专利名称：利用来自进气管道的空气对涡轮机的轴承腔室进行增压的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及宇航涡轮机领域，尤其涉及对这种涡轮机的内部腔室增压的领域。
背景技术：
现代涡轮机一般采用包括活动部件或固定部件的模块的组件的形式。从上游端开始，涡轮机首先包括一个或多个串联布置的压缩机模块，所述压缩机模块压缩吸入到进气装置中的空气。空气然后被送入燃烧室，在那里空气与燃料混和并燃烧。燃烧气体通过驱动所述一个或多个压缩机的一个或多个涡轮模块。气体最终通过喷嘴被喷射以提供推进力，或者通过自由涡轮被喷射以在传动轴上提供动力。诸如一个或多个旋转轴、一个或多个压缩机以及一个或多个涡轮的旋转部件通过轴承由结构部件承载，所述轴承封装在允许轴承被润滑和冷却的腔室中。涡轮机一般包括两个润滑腔室，一个位于前部区域并封装压缩机侧轴承，一个位于后部区域并封装涡轮侧轴承。这些腔室由活动壁和固定壁的集合构成，在所述活动壁和固定壁之间布置有迷宫式装置，用于保证在它们之间的必要的密封。前部腔室的固定部件由称为中间机架的结构部件的元件构成，而后部腔室由称作排气机架的第二结构部件的元件构成。这种腔室的例子在图1和图2中表示。这些结构部件支撑轴承，轴承进而支撑涡轮机的活动部件。为了保证油保持在润滑腔室内部，这些腔室一般被保持在比周围空间高的压力下。为此，加压空气通过为此目的设计的孔口被注入到这些腔室中。在腔室的出口处，空气/油混合物被收集，其组分然后通过油分离器型装置被分离，使得油能够被送到专门的储油器中，并且加压的空气能够被排放到外部。在现有技术中，用于对腔室增压的空气从压缩机级的下游(通常为低压(LP)压缩机的下游)排出。在现有的发动机中，这种压力足够高以达到期望的过压，并且从其排出的空气温度不会太高。在现代发动机中，压缩机中的压缩比越来越高，离开低压压缩机的空气的温度相对较高。紧接着，由于空气通过发动机期间被赋予热能(该通过路径使空气经过发动机的热部件)，伴随着进入第二腔室的空气的温度太高。则空气将不能执行其冷却腔室的油的任务，在某些工作阶段，油的温度则可能超过200° C，超出了可接受的限度。—个可能的解决方案是在比低压压缩机的出口更上游的位置处排出空气，但是排放的空气的压力会不够高，不能充分地供应腔室，特别是在低发动机速度下或当在地面上运行时。这可能产生空气流量不足或者甚至用于冷却腔室的空气反转其流动方向的风险。另一个解决方案可能是装配空气/油型或空气/燃料型附加热交换器和/或返回管路，用于将燃料返回到储罐以便增加低发动机速度下的油的流量，进而增加油的冷却势能。然而，这些方案复杂难以实施，并且产生了额外的重量
发明内容
本发明的目的是通过提供一种用于对冷却润滑现代涡轮机的轴承的腔室的空气进行加压的系统来解决上述不足，所述系统不具有现有技术的一些缺点，特别是，确保空气的有效循环，用于在涡轮机的全部操作条件下调节腔室。为此，本发明涉及一种用于对润滑涡轮机的轴承的至少一个腔室进行增压的系统，包括用于为所述腔室供应加压空气的回路以及用于回收在所述腔室中形成的油雾并将所述油雾返回到涡轮机的储油器的回路，其特征在于，所述供应回路为所述腔室供应从低压压缩机的上游排出的空气。选择通过低压压缩机的上游排出的空气，即直接从发动机的进气装置排出的空气进行抽吸，使得能够利用可能最冷的空气工作，因而避免使用在有待润滑和冷却的腔室中循环之前温度已经升高的空气。