用于調(diào)節(jié)渦輪機(jī)中油冷卻的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及一種用于調(diào)節(jié)油冷卻的方法以及一種用于渦輪機(jī)的油冷卻裝置，并具體涉及一種用于調(diào)節(jié)油冷卻的方法和一種用于在包括兩個熱交換器的渦輪機(jī)中的冷卻裝置。
[0002]術(shù)語“渦輪機(jī)”指所有產(chǎn)生驅(qū)動功率的燃?xì)廨喸O(shè)備，其中尤其區(qū)別于通過高速噴射熱氣體為噴射推進(jìn)提供必要的推力的渦輪噴氣飛機(jī)，以及其中的驅(qū)動功率是由發(fā)動機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)來提供的渦輪軸發(fā)動機(jī)。例如，渦輪軸發(fā)動機(jī)用作直升機(jī)發(fā)動機(jī)。渦輪螺槳發(fā)動機(jī)(驅(qū)動螺旋槳的渦輪發(fā)動機(jī))是用作飛機(jī)發(fā)動機(jī)的渦輪發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]已知一種用于渦輪機(jī)的油冷卻裝置，包括與第二熱交換器串聯(lián)安裝的第一熱交換器，第一熱交換器是油/空氣熱交換器而第二熱交換器是油/燃料熱交換器。
[0004]在這種類型的冷卻裝置中，當(dāng)空氣特別冷并且渦輪機(jī)以大功率運(yùn)行(例如在開始期間)時，油通過第一熱交換器達(dá)到非常低的溫度。這樣的缺點(diǎn)是在有必要加熱燃料時反而冷卻了燃料。另外，如果燃料中存在水，這些水會結(jié)冰并形成會阻塞供油回路(尤其是伺服閥)的冰晶，并且為渦輪機(jī)的可操作性帶來問題。
[0005]眾所周知，安裝直接將第一換熱器的油入口連接到第一換熱器的油出口的支路，所述單元路裝備有壓力安全閥以便如果超壓就使油通過支路轉(zhuǎn)移。這種類型的壓力閥構(gòu)造成當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器的額定壓頭損失與第一熱交換器的油入口和油出口之間的有效壓頭損失的比值低于或等于0.5時，僅允許油通過支路循環(huán)，并且這以其最大的流速(即，閥的額定壓頭損失是零)進(jìn)行。換而言之，第一熱交換器的額定壓頭損失為0.2Mpa(兆帕)(即2巴)時，當(dāng)有效壓頭損失(第一熱交換器的入口和出口之間的壓差)大于或者等于0.4Mpa(即4巴)時閥打開。當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器受污染或者阻塞時發(fā)生這種超壓。該壓力閥僅作為安全閥操作以避免任何由超壓導(dǎo)致的破壞。
[0006]然而，當(dāng)空氣非常冷時，該壓力安全閥不會打開。油流經(jīng)第一熱交換器并達(dá)到特別冷的溫度以至于不允許對燃料進(jìn)行必要的加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個目的在于至少大體上糾正上述不足之處。
[0008]本發(fā)明通過提出一種用于在渦輪機(jī)油冷卻裝置內(nèi)調(diào)節(jié)油冷卻的方法來實(shí)現(xiàn)該目的，該油冷卻裝置包括:與第二熱交換器串聯(lián)安裝的第一熱交換器，該第一熱交換器為油/空氣熱交換器而第二熱交換器為油/燃料熱交換器，每個熱交換器具有油入口和油出口 ；直接將第一熱交換器的油入口連接到第一熱交換器的油出口的支路；以及調(diào)節(jié)流經(jīng)支路的油流量的流量調(diào)節(jié)器，其中當(dāng)油溫低于或等于包含在70°C (七十?dāng)z氏度)到90°C (九十?dāng)z氏度)之間(優(yōu)選地等于約80°C (八十?dāng)z氏度))的預(yù)設(shè)溫度時，使用流量調(diào)節(jié)器允許油流經(jīng)支路。
[0009]當(dāng)然，在冷卻裝置中，由于第一和第二熱交換器放置在閉合的油路內(nèi)，關(guān)于回路中相對于油冷卻裝置內(nèi)的油流動的方向(油從上游向下游流通)的參照點(diǎn)，第一熱交換器可放置在第二熱交換器的上游或者下游。
[0010]因此可以理解，當(dāng)油具有低于預(yù)設(shè)溫度的溫度時，致動流量調(diào)節(jié)器從而油優(yōu)先地流經(jīng)支路。和已知的現(xiàn)有技術(shù)不同，由于油不需要達(dá)到能夠通過支路的預(yù)設(shè)動壓力，因?yàn)樗_(dá)到的使第一閥動作的動壓力避免了無論如何都有一部分油通過第一熱交換器。因此，通過使取決于溫度的流量調(diào)節(jié)器動作，不對油施加壓力約束，這保證了油優(yōu)先地流經(jīng)支路而不是流經(jīng)第一熱交換器，后者對油流量所具有的阻力大于支路和流量調(diào)節(jié)器(例如，裝備有開閥的管道)所具有的阻力。
