本发明特别是涉及一种用于涡轮机的离心式脱气器。
背景技术
背景技术特别地包括文献FR-A1-3 071 418、EP-A1-3 112 031和US-A1-2013/195608。
涡轮机是复杂的系统，该复杂的系统涉及必须配备有密封装置的许多旋转组件(涡轮、压缩机等)。这些密封装置通常由布置在旋转组件附近的加压空气的迷宫式部件制成。为此，空气直接从涡轮机的空气管道中获取。然后，该空气通过为此设置的各种迷宫式部件穿过涡轮机，然后朝向涡轮机的外部排空，以限制涡轮机的其他区域(特别是减速装置、附件传动箱等)中的压力积聚。穿过涡轮机的各个区域的该空气充有用于对旋转组件的轴承和小齿轮进行冷却和润滑的油。为了避免含油空气的释放，减少涡轮机的环境影响，减少油耗并减少再充满储油器的需要，重要的是提供脱气器，该脱气器在将空气排放到涡轮机的外部之前，使得油与空气能够分离。
这种脱气器通常由机械动力输出装置布置和驱动，该机械动力输出装置在涡轮机的附件传动箱或减速装置处。
以已知的方式，这种离心式脱气器包括用于使空气/油混合物离心式分离的一个或多个外壳，一个或多个外壳围绕空心轴布置并由外环形壁和内环形壁界定。脱气器还包括轴向入口和外周油出口，该轴向入口用于向外壳供给空气/油混合物，该外周油出口设置在外壁中。因此，当脱气器通常借助于附件传动箱或减速装置的小齿轮旋转时，油在离心力的作用下自然地被引向设置在脱气器的外周处的油出口。另外，无油空气出口设置在在内壁中，并且连接到空心轴，这使得空气能够排出到外部。
一些脱气器，例如在申请WO-A1-2011/004023中描述的脱气器，还包括布置在脱气器的外壳中的过滤器，以改善油滴的捕获并因此促进混合物的除油。实际上，过滤器增加了可用的接触表面，并因此提高了由混合物流携带的油滴被挂在壁上的可能性。这些过滤器通常由金属泡沫制成，该金属泡沫例如是以名称出售的泡沫。
然而，已知脱气器的性能通常受到内部压力损失的影响，内部压力损失特别是由于两个原因造成的，即在除油过程中，空气流穿过的管道(包括离心式外壳)的形状以及金属泡沫的存在。
关于脱气器的内部形状界定空气流所使用的管道，然后制造过程可能在关于要实现的最佳几何形状的可能性方面是受限的。
关于金属泡沫的存在，压力损失是由于以下事实造成的：在高的速度下(例如在大约6000rpm的速度下)，由金属泡沫构成的前表面像壁一样起作用，并且空气颗粒渗透到泡沫中的程度很低。从这个观点来看，已知的制造过程，例如集成特定泡沫，不能使得控制结构的几何形状。
因此，要找到一种与使损失最小化和使除油能力优化这两个方面兼容的技术解决方案/生产方法是复杂的。
因此，需要改进离心式分离外壳的设计，以优化除油性能，同时限制经过脱气器的压力下降。
技术实现要素：
本发明涉及一种用于涡轮机的空气/油混合物的离心式脱气器的部件，该部件用于围绕对称轴线旋转，形成用于使所述混合物离心分离的环形外壳，该外壳形成流体通过管道，该外壳的一个入口被轴向地定向，以用于向外壳供给所述混合物，并且该外壳的第一出口被径向地向内定向，以用于将从所述混合物中分离的除油空气排放，该外壳还包括至少一个第二油出口，至少一个第二油出口被径向地向外定向，并被用于将从所述混合物中分离的油排放到脱气器的外部，其特征在于，所述外壳包括径向地穿过该外壳的纵向壁，所述纵向壁的表面中的至少一个表面具有表面结构和/或波纹，该表面结构和/或波纹被布置成对沿着所述纵向壁的表面的所述混合物的流形成障碍。
