CN117432488A - 带有润滑再循环回路的空气涡轮起动机 - Google Patents

带有润滑再循环回路的空气涡轮起动机 Download PDF

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Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的空气涡轮起动机(ATS)，燃气涡轮发动机具有带有润滑剂贮存器的辅助变速箱(AGB)，空气涡轮起动机包括：至少部分地限定工作空气流动路径的壳体；包括涡轮的涡轮区段，涡轮具有输出轴和围绕输出轴周向间隔开并且至少部分地延伸到工作空气流动路径中的多个叶片；具有驱动轴的驱动区段，驱动轴可操作地联接到输出轴以接合AGB；以及流体地联接到润滑剂贮存器的润滑再循环回路。

Description

带有润滑再循环回路的空气涡轮起动机
相关申请的交叉引用
本申请请求享有2022年7月12日提交的印度专利申请号202211039930的优先权，该申请以其整体并入本文中。
技术领域
本主题大体上涉及空气涡轮起动机，并且更具体地涉及空气涡轮起动机内的润滑剂分配。
背景技术
飞行器发动机(例如，燃气涡轮发动机)在常规操作中接合到空气涡轮起动机。空气涡轮起动机的内部构件需要润滑。对空气涡轮起动机的润滑剂(如油)的供应可为自足的，或可从辅助变速箱提供。
发明内容
技术方案1. 一种用于燃气涡轮发动机的空气涡轮起动机(ATS)，所述燃气涡轮发动机具有带有润滑剂贮存器的辅助变速箱(AGB)，所述空气涡轮起动机包括：
至少部分地限定工作空气流动路径的壳体；
包括涡轮的涡轮区段，所述涡轮具有涡轮轴和围绕所述涡轮轴沿周向间隔开的多个叶片，所述多个叶片至少部分地延伸到所述工作空气流动路径中；
驱动区段，其具有至少一个受润滑构件、将所述涡轮轴可操作地联接到所述AGB的驱动轴；以及
润滑再循环回路，其具有将所述润滑剂贮存器流体地联接到所述至少一个受润滑构件的供应管线，以及将所述至少一个受润滑构件流体地联接到所述润滑剂贮存器的返回管线。
技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述空气涡轮起动机进一步包括旁通管线，所述旁通管线将所述供应管线流体地联接到所述返回管线以用于绕过所述至少一个受润滑构件。
技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述旁通管线包括将所述供应管线流体地联接到所述返回管线的至少一个返回出口。
技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述空气涡轮起动机进一步包括用于控制通过所述润滑再循环回路的润滑剂流的阀。
技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述阀是对润滑剂压力作出响应的压力阀。
技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述至少一个返回出口包括第一返回出口，当所述润滑剂压力在低润滑剂压力值与阈值压力值之间时，所述第一返回出口由所述压力阀打开，以限定驱动供应位置。
技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，在所述驱动供应位置中，所述供应管线流体地联接到所述驱动区段。
技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述至少一个返回出口包括第二返回出口，当所述润滑剂压力高于阈值压力值时，所述第二返回出口由所述压力阀打开，以限定旁通位置。
技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，在所述旁通位置中，所述供应管线与所述驱动区段和所述涡轮区段流体地阻断。
技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，当所述润滑剂压力在最小压力要求与高润滑剂压力值之间时，所述供应管线由所述压力阀流体地联接到所述涡轮区段，以限定涡轮供应位置。
技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述空气涡轮起动机进一步包括用于控制所述供应管线与所述至少一个受润滑构件之间的润滑剂流的压力阀。
技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述压力阀是多路控制阀，当所述ATS与所述AGB之间的压力差指示壳体破裂时，所述供应管线关闭并且所述旁通管线打开，并且当所述压力差中的压力指示所述ATS的正常操作时，所述供应管线打开。
技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述空气涡轮起动机进一步包括压力阀，当所述ATS与所述AGB之间的压力差指示壳体破裂时，所述供应管线关闭，并且当所述压力差指示所述ATS的正常操作时，所述供应管线打开。
技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的空气涡轮起动机，其中，所述空气涡轮起动机进一步包括第一弹簧和具有与所述第一弹簧不同的刚度值的第二弹簧，所述第一弹簧将所述压力阀在第一位置与第二位置之间转换，并且所述第二弹簧将所述压力阀在第四位置与第五位置之间转换。
技术方案15. 一种润滑再循环回路，包括：
位于辅助变速箱(AGB)中的润滑剂贮存器；
