本發(fā)明涉及使得可以從包含氣體/顆粒混合物的流中分離或過(guò)濾輸送流體或固體顆粒(例如油)的氣體流的裝置和方法的一般領(lǐng)域。本發(fā)明的特殊應(yīng)用領(lǐng)域是燃?xì)鉁u輪機(jī)(渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī))飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

燃?xì)鉁u輪飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)包括包含軸承和齒輪的外殼，其被潤(rùn)滑并用油冷卻。為了防止油從外殼泄漏，密封件定位在旋轉(zhuǎn)部件和外殼的固定部件之間，或甚至定位在旋轉(zhuǎn)部件之間。在可用的各種密封件中，具有最長(zhǎng)使用壽命的密封件是迷宮式密封件和刷式密封件，在第一種情形下部件之間沒(méi)有接觸，在第二種情形下接觸非常有限。

為了提供設(shè)置有迷宮式密封件和刷式密封件的外殼的完美密封，空氣流必須穿過(guò)密封件，這樣的空氣流通常在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)的一個(gè)級(jí)處采樣。使用這種方法還意味著提供將油與空氣分離以在發(fā)動(dòng)機(jī)外部排出的裝置。這種裝置-通常稱為油分離器-本身是公知的?？梢詤⒖祭缥墨I(xiàn)EP 1582703，US 4,981,502和US 6,033,450，其公開(kāi)了各種類(lèi)型的離心油分離器。

為了正常操作，離心式油分離器必須高速旋轉(zhuǎn)，而空氣和油的流流通并且通過(guò)泡沫過(guò)濾。這種油分離器的轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的壓降越高。由于外殼密封件被設(shè)計(jì)成以預(yù)定的壓力差操作，當(dāng)油分離器產(chǎn)生較高的壓降時(shí)，必須增加壓縮機(jī)處的采樣壓力。在較高壓力下的這種采樣對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能是有害的，因?yàn)闉榱瞬僮饔头蛛x器而采樣的空氣不參與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)，而且還用于冷卻軸承和齒輪，因?yàn)樵谳^高壓力下的采樣意味著空氣在較高溫度下被采樣。此外，從壓縮機(jī)的級(jí)獲取的空氣流取決于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使得密封容器和油分離器的操作所需的最小空氣流量基于發(fā)動(dòng)機(jī)的慢的階段(這種階段對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度，在此期間采樣的空氣流量最低)而流通。在發(fā)動(dòng)機(jī)的其它操作階段期間，并且更具體地在全速下，與足以提供對(duì)外殼的密封相比，流過(guò)外殼的空氣流量過(guò)大，這導(dǎo)致過(guò)度消耗油所帶來(lái)的所有的有害影響(污染，附加成本等)。

此外，由于必須在油分離器內(nèi)被驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)部件，目前使用的離心油分離器在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中經(jīng)受非常特定和限制性的集成。

內(nèi)容

這里公開(kāi)的本發(fā)明提供了對(duì)上述問(wèn)題的有效、容易實(shí)施和經(jīng)濟(jì)的解決方案。

為此，本發(fā)明涉及一種用于過(guò)濾輸送流體或固體顆粒的氣體流的裝置，例如油分離器，所述裝置包括：

-流動(dòng)通道，所述流動(dòng)通道包括在下游方向上通過(guò)擴(kuò)大部延伸的頸部；

-回收通道，所述回收通道具有布置在所述流動(dòng)通道內(nèi)部的上游開(kāi)口，以便在所述頸部的下游延伸中與所述頸部基本對(duì)準(zhǔn)，

其中所述回收通道和所述流動(dòng)通道被配置為使得允許在所述回收通道中流通的流量小于允許在所述流動(dòng)通道中流通的流量。

為了更好地理解回收通道的上游開(kāi)口相對(duì)于流動(dòng)通道的頸部的定位，這種上游開(kāi)口可以被描述為定位成與面向頸部的上游相對(duì)，同時(shí)位于流動(dòng)的加寬部分的內(nèi)部渠道。