纵向壁径向地延伸，并形成定子翅片，该定子翅片使混合物在通过离心式外壳时旋转。另外，油形成悬浮在混合物中的滴雾。比空气重的液滴被离心力带到外周，但液滴的一大部分也被旋转的纵向壁捕获。然后，液滴形成油膜，该油膜仍然在离心力的作用下朝向外壳的外周流动，然后朝向排放出口流动。纵向壁的表面上的结构或波纹有两种作用。一方面，该结构或波纹通过形成混合物碰到的障碍或通过捕获倾向于从壁上反弹的液滴来改善对油滴的捕获。另一方面，该结构或波纹还可以通过使空气流沿着所述油膜上方的壁前行来形成对油膜的保护，并因此防止该油膜带走已经沉积在壁上的油。
优选地，所述部件包括一环形排的所述纵向壁，一环形排的所述纵向壁在两个连续的纵向壁之间形成用于使流沿着轴向方向穿过外壳的通道，纵向壁之间的距离小于纵向壁的径向延伸部分。
通过增加纵向壁的数量，液滴被纵向壁中的一个纵向壁捕获的可能性最大。
有利地，纵向壁的表面可以具有粗糙表面，以保护油膜免受所述混合物的流的影响。
粗糙的凸起一方面可以防止液滴反弹，另一方面可以保护形成在凸起之间的缝隙中存在的油膜。凸起的高度和基重必须与形成在壁上的油膜的厚度局部适应。
在优选的实施例中，纵向壁形成沿着轴向方向具有波纹的薄板。
纵向壁的波纹为两个壁之间的隔室提供了弯曲形状，因此混合物的液滴更容易被捕获在纵向壁的表面上，混合物的流沿着轴向方向行进穿过隔室。
甚至更优选地，在所述纵向壁的面中的至少一个面上凿开的通道在该至少一个面上径向延伸，以使油膜朝向离心式外壳的外周壁排出。
另外，形成在通道内的油膜受到沿着壁的空气流的保护。为此，通道的深度和宽度可以根据离心式外壳中的位置进行调节，以考虑油膜局部排出的油量。
有利地，多个通道被布置在波纹的两个折叠部之间。
优选地，第二油出口包括穿过离心式外壳的外周壁的孔，孔被定位在两个纵向壁之间的每个隔室中、在两个波纹之间的折叠部处。
纵向壁中的一些纵向壁可以沿着轴向方向、在轴向入口的后方依次开始。
这确保了径向通道不会立即被大液滴充满。当壁形成紧密的网状物时，这也使得能够不阻塞离心式外壳的入口，并逐步将混合物的流引导到壁之间的隔室中，从而限制压力损失。
有利地，这种部件例如通过增材制造被制造为一个部件。
增材制造使得能够优化结构件的形状，以引导穿过该结构件的流体的流，以使压力损失最小化，并且容易地集成容纳在管道的适当空间中的一环形排的纵向壁，以提高使油和空气分离的性能。
本发明还涉及一种如上所述的部件，该部件包括以下特征中的一个或多个：
-外壳还包括大致圆柱形形状的外周壁，该外周壁刺穿有多个孔，
-所述外周壁的径向内表面包括连接到所述孔的口部的凹入图案，以便将由所述外周壁收集的油排出到所述孔。
凹入图案将由外周壁收集的油滴引导到排放孔，并因此防止沿着该壁产生油窝。另外，凹入图案产生如下区域：该区域使压靠在壁上并被排放的油相对地免受外壳中的主要空气流的影响，因此限制了该油被再次夹带到除油混合物出口的风险。
优选地，外壳被分成由纵向壁分隔的一环形排的隔室，所述外周壁在每个隔室中包括至少一个孔。
平行于对称轴线的纵向壁径向地延伸。纵向壁形成定子翅片，该定子翅片驱动空气和油的混合物在外壳中旋转。将外壳分成多个隔室优化了脱气器通过离心进行分离的效率。
优选地，每个隔室包括多个孔，孔被定位在与所述外周壁的径向内表面的径向距离具有最大值的点处。
径向距离是到对称轴线的距离，组件围绕该对称轴线旋转，由旋转的外周壁捕获的油滴自然地朝向这些点定向。
所述外周壁的径向内表面可以在每个隔室内的周向方向和/或轴向方向上具有波纹。
所述波纹的节距和/或波纹的径向幅度可以根据轴向位置而改变。
