CN102159795A - 润滑涡轮发动机的方法和*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于润滑涡轮发动机的方法和***，该涡轮发动机包括至少三个不同的壳体(10，10′，12)，每个所述壳体包含至少一个滚动轴承(P1，P′1，Q1)。所述方法包括：通过密封垫片(14)对所述壳体增压，所述壳体中的两个被称作主壳体(10，10′)相对于被称为副壳体(12)的剩余壳体以较高的压力被增压；润滑所述主壳体的滚动轴承；通过仅注入来自于所述主壳体中的至少一个的油雾而润滑所述副壳体的滚动轴承，所述油雾通过所述主壳体和副壳体之间的压力差而被输送；回收注入到所述主壳体的润滑油的剩余部分，将其输送至油箱(18)；以及将来自于所述副壳体的空气/油混合物输送至去油器(38)。

Description

润滑涡轮发动机的方法和***
背景技术
本发明涉及航空涡轮机的动态润滑的领域。
航空涡轮机有大量的元件需要润滑，这些元件尤其包括支撑航空涡轮机旋转轴的滚动轴承，以及航空涡轮机的附件驱动齿轮箱中的齿轮。
特别是为了减轻涡轮机轴的高速旋转所产生的摩擦，磨损以及热量，需要润滑支撑这些轴的滚动轴承。由于仅仅在涡轮机维护期间通过注射油来进行润滑是不够的，因此需要进行通常所谓的“动态”润滑进行补偿。
动态润滑在于将油加入润滑油路的连续循环中。来自油箱的润滑油流通过泵提供给轴承的滚动体，这些轴承容纳于密封垫片封起来的壳体中。为了避免润滑油通过密封垫片从壳体泄漏到涡轮机的其它部分中，将涡轮机的压缩机中的一个提供的气流通过所述垫片注入壳体。由此，相对于大气压力，这些壳体被增压。
注入壳体的空气的大部分随后通过一个用于将油从壳体除去以及控制壳体内部压力的特殊回路而被排放至涡轮机外面。注入壳体的润滑油则从壳体的底部通过另一个特殊回路借助回收泵而被回收。为了确保壳体完全干燥，空气的一小部分被吸入这些泵中，在将除去空气的油返回油箱前，需要对通过上述方式回收的空气/油混合物进行分离。
上述的润滑方法有诸多缺点。特别是，润滑油需要通过多重装置输送，包括管道，喷嘴，离心收集器，向心收集器，新月状物(crescents)，通道等等。油和载有油滴的空气的排放需要使用回收泵和去油器，由此增加了涡轮机的重量。
如果涡轮机的滚动轴承产生的热功率足够高，能调节借助这种润滑***，则上述缺点是可以接受的。这非常适用于轴承的旋转速度在大功率时非常高的涡轮机(例如，双轴涡轮机，其低压轴的转速为大约6000到8000rpm，高压轴的转速为大约14000到20000rpm)。
相反，当涡轮机的轴承中的一个的滚动体以相对较低的速度(如大约100rpm)旋转时，轴承的滚动体产生的热功率太小，不能调节借助这种润滑***。这种情况下，过量的润滑油流会注入包含低速运转滚动轴承的壳体中，有润滑油从壳体中泄露的风险。
发明内容
因此，本发明的一个主要目的是减少上述缺点，提供一种用于润滑涡轮机的方法和***，该涡轮机包括至少三个不同的壳体，每个壳体包含至少一个滚动轴承，不借助复杂装置就能使滚动轴承得到有效润滑。
根据本发明，上述目的通过以下方法实现，该方法包括：
通过密封壳体的密封垫片向壳体注入压缩气流，从而对所述壳体增压，所述壳体中的两个被称为主壳体相对于被称为副壳体的剩余壳体以较高的压力被增压；
向主壳体中注入来自涡轮机的油箱的油流，从而润滑所述主壳体中的滚动轴承；
通过仅仅注入来自至少一个所述主壳体的油雾而润滑副壳体中的滚动轴承，所述油雾通过主壳体和副壳体之间的压力差被输送；
回收注入到主壳体的润滑油的剩余部分，将其输送至所述油箱；以及
将来自副壳体的空气/油混合物输送至去油器，以将空气和油分离.
