也在内部壳体内延伸，并且第一低压涡轮圆盘14和第二低压涡轮圆盘17附接到轴承。

第一圆盘14刚性地附接到耳轴22的凸缘23的上游表面，并且第二圆盘17附接到该相同凸缘23的下游表面。该附接由螺栓连接件24提供，螺栓连接件24包括多个螺栓25，每个螺栓25在其内周上穿过第一圆盘14，在其外周处穿过凸缘23，并且在其内周处穿过第二圆盘17。

高压涡轮的圆盘5由高压耳轴26支撑，高压耳轴具有下游端27，下游端围绕低压耳轴22的中间部分28。低压耳轴22的中间部分28通过润滑的轴间轴承29支撑高压耳轴26的下游端27，润滑的轴间轴承包括滚子轴承，滚子轴承介于下游端27和中间部分28之间。

轴承29位于润滑外壳30中，润滑外壳在上游由上游密封件31封闭，并且在下游由下游密封件32封闭。密封元件31围绕耳轴22，并且被耳轴26包围，而下游密封件32围绕端部27，并且被由低压耳轴22支撑的内环包围。在下游密封件32劣化的情况下，油从该下游密封件32沿上游方向AM泄漏，然后根据被标记为F的优先泄漏路径被离心并且引导到发动机的下游AV，最终到达与排气壳体19的内壳邻近的收集区域33。

如图2更精确地所示，沿着该路径F，油在到达由低压耳轴22支撑的壳体37的裙部36之前，首先在为此目的设置的排放孔34处穿过高压耳轴26。油在通过穿过为此目的设置的纵向通孔38而穿过低压耳轴22之前，沿着该裙部36的内表面流动。当油沿着裙部36流动时，油还穿过壳体37中的位于裙部36和该壳体37的被标记为40的内环之间的孔39。

如图所示，裙部36包括围绕密封元件35的自由端，并且以类似的方式，内环40包括围绕外壳30的密封元件32的端部。该壳体37是耐磨元件(即，能够耐磨损)，耐磨元件在密封元件35和32上滑动，并且因此必须在发动机的使用寿命期间进行更换。

在穿过排放孔38之后，油沿着旋转凸缘41流动，然后到达区域33，旋转凸缘在由低压耳轴22支撑的第二圆盘17的内部延伸。

如图1和图2所示，沿着该路径F，油沿着旋转部件的内表面流过，旋转部件的直径从上游到下游增加，这样油的离心作用使得油能够被引导到收集区域33所在的下游。该通路还得到了在该通路上从上游到下游建立的通风流V的辅助。

第一圆盘14与凸缘23的装配布置集成了壳体37的固定，壳体37包括固定环42，固定环施加到凸缘23的上游表面，被夹在圆盘14的内环43和该凸缘23之间。第二圆盘17包括内环44，内环被施加抵靠在凸缘23的下游表面。

装配由沿凸缘23圆周均匀分布的一系列纵向螺栓25保持在一起，每个螺栓穿过第一圆盘14的内环43、固定环42、凸缘23和第二圆盘17的内环44。

尽管这些螺栓25已经拧紧，油仍然可以在环42和凸缘23之间径向地泄漏，该泄漏流在图中被标记为F’。

根据本发明，涡轮配备有圆周槽45，圆周槽围绕凸缘23延伸，与圆盘14与该凸缘23的螺栓连接件相对。因此，该槽45收集能够通过该连接件24径向泄漏的油，即，在圆盘14的环43和该环43固定到的凸缘23之间泄露的油。

该槽45包括环形基座46，环形基座支撑上游侧面47和下游侧面48，这两个侧面是金属片元件，具有通过钎焊固定到基座46上的环形形状，并且形成槽的颊部。因此，当从图3所示的纵向横截面中观察时，凸缘具有U形或V形的横截面。更具体地，上游侧面47具有环形形状，其内部朝向上游端张开，下游侧面48也具有环形形状，但其内部朝向下游端张开。环形基座46在横截面中大体是矩形的，并且具有显著的径向和纵向厚度。

槽45由连接到内壳体2的发动机的固定元件支撑。在附图的示例中，槽45在其上游侧面由确保与第一圆盘14密封的上游环形支撑元件49支撑，在其下游侧面48由确保与第二圆盘17密封的下游环形支撑元件50支撑。这些环形支撑元件49和50在图3中被标记出来。

如图1和图2所示，槽45围绕凸缘23，并且纵向地定位在环42与凸缘23的接合部处。换句话说，上游侧面47位于该接合部的上游，而下游侧面48位于接合部的下游，使得槽45收集通过该接合部径向泄漏的油。

此外，如图3所示，圆盘14设置有滴管51，滴管51大体位于其与凸缘23的接合部的上游AM处，并且与上游侧面47的张开的内部对齐。以类似的方式，凸缘23包括另一滴管52，该滴管52位于其与圆盘14的接合部的下游AV处，并且与下游侧面48的张开的内部对齐。

