CN116529470A - 航空器涡轮发动机组件，包括用于旁通燃料/油热交换器的被动阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空器涡轮发动机组件，包括润滑油回路(1’)和燃料供给装置(1)，该组件还包括使油能够旁通交换器(7)的被动旁通阀(20)，阀(20)包括阀体(24)和活塞(26)，所述活塞布置成在滑动空间(28)内移动，所述滑动空间限定被供给有来自油回路(1’)的油的第一致动室(40)，以及从装置(1)供给燃料的第二致动室(42)，阀(20)被构造成使得当第一致动室(40)中的油压与第二致动室(42)中的燃料压力之间的压差下降到预定压差值以下时，活塞(26)从正常操作位置移动到交换器旁通位置。

Description

航空器涡轮发动机组件，包括用于旁通燃料/油热交换器的被 动阀

技术领域

本发明涉及航空器涡轮发动机领域，例如涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机。更具体地，本发明涉及装配这种涡轮发动机的燃料/油热交换器。

背景技术

航空器涡轮发动机通常装配有多个燃料/油热交换器，这使得可以将由油回收的来自发动机的热排出物朝向燃料传递，然后用作交换器内的冷源。由油加热的燃料然后被送到涡轮发动机的燃烧室中，这使得可以重用所传递的热量的一部分，以便提高燃烧效率。

因此，一个或多个燃料/油热交换器可以被布置在润滑油回路与燃料供给装置之间的接合处。润滑油回路包括传统元件，诸如一个或多个油箱、包括至少一个油泵的润滑单元、一个滤油器、一个或多个待被增压的外壳等。此外，涡轮发动机的燃料供给装置通常包括燃烧室的燃料供给回路，以及用于向液压系统供给诸如液压流体的增压燃料的旁通回路。实际上，航空器涡轮发动机包括许多具有可变几何形状的可调节构件，例如推力反向器或可变间距静子叶片，以及襟翼、空气冷却阀或间隙调节阀。为了致动这些构件，有效地常见的是使用液压致动器，也就是说，使用致动流体中的压差来致动机械构件中的工件的任何液压系统，因此包括液压缸和伺服阀液压控制。因此，致动这些系统的液压流体可以是来自涡轮发动机的燃料供给装置的增压燃料。

在大多数涡轮发动机架构中，燃料/油交换器处于产生高于油的压力水平的燃料压力水平的位置。因此，由于在交换器中观察到的差压，交换器的劣化可以导致朝向润滑油回路的燃料泄漏。这种泄漏情况通常被称为“油包燃料”。它构成了特别害怕的场景，因为它可能导致对涡轮发动机的显著损坏。风险主要在于以下事实：在泄漏的情况下，燃料可以与油混合，并且在高温下到达发动机的外壳，具有燃料自发点火、然后通过外壳中的油的燃烧而着火的风险。

在现有技术中，已经提出了多个解决方案，以防止在“油包燃料”泄漏的情况下，可能由油回路中的流体体积的增加而引起的损坏。例如，从文献FR3 068 102A1已知这些解决方案中的一个。

最近，已经提出了其他技术方案，实施了其中油回路中的压力水平高于常规油回路中的压力水平的架构。因此，在燃料/油热交换器中，油的压力高于燃料的压力。在这些架构中，仅存在称为“燃料包油”的反向泄漏的风险。但是即使在这种“燃料包油”泄漏现象劣化的情况下，与反向的“油包燃料”泄漏风险相比，对发动机的影响仍然是可忽略的。然而，在润滑油回路的油箱中可供使用的油的量仍然是有限的。如果长时间和/或以高流量发生这种泄漏，则可能导致油箱的排放，并且因此导致油回路中的压力水平的显著下降。这种现象然后可以引起交换器中的油与燃料之间的差压的反转，并且该油回路然后将再次变得易受到关键的“油包燃料”的泄漏风险的攻击。

为了限制交换器中的油与燃料之间的压差反转的风险，可以增加油的量以及在油回路中待被增压的外壳的尺寸。然而，这些解决方案在质量方面具有影响。

发明内容

为了至少部分地解决上述缺点，本发明的目的首先是航空器涡轮发动机组件，其包括涡轮发动机的润滑油回路以及燃料供给装置，所述油回路和所述燃料供给装置共同具有燃料/油热交换器。

