涡轮发动机的机油系统
阅读说明：本技术 涡轮发动机的机油系统 (Engine oil system of turbine engine ) 是由 布鲁诺·罗伯特·高利 杰曼·米歇尔·埃曼努埃尔·伯索 伊夫·埃姆普林 于 2020-05-04 设计创作，主要内容包括：一种用于涡轮发动机的机油系统,使得在涡轮发动机内发生火灾的情况下能够继续向涡轮发动机的设备供油,包括：油路(2)；由所述油路(2)供应的至少一个耗油设备部件(3a、3b、3c)；泵送单元,包括至少一个可调速的电动泵(22、4),为所述油路(2)供油；以及电子控制单元(6),配置为引导所述电动泵(22、4),其中所述电子控制单元(6)包括两个单独的引导所述电动泵(22、4)的逻辑,并且其中所述电子控制单元(6)配置为默认情况下根据第一逻辑引导所述电动泵(22、4),并在接收到表示存在火灾或过热的信号时切换到第二逻辑。(An oil system for a turbine engine to enable continued oil supply to equipment of the turbine engine in the event of a fire within the turbine engine, comprising: an oil passage (2); at least one consumer component (3a, 3b, 3c) supplied by the oil circuit (2); a pumping unit comprising at least one speed-adjustable electric pump (22, 4) supplying oil to said oil circuit (2); and an electronic control unit (6) configured to direct the electric pumps (22, 4), wherein the electronic control unit (6) comprises two separate logics to direct the electric pumps (22, 4), and wherein the electronic control unit (6) is configured to direct the electric pumps (22, 4) according to a first logic by default and to switch to a second logic upon receiving a signal indicating the presence of a fire or overheating.)
技术领域
本公开涉及一种用于涡轮发动机的机油系统，使得在涡轮发动机内发生火灾的情况下能够继续向涡轮发动机的设备供油。
这种机油系统可用于任何类型的涡轮发动机，尤其是在航空领域，用于航空器涡轮喷气发动机。
背景技术
在涡轮发动机中，机油系统确保向涡轮发动机部件供油的基本功能，以便在运行的所有阶段对其进行润滑和/或冷却，以保证涡轮发动机的正确运行：特别是，机油系统负责润滑和冷却涡轮发动机的轴承和齿轮，也负责冷却换热器以及一些承受高温的壳体，如发电机、泵或齿轮箱的壳体。
在当前配置中，机油系统的泵由附件齿轮箱(AGB)进行机械驱动：该附件齿轮箱支持多个涡轮发动机附件，其本身由涡轮发动机的主体驱动，最常见的是高压(HP)主体，通常通过进气齿轮箱(IGB)、径向驱动轴(RDS)和传动齿轮箱(TGB)实现。
因此，机油系统的泵的旋转速度以及机油流速是驱动附件的涡轮发动机主体旋转速度的函数。
但是，在某些情况下，必须停止发动机，同时继续确保机油供应。例如，发生火灾时，燃油进口关闭，然后涡轮发动机的速度降低，直到达到自转速度；但是，机油供应必须保持足够的流速，以便润滑，尤其是冷却暴露在额外热源下的涡轮发动机部件，以保证其机械强度，特别是避免出现可能助长火灾的漏油现象。
因此，在大多数当前配置中，机油系统的泵尺寸过大，即使在自动旋转速度下也能确保足够的流速，因此增加了机油系统的质量、空间要求和成本，这会影响涡轮发动机的燃油消耗量，从而影响航空器涡轮喷气发动机的航程。
另一个已知的选择是在设备的部件上添加覆盖物、隔热屏或防火罩，以限制火灾引起的热辐射影响。然而，这也导致机油系统的质量、空间需求和成本增加。