所述波纹的节距和/或波纹的径向幅度可以根据每个隔室内的周向位置而改变。
根据特定实施例，所述外周壁的径向内表面包括纵向通道。
根据另一个实施例，该实施例可能与先前的实施例相结合，所述外周壁的径向内表面包括槽，每个槽围绕孔的口部。
有利地，如上所述的部件例如通过增材制造被制造成一个部件。特别地，增材制造对应于外周壁的复杂形状，以优化图案的效率。
本发明还涉及一种用于涡轮机的空气/油混合物的离心式脱气器，该离心式脱气器包括如上所述的部件、固定到所述部件并被构造成收集离开内部径向出口的空气的空心轴以及用于使组件旋转的小齿轮。
附图说明
本发明的其它特征和优点将通过以下详细描述而变得显现，为了理解该详细描述，请参照附图，在附图中：
[图1]图1是沿着对称平面切开的本发明所涉及的脱气器的示意性透视图；
[图2]图2是从固定壳体中取出并沿着对称平面切开的图1的脱气器的移动部件的示意性透视图；
[图3]图3示意性地示出了根据现有技术的脱气器中的流动与沉积在光滑壁上的油膜之间的相互作用；
[图4]图4示意性地示出了根据本发明的第一实施例的沿着纵向壁沉积的油膜的状态；
[图5]图5在沿着横向平面切开的图1的脱气器的外壳的透视图上示意性地示出了本发明的第二实施例的实施原理；
[图6]图6以周向截面非常示意性地示出了第二实施例的变型的纵向壁的横截面；
[图7]图7非常示意性地示出了图5的纵向壁中的一个纵向壁的侧视图；
[图8]图8示出了从前方观察的对应于如下变型的部件的剖面的透视图，该变型的原理在图5和图6中呈现；
[图9-图10]图9是根据本发明的第一实施例的由横向平面切开的图2的移动部件的内部的示意性透视图；以及图10示出了图9的细节；
[图11]图11是根据本发明的第二实施例的由横向平面切开的图2的移动部件的外壳的隔室的示意性透视图；
[图12]图12示出了根据本发明制成的图2的部件的外壳的外周壁的内部表面的根据横截面的形状变化的框图；以及
[图13]图13示出了根据本发明制成的图2的部件的外壳的外周壁的内部表面的沿着轴向截面的形状变化的框图。
具体实施方式
在附图中，为了说明和清楚起见，不严格遵照尺度和比例。
如图1和图2所示，使用本发明的脱气器包括围绕对称纵向轴线X旋转的移动部件1。所述移动部件1包括结构件，该结构件包括第一壳体2，该第一壳体由第二壳体3围绕。两个壳体2、3之间的空间形成围绕对称中心轴线X旋转的管道4，该管道用于使待分离的空气和油混合物流通。
管道4包括轴向入口5，该轴向入口用于使待分离的空气和油混合物进入。该轴向入口5对应于管道4的第一部分6的第一端部，该第一端部基本轴向延伸，以使混合物离心。管道的轴向延伸的第一部分6用作离心式外壳，因为这是离心力最强烈地施加在空气/油混合物上的地方。因此，在以下描述中，该轴向延伸的管道的第一部分被称为离心式外壳6。
在此，管道4还包括围绕对称轴线X周向分布的多个隔室。隔室形成在径向延伸的纵向隔板7之间。有利地，这些轴向隔板7连接第一壳体2和第二壳体3，因此形成将该第一壳体和该第二壳体固定的连接。每个隔室与混合物的轴向入口5连通。
在该离心式外壳的第二轴向端部处，离心式外壳6由第二壳体3的部分3a轴向封闭，该第二壳体的部分大致垂直于对称轴线X，并且该离心式外壳包括在第一壳体2和第二壳体3之间朝向对称轴线X的径向开口9。第二壳体3在入口5和第二壳体的部分3a之间形成离心式外壳6的径向外壁3b，该离心式外壳的径向外壁是大致环形的，该第二壳体的部分在该离心式外壳的第二端部处轴向限制离心式外壳6。离心式外壳6包括在径向外壁3b中的呈通孔形式的多个径向油出口8，并且被构造成能够排放通过脱气器的离心力从混合物中分离出的油。管道4的每个隔室连接到一个或多个径向油出口8。
