CN101235730A - 一种带有安装在齿轮箱上的起动器的燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气涡轮发动机，包括与发动机轴机械连接的辅助齿轮箱箱体(12)，带动安装在箱体上的辅助机器和空气起动器(10，10’)，起动器和齿轮箱箱体壳体是相通的，这样，起动器的润滑油就从辅助齿轮箱箱体分散润滑。发动机的特征在于：起动器(10，10’)的油密封通过空气源得到增压，不依赖于辅助齿轮箱箱体。增压密封空气可以很方便地从发动机轴承的增压密封壳体上获得。

Description

一种带有安装在齿轮箱上的起动器的燃气涡轮发动机

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别涉及涡轮喷气发动机。而且本发明特别涉及安装在动力传动齿轮箱上的空气起动器。

背景技术

涡轮喷气发动机包括一个固定到外机壳上的箱体，其中布置了多个小齿轮，与发动机轴机械连接，从而带动发动机轴转动。然而，这些小齿轮又与辅助发动机的设备相连接，诸如泵或向发动机供电的电气发电机。更具体的说，这种箱体支持着起动器，例如，特别是在地面起动时，可以机械带动发动机轴转动，属于多体发动机中高压转子部分。箱体通常是指AGB，即“辅助齿轮箱”的缩写词。起动器壳体内的旋转部件的润滑通常都是由来自辅助齿轮箱箱体的油来进行。图1为起动器润滑方式示意图，诸如某些涡轮喷气发动机上所实施的那样。起动器1安装在辅助齿轮箱箱体2上。机壳壁4和辅助齿轮箱箱体2的壁之间布置了一个形成凹槽的界面3。起动器轴5以及其小齿轮组件都通过轴承6支撑在起动器壳体内。在图1的左侧，且图中未示，轴5与空气涡轮相连接，用于在发动机起动时带动空气涡轮。涡轮密封件5A提供了轴5的密封性，在此处是横跨过机体的。

起动器的旋转部件的润滑油是从箱体2提供给起动器和辅助齿轮箱箱体之间的界面3内的储油器7内，后者是与起动器形成一个整体。所述储油器7与位于起动器壳体上的壁4上的一个孔口8相通，被起动器壳体所包围。所述孔口由一个筛滤网保护，防止小碎片进入起动器凹槽内。起动器储油器的下部内收集的油通过喷射、泵浦或其它任何装置(图中未示)来在起动器旋转部件内循环。起动器围壳和箱体2的围壳之间没有滑油循环。界面3的储油器7的溢流7’就规定了油位。就起动器和辅助齿轮箱来讲，所述两个围壳之间的压力平衡是通过壁4的上部内布置的孔口8’来提供的。通过这种连通容器的原理，起动器油位的监控与发动机油路的实时监测相关联。因而，可以防止来自起动器的润滑油对起动器造成堵塞和对发动机产生污染的风险。

由于种种原因，起动器围壳内的油会不经意间向外泄漏。空气涡轮轴和起动器壳体之间的密封件5a可能会损坏，例如，由于油塞可能失去密封作用或甚至壳体可能出现裂缝。如果出现这种情况，辅助齿轮箱箱体经过滤器向起动器提供的润滑油的泄漏仍微不足道。然而，由于围壳内存在的压力要高于大气压力，来自辅助齿轮箱箱体的带有油雾的空气就会向外排挤。那么，这种情况被看作是发动机润滑油泄漏，此信息并会指示给飞行员。这种泄漏会造成发动机润滑油管路无油，结果，在飞行期间发动机会出现停车(IFSD)。

美国6,681,579号专利披露的一种方法涉及到制止辅助齿轮箱箱体和起动器围壳之间的滑油流动。在起动器和箱体之间形成界面区域的一侧，起动器上安装了密封扳，从而可以在起动器围壳内的压力下降时能够隔断起动器围壳。在正常工作期间，阀门始终处于打开状态，确保压力平衡。如果压力下降，所述阀门自动关闭。

发明内容

本发明的一个目的是通过与已有技术方法不同的手段来使得推进装置能承受经由起动器出现的漏油情况。

根据本发明，燃气涡轮发动机一包括与发动机轴机械连接的齿轮箱箱体用来驱动辅助机械和安装在箱体上辅助机械和空气涡轮起动器，起动器和箱体围壳彼此相通，从而使得起动器润滑油能够从辅助齿轮箱箱体分布一的特征在于，起动器油外壳通过空气源得到加压，不依赖于辅助齿轮箱箱体。

