CN1273723C - 泄油塞 - Google Patents

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Abstract

本发明为油池提供一种具有一中央通气道(100)和一条或多条平行于中央通道的泄油通道(130)的泄油塞(90)。泄油通道(130)允许润滑油流回到可被回收的油池内。

Description

泄油塞
发明领域
本发明总的涉及燃气轮机，尤其涉及一种用于回收润滑燃气轮机轴承的润滑油的泄油塞(Weep plug)。
背景技术
燃气轮机一般包含一个核心机，该核心机具有一个用以压缩进入该核心机的空气的压气机；一个燃料和空气在其内混合。而后燃烧形成高能燃气流的燃烧室；和一个从该燃气流提取能量以驱动该压气机的压力涡轮。在航空器的涡扇发动机中，设置在该核心机下游的低压涡轮自燃气流中提取更多的能量来驱动一风扇。该风扇提供的发动机产生的主推进力。
在该发动机内采用一些轴承，使转子相对于发动机压气机和高、低压涡轮内的一些定子精确地定位并可转动地安装。这些轴承被称为油池的发动机的浸湿油的部位所包封。
为防止轴承过热，必须提供润滑油和密封件来防止发动机流道内的热空气到达该轴承油池，并且润滑油流必须充足，以便将由于高的相对转速而由这些轴承在内部产生的热量带走。
润滑油消耗由于采用密封发动机油池的方法而升高。该密封方法需要有一条流入和流出该油池的空气流动回路。该空气流最终包含着润滑油，而润滑油是不可回收的，除非被充分地分离并输回到油池。在一个特定的结构中，发动机前油池经风扇前轴通大气，并经中心通风管排出发动机。一旦空气/润滑油混合物自油池排出，它产生涡旋，将润滑油沉积在风扇轴内端。包含在空气/润滑油混合物内的润滑油当由于迅速选出通气而不可能经通风孔藉离心方法返回到油池内时便损失了。
某些结构润滑油通过采用泄油孔而回收，这些泄油孔是一些通道，其功能是形成一条专用通道，使润滑油重新进入与风扇前轴结合成一体的油池。一般泄油孔比输送通气流的孔直径小而长度大。然而，在另一些结构中，风扇轴没有专用泄油孔，仅有一些通气孔。在制造并安装到发动机内后，在后一结构的风扇轴上制出泄油孔在价格上是极其昂贵的。
因此，需要一种用现有的油池结构回收润滑油而不修改现有硬件的方法。
本发明概述
本发明满足了上述的需要，它提供了一种具有一条中央通气道和一条或多条平行于该中央通道的泄油道的泄油塞，包括：
一个大致圆柱形本体，它具有第一端和第二端，一纵轴线和一个壁，所述壁具有内、外表面，所述内表面限定一中央通道；
一个法兰，配置在第一端附近；
至少一条配置在所述壁外表面上的大致轴向泄油通道，所述泄油通道自所述法兰延伸到所述第二端。
按照本发明的另一实施方案还包括：
一个大致圆柱形本体，它有一条线轴线和一个壁，所述壁界定一条中央通道；
至少一条配置在所述壁内的泄油通道，所述泄油通道大致平行于轴线延伸。
在参照附图阅读下列详细说明和所附权利要求书后，本发明及其相对于现有技术的优点便会变得明显。
附图简述
在说明书的结论部分中，详细指出了本发明的主题，并清楚地提出了请求保护该主题。然而，通过连同附图参照下列说明，可清楚地理解本发明，其中：
图1为装有本发明的泄油塞的燃气轮机的轴向纵剖视图；
图2是被图1的虚线框2-2包围的发动机区域的放大破碎图；
图3是本发明的泄油塞的透视图；
图4是本发明的泄油塞的端视图；
图5是图4泄油塞的侧视图；
图6是沿图5 6-6线所取的横剖视图；
图7是按本发明替代实施例构造的泄油塞的透视图；
图8是装有本发明泄油塞的燃气轮机风扇前轴部位的横剖视图。
本发明详述
参照各附图，在各视图中，相同的标号表示相同的部件。图1表示一燃气轮机，总的以10表示，其中装有本发明的泄油塞90，如图3-8中详细所示。发动机10有一纵向中心线或轴线A和一个围绕轴线A同心配置并与该轴线共轴线的外静止环壳14。发动机10包含一燃气发生器核心机16，它由多级压气机18，一燃烧室20和一单级或多级高压涡轮22组成，它们全都围绕发动机10的纵轴线或中心线A成串联、轴流式关系共轴线地配置。一环形外驱动轴24跟压气机18和高压涡轮22固定连接。