因此，上述過(guò)濾裝置在其結(jié)構(gòu)方面具有相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，因?yàn)槠洳恍枰D(zhuǎn)部件。此外，它具有相對(duì)小的尺寸，因此例如可以比現(xiàn)有技術(shù)的離心油分離器更容易地集成到渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中。此外，它不使用泡沫型過(guò)濾裝置，這降低了所產(chǎn)生的壓降。因此在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中不需要使用與在壓縮機(jī)處的離心油分離器所需的那樣高的取樣壓力。

優(yōu)選的過(guò)濾裝置的操作基于以下原理：含有空氣和顆粒的流流過(guò)流動(dòng)通道直到頸部；在頸部下游的流動(dòng)通道的擴(kuò)寬處，包含在流動(dòng)中的空氣的性能可以與完美流體的性能進(jìn)行比較，主要繞過(guò)回收通道的上游開(kāi)口并在流動(dòng)中流動(dòng)渠道。事實(shí)上，過(guò)濾裝置已經(jīng)配置成允許在回收通道中流通的流量小于在流動(dòng)通道中流通的流量。這例如通過(guò)增加回收通道中的流動(dòng)阻力或通過(guò)增加回收通道下游的靜態(tài)壓力或兩者的組合而獲得。

包含在流體中的流體或固體顆粒具有比空氣高得多的密度，并且因此具有比空氣高得多的慣性，并且由于顆粒的動(dòng)量，這種慣性然后主要在頸部的幾何延伸中流動(dòng)(在其下游，盡管流動(dòng)通道變寬)。因此，這樣的顆粒不會(huì)繞過(guò)回收通道的上游開(kāi)口(該回收通道被布置成與頸部的下游延伸基本對(duì)準(zhǔn))，而是相反地被引入其中。因此，流中包含的顆粒主要被引入回收通道中，而相同流中的空氣主要繞過(guò)回收通道以便在流動(dòng)通道中流動(dòng)。

因此，優(yōu)選地定義回收通道中允許的速率，以便專門(mén)匹配流中的顆粒的速率。因此，顆粒不會(huì)積聚在回收通道中，并且空氣將在回收通道外部一體地流通。

在特定實(shí)施例中，流動(dòng)通道的頸部的截面的尺寸小于或等于設(shè)置在其延伸中的回收通道的上游開(kāi)口的截面的尺寸。頸部的截面也可以被認(rèn)為包括在回收通道的上游開(kāi)口的截面中。

所述流動(dòng)通道在所述頸部的上游具有在下游方向的喉部。

由于該特征，為流動(dòng)通道重建文丘里管的原理。在頸部的上游，流因而加速到頸部，以便使得顆粒在頸部出口處的動(dòng)量高于在過(guò)濾裝置中在其入口處的動(dòng)量。在這種情況下，顆粒應(yīng)當(dāng)更有效地投射到回收通道的上游開(kāi)口中，同時(shí)仍然太快而不能偏轉(zhuǎn)。

優(yōu)選顆粒抽吸裝置(例如泵)布置在回收通道中。因此，適當(dāng)?shù)剡x擇泵特性使得容易讓允許的流在回收通道中流通，使得過(guò)濾裝置被優(yōu)化，如上所述。

有利地，流動(dòng)通道的至少一部分繞回收通道同軸地形成在回收通道的上游開(kāi)口的下游。在這種構(gòu)造中，主要在回收通道的上游開(kāi)口附近在流動(dòng)通道中流通的流中的空氣相對(duì)于頸部的上游不從路徑偏轉(zhuǎn)太多。由此減小了由過(guò)濾裝置引起的壓力損失。流動(dòng)通道和回收通道也可以沿著并繞相同的縱向軸線形成。

根據(jù)一個(gè)特定實(shí)施例，在回收通道的上游開(kāi)口下游，在流動(dòng)通道中形成顆粒流動(dòng)的障礙物。因此，保留在回收通道的上游開(kāi)口的下游的流動(dòng)通道中的顆粒被阻擋，并且提高了設(shè)備的過(guò)濾能力。

