用于离心泵的方法和系统与流程

本公开的领域大体涉及燃气涡轮发动机中的泵送系统，并且更具体地，涉及用于使用离心泵来泵送燃气涡轮发动机中的油的方法和系统。

背景技术：

回油(即，在润滑燃气涡轮发动机中的轴承之后排到油贮槽的油)典型地在滑润轴承之后被发送到回油箱。至少一些已知的将回油运送到回油箱的方法包括通过热框架的重力排出。由于燃气涡轮发动机的功率变得更大，热框架所受的温度也提高。在热框架中运送回油使回油变得焦化，因为框架经受高温。为了减少回油焦化，将冷却空气供应到热框架，以在回油运送通过热框架时冷却回油。另外，增加热框架支柱厚度来保护回油排出管。额外的冷却空气系统和较厚的框架支柱会对燃气涡轮发动机添加重量。

技术实现要素：

一方面，提供一种泵。泵包括第一可旋转部件，第一可旋转部件包括具有边缘的沿径向朝内的凹槽。第一可旋转部件构造成在边缘上面接收多个流体流。第一可旋转部件构造成以第一角速度旋转。泵还包括第二可旋转部件，第二可旋转部件包括构造成以第二角速度旋转的收集器。第二可旋转部件还包括从收集器沿径向向外延伸的多个勺管。多个勺管中的各个勺管包括：第一端，其联接成与收集器处于流连通；以及第二端，其包括延伸到凹槽中的入口开口。第二端弯曲，使得入口开口沿第二可旋转部件的旋转方向张开。入口开口构造成舀挖收集在凹槽中的流体。

另一方面，一种使用泵来泵送流体的方法，泵包括：第一可旋转部件，其包括在径向内表面上的周向凹槽；以及第二可旋转部件，其包括延伸到凹槽中的一个或多个勺管。方法包括在第一可旋转部件处接收流体流。第一可旋转部件包围第二可旋转部件。方法还包括将流体流以离心的方式收集在凹槽的径向外部部分中。方法进一步包括将以离心的方式收集的流体的一部分舀挖到一个或多个勺管中。方法还包括将舀挖到的流体引导到流体回收系统。

又一方面，提供一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括高压动力轴，高压动力轴旋转地联接到高压压缩机和高压涡轮上。燃气涡轮发动机还包括低压动力轴，低压动力轴旋转地联接到低压压缩机和低压涡轮上。燃气涡轮发动机进一步包括泵，泵包括第一可旋转部件，第一可旋转部件包括具有边缘的沿径向朝内的凹槽。第一可旋转部件构造成在边缘上面接收多个流体流。低压动力轴构造成使第一可旋转部件以第一角速度旋转。泵还包括第二可旋转部件，第二可旋转部件包括收集器，收集器旋转地联接到高压动力轴上，并且构造成以第二角速度旋转。第二可旋转部件还包括从收集器沿径向向外延伸的多个勺管。多个勺管中的各个勺管包括：第一端，其联接成与收集器处于流连通；以及第二端，其包括延伸到凹槽中的入口开口。第二端弯曲，使得入口开口沿第二可旋转部件的旋转方向张开。入口开口构造成舀挖收集在凹槽中的流体。

技术方案1.一种泵，包括：

第一可旋转部件，其包括具有边缘的沿径向朝内的凹槽，所述第一可旋转部件构造成在所述边缘上面接收多个流体流，所述第一可旋转部件构造成以第一角速度旋转；以及

第二可旋转部件，其包括：

收集器，其构造成以第二角速度旋转；以及

从所述收集器沿径向向外延伸的多个勺管，所述多个勺管中的各个勺管包括：

第一端，其联接成与所述收集器处于流连通；以及

第二端，其包括延伸到所述凹槽中的入口开口，所述第二端弯曲，使得所述入口开口沿所述第二可旋转部件旋转的方向张开，所述入口开口构造成舀挖收集在所述凹槽中的流体。

技术方案2.根据技术方案1所述的泵，其特征在于，所述第一角速度与所述第二角速度相反。

技术方案3.根据技术方案1所述的泵，其特征在于，所述第一可旋转部件构造成沿与所述第二可旋转部件的旋转方向相同的方向旋转。

技术方案4.根据技术方案3所述的泵，其特征在于，所述第一角速度小于所述第二角速度。

技术方案5.根据技术方案1所述的泵，其特征在于，所述第一可旋转部件构造成在所述边缘上面接收来自多个贮槽的多个流体流。

技术方案6.根据技术方案1所述的泵，其特征在于，所述流体包括油。

技术方案7.一种使用泵来泵送流体的方法，所述泵包括：第一可旋转部件，其包括在径向内表面上的周向凹槽；以及第二可旋转部件，其包括延伸到所述凹槽中的一个或多个勺管，所述方法包括：

