CN104105858A - 具有塔轴移除能力的附件齿轮箱 - Google Patents

Abstract

用于燃气涡轮发动机的附件系统包括限定附件齿轮箱轴线并包括第一和第二侧的附件齿轮箱。第一齿轮系包括可绕与附件齿轮箱的第一侧垂直的轴线旋转的一个或更多个轴，并且第二齿轮系包括可绕与附件齿轮箱的第二侧垂直的轴线旋转的一个或更多个轴。从动齿轮组限定输入轴线并且绕与输入轴线平行的对应的第一和第二驱动轴线驱动第一齿轮系和第二齿轮系。

Description

具有塔轴移除能力的附件齿轮箱

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月7日提交的美国申请序列号13/313,433的优先权。

技术领域

本公开总体上涉及用于驱动燃气涡轮发动机的辅助系统的附件齿轮箱。

背景技术

由燃气涡轮发动机提供动力的飞行器通常包括机械驱动的附件齿轮箱以便驱动附件系统，例如燃料泵、清扫泵、发电机、液压泵等。这些部件通常以彼此不同的速度操作并且需要由附件齿轮箱提供的不同的马力量。

常规燃气涡轮发动机附件齿轮箱利用可安装在发动机下方的齿轮箱箱体。齿轮箱箱体通常是具有供安装附件部件的前表面和后表面的月牙形状的。附件齿轮箱由角度齿轮箱通过副轴驱动，该副轴从齿轮箱箱体轴向延伸。由发动机高压力线轴驱动的塔轴通过角度齿轮箱来驱动副轴。与附件齿轮箱有关的一直存在的问题是它们能够被维修和/或从发动机移除的便利性。

发明内容

根据本公开的示例性实施例的用于燃气涡轮发动机的附件系统除其他之外还包括：限定附件齿轮箱轴线的附件齿轮箱，该附件齿轮箱包括第一侧和第二侧；在附件齿轮箱内的第一齿轮系，其包括可绕与附件齿轮箱的第一侧垂直的轴线旋转的第一组轴；以及在附件齿轮箱内的第二齿轮系，其包括可绕与附件齿轮箱的第二侧垂直的轴线旋转的第二组轴。附件齿轮箱进一步包括限定输入轴线的从动齿轮组、由从动齿轮组绕第一驱动轴线驱动以驱动第一齿轮组的第一驱动齿轮组以及由从动齿轮组绕第二驱动轴线驱动以驱动第二齿轮组的第二驱动齿轮组，其中第一驱动轴线和第二驱动轴线平行于输入轴线。

在前述附件系统实施例的进一步实施例中，第一驱动齿轮组包括第一正齿轮，第二驱动齿轮组包括第二正齿轮，并且从动齿轮包括用于驱动第一和第二正齿轮的驱动正齿轮。

在任意前述附件系统实施例的进一步实施例中，第一驱动齿轮组包括用于驱动第一齿轮系的第一锥齿轮，并且第二驱动齿轮组包括用于驱动第二齿轮系的第二锥齿轮，其中第一锥齿轮限定在第一侧和第一驱动轴线之间的第一包容角，并且第二锥齿轮限定在第二侧和第二驱动轴线之间的第二包容角。

在任意前述附件系统实施例的进一步实施例中，第一包容角独立于第二包容角。

在任意前述附件系统实施例的进一步实施例中，包括在附件齿轮箱轴线和第一驱动轴线之间的第一正齿轮角（spur angle）以及在附件齿轮箱轴线和第二驱动轴线之间的第二正齿轮角。

在前述附件系统实施例的进一步实施例中，第一正齿轮角独立于第二正齿轮角。

在任意前述附件系统实施例的进一步实施例中，塔轴驱动从动齿轮组。

在任意前述附件系统实施例的进一步实施例中，从动齿轮组可从附件齿轮箱移除以便塔轴可通过附件齿轮箱被移除。

在任意前述附件系统实施例的进一步实施例中，第一齿轮系驱动被可移除地安装到第一侧的至少一个附件部件，并且第二齿轮系驱动被可移除地安装到第二侧的至少一个附件部件。

在任意前述附件系统实施例的进一步实施例中，附件齿轮箱包括横向于第一和第二侧的后侧以及后齿轮系，该后齿轮系包括可绕与后侧垂直的轴线旋转的轴，后齿轮系被第一和第二齿轮系中的一者驱动以便驱动被安装到后侧的至少一个附件部件。