根据本发明，组件还包括被动旁通阀，该被动旁通阀使得润滑油回路的油能够旁通交换器，该旁通阀包括阀体以及活塞，该活塞被布置成在阀体中所制成的滑动空间中移动，该滑动空间分别地在活塞的任一侧上限定了被供给有来自油回路的油的第一致动室，以及被供给有来自燃料供给装置的燃料的第二致动室，旁通阀被构造成使得当第一致动室中的油压与第二致动室中的燃料压力之间的差压下降到预定差压值以下时，活塞从正常操作位置移动到旁通位置，该正常操作位置允许油回路的油在热交换器的方向上穿过阀，该旁通位置禁止该油在该热交换器的方向上循环。

本发明因此提出一种简单且可靠的解决方案，以解决航空器涡轮发动机的燃料/油热交换器中的泄漏风险问题。特别地，可靠性来自交换器的旁通阀的被动性质，因为其活塞形成由油和燃料压力直接地和液压地所控制的致动构件。

对于旁通阀的设计，油与燃料之间的预定压差值被确定成使得能够传达相对于燃料的压降而言油的压降的异常情况，并且优选地传达压差在油与燃料之间反向的情况。这种情况确实有可能在交换器中产生“油包燃料”泄漏，但是有利的是通过在其旁通位置中立即致动活塞，来防止该泄漏，从而使油能够旁通交换器，并且因此防止其被燃料污染的风险。

最后，应指出的是，通过与确保交换器中高于燃料压力的油压的架构相联接，在本发明中实施的旁通阀使之有可能克服发动机的油外壳的尺寸约束，而不存在同样多的“油包燃料”泄漏的风险。有利地，这导致增加的安全性，而对组件的质量没有负面影响。

此外，本发明具有单独地或组合地考虑的以下任选特征中的至少一个。

优选地，旁通阀另外包括迫使活塞朝向其旁通位置的弹性返回装置，该弹性返回装置优选地是压缩弹簧。由该弹性返回装置在活塞上所产生的力因此加到由油和燃料所施加的压差所产生的力上。特别地，当油的压力仍然保持略高于燃料的压力时，在油与燃料之间的压力均衡的时刻，或者甚至在该均衡之前，它的存在使得可以产生活塞在其旁通位置中的移动。该弹性返回装置还可用于补偿特别是在交换器中的任何压力损失。由于自由地确定其校准的可能性，其在组件的设计中更一般地构成额外的自由度。

优选地，旁通阀是滑柱活塞阀。然而，在不背离本发明的范围的情况下，其他阀设计也是可能的。

优选地，旁通阀包括：

-滑柱活塞，包括彼此轴向分离的第一环形油道以及第二环形油道；

-第一进油口和第一出油口，第一进油口和第一出油口中的每个通向阀体的滑动空间中，当活塞采用其正常操作位置时，第一进油口和第一出油口通过第一环形油道彼此连通，第一出油口与热交换器的进入口连通；

-第二进油口和第二出油口，第二进油口和第二出油口中的每个通向阀体的滑动空间中，当活塞采用其正常操作位置时，第二进油口和第二出油口通过第二环形油道彼此连通，第二进油口与热交换器的排油口连通；

