用于减少燃气涡轮发动机中的油耗的系统

摘要

一种用于降低燃气涡轮发动机(200)中油箱(3)内的油耗的装置。已经确定了包括泄漏和耗用的两种油耗来源：(1)在怠速中从油箱(3)通过密封件(24)的油的泄漏，以及(2)在大功率操作中被吸入排出油箱(3)的排放空气(39)中的油的耗损。在怠速下本发明可降低油箱(3)内的压力，从而增大通过密封件(24)进入油箱(3)的气流，因而阻止通过密封件(24)的油泄漏。在大功率操作下，压力下降停止，但是人工地限制排出排气口(36)的气流量。

说明书

技术领域

本发明可减少在燃气涡轮发动机中因(1)在低功率下通过油箱中的密封件的泄漏以及(2)在大功率下通过油箱的排气系统的泄漏而引起的润滑油的损耗。

背景技术

图1是燃气涡轮发动机中的油箱系统的简化示意图。标号3表示普通的油润湿的腔室，称为轴承油腔或油室，标号6表示第二个不同的普通腔室，称为油箱增压腔。

油9通过喷嘴12传送到轴承15上，以便进行润滑和冷却。油在供轴承15使用后在重力作用下流入油腔3的底部，然后如箭头18所示地通过回油系统(未示出)排出。返回的油在油流9中被冷却、过滤和回收。

由于存在空气阻力和喷溅，容纳在油腔3中的一些油将往往泄漏到油箱增压腔6内。为了阻止这种泄漏，由旋转轴27所支撑的多个旋转密封件24将油腔3与增压腔6相隔开。由于密封件24无法完全地阻止油的移动，因此，应在密封件24上产生气流以进一步阻止油的移动。

为了产生这种气流，由虚线箭头30所表示的进入空气对增压腔6增压。该空气被密封件上的正压力差驱动而穿过密封件24，如虚线箭头33所示。此增压空气的速度用于使喷溅出密封件24之外的油保持在油腔3中，并减少油到增压腔6的移动。

增压空气现在存在于油腔3内，然后在通过气/油分离器(未示出)后经油箱排气口36排出，如虚线箭头39所示。

本发明人已经注意到，这种方法在设计用于产生比现有技术更大的推力的现代燃气涡轮发动机中并不是最佳的。

发明内容

在本发明的一种形式中，在发动机怠速时人工地降低油腔内的压力以增加密封件上的正压力差，从而增大穿过密封件的气流速度。在本发明的另一种形式中，在大功率操作时人工地阻止气流排出油腔，以降低流过图2所示的位于油腔出口处的收缩部分85的流量。

附图说明

图1显示了一种现有技术的油箱系统。

图2和4显示了本发明的两种形式。

图3是显示了本发明的一种形式所采用的过程的流程图。

在附图中各标号的含义如下：3润滑油箱；6油箱增压腔；9油；12喷嘴；15轴承；18箭头；24密封件；27旋转轴；30虚线箭头；33气流；36排气口；37距离；39空气；50排放装置；53喷射气流；55喷嘴；58区域；60压力传感器；63阀；85流量收缩部分；200燃气涡轮发动机；100，105，110流程图方框；205发动机舱；210飞机；215装置；220压缩机排气装置。

具体实施方式

本发明人已经注意到，当图1所示系统用于90000磅推力级的相对较大的燃气涡轮发动机时存在两个问题。一个问题是在怠速下，油箱增压腔6和油腔3之间的压力差非常小，以至无法提供足够大的穿过密封件24的气流速度。因此会发生通过密封件24的油的泄漏；油沿着与虚线箭头33相反的方向穿过密封件24而泄漏。

第二个问题是在大功率操作下，大量的油通过排气口36损失。后者的损失也许是多种因素的组合造成的。一个因素是密封件24的直径比同类型的原有密封件的直径更大，这也意味着必须密封更大的截面面积。这种更大的截面面积使得进入油腔3的流量更大，因此提供了通过排气口36的更大的气流量。

第二个因素是较大的密封件24具有较大的间隙。也就是说，与图1所示的距离37相对应的距离较大。较大的间隙通常意味着较大的泄漏。

第三个因素是密封件24上的压力差可能比原有的情况更大。第四个因素是密封件24的区域内的温度升高。

总的说来，本发明的一种形式减轻了(1)在怠速下通过密封件24的泄漏以及(2)在大功率下通过排气口36的泄漏。本发明是通过(1)在怠速操作下人工地增大腔3和腔6之间的压力差并将腔3排放到较小压力以及(2)在大功率操作中限制通过排气口36的流量来实现的。

这与图1所示系统的操作是相反的，在图1中，在怠速操作下腔3和腔6之间存在给定的压力差，此压力差随发动机功率的增加而增大，从而增大了通过排气口36的流量。

图2以示意图的形式显示了本发明的一种形式。称为空气喷射排放器的排放装置50在油腔3内形成了比本应产生的压力更低的压力。排放装置50由喷嘴55所传送的喷射空气流53驱动。喷嘴55接受来自压缩机排气装置(在图2中未示出，但在图4中显示并在后文中将进行讨论)的增压气体。

在现有技术中排放装置大体上是已知的。排放装置的操作可以通过下面两个原理来理解，它们实际上是对一个更基本的原理的两种不同的阐述。关于第一个原理，排放装置50将存在于区域58内的空气吸入喷气流53中，从而从区域58中去除了所吸入的气体。这种去除导致了额外的空气从油腔3中经油箱排气口36而流入，以便替代被去除的气体。关于另外一个原理，根据伯努利规则，喷气流53在区域58中产生低的静压力，这就使空气从油腔3中经油箱排气口36流出。

