CN104350237B - 飞机发动机传动轴容器组件和组装所述组件的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的传动轴容器组件。所述传动轴容器组件包括传动轴容器和出口导叶。所述传动轴容器包括前面、后面和相对的侧面，并且配置用于容纳径向传动轴的至少一部分。所述出口导叶包括前缘和后缘。所述后缘的所述长度大体上等于所述传动轴容器前面的长度，以使得所述出口导叶的所述后缘流线型地连接至所述传动轴容器的所述前面中。

Description

飞机发动机传动轴容器组件和组装所述组件的方法

相关申请案的交叉引用

本申请要求2012年4月25日提交的美国临时申请第61/637954号的优先权，所述申请以全文引用方式并入本说明书中。

背景技术

本说明书所描述的申请总体涉及燃气涡轮发动机部件，并且更具体地，涉及用于出口导叶和传动轴容器的方法和组件。

至少一些已知的燃气涡轮发动机组件包括安装在核心燃气涡轮发动机上游的风扇组件。在操作期间，从风扇组件排放的空气流的一部分被向下游导向至核心燃气涡轮发动机，所述空气流在所述核心燃气涡轮发动机中被进一步压缩。所压缩的空气流随后被导向至燃烧室中，与燃料混合，并且被点燃以产生热的燃烧气体。所述燃烧气体随后被导向至涡轮机，所述涡轮机从所述燃烧气体中提取能量以用于向压缩机供以动力，并且产生有用功以便推进飞行中的飞机。从风扇组件排放的空气流的其他部分通过风扇流喷嘴离开发动机。

为了促进将空气流从风扇组件导向至风扇流排气装置，至少一些已知的燃气涡轮发动机组件包括出口导叶组件，所述出口导叶组件用于移除风扇排气装置上游的空气流中的漩涡。这种出口导叶组件配置用于在风扇流从旁路管道排出之前，使从风扇组件排出的空气流转向到大体上轴向的方向上。除矫直风扇空气流之外，出口导叶组件还向风扇框架提供结构刚度。更具体地，出口导叶组件通常包括连接至风扇框架的多个出口导叶。

除出口导叶之外，许多风扇框架组件还包括一个或多个(经常为沿直径方向相对的两个)通常被称为分支(bifurcation)的分隔结构，所述分隔结构将由旁路管道限定的环形空间分成两个半环形空间。这些分隔结构通常为中空的管道状结构，各种机械、电气、气动、液压、或其他连接件(包括结构支撑件)可穿过所述管道状结构而不会造成穿过旁路管道的空气流中断。所述分支以空气动力学方式在这些结构周围流线型地连通(fair)或引导所述流，并且可整合或融合成上游导叶的轮廓以便减少单独的空气流中断的数量。

燃气涡轮发动机通常还包括正常情况下安装在它自身的壳体中的附件齿轮箱，所述壳体位于燃气涡轮发动机壳体外部。所述齿轮箱通过径向传动轴机械互连至发动机的主要中心传动轴。在正常操作期间，径向传动轴将动力从发动机核心传输至附件齿轮箱，并且在发动机起动期间，径向传动轴还将动力从位于附件齿轮箱中的起动器传输至发动机核心。

由于径向传动轴延伸穿过发动机的风扇流，所以传动轴需要防护罩以便收容标准传动轴操作所需要的周围空气和油。中空的支柱通常用于收容径向传动轴连同其他操作必需的服务部件，如从发动机核心延伸至齿轮箱的油或空气线路。覆盖径向传动轴的这些支柱延伸穿过风扇流并且造成显著的阻力(drag)，所述阻力对比燃料消耗率和效率产生不利影响。因此，仍然存在对覆盖径向传动轴同时通过消除支柱的存在来使阻力最小化的传动轴容器组件的需要。

发明内容

一方面，提供一种用于包括旋转轴的燃气涡轮发动机的传动轴容器组件。所述传动轴容器组件包括传动轴容器和出口导叶。所述传动轴容器包括前面、后面和相对的侧面，并且配置用于容纳径向传动轴的至少一部分。所述出口导叶包括前缘和后缘。所述后缘的所述长度大体上等于所述传动轴容器前面的长度，以使得所述出口导叶的所述后缘流线型地连接(faired)至所述传动轴容器的所述前面中。