并且在滑柱活塞的旁通位置中，它：

-禁止第一进油口与第一出油口之间的连通；

-禁止第二进油口与第二出油口之间的连通；

-通过第一环形油道或第二环形油道，确保第一进油口与第二出油口之间的连通。

优选地，旁通阀进一步包括通向第一致动室中的第三进油口，以及通向第二致动室中的燃料进口。

优选地，通向第一致动室中的第三进油口与第二出油口连通，或与第一进油口连通。

优选地，通向第二致动室的燃料进口与热交换器的燃料入口连通，或与该同一交换器的燃料排放口连通。

优选地，旁通阀包括在阀体的滑动空间中其活塞的位置传感器。

优选地，润滑油回路包括至少一个待被润滑的外壳，优选地，辅助齿轮箱的滚动轴承外壳和/或油外壳。

最后，本发明的另一目的是一种包括这种组件的航空器涡轮发动机，该涡轮发动机优选为涡轮喷气发动机。

本发明的其他优点和特征将出现在下文的非限制性详细描述中。

附图说明

将参考附图给出该描述，其中：

图1示出了根据本发明的涡轮喷气发动机的示意性侧视图；

图2示出了装配上述图中所示的涡轮喷气发动机的根据本发明的优选实施方式的组件的示意图；

图3是热交换器及其旁通阀的更详细的视图，装配了图2中所示的组件，并且示出了阀的活塞占据正常操作位置；

图4是类似于图3的视图，其中旁通阀的活塞占据旁通位置；

图5是交换器的示意图，示出了与图2至图4的实施方式的燃料支路连接不同的燃料支路连接；以及

图6是旁通阀的示意图，示出了与图2至图4的实施方式的油支路连接不同的油支路连接。

具体实施方式

参见图1，示出了双气流和双体涡轮喷气发动机100。涡轮喷气发动机100通常包括气体发生器102，在其两侧上设置有低压压气机104和低压涡轮112。气体发生器102包括高压压气机106、燃烧室108和高压涡轮110。在下文中，术语“前”和“后”被视为在与涡轮喷气发动机内的气体的主流动方向相反的方向114上，该方向114平行于涡轮喷气发动机的纵向轴线103。

低压压气机104和低压涡轮112形成低压体，并且通过以轴线103为中心的低压轴111彼此连接。同样地，高压压气机106和高压涡轮110形成高压体，并且通过以轴线103为中心和围绕低压轴111布置的高压轴113彼此连接。这些轴由滚柱轴承119支撑，这些滚柱轴承通过布置在增压的油外壳(在图1中未标记)中而被润滑。这同样适用于风扇毂117，风扇毂117也由布置在一个或多个增压油外壳中的滚柱轴承119支撑。

此外，涡轮喷气发动机100在气体发生器102和低压压气机104的前部包括风扇115，风扇115在这里直接布置在发动机的进气口锥体的后面。风扇115可绕轴线103旋转，并且被风扇壳体109环绕。这个风扇优选地由低压轴111经由减速齿轮120间接地驱动，这使得有可能以较低速度旋转。

此外，涡轮喷气发动机100限定用于被主流流过的主流路径116，以及用于被位于主流径向外侧的次流流过的次流路径118。

图2示出了上述图中所示的涡轮喷气发动机的组件200。其包括两个子组件，即涡轮喷气发动机的燃料供给装置1以及润滑油回路1’。

关于装置1，其专用于向燃烧室108供给燃料，并且液压系统3诸如液压缸和伺服阀液压控制专用于控制上述类型的可变几何结构。装置1包括燃烧室108的燃料供给回路2。在该供给回路2上沿燃料的循环方向串联地安装有低压泵5、燃料/油热交换器7、主燃料过滤器9、高压泵11、控制阀10和燃料计量单元12。回路2在计量单元12的下游通向燃烧室108中的喷射器14。

低压泵5和高压泵11可以通过共享轴、优选地高压轴113、优选地经由涡轮发动机的附属齿轮箱16(被称为“AGB”)来致动。因此，高压泵11可以是例如具有齿轮的活塞泵。低压泵5本身可以是动力泵，特别是离心泵。

热交换器7使得可以冷却将在下文描述的回路1’的油，而过滤器9使得可以阻止可能对燃料计量单元12或喷射器14引起潜在损坏和/或堵塞的杂质。以已知的方式，燃料计量单元12计量供给到燃烧室108的喷射器4的燃料流量。

供给装置1还包括将燃料计量单元12连接到供给回路2的燃料回收回路15，优选地在低压泵5和热交换器7之间。因此，供给到燃料计量单元12的燃料流量过量可以通过该回收回路15在热交换器7的上游被返回。控制阀10或调节器使得可以在燃烧室108与液压系统3之间分配燃料流量。

