可変チャネルを有する遠心脱油装置

专利摘要:
本発明は、移動、回転する中空のロッド（２０）を備える可変のチャネル部分を有する遠心油分離器に関する。前記ロッドは、少なくとも１つの空気チャネルの開口部（２６）と、ロッド内に嵌合されたピストン（３０）とを備え、それによってピストンは、ロッドの内部を、２つの相互にシールされたコンパートメント、すなわち周囲圧力にさらされた空気チャネル開口部（複数可）が設けられた下流側のコンパートメント（３２ａ）および空気／油チャンバの可変の圧力にさらされた他方の上流側のコンパートメント（３２ｂ）に分割する。２つのコンパートメントの間の圧力差によって影響されるピストンは、２つの極限位置、すなわち空気チャネル開口部（複数可）が自由になる第１の位置と、空気チャネル開口部がピストンによって部分的にブロックされる第２の位置との間を、ロッドの内部を使って平行移動することができる。
公开号:JP2011513648A
申请号:JP2010550244
申请日:2009-03-11
公开日:2011-04-28
发明作者:モレアル，セルジユ・ルネ
申请人:スネクマ；
IPC主号:F01D25-18

专利说明:

[0001] 本発明は、空気／油混合物の空気を混合物の油から分離することができる装置の一般的な分野に関する。本発明の出願の特定の分野は、ガスタービン航空機エンジン（ターボジェットおよびターボプロップ）の分野である。]
背景技術

[0002] ガスタービン航空機エンジンは、油で潤滑および冷却された玉軸受および歯車を含む筺体を有する。これらの筺体からの油の漏出を回避するために、筺体の回転部分と固定部分の間、または実際にはさまざまな回転部分の間にシール部が配置される。利用可能なシーリング技術の中でも、最長の寿命をもたらす技術は、ラビリンスシールおよびブラシシールであり、ラビリンスシールでは全く接触が無く、ブラシシールではほとんど接触が無い。]
[0003] ラビリンスシールまたはブラシシールが設けられた筺体の良好なシーリングを確実にするためには、それでもなおシール部内に空気の流れを通過させることが必要になり、空気の前記流れは、一般に、エンジンの圧縮機段から取り入れられる。そのような方法をとることはまた、エンジンの外側に排出されるべき空気から油を分離するための装置を提供することも伴う。そのような装置は、通常、脱油装置と称され、それ自体良く知られている。例として、遠心脱油装置のさまざまなタイプを説明する米国特許第４９８１５０２号明細書および米国特許第６０３３４５０号明細書に対して参照がなされ得る。]
[0004] エンジンの筺体が漏れないことを確実にするために空気の流れを使用することは、それでもなお流れを最適化するという問題を生じさせる。シール部を通過する空気の流れが多いほど、筺体はより良好にシールされることが容易に理解され得る。大きな空気の流れのカウンターパートとして、大量の油が、エンジンの外側に排出される空気中に存在し、これは、高レベルの油の消費を意味している。さらに、圧縮機段から取り入れられる空気の流量は、エンジンの作動速度によって決まり、それにより、筺体がシールされるのを確実にするために必要とされる最小限の流量が、エンジンのアイドリング（すなわちエンジンが、取り出される空気流量がその最も少ない間の速度で作動しているとき）に基づいて算出される。したがって、エンジンの作動の他の段階、特に最大速度の間、筺体のシール部を通過する空気の流量は、筺体がシールされていることを確実にするのに十分であろう量と比べて過度のものになり、それによって（汚染、追加費用など）を含む有害な影響を伴う油の過度の消費をもたらす。]
先行技術

[0005] 米国特許第４９８１５０２号明細書
米国特許第６０３３４５０号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0006] 本発明は、エンジンの作動の段階にかかわらず、空気／油筺体の良好なシーリングを確実にしながら、油のできるだけ少ない消費を保証することもできる脱油装置を提案することによって上記で述べられた欠点を解決することを図る。]
課題を解決するための手段