在所述第一可旋转部件处接收流体流，所述第一可旋转部件包围所述第二可旋转部件；

将所述流体流以离心的方式收集在所述凹槽的径向外部部分中；

将以离心的方式收集的流体的一部分舀挖到所述一个或多个勺管中；以及

将舀挖到的流体引导到流体回收系统。

技术方案8.根据技术方案7所述的方法，其特征在于，将所述以离心的方式收集的流体的一部分舀挖到所述一个或多个勺管中包括使所述第二可旋转部件沿与所述第一可旋转部件的旋转方向相反的方向旋转。

技术方案9.根据技术方案7所述的方法，其特征在于，将所述以离心的方式收集的流体的一部分舀挖到所述一个或多个勺管中包括使所述第二可旋转部件沿与所述第一可旋转部件的旋转方向相同的方向旋转。

技术方案10.根据技术方案7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将舀挖到的流体引导到固定轴向排出管中，所述轴向排出管在燃气涡轮发动机中沿轴向向后延伸。

技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将舀挖到的流体引导到沿径向向下延伸通过后发动机框架到达燃气涡轮发动机的底部的径向排出管中。

技术方案12.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，在所述第一可旋转部件处接收流体流包括在所述第一可旋转部件处接收来自多个贮槽的流体流。

技术方案13.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，将舀挖到的流体引导到沿径向向外延伸通过燃气涡轮发动机中的后发动机框架的径向排出管中包括使舀挖到的流体通过重力排到沿径向向外延伸通过燃气涡轮发动机中的后发动机框架的径向排出管中。

技术方案14.一种燃气涡轮发动机，包括：

高压动力轴，其旋转地联接到高压压缩机和高压涡轮上；

低压动力轴，其旋转地联接到低压压缩机和低压涡轮上；

泵，其包括：

第一可旋转部件，其包括具有边缘的沿径向朝内的凹槽，所述第一可旋转部件构造成在所述边缘上面接收多个流体流，所述低压动力轴构造成使所述第一可旋转部件以第一角速度旋转；以及

第二可旋转部件，其包括：

收集器，其旋转地联接到所述高压动力轴上，并且构造成以第二角速度旋转；以及

从所述收集器沿径向向外延伸的多个勺管，所述多个勺管中的各个勺管包括：

第一端，其联接成与所述收集器处于流连通；以及

第二端，其包括延伸到所述凹槽中的入口开口，所述第二端弯曲，使得所述入口开口沿所述第二可旋转部件的旋转方向张开，所述入口开口构造成舀挖收集在所述凹槽中的流体。

技术方案15.根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一可旋转部件构造成沿与所述第二可旋转部件的旋转方向相反的方向旋转。

技术方案16.根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一可旋转部件构造成以与所述第二可旋转部件的旋转方向相同的方向旋转。

技术方案17.根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一可旋转部件构造成旋转，且所述第二可旋转部件构造成保持固定。

技术方案18.根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述第一可旋转部件构造成在所述边缘上面接收来自多个贮槽的多个流体流。

技术方案19.根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述流体包括油。

技术方案20.根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃气涡轮发动机进一步包括流体收集系统，所述流体收集系统通过排出管联接成与所述泵处于流连通，所述排出管从所述泵沿轴向向后延伸，并且沿径向向下延伸通过后发动机框架到达所述流体收集系统。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中相同符号在图中表示相同部件，其中：

图1-4显示本文描述的方法和设备的示例实施例。

图1是燃气涡轮发动机的示意图。

图2是燃气涡轮发动机内的低压涡轮的示意图。

图3是回油泵的示意图。

图4是旋转油凹槽或仓室的示意图。

虽然各种实施例的具体特征可显示在一些图中，而在其它图中不显示，但这仅仅是为了方便。图的任何特征可结合任何其它图的任何特征来引用和/或声明。

除非另有指示，否则本文提供的图意于示出本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于包括本公开的一个或多个实施例的各种各样的系统。因而，图不意于包括本领域普通技术人员知道的实践本文公开的实施例所需的所有传统特征。

