CN117425770A - 设置有磁性驱动泵的涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮机，包括旋转体和至少一个磁性驱动泵，旋转体包括供应机械动力的电机轴，至少一个磁性驱动泵至少包括：一个定子(110)，该定子界定出环形内部空间并包括第一凸缘和第二凸缘(1110，1120)；转子(120)，转子布置在第一凸缘和第二凸缘之间的内部空间中并能够驱动流体，转子能够围绕旋转轴线(A)旋转；一对磁体(1241，1242)，这一对磁体具有相反的极性，与旋转轴线同轴地布置在转子上；磁体(1116)，该磁体布置在第一凸缘(1110)上以与转子的一对磁体中的一个磁体配合；磁性装置(130)，磁性装置布置在第二凸缘(1120)上，用于使转子旋转，第二凸缘是非磁性的。

Description

设置有磁性驱动泵的涡轮机

技术领域

本发明涉及涡轮机领域，该涡轮机包括旋转体和至少一个磁性驱动泵，该旋转体包括供应机械动力的电机轴。

本发明适用于所有类型的涡轮机，特别是那些用于飞行器的涡轮机，诸如涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和具有非涵道风扇(也称为“开放式转子”)的涡轮机。

背景技术

技术背景包括文献FR3102510 A1。

传统的涡轮机包括一个或多个旋转体。每个旋转体包括压缩机、涡轮和电机轴，该电机轴将涡轮连接到压缩机以驱动压缩机旋转。由涡轮机产生的动力的一部分用于驱动使涡轮喷气发动机或飞行器运行所需的各种附件(或辅助机器)，诸如润滑泵或燃料泵。

为此，涡轮机通常包括附件齿轮箱，该附件齿轮箱将电机轴联接到泵。当电机轴被驱动旋转时，附件齿轮箱将旋转运动传递给各种附件。换言之，由电机轴产生的机械能经由附件齿轮箱被传递到泵。

然而，这种技术方案具有以下缺点：

-由旋转体传递的机械动力的一部分用于驱动一个或多个泵，

-一个或多个泵的旋转速度取决于电机轴的旋转速度，因此一个或多个泵不能以独立的电机速度被控制，

-电机轴和一个或多个泵之间的机械连接需要动态密封件，动态密封件难以实现并随着时间的推移而磨损，

-一个或多个泵包括旋转轴，该旋转轴由机械轴承支撑，机械轴承由于摩擦而受到机械磨损，这极大地降低了一个或多个泵的效率，

-电机轴和一个或多个泵之间的机械连接要求一个或多个泵靠近附件齿轮箱定位，这极大地限制了在涡轮机中安装一个或多个泵的可能性，并使涡轮机承受热应力。

发明内容

本发明的目的是弥补这些缺点中的至少一部分，并提供一种涡轮机，该涡轮机包括与电机轴机械分离的泵，并且在该泵中，消除了泵的转子和泵的其余部分之间的物理接触。

为此，本发明涉及一种涡轮机，该涡轮机包括旋转体和至少一个磁性驱动泵，该旋转体包括供应机械动力的电机轴，该至少一个磁性驱动泵至少包括：

-定子，该定子限定出环形内部容积并包括第一凸缘和第二凸缘，

-转子，该转子布置在第一凸缘和第二凸缘之间的内部容积中并能够驱动流体，转子能够围绕旋转轴线旋转，

-一对磁体，这一对磁体具有相反的极性，与旋转轴线同轴地布置在转子上，

-磁体，该磁体布置在第一凸缘上以与转子的一对磁体中的一个磁体配合，

-磁性驱动装置，该磁性驱动装置经由第二凸缘远离转子，用于磁性地驱动转子旋转，第二凸缘是非磁性的。

因此，根据本发明的涡轮机配备有一个或多个泵，该一个或多个泵可以与电机轴机械地分离，然后独立于发动机速度进行控制，或者磁性地联接到电机轴。这在选择泵的旋转速度和将一个或多个泵植入涡轮机中的可能性方面提供了更大的自由度。实际上，泵是由磁性驱动器而不是机械轴驱动旋转的。

