CN103717844B - 涡轮发动机驱动轴装置、涡轮发动机及航空器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叶轮装置，带有穿过其的径向驱动轴（37，49），包括径向臂（112），径向臂之一包括轴，以及固定叶片，后者与壳体（114）和护罩（111）单独制造，然后装配到其上。围绕轴（57）的套筒（34）穿过壳体（114）。套筒用于支撑轴承，该轴承以精确定位支撑该轴，以及通过用轴穿过的径向臂凹槽（112，115）形成单个凹槽，用于保持密封。

Description

涡轮发动机驱动轴装置、涡轮发动机及航空器

本发明涉及一种涡轮发动机驱动轴装置。

这种轴径向地延伸通过涡轮发动机并适于设置发动机的启动，或在外部移动另一套核心设备。它们通过气流通道而被封装在径向臂内，这在流动和效率损失中将导致低水平的扰动，并且同样密封以防止润滑油泄漏到流体中。轴承经常被布置在该轴的中间部分周围以对其支撑。应参考法国专利2824362和2921423以披露这种驱动轴的一些现有设计，但其与本发明无关。在文献GB-A-926947中披露了进一步的设计。

现有定子经常具有整体结构，包括圆形的所谓中间壳体，圆形并与壳体同心并包围其的所谓外套圈，以及当与其一体形成时将壳体与套圈连接在一起的导流叶片。径向臂被放置在叶片圆圈内，以加强壳体和套圈的连接以及同样刚性地连接到其上；这些臂之一包括驱动轴。轴支撑轴承通常安装在独立的支撑部件上，包括被螺栓连接到中间壳体的端部凸缘的安装凸缘。

靠近轴的设备的润滑，如轴承，应从轴内侧通过润滑管道，挡板和戽斗的离心和布置，或由外源而被提供。为了不在由轴横穿过的圆形壳体扩散油，圆柱形护套被添加到该轴周围以保持其中容纳的体积。然而，应该理解的是，这些护套表示发动机结构的复杂化，以及它们需要增加径向臂的宽度以被容纳在其中，以及因而增加阻碍气流的臂部的中剖面。在被螺栓连接到壳体的支撑部件上安装轴承同样导致有害地影响正确的轴校准的定位精度的缺乏。最后，如果径向臂不再与外套圈和中间壳体一体形成而是装配在一起，在围绕轴的润滑区域和轮外部，特别是流动通道之间保持密封性，将变得更困难；然而，该设计将是有利的，由于与整体设计相比，制造起来不复杂，并且如果需要，可以更换叶片。

本发明涉及适于防止这些各种缺点和显著地兼容涡轮发动机设计的涡轮发动机驱动轴装置，其中叶片和径向臂与套圈和壳体在分别制造后被装配在一起。

该径向臂大体上为位于风机叶片后面并结合在中间壳体内成一体的导向轮廓件；通常被称为“OGV臂”并且机械地结合在中间壳体内成一体。

它适用于提供以上提到或建议的三个功能：

—空气动力学引导功能；

—关于中间壳体以及因此涡轮发动机的结构强度功能；

—机械整体功能，其是形成用于径向轴的中间轴承的壳体结构。

该“OGV臂”密封以结合驱动轴的中间轴承成一体。

在通常的实施方式中，本发明涉及涡轮发动机驱动轴装置，包括，除了轴之外，圆形壳体，包围该壳体的圆形套圈，将壳体连接到套圈并由该轴横穿，也延伸到壳体中的中空径向臂，安装在被固定到壳体上的支撑部件上的轴支撑轴承，与壳体装配在一起而不是与其一体的径向臂，该径向臂包括设置有钻孔的凸台，该装置的特征在于：它包括用于将臂与壳体联结的套筒，凸台和套筒通过彼此接合装配，该轴延伸通过凸台和套筒，密封件在套筒和凸台之间产生密封性，并且轴承安装在套筒中。

围绕驱动轴的套筒类似于根据已知设计的护套，但不延伸进入径向臂，而是用作臂和壳体之间的联结，确保从外部的密封性，而通过材料的连续性提供了根据传统设计的联结。由装配有密封件的套筒所提供的密封性可消除径向臂和壳体之间的连续性；在径向臂内缺乏套筒或护套适于减少其宽度并促进臂周围的气体流动；最后，使用用于安装轴承的套筒表示重要的优点，因为套筒用令人满意的精度在通常与轴承安装相邻的位置上和沿其轴线被安装抵靠在壳体上。