因此，确实需要一种至少部分没有上述已知配置固有缺陷的机油系统。
发明内容
本发明涉及一种用于涡轮发动机的机油系统，包括：
油路，
由所述油路供应的至少一个耗油设备部件，
泵送单元，包括至少一个可调速的电动泵，为所述油路供油，以及
电子控制单元，配置为引导所述电动泵，其中所述电子控制单元包括两个单独的引导所述电动泵的逻辑，
其中，所述电子控制单元配置为默认情况下根据第一逻辑引导所述电动泵，并在接收到表示存在火灾或过热的信号时切换到第二逻辑。
因此，由于这种电动泵，可以克服涡轮发动机的旋转速度，从而使泵的旋转速度，并因此燃油流速，与涡轮发动机的实际速度解耦。因此，即使在涡轮发动机降级运行的情况下，例如在发生火灾后停机的情况下，机油系统也可以继续正常运行。
事实上，特别是，驱动泵所需的电能可以由涡轮发动机和航空器提供，例如在涡轮发动机降级运行的情况下。
此外，由于采用了这种电动泵，因此可以根据涡轮发动机的实际需要控制机油流速，可能是实时控制。特别是，这允许在发生火灾时确保足够的机油流速，可能是更大的流速，以便有效地冷却设备的部件，而不必使泵尺寸过大。
由于这种改进的冷却，本配置还允许减少或消除对热屏蔽的需要。
因此，与现有配置相比，当前配置的质量、空间要求和成本降低。
在一些实施方式中，电子控制单元配置为在接收到来自泄漏探测器的泄漏信号时停止电动泵。这优选地是漏油探测器。由于泄漏探测器，当它测量油路中的压降超过某个阈值时会发出泄漏信号，一旦检测到泄漏，就可以停止机油供应：从而减少或防止机油泄漏流速，这降低了这种泄漏油引起火灾的风险。
在一些实施方式中，第一标称逻辑允许在第一速度范围内引导电动泵，第二逻辑允许在发生火灾时在第二速度范围内引导电动泵。在这方面规定，第一和/或第二速度范围可以减小到单个值或一组离散值。
在一些实施方式中，第二速度范围至少平均地并且优选地严格地大于马达的自转速度，也称为风车转速。
在一些实施方式中，油路包括以下元件中的一个或几个：管线、油箱；滤网；过滤器；燃料/机油交换器；空气/机油交换器和回收泵。
在一些实施方式中，至少一个耗油设备部件是附件齿轮箱。实际上，附件齿轮箱通常位于火灾区域，即涡轮发动机的特别可能发生火灾并因此受到相应保护的区域。
在一些实施方式中，附件齿轮箱包括包含在壳体中的附件齿轮。
在一些实施方式中，附件齿轮箱包括配置成将机油从油路喷射到附件齿轮箱的壳体的至少一个壁、优选内壁上的喷洒器。根据配置，这些喷洒器可以连续运行，以永久冷却附件齿轮箱的壳体，或者仅在发生火灾时运行，以便在直接暴露于火灾的情况下冷却壳体并尽可能延迟它的融化。在这种情况下，喷洒器的触发可由电子控制单元控制。
在一些实施例中，至少一个耗油设备部件是连接到附件箱的发电机。事实上，这种发电机很容易变热，因此需要冷却。
在一些实施方式中，至少一个耗油设备部件是包含至少一个轴承的外壳。事实上，这种轴承需要润滑功能和冷却功能。
在一些实施方式中，电动泵由至少一个电动马达驱动。该电动马达尤其可以是直流型或异步型。
在一些实施方式中，电动泵由两个冗余电动马达驱动。以这种方式，即使在电动马达之一发生故障的情况下，例如如果后者位于检测到的火灾的起源处，也能确保机油供应的连续性。
在一些实施方式中，泵送单元包括例如耦合到附件齿轮箱的机械驱动的主泵和电驱动的辅助泵。以这种方式，在正常运行时主泵可以确保机油供应，在降级运行时，副泵接管或至少辅助主泵：在这种情况下，主泵虽然是机械驱动的，但可以保持适中的尺寸。
在一些实施方式中，机油系统包括至少一个火灾探测器，该火灾探测器被配置为在检测到涡轮发动机的火灾区域，优选在附件箱的壳体附近存在火灾时，发出代表火灾存在的信号。例如，火灾探测器可以位于附件箱的壳体和该附件箱所在的火灾区域的边界之间。特别地，当附件箱位于次流路的径向外侧时，该火灾区域可以一方面由风扇壳体和外风扇管道壁以及另一方面由机舱壳体限定；当附件箱径向位于主流路和次流路之间时，该火灾区域可以一方面限定在马达壳体和另一方面内部风扇管道壁之间。例如，当探测器测量到超过某个阈值的温度时，它可以发出表示火灾存在的信号。
在一些实施方式中，火灾探测器为气动型，例如根据外壳中所含气体的膨胀触发。
在一些实施方式中，火灾探测器为热电偶型。
在一些实施方式中，火灾探测器为热敏电阻型。
在一些实施方式中，至少一个火灾探测器安装在附件齿轮箱的壳体上。因此，当火灾威胁附件齿轮箱的完整性时，可切换至第二控制逻辑。
