CN215949660U - 燃油滑油换热系统及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃油滑油换热系统及航空发动机。燃油滑油换热系统包括二级换热器、一级换热器和调节机构。二级换热器设有热侧第一进口、热侧第二进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口，热侧第一进口流体连通于工作部件，热侧出口用于排出滑油，冷侧进口用于接收燃油，冷侧出口流体连通于燃烧室，热侧第一进口、热侧第二进口、热侧出口之间流体连通，冷侧进口与冷侧出口之间流体连通；一级换热器设有热进口、热出口和冷流路，热进口流体连通于工作部件，热出口流体连通于二级换热器的热侧第二进口，热进口和热出口流体连通；调节机构连接于二级换热器和一级换热器并根据燃烧室的温度，调节流入热侧第一进口和热进口的滑油的流量比。

Description

燃油滑油换热系统及航空发动机

技术领域

本实用新型涉及航空发动机技术领域，特别涉及一种燃油滑油换热系统及航空发动机。

背景技术

航空发动机的滑油系统通常使用循环的滑油为工质，滑油流经发动机内部的工作部件(例如齿轮和轴承)，对其进行润滑并带走机械运转产生的热量。为使得滑油在工作后的温度能降低到一定水平，航空发动机的滑油系统中一般设计有燃油滑油换热器和空气滑油换热器两种换热装置。滑油在工作吸热后会通过燃油滑油换热器，将滑油的热量传递给燃油。在一些滑油系统中还包括空气滑油换热器，滑油可额外地流入空气滑油换热器，以保证滑油最终能被冷却到一定的温度，以便进入下一个滑油工作循环。

燃油经过与滑油换热后被供向发动机燃烧室。在航空发动机燃烧室中，燃油喷嘴是喷射燃油的关键部件，燃油喷嘴的工作温度较高，导致其中的燃油容易受热而产生裂解，从而在油路壁面上形成固体结焦物，使得油路管径越来越小进而导致燃烧室喷油异常。一般情况下，供给燃烧室的燃油温度越高，越容易发生燃油结焦；发动机工况越大，燃烧室来流温度就越高，越容易发生燃油结焦。

一方面，燃油从滑油中吸收热量并最终用于在燃烧室中加温空气，相当于回收了发动机废热，有利于发动机效率的提高；但另一方面，由于过高的燃油供油温度可能导致大工况下燃油喷嘴内燃油结焦。

因此，现有技术中航空发动机的燃油滑油系统无法降低进入燃烧室的燃油的温度，燃油温度过高时燃油喷嘴中燃油容易受热结焦，进而导致燃烧室喷油异常。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中航空发动机的燃油滑油系统无法限制进入燃油的温度，燃油温度过高时燃油喷嘴中燃油容易受热结焦，进而导致燃烧室喷油异常的缺陷，提供一种燃油滑油换热系统及航空发动机。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种燃油滑油换热系统，用于航空发动机，所述燃油滑油换热系统包括：

二级换热器，所述二级换热器设有热侧第一进口、热侧第二进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口，所述热侧第一进口流体连通于工作部件，所述热侧出口用于排出滑油，所述冷侧进口用于接收燃油，所述冷侧出口流体连通于燃烧室，所述热侧第一进口、热侧第二进口、热侧出口之间流体连通，所述冷侧进口与所述冷侧出口之间流体连通；

一级换热器，所述一级换热器设有热进口、热出口和冷流路，所述热进口流体连通于工作部件，所述热出口流体连通于所述二级换热器的热侧第二进口，所述热进口和所述热出口流体连通，所述冷流路内设有换热介质；

调节机构，所述调节机构连接于所述二级换热器和所述一级换热器，所述调节机构用于根据所述燃烧室的温度，调节流入所述热侧第一进口和所述热进口的滑油的流量比。

在本方案中，流经工作部件(如轴承、齿轮等转动部件)后的高温滑油分为两路，第一路直接进入二级换热器，在二级换热器内冷却，燃油吸收滑油热量升温；第二路先流经一级换热器，在一级换热器内预先冷却后，再进入二级换热器与燃油换热。当燃油需要被加热时，可通过调节机构，减少流向上述第二路的滑油流量，从而减少滑油在一级换热器内的预先冷却，将更多的热量在二级换热器中传递给燃油。当燃油温度过高，可通过调节机构，增加流向第二路的滑油流量，使更多滑油在一级换热器中被预先冷却，从而使进入二级换热器的滑油温度降低，进而减少在二级换热器中滑油向燃油传递的热量，从而限制燃油温度。

本方案一方面有效回收了滑油带出的热量，提高了航空发动机热效率，提升航空发动机运行经济性；另一方面，能够有效抑制燃油的供给温度，从而抑制了燃油在燃烧室燃油喷嘴中结焦，显著增加燃油喷嘴使用寿命，燃油喷嘴为高价值部件，从而极大提升航空发动机运行经济性。