用于空气涡轮起动机(ATS)的壳体，所述壳体限定具有至少一个受润滑构件的内部、具有涡轮轴的涡轮区段，以及具有可操作地联接到位于内部的所述涡轮轴的驱动轴的驱动区段，输出轴至少部分地设置在所述壳体内并且将所述驱动轴可操作地联接到所述AGB；以及
将所述润滑剂贮存器流体地联接到所述至少一个受润滑构件的供应管线，以及将所述至少一个受润滑构件流体地联接到所述润滑剂贮存器的返回管线。
技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的润滑再循环回路，其中，所述润滑再循环回路进一步包括旁通管线，所述旁通管线将所述供应管线流体地联接到所述返回管线以用于绕过所述至少一个受润滑构件。
技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的润滑再循环回路，其中，所述供应管线包括一组分配导管，所述分配导管包括流体地联接到所述涡轮区段的涡轮导管和流体地联接到所述驱动区段的驱动导管。
技术方案18. 根据任意前述技术方案至所述的润滑再循环回路，其中，所述润滑再循环回路进一步包括用于选择性地打开和关闭所述旁通管线、所述涡轮导管和所述驱动导管的阀。
技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的润滑再循环回路，其中，所述润滑再循环回路进一步包括第一弹簧和具有与所述第一弹簧不同的刚度值的第二弹簧，所述第一弹簧将所述阀在涡轮供应位置与驱动供应位置之间转换，并且所述第二弹簧将所述阀转换到旁通位置中。
技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的润滑再循环回路，其中，所述润滑再循环回路进一步包括位于所述壳体中的一组出口和用于将润滑剂流从旋转运动移动到轴向方向的转向器，其中所述转向器流体地联接到所述一组出口。
附图说明
在附图中：
图1是根据本文中所述的各个方面的具有空气涡轮起动机的燃气涡轮发动机的示意图。
图2是根据本文中所述的各个方面的具有润滑再循环回路的空气涡轮起动机的横截面视图。
图3是根据本文中的公开的一个方面的用于图2的空气涡轮起动机的润滑再循环回路的示意图。
图4是根据本文中的公开的一个方面的向图2的空气涡轮起动机供应润滑的方法。
图5是根据本文中的公开的一个方面的用于空气涡轮起动机的润滑再循环回路的沿图2的线V-V的截面视图，其中阀处于涡轮供应位置。
图6是根据本文中的公开的另一个方面的图5的润滑再循环回路，其中阀处于驱动供应位置。
图7是根据本文中的公开的另一个方面的图5的润滑再循环回路，其中阀处于旁通位置。
图8是根据具有润滑剂转向器(或称为分流器，即diverter)的空气涡轮起动机的变型的来自图2的空气涡轮起动机的一部分的放大视图。
图9是根据具有一组吸入口的空气涡轮起动机的变型的来自图2的空气涡轮起动机的一部分的放大视图。
图10是根据具有润滑剂转向器的空气涡轮起动机的变型的来自图2的空气涡轮起动机的一部分的放大视图。
具体实施方式
本公开涉及空气涡轮起动机中的润滑再循环回路。在一个非限制性实例中，润滑再循环回路包括辅助变速箱(AGB)和空气涡轮起动机(ATS)，其中润滑(在一些情况下为油)在两者之间共用。润滑再循环回路可在不同的操作条件下操作，并且可包括到AGB的旁路。起动机可具有各种应用，包括起动燃气涡轮发动机和在燃气涡轮发动机处于操作中时生成电力。尽管本文中所述的示例性实施例针对起动机和AGB，但是本公开的实施例可应用于在两个发动机构件之间共用的润滑再循环回路的任何实施方式。
词语"示例性"在本文中可用于意指"充当实例、例证或示范"。本文中描述为"示例性"的任何实施方式不一定看作是相比其它实施方式优选或有利的。另外，除非另有具体标识，否则本文中所述的所有实施例都应视为示例性的。
如本文中所用，用语"第一"、"第二"和"第三"可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
用语"前"和"后"在本文中可用于指燃气涡轮发动机或载具内的相对位置，并且是指燃气涡轮发动机或载具的正常操作姿态。例如，关于燃气涡轮发动机，前是指更接近发动机入口的位置，而后是指更接近发动机喷嘴或排气口的位置。
如本文中所用，用语"上游"在本文中可用于指与润滑剂流动方向相反的方向，而用语"下游"是指与润滑剂流动方向相同的方向。用语"前"或"前方"意指在某物之前，而"后"或"后方"意指在某物之后。例如，当在润滑剂流动方面使用时，前/前方可意指上游，而后/后方可意指下游。这些用语也可用于描述相对位置。
另外，如本文中所用，用语"径向"或"径向地"是指远离共同中心的方向。例如，在涡轮发动机的整体上下文中，径向是指沿在发动机的中心纵向轴线与发动机外圆周之间延伸的射线的方向。
所有方向表示(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、前方、后方等)仅用于标识目的，以有助于读者理解本公开，并且不产生特别是关于本文中所述的公开的方面的位置、定向或使用的限制。除非另外指示，否则连接表示(例如，附接、联接、连接和连结)应宽泛地理解，并且可包括一系列元件之间的中间结构元件，以及元件之间的相对移动。照此，连接表示不一定暗示两个元件直接地连接并且与彼此成固定关系。示意图仅出于图示目的，其附图中反映的大小、位置、顺序和相对尺寸可变化。
除非上下文清楚地另外指示，否则单数形式"一个"、"一种"和"该"包括复数对象。例如，如本文中所用，用语"成组"或"一组"元件可为任何数量的元件，包括仅一个。