在一些实施方式中，机油系统包括至少一个手动开关，该手动开关被配置为在手动启动时发出表示火灾存在的信号。这允许航空器的飞行员强制切换到第二控制逻辑，例如当其他信息向他显示涡轮发动机中存在火灾时。
在一些实施方式中，第一控制逻辑基于涡轮发动机的正常运行速度。因此，第一控制逻辑基本上再现了由附件齿轮箱驱动的泵的行为。
在一些实施方式中，在第一控制逻辑中，电动泵的先导(pilot)速度是涡轮发动机主体、优选涡轮发动机的高压主体的旋转速度的函数。例如，电动泵的先导速度可以与涡轮发动机主体的旋转速度成正比。还可以调节先导速度，以便泵送单元的总流速与涡轮发动机主体的旋转速度成正比。以此方式，供应流速根据涡轮发动机的机油需求显著增加。
在一些实施方式中，第二控制逻辑基于涡轮发动机的自转速度。因此允许考虑涡轮发动机以降低的速度旋转的事实；然而，这并不意味着第二控制逻辑中的先导速度对应于涡轮发动机的自转速度；反之，该先导速度一般会高于该自转速度。因此，在第二控制逻辑中，先导速度不与涡轮发动机的任何主体的旋转速度成正比。
在一些实施方式中，在第二控制逻辑中，电动泵的先导速度是预定值，可能考虑到涡轮发动机的模型。也可以调节先导速度，使得泵送单元的总流速呈现预定值，可能考虑到涡轮发动机的型号。实际上，在第二控制逻辑中，对机油的需求主要与灭火所需的冷却需求相关，因此不依赖于或实际上不依赖于涡轮发动机的速度。特别地，可以选择该预定值以确保如下的流速。
在一些实施方式中，在第二控制逻辑中，泵送单元的总流速介于100和600升/小时之间，优选介于100和300升/小时之间，更优选介于150和200升/小时之间。
本公开还涉及一种涡轮发动机，其包括根据前述实施方式中任一个的机油系统。
通过阅读以下对所提出的机油系统的示例性实施例的详细描述，上述特征和优点以及其他特征将变得显而易见。该详细描述参考附图。
附图说明
附图是示意性的并且主要旨在说明本公开的原理。
在这些附图中，从一幅图到另一幅图，相同的元件(或元件的部分)由相同的附图标记标识。
图1是根据本公开的第一机油系统的图。
图2表示机油系统的控制流程图。
图3是根据本公开的第二机油系统的图。
具体实施方式
为了使本公开更加具体，下面参照附图详细描述机油系统的示例。需要提醒的是，本发明不限于该示例。
图1示意性地示出了根据本公开的机油系统1的第一示例。
该机油系统1包括油路2，该油路2将机油供应到多个设备部件3a、3b、3c。油路2从上游到下游包括油箱20、滤器21、供给泵22、过滤器23、燃料/机油交换器24、空气/机油交换器25、设备的部件3，每个设备部件都设置在单独的供应支路2a、2b、2c上，彼此旁通，以及位于每个设备部件3下游的滤器26和回收泵27，从而可以将机油从每个供应支路2a、2b、2c返回到油箱20。
在本示例中，设备部件3a、3b、3c包括齿轮箱，优选涡轮发动机的附件齿轮箱30。因此，更具体地，油路2包括设置在附件齿轮箱30内部的多个喷洒器31，用于将机油喷洒在其齿轮上以及其壳体的至少一些内壁上。这样喷出的机油然后在附件齿轮箱30的最低点被回收。设备部件3a、3b、3c还可以包括其他齿轮箱、其他附件的壳体或轴承外壳。这些设备部件3a、3b、3c中的一些可以使用机械传动装置32由附件齿轮箱30驱动。不用说，油路2可以供应任意数量的设备部件3a、3b、3c，而不仅仅是图1所示的三个。
机油系统1还包括电动马达4，其机械输出联接到供应泵22以驱动它。就其本身而言，它由设置在涡轮发动机本身和/或航空器上的电源5供电：它可以是例如发电机、电池或这两种装置的组合。优选地，电源5将由涡轮发动机的发电机确保，该发电机在正常运行时由涡轮发动机的旋转驱动，并且在降级运行时由航空器上提供的电池确保，例如在火灾的情况下。在本示例中，电动马达4是异步型。
机油系统1还包括由电源5供电并配置成控制电动马达4的电子控制单元6。更具体地，在大多数情况下，电子控制单元6实际上控制逆变器，该逆变器改变供给电动马达4的电流，从而改变后者的旋转速度并因此改变引导供给泵22的速度。然而，在其他示例中，它可以是任何其他电动马达引导装置。
机油系统1还包括至少一个火灾探测器61，安装在附件齿轮箱30的壳体上，以及泄漏探测器62，设置在附件齿轮箱30内。在本示例中，火灾探测器61是气动探测器，其中当温度超过预定阈值时气体膨胀直到激活开关；泄漏探测器62本身检测油路2的两点之间的异常压降。机油系统1还包括设置在航空器驾驶舱中的至少一个开关63：它允许飞行员手动报告火灾的存在。电子控制单元6接收这些探测器61、62和该开关63的信号作为输入。
