CN116670382A - 用于涡轮发动机的油喷管 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方面涉及一种用于润滑涡轮机内诸如轴承的部件的油喷管(200),包括:‑用于供应油的主管道(210),‑至少一个次油排放管道(220),油通过所述次油排放管道喷射到构件上,以及‑连接区域(230),所述连接区域用于将次管道连接至主管道,并且所述连接区域包括在主管道与次管道之间的接合角(260),其特征在于,连接区域(230)包括与油接触的内壁(235),所述内壁(235)在次管道与主管道之间的接合处至少部分地弯曲,使得连接区域内的接合角(260)至少部分地被圆形化。本发明的另一个方面涉及配备有至少一个这种油喷管的涡轮发动机。

Description

用于涡轮发动机的油喷管
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮机的油喷管,并且尤其涉及一种用于喷射油以润滑和/或冷却构件(如涡轮机的轴承)的油喷管。本发明还涉及一种装配有至少一个这种油喷管的涡轮机。
本发明应用于航空学领域,并且特别地应用于航空发动机部件(如涡轮机轴承)的润滑领域。
背景技术
在航空学中,已知将油喷射到涡轮机的一些部件上,以便润滑和/或冷却它们。具体地,在涡轮机中,在发动机壳体中,诸如轴承、齿轮、发电机等的构件借助于在油回路中循环和通过油喷管朝向待润滑的构件所喷射的油而被润滑。
图1中表示了涡轮机的发动机壳体的实施例。该图1示出了发动机轴10,轴承20围绕该发动机轴安装,从而在发动机的转子和静子之间提供机械连接。第一壳体30围绕轴承20,并且确保油循环。第二壳体40围绕第一壳体,并且确保第一壳体30内的油的加压。在该实施例中,油通过由附图标记100示意性表示的油喷管而朝向第一壳体30内的轴承20喷射。因此,喷射到轴承上的油滴入第一壳体30中,并且通过重力排入收集管道35中,以再循环和/或再注入到油回路中。
为了有效,构件(例如轴承)应该用尽可能均匀地分布在所述构件上的油均匀地润滑。然而,喷射到待润滑的发动机构件上的油射流的行为根据航空器的飞行阶段而变化。实际上,在飞行期间,涡轮机轴以根据飞行阶段而变化的速度旋转。当该轴的旋转速度高时,该轴的旋转运动引起可以对注入的油射流的行为具有影响的气流,如使该油射流偏转。然而,偏转油射流导致较不精确和较少动态的定向。油射流可能不到达目标构件或者可能仅到达待润滑构件的一部分,这对发动机的操作和构件的寿命具有直接影响。
在航空学领域中,油喷管通常由通过在坯件中钻孔而制成的管道或一组管道形成。在图2中以截面图表示油喷管的一个实施例。在这个实施例中,油喷管包括主管道110(例如,油回路的一部分)和连接至主管道的次管道120。具有长度L和直径D的次管道120包括连接至主管道的第一端120a和第二开口端120b,在压力的作用下,油通过该第二端朝向待润滑的构件喷射。
当使用多个孔来制造当前射流时,在管道连接区域中产生了凸角,从而在两个孔之间在管道的相交处形成了尖锐边缘。这些边缘引起油流中的不稳定性。例如,在连接区域中,油流可以产生分离,这引起低压区,该低压区可产生空化和/或通过放大油流中的差异而使油射流不稳定。因此,油流不再是对称的,这可以引起油射流的雾化,即,射流爆裂成扩散喷雾。
