一种涡桨发动机的空气分离器

技术领域

本发明涉及油气分离技术领域，特别是涉及一种涡桨发动机的空气分离器。

背景技术

航空发动机的机匣内滑油和空气混合会产生油雾和泡沫两种混合态。气多于油，气包油，形成油雾，密度略大于空气，需要通往油雾分离器进行分离，分离出滑油和气体；油多于气，油包气，形成泡沫，密度略小于滑油，需要通往空气分离。涡桨发动机对滑油含气量有更严格的要求，假设空气进入螺旋桨的变距油缸或测扭油缸，会造成桨距突变和扭转振动，空气进入调速器也会使发动机转速不稳定。因大功率涡桨发动机滑油散热量大，滑油流量大(主滑油泵流量120升每分钟)，泡沫多，需要转速稳定，必须安装空气分离器进行分离，分离出滑油和油雾。

现有技术中涡桨发动机的离心式空气分离器对回油泵出油口有泵吸作用，吸出回油泵内气体，保持回油泵的抽油能力。从空气分离器流出的增压滑油流入散热器，常压空气分离出来后进入滑油箱上层，由通气油箱与大气环境相通。但是由于开式转子叶片与机匣附面层的刮削作用会使滑油飞溅产生更多滑油泡沫，滑油泡沫容易溢出，影响滑油散热器正常散热，使飞行过程中产生安全隐患。

公开号为CN114233475A的发明创造公开了一种航空发动机滑油箱，所述航空发动机滑油箱的重力注油口下部集成设置有离心式油气分离器，在离心式油气分离器上连接设置有回油管，所述回油管从滑油箱的主腔室延伸至副腔室后与设置在后挡板上的回油管嘴连接；此发明创造中离心式空气分离器对回油泵出油口有泵吸作用，吸出回油泵内气体，保持回油泵的抽油能力，但是此离心式空气分离器无法解决滑油泡沫容易溢出的问题，滑油泡沫溢出，影响滑油散热器正常散热，使飞行过程中产生安全隐患。

因此本发明提供了一种涡桨发动机的空气分离器，以消除了滑油泡沫影响，避免滑油溢出，使飞行更安全。

发明内容

本发明提出了一种涡桨发动机的空气分离器，以解决上述技术问题。

本发明采用以下具体的技术方案：

一种涡桨发动机的空气分离器，包括底座和连接底座的壳体，所述底座包括安装面和设于安装面上的弧形进油口，所述底座包括安装面和设于安装面上的弧形进油口，所述壳体包括蜗壳和设于蜗壳一侧的切向滑油出口，所述壳体内设置有一个滚筒，所述滚筒包括滚筒外壳以及通过多个辐板连接滚筒外壳的中部圆筒，所述滚筒的一侧设有挡板，所述挡板和滚筒内壁之间留有用于滑油流出的圆周环缝，所述中部圆筒内设有转子轴，所述转子轴的一端连接挡板一侧设有的球轴承一，所述转子轴的另一端连接底座安装面一侧设有的球轴承二，所述转子轴的底部上设有中心接头，所述中心接头上设有用于排放空气的出气口，所述转子轴还连接驱动机构。所述挡板阻止空气进入涡壳，但滑油可从辐板与滚筒构成的圆周环缝进入涡壳。涡壳内流速显著减低，压强则增加，有利于排油。若无挡板，滑油在内部循环流动，使滑油泡沫瞬间破灭又会产生新的泡沫，达不到油气分离的效果。

进一步地，所述蜗壳包括设置于底座安装面中心的前蜗壳和与底座通过螺母连接的后蜗壳，所述前、后蜗壳通过转子轴相接。

进一步地，所述空气分离器水平安装于发动机附件机匣下方。

进一步地，所述中部圆筒上钻有多个引气斜孔，所述引气斜孔在约2000倍重力场的离心力场的作用下将滚筒内空气引入转子轴内。

进一步地，所述球轴承一和球承轴二上均设有用于避免油气泄漏和混合的封严涨圈，本发明的空气分离器的转速低，轴承和封严涨圈的润滑工作环境良好。

进一步地，所述滚筒的内径为φ80mm～107mm，滚筒进口直径为φ59-84mm，滚筒转速为6098～8130rpm。

进一步地，所述滚筒和蜗壳之间设有钢衬套，钢衬套在滚筒转动时起缓冲作用。

进一步地，所述底座和壳体采用铸镁合金铸造而成，滚筒用硬铝合金数控加工。

进一步地，所述驱动机构为用于驱动转子轴转动的外转子永磁无刷电动机，所述转子轴与外转子永磁无刷电动机之间设有用于传动的花键轴。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用设计的空气分离器，将泡沫状的回收润滑油中包含的空气分离出来，利用旋转的滚筒内的巨大离心加速度场，使气液分层，滑油泡沫中的滑油和空气从各自的出口流出，消除了滑油泡沫影响，避免滑油溢出，使飞行更安全。

(2)本发明采用设计的空气分离器，将滑油泡沫中的热空气抽出来，使机匣内气压降低，使滑油不会向外泄漏，减少滑油消耗量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为空气分离器的内部结构截面示意图；