当然，电子控制单元6可以接收来自更多探测器和/或开关的信号。更一般地，电子控制单元6可以集成在涡轮发动机的FADEC(全权限数字发动机控制)内。
电动马达4的至少两个控制逻辑存储在电子控制单元6的存储器中：第一控制逻辑，称为标称逻辑；和第二控制逻辑，称为火灾逻辑。
标称逻辑被编程以尽可能多地再现联接到涡轮发动机的HP轴的机械驱动泵的行为。因此，在本示例中，标称逻辑用于控制电动马达4，使得其旋转速度与涡轮发动机的HP主体的旋转速度成正比，通常称为速度N2。合适的传感器允许将与该速度N2相关的信息传输到电子控制单元6。
火灾逻辑被编程以确保在发生火灾时有足够的机油流速，从而可以确保面向火灾热辐射的设备部件3a、3b、3c的冷却，以便至少在法定的最短时间内保持它们。它特别考虑到了这样一个事实，即在发生火灾时，涡轮发动机的燃油供应中断，从而使其速度大大降低，事实上与涡轮发动机的自转速度相对应。因此，在本示例中，火灾逻辑用于控制电动马达4，使得其旋转速度或供给泵22的流速等于预定值。在本示例中，火灾逻辑控制电动马达4以确保150升/小时的供应流速。
现在将参考图2呈现存储在电子控制单元6存储器中的电子控制单元6的控制例程。
在该例程开始时，默认选择标称逻辑(步骤71)，然后例程进行到步骤72。
在该步骤72期间，电子控制单元6检查探测器61是否检测到火灾：如果没有，例程进行到步骤73；相反，如果检测到火灾，则例程进行到步骤74。
如果没有检测到火灾，则电子控制单元6在步骤73期间检查飞行员是否已经启动了开关63：如果没有，例程返回到步骤72；相反，如果飞行员已经启动了开关63，从而手动报告了火灾的存在，例程进行到步骤74。
因此，只要探测器61既未检测到火灾的存在，也未由飞行员使用开关63报告火灾的存在，则例程循环并因此保持标称逻辑处于活动状态。
另一方面，如果检测到或报告了火灾，则例程到达步骤74。在该步骤74期间，电子控制单元6检查探测器62是否检测到漏油；如果没有，例程进行到步骤75；相反，如果检测到泄漏，例程进行到步骤76。
在没有检测到泄漏的情况下，电子控制单元6在步骤75期间切换到火灾逻辑并返回到步骤72。
因此，只要存在火灾并且没有检测到泄漏，例程就会循环并保持火灾逻辑处于活动状态。
另一方面，如果检测到泄漏，则例程到达步骤75，然后电子控制单元6触发电动马达4的停止并因此触发供给泵22的停止，以避免泄漏的油助长火灾。然后例程结束。
在该示例中，探测器61是旨在检测火灾存在的探测器。然而，该探测器或附加探测器也可以检测过热的存在，甚至在火灾开始之前。例如，该系统可以包括一个或多个探测器，该探测器能够检测系统的一些部件例如管道的异常温度升高或爆裂。
图3示意性地示出了根据本公开的机油系统101的第二示例。
该机油系统101与第一示例的机油系统非常相似，不同之处在于其泵送单元包括由附件齿轮箱130使用机械传动装置129驱动的机械主泵128，以及辅助泵122，类似于第一示例的供应泵22，由电动马达104的输出驱动。
如第一示例，电动马达104的至少两个控制逻辑存储在电子控制单元106的存储器中：第一控制逻辑，称为标称逻辑；和第二控制逻辑，称为火灾逻辑。
对应于涡轮发动机的正常运行的标称逻辑规定以低速或零速控制电动马达104：实际上，主泵128由附件齿轮箱130驱动，其旋转速度已经与涡轮发动机的高压体的速度成正比，从而单个主泵确保涡轮发动机的正常运行有足够的机油流速。
考虑到涡轮发动机的速度大大降低，因此主泵128的速度也大大降低，因此，对火灾逻辑进行了编程，以确保火灾时有足够的机油流速。因此，如在第一示例中一样，火灾逻辑规定控制电动马达104，以使其旋转速度或泵送单元的流速等于预定值，例如选择该值以确保150升/小时的供给流速。
存储在电子控制单元106的存储器中的电子控制单元106的控制例程类似于图2中所示的第一示例的控制例程。
尽管已经参照具体的示例性实施例对本发明进行了描述，但显而易见的是，在不偏离权利要求书所定义的本发明的一般范围的情况下，可以对这些示例进行修正和改变。特别地，可以在附加实施例中组合不同图示/提及实施例的个别特征。因此，应在说明性而非限制性的意义上考虑说明书和附图。
参照一种方法描述的所有特性都可以单独或组合地转置到一种装置上，反之，参照一个设备描述的所有特性都可单独或组合地转置到一种方法中。
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