润滑油回路1’仅被部分地示出，因为某些部件出于更清楚的目的已经被有意地移除。除了同样属于润滑油回路1’的热交换器7之外，该润滑油回路包括油箱17以及至少一个有待被润滑的增压室18，例如辅助齿轮箱16的滚柱轴承外壳或油外壳。油回路1’的未示出的其他部件是常规的，例如油增压阀、油过滤器等。

在油箱17与待被润滑的外壳18之间，还设置有供油泵25，也称为主油泵，优选地布置在将在下文中描述的旁通阀20的上游。此外，一个或多个油回收泵27使得可以将在外壳18中回收的油朝向油箱17返回。

如上所述，燃料/油热交换器7使得可以将从外壳18出来的由油所回收的发动机的热排出物朝向用作冷源的燃料传递。此外，由油加热的燃料随后被送入燃烧室108，这使得可以改善燃烧效率。

组件200还包括旁通阀20，旁通阀20优选地通过与交换器7相关联而集成到油回路1’中。该旁通阀20实际上使得回路1’的油能够在将在下文详述的某些操作条件下循环通过该回路1’，而不经过交换器7，即通过旁通该交换器。

旁通阀20具有被动性质，因为其由回路1’的油和装置1的燃料液压地控制。为此目的，支路管道22、23使得有可能使油和燃料的一部分朝向阀20转向，以确保其控制，如现在将参见图3解释的。

这个图3以相当示意性的方式示出了根据本发明的优选实施例的旁通阀20。阀20包括阀体24，其中，发现滑柱活塞26被装置1的供给回路2中的燃料的压力和回路1’中的油压被动地控制。该滑柱活塞26被可移动地容纳在圆柱形滑动空间28中，该滑动空间形成在该阀体24内。该活塞26具有与第二实心端部32轴向相对的第一实心端部30。在这两个端部30、32之间提供了中间实心部分34，该中间实心部分将第一环形油道36与第二环形油道38分开。更确切地讲，第一油道36采取环形凹槽的形式，该环形凹槽是在滑柱活塞26的外表面处制成，由第一端部30和中间实心部分34轴向地界定。类似地，第二油道38也采取环形凹槽的形式，该环形凹槽是在滑柱活塞26的外表面处制成，由活塞的中间实心部分34和第二端部32轴向地界定。

在滑动空间28中，阀体24与活塞的第一端部30界定了第一致动油室40。相反，仍然在滑动空间28中，阀体24与活塞的第二端部32界定被供给燃料的第二致动室42。由于这种设计，活塞26因此经受油与燃料之间的压差，该压差分别地在这个活塞的第一和第二相反端部30、32上施加力。在这个差压下，优选地增加了由压缩弹簧44产生的机械力，该压缩弹簧的一端压靠在阀体24的底部上，并且该压缩弹簧的相反端压靠在活塞的第二端部32上，以便在第一油致动室40的方向上推动该活塞。

多个液压入口和出口通向活塞26的滑动空间28。

首先，这涉及第一进油口48a和第一出油口50a。第一进油口48a被连接到油回路1’上，例如在待被润滑的外壳的下游，以便能够被供给来自这个外壳的油。第一出油口50a通过管道52连接到设置在交换器7的油回路56上的进入口54。

随后，这涉及第二进油口48b和第二出油口50b，两者都轴向地偏离第一进油口48a和第一出油口50a。第二出油口48b通过管道58连接至设置在交换器7的油回路56上的排油口60。第二出油口50b就其本身而言连接至回路1’上，其方式为例如能够将油在外壳18的方向上送回。

最后，旁通阀还包括通向第一油致动室40的第三进油口48c，以及通向第二燃料致动室42的燃料进口62。第三进油口48c被连接到油支路管道23上，以便由来自第二出口50b的油供给，这个油支路管道23靠近该第二出口并且在其下游也被连接。燃料进口62就其本身而言连接到燃料支路管道22，该燃料支路管道的相对端连接到燃料入口64的附近和上游，该燃料入口设置在交换器7的燃料回路66上。在这方面，要注意的是，该回路66以燃料排放口68结束，该燃料排放口将加热的油发送回供给回路2的过滤器9。