[0007] 本目的は、可変の流れ部分を有する遠心脱油装置によって達成され、脱油装置は、回転軸の周りで回転可動する中空の円筒状のシャフトであって、空気／油筺体内に開口し、かつシャフトの内部に開口する少なくとも１つの空気が通過するオリフィスを有するシャフトと、シャフトの内部を互いに対してシールされた２つのコンパートメントに分割するようにシャフトの内部に収容されたピストンであって、空気が通過するオリフィスが設けられたコンパートメントが、周囲圧力にさらされ、他方のコンパートメントが、空気／油筺体内の可変圧力にさらされたピストンとを備え、ピストンは、２つのコンパートメントの間の圧力差の影響の下で、２つの極限位置の間をシャフトの内部で平行移動するのに適しており、極限位置は、空気が通過するオリフィスが係合解除される第１の位置と、空気が通過するオリフィスが部分的にピストンによって遮断される、第１の位置とは異なる第２の位置とを含む。]
[0008] 実際には、脱油装置のシャフト内のオリフィスを通過する空気の流れ部分は、空気／油筺体内部の圧力とシャフトが外側の大気に連結されていることに相当する周囲圧力との間の圧力差の関数である。したがって、空気／油筺体のシール部を通過する空気の流量が大きいほど、筺体内部の圧力が高くなり、したがって脱油装置に流入する空気を受け入れることができる部分がより小さくなる（すなわちピストンがその第２の位置方向に移動される）。]
[0009] その結果、空気／油筺体内部の圧力に応じて脱油装置内の空気の流れ部分を変更することが可能になり、したがって、シール部を通過する空気の流量を、筺体をシールするのに必要な最小限まで厳密に限定することが可能になる。このため、エンジン作動の全段階における油の消費が低減される結果となる。]
[0010] 本発明の有利な措置によれば、ピストンは、回転軸上に中心が置かれ、ピストンを軸方向に誘導する目的で固定リングの内部で摺動するのに適しているシャフトを備える。そのような状況下において、リングの少なくとも１つが、ピストンに対する上流側の軸方向の当接部を形成する。]
[0011] 本発明の別の有利な措置によれば、脱油装置は、さらに、シャフトに固定され、ピストンに対する下流側の軸方向の当接部を形成する環状ショルダを含む。]
[0012] 本発明のさらに別の有利な措置によれば、脱油装置は、さらに、空気／油筺体内の圧力が低すぎるときにピストンをその第１の位置に保つためにシャフトの周りに巻き付けられたばねを含む。]
[0013] 各々の空気が通過するオリフィスは、ほぼ径方向に延びる煙突を介して空気／油筺体内に開口することができる。]
[0014] 本発明はまた、上記で定義された遠心脱油装置を少なくとも１つ含むガスタービン航空機エンジンも提供する。]
[0015] 本発明の他の特性および利点は、特徴を限定しない実施形態を示す添付の図を参照して、以下の説明から明白になる。]
図面の簡単な説明

[0016] 例示的な周囲における本発明による遠心脱油装置を示す図である。
２つの極限位置の一方にある図１の脱油装置の長手方向の断面図である。
２つの極限位置の他方にある図１の脱油装置の長手方向の断面図である。] 図１
実施例

