CN101410591A - 带可拆卸地设置的发电机单元的喷气发动机 - Google Patents

带可拆卸地设置的发电机单元的喷气发动机 Download PDF

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Abstract

特别是用于飞机的喷气发动机(1)，具有至少一个涡轮轴，在所述涡轮轴上安装至少一个压缩机和一涡轮，其中一壳体特别是沿着喷气发动机(1)的外壳面延伸，此外在至少一个涡轮轴上设置至少一个用来发电的发电机单元(10)，其中发电机单元(10)具有一安装板(11b)及一发电机(12)，发电机单元(10)可拆卸地安装在安装板(11a)上。因此提供一带一发电机单元(10)的喷气发动机(1)，它使得发电机单元(10)可以方便装入喷气发动机(1)内以及从喷气发动机内拆出，以及方便维护。

Description

带可拆卸地设置的发电机单元的喷气发动机
技术领域
本发明涉及一种特别是用于飞机的喷气发动机，具有至少一个涡轮轴，在所述涡轮轴上安装至少一个压缩机和一个涡轮，其中一壳体特别是沿着喷气发动机的外壳面延伸，此外在至少一个涡轮轴上设置至少一个用来发电的发电机单元。
背景技术
这里所关心的类型的喷气发动机具有发电机单元，它们这样设置在其中至少一个涡轮轴上，以便通过连接装置获得转变成电功率的机械功率。这里喷气发动机可以和飞机相结合运行。这里也可以是一固定不动的喷气发动机。这里电功率对于发动机和飞机的不同电气装置的运行是必要的，实际的发展表明，发动机和飞机所需要的电功率由于各种机组不断增加的电气化进一步提高。这些不同的电气部件涉及目前还是机械驱动的器械，例如推进剂泵或液压泵，它们常常通过器械载体，所谓的“齿轮箱”传动，将来可能/应该电力驱动。飞机机舱内需要的电功率也不断加大。
本发明所关注的喷气发动机特别涉及一种风扇发动机，它设计成两轴发动机，风扇是一鼓风机，它预压缩流入发动机的空气，并产生一包围高温废气束的外围气流。还已知一些单轴系统，它们具有放在前端的多轴的压缩机，并在后部区域内具有一单轴或多轴的涡轮。
由US 2002/0122723 A1已知一种这一类型的喷气发动机，它具有一内置在喷气发动机的高压压缩机内的发电机。喷气发动机具有被包裹的压缩器极，其中在包裹外面设置一发电机。该发电机由包括一电磁线圈的定子及一转子组成，转子和发动机轴这样连接，使转子同样进行旋转运动，转子结构在定子内进行旋转运动并在定子线圈内感应一电压。其中转子元件设置在高压压缩机的叶片元件外侧，并径向向外延伸到发电机定子内。
由US 6,378,293 B1已知在喷气发动机内的发电机的另一种结构，这里喷气发动机具有许多轴，它们分别使压缩机与喷气发动机的对应的涡轮连接。这里用来产生电功率(其给电磁轴承供电以及提供用于给飞机供电的部分功率)的发电机设置在远离相应电磁轴承的末端并设计成单独的单元。发电机的驱动单元通过这样的方法做成，即发电机借助于与喷气发动机的低压轴的连接通过低压轴驱动。因此造成这样的缺点，即提高了维护和安装费用，这造成可观的成本。这里流体连接通常必须通过与电缆及流体管路的复杂的连接装置建立并在取出时重新松开。
在按现有技术已知的将发电机单元设置在喷气发动机轴上的结构中出现这样的问题，即发电机的安装位置难以接近，它特别是在安装在高压压缩机区域内时由于受限制的安装条件引起问题。当然在发电机安装在低压轴末端处时安装以及维护和建立发电机与喷气发动机或与飞机相应的流体、机械及电气连接极其困难。因此维护和安装费用显著提高，其中更换发电机证明是非常麻烦的。在安装和拆卸发电机时它首先必须从低压轴上机械脱开，其中必须脱开通常通过复杂的连接装置如电缆和压力管路的电气及流体连接。其中发动机轴和发电机之间的机械连接在大多数情况下包括一机械联轴器，它同样需要复杂的安装和拆卸。
发明内容
因此本发明的目的是，创造一种带发电机单元的喷气发动机，它使发电机单元可以方便地装入喷气发动机内和从喷气发动机内拆除。本发明的目的还在于使得维护费用最小化。
这个目的从具有一发电机单元的按权利要求1前序部分结合其特征部分特征的喷气发动机出发实现。本发明的优良的改进结构在从属权利要求中给出。