优选地，所述调节机构包括分流阀组件，所述分流阀组件包括进口、第一出口和第二出口，所述进口流体连通于所述工作部件，所述第一出口流体连通于所述热侧第一进口，所述第二出口流体连通于所述热进口。

在本方案中，滑油在工作部件中工作温度升高后，流经分流阀组件，分流阀组件一方面能够将滑油分为两路，第一出口的滑油流入二级换热器，第二出口的滑油流入一级换热器；另一方面能够调节两路滑油的流量比。

优选地，所述第一出口与所述进口之间形成第一流路，所述第二出口与所述进口之间形成第二流路，所述第一流路和所述第二流路上分别设置有调节阀门。

在本方案中，调节阀门用于实现对第一流路和第二流路上的滑油流量进行调节，从而调节进入一级换热器和二级换热器的滑油流量。

优选地，所述燃油滑油换热系统还包括控制单元，所述控制单元的输出端通信连接于所述分流阀组件；

其中，所述控制单元用于在所述燃烧室的温度高于预先设定的最高值时，控制所述分流阀组件减少所述流量比，以降低所述燃烧室的温度至所述最高值；并用于在所述燃烧室的温度低于预先设定的最低值时，控制所述分流阀组件增加所述流量比，以提升所述燃烧室的温度至所述最低值。

在本方案中，通过设置控制单元，能够根据燃烧室的温度自动控制分流阀组件调节流量。

优选地，所述燃油滑油换热系统还包括检测件，所述检测件设于所述燃烧室内并用于检测所述燃烧室内的温度，所述检测件与所述控制单元通信连接，所述检测件用于在获取检测信号后，发送信号至所述控制单元以使所述控制单元控制所述分流阀组件调节流量。

在本方案中，检测件用于检测燃烧室内的温度并即时发送至控制单元，从而控制单元能够即时控制分流阀组件调节流量。

优选地，所述燃油滑油换热系统还包括检测件，所述检测件设于所述冷侧出口并用于检测所述冷侧出口的燃油温度，所述检测件与所述控制单元通信连接，所述检测件用于在获取检测信号后，发送信号至所述控制单元以使所述控制单元控制所述分流阀组件调节流量。

在本方案中，检测件用于检测二级换热器出口处燃油的温度并即时发送至控制单元，从而控制单元能够即时控制分流阀组件调节流量。

优选地，所述二级换热器的热侧出口流体连通于所述工作部件并用于向所述工作部件提供所述滑油，以使所述二级换热器、所述一级换热器和所述工作部件之间形成滑油循环回路。

在本方案中，在工作部件中工作升温的滑油经过一级换热器、二级换热器(或直接经过二级换热器)冷却后，能够重新供向工作部件，实现滑油的循环利用。

优选地，所述一级换热器还设有冷进口和冷出口，所述冷进口和所述冷出口之间形成所述冷流路。

在本方案中，换热介质通过冷进口进入一级换热器，与高温滑油换热后，通过冷出口流出一级换热器。

优选地，所述换热介质为空气。

一种航空发动机，包括工作部件和燃烧室，所述航空发动机还包括上述的燃油滑油换热系统。

在航空发动机中采用上述燃油滑油换热系统，相应地，航空发动机一方面有效回收了滑油带出的热量，提高了航空发动机热效率，提升航空发动机运行经济性；另一方面，能够有效抑制燃油的供给温度，从而抑制了燃油在燃烧室燃油喷嘴中结焦，显著增加燃油喷嘴使用寿命，燃油喷嘴为高价值部件，从而极大提升航空发动机运行经济性。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

本实用新型的积极进步效果在于：

对于该燃油滑油换热系统，流经工作部件(如轴承、齿轮等转动部件)后的高温滑油分为两路，第一路直接进入二级换热器，在二级换热器内冷却，燃油吸收滑油热量升温；第二路先流经一级换热器，在一级换热器内预先冷却后，再进入二级换热器与燃油换热，调节机构能够调节流向上述第一路和第二路的滑油流量比，从而调节燃油的温度。一方面有效回收了滑油带出的热量，提高了航空发动机热效率，提升航空发动机运行经济性；另一方面，能够有效抑制燃油的供给温度，从而抑制了燃油在燃烧室燃油喷嘴中结焦，显著增加燃油喷嘴使用寿命，燃油喷嘴为高价值部件，从而极大提升航空发动机运行经济性。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的燃油滑油换热系统的示意图。