在径向臂的另一侧可有利地提出了类似设计：径向臂的另一侧也与套圈装配在一起而不是与其一体的，并且该装置包括另一联结套筒，将套圈通过产生密封性连接到臂，另一个穿过所述其他的套筒。

至于通常出现的导向叶片，径向臂然后可独立于套圈构造，并在不损失密封性的情况下与其装配在一起。第二套筒进一步表示套圈和OGV臂之间的短联结，使壳体的外套圈和OGV臂之间的位置自由，同时确保由驱动轴横穿产生的空腔的密封性。

套筒(或当两个都存在时的套筒)有利地包括分别插入臂的钻孔凸台中的两个圆柱形轴承以及钻孔凸台属于壳体或属于套圈，轴承继续从密封件在轴承周围延伸。装配因此特别容易。

然而，在其他的设计中，套筒与壳体可是一体的。

套筒有利地从其外半径到其内半径延伸通过壳体，从而仅帮助防止壳体内侧润滑剂的扩散。当壳体包括与分别插入的套筒的两个圆柱形轴承连续两个钻孔凸台时，适于获得这种结果的简单设计是可用的，密封件被布置在凸台和轴承之间。

本发明将经常应用到包括两个同心流动通道的双流涡轮发动机中，壳体为分隔所述通道的中间壳体。套筒将因此用作在(横穿外辅助通道)上述的径向臂和横穿内主通道的另一径向臂内由驱动轴所横穿的空腔的密封连接。

可有利地经由轴内中空的管道以及经由横穿该轴，同时从该管道延伸到轴承的钻孔提供润滑，以转移一些润滑油到轴承。

根据又一种改进，轴可包括由槽连接的两部分，应该正常地为其提供润滑；它可经由横穿该轴并从管道延伸到槽引导的圆形室的钻孔而被提供。

本发明的进一步方面是航空器涡轮发动机，包括根据上述特征所描述的装置，以及包括这种涡轮发动机的航空器。

现在将参考附图描述本发明，其中：

—图1示出了根据现有技术的设计；

—图2为叶轮的视图；

—图3为本发明一个可能实施方式的总的视图；

—图4、5、6、7和8为该实施方式的详细视图，

—图9为属于另一实施方式的可替代实施方式，

—以及图10示出了另一实施方式。

参考图1，根据已知设计的驱动轴1在发动机装置2和减速齿轮以及位于发动机轴线上中心轴线5的齿圈4的驱动小齿轮3之间径向地延伸通过涡轮发动机。在这种情况下具有双流的涡轮发动机延伸通过小半径主通道6和大半径辅助通道7，穿过将其分隔远至汇合喷口的中间壳体8。辅助通道7在外部由外部套圈9所限制，并且发动机装置2延伸到其外部。

也参考图2，注意到涡轮发动机定子包括叶轮10，其从外面看，包括外套圈9的部分11，分布在通过辅助通道7的圆圈上的径向臂12和导向叶片13，中间壳体8的部分14，同样经由主通道6分布在圆圈上的另一径向臂15和另一导向叶片16，以及确定主通道6的内半径的内壳17。叶轮10在低压压气机18和高压压气机19之间延伸。叶轮10的结构是整体的，其所有元件通过铸造制造成单件。轴1延伸通过部分11、14和内壳17，并且在一个径向臂12和一个径向臂15中，从一端到另一端横穿。它由轴承20支撑，该轴承20位于中间壳体8的部分14内侧并由支撑部件21所支撑，该支撑部件21设置有用于在凸缘23上安装到部分14后面的凸缘22。驱动轴1由从外套圈9的部分11延伸到支撑部件21的外护套24所包围，并经由从支撑部件21延伸到内壳17的内套筒25，其中每个都因此延伸到径向臂12或15。护套24和25与支撑部件21一起确定了特别包含轴承的封闭空间，其因此可被润滑而不导致油扩散。