本发明包括这样的技术原理，即发电机单元具有一安装板以及一发电机，其中发电机单元可拆卸地安装在发动机一侧的安装板上。
这里本发明从这样的构想出发，即用来发电的发电机单元具有一接口，该接口一方面使发电机单元与构成多功能连接器另外一半的、发动机一侧的安装板牢固联接，另一方面通过直接或间接的(中间传动机构)连接装置使发电机轴与涡轮轴耦合。为此发动机一侧的安装板必须配备一个孔，该孔大于发电机轴。为了具有发动机一侧的安装板的发电机单元方便地安装/拆卸，需要至少一个定心销，该定心销在任何其他元件相互嵌合之前，嵌入两个待连接的单元之间。
发电机单元在压缩机一端在喷气发动机的前部区域内和/或在涡轮一端在喷气发动机的后部区域内安装在涡轮轴上，在本发明的范围内两种可能性都可以考虑，其中当然也可以在两个安装位置上分别设置一个发电机。在前侧设置的压缩机侧上发电机单元可以安装在所谓的前锥体(nose cone)和入口导向格栅内，其中在后面的涡轮侧的安装位置可以设置在所谓的出口锥体(exit cone)和出口导向格栅内。对此决定性的是相应的位置和安装条件，其中安装在压缩机侧提供这样的优点，即这一侧温度较低。
但是驱动装置的机械连接也可以使另一个涡轮轴与发电机连接，其中它可以附加地包括一传动级。在安装发电机时发动机一侧的安装板一次性地固定安装在喷气发动机的入口和/或出口导向格栅内，并在一多功能连接器内建立电气、流体和机械连接。多功能连接器在发电机一侧的一半包含镜像对称的同样的功能件，因此在已安装的发电机的连接状态下电流以及流体流可以无阻碍地流动。发电机上的连接装置半部既可以是其一体的法兰形组成部分，也可以是装在它上面的单独的构件。这里连接接头描述在多功能连接器的两半中存在的电气插接模块和自动闭锁的流体连接装置，它们分别位于相应的一半内，其中在背面引出相应的管路进行连接。
现在如果在发电机单元内拆卸发电机或换成另一台发电机，那么只须将发电机从安装板上拆下，其中相应连接接头可以简单构成，不需要复杂的安装和拆卸。因此可以造成方便得多的维护，因为发电机可以做成模块式，并且为了维护可以仅仅通过方便地拆下发电机一侧的安装板而取出。
为了能够在发动机一侧的连接板和发动机内的不旋转区域之间实现电线及流体管路，规定将安装板设置在喷气发动机的一定子上，其中定子包括空心筋，电线及流体管路可以穿过空心筋。特别是对热量敏感的电线可以有利地穿过定子元件的筋状结构的空腔(如果需要的话带附加的隔热元件)，其中连接板在发动机内的机械安装可通过铺放在定子空腔内的机械连接装置实现。
流体连接接头有利地做成自动闭锁的，使得它们在脱开时防止流体流出。由此可以确保无丢失和清洁的拆卸，以便特别是在受限制的空间条件的背景下通过相应地设计的连接元件确保连接的自动闭锁。如果连接元件分别连接，便可以自由的流体流动，其中在拆卸连接接头时不仅在安装板侧还是在发电机侧一阀状的闭锁装置既防止相应的流体流出，又防止污物进入管路。这里流体可以主要包括冷却液，以便将发电机连接在一冷却回路上。电气连接可以包括插塞连接装置，使它们同样不需要单独分开和重新连接。
本发明另一种优良的实施形式设想，连接接头具有由O型圈构成的密封件。从而提供一种密封方案，其中在相应地设计插塞连接接头的情况下也可以采用其它的密封装置。
连接接头有利地具有可分离的强电流触点，以便建立发电机和发动机或飞机之间的电连接。强电流触点的电流承载能力可达到500A，这里电触点接通的特点特别是高的安全性。
除强电接头外，连接接头还具有用来控制发电机的控制触点和/或用来控制/反馈发电机参数的总线触点。因此电气接头总体上还包括信号连接装置，它们通过单独的连接元件铺设在连接板和发电机之间。
作为特别是用来造成高的灵活性的特别优良的结构方案建议，安装板的安装接口模块化设计，以便可以组装不同结构类型的发电机，这里发电机同样设计成发电机模块，它们分别具有相同的接口，以便安装或支承在一标准的安装板上。这里不同结构类型的发电机包括同步、异步或磁阻结构形式，它们对于在此涉及的发电机特别适合。
改善本发明的另一个措施设想，涡轮轴和发电机轴之间的驱动接头包括一花键连接(Vielzahnverbindung)。其中发电机轴做成空心轴并且穿过连接板中的一个孔。发电机轴可以与涡轮轴的轴端耦合，其中涡轮轴支承在涡轮定子内。两个轴的耦合的轴向固定通过发电机法兰在发动机一侧的连接板上的连接实现。