术语“油雾”指悬浮的载有油滴的气流。当副壳体中的滚动轴承的旋转速度比主壳体中的滚动轴承的旋转速度(如大约1000rpm)低时，使用来自至少一个所述主壳体的油雾就足以确保良好地润滑所述轴承。由此，润滑***(通过省略油嘴，回收泵，除气通道，以及去油器)得以简化，其重量变轻。
上述方法的各种不同实施方式也是可能的。
在第一种实施方式中，副壳体中的滚动轴承通过注入来自两个主壳体的油雾而被润滑。
在第二种实施方式中，副壳体中的滚动轴承通过注入仅来自两个主壳体之一的油雾而被润滑。
本发明还提供了一种涡轮机润滑***，该***包括：
至少三个不同的壳体，每一个所述壳体包含至少一个滚动轴承，且每一个所述壳体被密封垫片密封；
用于通过密封垫片向壳体中引入压缩气流以对所述壳体增压的装置，所述壳体中的两个被称为主壳体相对于被称为副壳体的剩余壳体以较高的压力被增压；
将油流注入主壳体中的滚动轴承上的装置，所述油流来自于涡轮机的油箱；
注入管，其将所述主壳体中的至少一个连接至所述副壳体，以将油雾注入到所述副壳体中的滚动轴承上，所述油雾来自于所述主壳体中的至少一个；
用于从所述主壳体的底部出口回收注入到所述主壳体的润滑油的剩余部分，并将其输送至所述油箱的装置；以及
用于将来自所述副壳体的底部出口的空气/油混合物输送至去油器的装置。
本发明还提供了一种包括上述润滑***的涡轮机。
附图说明
本发明的其他特征和优点通过以下描述，参考附图而得以展现，这些附图示出了不具有限定作用的实施方式。在这些附图中：
图1为根据本发明第一实施方式的润滑***的图解视图；
图2为根据本发明第二实施方式的润滑***的图解视图。
具体实施方式
本发明适用于任何具有至少三个包含有滚动轴承的壳体的航空涡轮机。特别适用于具有两级反向旋转风扇的涡轮机。
图1为应用于具有两级反向旋转风扇的涡轮机的润滑***的高度图解视图。
所述涡轮机包括一纵轴X-X及三个不同的环形壳体，即，形成于涡轮机上游端的两个所谓的主壳体10，10’，每个所述主壳体包含至少一个滚动轴承，分别为P1，P′1，以及形成于下游端的所谓的副壳体12，其包含至少一个滚动轴承Q1。为方便起见，图1中的每个壳体中只示出一个轴承。当然，每个壳体可以包含多个轴承。
以公知的方式，各种各样的滚动轴承(滚珠轴承或滚柱轴承)支撑涡轮机的各种旋转中的绕线轴，以承担涡轮机的径向和轴向载荷。在图1和图2中，附图标记13指代涡轮机绕线轴的轴部分，或安装滚动轴承的圈体的壳部分。
此外，考虑到涡轮机轴的旋转速度，副壳体12中轴承Q1的滚动体的旋转速度(如大约1000-2000rpm)低于主壳体10，10′中轴承P1，P′1的滚动体的旋转速度(如大约6000-20000rpm)。
主壳体10，10′和副壳体12互不相同，它们中的每一个在上游端和下游端被环形密封垫片14密封。举例来说，这些密封垫片可以为曲径密封垫片，刷垫片，或碳环密封。
为了减轻涡轮机轴的高速旋转所产生的摩擦，磨损以及热量，需要润滑主壳体和副壳体中的滚动轴承。该润滑通过下述的方法和***实现。
通过向主壳体10，10′的滚动轴承P1，P′1的圈体之间注入油而润滑所述滚动轴承P1，P′1。该注入通过与圈体对齐展开的喷嘴16而实现。在图1中，润滑油的注入由箭头F油表示。
用于润滑滚动轴承P1，P′1的油来自于涡轮机的油箱18。油通过给油泵20从油箱18取得，并提供给与各个喷嘴16连接的油路22。
压缩气流通过各个壳体的密封垫片14被引入到主壳体10，10′和副壳体12。例如，所述气流来自涡轮机的高压压缩机，在图1中由箭头F气表示。所述压缩气流的作用是向所述壳体增压，防止润滑油从壳体泄露。
此外，根据本发明，主壳体10，10′的增压度比副壳体12的高，即，每个主壳体中的压力高于副壳体中的压力，这是通过向主壳体中引入比引入到副壳体中的气流更强的气流来实现的。
副壳体12的滚动轴承Q1通过注入来自于每个主壳体10，10′的油雾而被润滑。所述油雾通过至少一个注入管24输送，所述至少一个注入管24将主壳体的第一出口26，26′的顶部(称作顶部出口)连接至副壳体的入口28，该入口与副壳体中的轴承Q1对齐展开。考虑到主壳体和副壳体之间存在压力差，不再需要用泵将油雾从主壳体引入到副壳体。
所述油雾为悬浮的载有油滴的空气，这些油滴来自于对主壳体的滚动轴承P1，P′1进行润滑的油。由于副壳体的滚动轴承Q1的旋转速度要比其他轴承的旋转速度慢，可以通过仅仅注入油雾而将其润滑。因此，不需要提供喷嘴(或任何其他等同装置)注入润滑油来润滑轴承Q1。