每个滴管是分别围绕圆盘和凸缘的整个圆周延伸的径向凸缘，以确保从接合区域行进到凸缘或圆盘的外表面的油通过离心作用被投射到槽45中。在一些构造中，可以仅提供上游滴管51或仅提供下游滴管52。

该布置还包括排放管道53，排放管道相对于发动机的旋转轴线AX径向地延伸。该管道包括径向内端和径向外端，径向内端连接到槽的基座46，径向外端连接到收集罐54，收集罐径向地位于与主流相距一定距离处，位于发动机的冷部分中，如图1中示意性地示出的。

因此，由槽45收集的油在罐54中被回收，特别是防止油分散到发动机的周围大气中。管道53在圆周上位于6点钟的位置，即，管道53从槽45的下部竖直地延伸到罐54所在的发动机的下部66，以便通过重力回收油。

如图4更精确地所示，槽45的下部包括引流孔55，引流孔穿过槽的基座46，引流孔由在基座的外表面一侧上开口的套管56延伸。该套管56接合在管道53的内端或上端，以确保任何排入孔55的油进入管道53的内部，而没有沿其外表面滴落的危险。该套管56延伸到埋头孔57中，使得套管不会突出到基座46的外表面之外，埋头孔与孔55同轴地形成在基座46的外表面上。

此外，管道53的内端具有局部球形形状，用于形成直径与埋头孔57的直径互补的球形接头58，这使得该端部能够以密封的方式接合在埋头孔57中，尽管管道53未对准。

此外，如图5示意性地所示，槽45的环形基座46在其内表面上设置有纵向凹槽59。该凹槽59使得位于槽45中的油能够减速，该油由于其离心作用的喷射而趋向于沿着转子的方向旋转。有利地，该凹槽相对于槽45中的油的循环方向位于埋头孔57的下游，以便通过在孔附近使油减速来促进油通过管道53的排出。

作为凹槽59的替代，可以提供槽中油的切向回收，例如，通过提供引流孔55的铲勺和/或斜面。

管道53穿过如图3所示的固定叶片12的内基部60，用于引导进入该固定叶片12的内部，并且穿过如图5所示的该固定叶片12的外基部61，在穿过中间壳体3之前，中间壳体包括围绕低压涡轮的外壳62。

如图5所示，管道53的径向外端通过螺栓固定在外壳上，被外螺母63包围，外螺母施加在外壳62的外表面上，并且连接到收集管64，收集管64本身连接到罐54。

此外，管道53有利地是绝缘的或由双层外壳制成，从而在其中循环的油不会有着火或因焦化而凝固的风险。

替代地或附加地，阀9可以由来自对阀11进行供给的管的空气并且通过靠近壳体的阀9、11的附接件来冷却，如图1中被标记为R的箭头所示。

Claims (10)

1.一种涡轮布置，所述涡轮布置包括低压耳轴(22)和圆盘(14)，所述低压耳轴具有凸缘(23)，所述圆盘通过螺栓连接件(24)固定到所述凸缘(23)，其特征在于，所述涡轮布置包括固定的圆周槽(45)，所述固定的圆周槽围绕所述螺栓连接件(24)延伸，用于收集能够径向流过所述螺栓连接件(24)的油。

2.根据权利要求1所述的布置，其中，所述圆盘(14)包括与所述槽(45)相对的滴管(51)，和/或其中，所述凸缘(23)包括与所述槽(45)相对的滴管(52)。

3.根据权利要求1或2所述的布置，其中，所述布置包括润滑轴承(29)，所述润滑轴承位于围绕所述耳轴(22)的外壳(30)中，并且所述低压耳轴(22)通过所述润滑轴承支撑高压耳轴(26)，来自所述外壳(30)的油能够潜在地通过所述螺栓连接件(24)泄露。

4.根据前述权利要求中任一项所述的布置，其中，所述槽包括环形基座(46)和由所述基座(46)支撑的两个扩口的环形侧面(47，48)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的布置，所述布置包括排放管道(53)，所述排放管道连接到所述槽(45)并且穿过涡轮的固定叶片(12)，所述管道(53)从所述槽(45)的下部延伸到涡轮机的下部(66)。

6.根据权利要求5所述的布置，其中，所述槽(45)的下部包括引流孔(55)，所述引流孔由接合在所述管道(53)的上端的外部套管(56)延伸。

7.根据权利要求6所述的布置，其中，所述槽包括埋头孔(57)，所述埋头孔围绕所述外部套管的(56)，并且其中，所述管道(53)通过球形接头(58)连接到所述埋头孔。

8.根据权利要求5所述的布置，其中，所述槽(45)包括纵向凹槽(59)，所述纵向凹槽相对于被离心的油在所述槽(45)中的循环方向被定位在所述排放管道(53)的下游。

9.一种涡轮机，所述涡轮机包括根据权利要求1所述的涡轮圆盘(14)。

10.一种涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括根据权利要求9所述的涡轮机。

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