根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机除其他之外还包括绕发动机旋转轴线限定的发动机箱体区段以及限定与所述发动机旋转轴线平行的附件齿轮箱轴线的附件齿轮箱。附件齿轮箱被安装到发动机箱体区段并且包括第一和第二侧；包括被对齐在横向于所述附件齿轮箱的第一侧的第一平面内的第一组轴的第一齿轮系；在附件齿轮箱内的包括被对齐在横向于所述附件齿轮箱的第二侧的第二平面内的第二组轴的第二齿轮系；限定输入轴线的从动齿轮组；由从动齿轮组绕第一驱动轴线驱动以驱动第一齿轮组的第一驱动齿轮组，所述第一驱动齿轮组包括限定在第一驱动轴线和第一平面之间的第一包容角的第一锥齿轮；以及由从动齿轮组绕第二驱动轴线驱动以驱动第二齿轮组的第二驱动齿轮组，所述第一驱动齿轮组包括限定在第二驱动轴线和第二平面之间的第二包容角的第二锥齿轮。

在前述燃气涡轮发动机实施例的进一步实施例中，第一齿轮系驱动被可移除地安装到第一侧的至少一个附件部件，并且第二齿轮系驱动被可移除地安装到第二侧的至少一个附件部件。

在任意前述燃气涡轮发动机实施例的进一步实施例中，第一和第二驱动轴线平行于输入轴线。

在任意前述燃气涡轮发动机实施例的进一步实施例中，塔轴驱动从动齿轮组并且可通过附件齿轮箱被移除。

本公开的用于移除塔轴的示例性方法除了其他之外还包括以下步骤：提供具有第一和第二从动齿轮组的附件齿轮箱，该第一和第二从动齿轮组被布置成平行于塔轴的输入轴线；移除用于驱动被安装到塔轴的第一和第二从动齿轮组二者的齿轮；以及移动塔轴通过附件齿轮箱且经过第一和第二从动齿轮组。

在前述方法的进一步示例性实施例中，移除被支撑在与塔轴联接的附件齿轮箱内的联接器轴。

虽然不同示例具有在图释中示出的特定部件，但是本发明的实施例不限于这些具体组合。可以使用来自示例之一的一些部件或特征与来自另一示例的特征或部件的组合。

从下述描述和附图中能够最佳地理解本文公开的这些和其他特征，下文是所述附图的简要说明。

附图说明

图1是沿发动机纵向轴线的通过燃气涡轮发动机实施例的总体截面图。

图2是沿发动机纵向轴线的通过燃气涡轮发动机实施例的总体局部截面图。

图3是用于燃气涡轮发动机的示例性附件系统的仰视图。

图4是用于燃气涡轮发动机的示例性附件齿轮箱的俯视图。

图5是示例性附件齿轮箱的正视图。

图6是示例性附件齿轮箱的齿轮系的示意性代表图。

图7是附件齿轮箱的局部分解图，其示出了移除塔轴的示例性方法。

具体实施方式

图1示出了燃气涡轮发动机10实施例的总体局部示意图，该发动机10悬挂自发动机机舱组件N内的发动机外挂架P，如针对亚音速操作所设计的飞行器来说常见的那样。发动机外挂架P或者其他支撑结构通常被安装到飞行器机翼W；但是，发动机外挂架P可以替代性地延伸自其他飞行器结构，例如飞行器尾翼。

燃气涡轮发动机10包括在芯机舱12内的芯发动机C，该芯机舱12装纳低线轴14和高线轴24。低线轴14包括低压压缩机16和低压涡轮18。低线轴14可以直接地驱动风扇区段20或通过齿轮系22来驱动风扇区段20。高线轴24包括高压压缩机26和高压涡轮28。燃烧器30被设置在高压压缩机26和高压涡轮28之间。低和高线轴14、24绕发动机旋转轴线A旋转。

所公开实施例中的发动机10是高旁通的齿轮传动架构型飞行器发动机。在一种公开的实施例中，发动机10的旁通比大于十（10：1），涡轮风扇直径明显大于低压压缩机16的直径，并且低压涡轮18具有大于5：1的压力比。齿轮系22可以是周转齿轮系，例如行星齿轮系统或者其他齿轮系统，其具有大于2.5：1的齿轮减速比。但是，应该理解的是，上述参数仅是齿轮传动架构型发动机的一种实施例的示例，并且本申请可以应用到包括直接驱动涡轮风扇的其他燃气涡轮发动机。