本文中在说明书和权利要求各处使用的近似语言用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此，由诸如"约"、"大致"、"大体上"和"基本上"的一个或多个用语修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造构件和/或回路的方法或机器的精度。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造构件和/或回路的方法或机器的精度。例如，近似语言可指在单个值、值范围和/或限定值范围的端点中的1、2、4、5、10、15或20%裕度内。此处以及在整个说明书和权利要求中，范围限制组合和互换，除非上下文或语言另外指示，否则这些范围是确定的，并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点可与彼此独立地组合。
本文中可使用的"靠近"不是限制性的，而是用于定位本文中所述的部分的叙述语。此外，用语"接近"意指比后面的部分更邻近或更接近所列举的部分。例如，在第一孔和第二孔与壁相距一定距离的情况下，在第一孔靠近壁的情况下，第一孔比第二孔更接近壁。
参看图1，示出了具有压缩机区段12、燃烧区段14和涡轮区段16的燃气涡轮发动机10。由风扇20限定的进气口18向发动机10的压缩机区段12供应空气。进气口18和压缩机区段12统称为位于燃烧区段14上游的燃气涡轮发动机10的"冷区段"22。压缩机区段12为燃烧区段14提供高压空气。高压空气与燃料混合并且在燃烧区段14中的燃烧室(未示出)中燃烧，以形成热的和加压的燃烧气体。热的和加压的燃烧气体在从燃气涡轮发动机10排出之前穿过涡轮区段16。随着加压气体穿过涡轮区段16的高压涡轮(未示出)和低压涡轮(未示出)，涡轮从穿过燃气涡轮发动机10的气流中提取旋转能量。压缩机区段12和涡轮区段16可通过轴的方式联接到彼此，以对压缩机区段12提供功率。低压涡轮可通过轴的方式联接到进气口18的风扇20，以对风扇20提供功率。
燃气涡轮发动机10可为现代商业和军用航空中常用的涡扇发动机，或其可为诸如涡轮螺旋桨或涡轮轴的各种其它已知的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机10还可具有补燃器(afterburner)，该补燃器在涡轮区段16下游燃烧附加量的燃料以增加排出气体的速度，并且由此增加推力。
起动电动机或空气涡轮起动机(ATS)100可经由示意性地示为安装到燃气涡轮机发动机10的辅助变速箱(AGB)102(也称为变速器壳体)传动地联接到燃气涡轮发动机。水平驱动轴104可从AGB102延伸到传动变速箱106。AGB102可通过从传动变速箱106延伸到燃气涡轮发动机10中的径向驱动轴(未示出)的方式联接到燃气涡轮发动机10内的涡轮轴(联接到低压涡轮或高压涡轮)。
现在参看图2，更详细地示出了ATS100。ATS100可包括ATS涡轮区段107，其包括限定入口110和出口112的涡轮壳体108和涡轮区段内部164。流动路径114可在入口110和出口112之间延伸，以用于将气流从入口110传送到出口112。涡轮部件116可包括涡轮轴118和从涡轮轴118延伸的多个叶片120。涡轮轴118可轴颈连接(journal)在涡轮壳体108内。多个叶片120可设置在流动路径114内，以用于从沿流动路径114的气流可旋转地提取机械功率。
驱动壳体122可限定驱动区段123，其中变速箱124的至少一部分限定驱动区段内部166。齿轮系126可设置在变速箱124内，并且与涡轮轴118传动地联接。齿轮系126可包括环形齿轮128，并且可进一步包括任何齿轮组件，包括例如但不限于行星齿轮组件或小齿轮组件。涡轮轴118可以可旋转地安装到齿轮系126，以允许将机械功率从涡轮部件116传递到齿轮系126。涡轮轴118可由一对涡轮轴承130支承。
托架部件131可与齿轮系126传动地联接。从动部件132可包括驱动轴134并且可旋转地安装到托架部件131。托架部件131中的孔口136可接收驱动轴134。托架部件131可由托架轴承138支承。
涡轮区段内部164和驱动区段内部166一起限定壳体内部140。壳体内部140可包含润滑剂(作为非限制性实例，油)，以对至少一个受润滑构件141(即包含在诸如齿轮系126、环形齿轮128和轴承130,138内的机械零件)提供润滑和冷却。
离合器142可安装到托架部件131。从动部件132联接到离合器142并且另外由驱动轴承143支承。从动部件132由托架部件131驱动，托架部件131继而又由齿轮系126驱动，齿轮系126继而又由涡轮部件116驱动。离合器142可为任何类型的轴接口部分，其形成包括涡轮部件116、托架部件131和从动部件132的单个可旋转轴144。轴接口部分可通过任何已知的联接方法，包括但不限于齿轮、花键、离合器机构或它们的组合。
分离器组件148可设置在从动部件132的至少一部分内。输出轴149可安装到驱动轴134。输出轴149可以可操作地联接到AGB102，AGB102继而又可操作地联接到发动机10。
润滑再循环回路(LRC)150可至少部分地设置在驱动壳体122内。LRC150可包括在AGB102与壳体内部140之间延伸的润滑管线152。LRC150可进一步包括流体地联接到壳体内部140的一组AGB出口153。在穿过LRC150之后，该组AGB出口153为润滑剂提供从ATS100到AGB102的离开。
涡轮壳体108和驱动壳体122可通过任何已知的材料和方法形成，包括但不限于高强度和轻质金属(如铝、不锈钢、铁或钛)的压铸。限定ATS100的涡轮壳体108和驱动壳体122可形成为具有足够的厚度以提供充足的机械刚度，而不会给整个组件并且因此给飞行器增加不必要的重量。
可旋转轴144可通过任何已知的材料和方法构造，包括但不限于高强度金属合金(如含有铝、铁、镍、铬、钛、钨、钒或钼的金属合金)的挤压或机加工。涡轮轴118和驱动轴134以及限定可旋转轴144的任何其它轴的直径可沿可旋转轴144的长度固定或变化。直径可变化以适应不同的尺寸，以及转子到定子的间距。