核心机16能有效地产生燃烧气体。来自压气机18的压缩空气与燃烧室中的燃料混合并被点燃，从而产生燃烧气体。高压涡轮22从这些气体中获得驱动压气机18的某些功。其余的燃烧自核心机16排入低压涡轮26。
借助于后轴承32，差动轴承40并借助于跟外静止壳体14相互连接的适当的前轴承42将内驱动轴38安装成相对于外驱动轴24能转动。内驱动轴38又以转动方式驱动风扇前轴62，后者又驱动前风扇盘/助力器转子44。风扇叶片48和助力器叶片54均安装在风扇盘/助力器转子44上，与其一起转动。
现在参照图2，表示燃气轮机10的区域，其中在前轴承42附近限定一普通的轴承油池58。该轴承油池58总的由外环构件60限定，后者跟外壳14和风扇前轴62相互连接，风扇前轴62将内驱动轴38的前端彼此刚性连接在前风扇盘/助力器转子44上。与前轴承42的内环座圈42A连接的风扇前轴62与内驱动轴38一起相对于轴承油池58的静止的外环构件60转动，而外环构件60与前轴承42的外环座圈42B连接。
在前轴承42附近，在相对转动的外环构件60前端和风扇前轴62前端之间设置普通的迷宫式空气和润滑密封件64、66，以密封轴承油池58的前端。润滑油经一输油导管68被泵到前轴承42，从而进入油池58。压缩空气经一输气导管被喷入该迷宫式气体密封件64，为的是防止润滑油经迷宫式润滑油封66渗漏。
进入轴承油池58的一部分被喷入的压力空气必须以受控方式自油池58通向大气，以便使油池压力保持在一适当的平衡值上。然而，结果变成为该压力空气与油池58内的润滑油微粒相混合。因此，风扇前轴62具有一个或多个大致沿径向穿过其厚度的通气孔84。通常，将风扇轴62的多个这些通气孔配置在其周围一区域内。这些通气孔84为空气流提供了一条自油池58进入通气腔78并随后进入中央通气管80的通道。紧固件76将罩74连接于风扇前轴62。
现在参照图3-6，泄油塞90具有一个带第一端96和第二端98的单体92，限定穿过第一和第二端的轴线94。一大致圆柱形中央通道100自第一端96至第二端98沿轴向穿过该单体92。带有平端面118的一大致圆形头部116配置在第一端96。在头部116附近有一大致圆环形法兰104，在法兰的侧向相反两侧制成一对反向的平面。一环槽117将圆形头部116和法兰104隔开，并形成一个当取下该塞90时供工具撬起的表面。一大致圆柱形细长部102在法兰104附近的近端110和在单体92第二端98处的远端112之间延伸。一环形槽114配置细长部102和法兰104的连接处。一边缘106配置在法兰104上，向单体92的第二端98轴向延伸。法兰104的两反向平面108将边缘106划分成两个环区。当安装泄油塞90时，两平面108在泄油塞90和其它附近的构件之间构成一间隙空间。
在细长部102的相反两侧制有一对槽122。槽122开始于细长部102的远端112，沿细长区94的长度部分地向下延伸。槽122将细长部102划分为两个叉124。每个叉124有一对在其远端112上制出的倒角面120，它们在叉124的相反两侧。一环形凸唇126自每一叉108的远端112延伸。虽然所示的实例表示了两条槽122，然而应注意，在细长部102上可制有3条或更多的槽122，将细长部划分为3个或多个叉108。在细长部102的外表面128上制有至少一条泄油通道130。如在图4和5中清楚看到的，在所示实例中，泄油通道130呈具有大致半圆形横截面的槽的结构形式，虽然也可采用其他的形状。该泄油通道的出口132配置在细长部102的远端。该泄油通道然后向法兰104轴向延伸。在泄油通道130与环槽114相交之点以角度134拐弯，然后径向向外延伸，终止于配置在法兰104上的入口136，与平台108齐平。