图3表示简图,示出了常规油喷管内的压力差的实施例。在该实施例中,油流以压力P1在主管道110中循环,然后以在所述次管道内改变的压力进入次管道120。在次管道120的入口处(特别是在连接区域130的顶部部分中)的压力P1朝向连接区域130的下部部分附近的压力P2改变。在该实施例中,次管道120的不同部分之间的这个压力差在所述次管道中产生涡旋脱落LT(具有压力P3)和凹陷区域DP(具有压力P4)。因此次管道120中的油流是不稳定的,并且这种不稳定性反映在整个油流中,即使在它离开所述次管道之后。实际上,在喷管100的出口140之后,油射流包括引起质量差的油射流,如被称为雾化的扩散喷雾爆裂的压力变化VP。然而,雾化的油射流不仅是非连贯的,并且因此具有差的品质,而且它还对气流特别敏感,并且因此可以容易地被偏转,从而导致待润滑的这些构件的不良定向。
已知的是,在航空学领域中,尝试通过增加油喷管的L/D比率来补救在喷管出口处所述油射流雾化和油流动不稳定性的问题,因为L/D比率越大,油流在离开喷管之前必须稳定越多的时间。然而,增加L/D比率对喷管的尺寸设计具有直接影响,由此喷管具有更高的总尺寸。
但是,当今,涡轮机内的环境越来越受限制,这使得有必要减小涡轮机内的不同部件和构件的总尺寸,并且特别是减小喷管的总尺寸。因此,迄今为止提供的解决方案与涡轮机器中的目前变化相反。
因此,确实需要一种油喷管,该油喷管使得能够喷射稳定的油射流,即,当朝向待润滑的构件喷射时,不受任何凹陷和/或不平衡的油射流,而不增大射流的总体尺寸。
发明内容
为了响应以上讨论的喷管出口处的油射流的不稳定性的问题,本申请人提供了一种用于润滑涡轮机构件的油喷管,该油喷管的连接区域的内壁是弯曲的,并且没有成角的部分。
根据第一方面,本发明涉及一种用于润滑涡轮机内诸如轴承的构件的油喷管,该油喷管包括:
-主供油管道,
-至少一个次油出口管道,油通过所述至少一个次油出口管道,被喷射到构件上,以及
-连接区域,该连接区域用于将次管道连接至主管道,该连接区域包括主管道与次管道之间的接合角,
其特征在于,连接区域包括与油接触的内壁,所述内壁在次管道与主管道之间的接合处至少部分地被弯曲,使得连接区域内的接合角至少部分地被圆形化。
由于在主管道与次管道之间的接合处不存在成角的部分,这个喷管允许油流的平滑循环,这降低了次管道中的不稳定油流现象的风险,并且确保在喷管出口处的连贯的油射流。
与外壁相反,术语内壁是指位于管道内部,并且因此与在油喷管中循环的油接触的壁。
除了以上段落中刚刚讨论的特征之外,根据本发明的一个方面的油喷管可以具有单独或根据任何技术上可能的组合考虑的来自以下项中的一个或多个附加特征:
-与油接触的内壁包括凸出部分,该凸出部分在次管道与主管道之间的接合角的周缘的至少一部分上延伸。
-内壁包括根据次管道的直径、主管道与次管道之间的接合角的值和/或比率L/D所确定的形状,其中,D是次管道的直径,L是其长度。
-主管道与次管道之间的接合角是在油流动的方向上的钝角。
-通过增材制造,获得内壁的弯曲形状。
-通过添加被附接至连接区域内部的环形部件,获得内壁的弯曲形状。
-通过钻孔坯件,获得内壁的弯曲形状。
-次管道和/或主管道由柔性材料制成,该柔性材料能够适配在所述管道中循环的油流,通过涡轮机的结构上的附接系统,保持由柔性材料制成的主管道和/或次管道。
本发明的另一个方面涉及一种涡轮机,其特征在于,该涡轮机包括至少一个如以上限定的油喷管。
附图说明
本发明的进一步的优点和特征将从以下通过附图示例的说明中变得清楚,在附图中:
图1表示配备有油喷管的涡轮机发动机壳体的实施例的示意性截面视图,已经描述;
图2表示根据现有技术的油喷管的示意性截面视图,已经描述;
图3示意性地示出了根据现有技术的喷管内和所述喷管的出口处的油流的压力的变化,已经描述;
图4表示根据本发明的油喷管的实施例的示意性截面视图;
图5示出了根据本发明的油喷管的另一个实施例的示意性截面视图;以及
图6以示意性截面视图表示待附接在根据本发明的油喷管的连接区域中的环形部件的两个实施例。
具体实施方式
下面参考附图详细描述油喷管的示范性实施方式,该油喷管被构造成用于限制在喷管的次管道中油流的不稳定性。这个实施例示例了本发明的特征和优点。然而,需要提醒的是,本发明不限于该实施例。