由于径向臂内护套的存在以及用于轴承的支撑部件类型的存在，该设计具有上述的缺点。

现在将使用以下附图，首先图3和图4，描述本发明的实施方式。

整体叶轮10由相似形状的叶轮所替代，但是其中导向叶片和径向臂被螺栓连接到其上连接的元件上，中间壳体部分(现在为114)和套圈部分(现在为111)现在分别制造。

中间壳体部分114在其外边缘设置有被定位在外径向臂112前面的凸台30。凸台30包括圆柱形钻孔31。另一凸台32被布置在同样包括钻孔33、从之前钻孔30延伸的(穿过主通道6)的内径向臂115的前面。套筒34插入到钻孔31和33中，其端部为按压在钻孔31和33上，设置有在所述钻孔31和33上产生密封性的O形环35的圆柱形轴承。套筒34由插入到凸台30内的螺栓36所保持。凸台30和32被布置在中间壳体部分14的端部，由肋28和29支撑。内凸台32直接通向内径向臂115，其与中间壳体部分114以及与内壳117一体形成。

根据图9所示的可替代的设计，中间壳体部分，现在为214，与从钻孔31和33延伸的第一套筒234一体形成。然而，就接收轴承38，连接凸台30与螺栓36以及在其圆柱形轴承和钻孔31之间的密封件35的存在而言，第二套筒235被单独制造并插入到外钻孔31内，并类似于套筒34被成形。

套筒234和235一起从而代替套筒34与235，具有以下的优点，短而且被固定在单个钻孔31内的第二套筒235易于安装，并且没有用于内钻孔33的密封装置。

该驱动轴包括两部分，其一是延伸到套筒34中，然后向内和结束于驱动小齿轮上的主轴37，现在为103。轴承38(图5)被布置在主轴37和套筒34之间以对其支撑，其内环和外环由分别螺合到主轴37上和套筒34中的两个螺母39和40保持在轴向方向上，并且它们紧靠在相对肩部。单独构造的外径向臂和外通道导向叶片用螺栓41(仅示出一个)安装在中间壳体元件114上。主轴37的一端在套筒34外部延伸并突出进入外径向臂112的空腔42中。径向臂112的内表面包括接合在套筒34外端的钻孔的内凸台43，其同样设置有密封件35以在其间产生密封性(图6)。

径向臂112(图7)包括与前一个相对并同样设置有钻孔45的外凸台44。当安装套圈元件111并用螺栓113连接到径向臂112，其中所包括凸台46延伸到外凸台44上，并且凸台46的钻孔47延伸钻孔45。第二套筒48插入钻孔45和47，并且具有两个同样也设置有O型环35的圆柱形轴承以在这些钻孔之间产生密封性。该两套筒结构将径向臂112的空腔42连接到套圈的外侧，包括对应于发动机单元2的发动机单元，以及连接到靠近发动机轴线的体积，该体积包含驱动小齿轮103而不包括折衷的密封性，尤其不允许与气流通道沟通，套筒34将外径向臂112的空腔42连接到内径向臂115。和主轴37一起形成驱动轴并从发动机装置102延伸的副轴49穿过空腔42并延伸直到套筒34，在套筒34中它通过槽50连接到主轴37。

应该注意的是，主轴37和副轴49可朝发动机轴线倾斜，在这种情况下向后部朝着发动机外围，并且径向臂112然后有利地倾斜一个相等的角度，这样副轴不变地处于临近空腔42的更宽后边缘的同一区域，因此不必在别处加宽径向臂112。

已知设计和锥形圆柱状的，以在发动机装置2中未示出的方式被安装的副轴49的定心碗54(图3)，被完全包括在其中，而其下部进入根据现有设计的径向臂(12)。添加密封套筒48，其为定心碗54在径向臂(12)和发动机装置102之间分配该密封功能，使得可以吸收仅由发动机装置102的副轴49所传递的负载，从而缓解径向臂112，无需对其加强。

可如下实施该装置的润滑。来自发动机装置102的油注入中空的类似于主轴37的副轴49的管道。在抵达副轴49的端部时，油进入通过在轴承38前面的主轴37产生的钻孔51并对其润滑。油的另一部分在副轴49的端部到达钻孔52并帮助润滑到达位于其前面的圆形室53的槽50。以这种方式所消耗的油到达包围驱动轴的封闭腔，其中它不能加入发动机中流体或过度被分散，并且其中它可被回收。

进一步的解决方案同样可用于实施本发明，其可明显地用于单流式涡轮发动机。

使用图10表示这些解决方案之一。至今被认为是单独部件的联结套筒，可实际上刚性地连接到该组件的另外元件。以这种方式，现在为314的壳体可包括结合在其中成一体的，即与其一体的，并在两个流体通道之间以与例如图4实施方式的套筒34相同的方式延伸的套筒。

