CN103184904A

CN103184904A - 气轮机润滑

Info

Publication number: CN103184904A
Application number: CN2012105823472A
Authority: CN
Inventors: M.E.麦克库恩; L.E.波特洛克; F.M.施瓦斯
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: ES2695074T3; EP2610464B1; EP2610464A2; EP3456940B1; EP3456940A1; EP2610464A3; CN103184904B; EP3456940B8; EP3779146A1

Abstract

本发明涉及气轮机润滑。涡轮机包括风扇轴和安装到该风扇轴上的至少一个锥形轴承。所述风扇轴包括与所述至少一个锥形轴承相邻的至少一个径向延伸通道。风扇被安装用于在所述锥形轴承上旋转。周转轮系被联接以驱动所述风扇。所述周转轮系包括支承星形齿轮的齿轮架以及围绕所述星形齿轮并且与所述星形齿轮啮合的环形齿轮，所述星形齿轮与中心齿轮啮合。所述星形齿轮中的每个被支承在对应轴颈轴承上。所述周转轮系限定大于或等于大约2.3的齿轮减速比。

Description

气轮机润滑

技术领域

本发明涉及用于气轮机的周转轮系中的环形齿轮。

背景技术

气轮机通常采用周转轮系，该周转轮系连接到发动机的涡轮机部，所述涡轮机部用于驱动涡轮风扇。在典型周转轮系中，中心齿轮通过压缩机轴接收来自涡轮机轴的旋转输入。齿轮架支承中间齿轮，所述中间齿轮围绕中心齿轮并且与中心齿轮啮合。环形齿轮围绕中间齿轮并且与中间齿轮啮合。在齿轮架被固定而不旋转的布置中，中间齿轮被称为“星形”齿轮，并且环形齿轮被联接到输出轴，该输出轴支承涡轮风扇。

通常，环形齿轮使用花键环被连接到涡轮风扇轴。该花键环使用周向布置的螺栓被紧固到涡轮风扇轴的凸缘。花键环包括与凸缘相对的花键，所述凸缘支承环形齿轮的带花键外周面。环形齿轮通常包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分设置有朝向相反方向的齿，这些齿与星形齿轮的互补相对面向的齿啮合。

周转轮系必须承受该系统内的齿轮之间的负载。结果是，环形齿轮和花键环之间的花键连接在高负载和偏转下经受磨损。由于该花键连接需要径向间隙，因此难以达到涡轮风扇组件的可重复平衡。由于花键磨损，平衡也会随时间而恶化。

发明内容

根据示例性实施方式的所公开示例性涡轮机包括风扇轴以及安装在风扇轴上的至少一个锥形轴承。所述风扇轴包括与所述至少一个锥形轴承相邻的至少一个径向延伸通道以及被安装用于在所述锥形轴承上旋转的风扇。周转轮系被联接以驱动所述风扇，并且包括支承星形齿轮的齿轮架以及围绕所述星形齿轮并且与所述星形齿轮啮合的环形齿轮，所述星形齿轮与中心齿轮啮合，所述星形齿轮中的每个被支承在对应轴颈轴承上。所述周转轮系限定大于或等于大约2.3的齿轮减速比。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述风扇轴被联接到所述环形齿轮。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述至少一个锥形轴承包括第一锥形轴承，并且所述至少一个径向延伸通道包括第一通道和第二通道。所述第一通道定位在所述第一锥形轴承的轴向后侧，并且所述第二通道定位在所述第一锥形轴承的轴向前侧。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述风扇轴在径向内表面上包括至少一个井，所述至少一个井在轴向侧和径向侧之间延伸，并且所述至少一个通道在所述径向侧处开通。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述风扇轴在径向内表面上包括多个井，这些井中的每个都在轴向侧壁和径向侧壁之间延伸，并且所述至少一个通道包括多个通道，这些通道在所述多个井的径向侧壁的对应一个处开通。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述多个井中的两个井轴向相邻，使得这两个井共用公共轴向侧壁。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述轴向侧壁逐渐地倾斜。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述周转轮系具有大于或等于2.3的齿轮减速比。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述周转轮系具有大于或等于大约2.5的齿轮减速比。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述周转轮系具有大于或等于2.5的齿轮减速比。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述风扇限定关于旁通气流和核心气流大于大约十（10）的涵道比。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述风扇限定关于旁通气流和核心气流大于大约10.5：1的涵道比。

