CN101025114A - 一种将内燃气轮机轴端部固紧的方法 - Google Patents

一种将内燃气轮机轴端部固紧的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种将内燃气轮机轴端部固紧的方法，本发明的目的是安装发动机内的转子轴。解决方案就是，在轴与轴承相啮合时，通过扇形体连接方式将螺母从轴内抽出，然后，借助位于远在后端的工具，将螺母很容易地轴向移动，使螺母与套筒的前端螺纹相接触，旋紧螺母，确保固紧。同样，高压压气机的拆卸也是从发动机后端实施即可，而且不需要目前使用的安装工具。从发动机后端进行安装和拆卸是这种类型发动机的一个主要特点，可以大大减小这种作业的成本。此外，这种解决方案很简洁，它可以适合于现有的设备空间，不会影响进口齿轮箱和低压轴之间的空气流通。

Description

一种将内燃气轮机轴端部固紧的方法
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机，特别是航空领域使用的发动机；另外，本发明的目的是安装发动机内的转子轴。
背景技术
涡轮发动机的安装和拆卸是非常复杂的，这是因为发动机的部件很多，而且尽管各个部件尺寸可能很大，但彼此之间的间隙却很小。在发动机上进行此类安装或拆卸工作的成本结果总是很高。因此，人们一直都在寻求简化这些作业。在一种前双轴涡扇发动机上，例如cfm56发动机，接近高压压气机轴的支撑轴承就特别困难，因为在中间机壳层面上，支撑轴承安装在靠近风扇和分别支撑低压压气机轴和风扇轴的两个第一轴承的后端。中间机壳是发动机体主要支持转子前端轴承的部分。为了避免拆卸发动机整个前端部分，特别是风扇部分，该轴承的所有部件目前都是这样布置的，即从后面进行安装。这种解决方案，尽管有其优点，但还是存在许多不足之处，需要解决。
参照图1和图2，这两张图介绍了根据已有技术提出的一种解决方案。发动机总成没有示出，只是可以看见轴承周围部件。按发动机的前运转方向，定义轴承的前端和后端。该图示出了中间机壳2的部分固定结构，高压压气机的滚珠轴承3由位于这个固定结构内的轴承外座圈支撑。轴承旋转支撑在高压压气机轴4的前端，图中可以看到轴4的轴颈4′和转子盘4″。轴承前端支撑着一个锥齿轮5，后者带动与径向轴相连的齿轮5′，形成了进口齿轮箱(进口齿轮箱)，用来带动辅助设备：如泵、发电机等设备。为此，锥齿轮与径向传动轴的齿轮相啮合，而径向传动轴安装在中间机壳的其中一个旋臂内，从而带动附件齿轮箱(附件齿轮箱)齿轮。锥齿轮固定连接在由轴承支撑的圆柱形套筒上。
为了将轴4支撑在轴承3内，按照已有技术提供了一个螺母6，该螺母通过一个扇形体或卡环6′固定在上游端的齿轮5内。该螺母外表面带有螺纹，可拧入轴4上游端内，该端也提供有合适的螺纹。螺母护圈6″通过轴4内的轴向花键固定，防止轴转动，并带有弹性蝶片卡入轴4的圆形槽内，从而防止螺母意外松动。此外，齿轮5的套筒内壁上的轴向花键与轴4外表面的花键相啮合，防止彼此相互转动。这种安装方式可自动抽出高压压气机，这是因为使用了扇形体，它可以轴向地将轴承螺母固定到锥齿轮上。这样，将螺母拧到高压压气机轴螺纹上时，压气机就与轴承相连接；相反，将螺母旋松，压气机就被向后推开，因为螺母是通过扇形体阻止其轴向移动的。
图2示出了轴4安装前的轴承情况。在从中间机壳后端安装任何部件前，布置在轴承前方的螺母先安装在齿轮上。
在准备安装轴4时，在图中所示C处要对轴承3进行加热，使其膨胀，将收缩力减至最小。在轴4上拧紧螺母时，为了避免加热螺母6和将螺纹的摩擦减至最小，在螺母周围要进行热保护P。然而，这种保护很难实施，因为很难有效安装。
发明专利内容
本发明的目的就是防止出现与该项安装相关的问题。
更具体的说，所要解决的问题涉及到高压压气机和发动机进口齿轮箱之间的连接类型，因为后者使得高压压气机的安装和拆卸只能从发动机后端将工具伸入进行工作。
根据本发明，在轴承支撑的套筒内连接有燃气轮机的端部，通过螺母将其拧紧，该方法特征是，将该螺母的一端旋入所述套筒内，在另一端用扇形体接头将其与轴相连接。
因此，本发明提出的解决方案是适合安装双轴发动机的高压压气机轴，此时，带动辅助机械齿轮箱的起飞功率由与辅助机械相连的锥齿轮提供，套筒属于该传动锥齿轮。
本发明提出的解决方案就是，在轴与轴承相啮合时，通过扇形体连接方式将螺母从轴内抽出，然后，借助位于远在后端的工具，将螺母很容易地轴向移动，使螺母与套筒的前端螺纹相接触，旋紧螺母，确保固紧。同样，高压压气机的拆卸也是从发动机后端实施即可，而且不需要目前使用的安装工具。
