ES2389598T3 - Desaceitador centrífugo de sección de paso variable - Google Patents
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Abstract
Desaceitador centrífugo de sección de paso variable que comprende: un árbol cilíndrico hueco (20) móvil en rotación alrededor de su eje de revolución (22), teniendo el árbol al menos un orificio de paso del aire (26) que desemboca en un recinto aire/aceite (10) y que se abre al interior del árbol; caracterizado porque el desaceitador comprende, además un pistón (30) alojado en el árbol de modo que divide el interior del árbol en dos compartimientos estancos uno con respecto al otro, un compartimiento aguas abajo (32a) provisto del orificio o de los orificios de paso, que está sometido a una presión ambiente exterior, y otro compartimiento aguas arriba (32b) que está sometido a la presión variable del recinto aire/aceite, siendo el pistón apto para desplazarse en traslación en el interior del árbol, bajo el efecto de una diferencia de presión entre los dos compartimientos, entre dos posiciones terminales, una primera posición en la cual el orificio o los orificios de paso del aire están despejados y una segunda posición, diferente de la primera, en la cual el orificio o los orificios de paso del aire están parcialmente obstruidos por el pistón.
Description
Desaceitador centrifugo de seccion de paso variable.
La presente invencion se refiere al ambito general de los dispositivos que permiten separar el aire del aceite de una mezcla aire/aceite. Un ambito particular de aplicacion de la invencion es el de los motores de avion de turbina de gas (turborreactores y turbopropulsores).
Los motores de avion de turbina de gas comprenden recintos que contienen rodamientos y engranajes que son lubricados y refrigerados por el aceite. A fin de evitar las fugas de aceite hacia le exterior de estos recintos, se disponen juntas entre las partes giratorias y las partes fijas de los recintos, incluso entre las propias partes giratorias. Entre las tecnologias de juntas disponibles, aquellas que ofrecen la mayor duracion de vida de servicio util son las juntas de laberinto y las juntas de cepillo, no existiendo el contacto entre las piezas en el primer caso, y siendo muy limitado en el segundo.
Para asegurar una perfecta estanqueidad de recintos provistos de juntas de laberinto o de juntas de cepillo, es en cambio necesario hacer pasar un caudal de aire por las juntas, siendo tomado generalmente este caudal de aire en una etapa del compresor del motor. El recurso a un procedimiento de este tipo implica prever igualmente dispositivos que separen el aceite del aire que hay que evacuar al exterior del motor. Tales dispositivos - denominados comunmente desaceitadores - son en si bien conocidos. Podra referirse por ejemplo a los documentos EP 1 582 703, US 4.981.502 y US 6.033.450 que describen diferentes tipos de desaceitadores centrifugos.
La utilizacion de un caudal de aire para asegurar la estanqueidad de los recintos de un motor plantea, sin embargo, un problema de optimizacion de este caudal. Se comprende facilmente que cuanto mas caudal de aire atraviese las juntas, mas estancos seran los recintos. La contra partida a un caudal de aire importante es que la cantidad de aceite en el aire evacuado al exterior del motor es elevada, lo que implica un consumo de aceite importante. Por otra parte, el caudal de aire que es tomado en una etapa del compresor es funcion del regimen de funcionamiento del motor, de modo que el caudal de aire minimo necesario para asegurar la estanqueidad de los recintos se calcula sobre la base de la fase de ralenti del motor (esta fase corresponde al regimen de funcionamiento del motor en el curso del cual el caudal de aire tomado es el mas bajo). Por ello, durante otras fases de funcionamiento del motor, y especialmente a pleno regimen, el caudal de aire que atraviesa las juntas de los recintos es superabundante con respecto a lo que es suficiente para asegurar la estanqueidad de los recintos, lo que genera un sobreconsumo de aceite con todos los efectos nefastos que esto comporta (contaminacion, sobrecoste, etc.).
Objeto y resumen de la invención
La presente invencion pretende poner remedio a los inconvenientes antes citados, proponiendo un desaceitador capaz de asegurar una perfecta estanqueidad de los recintos aire/aceite cualesquiera que sean las fases de funcionamiento del motor al tiempo que se garantice el menor consumo de aceite posible.
Este objetivo se consigue gracias a un desaceitador centrifugo de seccion variable de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende un arbol cilindrico hueco movil en rotacion alrededor de su eje de revolucion, teniendo el arbol al menos un orificio de paso del aire que desemboca en un recinto aire/aceite y que se abre al interior del arbol, y un piston alojado en el arbol de modo que divide el interior del arbol en dos compartimientos estancos uno con respecto al otro, estando sometido el compartimiento provisto del orificio o de los orificios de paso del aire a una presion ambiente y estando sometido el otro compartimiento a la presion variable del recinto aire/aceite, siendo el piston apto para desplazarse en traslacion en el interior del arbol, bajo el efecto de una diferencia de presion entre los dos compartimientos, entre dos posiciones terminales, una primera posicion en la cual el orificio o los orificios de paso del aire estan despejados y una segunda posicion, diferente de la primera, en la cual el orificio o los orificios de paso del aire estan parcialmente obstruidos por el piston.