气流进入风扇机舱34，所述风扇机舱至少部分地围绕芯机舱12。风扇区段20将气流传送到芯机舱12内，以便向低压压缩机16和高压压缩机26提供动力。由低压压缩机16和高压压缩机26压缩的芯气流在燃烧器30内与燃料混合并且膨胀越过高压涡轮28和低压涡轮18。涡轮28、18被联接到相应线轴24、14以与其一起旋转，以便响应于膨胀而旋转地驱动压缩机26、16并且通过可选的齿轮系22旋转地驱动风扇区段20。芯发动机排气通过被限定在芯机舱12和尾锥32之间的芯喷嘴38而离开芯机舱12。

旁通流动路径被限定在芯机舱12和风扇机舱34之间。发动机10产生具有一定旁通比的高旁通流设置，其中进入风扇机舱34的气流的近似百分之八十或更多成为旁通流。旁道流传送通过大体环状旁通流动路径。

参考图2，发动机静态结构42包括子结构，例如通常被称为发动机骨架的芯发动机箱体结构44。发动机箱体结构44大体包括风扇箱体46、中间箱体（IMC）48、高压压缩机箱体50、扩散器箱体52、低压涡轮箱体54和涡轮排气箱体56。芯发动机箱体结构44在IMC 48处被固定到风扇箱体46，该IMC 48包括多个周向间隔开的径向延伸的风扇出口导向叶片（FEGV）36。

附件齿轮箱60以大体平行于发动机旋转轴线A的方式被安装到箱体结构44。附件齿轮箱60利用芯机舱12内（图1）的显著轴向区域来支撑发动机附件系统62，该发动机附件系统可以包括附件部件（AC），例如空气涡轮起动机（ATS）、脱油器（D）、液压泵（HP）、油泵（OP）、集成驱动发电机（IDG）、永磁体交流发电机（PMA）、燃料泵模块（FPM）以及其他（图3）。应该理解的是，可以替代性地或额外地提供任意数量和类型的附件部件AC。

参考图3，附件齿轮箱箱60包括第一齿轮系82和第二齿轮系84，它们由相应的第一和第二从动齿轮组78、80驱动。第一齿轮系82包括可绕垂直于第一侧64的轴线旋转的轴。第二齿轮系84包括可绕垂直于第二侧66的轴线旋转的轴。第一和第二驱动齿轮组78、80由绕输入轴线T旋转的从动齿轮组86来驱动。

附件部件被可移除地安装到第一和第二侧64、66之一并且由齿轮系82、84中的对应一个驱动。在这种示例中，第一齿轮系82驱动FPM和HP，并且第二齿轮系84驱动ATS和IDG。示例性附件齿轮箱60进一步包括支撑可移除地安装的OP的后侧68。

第一和第二侧中的每个均被置成平行于发动机轴线A并邻近发动机箱体结构44。平行且邻近的安装使得减少了移除部件的包络线。而且，所公开的安装提供了更加高效的供给管道附接和路径安排。虽然公开且描述了特定示例，但是不同部件和位置都落入本发明的构想内。

参考图4、图5和图6，附件齿轮箱60通过去除了在先前的附件齿轮箱内使用三向锥齿轮传动设置所必要的约束从而提供设计灵活性。示例性附件齿轮箱60包括第一和第二从动齿轮组78、80，其绕与输入轴线T平行的对应的第一和第二驱动轴线90、88旋转。第一和第二从动齿轮组78、80中的每个继而驱动第一和第二齿轮系82、84中的对应一个。

至少部分地由于使用独立锥齿轮组，示例性附件齿轮箱60通过提供独立调整和构造而提供对于空间约束的适应。因此，在第二驱动轴线88、轴线73和与第二齿轮系84的齿轮相交的第二平面92（图5中最佳示出）之间的包容角96独立于在第一驱动轴线90、轴线75和与第一齿轮系82的齿轮相交的第一平面94（图5中最佳示出）之间的包容角98。第一平面94相交于第一齿轮系82中的每个齿轮以及轴72旋转所绕的轴线75。第二平面92相交于第二齿轮系84中的每个齿轮以及轴74旋转所绕的轴线73。包容角98和96根据第一和第二从动锥齿轮118、120的构造而定。因为从动锥齿轮118、120是二向构造，所以一个从动锥齿轮的角度不支配另一个的角度。因此，包容角96和98可以是不同的，并且不取决于彼此。