在操作期间，空气引入到入口110中，沿流动路径114行进，引起涡轮部件116的旋转。这种旋转使得机械能能够通过可旋转轴144传递到AGB102，并且继而经由传动变速箱106(图1)传递到发动机10。在起动发动机10时，离合器142可将驱动轴134与托架部件131断开。在反向驱动的情况下，ATS100应当与AGB102断开。分离器组件148使得能够与AGB102断开。
图3是示出根据本文中的公开的一个方面的LRC150的示意图。用于控制润滑剂沿AGB102和ATS100之间的润滑管线152的通路的阀155可设置在ATS100内。分配室154可限定润滑管线152的至少一部分。在一个非限制性实例中，阀155是具有用于分配润滑剂的第一入口156和第二入口158以及用于重新引导润滑剂的第一返回出口160和第二返回出口162的多路控制阀。
壳体内部140可进一步分成涡轮区段内部164和驱动区段内部166。涡轮区段内部164可至少部分地由涡轮壳体108限定，而驱动区段内部166可至少部分由驱动壳体122限定。AGB102可包括润滑剂贮存器168。润滑剂贮存器168可为一个贮存器，或如图所示分成多个贮存器(作为非限制性实例，油供应部170和油储存部172)。
润滑管线152可包括在分配室154与壳体内部140之间延伸的一组分配导管174。该组分配导管174可包括涡轮导管176和驱动导管178。涡轮导管176可在第一入口156与涡轮区段内部164之间延伸。涡轮导管176可限定涡轮直径(Dt)。驱动导管178可在第二入口158与驱动区段内部166之间延伸。驱动导管178可限定驱动直径(Dd)。润滑管线152可进一步包括在润滑剂贮存器168与分配室154之间延伸的一组连接导管180。该组连接导管180可包括供应管线182和返回管线184。供应管线182可在油供应部170与分配室154之间延伸，并且返回管线184可在分配室154与油储存部172之间延伸。返回管线184可经由第一返回出口160或第二返回出口162流体地联接到分配室154。
阀155可控制润滑剂(L)在润滑剂贮存器168与壳体内部140之间的通路。更具体地，在涡轮供应位置330(见图5)中，阀155可通过打开第一入口156来允许润滑剂(L)从分配室154到涡轮导管176的通路。同样，在驱动供应位置340(见图6)中，阀155可通过打开第二入口158来允许润滑剂(L)从分配室154到驱动导管178的通路，以向驱动区段内部166提供降低的压力流动速率。
阀155可打开和关闭第一返回出口160和第二返回出口162以控制润滑剂(L)进入到返回管线184中。第一返回出口160可在处于驱动供应位置340中时打开。在旁通位置350(见图7)中，第二返回出口162可打开，而第一入口156和第二入口158和第一返回出口160关闭，使得没有润滑剂(L)传递到壳体内部140中。以此方式，返回管线184可在驱动供应位置340和旁通位置350两者中限定旁通管线186的一部分。旁通管线186包括润滑剂贮存器168、供应管线182和分配室154。
在本公开的一个方面中，阀155是响应于润滑剂压力(P)的压力阀。润滑剂(L)通过润滑管线152的通路由润滑剂压力(P)控制，润滑剂压力(P)限定为由AGB102与ATS100之间的压力差产生的润滑剂(L)上的压力。润滑剂压力(P)继而又转化为阀155上的压力。润滑剂压力(P)可在15psi与50psi之间(15psi<P<50psi)。在一些实施方式中，该范围在20psi与45psi之间(20psi<P<45psi)。在低于30psi的低润滑剂压力下，润滑剂(L)到驱动区段内部166的通路是关闭的，而润滑剂(L)到涡轮区段内部164的通路是打开的。在高于35psi的高润滑剂压力下，润滑剂(L)到驱动区段内部166的通路是打开的，而润滑剂(L)到涡轮区段内部164的通路是关闭的。对于30psi与35psi之间的范围，阀155可对于涡轮导管176或/和驱动导管178中的一者/两者部分地打开。
一方面，较高的润滑剂压力可导致超过所需的流动速率。在此情况下，驱动导管178的驱动直径(Dd)可形成为小于涡轮直径(Dt)以控制到驱动区段内部166的流动速率。当驱动直径小于涡轮直径(Dd<Dt)时，旁通管线186可打开，以经由第一返回出口160提供出口，以使多余的润滑剂(L)流回到润滑剂贮存器168。应当理解，较高的润滑剂压力(高于35psi)可引起到驱动区段内部166的流动速率高于所需，在此情况下，可打开旁通管线186以提供较低的流动速率，可减小驱动直径(Dd)以提供较低的流动速率，或可进行两者的组合以提供较低的流动速率。
在ATS100在涡轮壳体108或驱动壳体122中的一者或两者中形成壳体破裂的情况下，压力差的突然下降产生超过阈值压力(P>50psi)的增加的润滑剂压力。这种突然的压力增加可引起阀155关闭第一入口156和第二入口158以及第一返回出口160，并且保持第二返回出口162打开，使得所有润滑剂(L)通过返回管线184传递回到润滑剂贮存器168，并且没有润滑剂(L)传递到壳体内部140中。换言之，当ATS100与AGB102之间的压力差指示壳体破裂时，供应管线182关闭而旁通管线186打开，并且当压力差指示ATS100的正常操作时，供应管线182打开。