从发动机后端进行安装和拆卸是这种类型发动机的一个主要特点，可以大大减小这种作业的成本。
此外，这种解决方案很简洁，它可以适合于现有的设备空间，不会影响进口齿轮箱和低压轴之间的空气流通。
参照下面附图可以更详细地了解本发明，
附图说明
图1是通过轴向剖面介绍了按已有技术进行安装的部分示意图；
图2是图1预装配的和高压压气机轴装配前的各个部件；
图3是通过半轴向剖面介绍了按照本发明固紧高压压气机轴端部的部分示意图；
图4是从高压压气机轴进口齿轮箱侧上游看去，示出了压气机轴安装的第一步；
图5是从高压压气机轴侧看去，示出了压气机轴安装的第一步；
图6是压气机轴连接的第二步；
图7是压气机轴更先进的连接方式
图8说明可伸缩螺母在轴承套筒上的旋紧已经完成，图3所述螺母护圈也已安装。
具体实施方式
图3及其后面的附图说明了本发明提出的解决方案的一个实施方案。轴承3相对于已有技术保持不变，中间机壳2也是如此。轴14的上游端形成一个轴颈并属于双轴涡轮发动机高压压气机转子的组成部分，它有一个内环形通道或槽141，槽内装有一个分开式环形扇形体18，在本示例中，该扇形体有一个矩形截面。扇形体18与螺母16外表面上形成的轴向制动面161相结合。这个螺母16为圆柱形，将轴14连接到锥齿轮15上。锥齿轮15包括一个锥齿轮151用来带动进口齿轮箱。它还包括一个圆柱形套筒154，冷缩装配了轴承3的内座圈3i。在其前端，锥齿轮15固定连接到一个曲径密封垫片152上。内部的花键153与轴颈14上的花键143相啮合，保存固定，防止轴转动。锥齿轮15的内部带有圆柱螺纹表面，即螺纹为15f，而圆柱形螺母16通过螺纹16f与其啮合。
图4示出了带有锥齿轮15的轴承3，该锥齿轮15安装在轴承3的内座圈3i上，另外该图还示出了一个加热措施C′，用波浪线表示。
下面参照图4及其后面的图描述一下高压压气机轴前端在轴承3内的安装。
轴承已经与锥齿轮15装配在一起，而锥齿轮15也已经冷缩装配在轴承的座圈3i内。第一步是在座圈3i下方放置一个加热器对轴承3进行加热。该发明所提解决方案的优点就是，在不使用螺母的情况下，加热不会对周围部件产生不利影响。
同时，螺母16安装在轴上，如图5所示。螺母16一般为圆柱形，其外部直径等于轴14的内部直径。另外，它还有一个横向槽162，在受到径向压缩和其直径缩小时，其深度能确保扇形体18整个安装在槽中。为此，连接有一个套筒19，该套筒可以保持扇形体18处于伸缩状态。套筒19的内径与轴的内径一样。这样，如图5所示，在伸缩位置时，扇形体的外径使其在里边并沿着轴14滑动。螺母滑动直到扇形体18与槽141相遇。在弹性作用下，扇形体可以借助其自然形状并压入槽141内。螺母中的槽162形成了一个轴向制动，使扇形体处于轴14的槽141的位置，防止了螺母进一步向前插入轴14中。可以看到，轴14包括若干个径向气孔142，这些气孔与槽依次平行，当需要从轴上退出螺母时，可使用工具将扇形体18退出到螺母内的槽162中。
图6说明，轴将与轴承相连接，从轴承处可拆下加热器，轴承处于膨胀状态。螺母16通过扇形体18伸缩并轴向固定在轴14内，扇形体18在通道141内支撑着螺母和轴，并抵在槽162形成的制动部位上。
图7介绍了轴已经完全装入轴承3内。花键143与锥齿轮15的套筒的花键153相配合，从而将其固定，防止转动。轴的前端145抵住支撑在滚动轴承3内座圈上的后曲径密封件上。另外，可以看到，轴14端部的外圆柱形表面与锥齿轮15的内冷缩装配表面相衔接。这种布置为齿轮151提供了有效支撑，保证不会变形，在运转期间能够真正旋转。
从图8可以看出，锥齿轮15的螺纹15f和螺母16的16f分别衔接，使得螺母得到旋紧。使用一个合适的工具从轴14的后端可进行该螺母的旋紧。该螺母一直旋紧到螺母的制动面161与槽141内的扇形体18相抵为止。
再回到图3，可以看出，现在轴已经抵住锥齿轮的各个内凸部。安装了一个螺母护圈17。螺母护圈通过缺口与螺母相啮合，防止其相对于轴转动。它包括弹性可变形的支管171，安装在轴14内形成的槽146中。还可以观察到锥齿轮前部152，它同收集器155一起形成了一个表面，接收齿轮151和轴承3的润滑油。滑油分配嘴图中未示。收集器155收集的这些润滑油通过花键153之间的纵向导管156和一些特别水平的花键143，被引向轴承3，轴承3上带有适合滚珠润滑的油孔。
螺帽16可以看作是可伸缩的，因为其可以伸入轴14内。螺帽可以用一般工具通过轴，具体来讲就是从后端进行转动。为了防止各种力穿过轴承，锥齿轮可以用合适工具径向夹紧，该工具可以放在例如凸榫157和突部158之间形成的轴向夹紧区内，而凸榫是在锥齿轮前端形成的，防止在安装期间出现转动。