顆粒流動(dòng)的障礙優(yōu)選地包括跨過(guò)流動(dòng)通道安裝的緩沖器。這種緩沖器可以例如包括通過(guò)流動(dòng)通道連續(xù)形成的壁，并且包括各自不對(duì)齊的開(kāi)口。

此外，緩沖器可以包括中間壁，該中間壁包括用于在其上游表面上的顆粒流出的同心凹槽，并且與用于抽吸通往流動(dòng)通道中的顆粒的管道相對(duì)地形成。這種溶液使得可以有效地排出緩沖液中的顆粒，并且顆粒不會(huì)不期望地積聚在過(guò)濾裝置中。

本發(fā)明還涉及一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括布置在空氣/油混合物引導(dǎo)回路中的如上所述的過(guò)濾裝置。

在這種情況下，過(guò)濾裝置可以定位在驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的附件的箱中，或者與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體一起鑄造，并且所述過(guò)濾裝置：

-在所述流動(dòng)通道的入口處，連接到軸承或齒輪潤(rùn)滑外殼，以及

-在回收通道的出口處，連接到油收集回路。

最后的解決方案特別有趣，因?yàn)樗峁┝俗罴鸭山鉀Q方案，其不需要額外的附接裝置。然而，應(yīng)當(dāng)注意，在任何情況下，作為本專利申請(qǐng)的目的的過(guò)濾裝置提供比現(xiàn)有技術(shù)的離心油分離器大得多且通用的集成能力。

對(duì)于過(guò)濾沿著路徑輸送流體或固體顆粒的氣體流的方法，如這里所推薦的，從上面應(yīng)該理解的是，

-在所述路徑上放置有具有布置在流動(dòng)通道內(nèi)部的上游開(kāi)口的回收通道)，所述流動(dòng)通道包括在下游方向通過(guò)放大部延伸的頸部，使得所述上游開(kāi)口沿所述頸部的下游延伸與所述頸部基本上對(duì)齊，

-并且允許在回收通道中流通的流量小于允許在流動(dòng)通道中流通的流量。

附圖說(shuō)明

在參考附圖閱讀通過(guò)非限制性示例給出的以下描述時(shí)，將更好地理解本文公開(kāi)的解決方案的各個(gè)方面以及其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：

-圖1是在此推薦的過(guò)濾裝置的示意性截面圖；

-圖2是可以集成在所述過(guò)濾裝置中的緩沖器中的開(kāi)槽壁的示意性前視圖；

-圖3是圖2所示的開(kāi)槽壁的示意性截面?zhèn)纫晥D；

-圖4是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖，其中可以結(jié)合在此推薦的過(guò)濾裝置。

具體實(shí)施方式

首先參考圖1，其示出了根據(jù)本發(fā)明的用于過(guò)濾流中的顆粒的裝置10。這種裝置就從包括空氣和油滴的流中過(guò)濾油而言是特別有利的。

該裝置包括兩個(gè)通道12、14，其中一個(gè)12是流動(dòng)通道，另一個(gè)14是用于為過(guò)濾目的回收的顆粒的通道。

回收通道14和流動(dòng)通道12分別限定第一和第二校準(zhǔn)通道或管狀段，其中第一校準(zhǔn)通道適于允許的流體流量小于第二校準(zhǔn)通道允許的流體流量。

流動(dòng)通道12在這里一體地形成，具有與圓形截面，并且沿著直軸線16延伸。然而，就裝置操作而言，這種安排沒(méi)有限制性目的，這意味著流動(dòng)通道12的截面可以具有任何形狀，并且其延伸可以不是線性的。