附图标记说明：

燃油滑油换热系统100

一级换热器10

热进口101

热出口102

二级换热器20

热侧第一进口201

热侧第二进口202

热侧出口203

冷侧进口204

冷侧出口205

分流阀组件30

进口301

第一出口302

第二出口303

调节阀门304

工作部件200

燃烧室300

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

本实施例揭示一种燃油滑油换热系统100。图1中示出了燃油滑油换热系统的示意图，其中实线箭头表示滑油的流动路径，虚线箭头表示燃油的流动路径。燃油滑油换热系统100包括一级换热器10、二级换热器20和调节机构。二级换热器20设有热侧第一进口201、热侧第二进口202、热侧出口203、冷侧进口204和冷侧出口205，热侧第一进口201流体连通于工作部件200，热侧出口203用于排出滑油，冷侧进口204用于接收燃油，冷侧出口205流体连通于燃烧室300，热侧第一进口201、热侧第二进口202、热侧出口203之间流体连通，冷侧进口204与冷侧出口205之间流体连通；一级换热器10设有热进口101、热出口102和冷流路，热进口101流体连通于工作部件200，热出口102流体连通于二级换热器20的热侧第二进口202，热进口101和热出口102流体连通，冷流路内设有换热介质；调节机构连接于二级换热器20和一级换热器10，调节机构用于根据燃烧室300的温度，调节流入热侧第一进口201和热进口101的滑油的流量比。

流经工作部件200(如轴承、齿轮等转动部件)后的高温滑油分为两路，第一路直接进入二级换热器20，在二级换热器20内冷却，燃油吸收滑油热量升温；第二路先流经一级换热器10，在一级换热器10内预先冷却后，再进入二级换热器20与燃油换热。

在使用时，当燃油需要被加热时，可通过调节机构，减少流向上述第二路的滑油流量，从而减少滑油在一级换热器10内的预先冷却，将更多的热量在二级换热器20中传递给燃油。当燃油温度过高，可通过调节机构，增加流向第二路的滑油流量，使更多滑油在一级换热器10中被预先冷却，从而使进入二级换热器20的滑油温度降低，进而减少在二级换热器20中滑油向燃油传递的热量，从而限制燃油温度。这种设置一方面有效回收了滑油带出的热量，提高了航空发动机热效率，提升航空发动机运行经济性；另一方面，能够有效抑制燃油的供给温度，从而抑制了燃油在燃烧室300燃油喷嘴中结焦，显著增加燃油喷嘴使用寿命，燃油喷嘴为高价值部件，从而极大提升航空发动机运行经济性。

调节机构包括分流阀组件30，分流阀组件30包括进口301、第一出口302和第二出口303，进口301流体连通于工作部件200，第一出口302流体连通于热侧第一进口201，第二出口303流体连通于热进口101。滑油在工作部件200中工作温度升高后，流经分流阀组件30，分流阀组件30一方面能够将滑油分为两路，第一出口302的滑油流入二级换热器20，第二出口303的滑油流入一级换热器10；另一方面能够调节两路滑油的流量比。

第一出口302与进口301之间形成第一流路，第二出口303与进口301之间形成第二流路，第一流路和第二流路上分别设置有调节阀门304。调节阀门304用于实现对第一流路和第二流路上的滑油流量进行调节，从而调节进入一级换热器10和二级换热器20的滑油流量。

需要说明的是，在其他可替代的实施方式中，调节阀门304也可仅设置在第一流路和第二流路的交接处。

燃油滑油换热系统100还包括控制单元，控制单元的输出端通信连接于分流阀组件30；其中，控制单元用于在燃烧室300的温度高于预先设定的最高值时，控制分流阀组件30减少所述流量比，以降低燃烧室300的温度至所述最高值；并用于在燃烧室300的温度低于预先设定的最低值时，控制分流阀组件30增加流量比，以提升燃烧室300的温度至最低值。最高值和最低值之间形成温度区间，通过设置控制单元，能够根据燃油的温度自动控制分流阀组件30调节流量，以使燃烧室的温度保持在所述温度区间内。

燃油滑油换热系统100还包括检测件，检测件设于燃烧室300内并用于检测燃烧室300内的温度，检测件与控制单元通信连接，检测件用于在获取检测信号后，发送信号至控制单元以使控制单元控制分流阀组件30调节流量。检测件用于检测燃烧室300内的温度并即时发送至控制单元，从而控制单元能够即时控制分流阀组件30调节流量。

需要说明的是，在本实施方式中，检测件检测燃烧室300内的温度，在其他可替代的实施方式中，检测件也可以用于检测燃烧室300至冷侧出口205之间的任意位置的温度。例如，检测件设于冷侧出口205并用于检测冷侧出口205的燃油温度，检测件用于检测二级换热器20出口处燃油的温度并即时发送至控制单元，从而控制单元能够即时控制分流阀组件30调节流量。