优选地，供应回路被供应从低压压缩机的上游排出的空气以及从压缩机级的下游排出的空气，通过使后一空气通过迷宫式路径而将后一空气恢复到从压缩机的上游排出的空气的压力。这保证了用于冷却腔室的足够的流量。通过使从压缩机的下游排出的空气通过迷宫式路径，使得从压缩机的下游排出的空气被恢复到来自进气装置的空气的压力，所述迷宫式路径使得空气的压力下降。在优选的实施例中，所述回收回路包括在所述腔室下游的用于抽吸所述油雾的装置。该装置使得冷却空气即使在低速下或在地面上时也能够流动，在所述低速下或在地面上，进气装置中的压力会不足以保证这种流动。有利地，所述抽吸装置布置在用于分离形成所述油雾的空气和油的油分离器的下游，使得抽吸作用于无油空气。这种构造具有简单的优点，因为通过抽吸除去的空气然后可被直接排放到外部。优选地，所述抽吸装置被装配至储油器。这可使得油分离和加压空气排放的所有功能集中在单个位置处。在一个具体实施例中，所述抽吸装置包括喷射泵。这种装置易于实施，因为可免费获得加压空气，所述加压空气能够从涡轮机的流量中排出。有利地，所述喷射泵被供应从压缩机的一个级排出的空气。在一个具体实施例中，用于供应空气到喷射泵的回路包括用于调节所述喷射泵的供给压力的阀。这种装置使得能够调节喷射泵的抽吸水平，从而调节用于无油空气的回收回路所承受的压降。有利地，所述调节阀根据储油器内部和外部之间的压力差被致动。这使得能够保证储油器的整体性，并避免其在过大的压力差下损坏。优选地，所述增压系统包括控制模块，所述控制模块在所述涡轮机超过预定的转速时切断抽吸。由于只在低发动机速度下需要抽吸，这种类型的模块使得能够在涡轮机需要传送动力时避免不必要的空气排出。本发明还涉及一种涡轮机，包括用于润滑该涡轮机的至少一个轴承的至少一个腔室，其特征在于，所述涡轮机包括用于为所述腔室供应加压空气的根据之前所述的增压系统。
通过参照附加的示意图，在后面对本发明的实施例进行详细的说明性描述的过程中，本发明能够被更好地理解，并且本发明的其它目标、细节、特征和优点将更清楚地显现，本发明的实施例仅仅作为示意性的、非限制性的例子给出。图1是在涡轮机的前部腔室的水平处的涡轮机的截面的示图；图2是在涡轮机的后部腔室的水平处的涡轮机的截面的示图；图3是根据本发明的一个实施例的用于润滑和加压涡轮机的腔室的系统的示意图。
具体实施例方式图1显示了包括低压压缩机I和高压压缩机2的第一级的涡轮机的前部。低压压缩机I由低压轴3承载，低压轴3在装配有滚动推力轴承的前部低压轴承4和装配有滚柱轴承的后部低压轴承5 (在图2中可见)上旋转。高压压缩机的一部分由高压轴6承载，高压轴6在装配有滚动推力轴承的前部高压轴承7和后部高压轴承(未示出)旋转。前部低压轴承和高压轴承由中间机架9的凸缘8a和8b保持就位。凸缘8a和8b与低压轴3形成空腔10，产生用于冷却和滑润发动机前部的各种轴承的腔室。在固定凸缘8a和Sb与低压转子3之间的密封由封闭前部腔室10的迷宫式路径Ila和Ilb保证。所述图中示出了用于对前部腔室10加压的空气的流动方向，空气主要通过涡轮机的前锥体流出，从而，从其流出的空气具有相对较低的温度，因为其还没有被压缩。该空气来自发动机的进气管道，并且通过可能位于该锥体的尖端或表面上的孔口(未示出)进入前锥体。空气然后通过在高压和低压转子上制造的开口从前锥体到达前部腔室10。补充空气从低压压缩机I的下游在该压缩机的最后一级的出口处且在高压压缩机2的入口处流出，以保证足够的流量。通过迷宫式路径Ila和Ilb进入前部腔室10的该空气通过被调节的迷宫式路径Ila和Ilb的效力被恢复到接近来自锥体的空气的压力。