在附图中,相同的元件用相同的附图标记进行标记。出于附图的易读性的原因,不遵守所表示的元件之间的尺寸比例。
在图4中表示了根据本发明的油喷管的一个实施例。该油喷管200包括主管道210(例如,油回路的一部分)以及在称为连接区域230的区域中连接至主管道210的次管道220。主管道210和次管道220是布置成将油从油回路输送至喷管200的出口240的管道系统,油从出口240朝向待润滑的构件喷射。次管道220包括连接至主管道210的第一端220a以及第二开口端220b,在压力作用下,油通过第二开口端朝向待润滑的构件(例如,轴承)喷射。在次管道与主管道之间的接合处,即,在次管道的口部处,连接区域230包括称为接合角的角度。这个角度优选地沿着油循环方向是钝角,该钝角被适配成确保在选定压力下的油循环。
根据本发明的油喷管在连接区域230中包括弯曲的内壁235,在该连接区域中次管道220被连接到主管道210,该弯曲的内壁在连接区域230的内部,在接合角的至少一部分上形成了圆形的部分。实际上,如图4所示,内壁235具有预定形状的曲线,其适于在接合角附近,限制或消除连接区域230内部的尖锐边缘或成角的突起。
根据本发明的一些实施方式,内壁235具有弯曲形状,该弯曲形状围绕次管道220与主管道210之间的接合角的整个周缘延伸,使得整个接合角是圆形的。在这些实施方式中,接合角不再包括可以在油流中产生不稳定性的任何成角的突起或尖锐边缘。
根据其他实施方式,内壁235具有仅在次管道220与主管道210之间的接合角的周缘的一部分上延伸的弯曲形状。在这些实施方式中,接合角的弯曲部分在接合角的当油进入次管道时对油的压力具有最大影响,并且因此具有在油流的循环中产生干扰的最大风险的部分上延伸。因此,通过将这些成角的突出限制到接合角的最不易产生干扰的区域,限制了油流中不稳定性的风险。
根据一些实施方式,内壁235包括凸出部分,该凸出部分在次管道与主管道之间的接合部的整个周缘上或仅在该周缘的一部分上延伸。可通过随后描述的各种方法获得的该凸出部分具有覆盖凸角的效果,使得油不再与所述凸角接触,而是与凸出部分。这些实施方式具有以下优点:能够使用传统的钻孔技术来制造主管道和次管道,凸出部分的添加是在现有管道上随后执行的操作。
在本发明的一些实施方式中,连接区域230的外壁,即,不与油接触的壁,还可以是弯曲的,具有与内壁235的形状相同或不同的形状。
在主管道210与次管道220之间的接合角的至少一部分被圆形化,并且因此没有尖锐边缘或成角的突起的事实有助于油在喷管内的流动,这使之有可能避免脱离,并且限制次管道220中的油流中的不稳定性现象。
类似于任何喷管,油喷管200的次管道220包括长度L和直径D。内壁235的弯曲形状的细节,例如其曲率,可根据接合角的值、次管道220的直径D的值、L/D比率的值等来确定。例如,内壁235的曲率半径对于90°接合角将比对于120°接合角更小。可以通过使用例如CFD(计算流体动力学)类型的模拟工具的拓扑优化或通过测试一系列技术方案来确定内壁235的最佳形状。内壁235的最佳形状可导致次管道220的最小长度L,并且因此导致油喷管的最小侧向总尺寸。
通过不同的制造方法,可以获得内壁235的弯曲或圆形形状。例如,通过增材制造、通过在连接区域230内接合角上和/或接合角周围沉积一个或多个材料层,可以获得它。这种通过增材制造的技术使得可以例如产生连接区域的凸出部分或特定形状。