在图3中，滑柱活塞26被布置在正常操作位置中，其中阀20的出口处的油压非常明显地高于交换器7的入口处的燃料压力。这导致第一致动室40中的液压压力显著高于第二致动室42中的液压压力，达到在滑柱活塞26上观察到的压差足以完全压缩弹簧44的程度。在这个正常操作位置中，活塞26因此抵靠或接近滑动空间28的底部，弹簧44压靠该滑动空间，因此将第二燃料致动室42的体积减小到零或小数值。

在组件200的正常操作中，因此提供的是，回路1’中的油压明显高于供给装置1中的燃料压力，使得在交换器7中发生故障的情况下，“油包燃料”泄漏的风险不存在。这是由于施加在滑柱活塞26上的这个差压，该滑柱活塞在其正常操作位置中被压入滑动空间28的底部中。在这个位置中，第一进油口48a和第一出油口50a各自径向地与它们通向的第一环形油道36相对，这使它们能够彼此连通。此外，第二进油口48b和第二出油口50b也各自径向地与它们通向的第二环形油道38相对，这使它们能够彼此连通。

因此，来自回路1’的油经由第一出口48a渗入阀20中，以便随后采用第一环形油道36，并且经由第一出油口50a从阀抽出。油随后重新加入到交换器7的油回路56的入口54，在该入口54内，与通过该相同交换器的燃料回路66循环的燃料发生热交换。在交换器的出口处，油通过排油口60和管道58重新加入阀20的第二进口48b。它随后循环通过第二环形油道38，以通过第二出油口50b从阀抽出，油从第二出油口重新加入润滑油回路1’的下游部分。

旁通阀20构造成使得当活塞26上的液压差下降到预定压差值以下时，该活塞26从允许回路1’的油在交换器7的方向上穿过阀20的正常操作位置(如图3所示)移动到图4所示的旁通位置，禁止该油在交换器7的方向上的循环。

图4因此示出了滑柱活塞26的旁通位置，该滑柱活塞在该滑柱活塞的移动之后占据该旁通位置，由弹簧44与施加在这个活塞的相反端部处的减小的压差的组合作用引起该移动。在这个位置中，活塞26被压靠在与滑动空间28相对的一端部上，其中弹簧44被放松。活塞26的这种移动还导致一方面这些进油口和出油口48a、48b、50a、50b与另一方面这些环形油道36、38之间的相对位置的改变。因此，该旁通位置禁止第一进油口和出油口48a、50a之间的连通，并且还禁止第二进油口和出油口48b、50b之间的连通。另一方面，第一进油口48a和第二出油口50b都在径向上与它们通向的第二环形油道38相对，这使得它们能够彼此连通，并且导致交换器7的期望旁通。

导致活塞26的这种位置变化的预定压差值优选地被确定成使得与燃料的压力相比导致油压降的异常情况。应指出，油的压降可在交换器7故障之后发生，导致“燃料包油”泄漏。该泄漏不是至关重要的，只要它不在交换器7内反向，因为对于涡轮喷气发动机来说，反向的“油包燃料”泄漏现象被认为更加严重和危险。因此，预定压差值优选地被确定为零或大约为零，即，在油与燃料之间的这个压差改变符号的时刻或接近该时刻。在这种情况下，压差和由弹簧产生的机械力的组合确实导致活塞26朝向其旁通位置移动。

由于恰好在燃料压力与油的压力平衡之前或者当时隔离交换器7的这种可能性，有利地控制了在交换器中的“油包燃料”泄漏的风险。在此方面，提醒的是，弹簧44的存在以及首先自由确定其校准的可能性有利地使之有可能在所希望的时刻引起阀20的被动切换。如果此时刻优选地与油压力和燃料压力均衡的情况或与后者类似的情况一致，则可以可替代地确定弹簧的校准，以在油仍然具有显著高于交换器的至少一部分中的燃料压力的压力的瞬间，引起阀20的切换。

因此，当在活塞26上观察到预定压差值时，这立即导致活塞26移动到其旁通位置，使得油能够旁通交换器7，且因此防止其被燃料污染的风险。

从被动阀20的该切换时刻起，飞行员可被告知该阀的状态，且然后具有给定的反应时间，例如大约5分钟，以决定返回到在全飞行中减慢和/或停止发动机的类型。由于在阀20的滑动空间28中活塞26的位置的传感器70，该信息可以被传送给飞行员。