转向图4，在流程图中示出了向空气涡轮起动机供应润滑的方法400。在框402处，将润滑剂(L)从AGB102供应到ATS100。在框404处，利用阀155控制ATS100内的润滑剂(L)的分配。在框406处，当润滑剂压力(P)在给定范围内时，将润滑剂(L)分配到壳体内部140的第一部分(作为非限制性实例，涡轮区段内部164或驱动区段内部166中的一个)。给定范围可在20psi与35psi之间或30psi与45psi之间。分配润滑剂(L)可包括当润滑剂压力(P)低于35psi时将润滑剂(L)分配到涡轮区段内部164。分配润滑剂(L)还可包括当润滑剂压力(P)高于30psi时将润滑剂(L)分配到驱动区段内部166。此外，分配润滑剂(L)可包括当润滑剂压力(P)高于30psi时将润滑剂(L)分配到返回管线184。此外，分配润滑剂(L)可包括当润滑剂压力(P)高于50psi时将润滑剂(L)分配到返回管线184。
在框408处，方法400包括当润滑剂压力(P)大于或小于给定范围时，阻断来自壳体内部140的第一部分的润滑剂(L)的通路。阻断润滑剂(L)的通路可包括当润滑剂压力(P)高于35psi时阻断来自涡轮区段内部164的润滑剂(L)的通路。阻断润滑剂(L)的通路可包括当润滑剂压力(P)低于30psi时阻断来自驱动区段内部166的润滑剂(L)的通路。阻断润滑剂(L)的通路可包括当润滑剂压力(P)高于50psi时阻断来自涡轮区段内部164和驱动区段内部166两者的润滑剂(L)的通路。
转向图5，沿图2的线V-V截取的横截面示出了根据本文中公开的一个方面的示例性LRC250。LRC250与本文中已经描述的LRC150基本类似，因此相似的部分将用增加100的相似数字来标识。应当理解，除非另外指出，否则LRC150的相似部分的描述适用于图5的LRC250。
润滑管线252在图5中从右向左，从AGB102延伸到ATS100。分配室254可限定润滑管线252的至少一部分。分配室254可设置在用于ATS100的驱动壳体122的壁287内。分配室254可容纳阀(作为非限制性实例，压力阀255)。一方面，压力阀255可为滑动式多路控制阀，其包括设置在阀壳体291内的阻塞件290和活塞288。
润滑管线252可包括一组分配导管274，其形成在壁287中并且从分配室254延伸以将分配室254流体地联接到壳体内部(作为非限制性实例，壳体内部140(图3))。该组分配导管274可包括涡轮导管276和驱动导管278。涡轮导管276可在第一入口256处流体地联接到分配室254。驱动导管278可在第二入口258处流体地联接到分配室254。润滑管线252可进一步包括一组连接导管280，其将润滑剂贮存器168流体地联接到分配室254。该组连接导管280可包括供应管线282和返回管线284。返回管线284可在第一返回出口260和第二返回出口262处流体地联接到分配室254。
阀壳体291可位于分配室254内，并且在壁287处的封闭端292与开口端293之间延伸以限定阀中心线(CL)。开口端293可流体地联接到供应管线282。阀壳体291可包括示为多个开口的一组开口：分别流体地联接到第一入口256和第二入口258和第一返回出口260和第二返回出口262的第一开口294、第二开口295、第三开口296和第四开口297。
活塞288可具有基本上柱形的形状，位于阀壳体291内并且可在第一位置298与第二位置299(图6)之间相对于阀中心线(CL)沿轴向方向移动。活塞288可包括限定活塞内部301的活塞壁300。基本上垂直于活塞壁300延伸的内壁302可将活塞内部301分成第一室303和第二室304。第一弹簧305可设置在第一室303中，并且与第一弹簧305不同的第二弹簧306可设置在第二室304中。第二弹簧306可具有比第一弹簧305更高的强度或弹簧常数值(k)。第一弹簧305可具有设置成使活塞288能够在第一位置298与第二位置299之间转换的强度。
示为多个通孔的一组通孔(第一通孔314、第二通孔315和第三通孔316)可位于活塞壁300内。第一通孔314从第二室304朝向阀壳体291延伸通过活塞壁300。该组通孔314,315,316可选择性地流体地联接到阀壳体291的该组开口294,295,296,297以及入口256,258和出口260,262。
阻塞件290可在第一端317与第二端318之间延伸。阻塞件壁319可在其内限定中空部分320，中空部分320限定润滑管线252的至少一部分。中空部分320可在第一端317处的阻塞件入口321与第二端318处的第一出口324之间延伸。第一出口324可流体地联接到活塞288的第一通孔314。中空部分320流体地联接到阀壳体291的开口端293，并且继而又在阻塞件入口321处流体地联接到供应管线282。鼻部322可从第二端318沿阀中心线(CL)轴向地延伸通过活塞288的内壁302。示为多个侧出口的一组侧出口(第二出口325和第三出口326)可设置在阻塞件壁319内，以将中空部分320选择性地流体地联接到该组通孔314,315,316。
阻塞件290可在第三位置327、第四位置328(用虚线，图6)和第五位置329(用虚线，图7)之间相对于阀中心线(CL)沿轴向方向移动。当活塞288在第一位置298与第二位置299之间移动时，阻塞件290可随着活塞288在第三位置327与第四位置328之间移动。如下文所述，第二弹簧306可具有设置成使阻塞件290能够在特定压力下在第四位置328与第五位置329之间转换的强度。
涡轮供应位置330出现在最小压力要求之上和高润滑剂压力之下，其中由润滑剂压力施加到第一弹簧305和第二弹簧306的力到现在为止很少引起弹簧305,306的压缩。活塞288的第一通孔314和阀壳体291的第一开口294与第一入口256对准。在涡轮供应位置330中，活塞288处于第一位置298中，并且阻塞件290处于如图所示的第三位置327中，其中润滑管线252在润滑剂贮存器168与涡轮区段内部164之间延伸。这打开了从中空部分320到涡轮导管276的润滑剂通路，其继而又从润滑剂贮存器168(特别是油供应部170)向涡轮区段内部164提供润滑剂(L)(作为非限制性实例，油)。