泄油塞90由能经受油池58内的温度的材料制成，该温度大致为149℃，能耐发动机润滑油的腐蚀。同时，由于风扇轴62是一种寿命有限的部件，一定不要损害其特性，塞90必须由本身会磨损而不是使风扇轴62磨损的材料制成。此外，塞90的重量最好做得最小，以避免发动机10多重，并杜绝风扇轴62不平衡的问题，尤其若塞90安装不适当。一种适当的材料是VESPEL聚酰氨亚胺，可从E.I.Dupont deNemours and Company，Wilmington，DE 19898 USA买到。另一种适当的材料是PEEK聚醚醚酮(polyetheretherketone)，可从VictrexUSA Inc.，3 Caledon caurt，Suite A，Greenville，SC 29615 USA买到。一般，凡满足上述要求的任何材料都可采用，例如铝或其他较软的金属也可以是合适的材料。泄油塞90可以用任何已知的方法制成，例如用注模法，压模法先制成接近最终形成，接着机加工，或直接从材料坯机加工制成。
本发明的另一实施例示于图7。泄油塞290类同于泄油塞90，具有一个包括细长部分102的本体292，一个具有一边缘106的法兰104，和一个圆形头部116。环槽114在法兰104和细长部102的连接处包围本体292。在细长部外表面的反向两侧上配置一对泄油通道294。在该实施例中，泄油通道的294的入口296并不伸入到法兰104。法兰104完全围绕本体292的圆周延伸。在边缘106上制出一对反向的沟298。沟298自边缘106的表面上凹下，为润滑油流到槽114和泄油通道294提供了额外的面积。
图8表示装在风扇前轴62内的泄油塞90的更详细的视图。泄油塞90从径向内部方向装在通气孔84内。倒角面120有助于泄油塞90的本体92与通气孔84对准。在非安装状态下，两唇126外缘间的宽度W(图4)略大于通气孔84的直径D(图2)。在安装泄油塞90时，槽122的存在允许两叉124向外轻微弯曲。当泄油塞90完全插入且两唇126通过通气孔84的径向外缘时，这些叉返回到其原始位置，并顶靠通气孔84的径向外缘302，使泄油塞保持在通气孔84内。在工作时，泄油塞90与风扇前轴62一起转动，而趋于径向向外移动。这使法兰104的边缘106顶靠通气孔84的径向内缘，而将泄油塞90保持在通气道内。
在工作时，空气/润滑油混合物经泄油塞90的中央通道100从油池泄出，如图8中箭头记号B所示。在所示实施例中，泄油塞90的长度L约30.5mm(1.2英寸)，中央通道的直径C约8.8mm(0.35英寸)，所产生的长度/直径比约为3.5。该混合物然后涡旋，使润滑油沉积在风扇前轴62的内部。包含空气/润滑油混合物的润滑油流入泄油通道130的入口136沿泄油通道130的长度流动，然后经出口132流入能那里能被回收的油池58，如箭头C所示。在所示的实施例中，泄油通道130的长度L约为21mm(0.83英寸)，而宽度W约为0.76mm(0.03英寸)，所产生的长度/直径比约为28。这较大的L/D允许润滑油一直流到泄油通道130而不受油池58内空气流的影响，如同没有泄油塞90那样。此外，可相对于通气孔84的直径D选择泄油塞90细长部102的直径d，使通气孔84的塞体92之间留有间隙，形成一附加的环隙，供润滑油以离心分离方式通过，而不被逸出的通气所剪切。所述实例的沿直径方向的间隙经约为0.177mm(0.007英寸)。
本文所公开的泄油塞90对润滑油消耗产生了确实的好处，并且其实施还简单。在极少拆卸发动机的情况下还能安装在航空器上时，该泄油塞90能被装配在野外发动机上。在一个特定的实施例中，将4个塞装入总共有22个孔的风扇前轴内，使发动机润滑油总耗量下降约8％。塞90的最佳数量相对于每一特定应用的场合是变化的。如果塞数量太少，将不能获得降低润滑油耗量的好处。若采用的塞数量太多，流过通气孔84的气流可能受到过度的节流，破坏了油池的压力平衡。另一可能的结构分析表明在可能有的20个孔中采用12个塞会使润滑油耗量降至最低，同时对发动机系统的压力特性影响最小。还可能希望采用更少的塞，例如10个，即相当于每两个孔采用一个塞，使安装简单。
以上说明了一种具有一条中央通气道和一条或多条泄油通道的泄油塞。虽然已说明了本发明的具体实施例，业内行家会明白在不背离在所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内可以对其作出种种修改。