此外，现有技术的机械轴承被“磁性”轴承所代替，该“磁性”轴承由与转子的旋转轴线同轴地布置在转子和定子上的磁体形成，从而消除了转子和泵的其余部分之间的物理接触。

以这种方式，泵中的磁体使得泵的转子能够旋转，并且转子通过磁场轴向磁性地和径向地楔入泵中。

根据本发明的特定特征，磁性驱动装置包括轴和一对磁体，该轴机械地联接到涡轮机的旋转体的电机轴或电动机的电机轴，所述一对磁体具有相反的极性，与旋转轴线同轴地布置并固定到轴，第二凸缘包括轴承，该轴承容纳磁性驱动装置的所述一对磁体。

因此，泵的转子可以由驱动装置以与在磁性联接中相同的方式通过外轴的旋转来驱动，而转子和驱动装置之间没有通过转子的磁体和驱动装置的磁体之间的轴向磁通联接的接触。

有利地，布置在转子上的这一对磁体中的磁体、布置在第一凸缘上的磁体和磁性驱动装置的磁体均为永磁体。

根据本发明的特定特征，布置在转子上的这一对磁体中的磁体、布置在第一凸缘上的磁体和磁性驱动装置的磁体形成一排极性交替的磁体。

优选地，一个或多个磁性驱动泵是液环型泵、侧向通道型泵或摆线型泵。

根据另一特定特征，泵中的至少一个泵被布置并构造成为涡轮机供应燃料或润滑剂，或者在涡轮机的油箱的隔室之间输送燃料，或者对空气压缩机进行加压，或者用于无放流式除冰系统(système de dégivrage sans prélèvement)。

本发明的另一目的是一种飞行器，该飞行器包括至少一个具有根据本发明的涡轮机的涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机。

附图说明

通过以下由非限制性示例的方式做出的描述并参照附图，本发明将被更好地理解，并且本发明的其他细节、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：

-图1是根据本发明的一个实施例的电磁泵的示意性分解透视图；

-图2是沿着图1中的电磁泵的纵向轴线的示意性横截面；

-图3是一个变型实施例中的、沿着图1的电磁泵的纵向轴线的示意性横截面图；以及

-图4是根据本发明的涡轮机的示意图。

在不同的实施例中具有相同功能的元件在附图中具有相同的附图标记。

具体实施方式

本发明通常适用于配备有至少一个独立于涡轮机的发动机速度进行控制的泵的任何涡轮机。本发明特别但不排他地适用于液环型泵、侧向通道型泵或再生泵和摆线型泵。本发明还可以适用于离心式或容积式齿轮泵。

图1和图2示出了根据本发明的一个实施例的电磁泵100。在这里描述的示例中，电磁泵100是液环型泵，该电磁泵包括固定的泵体或定子110，该固定的泵体或定子界定出环形内部容积，并包括第一半壳体111和第二半壳体112。第一半壳体111包括形成第一凸缘的实心圆柱形中心部分1110和围绕中心部分1110同心延伸的环形外壁1112。第一凸缘1110设置有吸入或排出口1111。

类似地，第二半壳体112包括形成第二凸缘的实心圆柱形中心部分1120和围绕中心部分1120同心延伸的环形外壁1122。第二凸缘1120包括排出或吸入口1121。第二凸缘1120是非磁性的。

此外，电磁泵100包括叶片轮120(也称为转子或叶轮)，该叶片轮被布置在定子的两个凸缘之间的内部容积中，并且能够驱动流体。转子120能够沿轴向方向D_A围绕旋转轴线A旋转，并且包括设置有多个叶片122的轮121，该多个叶片沿着径向方向D_R从该轮延伸出。