当润滑剂压力(P)高于最小压力要求或高于10psi并且低于35psi的高润滑剂压力时，可发生将润滑剂(L)分配到涡轮区段内部164。当润滑剂压力(P)在最小压力要求与高润滑剂压力之间时，推力从内壁302施加在第一弹簧305上。然而，直到压力达到或超过一定量(作为非限制性实例，30psi的低润滑剂压力)为止，第一弹簧305都几乎没有压缩量。因此，在低润滑剂压力之下，活塞288保持在第一位置298，直到第一弹簧305上的压力达到一定量为止。在低润滑剂压力与高润滑剂压力之间，随着压力增加并且第一弹簧305进行弹簧压缩，活塞288朝向第二位置299移动，而阻塞件290朝向第四位置328移动。当第一弹簧305压缩时，润滑剂压力未高到足以压缩第二弹簧306。尽管示为完全打开，但应当理解，随着第一弹簧305移动，第一入口256可部分地受阻断。
在涡轮供应位置330中，第二通孔315和第三通孔316流体地联接到阻塞件290中的第二出口325和第三出口326。然而，在该位置中，当流体地联接到彼此时，第二通孔315和第三通孔316以及第二出口325和第三出口326由阀壳体291阻塞(如圆圈x的332所示)而不能经由第二开口295和第三开口296流体地连接到驱动导管278和返回管线284。
转向图6，示出了驱动供应位置340。仅为了清楚起见，已去除一些数字，这些部分与图5中所示的部分相同。驱动供应位置340出现在低润滑剂压力与阈值压力值之间。力施加到第一弹簧305和第二弹簧306。该力足以压缩第一弹簧305，但不足以压缩第二弹簧306。压缩引起活塞288的第二通孔315、阀壳体291的第二开口295和阻塞件290的第二出口325与第二入口258对准。在驱动供应位置340中，活塞288处于第二位置299中，并且阻塞件290已经随活塞288移动到第四位置328。在驱动供应位置340中，润滑管线252在润滑剂贮存器168与驱动区段内部166之间延伸。此外，旁通管线186打开。在驱动供应位置340中，并且第二通孔315、第二开口295和第二出口325流体地联接到驱动导管278的第二入口258。此外，在驱动供应位置340中，第三通孔316、第三开口296和第三出口326对准并且流体地联接到返回管线284的第一返回出口260。
如本文中前面所述，当润滑剂压力(P)高于30psi的低润滑剂压力时，可发生将润滑剂(L)分配到驱动区段内部166。当润滑剂压力(P)高于30psi时，压力会从内壁302对第一弹簧305产生推力，引起活塞288移动到第二位置299中。当润滑剂压力(P)高于35psi的高润滑剂压力时，活塞288完全处于第二位置299中。这打开了从中空部分320到驱动导管278的润滑剂通路，其继而又从润滑剂贮存器168(特别是油供应部170)向驱动区段内部166提供润滑剂(L)(作为非限制性实例，油)。由于高润滑剂压力，故该移动还打开了从中空部分320经由旁通管线186到润滑剂贮存器168(特别是油储存部172)的润滑剂通路。这与本文中前面所述的较小直径相结合而向驱动区段内部166提供了受控的流动。
转向图7，示出了旁通位置350。仅为了清楚起见，已去除一些数字，这些部分与图5中所示的部分相同。旁通位置350出现在处于或高于阈值压力值或50psi的压力下。在该压力下，该力足以压缩第二弹簧306，引起通向涡轮导管276和驱动导管278的所有流体开口都关闭。旁通位置350由当活塞288处于第二位置299中并且阻塞件290处于第五位置329中时限定。在旁通位置350中，润滑管线252仅由限定了打开的旁通管线286的返回管线284限定。在旁通位置350中，联接到第二返回出口262的第四开口297向阀壳体291的开口端293敞开。在旁通位置350中，没有润滑剂提供到ATS100的壳体内部140(图2)。
如本文中前面所述，当润滑剂压力(P)高于阈值压力或50psi时，可发生阻断来自涡轮区段内部164和驱动区段内部166两者的润滑剂(L)的通路。当润滑剂压力(P)高于50psi时，压力在第二弹簧306上产生来自阻塞件290的推力，引起第二弹簧306压缩并且阻塞件290移动到第五位置329中。这打开了从供应管线282直接到返回管线284并且返回到润滑剂贮存器168(特别是油储存部172)的旁通管线286。
转向图8，示出了图2中的截面VIII的放大视图。润滑剂转向器360可位于驱动壳体122内以将润滑剂截留在壳体内部140内。润滑剂转向器360可由任何合适的紧固件362安装到驱动壳体122。润滑剂转向器360可包括转向器本体364，该转向器本体364成形为将润滑剂(L)从旋转运动(R)移动到轴向方向(A)。转向器本体364可在紧固件362处的第一端366到第二端368之间既沿轴向又沿周向(进入页面)延伸。出口通路370可在第二端368与该组出口153之间延伸。网372可设在驱动壳体122内的一组AGB出口153处。在操作期间，润滑剂转向器360使得能够从旋转运动(R)转化到轴向运动(A)。
转向图9，示出了图2中的截面VIII的放大视图。一组吸入导管380可位于驱动壳体122内，该驱动壳体122具有沿润滑剂(L)的旋转运动(R)的孔轴线。该组吸入导管380包括吸入通路382，吸入通路382在吸入入口384与该组出口153之间既沿轴向又沿周向(进入页面)延伸。在操作期间，该组吸入导管380使得能够从旋转运动(R)转化到轴向运动(A)。
转向图10，示出了图2中的截面VIII的放大视图。涡流转向器390可位于驱动壳体122内，以将润滑剂截留在壳体内部140内。涡流转向器390可靠近从动部件132安装在驱动壳体122内。涡流转向器390可包括涡流体392，其成形为将润滑剂(L)从旋转运动(R)移动到轴向方向(A)。涡流体392可既沿轴向又沿周向(进入页面)延伸。出口通路394可在涡流体392与该组出口153之间延伸。在操作期间，涡流转向器390使得能够从旋转运动(R)转化到轴向运动(A)。