在前述涡轮机的又一实施方式中，所述风扇具有小于大约1.45的压力比。

虽然不同的示例在图中示出具有特定部件，但是本发明的实施方式不局限于这些具体组合。可能使用来自这些示例中的一个示例的一些部件或特征结合另一示例的特征或部件。

本文所公开的这些以及其他特征通过下述说明书和附图能够被最佳地理解，下述是简要说明。

附图说明

图1是描述涡轮风扇、周转轮系以及压缩机部的气轮机的前部的局部截面图。

图2是如图1所示的周转轮系的放大截面图。

图3是与如图2所示的布置类似的示例性环形齿轮的放大截面图。

图4是沿面向图3的环形齿轮的齿的方向观看的如图3所示的环形齿轮的视图。

具体实施方式

气轮机10的一部分在图1中被示意性地示出。涡轮机10包括固定壳体12，该固定壳体由固定到彼此的众多部件构造成。压缩机部14由涡轮机轴25绕轴线A驱动，所述压缩机部具有带有叶片的压缩机轮毂16。涡轮风扇18被支承在涡轮风扇轴20上，该涡轮风扇轴由压缩机轴24驱动，该压缩机轴通过周转轮系22来支承压缩机轮毂16。

在所示的示例性布置中，周转轮系22是星形齿轮系。参考图2，周转轮系22包括中心齿轮30，该中心齿轮被连接到压缩机轴24，所述压缩机轴通过花键连接来提供旋转输入。齿轮架26由扭矩框架28使用本领域公知的指形物（未示出）固定到壳体12。齿轮架26使用轴颈轴承34来支承星形齿轮32，所述星形齿轮借助中心齿轮30和星形齿轮32的齿之间的啮合界面而联接到中心齿轮30。多个星形齿轮32绕中心齿轮30周向设置。保持件36将轴颈轴承34保持到齿轮架26上。环形齿轮38围绕齿轮架26并且通过啮合界面而联接到星形齿轮32。提供旋转输出的环形齿轮38借助周向设置的紧固元件被固定到涡轮风扇轴20，如将在下文更详细地描述的。

如图所示，风扇轴20被联接到周转轮系22的环形齿轮38，并且风扇18被安装用于在风扇轴20上旋转。风扇18被支承在至少一个锥形滚柱轴承80（图1）上。如图所示，所述至少一个锥形滚柱轴承80包括锥形座圈，使得被支承在座圈上的滚柱的旋转轴线相对于发动机10的轴线A横向成角度。

在该示例中，存在第一锥形滚柱轴承80a以及轴向隔开的第二锥形滚柱轴承80b。风扇轴20包括至少一个径向延伸的通道82，该通道邻近于所述至少一个锥形轴承80并且与所述至少一个锥形轴承连通。在一个示例中，所述至少一个径向延伸的通道82包括第一通道82a和第二通道82b。第一通道82a定位在第一锥形轴承80a的轴向后侧，并且第二通道82b定位在第一锥形轴承80a的轴向前侧，以向该第一锥形轴承80a提供润滑剂。也就是说，润滑剂被提供到风扇轴20的径向内部，以润滑并冷却第一锥形轴承80a。要理解的是，第二锥形轴承80b关于通过风扇轴20的附加径向延伸的通道被类似地设置。

如图1所示，风扇轴20在径向内表面上包括至少一个井84，所述至少一个井在轴向侧壁84a/84b和径向壁86之间延伸。该至少一个通道82在径向侧86上开通。在该示例中，存在两个井，这两个井分别供给第一通道82a和第二通道82b。这两个井轴向邻近，使得这两个井共用公共轴向侧壁84b。轴向侧壁84a/84b逐渐倾斜以使得润滑剂通过漏斗到径向壁86且因此例如进入到对应通道82a或82b中。

在一个公开的非限制性实施方式中，发动机10具有大于大约六（6）至十（10）的涵道比，周转轮系22是具有大于大约2.3或大于大约2.5的齿轮减速比的行星齿轮系统或其他齿轮系统，并且发动机10的低压涡轮具有大于大约5的压力比。在一个公开的实施方式中，发动机10的涵道比大于大约十（10：1）或大于大约10.5：1，涡轮风扇18的直径显著大于压缩机部14的低压压缩机的直径，并且低压涡轮具有大于大约5：1的压力比。在一个示例中，周转轮系22具有大于大约2.3：1或大于大约2.5：1的齿轮减速比。然而，应当理解的是，上述参数仅是带齿轮架构的发动机的一个实施方式的示例，并且本发明能够应用于包括直驱式涡轮风扇的其他气轮机。

由于高涵道比，旁通流B提供显著量的推力。发动机10的风扇18被设计用于特定飞行条件，即通常在大约0.8M和大约35000英尺下的巡航。0.8M和35000英尺的飞行条件，发动机处于其最佳燃料消耗（也被称为“巡航最低点（bucket cruise TSFC）”），是被燃烧燃料的磅质量（1bm）除以发动机在该最小点处产生的推力的磅力（lbf）的工业标准参数。“低风扇压力比”是仅在风扇叶片上的压力比。根据一个非限制性实施方式在本文公开的低风扇压力比小于大约1.45。“低校正风扇末端速度”是实际风扇末端速度（单位：英尺/秒）除以[((T_{环境（ambient）}deg R) / 518.7)^0.5]的工业标准温度校正值。根据一个非限制性实施方式在本文公开的“低校正风扇末端速度（fan tip speed）”小于大约1150英尺/秒。