部件列表

110涡轮风扇发动机

112纵向轴线

114风扇区段

116核心涡轮发动机

118外壳

119内壳

120环形入口

121腔体

122低压压缩机

124高压压缩机

126燃烧区段

128高压涡轮

130低压涡轮

132喷气排气喷嘴区段

134高压轴或轴杆

135附属齿轮箱

136低压轴或轴杆

137核心空气流径

138可变桨距风扇

139涡轮中心框架

140风扇叶片

141涡轮后框架

142盘

143回油泵

144桨距改变机构

145回油系统

146动力齿轮箱

147回油排出管

148可旋转前轮毂

150机舱

152出口导叶

154下游区段

156旁通空气流道

158一定量的空气

160相关联的入口

162第一空气部分

164第二空气部分

166燃烧气体

167叶片分配总管

168高压涡轮定子导叶

170高压涡轮转子叶片和盘

172低压涡轮定子导叶

174低压涡轮转子叶片和盘

176风扇喷嘴排气区段

178热气路径

300回油泵

302旋转油仓室

304旋转勺管组件

306缸体

308侧壁

310u形仓室

312均匀油池

314勺管

316第一角速度

318第二角速度

320箭头

322第三角速度。

具体实施方式

在以下说明和所附权利要求中，将参照许多用语，这些用语限定成具有以下含义。

单数形式“一”“一种”和“该”包括复数个所指物，除非上下文另有规定。

“可选的”或“可选地”表示后面描述的事件或情形可能发生或者可能不发生，而且该描述包括发生该事件的情况和不发生该事件的情况。

如本文在说明书和所附权利要求中所使用的那样，近似语可应用于修饰可允许改变的任何数量表示，而不改变与其相关的基本功能。因此，由诸如“大约”、“大致”和“基本”的用语或多个用语修饰的值不局限于所规定的确切值。在至少一些情况中，近似语可对应于用于测量该值的仪器的精度。这里且在说明书和所附权利要求中，范围限制可组合和/或互换；确定这样的范围，而且它包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。

以下详细描述示出以示例而非限制的方式本公开的实施例。构想到本公开大体适用于使油在飞机发动机中循环的方法和系统。

本文描述的泵的实施例将回油泵送到涡轮后框架(trf)。泵包括旋转油仓室，它包围旋转管组件。回油排到旋转油仓室中，旋转油仓室旋转而形成均匀油池。旋转管组件包括延伸到均匀油池中的多个勺管。旋转管组件的旋转将回油引导到勺管中。勺管沿轴向向后将回油引导到trf。回油通过trf排到回油系统。在示例性实施例中，旋转油仓室和旋转管组件沿相反的方向旋转。在备选实施例中，旋转油仓室和旋转管组件沿相同的方向旋转。在备选实施例中，旋转油仓室构造成旋转，且旋转管组件构造成保持固定。

本文描述的泵和回油运送系统提供优于在燃气涡轮发动机中运送回油的已知方法的优点。更具体地，运送回油的一些已知方法和系统包括通过涡轮中心框架(tcf)而运送回油。tcf典型地在较高的温度下运行，从而需要冷却空气和tcf支柱防止回油在回油排出管线中焦化。通过较冷的trf排出回油会消除对tcf中的冷却空气的需要，并且允许tcf使用较薄的支柱。较薄的tcf支柱减轻发动机的重量，并且提高发动机的性能。

图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机110的示意性横截面图。图2是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机110内的(lp)低压涡轮130的示意性横截面图。在该示例实施例中，燃气涡轮发动机110是高旁通涡轮风扇喷气发动机110，在本文称为“涡轮风扇发动机110”。如图1中显示的那样，涡轮风扇发动机110限定轴向方向a(平行于为了参照而提供的纵向中心线112延伸)和径向方向r。大体上，涡轮风扇110包括风扇区段114和设置在风扇区段114下游的核心涡轮发动机116。