应当理解，润滑剂转向器360、吸入导管380或涡流转向器390中的任何都可设在本文中所述的ATS100中。进一步设想，每个的方面可在ATS100内在不同位置处组合或提供。
所有方向表示(例如，径向、上、下、向上、向下、左、右、侧向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针等)仅用于标识目的，以有助于读者理解本公开，并且不产生特别是关于其位置、定向或使用的限制。除非另外指示，否则连接表示(例如，附接、联接、连接和连结)应宽泛地理解，并且可包括一系列元件之间的中间部件，以及元件之间的相对移动。因而，连接表示不一定是暗示两个元件直接地连接并且与彼此成固定关系。示意图仅出于图示目的，并且其附图中反映的大小、位置、顺序和相对尺寸可变化。
除上图中所示的之外，许多其它可能的实施例和构造由本公开构想出。另外，各种构件(如起动机、AGB或其构件)的设计和放置可重新布置，使得可实现许多不同在线构造。
本文中所述的润滑再循环回路在AGB和空气涡轮起动机之间提供了用于在两个区域中使用的润滑的来回传送。由于润滑剂或在一些情况下油压是AGB轴速度的函数，因此润滑剂压力将随着轴速度的增加而增加。这种压力变化引起润滑剂压力的差异。引入如本文中所述的润滑再循环回路使得能够控制润滑剂(例如润滑油)的流动速率，以冷却轴承和旋转部分。在本文中所述的较低压力下，润滑剂将仅在机动期间流到涡轮区段，并且在所论述的较高压力下切断。在那些较高的压力下，润滑剂仅在超速运行期间才会流到驱动区段。在延长机动期间提供润滑可延长涡轮区段的轴承和旋转部分的使用寿命。
与本文中所述的两个弹簧相关联的益处在空气涡轮起动机内提供选择性流动。在正常工作条件下，弹簧根据压力激活，由此在涡轮区段和驱动区段都不需要润滑时分别关闭涡轮区段和驱动区段。换言之，在必要时向空气涡轮起动机内的相应位置提供润滑。
此外，提供压力阀的益处使得在壳体破裂引起较高刚度弹簧激活的情况下能够完全切断对空气涡轮起动机的润滑。这继而又关闭了到空气涡轮起动机的流动路径，并且润滑剂旁通到AGB。
此外，为了维持空气涡轮起动机内的适当油位，本文中所述的流动成组出口可联接到各种示例性转向器。在驱动轴旋转期间，润滑剂将处于涡流模式中，并且润滑剂不会朝向相对于涡流运动沿竖直方向定向的所述该组出口引导。如果没有转向器，空气涡轮起动机内的润滑剂液位将会增加。本文中所述的转向器、润滑剂转向器、该组吸入口和涡流转向器沿涡流方向设置，以使油从涡流或旋转运动传递到轴向方向并且离开空气涡轮起动机。
在尚未描述的范围内，各种实施例的不同特征和结构可按期望组合使用或彼此替代使用。一个特征没有在所有实施例中示出并不意味着其不能如此示出，而是为了描述的简洁而这样做。因此，可根据需要混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新实施例，无论新实施例是否明确描述。本文中所述的特征的所有组合或排列都由本公开覆盖。
本书面描述使用了实例来描述包括最佳模式在内的本文中所述的公开的各方面，并且还使本领域中的任何技术人员能够实施本公开的各方面，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本公开的各方面的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它实例旨在处于权利要求的范围内。
其它方面由以下条款的主题提供：
一种用于燃气涡轮发动机的空气涡轮起动机(ATS)，燃气涡轮发动机具有带有润滑剂贮存器的辅助变速箱(AGB)，空气涡轮起动机包括至少部分地限定工作空气流动路径的壳体；包括涡轮的涡轮区段，涡轮具有涡轮轴和围绕涡轮轴沿周向间隔开的多个叶片，多个叶片至少部分地延伸到工作空气流动路径中；驱动区段，其具有至少一个受润滑构件、将涡轮轴可操作地联接到AGB的驱动轴；以及润滑再循环回路，其具有将润滑剂贮存器流体地联接到至少一个受润滑构件的供应管线，以及将至少一个受润滑构件流体地联接到润滑剂贮存器的返回管线。
任一前述条款的空气涡轮起动机，进一步包括旁通管线，旁通管线将供应管线流体地联接到返回管线以用于绕过至少一个受润滑构件。
任一前述条款的空气涡轮起动机，其中旁通管线包括将供应管线流体地联接到返回管线的至少一个返回出口。
任一前述条款的空气涡轮起动机机，进一步包括用于控制通过润滑再循环回路的润滑剂流的阀。
任一前述条款的空气涡轮起动机，其中该阀是对润滑剂压力作出响应的压力阀。
任一前述条款的空气涡轮起动机，其中至少一个返回出口包括第一返回出口，当润滑剂压力在低润滑剂压力与阈值压力值之间时，第一返回出口由压力阀打开，以限定驱动供应位置。
任一前述条款的空气涡轮起动机，其中在驱动供应位置中，供应管线流体地联接到驱动区段。
任一前述条款的空气涡轮起动机，其中至少一个返回出口包括第二返回出口，当润滑剂压力高于阈值压力值时，第二返回出口由压力阀打开，以限定旁通位置。
任一前述条款的空气涡轮起动机，其中在旁通位置中，供应管线与驱动区段和涡轮区段流体地阻断。
任一前述条款的空气涡轮起动机，其中当润滑剂压力在最小压力要求与高润滑剂压力之间时，供应管线由压力阀流体地联接到涡轮区段，以限定涡轮供应位置。
任一前述条款的空气涡轮起动机，进一步包括用于控制供应管线与至少一个受润滑构件之间的润滑剂流的压力阀。
任一前述条款的空气涡轮起动机，其中压力阀是多路控制阀，当ATS与AGB之间的压力差指示壳体破裂时，供应管线关闭并且旁通管线打开，并且当压力差中的压力指示ATS的正常操作时，供应管线打开。