[0017] 図１は、本発明による遠心脱油装置が設けられたターボジェット内の空気／油筺体１０を示す長手方向の断面図である。当然ながら、本発明は、ガスタービンエンジン内に存在する他のタイプの空気／油筺体、たとえばターボジェットのアクセサリ駆動ギアボックス内に存在するものなどに適用される。] 図１
[0018] 空気／油筺体１０は、特に玉軸受１２を含み、この玉軸受１２は、注入器ノズル（図示せず）を介してこれらの軸受のリングの間に連続的に油を注入することによって冷却および潤滑される必要がある。アクセサリ駆動ギアボックス内には、軸受に加えて、油を注入することによって冷却および潤滑される必要がある歯車もまた存在する。]
[0019] 空気／油筺体１０からの油の漏出を防止するために、筺体の回転部分と固定部分の間にシール部１４を置く措置がなされる。図１に示される例では、これらのシール部は、合計で４つ存在し、これらはラビリンスタイプのものである。] 図１
[0020] 空気／油筺体１０を加圧し、したがってこれが完全に漏れないことを確実にするために、圧縮された空気の流れが、シール部１４を介して空気／油筺体１０内に導入される。例として、空気のこの流れは、ターボジェットの圧縮機段から取り入れられた空気から来るものである（図１で矢印１６によって表される）。] 図１
[0021] 空気／油筺体１０はまた、本発明による遠心脱油装置１８も含む。知られている方法では、そのような装置は、筺体１０の内部に存在する空気／油混合物中の空気から油を分離するように働き、空気はターボジェットの外側に排出され、油は筺体内に再注入される。]
[0022] 図２および図３に示されるように、脱油装置１８は、回転軸２２の周りで回転するように装着された中空の円筒状のシャフト２０を備える。例として、シャフトは、ターボジェットの主要シャフト２４によって直接回転駆動される（図１を参照）。] 図１ 図２ 図３
[0023] 中空のシャフト２０は、空気／油筺体１０内に開口し、かつ中空のシャフト内にも開口する、複数の空気が通過するオリフィス２６を有する。例として、また図２に示されるように、これらのオリフィス２６は、楕円形状のものであり、軸２２の周りに定間隔で分散される。] 図２
[0024] 図１から図３の筺体では、遠心脱油装置は煙突タイプのものであり、すなわち空気が通過するオリフィス２６の各々は、ほぼ径方向に延びる煙突２８を介して空気／油筺体１０内に開口している。それにもかかわらず、他のタイプの脱油装置が想定され得る（ハニカム脱油装置、金属発泡脱油装置など）。] 図１ 図３
[0025] この脱油装置では、油は次の原理において空気から分離される、すなわち空気／油筺体１０は、シャフトの内部に対して正である圧力状態にあり、そのため筺体内に存在する空気／油混合物は、脱油装置の径方向の煙突２８内に貫通する。この混合物中の懸濁している油の液滴が、煙突の内壁によって「捕捉」される。脱油装置のシャフト２０は回転しており、したがって煙突２８もまた回転しているため、煙突の内壁によって捕捉された油は、遠心力の影響の下で外側に径方向に流れ、したがって空気／油筺体１０内に戻る。これと並行して、脱油された空気は、ターボジェットから外に排出される目的で、空気が通過するオリフィス２６を通過し、シャフトの内部をその下流側の端部に向かって流れる。]
[0026] 本発明ではまた、ピストン３０が、脱油装置の中空のシャフト２０の内部に収容される。ピストンは、特に、回転軸２２上に中心が置かれ、環状のカラー３０ｂによってその周囲において伸張されたディスク３０ａを備える。]
[0027] 脱油装置のピストン３０は、シャフトの内部を、互いに対してシールされた２つのコンパートメント、すなわち空気が通過するオリフィス２６を含む下流側のコンパートメント３２ａおよび上流側のコンパートメント３２ｂに横方向に分割する。]
[0028] 下流側のコンパートメント３２ａは、ターボジェットの外側と（ターボジェットの主要シャフト２４の、図示されない下流側の端部において）直接的に連通する。したがって、これは、（高度の変更が無いときは）ほぼ一定である、外側の周囲圧力Ｐ１にさらされる。]
[0029] 上流側のコンパートメント３２ｂに関しては、これは、１つ以上の穴３４を介して空気／油筺体１０と連通状態になる（図１を参照）。したがって、上流側のコンパートメント３２ｂは、空気／油筺体内部に存在する圧力Ｐ２にさらされ、この圧力は、シール１４を通って筺体内に入る空気の流れによって変化する。] 図１
[0030] ２つのコンパートメント３２ａと３２ｂの間の圧力差に応じて、脱油装置１８のピストン３０は、中空のシャフト２０の内部で平行移動するのに適している。]
[0031] この目的のため、ピストン３０はシャフト３６を有し、このシャフト３６は、軸２２上に中心が置かれ、ディスク３０ａに固定され、２つの固定リング、すなわち上流側リング３８ａおよび下流側リング３８ｂの内部で摺動することができ、それによってピストンを軸方向に誘導するように働く。]
[0032] 脱油装置のピストン３０は、２つの極限位置、すなわち空気が通過するオリフィス２６が完全に係合解除される図２に示される（ピストンが上流側に動いた）第１の位置と、空気が通過するオリフィスがカラー３０ｂによって部分的に遮断される（ピストンが下流側に動いた）、第１とは異なる図３に示される第２の位置との間で自由に平行移動する。] 図２ 図３
[0033] 脱油装置のピストン３０は、２つのコンパートメント３２ａと３２ｂの間の圧力差の影響の下で移動する。より正確には、下流側のコンパートメント３２ａの内部の周囲圧力Ｐ１は、（高度が変わらないときは）ほぼ一定であるため、ピストンは空気／油筺体１０の内部に存在する圧力レベルＰ２に応じて移動する。]
[0034] 有利な措置によれば、脱油装置のピストン３０の第１の位置（図２）は、ピストンに対する上流側の軸方向の当接部を形成する上流側リング３８ａによって画定される。] 図２
[0035] さらに、圧縮作用するばね４０が、ピストンのシャフト３６の周りに巻きつけられ、その端部の一方は、ピストンのディスク３０ａに当たっており、その他方の端部は下流側のリング３８ｂに当たっている。このばねは、空気／油筺体内部の圧力が低すぎる場合にピストンをその第１の極限位置に保つように働き、それによって、この状況において、空気／油筺体がシール部１４によってシールされることを確実にするのに十分に大きな空気の流れ部分が存在することを保証する。]
[0036] 別の有利な措置によれば、脱油装置のピストン３０の第２の位置（図３）は、ピストンに対する下流側の軸方向の当接部を形成する環状ショルダ４２によって画定される。脱油装置のシャフト２０に固定されるこのショルダは、シャフトの直径における減寸部を形成し、したがって、それを超えるピストンのどのような摺動も防止する。] 図３
[0037] したがって、空気／油筺体１０内部の圧力Ｐ２が所定の閾置圧力よりも大きくなるとき、ピストンは、空気が通過するオリフィス２６が部分的に遮断されるその第２の位置に保たれる。その結果、どのような圧力が空気／油筺体内部に存在しても、最小の空気の流れ部分が保証される。]
[0038] 同様に、空気／油筺体１０内部の圧力Ｐ２が、ピストン３０を下流側の当接部４２に対して、次いでばね４０からの駆動下で保つのに十分でないとき、ピストンは上流側のリング３８ａに対する当接部内に戻り、したがって空気が通過するオリフィス２６を全開状態にさせる。]
[0039] 本発明の脱油装置の作動は、上記の説明に直接的に起因する。空気／油筺体１０のシール部１４を通過する空気の流れが大きくなるほど、筺体内部の圧力Ｐ２は大きくなり、空気を脱油装置１８まで送る流れ部分が、（ピストン３０がその第２の位置に向かって移動することによって）より多く低減される。その反対に、ターボジェットがゆっくりと稼働するとき、空気／油筺体の内部の圧力Ｐ２は低すぎてピストン３０を移動させなくなる（そのピストンはばね４０によってその第１の位置に保たれる）ため、脱油装置１８に流れる空気の流れ部分は、その最大となり、それによって空気／油筺体がそのシール部１４によってシールされることを確実にする。]
[0040] 上記で述べたように、脱油装置は、図に示されていないさまざまな実施形態を提示することができる。したがって、上記で説明された径方向の煙突２８は、ハニカム構造によって、または空気／油混合物中に懸濁している油の液滴を収集するように働くセルを有する金属発泡体によって置き換えられ得る。]

