專利名稱：利用來自進氣管道的空氣對渦輪機的軸承腔室進行增壓的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及宇航渦輪機領域，尤其涉及對這種渦輪機的內部腔室增壓的領域。
背景技術：
現代渦輪機一般采用包括活動部件或固定部件的模塊的組件的形式。從上游端開始，渦輪機首先包括一個或多個串聯布置的壓縮機模塊，所述壓縮機模塊壓縮吸入到進氣裝置中的空氣。空氣然后被送入燃燒室，在那里空氣與燃料混和并燃燒。燃燒氣體通過驅動所述一個或多個壓縮機的一個或多個渦輪模塊。氣體最終通過噴嘴被噴射以提供推進力，或者通過自由渦輪被噴射以在傳動軸上提供動力。諸如一個或多個旋轉軸、一個或多個壓縮機以及一個或多個渦輪的旋轉部件通過軸承由結構部件承載，所述軸承封裝在允許軸承被潤滑和冷卻的腔室中。渦輪機一般包括兩個潤滑腔室，一個位于前部區域并封裝壓縮機側軸承，一個位于后部區域并封裝渦輪側軸承。這些腔室由活動壁和固定壁的集合構成，在所述活動壁和固定壁之間布置有迷宮式裝置，用于保證在它們之間的必要的密封。前部腔室的固定部件由稱為中間機架的結構部件的元件構成，而后部腔室由稱作排氣機架的第二結構部件的元件構成。這種腔室的例子在圖1和圖2中表示。這些結構部件支撐軸承，軸承進而支撐渦輪機的活動部件。為了保證油保持在潤滑腔室內部，這些腔室一般被保持在比周圍空間高的壓力下。為此，加壓空氣通過為此目的設計的孔口被注入到這些腔室中。在腔室的出口處，空氣/油混合物被收集，其組分然后通過油分離器型裝置被分離，使得油能夠被送到專門的儲油器中，并且加壓的空氣能夠被排放到外部。在現有技術中，用于對腔室增壓的空氣從壓縮機級的下游(通常為低壓(LP)壓縮機的下游)排出。在現有的發動機中，這種壓力足夠高以達到期望的過壓，并且從其排出的空氣溫度不會太高。在現代發動機中，壓縮機中的壓縮比越來越高，離開低壓壓縮機的空氣的溫度相對較高。緊接著，由于空氣通過發動機期間被賦予熱能(該通過路徑使空氣經過發動機的熱部件)，伴隨著進入第二腔室的空氣的溫度太高。則空氣將不能執行其冷卻腔室的油的任務，在某些工作階段，油的溫度則可能超過200° C，超出了可接受的限度。—個可能的解決方案是在比低壓壓縮機的出口更上游的位置處排出空氣，但是排放的空氣的壓力會不夠高，不能充分地供應腔室，特別是在低發動機速度下或當在地面上運行時。這可能產生空氣流量不足或者甚至用于冷卻腔室的空氣反轉其流動方向的風險。另一個解決方案可能是裝配空氣/油型或空氣/燃料型附加熱交換器和/或返回管路，用于將燃料返回到儲罐以便增加低發動機速度下的油的流量，進而增加油的冷卻勢能。然而，這些方案復雜難以實施，并且產生了額外的重量
發明內容
本發明的目的是通過提供一種用于對冷卻潤滑現代渦輪機的軸承的腔室的空氣進行加壓的系統來解決上述不足，所述系統不具有現有技術的一些缺點，特別是，確保空氣的有效循環，用于在渦輪機的全部操作條件下調節腔室。為此，本發明涉及一種用于對潤滑渦輪機的軸承的至少一個腔室進行增壓的系統，包括用于為所述腔室供應加壓空氣的回路以及用于回收在所述腔室中形成的油霧并將所述油霧返回到渦輪機的儲油器的回路，其特征在于，所述供應回路為所述腔室供應從低壓壓縮機的上游排出的空氣。選擇通過低壓壓縮機的上游排出的空氣，即直接從發動機的進氣裝置排出的空氣進行抽吸，使得能夠利用可能最冷的空氣工作，因而避免使用在有待潤滑和冷卻的腔室中循環之前溫度已經升高的空氣。