一种航空涡轴发动机滑油系统和航空涡轴发动机的制作方法

1.本发明属于航空发动机技术领域，特别涉及一种航空涡轴发动机滑油系统和航空涡轴发动机。


背景技术：

2.航空涡轴发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，需要经受高转速、高温、高压等考验。在发动机运行过程中轴承、齿轮等摩擦副将会产生大量的热量，为使轴承、齿轮等工作在一个合适的范围内，需利用滑油对轴承、齿轮等摩擦副进行润滑冷却，因此航空涡轴发动机滑油系统的性能与工作情况会直接影响到轴承、齿轮等能否正常工作，从而会直接关系到发动机的工作性能及可靠性。
3.当前大部分的航空涡轴发动机滑油系统都是利用增压泵把滑油供向发动机各喷嘴，由喷嘴把滑油喷向轴承和齿轮等各摩擦副，然后利用回油泵把各轴承腔中的滑油直接抽回滑油箱；在总的供油回路上或总的回油回路路上设置滑油散热器，利用燃油或空气对滑油进行散热冷却。
4.航空涡轴发动机主要由压气机、燃烧室、燃气涡轮、动力涡轮以及附件传动等组成，其中压气机、自由涡轮、动力涡轮和附件传动中轴承和齿轮均需要滑油来进行润滑、散热，而现阶段大部分涡轴发动机均采用独立腔室设计，因此为把各轴承腔中滑油抽回，需设置多个回油级(一般都在4个或以上)。
5.现阶段，大多数涡轴发动机的压气机、燃气涡轮、动力涡轮以及附件传动等均采用独立腔体设计，造成了回油级的数量较多，从而使得发动机的外部滑油管路繁多，容易造成漏油等问题的出现，维护不方便，也不利于发动机集成度的提高。
6.当前许多航空涡轴发动机滑油系统都是利用空气散热器进行散热，或以空气散热器为主，以燃滑油散热器为辅的方式来对滑油进行散热冷却。空气散热器一般会布置在飞机上利用飞机的进气来冷却滑油或布置在发动机上利用压气机的引气对滑油进行冷却。由于空气散热器的功率较大，因此空气散热器的外廓尺寸及重量都比较大，这将增加发动机或飞机的重量。当空气散热器安装在发动机上时，需从压气机中进行引气，增加了发动机的复杂程度；当空气散热器布置在飞机上时，需专门设置滑油连接管路，增加了滑油系统外部管路的数量及复杂程度。
7.当前大多数设置有切断阀的航空涡轴发动机，都是把切断阀单独设置在供油路上，需单独为切断阀在管路或机匣上设置安装位置，增加了发动机滑油油路的复杂性。


技术实现要素：

8.针对上述问题，本发明提出了一种航空涡轴发动机滑油系统，能够在满足发动机轴承、齿轮等摩擦副用油的同时，仅使用一个燃滑油散热器就能满足滑油系统的散热需求，同时减少发动机回油级数量和滑油外部管路，简化滑油系统，提高了发动机的集成度。
9.本发明的一种航空涡轴发动机滑油系统，包括：滑油箱、滑油泵组件、待供油腔和
散热器，其中，
10.所述滑油箱用于存放滑油；
11.所述滑油泵组件，包括供油泵和回油泵，所述供油泵用于将所述滑油箱内的滑油泵送至所述待供油腔，所述回油泵用于将所述待供油腔内的滑油抽回至所述滑油箱内；
12.所述待供油腔包括：由附件传动装置的轴承腔和压气机的轴承腔连通构成的第一腔室，由燃气涡轮的轴承腔与动力涡轮的轴承腔连通构成的第二腔室；
13.所述第一腔室和所述压气机的进气流道相邻；
14.所述散热器设置在所述供油泵与所述第一腔室之间，或所述散热器设置在所述回油泵与所述滑油箱之间。
15.进一步地，所述滑油泵组件还包括切断阀，其中，
16.所述切断阀具有进口、第一出口和第二出口；
17.所述切断阀的进口连接所述供油泵的输出端，所述第一出口通过支管分别连通所述第一腔室和所述第二腔室，所述第二出口连通所述第一腔室的第一入口。
18.进一步地，所述供油泵的输入端管道连通所述滑油箱的出口，
19.所述供油泵并联有安全阀，所述安全阀设置在所述滑油泵的进口和所述滑油泵的出口之间。
20.进一步地，所述回油泵包括第一回油泵和第二回油泵；
21.所述第一回油泵的输入端管道连通所述第一腔室的出口，所述第一回油泵的输出端管道连通所述滑油箱的进口；