任一前述条款的空气涡轮起动机，进一步包括压力阀，当ATS与AGB之间的压力差指示壳体破裂时，供应管线关闭，并且当压力差指示ATS的正常操作时，供应管线打开。
任一前述条款的空气涡轮起动机，进一步包括第一弹簧和具有与第一弹簧不同的刚度值的第二弹簧，第一弹簧将压力阀在第一位置与第二位置之间转换，并且第二弹簧将压力阀在第三位置与第四位置之间转换。
一种润滑再循环回路，包括位于辅助变速箱(AGB)中的润滑剂贮存器；用于空气涡轮起动机(ATS)的壳体，该壳体限定具有至少一个受润滑构件的内部，具有涡轮轴的涡轮区段，以及具有可操作地联接到位于内部的涡轮轴的驱动轴的驱动区段，输出轴至少部分地设置在壳体内并且将驱动轴可操作地联接到AGB；以及将润滑剂贮存器流体地联接到至少一个受润滑构件的供应管线，以及将至少一个受润滑构件流体地联接到润滑剂贮存器的返回管线。
任一前述条款的润滑再循环回路，进一步包括旁通管线，旁通管线将供应管线流体地联接到返回管线以用于绕过至少一个受润滑构件。
任一前述条款的润滑再循环回路，其中供应管线包括一组分配导管，分配导管包括流体地联接到涡轮区段的涡轮导管和流体地联接到驱动区段的驱动导管。
任一前述条款的润滑再循环回路，进一步包括用于选择性地打开和关闭旁通管线、涡轮导管和驱动导管的阀。
任一前述条款的润滑再循环回路，进一步包括第一弹簧和具有与第一弹簧不同的刚度值的第二弹簧，第一弹簧将阀在涡轮供应位置与驱动供应位置之间转换，并且第二弹簧将阀转换到旁通位置中。
任一前述条款的润滑再循环回路，进一步包括位于壳体中的一组出口和用于将润滑剂流从旋转运动移动到轴向方向的转向器，其中转向器流体地联接到一组出口。
一种润滑再循环回路，包括：具有至少一个开口的壳体；一组分配导管，其具有流体地联接到至少一个开口的至少一个入口；活塞，其设置在壳体内，可在第一位置与第二位置之间移动，活塞具有至少一个通孔，当活塞处于第一位置中时，至少一个通孔流体地联接到至少一个开口；以及阻塞件，其设置在活塞内，可在第三位置、第四位置和第五位置之间移动，当阻塞件处于第三位置中时，阻塞件具有流体地联接到至少一个通孔的至少一个出口；流体地联接到至少一个出口的贮存器；在贮存器与该组分配导管之间延伸的润滑管线，当活塞处于第一位置中时，润滑管线对润滑剂流敞开，而在活塞处于第二位置中时，润滑管线对润滑剂流关闭。
任一前述条款的润滑再循环回路，其中至少一个开口是多个开口，至少一个入口是多个入口，至少一个通孔是多个通孔，并且至少一个出口是多个出口，其中当活塞处于第一位置中并且阻塞件处于第三位置中时，第一开口流体地联接到第一入口、第一出口和第一通孔，当活塞处于第二位置中并且阻塞件处于第四位置中时，第二开口流体地联接到第二入口、第二出口和第二通孔。
任一前述条款的润滑再循环回路，其中当活塞处于第二位置中并且阻塞件处于第四位置中时，第三开口流体地联接到第一返回出口、第三出口和第三通孔，并且当活塞处于第二位置中并且阻塞件处于第五位置中时，第四开口流体地联接到第二返回出口。
任一前述条款的润滑再循环回路，其中该组分配导管是多个导管，包括在第一入口与涡轮区段之间延伸的涡轮导管和在第二入口与驱动区段之间延伸的驱动导管。
任一前述条款的润滑再循环回路，进一步包括在第一返回出口与贮存器之间延伸的返回管线，以及在第二返回出口与贮存器之间延伸的旁通管线。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的空气涡轮起动机(ATS)，所述燃气涡轮发动机具有带有润滑剂贮存器的辅助变速箱(AGB)，所述空气涡轮起动机包括：
至少部分地限定工作空气流动路径的壳体；
包括涡轮的涡轮区段，所述涡轮具有涡轮轴和围绕所述涡轮轴沿周向间隔开的多个叶片，所述多个叶片至少部分地延伸到所述工作空气流动路径中；
驱动区段，其具有至少一个受润滑构件、将所述涡轮轴可操作地联接到所述AGB的驱动轴；以及
润滑再循环回路，其具有将所述润滑剂贮存器流体地联接到所述至少一个受润滑构件的供应管线，以及将所述至少一个受润滑构件流体地联接到所述润滑剂贮存器的返回管线。
2.根据权利要求1所述的空气涡轮起动机，其中，所述空气涡轮起动机进一步包括旁通管线，所述旁通管线将所述供应管线流体地联接到所述返回管线以用于绕过所述至少一个受润滑构件。
3.根据权利要求2所述的空气涡轮起动机，其中，所述旁通管线包括将所述供应管线流体地联接到所述返回管线的至少一个返回出口。
4.根据权利要求3所述的空气涡轮起动机，其中，所述空气涡轮起动机进一步包括用于控制通过所述润滑再循环回路的润滑剂流的阀。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的空气涡轮起动机，其中，所述阀是对润滑剂压力作出响应的压力阀。
6.根据权利要求5所述的空气涡轮起动机，其中，所述至少一个返回出口包括第一返回出口，当所述润滑剂压力在低润滑剂压力值与阈值压力值之间时，所述第一返回出口由所述压力阀打开，以限定驱动供应位置。
7.根据权利要求6所述的空气涡轮起动机，其中，在所述驱动供应位置中，所述供应管线流体地联接到所述驱动区段。
8.根据权利要求5所述的空气涡轮起动机，其中，所述至少一个返回出口包括第二返回出口，当所述润滑剂压力高于阈值压力值时，所述第二返回出口由所述压力阀打开，以限定旁通位置。
9.根据权利要求8所述的空气涡轮起动机，其中，在所述旁通位置中，所述供应管线与所述驱动区段和所述涡轮区段流体地阻断。
10.根据权利要求5所述的空气涡轮起动机，其中，当所述润滑剂压力在最小压力要求与高润滑剂压力值之间时，所述供应管线由所述压力阀流体地联接到所述涡轮区段，以限定涡轮供应位置。
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