在各自底部，每个主壳体10，10′还包括特定第二出口30，30′(称为底部出口)，用于回收注入到这些壳体中的润滑油的剩余部分。为此，每个所述的底部出口30，30′通向与涡轮机的油箱18连接的排出管32，32′(借助图1中未示出的空气/油分离器)。排出泵34和34′用于将润滑油的剩余部分输送到油箱18。
副壳体12也在其底部包括特定底部出口36，用于回收来自于润滑轴承Q1产生的空气/油混合物，并将其输送至去油器38。为此，所述底部出口36通过排出管40连接至去油器38。所述去油器38将空气和油分离，油被返回到涡轮机的油箱18中(图1未示出所述返回)，空气被排出到涡轮机的外面(图1中所述排出由箭头F排出所示)。
参考图2，接着描述本发明的第二种润滑方法和***。在此，涡轮机也包括两个主壳体10，10′和一个副壳体12。
相比之下，第二实施方式与第一实施方式的区别在于注入管24仅仅将主壳体中的一个(特别是主壳体10′)连接至副壳体12。因此，副壳体12的滚动轴承Q1通过注入仅来自于两个主壳体中的一个的油雾而被润滑。
当然，所述注入管同样可以将另一个主壳体(即主壳体10)连接至副壳体12。与另一个实施方式中一样，不需要通过喷嘴(或任何其他等同装置)注入润滑油来润滑副壳体中的滚动轴承Q1。
未连接到副壳体12的主壳体10的顶部中的第一出口26通过导管42连接至去油器38，以分离来自所述主壳体的空气/油雾中的空气和油。
最后，应该观察到在两个实施方式中，给油泵20，排出泵34和去油器38可以连接涡轮机的附件驱动齿轮箱(未示出)而被其驱动。或者，这些附件中的几个，或所有这些附件还可以被电力驱动。

Claims (7)

1.一种用于润滑涡轮机的方法，该涡轮机包括至少三个不同的壳体(10，10′，12)，每个所述壳体包含至少一个滚动轴承(P1，P′1，Q1)，特征在于所述方法包括：
通过密封所述壳体的密封垫片(14)向所述壳体注入压缩气流，从而对所述壳体增压，所述壳体中的两个被称为主壳体(10，10′)相对于被称为副壳体(12)的剩余壳体以较高的压力被增压；
向所述主壳体中注入来自涡轮机的油箱(18)的油流，从而润滑所述主壳体中的所述滚动轴承(P1，P′1)；
通过仅仅注入来自至少一个所述主壳体的油雾而润滑副壳体中的所述滚动轴承(Q1)，所述油雾通过所述主壳体和副壳体之间的压力差被输送；
回收注入到所述主壳体的润滑油的剩余部分，将其输送至所述油箱；以及
将来自所述副壳体的空气/油混合物输送至去油器(38)，以将空气和油分离。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述副壳体(12)中的所述滚动轴承(Q1)通过注入来自所述两个主壳体(10，10′)的油雾而被润滑。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述副壳体(12)中的所述滚动轴承(Q1)通过注入仅来自所述两个主壳体(10，10′)之一的油雾而被润滑。
4.一种涡轮机润滑***，该***包括：
至少三个不同的壳体(10，10′，12)，每一个所述壳体包含至少一个滚动轴承(P1，P′1，Q1)，且每一个所述壳体被密封垫片(14)密封；
用于通过所述密封垫片向所述壳体中引入压缩气流以对所述壳体增压的装置，所述壳体中的两个被称为主壳体(10，10′)相对于被称为副壳体(12)的剩余壳体以较高的压力被增压；
将油流注入所述主壳体中的滚动轴承(P1，P′1)上的装置，所述油流来自于涡轮机的油箱(18)；
注入管(24)，其将所述主壳体中的至少一个连接至所述副壳体，以将油雾注入到所述副壳体中的滚动轴承上，所述油雾来自于所述主壳体中的至少一个；
用于从所述主壳体的底部出口(30，30′)回收注入到所述主壳体的润滑油的剩余部分，并将其输送至所述油箱的装置(32，32′，34，34′)；以及
用于将来自所述副壳体的底部出口(36)的空气/油混合物输送至去油器(38)的装置(40)。
5.如权利要求4所述的***，其中所述注入管(24)将两个所述主壳体(10，10′)连接至所述副壳体(12)，以将来自于两个所述主壳体的油雾注入到所述副壳体的所述滚动轴承(Q1)上。
6.如权利要求4所述的***，其中所述注入管(24)仅将两个所述主壳体中的一个主壳体(10′)连接至所述副壳体，以将仅来自于所述主壳体(10′)的油雾注入到所述副壳体的所述滚动轴承上，另一个所述主壳体(10)通过导管(42)连接至去油器(38)。
7.一种涡轮机，其包括如权利要求4至6任意一项所述的润滑***。
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