当来自锥体的空气进入迷宫式路径I Ia和Ilb下游的腔室10中时，能够保证这两个空气入口的压力类似，从而避免回流的危险。当在腔室10中循环时，加压空气变为携带了油，这样形成的油雾被回收在所述腔室的下部中，以便被传送到油分离器12，在那里空气和油被分离。类似地，在如图2所示的发动机的下游侧，封装承载旋转轴3和6的轴承的后部增压腔室20，一方面由凸缘18和通过排气机架19承载的固定分隔壁界定，另一方面由连接到旋转部件的活动分隔壁界定。迷宫式路径21a、21b和21c在固定部件和旋转部件之间提供密封。经由高压和低压旋转轴的内部来自前锥体的加压空气通过为此目的在发动机的一个或多个旋转轴上形成的孔口进入腔室20，在那里空气携带油以形成润滑油雾，并从腔室20通过油分离器22排出，油分离器22从空气中分离出油，并将回收的油返回到用于涡轮机的总储油器中。现在参考图3描述在根据本发明的一个实施例中用于润滑和增压前部腔室10和后部腔室20的装置的图示。按照传统的方式，油回路包括包含油的储油器30，油通过已知的热交换器系统被保持在足够低以能够冷却发动机的各种轴承的温度下。所述回路包括油循环泵31和用于分别将油传送到前部腔室10和后部腔室20中的导管32、32a和32b，在前部腔室和后部腔室处油通过喷嘴(未示出)被喷射到要被冷却的部件上。回收导管33a和33b在油雾离开前部腔室10和后部腔室20时分别回收油雾。从两个腔室回收的油雾流入到储油器30中，储油器30包括油分离器12 (在图3的构造中，图1和2中的两个油分离器12和22作为一个油分离器)。油分离器从油雾中除去油，油落回到储油器中，而空气从该储油器中排出。通过根据文丘里管原理工作的喷射泵35产生的压力降有利于空气的排出。加压的空气通过导管36从压缩机级的出口排出，并通过喷嘴37被发送以在油分离器12的出口处产生压力降。调节阀38被定位在将空气供给到喷射泵35的导管36上，以调节文丘里管中的压力降，从而控制储油器的内部和外部之间的压力差，以保证其整体性。通过导管36流动的用于文丘里管的操作的空气从压缩机级的出口流出，以便具有高于来自进气管道的空气的压力的压力。因此高于加压空气的温度的该空气的温度对于冷却各种轴承没有影响，因为该空气不通过腔室10和20。接下来描述用于通过图3所示出的根据本明的装置对前部腔室和后部腔室增压的回路的操作。用于对腔室增压的空气以相对低的压力排出，以便所述空气的温度不是太高，因为如果空气的温度太高，将不能有效地冷却后部腔室20的各种轴承。该空气在两个腔室中携带油，这样形成的油雾通过回收导管33a和33b在出口处被回收，回收导管33a和33b将油雾传送到储油器30中。油分离器12从加压空气中分离油，油落回到储油器30中，加压空气通过喷射泵35的抽吸被除去，并排出到发动机外部。因此，既通过在进气管道中产生的压力，还通过由喷射泵35的抽吸在出口处产生的压力降来保证加压空气的循环。因此不需要选择已经被一个或多个压缩机级加压的空气来保证在所有的操作条件下用于加压和冷却的空气在腔室中的循环，此时已经被一个或多个压缩机级加压的空气可能引起进入腔室的空气的温度升高到可接受的水平以上。因此，涡轮机的设计者能够自由地选择供应到文丘里管的空气的压力。由于加压空气在仍然相对低的压力下流出，该空气的温度不是太高，这解决了本发明指出的技术问题。在所图示的实施例中，喷射泵35连接到储油器，这具有的优点是对油分离器下游的加压空气提供抽吸，从而抽吸作用于无油的空气。