大体在图1中描绘的示例性核心涡轮发动机116包括基本管状外壳118，它限定环形入口120。外壳118和基本管状内壳119以连续流的关系包围：压缩机区段，其包括增压器或低压(lp)压缩机122和高压(hp)压缩机124；涡轮中心框架(tcf)139和涡轮后框架(trf)141；燃烧区段126；涡轮区段，其包括高压(hp)涡轮128和lp涡轮130；以及喷气排气喷嘴区段132。外壳118和内壳119之间的空间形成多个腔体121。高压(hp)轴或轴杆134传动地将hp涡轮128连接到hp压缩机124上。低压(lp)轴或轴杆136传动地将lp涡轮130连接到lp压缩机122上。压缩机区段、燃烧区段126、涡轮区段和喷嘴区段132共同限定核心空气流径137。

参照图2，回油泵143联接到hp轴或轴杆134和lp轴或轴杆136上。回油系统145设置在腔体121内。回油泵143和回油系统145通过回油排出管147联接成流连通。回油排出管147大体在回油泵143后面沿着轴向方向a延伸到trf141。回油排出管147大体沿着径向方向r延伸通过trf141到达回油系统145。

回头参照图1，对于所描绘的实施例，风扇区段114包括可变桨距风扇138，它具有多个风扇叶片140，风扇叶片以间隔开的方式联接到盘142上。如所描绘的那样，风扇叶片140大体沿着径向方向r从盘142向外延伸。由于风扇叶片140操作性地联接到适当的桨距改变机构144上，各个风扇叶片140可相对于盘142围绕变桨轴线p旋转，桨距改变机构144构造成一致地改变风扇叶片140的桨距。风扇叶片140、盘142和桨距改变机构144可通过跨越动力齿轮箱146的lp轴136围绕纵向轴线112共同旋转。动力齿轮箱146包括多个齿轮，以将风扇138相对于轴136的旋转速度调节到更高效的风扇旋转速度。

仍然参照图1的示例性实施例，盘142由可旋转前轮毂148覆盖，可旋转前轮毂148在空气动力学方面在外形上设置成促进空气流通过多个风扇叶片140。另外，示例性风扇区段114包括环形风扇壳或外部机舱150，它沿周向包围风扇138和/或核心涡轮发动机116的至少一部分。应当理解，机舱150可构造成相对于核心涡轮发动机116由多个沿周向间隔开的出口导叶152支承。在该示例性实施例中，出口导叶152包括发动机油热交换器。此外，机舱150的下游区段154可延伸经过核心涡轮发动机116的外部部分，以便在它们之间限定旁通空气流道156。

在涡轮风扇发动机110的运行期间，一定量的空气158通过机舱150的相关联的入口160和/或风扇区段114进入涡轮风扇110。随着该一定量的空气158经过风扇叶片140，空气158的第一部分如箭头162指示的那样被引导或发送到旁通空气流道156中，并且空气158的第二部分如箭头164指示的那样被引导或发送到核心空气流径137中，或者更具体地被引导或发送到lp压缩机122中。第一空气部分162和第二空气部分164之间的比通常称为旁通比。第二空气部分164的压力然后在其发送通过hp压缩机124且进入到燃烧区段126中时提高，在燃烧区段126中，其与燃料混合且燃烧，以提供燃烧气体166。

燃烧气体166发送通过hp涡轮128，其中通过成连续级的hp涡轮定子导叶168和hp涡轮转子叶片170从燃烧气体166抽取热能和/或动能的一部分。hp涡轮定子导叶168联接到外壳118上。hp涡轮转子叶片170联接到hp轴或轴杆134上。hp涡轮转子叶片170的旋转使hp轴或轴杆134旋转，从而支持压缩机124的运行。然后燃烧气体166发送通过lp涡轮130，其中通过成连续级的lp涡轮定子导叶172和lp涡轮转子叶片174从燃烧气体166抽取热能和动能的第二部分。lp涡轮定子导叶172联接到lp外壳118上。lp涡轮转子叶片174联接到lp轴或轴杆136上。lp涡轮转子叶片174的旋转使lp轴或轴杆136旋转，从而支持lp压缩机122的运行和/或风扇138的旋转。

参照图2，油润滑燃气涡轮发动机110的构件。回油收集在贮槽中，并且排到回油泵143。回油泵143将多个回油流引导到回油排出管147，回油排出管147将回油引导到回油系统145。