優選地，供應回路被供應從低壓壓縮機的上游排出的空氣以及從壓縮機級的下游排出的空氣，通過使后一空氣通過迷宮式路徑而將后一空氣恢復到從壓縮機的上游排出的空氣的壓力。這保證了用于冷卻腔室的足夠的流量。通過使從壓縮機的下游排出的空氣通過迷宮式路徑，使得從壓縮機的下游排出的空氣被恢復到來自進氣裝置的空氣的壓力，所述迷宮式路徑使得空氣的壓力下降。在優選的實施例中，所述回收回路包括在所述腔室下游的用于抽吸所述油霧的裝置。該裝置使得冷卻空氣即使在低速下或在地面上時也能夠流動，在所述低速下或在地面上，進氣裝置中的壓力會不足以保證這種流動。有利地，所述抽吸裝置布置在用于分離形成所述油霧的空氣和油的油分離器的下游，使得抽吸作用于無油空氣。這種構造具有簡單的優點，因為通過抽吸除去的空氣然后可被直接排放到外部。優選地，所述抽吸裝置被裝配至儲油器。這可使得油分離和加壓空氣排放的所有功能集中在單個位置處。在一個具體實施例中，所述抽吸裝置包括噴射泵。這種裝置易于實施，因為可免費獲得加壓空氣，所述加壓空氣能夠從渦輪機的流量中排出。有利地，所述噴射泵被供應從壓縮機的一個級排出的空氣。在一個具體實施例中，用于供應空氣到噴射泵的回路包括用于調節所述噴射泵的供給壓力的閥。這種裝置使得能夠調節噴射泵的抽吸水平，從而調節用于無油空氣的回收回路所承受的壓降。有利地，所述調節閥根據儲油器內部和外部之間的壓力差被致動。這使得能夠保證儲油器的整體性，并避免其在過大的壓力差下損壞。優選地，所述增壓系統包括控制模塊，所述控制模塊在所述渦輪機超過預定的轉速時切斷抽吸。由于只在低發動機速度下需要抽吸，這種類型的模塊使得能夠在渦輪機需要傳送動力時避免不必要的空氣排出。本發明還涉及一種渦輪機，包括用于潤滑該渦輪機的至少一個軸承的至少一個腔室，其特征在于，所述渦輪機包括用于為所述腔室供應加壓空氣的根據之前所述的增壓系統。
通過參照附加的示意圖，在后面對本發明的實施例進行詳細的說明性描述的過程中，本發明能夠被更好地理解，并且本發明的其它目標、細節、特征和優點將更清楚地顯現，本發明的實施例僅僅作為示意性的、非限制性的例子給出。圖1是在渦輪機的前部腔室的水平處的渦輪機的截面的示圖；圖2是在渦輪機的后部腔室的水平處的渦輪機的截面的示圖；圖3是根據本發明的一個實施例的用于潤滑和加壓渦輪機的腔室的系統的示意圖。
具體實施例方式圖1顯示了包括低壓壓縮機I和高壓壓縮機2的第一級的渦輪機的前部。低壓壓縮機I由低壓軸3承載，低壓軸3在裝配有滾動推力軸承的前部低壓軸承4和裝配有滾柱軸承的后部低壓軸承5 (在圖2中可見)上旋轉。高壓壓縮機的一部分由高壓軸6承載，高壓軸6在裝配有滾動推力軸承的前部高壓軸承7和后部高壓軸承(未示出)旋轉。前部低壓軸承和高壓軸承由中間機架9的凸緣8a和8b保持就位。凸緣8a和8b與低壓軸3形成空腔10，產生用于冷卻和滑潤發動機前部的各種軸承的腔室。在固定凸緣8a和Sb與低壓轉子3之間的密封由封閉前部腔室10的迷宮式路徑Ila和Ilb保證。所述圖中示出了用于對前部腔室10加壓的空氣的流動方向，空氣主要通過渦輪機的前錐體流出，從而，從其流出的空氣具有相對較低的溫度，因為其還沒有被壓縮。該空氣來自發動機的進氣管道，并且通過可能位于該錐體的尖端或表面上的孔口(未示出)進入前錐體。空氣然后通過在高壓和低壓轉子上制造的開口從前錐體到達前部腔室10。補充空氣從低壓壓縮機I的下游在該壓縮機的最后一級的出口處且在高壓壓縮機2的入口處流出，以保證足夠的流量。通過迷宮式路徑Ila和Ilb進入前部腔室10的該空氣通過被調節的迷宮式路徑Ila和Ilb的效力被恢復到接近來自錐體的空氣的壓力。