第一壳体2在离心式外壳6中形成管道的隔室的径向内壁。该第一壳体从管道的入口5开始、在第二壳体3的轴向部分3a之前轴向停止，以在离心式外壳6的第二端部处向内提供径向开口9。该第一壳体的形状可以被优化，以促进油分离并特别是在径向出口处形成的弯曲部处使压力损失最小化。在所示的示例中，径向内壁从轴向入口5开始是大致环形的，并且包括与轴向入口5相对的轴向端部2a，该轴向端部在离心式外壳6的第二端部处形成圆形的周向凸缘或平台。第一壳体的轴向端部2a的这种形状趋向于通过在离心式外壳6的出口处在管道4中形成的弯曲部处径向向外输送流体，以优化空气/油混合物流的流动。
管道4包括第二部分10，该第二部分通过第一壳体2与第二壳体3之间的径向开口9与离心式外壳6连通，并且该第二部分被构造成将流体引导到空的圆柱形空间中的径向出口11，该空的圆柱形空间在离心式外壳7的边界之间轴向延伸。第一壳体2和第二壳体3形成夹具12、13，夹具限制所述空的圆柱形空间。这些夹具12、13被构造成将部件1连接到空心轴14，该空心轴驱动部件旋转。
部件1被用在脱气器中，该脱气器包括用于使部件旋转的小齿轮15，该小齿轮本身包括腹板16。在所示的示例中，腹板16牢固地连接到移动部件1，并且包括与轴向入口5相对的开口，该开口用于使混合物进入管道4的隔室中。腹板16还牢固地连接到空心轴14。
有利地，部件1通过增材制造方法制成，该增材制造方法使得能够制成示例的复杂形状，特别是为了促进油滴与混合物的分离，同时使压力损失最小化。该组件的增材制造可以通过金属粉末的受控激光熔合工艺以已知的方式来完成。然而，所呈现的示例绝不限制本发明的实施，并且通过机加工或铸造的制造方法也可用于移动部件1中的混合物的通过管道的更常规形状。
如图1中的箭头F1所示，因此，含油空气通过腹板16中的开口朝向离心式外壳6的隔室的轴向入口5进入移动部件1。纵向隔板7形成定子翅片，该定子翅片驱动进入相邻隔室的混合物旋转。通过离心作用，油通过孔9排放到移动部件1的外部，如箭头F2所示。然后，已经通过离心式外壳6的除油空气通过径向出口11进入空心轴14并被排放。
混合物中存在的油形成由或多或少的细液滴组成的雾，如图1和图2中的点示意性所示。液滴被旋转的部件1的轴向隔板7捕获或粘附到离心式外壳6的外周壁3b上，液滴在该轴向隔板或该外周壁上形成油膜，该油膜通过离心力沿着壁排出，然后通过设置在外周壁3b上的孔8喷射到脱气器的外部。
然而，如图3所示，在通过脱气器的空气的作用下，液滴(可能是细液滴)从形成在壁(例如轴向隔板7)的表面上的油膜17上撕裂。该作用在纵向隔板7上特别麻烦。由于离心力不将液滴直接驱向隔板7(液滴刚刚从该隔板逃逸)，这些液滴中的由沿着隔板7的空气流携带的一些液滴将不会被重新捕获并通过径向出口11留在空心轴14中，因此损害了脱气器的性能。
根据本发明的一个方面，轴向隔板7的形状被修改，以限制这种现象。
在图4所示的特定实施例中，轴向隔板的表面被处理成粗糙的。与结构相关的凸起是不规则的，但该凸起的平均高度略大于靠着隔板7形成的油膜17的厚度，通常为十分之一毫米的量级。一方面，凸起形成液滴紧靠的障碍，并限制了反弹现象。另一方面，如图4所示，凸起产生缝隙，该缝隙通过将油膜隐藏使其不受沿着壁前进的空气流Fi的影响而保护油膜17。然后，油膜17可以通过缝隙，以径向地朝向包括出口孔8的外周壁3b上升。