另一方面，提供一种组装用于燃气涡轮发动机的传动轴容器组件的方法。所述方法包括提供包括前面、后面和相对的侧面的传动轴容器。所述传动轴容器配置用于容纳径向传动轴的至少一部分。还提供包括前缘和后缘的出口导叶。所述方法进一步包括将所述出口导叶连接至所述传动轴容器，以使得所述出口导叶的所述后缘流线型地连接至所述传动轴容器的所述前面中。

又一方面，提供一种燃气涡轮发动机。所述燃气涡轮发动机包括具有旋转轴的核心燃气涡轮发动机和从所述核心燃气涡轮发动机向外径向安装的附件齿轮箱。所述燃气涡轮发动机进一步包括：在所述核心燃气涡轮发动机与所述附件齿轮箱之间径向延伸的传动轴；以及配置用于容纳所述径向传动轴的至少一部分的传动轴容器组件。所述传动轴容器组件包括具有前面、后面和相对的侧面的传动轴容器以及具有前缘和后缘的出口导叶。所述后缘包括大体上等于所述前面长度的长度，以使得所述出口导叶的所述后缘流线型地连接至所述传动轴容器的所述前面中。

附图说明

图1为示例性燃气涡轮发动机的截面示意图。

图2为可与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用的传动轴容器组件的截面图。

图3为可与图1中所示的燃气涡轮发动机一起使用的传动轴容器组件的俯视图。

具体实施方式

图1为具有纵轴11的示例性燃气涡轮发动机组件10的截面示意图。燃气涡轮发动机组件10包括风扇组件12和核心燃气涡轮发动机13。核心燃气涡轮发动机13包括高压压缩机14、燃烧室16和高压涡轮机18。在示例性实施例中，燃气涡轮发动机组件10还包括低压涡轮机20和多级增压压缩机22，以及大体上围绕增压机22的分离器44。核心燃气涡轮发动机组件10还包括径向传动轴15，所述径向传动轴15从核心燃气涡轮发动机13延伸穿过风扇组件12并进入风扇壳体42，以便与附件齿轮箱86连接。径向传动轴15容纳在传动轴容器17内，所述传动轴容器17为下文中将更详细地进行描述的传动轴容器组件19的一部分。

风扇组件12包括从转子盘26向外径向延伸的一组风扇叶片24。燃气涡轮发动机组件10具有进气侧28和排气侧30。风扇组件12、增压机22和涡轮机20通过第一转子轴31连接在一起，并且压缩机14和涡轮机18通过第二转子轴32连接在一起。在示例性实施例中，发动机组件10可以是(但不限于)可从通用电气公司购得的LEAP或Passport20燃气涡轮发动机。

在操作中，空气流过风扇组件12，并且空气流的第一部分50被导向穿过增压机22。从增压机22排放的压缩空气被导向穿过其中空气流进一步被压缩的压缩机14，并且被传送至燃烧室16。来自燃烧室16的热的燃烧产物(在图1中未示出)用于驱动涡轮机18和20，并且涡轮机20用于通过轴31来驱动风扇组件12和增压机22。燃气涡轮发动机组件10在设计操作条件与非设计操作条件之间的操作条件范围内是可操作的。

从风扇组件12排放的空气流的第二部分52被导向穿过旁路管道40，以便在核心燃气涡轮发动机13周围绕过来自风扇组件12的空气流的一部分。更具体地，旁路管道40在风扇壳体42与分离器44之间延伸。相应地，如上所述，来自风扇组件12的空气流的第一部分50被引导穿过增压机22并随后进入压缩机14，并且来自风扇组件12的空气流的第二部分52被引导穿过旁路管道40以便为(例如)飞机提供推力。燃气涡轮发动机组件10还包括用以向风扇组件12提供结构支撑的风扇框架组件60，并且还用于将风扇组件12连接至核心燃气涡轮发动机13。

风扇框架组件60包括多个出口导叶70，所述多个出口导叶70通常在径向外的安装凸缘与径向内的安装凸缘之间大体上径向地延伸，并且在旁路管道40内周向间隔开。导叶70用于使旋转叶片(如风扇叶片24)下游的空气流转向。所述多个出口导叶70中的至少一个主出口导叶72被包括在传动轴容器组件19中。