轴连接例如可以包括一弧形结构的花键轴，从而使涡轮轴既可以实现轴向的运动，也可以实现小的径向运动。因此在发电机单元装入发动机一侧的安装板或拆卸时可以不用额外的附助工具方便地插入或拉出。
为了造成整个发电机单元有利的安装，建议发电机的安装空间由一圆柱形的空腔构成，该空腔只比安装板的外直径略微大一些。因此形成一杯状的空心圆柱体，它具有安装板，使得发电机安装在空心圆柱体内部，由此创造一种壳体，以保护发电机特别是免受喷气发动机高温废气束的影响。为此可以考虑，构成安装空间的圆柱形空腔具高温隔离装置，以防止发电机单元受到后部空气出口区内高温的损害，因此设置的高温隔离装置包围发电机，这里所用的材料最好是不可燃的或非常难点燃。
附图说明
改进本发明的其他措施在从属权利要求中给出，或者在下面借助于附图与对本发明一个优选实施例的说明一起详细表示。附图表示：
图1  一具有一安装板和一装在安装板上的发电机的发电机单元的侧视图；
图2  一带一发电机的喷气发动机在装配状态的透视图；
图3  一带一发电机单元的喷气发动机的透视图，其中发电机与发动机一侧的安装板分开表示；
图4  装在发动机一侧的安装板上的发电机单元的示意图，其中在交接处的连接管路通过多功能连接器表示；
图5  在图4的V-V剖分面内的多功能连接器的示意图。
具体实施方式
附图仅仅涉及本发明举例性的技术方案。
图1中以未剖开的外视图表示发电机单元10(由11b和12)组成。示意图在左端包括多功能连接器17在发动机一侧的安装板11a且在右端包括多功能连接器17在发电机一侧的安装板11b。两个安装板设计成圆形，并包括在这里看不到的电气插接模块和自动闭锁的流体的连接器半体。在多功能连接器右端设置做成圆柱形的发电机12，该发电机在中心线19上同心地过渡到多功能连接器17在发电机一侧的一半，在发电机12和安装板11b之间存在连接管线13a、13b、13c和13d，它们包括输电线、用于传感器的信号线、总线以及流体管路，所述流体管路例如引导用来冷却发电机12的冷却液。上述管线通过多功能连接器相互连接，以便在发动机一侧的安装板11a的背面通过定子的空心筋穿过发动机向外引出(未示出)。发电机轴14穿过一在多功能连接器17中的、与中心线19同心的孔与发动机轴连接。
在图2和图3中以透视图表示按本发明的喷气发动机。喷气发动机1包括一在前面的空气入口区15及一后面的空气出口区16。喷气发动机1壳体的直径在前部的空气入口区15范围内做得较大，因为风扇内置在这里。在后部空气出口区16内发动机具有较小的直径，其中后部的空气出口区16在内侧提供安装空间，按照本实施例的发电机单元安装在该安装空间内。在图2中表示在安装状态的发电机单元10，而在图3中以透视图表示在喷气发动机1后部空气出口区16内实际的安装位置之前的发电机单元10。由此在图3中可以看到在发动机一侧的安装板11 a，它们包括流体连接器20和20a，模块化的传感器导线插头21以及模块化的馈给电流插头22。此外可以看到设置在涡轮轴18对面的发电机轴14，该发电机轴14借助于联轴器或其他轴连接装置连接在涡轮轴18上。
图4示意表示发电机单元10(12和11b)在安装在发动机一侧的安装板11a上的连接。在用阴影线表示的安装板11a和发电机12的法兰形的连接部位11b之间的剖分平面内形成自己的连接元件，连接管线13a、13b和13c通过它们连接。连接管线既涉及电线如信号线、总线和输电导线，也涉及用来导引冷却液的流体管路。
在图5的示意图中表示多功能连接器一半的俯视图，它包括流体连接装置20和20a，它们构成在发动机和发电机之间的冷却液的输入和回流。此外设置一用于发电机信号连接接头的模块化的传感器线插头和总线21以及一模块化的馈给电流插头22，它传输给发动机或飞机的馈给电流。多功能连接器在发电机法兰11b和在连接板11a内分别做成镜像对称的，使得模块化的连接插头21和22及流体连接装置20和20a嵌接入相应的对应插头或对应连接装置内。
本发明在其结构方面不局限于上面提供的优选实施例。而是可以考虑很多方案，它们也可以用在原则上做得与所示方案不同的结构中。