根据本发明的解决方案，在起动器层面上出现的含有油或油雾的空气的泄漏是不可能用来自齿轮箱箱体的含油空气来补充的。这样，发动机润滑油管路排空的风险就可能降低。

此外，通过迫使来自辅助齿轮箱的含油空气循环回到室内压力状态，这样，推进装置就更能承受经由起动器出现的漏油情况。未含油空气增压的目的是形成一种屏障，防止起动器外壳可能出现的任何漏油情况。

根据第一实施方案，增压空气流入起动器壳体和箱体围壳之间的界面区域。这样，增压空气形成一种对可能从齿轮箱箱体循环的空气的屏障。只要这种增压空气本身没有含油雾，那么，泄漏将主要是空气，结果这种油将不会被所述泄漏空气带动。

根据另一个实施方案，即轴双密封件，带有内部密封件和外部密封件，都布置在空气涡轮一侧的起动器内，增压空气在两个密封件之间流通。根据这个实施方案，增压空气在起动器围壳内的内密封件上泄漏，在选择流入起动器和箱体围壳之间的界面区域前，空气从该密封件扫过。

空气回路优选布置在起动器和箱体之间，其压力要低于增压空气供气压力。这种布置可以很方便地与油分离器连接，这种油分离器可以收集随空气流一起带动的形成油雾的油。

根据最佳实施方案，增压空气来自其中一个涡轮喷气式发动机轴承的外部增压外壳。只要齿轮箱箱体位于朝向发动机前部，那么这是涡轮喷气发动机轴的第一或第二支撑轴承。在这种情况下，空气回路优选提供给涡轮喷气发动机轴承的内部壳体。

下面参照附图，介绍本发明的两个非限制性的实施方案，附图如下：

附图说明

图1为起动器安装在辅助齿轮箱时涡轮喷气发动机空气起动器的润滑方式示意图；

图2为根据本发明安装在辅助齿轮箱箱体上的空气起动器润滑油壳体的增压管路示意图；

图3为另一个增压实施方案。

具体实施方式

现在参看图2，图2为根据本发明第一实施方案的典型布置示意图。

起动器10包括一个用于为起动器10的旋转部件提供润滑油的密闭壳体11，代表性的部件有通过轴承16转动式安装在壳体11内的旋转组件或轴15。人们应该能够明白的是，与这个旋转组件相连接的有配套的小齿轮、减速齿轮、保险丝和其它构成起动器的部件。由于本发明并不针对起动器的结构，所以就不再进一步详述起动器结构的情况。这种旋转组件15连接到一个空气涡轮的一侧，图中未示。在涡轮喷气发动机启动时，涡轮带动旋转组件15转动。涡轮密封装置15a提供了旋转组件15和机壳11之间的密封。  另一方面，穿过机壳的壁14的旋转组件连同密封件15b与小齿轮121相啮合，后者形成了齿轮箱12的齿轮的整体部分。如上所述，辅助齿轮箱或箱体12通过相应的传动轴与涡轮喷气发动机的轴机械连接。涡轮喷气发动机可为双轴或三轴或一体式，最常见的是发动机的高压轴。箱体一般安装在涡轮喷气发动机的所谓中间壳体上，而传动轴是径向的，且在中间机壳的一个臂内越过气体流。同样，辅助齿轮箱箱体也是为人们所熟知，为此，这里就不再详细介绍了。

起动器10的机壳11和辅助齿轮箱的箱体12之间布置着一个界面凹槽13。在起动器机壳的壁14和小齿轮121端部周围的壁或插入部分之间从而就形成了所述凹槽。在壁122和壁124之间布置着至少一个凹槽123，由小齿轮121形成的旋转构件横架在这两个壁之间。在小齿轮121和壁122及124之间，设有两个密封件12a和12b。

如上所述，起动器外壳的润滑油是由辅助齿轮箱箱体12的外壳提供的。这种油集中在机壳11的底部，在此处，通过泵或外壳内的任何其它方式进行分配润滑并通过开口18或壁14内的任何其它方式与界面凹槽13内的储油器17相通。润滑油经由溢流口17’流入界面凹槽13，从此处，润滑油经过辅助齿轮箱箱体进行循环。起动器外壳和界面凹槽13之间还有另一个通道18’。

本发明所提出的系统应用轴承20壳体的压力。在涡轮喷气发动机中，轴是通过轴承支撑在起动器结构内。这些轴承都得到润滑，并密封在一个双密封外壳内，用来将滑油循环引向被收集的区域，此外，含油空气也得到相应地油分离。这种装置同样被人们所熟知；本发明利用这些装置来对起动器外壳进行增压密封，同时也利用它们收集泄漏的润滑油。