En la practica, la seccion de paso del aire que atraviesa el orificio o los orificios del arbol del desaceitador es funcion de la diferenta de presion entre la presion en el interior del recinto aire/aceite y la presion ambiente correspondiente a la puesta al aire libre del arbol. Por ello, cuanto mas elevado sea el caudal de aire que atraviese las juntas de estanqueidad del recinto aire/aceite, mayor sera la presion en el interior del recinto y mas podra reducirse la seccion de paso del aire que se encamina al desaceitador (por desplazamiento del piston hacia su segunda posicion).
De este modo, es posible hacer variar la seccion de paso del aire en el desaceitador en funcion de la presion en el interior del recinto aire/aceite, y asi limitar el caudal de aire que atraviese las juntas de estanqueidad al estricto necesario para asegurar la estanqueidad del recinto. Resulta asi un bajo consumo de aceite durante todas las fases de funcionamiento del motor.
De acuerdo con una disposicion ventajosa de la invencion, el piston comprende un arbol centrado en el eje de revolucion y apto para deslizar en el interior de anillos fijos a fin de asegurar un guiado axial del piston. En este caso, al menos uno de los anillos forma ventajosamente un tope axial aguas arriba para el piston.
De acuerdo con otra disposicion ventajosa de la invencion, el desaceitador comprende ademas un resalte anular que es solidario del arbol y que forma un tope axial aguas abajo para el piston.
De acuerdo todavia con otra disposicion ventajosa de la invencion, el desaceitador comprende ademas un muelle enrollado alrededor del arbol para mantener el piston en su primera posicion en caso de presurizacion demasiado baja del recinto aire/aceite.
Cada orificio de paso del aire puede desembocar en el recinto aire/aceite por intermedio de una chimenea que se extiende segun una direccion sensiblemente radial.
La invencion tiene por objeto igualmente un motor de avion de turbina de gas que comprende al menos un desaceitador centrifugo tal como el definido anteriormente.
Breve descripción de los dibujos
Otras caracteristicas y ventajas de la presente invencion se deduciran de la descripcion que sigue, refiriendose a los dibujos anejos que ilustran un ejemplo de realizacion de esta desprovisto de cualquier caracter limitativo. En las figuras:
- -
- la figura 1 es una vista que muestra el desaceitador centrifugo de acuerdo con la invencion en un ejemplo de entorno;
- -
- la figura 2 es una vista en corte longitudinal del desaceitador de la figura 1 en una de sus dos posiciones terminales; y
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- la figura 3 es una vista en corte longitudinal del desaceitador de la figura 1 en la otra de sus posiciones terminales.
Descripción detallada de un modo de realización
La figura 1 representa, en corte longitudinal, un recinto aire/aceite 10 de un turborreactor provisto de un desaceitador centrifugo de acuerdo con la invencion. Naturalmente, la presente invencion se aplica a otros tipos de recintos aire/aceite presentes en un motor de turbina de gas, por ejemplo a aquellos presentes en la caja de accionamiento de accesorios de un turborreactor.
El recinto aire/aceite 10 contiene especialmente cojinetes de rodamiento 12 que necesitan ser refrigerados y lubricados inyectando aceite en continuo entre los anillos de los rodamientos de estos cojinetes por intermedio de boquillas de inyeccion (no representadas en la figura). En el caso de una caja de accionamiento de accesorios, ademas de los rodamientos, son igualmente los engranajes los que tienen necesidad de ser refrigerados y lubricados por inyeccion de aceite.
A fin de evitar las fugas de aceite hacia el exterior del recinto aire/aceite 10, esta previsto disponer juntas de estanqueidad 14 entre las partes giratorias y las partes fijas del recinto. En el ejemplo de la figura 1, estas juntas son en numero de cuatro y son de tipo de laberinto.
En el recinto aire/aceite 10 se introduce un caudal de aire comprimido a traves de las juntas 14 para presurizar el recinto y asi asegurar una perfecta estanqueidad de este. Este caudal de aire proviene por ejemplo de una toma en una etapa de un compresor del turborreactor (esquematizada por las flechas 16 en la figura 1).
El recinto aire/aceite 10 comprende ademas un desaceitador centrifugo 18 de acuerdo con la invencion. De modo en si conocido, un dispositivo de este tipo permite separar el aceite del aire de la mezcla aire/aceite presente en el interior del recinto 10, siendo evacuado el aire al exterior del turborreactor y siendo reinyectado el aceite en el interior del recinto.