第一和第二驱动齿轮组78、80中的每个均包括驱动正齿轮140、116，所述驱动正齿轮由塔轴117所驱动的塔轴正齿轮110来驱动。第一和第二驱动齿轮组78、80绕平行于输入轴线T的轴线90、88旋转。第一和第二正齿轮角106和104也彼此独立并且提供对应齿轮系82、84的变化放置和对齐。示例性正齿轮角是在齿轮箱轴线GB与被限定在输入轴线T和第一和第二驱动轴线90、88中的对应一个之间的平面之间的角。在这种示例中，第一和第二正齿轮角106和104是相同的；但是，这些角能够被调节以使得示例性附件齿轮箱60顺应所需安装空间。

第一齿轮系角102被限定在第一齿轮系78的第一平面94与在第一驱动轴线90和第一齿轮系82的轴72的轴线75之间延伸的平面之间，其中该第一齿轮系82包括锥齿轮124。第二齿轮系角100被限定在第二齿轮系84的第二平面92与在第二轴线88和第二齿轮系84的轴74的轴线73之间延伸的平面之间。第一和第二齿轮系角102、100是彼此独立的，并且因此提供进一步的齿轮箱适应灵活性。

第二从动锥齿轮120匹配于驱动第二齿轮系84的轴74的锥齿轮122。第二驱动锥齿轮120和锥齿轮122定尺寸成提供ATS的所需输入速度以及限定包容角96。ATS正齿轮126与锥齿轮122一同被支撑在轴74上，以便驱动被支撑在轴76上的IDG正齿轮128。IDG正齿轮128和ATS正齿轮126之间的齿轮比为IDG提供所需输入速度。

第一从动锥齿轮118以FPM的所需速度来驱动FPM锥齿轮124。因为齿轮系82、84被独立的第一和第二驱动齿轮组78、80驱动，所以每个齿轮系82、84的第一从动部件能够以不同速度被驱动。在这种示例中，轴72支撑FPM锥齿轮124和FPM正齿轮130。FPM正齿轮130继而驱动被支撑在轴70上的HP正齿轮132。轴70进一步支撑驱动OP锥齿轮136的HP锥齿轮134，该OP锥齿轮136驱动被支撑在后侧68上的OP。应该理解的是，示例性齿轮箱60的特定特征可以被修改，以支持并驱动各种其他附件部件。

参考图7，示例性齿轮箱60用于在不移除齿轮箱60的情况下移除发动机塔轴117。在这种示例中，可将塔轴117通过齿轮箱60移除。通过移除塔轴罩115、塔轴轴承112、塔轴正齿轮110和联接器轴108而有助于所述移除。一旦这些特征被移除，则能够将塔轴117通过附件齿轮箱60移除。输入轴线T被设置成相对于齿轮箱轴线GB成一角度138。示例性齿轮箱60的前部是成角度的以便适应角度138，从而提供更细长的向前轮廓。而且，如由平行的第一和第二从动齿轮组78、80提供的锥齿轮与塔轴117的分离通过省去了对于移除齿轮系82、84的部分的任何需求而简化了移除。

在维持第一和第二驱动正齿轮140、116的构造且修改驱动锥齿轮118和120以适应单独应用的需求的情况下，所公开的附件齿轮箱60的变型也是可能的。

虽然公开了示例性实施例，但是本领域的普通技术人员将意识到，某些改进会落入本公开的范围内。为此，应该研究所附权利要求以确定本发明的范围和内容。

Claims (16)

1. 一种用于燃气涡轮发动机的附件系统，包括：

限定附件齿轮箱轴线的附件齿轮箱，所述附件齿轮箱包括第一侧和第二侧；

在所述附件齿轮箱内的第一齿轮系，所述第一齿轮系包括可绕与所述附件齿轮箱的所述第一侧垂直的轴线旋转的一个或更多个轴；

在所述附件齿轮箱内的第二齿轮系，所述第二齿轮系包括可绕与所述附件齿轮箱的所述第二侧垂直的轴线旋转的一个或更多个轴；

限定输入轴线的从动齿轮组；

第一驱动齿轮组，所述第一驱动齿轮组由所述从动齿轮组绕第一驱动轴线驱动，以用于驱动所述第一齿轮系；以及

第二驱动齿轮组，所述第二驱动齿轮组由所述从动齿轮组绕第二驱动轴线驱动，以用于驱动所述第二齿轮系，

其中所述第一驱动轴线和所述第二驱动轴线大致平行于所述输入轴线。

2. 根据权利要求1所述的用于燃气涡轮发动机的附件系统，其中所述第一驱动齿轮组包括第一正齿轮，所述第二驱动齿轮组包括第二正齿轮，并且所述从动齿轮包括用于驱动所述第一和第二正齿轮的驱动正齿轮。