传动轴容器组件19包括主出口导叶72、传动轴容器17和分支面板84。传动轴容器组件19在风扇壳体42与分离器44之间连接，以使得传动轴容器组件19径向延伸穿过旁路管道40。当空气流过旁路管道40时，所述空气遇到主出口导叶72的前缘74、由主出口叶片72的加宽后缘75引导至传动轴容器17周围、并且越过分支面板84和分支80或82。

分支80和82为中空的管状结构，各种机械、电气、气动、液压、或其他连接件(包括结构支撑件)可穿过所述中空的管道状结构而不会造成穿过旁路管道40的空气流中断。在燃气涡轮发动机10的位于飞机(未示出)机翼下方的典型安装中，上部分支80容纳发动机安装部以及各种电气、液压和气动系统，而下部分支容纳放油孔和其他子系统。分支80和82以空气动力学的方式在这些结构周围引导所述流。如参照图2至图3将会明显地看到，分支面板84用于将分支80或82与传动轴容器19流线型地连接在一起。尽管本说明书中的附图示出两个(上部和下部)分支，但可能的是，特定配置(包括特定的发动机安装布置)可利用单个分支或三个或更多个分支。

图2为可与图1中所示的燃气涡轮发动机组件10一起使用的传动轴容器组件19的截面图，并且根据本发明的示例性实施例，传动轴容器组件19包括主出口导叶72、传动轴容器17和分支面板84。在图2中仅示出一个分支面板以允许观察径向传动轴15和传动轴容器17，但在每个传动轴容器组件19中通常使用两个分支面板。

传动轴容器17包括前面76、后面77和非平行相对的侧面78，所述侧面78将前面76连接至后面77以使得后面77的宽度大于前面76的宽度。一般来说，后面77的轮廓大于前面76的轮廓。翼片形主出口导叶72包括前缘74和后缘75，所述后缘75加宽至与前面76的宽度大体上相等的宽度，以使得当主导叶72与传动轴容器17连接在一起时后缘75的结构流线型地连接至前面76中。分支面板84连接至传动轴容器17的侧面78，并且用于将传动轴容器17的结构与分支80流线型地连接在一起，从而使阻力最小化。同样，在图2中仅示出一个分支面板84以允许观察其他结构。

传动轴容器组件19为单独部件，所述单独部件在组装多个出口导叶70和其他结构部件之后可插入风扇框架组件60中。传动轴容器17具有：其中所述传动轴容器17被连接至风扇壳体42的至少一个密封结构；和其中所述传动轴容器17被连接至分离器44以便紧贴通向油润湿区域的孔口密封的至少一个密封机构。所述密封结构允许流体如(但不限于)油在传动轴15周围流动而不会将传动轴15暴露于空气流的第二部分52。容器17是中空的以允许径向传动轴15穿过，并且与主导叶72和分支面板84结合以使平稳空气流最大化和阻力最小化。

使传动轴容器17与主出口导叶72以及分支面板84结合消除了对用以容纳径向传动轴15的单独支柱的需要。通常，容纳径向传动轴15的单独支柱放置在旁路管道40中，这导致所述系统上出现加重效率损失和比燃料消耗率损失的显著阻力。传动轴容器组件19满足以下需要：保护径向传动轴15免受风扇流的影响、同时使与风扇流中存在支柱的情况相关的损失最小化。

支柱通常向风扇框架组件60提供结构支撑。然而，因为传动轴容器组件19这样配置使得不需要单独支柱，所以主出口导叶72连接至风扇壳体42、分离器44，以便提供风扇框架组件60所需的必要支撑。

图3示出传动轴容器组件19的俯视图。从风扇叶片组24进入的漩涡空气流遇到主出口导叶72的前缘74，所述前缘74矫直所述流并且引导它朝向主出口导叶72的加宽后缘75。加宽后缘75连接至传动轴容器17的前面76，以使得空气流在传动轴容器17的两个侧面78周围平稳地引导。空气流随后遇到连接至传动轴容器17的侧面78的分支面板84。分支面板84允许所述空气在传动轴容器17周围平稳地流动，并且流到翼片形分支80或82上。