當來自錐體的空氣進入迷宮式路徑I Ia和Ilb下游的腔室10中時，能夠保證這兩個空氣入口的壓力類似，從而避免回流的危險。當在腔室10中循環時，加壓空氣變為攜帶了油，這樣形成的油霧被回收在所述腔室的下部中，以便被傳送到油分離器12，在那里空氣和油被分離。類似地，在如圖2所示的發動機的下游側，封裝承載旋轉軸3和6的軸承的后部增壓腔室20，一方面由凸緣18和通過排氣機架19承載的固定分隔壁界定，另一方面由連接到旋轉部件的活動分隔壁界定。迷宮式路徑21a、21b和21c在固定部件和旋轉部件之間提供密封。經由高壓和低壓旋轉軸的內部來自前錐體的加壓空氣通過為此目的在發動機的一個或多個旋轉軸上形成的孔口進入腔室20，在那里空氣攜帶油以形成潤滑油霧，并從腔室20通過油分離器22排出，油分離器22從空氣中分離出油，并將回收的油返回到用于渦輪機的總儲油器中。現在參考圖3描述在根據本發明的一個實施例中用于潤滑和增壓前部腔室10和后部腔室20的裝置的圖示。按照傳統的方式，油回路包括包含油的儲油器30，油通過已知的熱交換器系統被保持在足夠低以能夠冷卻發動機的各種軸承的溫度下。所述回路包括油循環泵31和用于分別將油傳送到前部腔室10和后部腔室20中的導管32、32a和32b，在前部腔室和后部腔室處油通過噴嘴(未示出)被噴射到要被冷卻的部件上。回收導管33a和33b在油霧離開前部腔室10和后部腔室20時分別回收油霧。從兩個腔室回收的油霧流入到儲油器30中，儲油器30包括油分離器12 (在圖3的構造中，圖1和2中的兩個油分離器12和22作為一個油分離器)。油分離器從油霧中除去油，油落回到儲油器中，而空氣從該儲油器中排出。通過根據文丘里管原理工作的噴射泵35產生的壓力降有利于空氣的排出。加壓的空氣通過導管36從壓縮機級的出口排出，并通過噴嘴37被發送以在油分離器12的出口處產生壓力降。調節閥38被定位在將空氣供給到噴射泵35的導管36上，以調節文丘里管中的壓力降，從而控制儲油器的內部和外部之間的壓力差，以保證其整體性。通過導管36流動的用于文丘里管的操作的空氣從壓縮機級的出口流出，以便具有高于來自進氣管道的空氣的壓力的壓力。因此高于加壓空氣的溫度的該空氣的溫度對于冷卻各種軸承沒有影響，因為該空氣不通過腔室10和20。接下來描述用于通過圖3所示出的根據本明的裝置對前部腔室和后部腔室增壓的回路的操作。用于對腔室增壓的空氣以相對低的壓力排出，以便所述空氣的溫度不是太高，因為如果空氣的溫度太高，將不能有效地冷卻后部腔室20的各種軸承。該空氣在兩個腔室中攜帶油，這樣形成的油霧通過回收導管33a和33b在出口處被回收，回收導管33a和33b將油霧傳送到儲油器30中。油分離器12從加壓空氣中分離油，油落回到儲油器30中，加壓空氣通過噴射泵35的抽吸被除去，并排出到發動機外部。因此，既通過在進氣管道中產生的壓力，還通過由噴射泵35的抽吸在出口處產生的壓力降來保證加壓空氣的循環。因此不需要選擇已經被一個或多個壓縮機級加壓的空氣來保證在所有的操作條件下用于加壓和冷卻的空氣在腔室中的循環，此時已經被一個或多個壓縮機級加壓的空氣可能引起進入腔室的空氣的溫度升高到可接受的水平以上。因此，渦輪機的設計者能夠自由地選擇供應到文丘里管的空氣的壓力。由于加壓空氣在仍然相對低的壓力下流出，該空氣的溫度不是太高，這解決了本發明指出的技術問題。在所圖示的實施例中，噴射泵35連接到儲油器，這具有的優點是對油分離器下游的加壓空氣提供抽吸，從而抽吸作用于無油的空氣。