根据另一个替代方案,通过在连接区域230中在喷管内部添加特定部件,可以获得内壁235的弯曲形状。图5中示意性地示出了配备有这种特定部件250的喷管200的实施例。该特定部件250可以是在接合角的位置处,在与主管道210的相交处容纳在次管道220中的环形部件或通道。这个环形部件250可以是环的形式,如在图6中的实施例A中,包括布置成与次管道220的内表面220b接触的平坦外表面250a和布置成与油流接触的圆顶形内表面250b。可替代地,环形部件250可以是半环的形式,如在图6中的实施例B中,包括布置成与次管道220的内表面220b接触的平坦外表面250a,布置成与油流接触的圆顶形内表面250b,以及形成喷管的出口面的平坦横向面250c。通过本领域中已知的任何附接手段,如焊接、钎焊、铜焊或螺纹连接,这个环形部件可以内部地附接到连接区域230上。
根据本发明的一个实施方式,次管道220和/或主管道210由柔性材料制成,该柔性材料能够适配在所述管道中循环的油流,并且具有良好的耐热性。柔性材料具有以下优点:具有弯曲的接合点,而没有任何成角的部分。在该实施方式中,由柔性材料制成的管道通过安装至周围结构(诸如发动机壳体的曲轴箱)的紧固件系统而被保持。
无论根据本发明的喷管的实施方式如何,在存在方向变化的地方,即,在没有任何粗糙度或成角的部分的连接区域230中,油流越平滑,分离和干扰的风险就越减小,这确保了油流在次管道220中的稳定流动,并且因此在喷管出口240处的连贯射流。因此,雾化和/或定向差被显著地减少或甚至消除。因此,根据本发明的油喷管的次管道220可以具有比常规喷管更短的长度L,因为在油流离开喷管之前不再需要这个长度来稳定油流。
虽然通过多个实施方式、替代方案和实施例进行了描述,但是根据本发明的油喷管包括多种替代方案、修改和改进,这些替代方案、修改和改进对本领域的普通技术人员而言将是显而易见的,应理解的是,这些替代方案、修改和改进在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种用于润滑涡轮机内诸如轴承的构件的油喷管(200),包括:
-主供油管道(210),
-至少一个次油出口管道(220),油通过所述至少一个次油出口管道喷射到构件上,以及
-连接区域(230),用于将次管道连接至主管道,所述连接区域包括主管道与次管道之间的接合角(260),
其特征在于,连接区域(230)包括与油接触的内壁(235),所述内壁(235)在次管道与主管道之间的接合处至少部分地弯曲,使得连接区域内的接合角(260)至少部分地被圆形化,所述内壁(235)包括在次管道(220)与主管道(210)之间的接合角的周缘的至少一部分上延伸的凸出部分(250)。
2.根据权利要求1所述的油喷管,其特征在于,内壁(235)包括根据次管道(220)的直径、主管道与次管道之间的接合角(260)的值和/或比率L/D所确定的形状,其中,D是次管道的直径,并且L是其长度。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的油喷管,其特征在于,主管道(210)与次管道(220)之间的接合角(260)是沿着油流动方向的钝角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的油喷管,其特征在于,通过增材制造,获得内壁(235)的弯曲形状。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的油喷管,其特征在于,通过增加被附接至连接区域内部的环形部件,获得内壁(235)的弯曲形状。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的油嘴,其特征在于,通过钻孔坯件,获得内壁(235)的弯曲形状。
7.一种涡轮机,其特征在于,所述涡轮机包括至少一个根据权利要求1至6中任一项所述的油喷管(200)。
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