调节阀38的存在旨在调节在喷射泵35中产生的压力降，并因此控制储油器内部和外部之间的压力差。阀的存在使得能够保证通过喷射泵在储油器的内部产生的压力降不会超过储油器的结构限制，从而其不会在周围压力下破坏。最后，控制装置可被分配给该阀，该控制装置根据涡轮机的操作条件切换喷射泵的打开或关闭。由于仅当在地面上或飞行中在低发动机速度时需要在加压回路的出口处产生抽吸，适当的控制模块使得能够在达到预定的发动机速度时关闭阀38。通过关闭空气供给导管36，空气不再从压缩机排出，因为这样做在高发动机速度下，确切地说是在飞行员需要从发动机得到更多的动力时无关紧要。所述系统已经被描述为具有位于油分离器12的出口处的喷射泵35，但是很显然，该喷射泵能够被以下任何装置代替，该装置在前部腔室10和后部腔室20的出口处产生空气的抽吸，并且因此允许在加压回路的入口处选择较不明显的过压。
权利要求
1.一种用于对润滑涡轮机的轴承(4，5，7)的至少一个腔室(10，20)进行增压的系统，包括用于为所述腔室供应加压空气的回路以及用于回收在所述腔室中形成的油雾并将所述油雾返回到涡轮机的储油器(30)的回路(33a，33b)，其特征在于，所述供应回路为所述腔室供应从低压压缩机(I)的上游排出的空气。
2.根据权利要求1所述的增压系统，其中，所述供应回路被供应从低压压缩机(I)的上游排出的空气以及从压缩机级的下游排出的空气，通过使后一空气通过迷宫式路径(11a, lib)而将后一空气恢复到从压缩机的上游排出的空气的压力。
3.根据权利要求1或2所述的增压系统，其中，所述回收回路包括在所述腔室下游的用于抽吸所述油雾的装置(35)。
4.根据权利要求3所述的增压系统，其中，所述抽吸装置(35)布置在用于分离形成所述油雾的空气和油的油分离器(12)的下游，使得抽吸作用于无油空气。
5.根据权利要求4所述的增压系统，其中，所述抽吸装置被装配至储油器(30)。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的增压系统，其中，所述抽吸装置包括喷射泵(35)。
7.根据权利要求6所述的增压系统，其中，所述喷射泵(35)被供应从压缩机(1，2)的一个级排出的空气。
8.根据权利要求6或7所述的增压系统，其中，用于供应空气到喷射泵(35)的回路(36)包括用于调节所述喷射泵的供给压力的阀(38)。
9.根据权利要求5和8的组合的增压系统，其中，所述调节阀(38)根据储油器内部和外部之间的压力差被致动。
10.根据权利要求3-9中任一所述的增压系统，其特征在于，所述增压系统包括控制模块，所述控制模块在所述涡轮机超过预定的转速时切断抽吸。
11.一种涡轮机，包括用于润滑该涡轮机的至少一个轴承的至少一个腔室，其特征在于，所述涡轮机包括用于为所述腔室供应加压空气的根据前述权利要求中任一项所述的增压系统。
全文摘要
本发明涉及一种用于对润滑涡轮机的轴承的至少一个腔室(10)进行增压的系统，包括用于为所述腔室供应加压空气的回路以及用于回收在所述腔室中形成的油雾并将所述油雾返回到涡轮机的储油器的回路，其特征在于，所述供应回路为所述腔室供应从低压压缩机(1)的上游排出的空气。
文档编号F01D11/04GK103140651SQ201180045344
公开日2013年6月5日 申请日期2011年9月22日 优先权日2010年9月23日
发明者纳尔逊·多斯桑托斯, 多米尼克·伊格尔, 瑟奇·雷内·莫瑞尔 申请人:斯奈克玛