調節閥38的存在旨在調節在噴射泵35中產生的壓力降，并因此控制儲油器內部和外部之間的壓力差。閥的存在使得能夠保證通過噴射泵在儲油器的內部產生的壓力降不會超過儲油器的結構限制，從而其不會在周圍壓力下破壞。最后，控制裝置可被分配給該閥，該控制裝置根據渦輪機的操作條件切換噴射泵的打開或關閉。由于僅當在地面上或飛行中在低發動機速度時需要在加壓回路的出口處產生抽吸，適當的控制模塊使得能夠在達到預定的發動機速度時關閉閥38。通過關閉空氣供給導管36，空氣不再從壓縮機排出，因為這樣做在高發動機速度下，確切地說是在飛行員需要從發動機得到更多的動力時無關緊要。所述系統已經被描述為具有位于油分離器12的出口處的噴射泵35，但是很顯然，該噴射泵能夠被以下任何裝置代替，該裝置在前部腔室10和后部腔室20的出口處產生空氣的抽吸，并且因此允許在加壓回路的入口處選擇較不明顯的過壓。
權利要求
1.一種用于對潤滑渦輪機的軸承(4，5，7)的至少一個腔室(10，20)進行增壓的系統，包括用于為所述腔室供應加壓空氣的回路以及用于回收在所述腔室中形成的油霧并將所述油霧返回到渦輪機的儲油器(30)的回路(33a，33b)，其特征在于，所述供應回路為所述腔室供應從低壓壓縮機(I)的上游排出的空氣。
2.根據權利要求1所述的增壓系統，其中，所述供應回路被供應從低壓壓縮機(I)的上游排出的空氣以及從壓縮機級的下游排出的空氣，通過使后一空氣通過迷宮式路徑(11a, lib)而將后一空氣恢復到從壓縮機的上游排出的空氣的壓力。
3.根據權利要求1或2所述的增壓系統，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霧的裝置(35)。
4.根據權利要求3所述的增壓系統，其中，所述抽吸裝置(35)布置在用于分離形成所述油霧的空氣和油的油分離器(12)的下游，使得抽吸作用于無油空氣。
5.根據權利要求4所述的增壓系統，其中，所述抽吸裝置被裝配至儲油器(30)。
6.根據權利要求3-5中任一項所述的增壓系統，其中，所述抽吸裝置包括噴射泵(35)。
7.根據權利要求6所述的增壓系統，其中，所述噴射泵(35)被供應從壓縮機(1，2)的一個級排出的空氣。
8.根據權利要求6或7所述的增壓系統，其中，用于供應空氣到噴射泵(35)的回路(36)包括用于調節所述噴射泵的供給壓力的閥(38)。
9.根據權利要求5和8的組合的增壓系統，其中，所述調節閥(38)根據儲油器內部和外部之間的壓力差被致動。
10.根據權利要求3-9中任一所述的增壓系統，其特征在于，所述增壓系統包括控制模塊，所述控制模塊在所述渦輪機超過預定的轉速時切斷抽吸。
11.一種渦輪機，包括用于潤滑該渦輪機的至少一個軸承的至少一個腔室，其特征在于，所述渦輪機包括用于為所述腔室供應加壓空氣的根據前述權利要求中任一項所述的增壓系統。
全文摘要
本發明涉及一種用于對潤滑渦輪機的軸承的至少一個腔室(10)進行增壓的系統，包括用于為所述腔室供應加壓空氣的回路以及用于回收在所述腔室中形成的油霧并將所述油霧返回到渦輪機的儲油器的回路，其特征在于，所述供應回路為所述腔室供應從低壓壓縮機(1)的上游排出的空氣。
文檔編號F01D11/04GK103140651SQ201180045344
公開日2013年6月5日 申請日期2011年9月22日 優先權日2010年9月23日
發明者納爾遜·多斯桑托斯, 多米尼克·伊格爾, 瑟奇·雷內·莫瑞爾 申請人:斯奈克瑪