22.所述第二回油泵的输入端管道连通所述第二腔室的出口，所述第二回油泵的输出端连通所述第一腔室的第二入口。
23.进一步地，滑油系统还包括滑油滤和回油滤网，其中，
24.所述滑油滤设置在所述供油泵与所述第一腔室之间的输送管道上；
25.在所述第一回油泵的输入端的管道和所述第二回油泵的输入端的管道上分别设置有所述回油滤网。
26.进一步地，在所述滑油滤处设置有滑油滤旁通阀，所述滑油滤旁通阀与所述滑油滤管道并联。
27.进一步地，在所述第一回油泵的输出端的管道上还设置有磁性屑末检测信号器。
28.进一步地，还包括用于将所述第二腔室内的油雾传输到所述第一腔室内的通风通道。
29.进一步地，还包括离心通风器和通风管，其中，
30.所述离心通风器设置在所述第一腔室的气体出口处，用于将油雾进行气液分离；
31.所述通风管连通所述离心通风器和航空涡轴发动机的尾喷管，用于将经过气液分离后的气体排出。
32.本发明还公开了一种航空涡轴发动机，其具有本发明前面所述的航空涡轴发动机滑油系统。
33.本发明的一种航空涡轴发动机滑油系统和航空涡轴发动机，滑油系统中，由附件传动装置的轴承腔和压气机的轴承腔连通构成第一腔室，由燃气涡轮的轴承腔与动力涡轮的轴承腔连通构成第二腔室，实现将发动机轴承腔进行共腔设计，可以有效减小回油泵和
滑油管路，实现简化滑油系统，有利于发动机集成度的提高和重量的减轻；并且将简化后的第一腔室设置在靠近压气机的进气流道的位置，利用压气机进气流道内的气体流动对第一腔室内的滑油进行散热降温，能够在满足发动机轴承、齿轮等摩擦副用油的同时，仅使用一个设置在总供油回路上或设置在总回油回路上的散热器，就能满足滑油系统的散热需求，进一步简化滑油系统，从而提高发动机的集成度。
34.本发明的一个具体实施例中，将滑油泵组件进行集成化设计，在滑油泵组件中集成了安全阀和切断阀，进一步提高发动机的集成度，从而方便滑油系统的维护。
35.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1示出了根据本发明实施例的第一腔室和压气机进气流道的位置关系图；
38.图2示出了根据本发明实施例的航空涡轴发动机滑油系统。
39.图中主要标号说明：
[0040]1‑
滑油箱、2
‑
滑油泵组件、3
‑
第一腔室、4
‑
第二腔室、5
‑
进气流道、6
‑
散热器、7
‑
滑油滤、8
‑
回油滤网、9
‑
滑油滤旁通阀、10
‑
磁性屑末检测信号器、11
‑
通风通道、12
‑
离心通风器、13
‑
通风管、14
‑
燃油加热器、21
‑
供油泵、22
‑
切断阀、23
‑
安全阀、24
‑
第一回油泵、25
‑
第二回油泵、31
‑
第一入口、32
‑
第二入口、100
‑
滑油系统、101
‑
发动机。
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
参见图2，为本发明的一种航空涡轴发动机滑油系统100，包括：滑油箱1、滑油泵组件2、待供油腔、散热器6和输送管道，其中，
[0043]
滑油箱1用于存放滑油，如图2中所示，滑油箱1靠近发动机101前部设置；
[0044]
滑油泵组件2包括供油泵21和回油泵，供油泵21用于将滑油箱1内的滑油泵送至待供油腔，回油泵用于将待供油腔内的滑油抽回滑油箱1内；供油泵设置在滑油箱1到待供油腔的供油回路输送管道上，回油泵设置在待供油腔到滑油箱1的回油回路输送管道上。
[0045]
参见图2，待供油腔包括：由附件传动装置的轴承腔和压气机的轴承腔连通构成的第一腔室3，由燃气涡轮的轴承腔与动力涡轮的轴承腔连通构成的第二腔室4；
[0046]
第一腔室3靠近压气机的进气流道5布置；可以利用压气机进气流道5的气体流动对第一腔室3的滑油进行降温散热，如图1所示，为第一腔室3与压气机进口流5道的相对位
置示意图，通过这种布置，可以有效利用压气机对第一腔室3内的滑油进行散热；
[0047]
散热器6设置在供油泵21与第一腔室3之间的输送管道上，或散热器6设置在回油泵与滑油箱1的进口之间的输送管道上。