二级换热器20的热侧出口203流体连通于工作部件200并用于向工作部件200提供滑油，以使二级换热器20、一级换热器10和工作部件200之间形成滑油循环回路。在工作部件200中工作升温的滑油经过一级换热器10、二级换热器20(或直接经过二级换热器20)冷却后，能够重新供向工作部件200，实现滑油的循环利用。

一级换热器10还设有冷进口301和冷出口，冷进口301和冷出口之间形成冷流路。换热介质通过冷进口301进入一级换热器10，与高温滑油换热后，通过冷出口流出一级换热器10。

换热介质为空气。在其他可替代的实施方式中，换热介质不局限于空气，也可以选取水等其他介质。

本实施例还揭示一种航空发动机，包括工作部件200和燃烧室300，航空发动机还包括上述的燃油滑油换热系统100。

在航空发动机中采用上述燃油滑油换热系统100，相应地，航空发动机一方面有效回收了滑油带出的热量，提高了航空发动机热效率，提升航空发动机运行经济性；另一方面，能够有效抑制燃油的供给温度，从而抑制了燃油在燃烧室300燃油喷嘴中结焦，显著增加燃油喷嘴使用寿命，燃油喷嘴为高价值部件，从而极大提升航空发动机运行经济性。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃油滑油换热系统，用于航空发动机，其特征在于，所述燃油滑油换热系统包括：

二级换热器，所述二级换热器设有热侧第一进口、热侧第二进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口，所述热侧第一进口流体连通于工作部件，所述热侧出口用于排出滑油，所述冷侧进口用于接收燃油，所述冷侧出口流体连通于燃烧室，所述热侧第一进口、热侧第二进口、热侧出口之间流体连通，所述冷侧进口与所述冷侧出口之间流体连通；

一级换热器，所述一级换热器设有热进口、热出口和冷流路，所述热进口流体连通于工作部件，所述热出口流体连通于所述二级换热器的热侧第二进口，所述热进口和所述热出口流体连通，所述冷流路内设有换热介质；

调节机构，所述调节机构连接于所述二级换热器和所述一级换热器，所述调节机构用于根据所述燃烧室的温度，调节流入所述热侧第一进口和所述热进口的滑油的流量比。

2.如权利要求1所述的燃油滑油换热系统，其特征在于，所述调节机构包括分流阀组件，所述分流阀组件包括进口、第一出口和第二出口，所述进口流体连通于所述工作部件，所述第一出口流体连通于所述热侧第一进口，所述第二出口流体连通于所述热进口。

3.如权利要求2所述的燃油滑油换热系统，其特征在于，所述第一出口与所述进口之间形成第一流路，所述第二出口与所述进口之间形成第二流路，所述第一流路和所述第二流路上分别设置有调节阀门。

4.如权利要求2所述的燃油滑油换热系统，其特征在于，所述燃油滑油换热系统还包括控制单元，所述控制单元的输出端通信连接于所述分流阀组件；

其中，所述控制单元用于在所述燃烧室的温度高于预先设定的最高值时，控制所述分流阀组件减少所述流量比，以降低所述燃烧室的温度至所述最高值；并用于在所述燃烧室的温度低于预先设定的最低值时，控制所述分流阀组件增加所述流量比，以提升所述燃烧室的温度至所述最低值。

5.如权利要求4所述的燃油滑油换热系统，其特征在于，所述燃油滑油换热系统还包括检测件，所述检测件设于所述燃烧室内并用于检测所述燃烧室内的温度，所述检测件与所述控制单元通信连接，所述检测件用于在获取检测信号后，发送信号至所述控制单元以使所述控制单元控制所述分流阀组件调节流量。

6.如权利要求4所述的燃油滑油换热系统，其特征在于，所述燃油滑油换热系统还包括检测件，所述检测件设于所述冷侧出口并用于检测所述冷侧出口的燃油温度，所述检测件与所述控制单元通信连接，所述检测件用于在获取检测信号后，发送信号至所述控制单元以使所述控制单元控制所述分流阀组件调节流量。

7.如权利要求1所述的燃油滑油换热系统，其特征在于，所述二级换热器的热侧出口流体连通于所述工作部件并用于向所述工作部件提供所述滑油，以使所述二级换热器、所述一级换热器和所述工作部件之间形成滑油循环回路。

8.如权利要求1所述的燃油滑油换热系统，其特征在于，所述一级换热器还设有冷进口和冷出口，所述冷进口和所述冷出口之间形成所述冷流路。

9.如权利要求1所述的燃油滑油换热系统，其特征在于，所述换热介质为空气。

10.一种航空发动机，包括工作部件和燃烧室，其特征在于，所述航空发动机还包括如权利要求1-9中任一项所述的燃油滑油换热系统。

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