Claims (12)

1.特别是用于飞机的喷气发动机(1)，具有至少一个涡轮轴，在所述涡轮轴上安装至少一个压缩机和一涡轮，其中一壳体特别是沿着喷气发动机(1)的外壳面延伸，此外在至少一个涡轮轴上设置至少一个用来发电的发电机单元(10)，
其特征为：发电机单元(10)具有一安装板(11b)及一发电机(12)，其中发电机单元(10)可拆卸地安装在发动机一侧的安装板(11a)上。
2.按权利要求1的喷气发动机(1)，其特征为：发电机单元(10)在喷气发动机(1)前部区域内在压缩机侧和/或在喷气发动机(1)后部区域内在涡轮侧设置在压缩机轴/涡轮轴上。
3.按权利要求1或2的喷气发动机(1)，
其特征为：安装板(11a)设置在喷气发动机(1)的一定子上，其中该定子包括空心筋，电线和/或流体管路可以穿过所述空心筋。
4.按权利要求1至3之任一项的喷气发动机(1)，其特征为：安装板(11a)具有用于可拆卸地耦合发电机单元(10)的连接接头(13)，其中它包括至少一个机械支座、一驱动接头及电接头和/或流体接头。
5.按权利要求4的喷气发动机(1)，
其特征为：至少流体连接接头(13，终止于20和20a中)构成为自动闭锁的，以便在分离时防止流体流出或管路污染。
6.按上述权利要求之任一项的喷气发动机(1)，
其特征为：连接接头(13)具有由O型圈构成的密封件。
7.按上述权利要求之任一项的喷气发动机(1)，其特征为：连接接头(13，终止于22内)具有可分离的强电流触点，以建立发电机(12)与发动机或飞机的电连接。
8.按上述权利要求之任一项的喷气发动机(1)，其特征为：连接接头(13，终止于21内)具有用来控制发电机(12)的控制触点和/或用来控制/反馈发电机参数的总线系统触点。
9.按上述权利要求之任一项的喷气发动机(1)，其特征为：安装板(11a)的安装接口做成模块化/可扩展的，以便能组装不同类型的发电机(12)。
10.按上述权利要求之任一项的喷气发动机(1)，其特征为：发动机一侧的驱动轴(18)和发电机轴(14)之间的驱动接头包括一弧形的花键连接。
11.按上述权利要求之任一项的喷气发动机(1)，其特征为：发动机(12)的安装空间由一圆柱形的空腔构成，该空腔仅仅稍大于安装板(11a)的外直径。
12.按权利要求11的喷气发动机(1)，
其特征为：构成安装空间的圆柱形的空腔具有高温隔离装置，以防止发电机单元受后部的空气出口区(16)内高温废气的损害。
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