图2为空气分离器的外表面结构示意图；

图3为滚筒的示意图；

图4为带转子轴和挡板的滚筒示意图；

图5为带转子轴和挡板的滚筒截面示意图

图中，1.底座；2.蜗壳；3.弧型进油口；4.转子轴；5.球轴承一；6.球轴承二；7.挡板；8.中心接头；9.出气口；10.安装面10；11.切向滑油口；12.法兰螺钉；13.滚筒；14.中心圆筒；15.辐板；16.引气斜孔；17.封严涨圈；18.圆周环缝；19.花键轴。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

如图1-5所示的一种涡桨发动机的空气分离器，所述空气分离器水平安装于发动机附件机匣的下方，其包括底座1和连接底座1的壳体，底座1包括安装面10和设于安装面10上的弧形进油口3，壳体包括蜗壳2和设于蜗壳2一侧的切向滑油出口11，壳体内设置有一个滚筒13，滚筒13包括滚筒13外壳以及通过多个辐板15连接滚筒13外壳的中部圆筒14，滚筒13的一侧设有挡板7，挡板7和滚筒13内壁之间留有用于滑油流出的圆周环缝18，中部圆筒14内设有转子轴4，转子轴4的底部上设有中心接头9，中心接头9上设有用于排放空气的出气口8，转子轴4的一端连接挡板7一侧设有的球轴承一5，转子轴4的另一端连接底座1安装面10上设有的球轴承二6，球轴承二6一侧连接花键轴19。

进一步地，挡板7阻止空气进入涡壳2，但滑油可从辐板15与滚筒13构成的圆周环缝18进入涡壳2。涡壳2内流速显著减低，压强则增加，有利于排油。若无挡板7，滑油在内部循环流动，使滑油泡沫瞬间破灭又会产生新的泡沫，达不到油气分离的效果。

进一步地，蜗壳2包括设置于底座1安装面10中心开口处的前蜗壳和与底座1通过法兰螺钉12连接的后蜗壳，前、后蜗壳通过转子轴4相接。

进一步地，底座1连接涡桨发动机附件机匣下传动室，滑油泡沫从附件机匣的铸造管道从进入安装面10圆弧形孔进入底座1，流速1m/s左右，底座1的尺寸小，接口零件少。

进一步地，中部圆筒14上钻有7个引气斜孔16，引气斜孔16与转子轴4相通，引气斜孔16在约2000倍重力场的离心力场的作用下将滚筒内空气引入转子轴4内。

进一步地，球轴承一5和球承轴二上均设有用于避免油气泄漏和混合的封严涨圈17，本发明的空气分离器的转速低，轴承和封严涨圈17的润滑工作环境良好。

进一步地，滚筒13的内径为φ89mm，滚筒进口直径为φ66mm，滚筒转速为6776rpm。

涡桨发动机的润滑油以喷雾状润滑齿轮和轴承，与空气均匀混合，下沉到收油池，变成泡沫状的回收润滑油。回油泵吸收泡沫状的润滑油，适当加压，流到本发明提供的空气分离器底座1的弧形进油口3，滑油泡沫从弧形进油口3进入前涡壳，再分配到滚筒13内，利用由转子轴4牵动旋转的滚筒13内的巨大离心加速度场，使滑油泡沫中的气液分层，在离心力场作用下滚筒内滑油泡沫流体是按半径大小分层流动的，筒壁附着层是液体，液体上层是气体，滚筒13内的空气通过中部圆筒14上钻有引气斜孔16引入转子轴4中心，再流入转子轴4底部设有的中心接头9，从中心接头9上的出气口8引到滑油箱上层。滑油泡沫中去除空气的润滑油从挡板7和滚筒13内壁之间留有用于滑油流出的圆周环缝18流出滚筒13，进入后涡壳，从切向滑油出口11，流到散热器，滑油泡沫的流量约240升每分钟，在空气分离器内轴线流速约1米每秒，闭式滚筒长84mm，经过时间约0.08秒，分离为滑油和空气从各自的出口流出。

本实施例采用设计的空气分离器，将泡沫状的回收润滑油中包含的空气分离出来，利用旋转的滚筒13内的巨大离心加速度场，使气液分层，滑油泡沫中的滑油和空气从各自的出口流出，消除了滑油泡沫影响，避免滑油溢出，使飞行更安全。

实施例2

实施例2提供了一种涡桨发动机的空气分离器，如图1-5所示，所述空气分离器水平安装于发动机附件机匣的下方，其包括底座1和连接底座1的壳体，底座1包括安装面10和设于安装面10上的弧形进油口3，壳体包括蜗壳2和设于蜗壳2一侧的切向滑油出口11，壳体内设置有一个滚筒13，滚筒13包括滚筒13外壳以及通过多个辐板15连接滚筒13外壳的中部圆筒14，滚筒13的一侧设有挡板7，挡板7和滚筒13内壁之间留有用于滑油流出的圆周环缝18，中部圆筒14内设有转子轴4，转子轴4的底部上设有中心接头9，中心接头9上设有用于排放空气的出气口8，转子轴4的一端连接挡板7一侧设有的球轴承一5，转子轴4的另一端连接底座1安装面10上设有的球轴承二6，球轴承二6一侧连接花键轴19，花键轴19连接驱动机构即外转子永磁无刷电动机，经过传动，驱动转子轴转动。