Claims (19)

1.一种泄油塞(90)，包括：
一个大致圆柱形本体(92)，它具有第一端(96)和第二端(98)，一纵轴线(94)和一个壁，所述壁具有内、外表面，所述内表面限定一中央通道(100)；
一个法兰(104)，配置在第一端(96)附近；
至少一条配置在所述壁外表面(128)上的大致轴向泄油通道(130)，所述泄油通道(130)自所述法兰(104)延伸到所述第二端(98)。
2.权利要求1的泄油塞(90)，其特征在于还包括至少一个自在其第二端(98)的所述壁外表面(128)径向向外延伸的大致圆环形唇部。
3.权利要求2的泄油塞(90)，其特征在于还包括至少两条配置在泄油塞(90)第二端(98)的所述壁内的大致轴向槽(122)，所述槽将所述壁分隔成至少两个轴向延伸的叉(124)。
4.权利要求3的泄油塞(90)，其特征在于每一所述叉(124)具有一对在第二端(98)的所述叉相反两侧上制出的倒角面。
5.权利要求2的泄油塞(90)，其特征在于还包括一个在泄油塞(90)第一端(96)上制出的大致圆形头部(116)，一条大致圆环形槽将所述大致圆形头部(116)与所述法兰(104)分隔。
6.权利要求2的泄油塞(90)，其特征在于泄油塞(90)包含一种聚合物。
7.权利要求2的泄油塞(90)，其特征在于法兰(104)包括一条面向泄油塞(90)第二端(98)的大致圆环形边缘，还包括一对在所述边缘上制出的凹进部分，从而界定两反向的沟(298)，所述沟大致垂直于纵轴线(94)延伸。
8.权利要求2的泄油塞(90)，其特征在于所述法兰(104)在其上制有凹进部分，以界定一对配置在法兰(104)反向两侧面上的平面(108)，所述平面大致平行于纵轴线(94)延伸。
9.权利要求1的泄油塞(90)，其特征在于中央通道(100)有一第一长度/直径比，泄油通道(130)有一第二长度/直径比，其中第二长度/直径比大于第一长度/直径比。
10.一种泄油塞，包括：
一个大致圆柱形本体(92)，它有一条线轴线(94)和一个壁，所述壁界定一条中央通道(100)；
至少一条配置在所述壁内的泄油通道(130)，所述泄油通道大致平行于轴线(94)延伸。
11.权利要求10的泄油塞(90)，其特征在于还包括一个配置在其第一端(96)的大致圆环形法兰(104)。
12.权利要求11的泄油塞(90)，其特征在于还包括至少一个自在其第二端(98)的所述壁外表面(128)径向向外延伸的大致圆环形唇部。
13.权利要求12的泄油塞(90)，其特征在于还包括至少两条配置在泄油塞(90)第二端(98)的所述壁上的大致轴向槽(122)，所述槽将所述壁部分隔成至少两个轴向延伸的叉(120)。
14.权利要求13的泄油塞(90)，其特征在于每一叉(124)在第二端(98)的其反向两侧上制有一对倒角面(126)。
15.权利要求12的泄油塞(90)，其特征在于还包括在所述泄油塞第一端(96)上制出的一个大致圆形头部，一条大致圆环形槽将所述大致圆形头部与法兰(104)分隔。
16.权利要求12的泄油塞(90)，其特征在于泄油塞(90)包含一种聚合物。
17.权利要求12的泄油塞(90)，其特征在于法兰(104)包括一条面向泄油塞(90)第二端(98)的大致圆环形边缘，还包括一对在所述边缘上制上的凹进部分，从而界定两反向的沟(298)，所述沟大致垂直于纵轴线(94)延伸。
18.权利要求12的泄油塞(90)，其特征在于所述法兰(104)在其上制有凹进部分，以界定一对配置在法兰(104)反向两侧面上的平面(108)，所述平面大致平行于纵轴线(94)延伸。
19.权利要求10的泄油塞(90)，其特征在于中央通道(100)有一第一长度/直径比，泄油通道(130)有一第二长度/直径比，其中第二长度/直径比大于第一长度/直径比。
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