主出口导叶72、传动轴容器17和分支面板84连接在一起以允许传动轴容器组件19周围的流线型空气流，所述传动轴容器组件19使阻力最小化、同时允许径向传动轴15穿过风扇流。

以上详细描述了飞机发动机传动轴容器组件19的示例性实施例。传动轴容器组件19并不限于本说明书描述的具体实施例，而是相反，传动轴容器组件19的各部件可独立地并与本说明书中所述的其他部件分开使用。

尽管本发明各实施例的具体特征可能在一些附图中示出，而并未在其他附图中示出，但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，附图中的任何特征可结合其它任何附图中的任何特征进行参考和/或提出权利主张。

本说明书使用多个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果此类其他实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类其他实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类其他实例也应在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于包括旋转轴的燃气涡轮发动机的传动轴容器组件，所述传动轴容器组件包括：

配置用于容纳径向传动轴的至少一部分的传动轴容器，所述传动轴容器包括前面、后面和相对的侧面；以及

包括前缘和后缘的出口导叶，其中所述后缘包括大体上等于所述前面长度的长度，以使得所述出口导叶的所述后缘流线型地连接至所述传动轴容器的所述前面中。

2.根据权利要求1所述的传动轴容器组件，所述传动轴容器组件进一步包括连接至每个所述相对的侧面的分支面板。

3.根据权利要求2所述的传动轴容器组件，其中所述分支面板配置用于将所述传动轴容器流线型地连接至下游分支中。

4.根据权利要求1所述的传动轴容器组件，其中所述相对的侧面为非平行的。

5.根据权利要求1所述的传动轴容器组件，其中所述前面的所述长度小于所述后面的长度。

6.根据权利要求1所述的传动轴容器组件，其中所述后缘连接至所述前面以便促进在所述传动轴容器周围引导空气流。

7.根据权利要求1所述的传动轴容器组件，其中所述传动轴容器组件在风扇壳体与空气流分离器之间的旁路管道内径向延伸。

8.根据权利要求7所述的传动轴容器组件，所述传动轴容器组件进一步包括连接在所述风扇壳体与所述传动轴容器之间的至少一个密封结构，以及连接在所述空气流分离器与所述传动轴容器之间的至少一个密封结构，以便促进流体在所述径向传动轴周围流动。

9.一种组装用于燃气涡轮发动机的传动轴容器组件的方法，所述方法包括：

提供包括前面、后面和相对的侧面的传动轴容器，所述传动轴容器配置用于容纳径向传动轴的至少一部分；

提供包括前缘和后缘的出口导叶；以及

将所述出口导叶连接至所述传动轴容器，以使得所述出口导叶的所述后缘流线型地连接至所述传动轴容器的所述前面中。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括将分支面板连接至每个所述相对的侧面。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述分支面板配置用于将所述传动轴容器流线型地连接至下游分支中。

12.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括将所述后缘连接至所述前面以便促进在所述传动轴容器周围引导空气流。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述相对的侧面为非平行的，以使得所述前面的长度小于所述后面的长度。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述传动轴容器组件在风扇壳体与空气流分离器之间的旁路管道内径向延伸。

15.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：

包括旋转轴的核心燃气涡轮发动机；

从所述核心燃气涡轮发动机向外径向安装的附件齿轮箱；

在所述核心燃气涡轮发动机与所述附件齿轮箱之间径向延伸的传动轴；以及

配置用于容纳所述径向传动轴的至少一部分的传动轴容器组件，所述传动轴容器组件包括：

包括前面、后面和相对的侧面的传动轴容器；以及

包括前缘和后缘的出口导叶，其中所述后缘包括大体上等于所述前面长度的长度，以使得所述出口导叶的所述后缘流线型地连接至所述传动轴容器的所述前面中。

16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机进一步包括分支面板，所述分支面板连接至每个所述相对的侧面并且配置用于将所述传动轴容器流线型地连接至下游分支中。

17.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其中所述相对的侧面为非平行的，以使得所述前面的所述长度小于所述后面的长度。

18.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其中所述后缘连接至所述前面以便促进在所述传动轴容器周围引导空气流。

19.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其中所述传动轴容器组件在风扇壳体与空气流分离器之间的旁路管道内径向延伸。

20.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，其中所述传动轴容器组件配置用于在所述径向传动轴周围引导空气流，以便促使阻力最小化。