根据本发明的另一个方面，如图5所示，纵向隔板7b的数量增加，使得两个连续隔板7b之间的距离显著地小于离心式外壳6的径向延伸部分，为离心式外壳的径向延伸部分的至少三分之一。参照图8中的示例，该距离为隔板7b的径向延伸部分的至少十分之一。因此，使隔板7b靠近在一起增加了从一个隔板反弹的液滴被相邻隔板捕获的可能性。
此外，在图6至图8所示的实施例中，隔板7b的表面也被修改，以改善对液滴的捕获并促进油膜17朝向出口孔8所在的外周壁3b流动。
参照图6和图7，隔板7b沿着轴向方向的轮廓形成呈周期性Z字形形式的波纹。每个隔板7b包括一系列径向平板18a、18b、18c…，这些径向平板在一个方向上连续地相对于纵向轴线X倾斜限定的角度α1，然后在相反方向上倾斜角度α2。因此，这些径向平板形成了具有限定的轴向延伸部分b和张角β＝180°-(α1 α2)的一系列人字形图案。由于角度α1和α2不一定相等，因此人字形图案不一定像图上那样对称。在示例中，参照图7，隔板7b包括九个板18a至18i。
应当注意的是，两个隔板之间的周向距离a小于人字形图案的轴向延伸部分b，并且大致等于人字形图案的周向延伸部分。因此，装载有油滴的空气流F1沿着轴向方向遵循弯曲路径。
径向通道19也形成在轴向隔板7b的板18a至18i的表面的两侧。如图6和图7所示，多个通道19被布置在每个板18a至18i的表面上、在纵向隔板7b的两个折叠部之间，并且这些通道在纵向隔板7b的整个径向高度上延伸。
形成通道19的多个变型是可能的。图6中的框A示出了第一变型，在第一变型中，通道形成在板18a至18i上的横向定子翅片之间。图6中的框B示出了第二变型，在第二变型中，板18a至18i是薄的并且具有锯齿形轮廓。然后，由锯齿状部分形成通道。图7提出了另一个变型，在该变型中，通道被凿开到板18a至18i的厚度中。
通道19的宽度c和深度d被调节，以收集沉积在隔板7b上的油，并保护在该隔板上形成的油膜17免受沿着隔板的空气流F1的影响。
如图6所示，考虑到隔板7b之间的流F1所遵循的路径的弯曲性质，由点表示的油滴通过波纹向隔板投射。然后，如图7所示，油滴被径向通道19捕获，并且形成油膜17，该油膜在离心力的作用下沿着所述通道朝向外周壁3b流动，同时相对地免受流F1的影响。
一般而言，纵向隔板7b刚好在离心式外壳6的轴向入口5的后方开始，并延伸到由横向壁3a形成的相对的轴向端部。
在图6所示的一个实施例中，不是所有的纵向隔板7b均从离心式外壳6的入口5开始。可以省略波纹的一个或多个部分。例如，在图6中，移除从底部开始的第二隔板7b的第一板18a’。这使得第二隔板7b在距轴向入口5一距离e处开始。这具有排放通道19不会被来自入口的大液滴充满的优点。
此外，在未示出的变型中，排放通道19的宽度和深度也可以随着空气通过脱气器前进而沿着轴向方向变化。排放通道的深度也可以根据排放通道的位置而变化。
图8用一紧密环形排的纵向隔板7b示出了该布置。油出口孔8形成在两个隔板7b之间的每个隔室中的外壁3a上，在靠近两个板18a、18b…之间的折叠点的位置处。实际上，正是在这些折叠点处，向外周壁3a输送的油将趋于积聚。
本发明不限于所示的示例。该外周壁还覆盖纵向隔板的许多形式的波纹，以及其形状沿着轴向方向和径向方向变化的壁。此外，所有这些解决方案可以使用丰富多样的材料(铝、钢、塑料等)来应用以形成纵向隔板7b。
此外，增材制造使得隔板7b能够适应离心式外壳的复杂形状。