[0048]
具体地，待供油腔是指发动机101内需要滑油的轴承腔，本发明中对发动机101内的多个轴承腔进行了共腔设计，所述的第一腔室3实际上是将发动机101前部附件传动装置的轴承腔和压气机的轴承腔连通构成的前轴承腔，所述的第一腔室3实际上是将位于发动机101后部燃气涡轮的轴承腔与动力涡轮的轴承腔连通构成的后轴承腔。
[0049]
输送管道包括供油回路、回油回路、通风通道和排气线路，如图2中所示，每条输送管道上都用箭头示意了管道内流体的流动方向。
[0050]
在总供油路上或总回油路上设置散热器6，可以利用燃油或空气对经过的滑油进行散热冷却；如图2所示，本发明的一个具体实施例中，散热器6是燃滑油散热器，设置在向第一腔室3和第二腔室4供油的总的供油回路上，同时燃油管路也经过散热器6内，利用燃油给滑油散热降温。
[0051]
如图2中所示，滑油泵组件2还包括切断阀22，切断阀22为电磁阀(solenoid operated valve，sov)，具体地，本实施例中，
[0052]
切断阀22具有进口、第一出口和第二出口，切断阀22是一个两位三通阀，用于切换通道；
[0053]
切断阀22的进口连接供油泵21的输出端，第一出口通过支管分别连通第一腔室3和第二腔室4，第二出口管道连通第一腔室3的第一入口31。
[0054]
切断阀22是通过压力来控制的，发动机101工作时，转速较高，则供油回路内滑油压力较高，此时切断阀22处在第一位置：第一出口接通，第二出口关闭，此时滑油供往发动机101内第一腔室3和第二腔室4，具体地，第一出口通过支管分别连通第一腔室3和第二腔室4，并通过支管末端的喷嘴分别向第一腔室3和第二腔室4喷送滑油，喷送的滑油给第一腔室3和第二腔室4内的齿轮、轴承等结构进行润滑，最后汇集在第一腔室3和第二腔室4的腔室底部。
[0055]
如图2所示，当发动机101在起动或停车的过程中，发动机101的转速较低，此时供油回路内压力较低，切断阀22处在第二位置：第二出口接通，第一出口关闭。此时滑油通过第二出口直接供往第一腔室3的腔室底部(方便直接通过第一腔室3的出口经过回油回路回到滑油箱1)，而不通过喷嘴供往第一腔室3和第二腔室4内的齿轮、轴承等结构，不对前轴承腔和后轴承腔内的各个结构进行润滑。
[0056]
如图2所示，滑油泵组件2还包括安全阀23，供油泵21的输入端通过输送管道连通滑油箱1的出口，供油泵21并联有安全阀23，安全阀23连接在供油泵21的进口和出口之间。安全阀23的作用在于：当滑油系统供油泵21的泵后的管道压力过高时，安全阀23打开，把泵后的滑油通过安全阀23所在的旁通回路旁通回供油泵21的泵前，起保护滑油系统100的作用。
[0057]
参见图2，回油泵包括第一回油泵24和第二回油泵25；
[0058]
第一回油泵24的输入端通过输送管道连通第一腔室3的出口，第一回油泵24的输出端通过输送管道连通滑油箱1的进口；
[0059]
第二回油泵25的输入端通过输送管道连通第二腔室4的出口，第二回油泵25的输
出端通过输送管道连通第一腔室3的第二入口32。
[0060]
滑油泵组件2上第二回油泵25先把第二腔室4中的滑油抽回到第一腔室3中，因为第一腔室3临近压气机的进气流道5，在此过程中，能够给第二腔室4内的滑油进行降温散热处理，然后再利用滑油泵组件2上的第一回油泵24把第一腔室3中的全部滑油抽回滑油箱1中，至此完成了将待供油腔室内的滑油抽回滑油箱1的过程。
[0061]
紧接着再通过供油泵21将滑油箱1内的滑油泵出，经过散热器6进一步散热降温后再输送到第一腔室3和第二腔室4。
[0062]
参见图2，本发明的滑油泵组件2中集成了供油泵21、切断阀22、安全阀23、第一回油泵24和第二回油泵25，实现了滑油泵组件2的集成化设计，便于滑油系统100的检修工作；同时将发动机101的轴承腔通过共腔设计为第一腔室3和第二腔室4，减小了发动机回油回路的数量，并且减少了滑油外部管路，简化了滑油系统100，大大提高了发动机101的集成度，便于滑油系统100的维护。