回头参照图1，随后燃烧气体166发送通过喷气排气核心涡轮发动机116的喷嘴区段132，以提供推力。同时，第一空气部分162的压力随着第一空气部分162发送通过旁通空气流道156而显著提高，然后其从涡轮风扇110的风扇喷嘴排气区段176排出，从而也提供推力。hp涡轮128、lp涡轮130和喷气排气喷嘴区段132至少部分地限定热气路径178，以发送燃烧气体166通过核心涡轮发动机116。

但应当理解的是，图1和图2中描绘的示例性涡轮风扇发动机110仅仅是示例的方式，而且在其它示例性实施例中，涡轮风扇发动机110可具有任何其它适当的构造。还应当理解，仍然在其它示例性实施例中，本公开的各方面可结合到任何其它适当的燃气涡轮发动机中。例如，在其它示例性实施例中，本公开的各方面可结合到例如涡轮螺旋桨发动机中。

图3是回油泵143的示意图。回油泵143包括旋转油凹槽或仓室302，其包围旋转勺管组件304。图4是旋转油凹槽或仓室302的示意图。旋转油仓室302包括缸体306和两个侧壁308，两个侧壁308联接到缸体306的各个端部上，并且大体沿着径向方向r从各个端部向内延伸，从而形成u形仓室310，以容纳均匀油池312。旋转油仓室302旋转地联接到lp轴或轴杆136上。旋转勺管组件304包括多个勺管314，其大体沿着径向方向r从中心线112向外延伸到均匀油池312中。勺管314联接成与贮槽的底部处的固定回油排出管147处于流连通。旋转勺管组件304旋转地联接到hp轴或轴杆134上。

在回油泵143的运行期间，回油收集在贮槽中，并且排到旋转油仓室302中。lp轴或轴杆136使旋转油仓室302以第一角速度旋转，如箭头316指示的那样。旋转油仓室302的旋转产生的离心力使回油排到均匀油池312中。hp轴或轴杆134使旋转勺管组件304以第二角速度旋转，如箭头318指示的那样。第一角速度316以与第二角速度318相反的方向旋转，因为hp轴或轴杆134与lp轴或轴杆136相反地旋转。回油引导到勺管314中，勺管314将回油引导到固定回油排出管147中，如箭头320指示的那样。回油排出管147将油引导到位于燃气涡轮发动机110的底部处的回油系统145(在图1中显示)。

在备选实施例中，旋转油仓室302和旋转勺管组件304构造成以相同方向而非相反方向旋转。旋转油仓室302以第三角速度的方向旋转，如箭头322指示的那样。第二角速度318和第三角速度322的旋转方向是相同的。但是，第二角速度318和第三角速度322的旋转速度的幅度是不同的，以将回油引导到勺管314中。

在备选实施例中，旋转油仓室302构造成旋转，而旋转勺管组件304构造成保持固定。旋转油仓室302以第一角速度316的方向旋转。旋转油仓室302的旋转将回油引导到勺管314中。

上面描述的泵提供高效方法来在燃气涡轮发动机中运送回油。具体地，上面描述的泵将回油泵送到燃气涡轮发动机的内径中。回油向后被引导到trf，trf比tcf经历更低的运行温度。通过trf而引导回油允许减小tfc的厚度。tfc支柱厚度减小会减轻燃气涡轮发动机的重量。因而，通过trf而引导回油会提高燃气涡轮发动机的性能。另外，通过trf而引导回油消除了对tfc中的冷却空气减少回油焦化的需要。

在上面详细描述了用于回油的泵的示例性实施例。泵和运行这样的系统和装置的方法不局限于本文描述的特定实施例，而是相反，系统的构件和/或方法的步骤可与本文描述的其它构件和/或步骤独立地和分开地使用。例如，方法也可与需要回油泵送的其它系统结合起来使用，而不限于仅利用本文描述的系统和方法来实践该方法。而是可与目前构造成接收和接受泵的其它机器应用来实现和/或使用示例性实施例。

在上面详细描述了用于燃气涡轮发动机中的泵的示例方法和设备。所示出的设备不局限于本文描述的特定实施例，而是相反，各个设备的构件可与本文描述的其它构件独立地和分开地使用。各个系统构件也可与其它系统构件结合起来使用。

本书面描述使用示例来描述本公开，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本公开的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。