在图9和下文所示的实施例中，外周壁3b还收集通过每个隔室的混合物内的离心液滴。事实上，通过外壳6内部的脱气器从混合物中分离出的所有油被所述外周壁3b收集。因此，重要的是，该油有效地朝向设置在外周壁3b上的孔8排出，以朝向脱气器的外部喷射。这防止了油窝靠着外壁3b积聚，防止了油被混合物的流撕裂，然后通过径向出口11留在空心轴14中，从而损害了脱气器的性能。
根据本发明，所述外周壁3b的径向内表面包括连接到排放孔8的口部的凹入图案，以便将由所述外周壁3b收集的油排出到所述孔8。
在特定实施例中，参照图3和图4，外周壁3b的内表面在两个纵向壁7之间、在每个隔室内部形成纵向凹槽或通道17a和17b。排放孔8沿着通道中的最大径向距离线、在每个通道17a或17b的底部处分布在轴向的行中。在所示的示例中，每个隔室具有中心通道17a和两个侧向通道17b，该中心通道和两个侧向通道位于与纵向壁7的接合处附近。图10中的箭头示意性地示出了油滴的路径，该油滴一旦到达外周壁3b上，就被离心作用引导到通道17a或17b的底部，以通过孔8排放。
在另一个实施例中，参照图11，排放孔8在两个纵向壁7之间、也沿着每个隔室中的外周壁3b分布在轴向的行中。在此，槽18围绕外周壁3b的内表面上的每个孔8。每个槽成形为凹入到壁3b的内表面中的球面的一部分。图11示出了一实施例的示例，在该实施例中，围绕孔8的槽18的使用与前述实施例相结合。实际上，球形槽18在此被挖在先前如图9和图10中所成形的外周壁3b的中心通道17a中。图11中的箭头示出了油滴如何可以被这种壁3b朝向孔8捕获。
更一般地讲，参照图12和图13，外周壁3b的内表面可以具有其形状沿着周向方向α和轴向方向R变化的波纹。
参照图12，周向方向上的表面波纹由角节距α1以及最大半径R1与最小半径R2之间的幅度限定。如图所示，节距α1和幅度(R1-R2)可以从外壳的一个隔室到另一个隔室而变化。考虑到油如何到达壁3b上，节距和幅度也可以在隔室内周向地和/或轴向地变化。
参照图13，轴向方向上的表面波纹由纵向节距L1以及最大半径R’1与最小半径R’2之间的幅度限定。图13中的示例的节距和幅度可以在轴向方向上变化。考虑到油被输送到壁3b的方式，节距和幅度也可以在隔室内周向地和/或轴向地变化。
优选地，孔8被定位在表面上的最大半径的区域处。图12和图13中所示的最大半径的区域19或20可以通过将轴向方向上的波纹和周向方向上的波纹组合而形成纵向通道或横向通道或槽。另外，波纹可以具有如图所示的大致正弦的形状。例如，如图10和图11所示的情况，如果孔8沿着纵向线周期性地分布，则基于纵向线的位置的周向波纹和基于孔的纵向位置的纵向波纹可以组合，以形成以孔为中心的槽。这些槽的底部具有最大半径R’1，这些槽在四个角部处被最小半径R’2的顶点包围，并被两个顶点之间的颈部分开。纵向波纹和周向波纹也可以具有复杂的演变形状，以重现如图10和图11所示的通道和/或球形槽。
实际上，本发明不限于图中所示的示例。本发明覆盖内表面所有可能的几何变化，例如：
-通道或槽沿着其周向或轴向布局的深度变化，
-两个隔室之间或同一隔室内的波纹的角节距的变化，
-两个隔室之间或同一隔室内的轴向节距的变化，
-槽的形状的变化(圆锥形、半球形等)。
所有这些解决方案可以使用多种材料(铝、钢、塑料等)来应用以形成外周壁3b。
此外，增材制造使得能够容易地获得离心式外壳的复杂形状，特别是获得外周壁3b的内表面的复杂形状。
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