因此，通过去除来自油腔3中的空气，排放装置50在油腔3中形成了低于通常状况的压力，因此增大了从第二腔6到油腔3的压力差。这种增大的差异将增加穿过密封件24的气流速度，因此更加有效地防止了油进入密封件24中，因而防止了油腔3的泄漏。

采用一种量表型压力传感器60来测量压力差。当压力差降低到某特定阈值之下时，传感器60打开可促动喷气流53的阀63，并使排放装置50进行操作。当压力差升高而超过下限时，传感器60关闭阀63，从而停止排放装置50的操作。

阈值和下限可以是相同的，这样就提供了一种简单的给定点式操作。或者它们也可以不同，在这种情况下就要引入一种滞后带或死区型的操作。

上述操作模式在发动机怠速下使用。在大功率状态如飞机的航行操作的过程中，由于压力差高于上述下限，因此排放装置50保持停用状态。然而，如背景技术部分所指出的那样，在这种大功率状态下，由于穿过排气口36的气流会将油吸入，因此通过油箱排气口36的过量气流被认为会引起不希望发生的油耗。

为了阻止这种油耗，设计了排放装置50的混合喉道，以提供可限制排出油箱排气口36的空气的排出通路。

排放装置50设计成可提供限制流量的约束，其由收缩部分85来体现。这种约束限制了在大功率操作中当阀门63关闭时流经排放装置50的气流量。

因此，本发明的一种形式可以被视为提供了两种镜像型的操作。在发动机低速如基点怠速(ground idle)时，人工地减小油腔3内的压力。也就是说，通常油腔3中的压力约为表压0.10磅/平方英寸(psig)。本发明可将此压力降低到约-0.5psig，这是一个负值。这种降低是通过由排放装置50引起的主动的空气抽取来实现的。这种降低增大了从增压腔室6经密封件24到油腔3的空气流动。

在大功率操作如正常航行的发动机速度及以上时，由于存在收缩部分85，本发明人工地限制了通过排气口36的气流。该收缩部分将导致油腔3内的压力增大，超过在未设置收缩部分85时所产生的压力值。

通常在航行高度下油腔3内的压力约为3.0psig。本发明通过限制经已在油箱排气口36的出口处增设的排放装置50的流量来增大这个压力。

再用另一种方式来描述后一种情况，如果排放装置中未设置收缩部分85，那么在刚才介绍的情况下，通过排气口36的流量具有某个值，例如X磅/秒。在本发明的一种形式中，此流量现在被限制为X的85％。

本发明的一个实施例适用于设计成具有较小截面的排气口36的现有发动机。由于截面较小，需要有如刚阐述的相对较高的百分比，如85％。然而，可以重新设计发动机，使得排气口36的截面更大。在这种情况下，可以在低于85％质量流量下获得所需的压力差，这包括在70％的范围内或更低的流量。

图3是本发明一种形式所采用的过程的流程图。方框100表示排放装置保持与燃气涡轮发动机中的油箱排气口相连。图2所示的排放装置50提供了这种排放装置的一个示例。图3所示的方框105表示检测到排放装置的供给压力，而方框110表示当压力下降到最小值之下时，通过打开阀63来增大通过排气口36的气流，从而驱动排放装置50进行操作。

方框115表示在大功率操作如飞机的航行操作时，将通过排气口的气流限制在正常时将产生的流量以下。这时方框110不起作用：阀63被关闭，并关闭排放装置50。

上述讨论集中在压力上：图2所示的压力传感器60用于接通和关闭排放装置50。排放装置50在操作时可降低区域58处的压力。

然而，本发明的另一观点集中在气流上。传感器60所表示的压力差提供了对通过密封件24的气流量的测量。降低区域58处的压力以增大气流。

在整体操作的一种模式中，图3所示的方框105和110的特征为，将通过密封件24泄漏到油腔3中的气流保持在预定的最小水平。

下面将说明一个重要特征。图1介绍了通过排气口36的正常气流。本发明通过收缩部分85来人工地改变在大功率或航行操作下的流量。流量被人工地减少。

另外，通过图1所示的排气口36的正常气流在怠速下在油腔3内产生正常压力。本发明通过排放装置50来人工地降低此压力，从而增大了通过密封件24的泄漏。

图4显示了本发明的一种形式。在飞机210的发动机舱205内安装了一种燃气涡轮发动机200。方框215表示图2所示的装置。图4所示的压缩机排气装置220将增压气体传送到图2所示的阀60处，阀60驱动图4中未单独示出的图2所示的排放装置50。

从某一观点来看，本发明测量了一个参数，从中可计算出通过排气口36的流量。也就是说，根据连续性原理，所有或几乎所有的流经图2所示密封件24的气流必须通过排气口36排出。测量表示了通过密封件24的流量的密封件24上的压力差，还可允许人们估计出通过排气口36的流量。

因此，本发明实际上可确定在不借助排放装置50下通过密封件的气流是否会高于所需的最小值。如果不是，那么本发明促动排放装置50，从而将流量保持在最小值之上。相反地，如果所测量的参数表示未借助排放装置50的气流处于某个值之上，那么本发明使排放装置50停用，因为此时不需要排放装置50。

另外可以说，根据伯努利规则，通过排气口36的正常气流会导致在图2所示的区域58处的排气口出口处产生静压力下降。也就是说，在理论上气流本身会引起出口压力的降低。本发明通过排放装置进一步降低了该压力。

在不脱离本发明的精神实质和范围的前提下，可以对本发明进行许多替换和修改。希望由专利法保护的是如下述权利要求所定义的本发明。