Claims (12)

1.通过螺母(16)将轴承(3)支撑的套筒(15)内燃气轮机轴(14)端部固紧的方法，其特征在于：该螺母(16)可在所述套筒(15)内的一端旋紧，并通过扇形体连接部分(18)使其与另一端的轴相连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：扇形体(18)形成了一种环形开口环。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：螺母(16)为圆柱形，带有一个外槽(162)，槽的深度足以容下缩回状态的扇形体。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：该螺母的面(161)形成了扇形体的轴向制动面，该表面同槽(162)分开的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：当扇形体(18)抵在所述制动表面(161)时，扇形体高度大半置于套筒(15)内表面上的槽(141)内。
6.根据上述权利要求中任何一个权利所述的方法，其特征在于：包括一个螺母护圈(17)。
7.根据上述权利要求中任何一个权利所述的方法，其特征在于：轴(14)和套筒(16)通过轴向花键(153，143)相互导向。
8.根据上述权利要求中任何一个权利所述的方法，其特征在于：轴(14)是双轴燃气轮机高压压气机轴，套筒是锥齿轮(15)，带动附件齿轮箱的传动轴。
9.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于：锥齿轮(15)包括一种可在螺母旋紧期间轴向夹紧轴承的方式。
10.双轴涡轮发动机高压压气机轴在其前轴承内的安装方法，包括轴承的加热，按照关于轴的上述权利要求中任何一个权利所述方法对螺母的安装，然后包括螺母的旋紧。
11.燃气轮机压气机，包括按照上述权利要求1到9中任何一个权利所述方法，对压气机轴进行紧固。
12.燃气轮机，包括按照上述权利要求1到9中任何一个权利所述方法，对压气机进行紧固。
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