附图示出了外壳20的情况。发动机的轴30是由可通过喷嘴33来收集润滑油的轴承系统32来支撑的。轴和轴承都被密封在一个双外壳20内，即内壳体20_内和外壳体20_外。内壳体20_内的封套22在轴承32的两侧使用迷宫密封件22a和22b来实现与轴30的密封。而外壳体20_外的的封套21则将内壳体21_内给围起来，同样分别通过迷宫密封件21a和21b来实现密封。

为了防止内壳体20_内出现漏油，外壳体20_外提供有增压空气，压力P1稍大于内壳体20_内的压力P2。这样，通过密封件22a和22b就可以从外壳体20_外到内壳体20_内形成空气循环。润滑油就可以回收到油回收区22c。内壳体20_内的含油空气，在经由通道31被喷到发动机背部之前，在油气分离器内得到处理，图中未示。

本发明还有利的利用了压力为P1的气源，用于起动器外壳的增压密封。在图2所给的典型实施方案中，导管40将外壳体20_外与起动器10的外壳相连接，此处，导管向界面凹槽打开。因为界面凹槽13和起动器外壳之间已有的沟通连接，起动器外壳实际上在凹槽13内的压力是P’1。压力P’1是由导管40内提供的校准开口41来确定的。

可以考虑使用一个空气返回导管43，接向双壳体20的外壳体20_内。返回导管43可以设置在辅助齿轮箱箱体12的壁124上，在内部与构成壁122的界面13相对应。

在无重大意外使用中，起动器外壳10是用来自外壳体20_外的空气增压密封的，不依赖于辅助齿轮箱箱体12的外壳，后者本身也提供有增压空气密封。增压空气压力可以是相当的。起动器内存在的压力也可以大于箱体12内的压力。

空气在壁121和壁124之间的界面凹槽中循环，然后被导向内壳体20_内。如果起动器壳体内出现泄漏，压力就会下降，空气就会从界面凹槽13循环到起动器壳体。这种空气中的含油雾量要小于辅助齿轮箱的空气。这样，与通过辅助齿轮箱12壳体进行密封的情况相比，漏油情况就会低。这样的解决方案也可以利用油分离器和轴承的润滑系统来回放随导管43流动的润滑油。

增压空气源可以是任何一个轴承的增压密封外壳。更具体的说，通过任何气源或甚至气体源都可以提供增压密封，只要能够提供所要求的压力值。

在图3中，示出了另一个实施方案，其中，增压密封空气不流入起动器和齿轮箱箱体之间的界面形成凹槽，而相反，流入到旋转装置相对一端的增压密封壳体中。

关于参考符号，起动器的相同部件使用相同的原有编号。起动器10’在两个密封件15a1和15a2之间使用了一个密封双外壳15a’。两个密封件都是这样布置的，外壳15a’的增压空气向起动器壳体10’的方向泄漏。关于密封件，优选碳密封件作为外密封件15a1，优选迷宫密封件作为内密封件15a2。这种壳体15a’通过一个导管41’与轴承的增压密封双壳体的外壳体21相通。导管43’与界面凹槽13相连接，从而形成空气返回到内壳体22。

Claims (7)

1.一种燃气涡轮发动机，包括与发动机轴机械连接的辅助齿轮箱箱体(12)，带动安装在箱体上的辅助机器和空气起动器(10，10’)，起动器和齿轮箱箱体壳体是相通的，这样，起动器的润滑油就从辅助齿轮箱箱体分布润滑，其特征在于：起动器(10，10’)的油密封通过空气源得到增压，但不依赖于辅助齿轮箱箱体。

2.一种根据前面权利要求所述的发动机，其特征在于：增压空气流入起动器(10，10’)机壳(11，11’)和箱体(12)机壳之间的界面区域(13，13’)。

3.一种根据权利要求1所述的发动机，其特征在于：起动器(10’)的旋转组件(15’)的双密封件(15a’)布置在空气涡轮一侧，增压密封空气在形成双密封(15a’)的两个密封件(15a1，15a2)之间流动。

4.一种根据权利要求2或3所述的发动机，其特征在于：在起动器和齿轮箱箱体之间布置了空气回路(43，43’)，其空气压力要低于增压空气供气压力。

5.一种根据前面权利要求所述的发动机，其特征在于：空气返回时被送到油分离器。

6.一种根据前面任一项权利要求所述的发动机，其特征在于：增压密封空气是来自于其中一个涡轮喷气发动机轴承的外增压壳体(20_外)。

7.一种根据权利要求5所述的发动机，包括一个空气回路，返回到其中一个涡轮喷气发动机轴承的内壳体(20_内)。

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