流動(dòng)通道12包括上游開(kāi)口18，其中以預(yù)定速率和速度引入空氣和顆粒(無(wú)論是固體還是流體)流。在這種開(kāi)口18的下游，流動(dòng)通道12的區(qū)段20在下游方向上逐漸減小，即在下游方向上形成漏斗20。截面喉部直接向下游開(kāi)口到流動(dòng)通道的圓柱形部分22中，因此其具有比上游開(kāi)口18的截面更窄的截面。最后的圓柱形部分22直接向下游通往通道部分24，通道部分24的截面向下游方向逐漸增加，即，其在下游方向上呈錐形。流動(dòng)通道的這種錐形部分24在下游連接到圓柱形部分26，圓柱形部分26具有比被稱為頸部22的圓柱形部分22更大的截面，該圓柱形部分位于漏斗形部分20和錐形部分20之間。在一些情況下，頸部22的長(zhǎng)度可以變化，甚至省略。在圖1所示的情況下，寬下游圓柱形部分26的下游端28設(shè)置有壁，并且連接到靠近該壁28定位的垂直排氣通道30。

回收通道14(在這里所示的情形下是圓柱形的)在頸部22的下游與流動(dòng)通道12同軸地布置，且布置在流動(dòng)通道12內(nèi)部?；厥胀ǖ?4的截面優(yōu)選地大于頸部22的截面，并且小于流動(dòng)通道12的寬的下游圓柱形部分26?；厥胀ǖ?4在其上游端32處開(kāi)口，該上游開(kāi)口32面向頸部22或與更上游的頸部22相對(duì)地形成。在圖1中，上游開(kāi)口32形成在流動(dòng)通道12的錐形部分24上?；厥胀ǖ?4因此向下游方向且與流動(dòng)通道12同軸地延伸，并且穿過(guò)流動(dòng)通道12的下游端壁28?；厥胀ǖ赖南掠味?4被劃分為隔室內(nèi)，抽吸管道36在下游端34通向回收通道14。抽吸裝置36在下游連接到調(diào)節(jié)抽吸速率的泵78。

形成緩沖器38的三個(gè)連續(xù)的橫向壁40、42、44形成為穿過(guò)流動(dòng)通道12，位于流動(dòng)通道12的寬的下游圓柱形部分26處，在回收通道14的上游開(kāi)口32的下游。上游和下游壁40、44都從流動(dòng)通道12的壁向內(nèi)延伸，并且每個(gè)在其中心具有圓柱形開(kāi)口46，所述開(kāi)口46在開(kāi)口和回收通道14的壁之間留下內(nèi)部圓柱形流動(dòng)空間。另外，上游壁40的外部具有至少一個(gè)開(kāi)口48。第二中間壁42從回收通道14的壁向外延伸，同時(shí)在其自身與流動(dòng)通道12中的壁之間留下外部圓柱形流動(dòng)空間。抽吸裝置50通往與上述中間壁42相對(duì)的回收通道，所述中間壁42在上游橫向壁40和下游橫向壁44之間。這種抽吸裝置50在下游連接到調(diào)節(jié)抽吸速率的泵80。緩沖器38也可以由多于三個(gè)橫向壁組成，只要符合如上所示的壁的交替模式即可。

在操作中，包含空氣和顆粒的流通過(guò)其上游開(kāi)口18進(jìn)入流動(dòng)通道12。流在漏斗形部分20中加速并在具有流動(dòng)通道12的最小截面的頸部22處達(dá)到其最大速度。在頸部22的出口處，在回收通道14的上游開(kāi)口32所在的錐形部分24處，空氣和流的顆粒具有不同的相應(yīng)行為。

在頸部22出口處，空氣表現(xiàn)得像完美的流體，并且部分地沿著流動(dòng)通道12的延伸分流動(dòng)并且部分地流入回收通道14中，并且這些通道的相應(yīng)的壓力降。通過(guò)這樣選擇泵78來(lái)配置參數(shù)，使得允許在回收通道14中流通的流速僅僅基本上等于流中的顆粒的流速，在任何情況下低于允許在流動(dòng)通道12中位于回收通道14的上游開(kāi)口32的下游流通的流速。因此，空氣主要在流動(dòng)通道12中相對(duì)于回收通道14向下游方向流動(dòng)，并且通過(guò)下游排氣通道30排出。