3. 根据权利要求2所述的附件系统，其中所述第一驱动齿轮组包括用于驱动所述第一齿轮系的第一锥齿轮，并且所述第二驱动齿轮组包括用于驱动所述第二齿轮系的第二锥齿轮，其中所述第一锥齿轮限定在所述第一侧和所述第一驱动轴线之间的第一包容角，并且所述第二锥齿轮限定在所述第二侧和所述第二驱动轴线之间的第二包容角。

4. 根据权利要求3所述的附件系统，其中所述第一包容角独立于所述第二包容角。

5. 根据权利要求1所述的用于燃气涡轮发动机的附件系统，包括在所述附件齿轮箱轴线和所述第一驱动轴线之间的第一正齿轮角以及在所述附件齿轮箱轴线和所述第二驱动轴线之间的第二正齿轮角。

6. 根据权利要求5所述的用于燃气涡轮发动机的附件系统，其中所述第一正齿轮角独立于所述第二正齿轮角。

7. 根据权利要求1所述的用于燃气涡轮发动机的附件系统，包括用于驱动所述从动齿轮组的塔轴。

8. 根据权利要求7所述的用于燃气涡轮发动机的附件系统，其中所述从动齿轮组可从所述附件齿轮箱移除，以便可将所述塔轴通过所述附件齿轮箱移除。

9. 根据权利要求1所述的用于燃气涡轮发动机的附件系统，其中所述第一齿轮系驱动被可移除地安装到所述第一侧的至少一个附件部件，并且所述第二齿轮系驱动被可移除地安装到所述第二侧的至少一个附件部件。

10. 根据权利要求1所述的用于燃气涡轮发动机的附件系统，包括横向于所述第一和第二侧的后侧以及后齿轮系，该后齿轮系包括可绕与所述后侧垂直的轴线旋转的轴，所述后齿轮系被所述第一和第二齿轮系中的一者驱动以便驱动被安装到所述后侧的至少一个附件部件。

11. 一种燃气涡轮发动机，包括：

绕发动机旋转轴线限定的发动机箱体区段；

限定与所述发动机旋转轴线平行的附件齿轮箱轴线的附件齿轮箱，所述附件齿轮箱被安装到所述发动机箱体区段并且包括第一和第二侧；

在所述附件齿轮箱内的第一齿轮系，其包括对齐在横向于所述附件齿轮箱的所述第一侧的第一平面内的一个或更多个轴；

在所述附件齿轮箱内的第二齿轮系，其包括对齐在横向于所述附件齿轮箱的所述第二侧的第二平面内的一个或更多个轴；

限定输入轴线的从动齿轮组；

第一驱动齿轮组，其由所述从动齿轮组绕第一驱动轴线驱动以驱动所述第一齿轮系，所述第一驱动齿轮组包括第一锥齿轮，所述第一锥齿轮限定在所述第一驱动轴线和所述第一平面之间的第一包容角；以及

第二驱动齿轮组，其由所述从动齿轮组绕第二驱动轴线驱动以驱动所述第二齿轮系，所述第二驱动齿轮组包括第二锥齿轮，所述第二锥齿轮限定在所述第二驱动轴线和所述第二平面之间的第二包容角。

12. 根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一齿轮系驱动被可移除地安装到所述第一侧的至少一个附件部件，并且所述第二齿轮系驱动被可移除地安装到所述第二侧的至少一个附件部件。

13. 根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其中所述第一和第二驱动轴线平行于所述输入轴线。

14. 根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，包括用于驱动所述从动齿轮组的塔轴，所述塔轴可通过所述附件齿轮箱被移除。

15. 一种用于移除燃气涡轮发动机的塔轴的方法，包括：

提供具有第一和第二从动齿轮组的附件齿轮箱，该第一和第二从动齿轮组被布置成平行于塔轴的输入轴线；

移除用于驱动被安装到所述塔轴的所述第一和第二从动齿轮组二者的齿轮；以及

将所述塔轴移动通过所述附件齿轮箱且经过所述第一和第二从动齿轮组。

16. 根据权利要求15所述的用于移除燃气涡轮发动机的塔轴的方法，包括步骤：移除被支撑在联接于所述塔轴的所述附件齿轮箱内的联接器轴。