上述油和燃料支路连接可以不同。例如，燃料支路管道22可以靠近燃料排放口68或者在燃料排放口68的下游被连接，如图5所示。此外，油支路管道23可以靠近第一进油口48a或者在第一进油口48a上游被连接，如在图6中示意性展示的。当然，可以组合所有这些替代方案。

本领域的技术人员可以对仅通过非限制性实施例描述的本发明进行其他修改，本发明的范围由所附权利要求界定。

Claims (10)

1.一种航空器涡轮发动机组件(200)，包括涡轮发动机的润滑油回路(1’)以及燃料供给装置(1)，油回路(1’)和燃料供给装置(1)共同具有燃料/油热交换器(7)，-其特征在于，组件还包括使润滑油回路(1’)的油能够旁通交换器(7)的被动旁通阀(20)，旁通阀(20)包括阀体(24)以及活塞(26)，所述活塞布置成在阀体中所制成的滑动空间(28)中移动，滑动空间(28)分别地在活塞(26)的任一侧上限定了第一致动室(40)以及第二致动室(42)，所述第一致动室被供给有来自油回路(1’)的油，所述第二致动室被供给有来自燃料供给装置(1)的燃料，旁通阀(20)被构造成使得当第一致动室(40)中的油压与第二致动室(42)中的燃料压力之间的压差下降到预定压差值以下时，活塞(26)从正常操作位置移动到旁通位置，所述正常操作位置允许油回路(1’)的油在热交换器(7)的方向上穿过阀(20)，所述旁通位置禁止该油在热交换器的方向上的循环。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，旁通阀(20)还包括迫使活塞(26)朝向活塞的旁通位置的弹性返回装置(44)，弹性返回装置优选地是压缩弹簧(44)。

3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，旁通阀(20)是滑柱活塞阀。

4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，旁通阀(20)包括：

-滑柱活塞(26)，包括彼此轴向分离的第一环形油道(36)以及第二环形油道(38)；

-第一进油口(48a)和第一出油口(50a)，所述第一进油口和所述第一出油口中的每个通向阀体的滑动空间(28)中，当活塞(26)采用其正常操作位置时，第一进油口和第一出油口(48a，50a)通过第一环形油道(36)彼此连通，第一出油口(50a)与热交换器(7)的油入口(54)连通；

-第二进油口(48b)和第二出油口(50b)，第二进油口和第二出油口中的每个通向阀体的滑动空间(28)中，当活塞(26)采用其正常操作位置时，第一进油口和第一出油口(48b，50b)通过第二环形油道(38)彼此连通，第二出油口(48b)与热交换器(7)的排油口(60)连通；

并且其特征在于，在滑柱活塞(26)的旁通位置中，所述滑柱活塞：

-禁止第一进油口与第一出油口(48a，50a)之间的连通；

-禁止第二进油口与第二出油口(48b，50b)之间的连通；

-通过第一环形油路或第二环形油路(36，38)，确保第一进油口(48a)与第二出油口(50b)之间的连通。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，旁通阀(20)还包括通向第一致动室(40)的第三进油口(48c)，以及通向第二致动室(42)的燃料进口(62)。

6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，通向第一致动室(40)的第三进油口(48c)与第二出油口(50b)连通，或者与第一进油口(48a)连通。

7.根据权利要求5或6所述的组件，其特征在于，通向第二致动室(42)的燃料进口(62)与热交换器(7)的燃料入口(64)连通，或者与所述同一交换器的燃料排放口(68)连通。

8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，旁通阀(20)包括在阀体的滑动空间(28)中的其活塞(26)的位置传感器(70)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，润滑油回路(1’)包括至少一个待被润滑的外壳(18)，优选地是辅助齿轮箱的滚动轴承外壳和/或油外壳。

10.一种航空器涡轮发动机(100)，包括根据前述权利要求中任一项所述的组件(200)，所述涡轮发动机优选地是涡轮喷气发动机。