Como se representa en las figuras 2 y 3, el desaceitador 18 comprende un arbol cilindrico hueco 20 que es movil en rotacion alrededor de su eje de revolucion 22. El arbol es por ejemplo arrastrado en rotacion directamente por el arbol principal 24 del turborreactor (vease la figura 1).
El arbol hueco 20 comprende una pluralidad de orificios de paso del aire 26 que desembocan en el recinto aire/aceite 10 y se abren al interior del arbol hueco. Como esta representado en la figura 2, estos orificios 26 son por ejemplo de forma oblonga y estan regularmente repartidos alrededor del eje 22.
En el ejemplo de realizacion de las figuras 1 a 3, el desaceitador centrifugo es del tipo de chimeneas, es decir que los orificios de paso del aire 26 desembocan cada uno en el recinto aire/aceite 10 por intermedio de una chimenea 28 que se extiende segun una direccion sensiblemente radial. Sin embargo, son posibles otros tipos de desaceitadores (desaceitador de nido de abeja, de espuma metalica, etc.).
Con este desaceitador, el principio de separacion del aceite del aire es el siguiente: estando en sobrepresion el recinto aire/aceite 10 con respecto al interior del arbol, la mezcla aire/aceite presente en el recinto penetra en las chimeneas radiales 28 del desaceitador. Las gotas de aceite en suspension en esta mezcla seran « captadas » por las paredes internas de las chimeneas. Estando en rotacion el arbol 20 -y por consiguiente las chimeneas 28 -del desaceitador, el aceite captado por las paredes internas de las chimeneas fluira radialmente hacia el exterior bajo el efecto de la fuerza centrifuga y asi volvera al recinto aire/aceite 10. En paralelo, el aire desaceitado se encaminara por los orificios de paso del aire 26 y circulara al interior del arbol hacia aguas abajo de este para ser evacuado al exterior del turborreactor.
Continuando de acuerdo con la invencion, un piston 30 esta alojado en el arbol hueco 20 del desaceitador. Este piston comprende especialmente un disco 30a que esta centrado en el eje de revolucion 22 y que se prolonga en su periferia por un collarin anular 30b.
El piston 30 del desaceitador divide transversalmente el interior del arbol en dos compartimientos estancos uno con respecto al otro: un compartimiento aguas abajo 32a que comprende los orificios de paso del aire 26 y un compartimiento aguas arriba 32b.
El compartimiento aguas abajo 32a comunica directamente con el exterior del turborreactor (en la extremidad aguas abajo no representada del arbol principal 24 del turborreactor). �ste, por consiguiente, esta sometido a la presion ambiente exterior P1 que es sensiblemente constante (a igual altura).
En cuanto al compartimiento aguas arriba 32b, este esta puesto en comunicacion con el recinto aire/aceite 10 por intermedio de una o varias perforaciones 34 (vease la figura 1). �ste, por tanto, esta sometido a la presion P2 que reina en el interior del recinto aire/aceite, sendo esta presion variable segun el caudal de aire que entre en el recinto por las juntas de estanqueidad 14.
En funcion de la diferencia de presion entre los dos compartimientos 32a, 32b, el piston 30 del desaceitador 18 es apto para desplazarse en traslacion en el interior del arbol hueco 20.
A tal efecto, el piston 30 comprende un arbol 36 centrado en el eje 22, solidario del disco 30a y que puede deslizar en el interior de dos anillos fijos -un anillo aguas arriba 38a y un anillo aguas abajo 38b - que permiten asegurar un guiado axial del piston.
El piston 30 del desaceitador puede desplazarse en traslacion entre dos posiciones terminales: una primera posicion representada en la figura 2 en la cual los orificios de paso del aire 26 estan completamente despejados (piston desplazado hacia aguas arriba) y una segunda posicion representada en la figura 3, diferente de la primera, en la cual los orificios de paso estan parcialmente obstruidos por su collarin 30b (piston desplazado hacia aguas abajo).
El piston 30 del desaceitador se desplaza bajo el efecto de una diferencia de presion entre los dos compartimientos 32a, 32b. De modo mas preciso, siendo sensiblemente constante (a igual altura) la presion ambiente P1 en el interior del compartimiento aguas abajo 32a, el piston se desplaza segun el nivel de presion P2 que reine en el interior del recinto aire/aceite 10.
De acuerdo con una disposicion ventajosa, la primera posicion del piston 30 del desaceitador (vease la figura 2) esta definida por el anillo aguas arriba 38a que forma un tope axial aguas arriba para el piston.