进一步地，蜗壳2包括设置于底座1安装面10中心开口处的前蜗壳和与底座1通过法兰螺钉12连接的后蜗壳，前、后蜗壳通过转子轴4相接。

进一步地，底座1连接涡桨发动机附件机匣下传动室，滑油泡沫从附件机匣的铸造管道从进入安装面10圆弧形孔进入底座1，流速1m/s左右，底座1的尺寸小，接口零件少。

进一步地，中部圆筒14上钻有8个引气斜孔16，引气斜孔16在约2000倍重力场的离心力场的作用下将滚筒内空气引入转子轴4内。

进一步地，球轴承一5和球承轴二上均设有用于避免油气泄漏和混合的封严涨圈17，本发明的空气分离器的转速低，轴承和封严涨圈17的润滑工作环境良好。

进一步地，滚筒13的内径为φ91mm，滚筒进口直径为φ69mm，滚筒转速为6781rpm。

涡桨发动机的润滑油以喷雾状润滑齿轮和轴承，与空气均匀混合，下沉到收油池，变成泡沫状的回收润滑油。回油泵吸收泡沫状的润滑油，适当加压，流到本发明提供的空气分离器底座1的弧形进油口3，滑油泡沫从弧形进油口3进入前涡壳，再分配到滚筒13内，利用由转子轴4牵动旋转的滚筒13内的巨大离心加速度场，使滑油泡沫中的气液分层，在离心力场作用下滚筒内滑油泡沫流体是按半径大小分层流动的，筒壁附着层是液体，液体上层是气体，滚筒13内的空气通过中部圆筒14上钻有引气斜孔16引入转子轴4中心，再流入转子轴4底部设有的中心接头9，从中心接头9上的出气口8引到滑油箱上层。滑油泡沫中去除空气的润滑油从挡板7和滚筒13内壁之间留有用于滑油流出的圆周环缝18流出滚筒13，进入后涡壳，从切向滑油出口11，流到散热器。

本实施例采用设计的空气分离器，将泡沫状的回收润滑油中包含的空气分离出来，利用旋转的滚筒13内的巨大离心加速度场，使气液分层，滑油泡沫中的滑油和空气从各自的出口流出，消除了滑油泡沫影响，避免滑油溢出，使飞行更安全。

实施例3

实施例3提供了一种涡桨发动机的空气分离器，如图1-5所示，所述空气分离器水平安装于发动机附件机匣的下方，其包括底座1和连接底座1的壳体，底座1包括安装面10和设于安装面10上的弧形进油口3，壳体包括蜗壳2和设于蜗壳2一侧的切向滑油出口11，壳体内设置有一个滚筒13，滚筒13包括滚筒13外壳以及通过多个辐板15连接滚筒13外壳的中部圆筒14，滚筒13的一侧设有挡板7，挡板7和滚筒13内壁之间留有用于滑油流出的圆周环缝18，中部圆筒14内设有转子轴4，转子轴4的底部上设有中心接头9，中心接头9上设有用于排放空气的出气口8，转子轴4的一端连接挡板7一侧设有的球轴承一5，转子轴4的另一端连接底座1安装面10上设有的球轴承二6，转子轴4还连接驱动机构。

进一步地，底座1连接涡桨发动机附件机匣下传动室，滑油泡沫从附件机匣的铸造管道从进入安装面10圆弧形孔进入底座1，流速1m/s左右，底座1的尺寸小，接口零件少。

进一步地，中部圆筒14上钻有9个引气斜孔16，引气斜孔16在约2000倍重力场的离心力场的作用下将滚筒内空气引入转子轴4内。

进一步地，球轴承一5和球承轴二上均设有用于避免油气泄漏和混合的封严涨圈17，本发明的空气分离器的转速低，轴承和封严涨圈17的润滑工作环境良好。

进一步地，底座1和壳体采用铸镁合金铸造而成，滚筒13用硬铝合金数控加工。滚筒13和蜗壳2之间设有钢衬套，钢衬套在滚筒13转动时起缓冲作用。

进一步地，驱动机构为用于驱动转子轴4转动的外转子永磁无刷电动机，也可替换为简单齿轮传动结构。

涡桨发动机的润滑油以喷雾状润滑齿轮和轴承，与空气均匀混合，下沉到收油池，变成含空气成分低的泡沫状的回收润滑油。回油泵吸收泡沫状的润滑油，适当加压，流到本发明提供的空气分离器底座1的弧形进油口3，滑油泡沫从弧形进油口3进入前涡壳，再分配到滚筒13内，利用由转子轴4牵动旋转的滚筒13内的巨大离心加速度场，使滑油泡沫中的气液分层，滑油泡沫中的滑油和空气从各自的出口流出。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。