现参考图3和图4，环形齿轮38是具有第一部分40和第二部分42的两件式结构。第一部分40和第二部分42在径向界面45处彼此抵接。槽41将位于第一部分40和第二部分42中的每个上的相对带角度齿43（在图4中最佳地示出）分开。齿43的布置迫使第一部分40和第二部分42在径向界面45处朝向彼此。第一部分40和第二部分42的背侧包括大致S形外周面47，所述外周面连同厚度的变化一起提供结构刚度以及抵抗翻转力矩的能力。第一部分40和第二部分42具有第一厚度T1，该第一厚度T1小于从第一厚度T1轴向向内设置的第二厚度T2。第一部分40和第二部分42包括形成内部环形腔46的面对凹槽44。

第一部分40和第二部分42包括径向向外远离齿43延伸的凸缘51。涡轮风扇轴20包括径向向外延伸的凸缘70，该凸缘70由周向设置的螺栓52和螺母54固定到凸缘51，所述螺栓和螺母将涡轮风扇轴20和环形齿轮38相对于彼此轴向约束并且附接。因此免除了花键环，这还减少了从源自花键的尖锐边缘和表面区域的风阻和搅动产生的热量。涡轮风扇轴20和环形齿轮38能够彼此旋转地平衡，这是因为免除了由使用花键导致的径向运动。挡油板68也被固定到凸缘51、70并且与该组件平衡。

密封件56具有被固定到凸缘51、70上的刀刃58。第一部分40和第二部分42在径向界面45处具有槽道48，形成孔50，所述孔50将油通过环形齿轮38驱动到沟槽60，该沟槽借助紧固件61（图2）被固定到齿轮架26。通过避免由于存在花键而产生的轴向流路变化，由槽道48提供的直接径向流路减少了风阻和搅动。也就是说，油必须径向流动并且然后轴向流动，以通过花键界面离开。沟槽60由软质材料（例如，铝）构造成，使得在由钢构造成的刀刃58在它们干涉时能够切入到铝中。参考图3，密封件56还包括返油通道62，该返油通道由密封件56中的第一和第二槽64提供，并且允许在环形齿轮38的任一侧上的油排入到沟槽60中。在如图2所示的示例中，相反地，第一和第二槽64、66分别被设置在凸缘70和挡油板68中。

虽然已经公开了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员将认识到的是，一些修改会落入本发明的范围内。鉴于此，应当研究下述权利要求书以确定本发明的真实范围和内容。

Claims

1.一种涡轮机，所述涡轮机包括：

风扇轴；

至少一个锥形轴承，所述至少一个锥形轴承被安装在所述风扇轴上，所述风扇轴包括与所述至少一个锥形轴承相邻的至少一个径向延伸通道；

风扇，所述风扇被安装用于在所述锥形轴承上旋转；以及

周转轮系，所述周转轮系被联接以驱动所述风扇，所述周转轮系包括支承星形齿轮的齿轮架以及围绕所述星形齿轮并且与所述星形齿轮啮合的环形齿轮，所述星形齿轮与中心齿轮啮合，所述星形齿轮中的每个被支承在对应轴颈轴承上，其中，所述周转轮系限定大于或等于大约2.3的齿轮减速比。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述风扇轴被联接到所述环形齿轮。

3.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述至少一个锥形轴承包括第一锥形轴承，并且所述至少一个径向延伸通道包括第一通道和第二通道，所述第一通道定位在所述第一锥形轴承的轴向前侧，并且所述第二通道定位在所述第一锥形轴承的轴向后侧。

4.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述风扇轴在径向内表面上包括至少一个井，所述至少一个井在轴向侧和径向侧之间延伸，并且所述至少一个通道在所述径向侧处开通。

5.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述风扇轴在径向内表面上包括多个井，这些井中的每个都在轴向侧壁和径向侧壁之间延伸，并且所述至少一个通道包括多个通道，这些通道都在所述多个井的径向侧壁的对应一个处开通。

6.根据权利要求5所述的涡轮机，其中，所述多个井中的两个井轴向相邻，使得这两个井共用公共轴向侧壁。

7.根据权利要求5所述的涡轮机，其中，所述轴向侧壁逐渐地倾斜。

8.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述周转轮系具有大于或等于2.3的齿轮减速比。

9.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述周转轮系具有大于或等于大约2.5的齿轮减速比。

10.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述周转轮系具有大于或等于2.5的齿轮减速比。

11.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述风扇限定关于旁通气流和核心气流大于大约十（10）的涵道比。

12.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述风扇限定关于旁通气流和核心气流大于大约十（10）的涵道比。

13.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述风扇限定关于旁通气流和核心气流大于大约10.5：1的涵道比。

14.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述风扇具有小于大约1.45的压力比。