这种设计的一个优点是，可在这种情况下省略在套筒34和壳体114之间需要的密封件。该实施方式可与第一相同。然而，可设想又一可替代的实施方式：被容纳在与根据前面实施方式的轴承38相同的位置的轴承，现在为338，可为平滑轴承而不是此前所表示的滚动轴承。此外，在本发明的所有实施方式中发现了选择这种轴承的自由度。

Claims (12)

1.涡轮发动机驱动轴装置，除了包括驱动轴(37，49)之外，还包括圆形壳体(114，214)，包围该壳体的圆形套圈(111)，将壳体连接到套圈并由该驱动轴横穿、同样延伸进入壳体中的中空径向臂(112)，安装在被固定在壳体上的支撑部件上的驱动轴支撑轴承(38)，径向臂(112)与壳体(114，214)装配在一起而不是与其一体的，该径向臂包括设置有钻孔的径向臂的第一凸台(30)，该装置的特征在于：它包括用于将径向臂与壳体联结的套筒(34，235)，径向臂的第一凸台和套筒通过彼此接合装配，该驱动轴延伸通过径向臂的第一凸台和套筒，密封件(35)在套筒和径向臂的第一凸台之间产生密封性，并且驱动轴支撑轴承安装在套筒内。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于：套筒与壳体是一体的。

3.根据权利要求1所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于：套筒与壳体的第一凸台装配在一起，壳体的第一凸台设置有驱动轴延伸通过的钻孔，壳体的第一凸台和套筒彼此接合，并且密封件在套筒和壳体的第一凸台之间产生密封性。

4.根据权利要求1或2或3所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于：该径向臂(112)同样与套圈(111)装配在一起而不是与其一体的，径向臂包括设置有延伸钻孔(45)的径向臂的第二凸台(44)，套圈包括设置有延伸钻孔(47)的套圈的凸台(46)，并且该装置包括将套圈连接到径向臂而接合在所述径向臂的第二凸台的钻孔和套圈的凸台的钻孔内的另一套筒(48)，密封件(35)在另一套筒和所述径向臂的第二凸台的钻孔、套圈的凸台的钻孔之间产生密封性，驱动轴穿过所述另一套筒。

5.根据权利要求1所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于：驱动轴支撑轴承被保持抵靠在套筒的相对肩部并且该驱动轴支撑轴承分别由螺母(39，40)螺合在驱动轴上和在套筒中。

6.根据权利要求1所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于：套筒(34)从外半径到内半径延伸通过壳体(114)，并且壳体包括从所述径向臂的第一凸台(30)延伸的壳体的第二凸台(32)，套筒(34)插入通过所述径向臂的第一凸台(30)和所述壳体的第二凸台(32)，密封件(35)布置在壳体的第二凸台和套筒之间。

7.根据权利要求1所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于：该壳体包括与其一体的并且从壳体的第一凸台的钻孔和壳体的第二凸台(32)的钻孔延伸的壳体套筒(234)，所述壳体的第一凸台和所述壳体的第二凸台在壳体的外半径和内半径处，并且套筒(235)插入到壳体套筒(234)中。

8.根据权利要求6或7所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于：该壳体为分隔两个同心气流通道(6，7)的中间壳体，径向臂(112)穿过外部辅助通道，并且壳体的第二凸台(32)延伸直到横穿内主通道的另一径向臂(115)。

9.根据权利要求1所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于：它包括在驱动轴内产生的润滑管道，从管道到驱动轴支撑轴承(38)横穿驱动轴的第一钻孔(51)，并且驱动轴包括由槽(50)连接的两部分，并且第二钻孔(52)从管道到该槽通向的圆形室(53)横穿该驱动轴。

10.根据权利要求1所述的涡轮发动机驱动轴装置，其特征在于，该驱动轴在涡轮发动机的轴向方向上倾斜并且径向臂(112)也在轴向方向上倾斜，同时不变地邻近径向臂的后边缘。

11.涡轮发动机，其特征在于：它包括根据上述权利要求中任一权利要求所述的涡轮发动机驱动轴装置。

12.航空器，其特征在于：它包括根据权利要求11所述的涡轮发动机。