[0063]
进一步地，滑油系统100还包括滑油滤7和回油滤网8，其作用均是对经过的滑油进行过滤，其中，
[0064]
滑油滤7设置在供油泵21向第一腔室3和第二腔室4供油的的输送管道上；
[0065]
在第一回油泵24的输入端的管道和第二回油泵25的输入端的管道上分别设置有回油滤网8。
[0066]
进一步地，在滑油滤7处设置有滑油滤旁通阀9，滑油滤旁通阀9与滑油滤7并联，滑油滤旁通阀9的作用在于：当滑油滤7前后的管道压力差过大(超过了预设的第一安全阈值)时，滑油滤旁通阀9打开，使得滑油滤7前的滑油不经过滑油滤芯过滤，而经过滑油滤旁通阀9所在的旁通回路直接供往发动机101内的第一腔室3和第二腔室4。
[0067]
进一步地，在第一回油泵24的输出端的管道上还设置有磁性屑末检测信号器10，第一回油泵24的输出端与滑油箱1的进口之间的输送管道为滑油系统的回油总路，利用设置在滑油系统回油总路中的磁性屑末检测信号器10(磁性元件)吸附滑油中的铁磁性碎屑。
[0068]
如图2所示，航空涡轴发动机滑油系统100还包括通风通道11，通风通道11用于将第二腔室4内产生的油雾传输到第一腔室3内，如图2中通风通道11中箭头指向所示；传输到第一腔室3的油雾经过离心通风器12进行气液分离处理后，通过通风管13排出至航空涡轴发动机101的尾喷管，参见图2中的排气回路中箭头所示，其中，
[0069]
离心通风器12设置在第一腔室3的气体出口处，用于将油雾进行气液分离；通风管13连通离心通风器12和航空涡轴发动机101的尾喷管，用于将经过气液分离后的气体排出到尾喷管(图2中)。
[0070]
本发明的一个具体实施例还提供一种航空涡轴发动机101，采用本发明前述的航空涡轴发动机滑油系统100。参见图2，根据本发明的一个具体实施例，滑油系统100采用全流量逆向循环滑油系统，自成一体，包括供油系统、回油系统和通风系统。
[0071]
其中，供油系统的工作过程为：滑油泵组件2中的供油泵21从滑油箱1内抽吸滑油，经过散热器6后依次流经燃油加热器14和滑油滤7后供往第一腔室3中的齿轮、轴承、花键和第二腔室4的轴承。当燃油温度较低时，燃油加热器14作为燃油加热器给燃油升温处理，滑油泵组件2中的供油泵21带安全阀23和切断阀22：当发动机在启动或停车阶段，切断阀22把向第一腔室3和第二腔室4中供油的回路关闭，并开启仅向第一腔室3供油的回路；当滑油系
统供油泵21泵后压力过高时，打开安全阀23，把泵后的滑油旁通回泵前，避免破坏滑油系统100。滑油滤7旁设置了一个滑油滤旁通阀9，滑油滤旁通阀9所在的管路与滑油滤7并联，当滑油滤7前后的压力差过大(超过了预设的第二安全阈值)时打开滑油滤旁通阀9，使滑油不经过滑油滤7的滤芯过滤就直接供往发动机101。
[0072]
回油系统的工作过程为：滑油泵组件2中的第二回油泵25将第二腔室4的滑油抽回至第一腔室3，滑油泵组件3中的第一回油泵24将汇合在第一腔室3内的滑油抽回至滑油箱1。在滑油箱1的进口处的回油总路上装有一个磁性屑末检测信号器10，用于吸附要回到滑油箱1内滑油中的磁性屑末。
[0073]
具体地，通风系统的工作过程为：第二腔室4通过通风通道11和第一腔室3相通，将第二腔室4内的油气混合物输送至第一腔室3内，第一腔室3内的油气混合物经过集成在附件传动装置的齿轮上的离心通风器12进行油气分离，使得油气混合物中绝大部分滑油分离出来后，空气通过位于第一腔室3外部的通风管13排往发动机101的尾喷管。
[0074]
在发动机正常工作时，供油系统、回油系统和通风系统连续工作，这个过程中，滑油的散热过程为：散热器6给经过散热器6的输送管道内的滑油降温散热；第一腔室3内的滑油通过压气机进气流道5中气体流动进行降温散热。
[0075]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。