[0011]發(fā)明人驚喜地注意到，只有當(dāng)油溫變得高于預(yù)設(shè)溫度時，燃料才不需要優(yōu)先地用于加熱。換而言之，發(fā)明人驚喜地注意到，只有當(dāng)油溫低于預(yù)設(shè)溫度時，燃料必須優(yōu)先地用于加熱(即，允許油流經(jīng)支路)。
[0012]較佳地是，當(dāng)油溫低于預(yù)設(shè)溫度時，控制流量調(diào)節(jié)器使得其壓頭損失小于或者等于0.2Mpa(即2巴)，優(yōu)選是0.1Mpa (即I巴)，從而95 %以上的油流經(jīng)支路而低于5 %的油流經(jīng)第一熱交換器。這種構(gòu)造特別有利，并且使得能夠保證當(dāng)油溫低于預(yù)設(shè)溫度時不借助第一熱交換器來冷卻油。
[0013]有利地是，當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器的額定壓頭損失與第一熱交換器的油入口和油出口之間的有效壓頭損失的比值低于或者等于包含在0.7到0.9之間(優(yōu)選地是等于約0.8)的預(yù)設(shè)比值時，也允許油流經(jīng)支路。
[0014]回想起在液壓回路中，壓頭損失相當(dāng)于所述回路兩點(diǎn)之間的壓力差。壓頭損失表示流體在這兩點(diǎn)之間流通所遇到的阻力。
[0015]同樣地，回想起當(dāng)參數(shù)的值相當(dāng)于建立者提供的理論值時被稱為“額定的”。例如，熱交換器0.2Mpa的額定壓頭損失是指，所述熱交換器設(shè)計(jì)成當(dāng)所述熱交換器的入口和出口之間的壓頭損失是0.2Mpa時正確地運(yùn)轉(zhuǎn)(即最佳熱交換)，或者換而言之在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時其產(chǎn)生0.2Mpa的壓頭損失。
[0016]稱為“有效”的參數(shù)值是參數(shù)在給定的時刻和/或給定的配置下所取的值。
[0017]當(dāng)油還沒變熱時，也就是當(dāng)油溫高于預(yù)設(shè)溫度但低于包含在110°C ( 一百一^h攝氏度)到130°C (—百三十?dāng)z氏度)之間(優(yōu)選地是等于約120°C (—百二十?dāng)z氏度))的高溫時，不需要使用第一熱交換器的全部冷卻能力，并由此導(dǎo)致全部的油流經(jīng)第一熱交換器。實(shí)際上，當(dāng)油溫包含在預(yù)設(shè)溫度與高溫之間時，油的冷卻需求不是最大的。預(yù)設(shè)比值使得能夠通過允許油在這些條件下也流經(jīng)支路來達(dá)到這種調(diào)節(jié)。
[0018]當(dāng)油溫包含在預(yù)設(shè)溫度與高溫之間時，其粘度高于油溫高于或等于高溫的時候。因此，當(dāng)油溫低于高溫時，第一熱交換器的油入口和出口之間的有效壓頭損失大于油溫高于高溫時的同一壓頭損失。預(yù)設(shè)比值代表這種有效壓頭損失的差，并且由于該參數(shù)，可以基于有效壓頭損失的該差值轉(zhuǎn)移適當(dāng)數(shù)量的油到支路。
[0019]這也使得能夠使用具有高的額定壓頭損失(例如高于0.4Mpa)的第一熱交換器。這種熱交換器的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)油溫高于高溫時尤其有效(即當(dāng)油是熱的時改善了油冷卻)。另夕卜，這種熱交換器的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)油是冷的時候抵抗更多的流動阻力，這使得能夠在油溫低于預(yù)設(shè)溫度時更加容易地轉(zhuǎn)移油通過支路。盡管這種熱交換器增加了冷卻裝置的總的有效壓頭損失，然而其有利于保持該壓頭損失盡可能低。當(dāng)比值小于預(yù)設(shè)比值時允許油流經(jīng)支路也使得能夠在油溫包含在預(yù)設(shè)溫度與高溫之間時(也就是在還沒有達(dá)到油的最大流動度時)，減少冷卻裝置的總的有效壓頭損失。
[0020]有利地是，比值小于或者等于預(yù)設(shè)比值而油溫高于預(yù)設(shè)溫度時的流經(jīng)支路的油的流量小于油溫低于預(yù)設(shè)溫度時流經(jīng)支路的油的流量。
[0021]這使得能夠在油溫包含在預(yù)設(shè)溫度與高溫之間時提供油的中間冷卻。換而言之，當(dāng)油溫低于預(yù)設(shè)溫度時比油溫包含在預(yù)設(shè)溫度與高溫之間時有更多的油在支路中流通(并因此未被冷卻)。這使得能夠在油溫包含在預(yù)設(shè)溫度與高溫之間時進(jìn)行適應(yīng)于油溫的冷卻成為。
[0022]有利地是，當(dāng)油溫高于預(yù)設(shè)溫度而比值高于預(yù)設(shè)比值時，借助流量調(diào)節(jié)器防止油的流通。