权利要求:

請求項1
可変の流れ部分を有する遠心脱油装置であって、回転軸（２２）の周りで回転可動する中空の円筒状のシャフト（２０）であって、空気／油筺体（１０）内に開口し、かつシャフトの内部に開口する少なくとも１つの空気が通過するオリフィス（２６）を有するシャフトと、シャフトの内部を、互いに対してシールされた２つのコンパートメントに分割するようにシャフトの内部に収容されたピストン（３０）であって、空気が通過するオリフィスが設けられたコンパートメント（３２ａ）が、周囲圧力にさらされ、他方のコンパートメント（３２ｂ）が、空気／油筺体内の可変圧力にさらされたピストン（３０）とを備え、ピストンが、２つのコンパートメントの間の圧力差の影響の下で、２つの極限位置の間をシャフトの内部で平行移動するのに適しており、極限位置が、空気が通過するオリフィス（複数可）が係合解除される第１の位置と、空気が通過するオリフィス（複数可）が部分的にピストンによって遮断される、第１の位置とは異なる第２の位置とを含む、脱油装置。
請求項2
ピストン（３０）が、回転軸（２２）上に中心が置かれ、ピストンを軸方向に誘導する目的で固定リング（３８ａ、３８ｂ）の内部で摺動するのに適しているシャフト（３６）を備える、請求項１に記載の脱油装置。
請求項3
リング（３８ａ、３８ｂ）の少なくとも１つが、ピストン（３０）に対する上流側の軸方向の当接部を形成する、請求項２に記載の脱油装置。
請求項4
シャフト（２０）に固定され、ピストンに対する下流側の軸方向の当接部を形成する、環状のショルダ（４２）をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の脱油装置。
請求項5
空気／油筺体（１０）内の圧力が低すぎるときにピストン（３０）をその第１の位置に保つためにシャフト（３６）の周りに巻き付けられたばね（４０）をさらに含む、請求項２から４のいずれか一項に記載の脱油装置。
請求項6
各々の空気が通過するオリフィス（２６）が、ほぼ径方向に延びる煙突（２８）を介して空気／油筺体（１０）内に開口する、請求項１から５のいずれか一項に記載の脱油装置。
請求項7
請求項１から６のいずれか一項に記載の遠心脱油装置（１８）を少なくとも１つ含む、ガスタービン航空機エンジン。