Por otra parte, un muelle 40 que trabaja a compresion esta enrollado alrededor del arbol 36 del piston y se apoya en sus extremidades sobre el disco 30a del piston y sobre el anillo aguas abajo 38b. Este muelle permite mantener el piston en su primera posicion terminal en caso de presion demasiado baja en el interior del recinto aire/aceite y asi garantizar en esta situacion una seccion de paso del aire suficientemente importante para asegurar la estanqueidad del recinto aire/aceite a nivel de las juntas 14.
De acuerdo con otra disposicion ventajosa, la segunda posicion del piston 30 del desaceitador (vease la figura 3) esta definida por un resalte anular 42 que forma un tope axial aguas abajo para el piston. Este resalte que es solidario del arbol 20 del desaceitador forma una disminucion del diametro del arbol, impidiendo asi cualquier deslizamiento del piston mas alla de este.
Asi, cuando la presion P2 en el interior del recinto aire/aceite 10 se hace superior a una presion de umbral predeterminada, el piston es mantenido en su segunda posicion para la cual los orificios de paso 26 estan parcialmente obstruidos. De este modo, se garantiza una seccion minima para el aire cualquiera que sea la presion que reine en el interior del recinto aire/aceite.
Asimismo, cuando la presion P2 en el interior del recinto aire/aceite 10 es insuficiente para mantener el piston 30 contra el tope aguas abajo 42, este, bajo el efecto del muelle 40, vuelve a hacer tope contra el anillo aguas arriba 38a dejando asi los orificios de paso del aire 26 completamente abiertos.
El funcionamiento del desaceitador de acuerdo con la invencion se deduce de manera evidente de lo que precede. Cuanto mayor sea el caudal de aire que atraviese las juntas de estanqueidad 14 del recinto aire/aceite 10, mayor sera la presion P2 en el interior del recinto y mas reducida sera la seccion de paso del aire que se encamine al desaceitador 18 (por desplazamiento del piston 30 hacia su segunda posicion). �nversamente, a bajo regimen de funcionamiento del turborreactor, la presion P2 que reina en el interior del recinto aire/aceite sera demasiado baja para desplazar el piston 30 (mantenido en su primera posicion por el muelle 40) y la seccion de paso del aire que se encamine al desaceitador 18 sera maxima para asegurar la estanqueidad del recinto aire/aceite a nivel de las juntas
14.
Como se indico anteriormente, el desaceitador puede presentar variante de realizacion no representadas en las figuras. Asi, las chimeneas radales 28 descritas anteriormente podrian estar rellenadas por una estructura de nido de abeja o una espuma metalica cuyos alveolos sirvan para recoger las gotas de aceite en suspension en la mezcla aire/aceite.
Claims (7)
- REIVINDICACIONES1. Desaceitador centrifugo de seccion de paso variable que comprende:un arbol cilindrico hueco (20) movil en rotacion alrededor de su eje de revolucion (22), teniendo el arbol al menos un orificio de paso del aire (26) que desemboca en un recinto aire/aceite (10) y que se abre al interior del arbol; caracterizado porque el desaceitador comprende, ademasun piston (30) alojado en el arbol de modo que divide el interior del arbol en dos compartimientos estancos uno con respecto al otro, un compartimiento aguas abajo (32a) provisto del orificio o de los orificios de paso, que esta sometido a una presion ambiente exterior, y otro compartimiento aguas arriba (32b) que esta sometido a la presion variable del recinto aire/aceite,siendo el piston apto para desplazarse en traslacion en el interior del arbol, bajo el efecto de una diferencia de presion entre los dos compartimientos, entre dos posiciones terminales, una primera posicion en la cual el orificio o los orificios de paso del aire estan despejados y una segunda posicion, diferente de la primera, en la cual el orificio o los orificios de paso del aire estan parcialmente obstruidos por el piston.
-
- 2.
- Desaceitador de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el piston (30) comprende un arbol (36) centrado en el eje de revolucion (22) y apto para deslizar en el interior de dos anillos fijos aguas arriba y aguas abajo (38a, 38b) a fin de asegurar un guiado axial del piston.
-
- 3.
- Desaceitador de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado por que el anillo aguas arriba (38a) forma un tope axial aguas arriba para el piston (30) que define la primera posicion del piston.
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- 4.
- Desaceitador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende ademas un resalte anular (42) que es solidario del arbol (20) y que forma un tope axial aguas abajo para el piston, que define la segunda posicion del piston.
-
- 5.
- Desaceitador de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que comprende ademas un muelle (40) enrollado alrededor del arbol (36) para mantener el piston (30) en su primera posicion en caso de presurizacion demasiado baja del recinto aire/aceite (10).
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- 6.
- Desaceitador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que cada orificio de paso del aire (26) desemboca en el recinto aire/aceite (10) por intermedio de una chimenea (28) que se extiende segun una direccion sensiblemente radial.
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- 7.
- �otor de avion de turbina de gas caracterizado por que comprende al menos un desaceitador centrifugo (18) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
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