至于顆粒，它們具有符合常規(guī)固體力學(xué)的行為，因此顯示慣性。當(dāng)通過(guò)漏斗形部分20加速時(shí)，在頸部22出口處的顆粒的動(dòng)量因此在其在頸部22出口處的運(yùn)動(dòng)方向的延伸中(即，在這里示出的情況下，在圓柱形延伸中)通過(guò)慣性驅(qū)動(dòng)它們。因?yàn)榛厥胀ǖ?4的上游開(kāi)口32繞頸部22的這種圓柱形延伸形成，所以顆粒被引入回收通道14中。因此，該裝置應(yīng)構(gòu)造成：使得顆粒具有足夠的速度使得它們太快而不能被在回收通道14的上游開(kāi)口32附近的空氣偏轉(zhuǎn)。由于回收通道14中允許的速率基本上與流中的顆粒的速率匹配，因此顆粒將流動(dòng)進(jìn)入回收通道14并被下游抽吸管道36抽吸。

當(dāng)顆粒保留在回收通道的上游開(kāi)口32下游的流動(dòng)通道12中時(shí)，緩沖器38可攔截這樣的顆粒，其將沉積在緩沖液的上游壁40和下游壁44之間，并且由抽吸裝置50使用泵80抽吸。

應(yīng)當(dāng)注意，泵78和80可以是與抽吸裝置36和50連接的相同的泵。設(shè)備的操作不因此受影響。

現(xiàn)在參考圖2和圖3，其更詳細(xì)地示出緩沖器38的中間壁42。

中間壁42的上游面設(shè)置有同心的圓形凹槽52。另外，每個(gè)凹槽52外側(cè)的環(huán)形壁42的部分比該凹槽內(nèi)側(cè)的環(huán)形壁的部分薄。在操作中，由該壁42攔截的顆粒因此例如通過(guò)重力沿著設(shè)備10的上部處的這種凹槽52沿周向流動(dòng)到流動(dòng)通道12和抽吸裝置50的外側(cè)，并且徑向地到達(dá)位于裝置的下部的抽吸裝置50。

現(xiàn)在參考圖4，其示出了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)54，其中，可以集成過(guò)濾裝置以滿足上述操作約束。在下游方向上，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)包括鼓風(fēng)機(jī)56、低壓壓縮機(jī)58、中間殼體60、高壓壓縮機(jī)62、燃燒室64、高壓渦輪機(jī)66和低壓渦輪機(jī)68。進(jìn)入渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)54的空氣被分離成主空氣流(A箭頭)和二次空氣流(B箭頭)，所述主空氣流在低壓和高壓壓縮機(jī)58、62內(nèi)部朝向燃燒室64流通，然后通過(guò)高壓和低壓渦輪66、68，所述二次空氣流繞過(guò)壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪。

中間殼體60包括徑向向外延伸的結(jié)構(gòu)臂70。中間殼體60的臂70中的一個(gè)包含徑向軸72，其內(nèi)端通過(guò)一對(duì)斜面小齒輪連接到高壓壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸74。徑向軸72的徑向外端通過(guò)另一對(duì)斜面小齒輪連接到齒輪箱76的入口，齒輪箱76包括驅(qū)動(dòng)多個(gè)附件設(shè)備的齒輪，所述附件設(shè)備例如是油泵、液壓泵、燃料泵、起動(dòng)器和發(fā)電機(jī)。上述設(shè)備的各種部件示出了在外殼中的若干軸承，其必須用油潤(rùn)滑并加壓，如本專利申請(qǐng)開(kāi)頭所公開(kāi)的。在潤(rùn)滑之后，需要對(duì)這種外殼的出口處的空氣和油流進(jìn)行過(guò)濾。

由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性，過(guò)濾裝置10可以集成在驅(qū)動(dòng)附件的箱76處，或者與渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的各種殼體一體形成，或者集成在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸附近。這種裝置可以容易地連接到潤(rùn)滑外殼的出口，以過(guò)濾出流的油。