[0023]在這些條件下，保證了全部的油流經(jīng)第一熱交換器，并由此在油是熱的時候(溫度高于高溫)使冷卻最大化。另外，如果油壓變得過高(此時比值變得小于預(yù)設(shè)比值)，例如第一熱交換器發(fā)生了污垢，流量調(diào)節(jié)器允許油部分地流經(jīng)支路。因此，調(diào)節(jié)器也充當(dāng)防止超壓危險的安全閥。
[0024]本發(fā)明也涉及一種渦輪機(jī)油冷卻裝置，該油油冷卻裝置包括:與第二熱交換器串聯(lián)安裝的第一熱交換器，該第一熱交換器為油/空氣熱交換器而第二熱交換器為油/燃料熱交換器，每個熱交換器具有油入口和油出口 ；直接將第一熱交換器的油入口連接到第一熱交換器的油出口的支路；以及調(diào)節(jié)流經(jīng)支路的油流量的流量調(diào)節(jié)器，該流量調(diào)節(jié)器包括熱力閥，所述熱力閥構(gòu)造成當(dāng)油溫低于包含在70°C (七十?dāng)z氏度)和90°C (九十?dāng)z氏度)之間(優(yōu)選地等于約80°C (八十?dāng)z氏度))的預(yù)設(shè)溫度時打開。
[0025]可以理解，熱力閥是其打開是根據(jù)溫度來控制的閥。例如，這種閥可由外部的電機(jī)控制，該電機(jī)根據(jù)傳感器測量的油溫來動作。根據(jù)另一個例子，閥連接到熱敏并且會因?yàn)槭軣岫蛎浀脑?，閥塞因此從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)換到打開位置，并且根據(jù)油溫反之亦然?？梢岳斫?，打開位置、關(guān)閉位置或者打開位置與關(guān)閉位置之間的中間位置不依賴于油施加的壓力。因此，不論油施加多少壓力，這種閥可以是打開或者關(guān)閉的。這個的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)熱力閥打開(部分或者全部地)時，使流量調(diào)節(jié)器的額定壓頭損失最小并使最大量的油導(dǎo)入支路。
[0026]因此可以理解，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)溫度時熱力閥關(guān)閉，而當(dāng)溫度低于或者等于預(yù)設(shè)溫度時至少部分地打開。優(yōu)選地是，當(dāng)油溫比預(yù)設(shè)溫度低10°C時閥完全打開。
[0027]有利地是，熱力閥打開時的額定壓頭損失最多等于第一熱交換器額定壓頭損失的10%。這由此保證了當(dāng)熱力閥打開時至少有85%到95%的油流經(jīng)支路。
[0028]有利地是，流量調(diào)節(jié)器包括壓力閥(壓差閥或者差動閥)，所述壓力閥構(gòu)造成當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器的額定壓頭損失與第一熱交換器的油入口和油出口之間的有效壓頭損失的比值低于或者等于包含在0.7到0.9之間(優(yōu)選地是等于約0.8)的預(yù)設(shè)比值時打開。
[0029]可以理解，壓力閥是其打開和關(guān)閉是根據(jù)壓力控制的閥。例如，閥會由于閥元件或者連接到閥的元件的彈性變形所產(chǎn)生的力而關(guān)閉。當(dāng)油流通時，這些力會抵抗油施加到閥上的動壓力(或者流動壓力)。因此，當(dāng)油的動壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力時，所述動壓力足以使閥移位并打開閥。動壓力升高得越多，閥越容易打開，并且直到閥的完全打開位置(或者最大通路)。當(dāng)動壓力下降時，閥再次關(guān)閉。
[0030]根據(jù)一個變型，熱力閥和壓力閥形成單個閥，該閥的打開取決于溫度并取決于有效壓頭損失。根據(jù)另一個變型，流量調(diào)節(jié)器包括兩個獨(dú)立的并聯(lián)安裝的閥，即熱力閥和壓力閥。
[0031]本發(fā)明也涉及一種包括根據(jù)本發(fā)明的油冷卻裝置的渦輪機(jī)。
【附圖說明】
[0032]通過閱讀下文對本發(fā)明的一個通過非限制示例的方式給出的實(shí)施例作出的詳細(xì)說明，會更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)。該說明參照附圖頁，其中:
[0033]-圖1示出了裝備有根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的渦輪噴氣飛機(jī)，
[0034]-圖2示意性地示出了圖1的冷卻裝置，
[0035]-圖3示出了第一熱交換器的油入口和出口之間的依賴于油溫的壓頭損失的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0036]圖1示出了渦輪機(jī)100，并具體示出了包括油冷卻裝置10的飛機(jī)渦輪噴氣