叶片轮120包括沿着轴向方向D_A延伸的磁性旋转轴124，该磁性旋转轴由一对磁体(优选地为永磁体)形成，这一对磁体具有相反的极性，与旋转轴线A同轴地布置在转子的叶片轮120上。在这里描述的示例中，这一对磁体包括两个磁化垫，这两个磁化垫沿着旋转轴线在轴向方向D_A上延伸，一个磁化垫1241具有南极，另一个磁化垫1242具有北极。所谓磁化垫，指的是圆柱形的磁体，其轴线沿轴向方向D_A。为此，叶片轮120包括沿着旋转轴线A延伸的通孔，这一对磁体1241、1242容纳在该通孔中。

此外，第一凸缘1110包括圆柱形腔，该圆柱形腔沿着旋转轴线A延伸并容纳磁体1116，该磁体优选地为永磁体并呈磁化垫的形式。第一凸缘1110的磁体1116与旋转轴线A同轴地布置，因此与转子的一对磁体1241、1242同轴地布置。第一凸缘的磁体适于与其相对布置的转子磁体中的一个配合。换言之，第一凸缘1110的磁体1116与磁体1241相对布置，并具有与磁体1241相反的极性。因此，在这里描述的示例中，磁体1116具有北极，而转子的与磁体1116相对布置的磁体1241具有南极。

此外，磁性驱动泵100包括磁性驱动装置130，该磁性驱动装置用于在无需接触的情况下磁性地驱动转子旋转。磁性驱动装置130被布置在第二凸缘112上。磁性驱动装置130特别地通过第二非磁性凸缘112与转子120间隔开。磁性驱动装置包括轴131和一对磁体(优选地为永磁体)，该轴机械地联接到涡轮机或电动机的旋转体的电机轴，这一对磁体具有相反的极性，与旋转轴线A同轴地布置，并且例如通过粘接固定到轴131。在这里描述的示例中，这一对磁体包括两个磁化垫，这两个磁化垫沿着旋转轴线在轴向方向D_A上延伸，一个磁化垫1321具有南极，另一个磁化垫1322具有北极。为此，第二凸缘1120包括轴承133，该轴承容纳磁性驱动装置的所述一对磁体。轴承从第二凸缘的外部面延伸出，即与第二凸缘的、与转子相对的内部面相反地延伸出。

因此，布置在转子上的这一对磁体中的磁体1241、1242、布置在第一凸缘上的磁体1116和磁性驱动装置130的磁体1321、1322是同轴的，并且形成一排极性交替的磁体。

第一凸缘的磁体1116和磁性驱动装置130的磁体1321、1322用作转子的磁性旋转轴124的磁性轴承，因此有利地替代了现有技术的机械轴承。这是因为第一凸缘的磁体和磁性驱动装置的磁体使得能够轴向地、磁性地以及被动地楔入转子，即在转子和泵的其余部分之间没有任何物理接触。第一凸缘的磁体和磁性驱动装置的磁体还使得能够通过感应磁场径向地楔入转子。

因此，泵的转子可以由驱动装置130以与在磁性联接中相同的方式通过外部轴131的旋转来驱动，而转子和驱动装置之间没有通过转子的磁体1241、1242和驱动装置130的磁体1321、1322之间的轴向磁通联接的接触。

替代性地，如图3所示，第一凸缘1110的磁体1116与转子的磁体1242相对布置，并且与转子的磁体具有相同的极性(在这种情况下为北极)。转子的这一对磁体中的另一个磁体1241与磁性驱动装置130的磁体1321相对布置，并且与磁性驱动装置的磁体具有相同的极性(在这种情况下为南极)。

根据另一个未示出的实施例，转子的磁体由形成磁化盘的具有相同极性的磁化垫的布置形成，磁性驱动装置的磁体由与转子的磁化盘的极性相反的磁化垫的布置形成，该磁化垫与转子的磁化盘相对布置并且也形成磁化盘。转子的磁化盘和磁性驱动器的磁化盘彼此相对布置，以使得在它们之间能够进行磁性联接。根据轴向和径向楔入功率的要求以及所需的驱动功率来选择磁化垫的数量以及转子和磁性驱动器的磁化盘的相应尺寸。

一旦泵100的所有元件已经组装好，永磁体1241、1242就沿着径向方向D_R面向驱动装置130的磁体1321、1322，如图2和图3所示。电磁泵100的控制(扭矩和旋转速度)通过监测驱动装置130的轴的扭矩和旋转速度来实现。

已知在液环型泵中，轴例如通过垫片(图1和图2中未示出)偏心地布置在叶片轮120上，以产生叶片间(或轮叶间)的容积变化，这使得泵送的流体能够例如经由口1111被吸入，然后在压力下例如经由口1121排出。

泵100还可以是侧向通道型泵，也称为再生泵。在这种情况下，以已知的方式，在半壳体111和112上存在的侧向通道在口1111和1121之间延伸。仅半壳体111上的侧向通道1115在图1中用虚线示出。叶片间(或轮叶间)容积变化的演变，结合侧向通道1115中存在的速度场(涡流)，使得流体能够例如经由口1111被吸入，然后在压力下例如经由口1121排出。

尽管本发明已经针对液环型泵或侧向通道型泵进行了描述，但本发明还可以适用于例如摆线型泵、离心式或容积式齿轮泵。

根据本发明的电磁泵可以特别地用于将燃料或润滑剂供应到涡轮机，或者在涡轮机的油箱的隔室之间输送燃料。

图4示出了涡轮机的示例，该涡轮机包括燃料供应管线，该燃料供应管线由燃料箱10、低压泵11、过滤器12、高压泵13、计量设备14和油/燃料热交换器15组成。涡轮机还包括附件齿轮箱17，电机轴18连接到该附件齿轮箱以将机械动力传递到涡轮机。根据本发明，在由电动机驱动的情况下，低压泵11由例如如上所述的液环型或者侧向通道型或再生型或者容积式齿轮型的电磁泵组成。低压泵11与电机轴18机械地分离，并且例如由集成到涡轮机的控制设备中的数字计算机16独立地控制。

在涡轮机的油供应回路中，低压和/或高压供应泵还可以全部或部分地由独立于发动机速度控制的电磁泵代替。在这种情况下，可以优先使用摆线型泵，但不排除其他泵。

Claims (7)

1.一种涡轮机，所述涡轮机包括旋转体和至少一个磁性驱动泵，所述旋转体包括供应机械动力的电机轴，所述至少一个磁性驱动泵至少包括：

-定子(110)，所述定子界定出环形内部容积并包括第一凸缘和第二凸缘(1110，1120)，

-转子(120)，所述转子布置在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间的内部容积中并能够驱动流体，所述转子能够围绕旋转轴线(A)旋转，

-一对磁体(1241，1242)，所述一对磁体具有相反的极性，与所述旋转轴线同轴地布置在所述转子上，

-磁体(1116)，所述磁体布置在所述第一凸缘(1110)上，以与所述转子的所述一对磁体中的一个磁体配合，

-磁性驱动装置(130)，所述磁性驱动装置布置在所述第二凸缘(1120)上，用于磁性地驱动所述转子旋转，所述第二凸缘是非磁性的。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，磁性驱动装置(130)包括轴(131)和一对磁体(1321，1322)，所述轴机械地联接到所述涡轮机的旋转体的电机轴，所述一对磁体具有相反的极性，与所述旋转轴线(A)同轴地布置并固定到所述轴(131)，所述第二凸缘包括轴承(133)，所述轴承容纳所述磁性驱动装置的所述一对磁体。

3.根据权利要求2所述的涡轮机，其中，布置在所述转子上的一对磁体中的磁体(1241，1242)、布置在所述第一凸缘上的磁体(1116)和所述磁性驱动装置的磁体(1321，1322)是永磁体。

4.根据权利要求2或3所述的涡轮机，其中，布置在所述转子上的一对磁体中的磁体(1241，1242)、布置在所述第一凸缘上的磁体(1116)和所述磁性驱动装置的磁体(1321，1322)形成一排极性交替的磁体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机，其中，所述磁性驱动泵为液环型泵、侧向通道型泵、摆线型泵、离心式或容积式齿轮型泵。

6.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机，其中，所述泵中的至少一个泵被布置成为所述涡轮机供应燃料或润滑剂。

7.一种飞行器，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机。