CN105324561A - 配备油气分离器的涡旋机附件齿轮箱 - Google Patents

配备油气分离器的涡旋机附件齿轮箱 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的附件齿轮箱(10)，所述齿轮箱配备有油气分离器(12)并且包括壳体(24)，相互啮合的多个齿轮安装在该壳体中，相互啮合的多个齿轮中的一个齿轮(18)牢固地连接至同轴杆(22)上，该同轴杆用于驱动分离器的至少一个过滤膜(35)，其特征在于，该过滤膜在壳体内被直接安装到齿轮(18)的网状部上。

Description

配备油气分离器的涡旋机附件齿轮箱
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮发动机的附件齿轮箱(也被称为AGB，AccessoryGearBox)，该附件齿轮箱设有一种装置，并且尤其设有一种油气分离器。
背景技术
对航空发动机性能的不断研究导致对附件齿轮箱进行集成处于愈发受限制的环境中。附件齿轮箱的整体尺寸有助于发动机的整体性能。因此变得有必要缩减附件齿轮箱及其装置的尺寸。
用于涡轮发动机的附件齿轮箱用于将来自涡轮发动机的机械动力传导至诸如泵、油气分离器、发电机等之类的装置。附件齿轮箱包括相互啮合的齿轮，该啮合齿轮中的至少一些刚性地连接到同轴杆上，该同轴杆用于使装置的活动部件或转子旋转。
在现有技术中，齿轮箱中每个齿轮的上述杆穿过附件齿轮箱的壳体上的孔，并且该杆在附件齿轮箱外部使得装置的旋转部分旋转。
当该装置是油气分离器时，油气的混合物被引入到分离器中，该分离器用于使混合物进行旋转，以通过离心作用将油从空气中分离出来。从油中分离出的空气之后用于穿过过滤膜，该过滤膜通过齿轮的杆进行旋转并拦挡包含在空气中的剩余的油滴，接下来将过滤后的空气发送到分离器的空气出口。与该装置配合的齿轮杆由单独安装在附件齿轮箱中的轴承旋转地引导。
然而，该技术是令人不满意的，因为齿轮箱与装置太过庞大，使得难以将其集成进涡轮发动机。
本发明对该问题提出了一种简单、有效以及经济的解决方案。
发明内容
本发明提出了一种用于涡轮发动机的附件齿轮箱，该齿轮箱设有油气分离器，并且包括壳体，相互啮合的多个齿轮安装在所述壳体中，相互啮合的多个齿轮中的一个齿轮刚性地连接到同轴杆上，所述同轴杆用于驱动所述分离器的至少一个过滤膜，其特征在于，在所述壳体内，该过滤膜被直接安装到齿轮的网状部上。
根据本发明，部分装置(油气分离器)容纳在所述附件齿轮箱的壳体中，即集成在所述附件齿轮箱中。这是通过将装置的旋转部分(过滤膜)至少部分地容纳在该壳体中的事实来达成的。换言之，现有技术中所述旋转部分位于附件齿轮箱的外部，不同于现有技术，这里的所述旋转部分被容纳在齿轮箱的内部。这使得能够简化所述装置，例如通过省略现有技术中装置的旋转部分的驱动轴，以及其引导轴承(在油气分离器的情况下，所述旋转部分可已经由传动轴承来支撑了)，并且使得节省了重量并显著减小所述齿轮箱及装置的轴向尺寸(这里所考虑的轴线是齿轮杆和所述装置的旋转部分的旋转轴线)。
根据本发明，所述装置是油气分离器，并且其旋转部分包括过滤膜，所述过滤膜在壳体内部直接安装到齿轮的网状部上。所述装置的旋转部分因此可由齿轮的引导轴承旋转地引导，这使得能够改善组件的可靠性。所述膜可施加并固定到所述齿轮上。
所述齿轮可包括齿部，所述齿部通过例如径向的多个臂部连接到齿轮的杆上，多个臂部构成了前述网状部，并且将其之间的开口界定为空气在分离器中流转的通道。
所述膜可轴向安装在所述网状部的上游，并且用于使油气混合物穿过该膜并拦挡该混合物中的油。
所述分离器可包括壳体，所述壳体围绕齿轮的杆的至少一部分，并且界定了基本为圆柱形的内腔，以及用于油气混合物的一个或多个入口，所述入口在腔中基本是沿切线方向的。
所述壳体在其内表面上可包括至少一个螺旋翅片，所述螺旋翅片用于使被引入到腔中的油气混合物进行旋转，以通过离心作用从混合物的空气中分离出至少部分的油。
所述杆可以是基本管状的，并且在其管状壁上包括径向的孔，所述孔用作由所述膜进行过滤之后的空气的通道。
所述齿轮的杆的引导轴承优选地安装在所述杆与分离器的支撑件(诸如轴承支撑件)的圆柱形边缘之间。
本发明还涉及一种诸如飞机或直升机的涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮发动机之类的涡轮发动机，其特征在于：所述涡轮发动机包括如上所述的齿轮箱。
附图说明
通过参照附图阅读下文中以非限制性示例给出的说明，本发明将被更好的理解，并且本发明的其它细节、特征和优点将显现，在附图中：
图1是涡轮发动机的附件齿轮箱的高度示意性视图，两个装置安装在该附件齿轮箱上；
图2是配备油气分离器的附件齿轮箱的轴向截面的高度示意性的局部视图，并且代表了本发明之前的技术；
图3是配备油气分离器的附件齿轮箱的轴向截面的高度示意性的局部视图，并且代表了本发明；以及
图4至图7是根据本发明实施例的附件齿轮箱和油气分离器的立体局部示意图，其中某些附图是轴向截面的立体局部示意图。
具体实施方式
首先参照图1，图1高度示意性地示出了一种用于涡轮发动机(诸如飞机或直升机的涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮发动机)的附件齿轮箱10，该齿轮箱10配备有附件或装置12，该附件或装置中有两个在本示例中被示出了。
附件齿轮箱10用于通过由此出现的径向的轴传导来自涡轮发动机的机械动力，并用于将所述动力传导至是泵、油气分离器、发电机等的装置。通过由连续的齿轮14、16、18、20组成的运动链来进行该传导，该齿轮其中有四个在本示例中被示出了。
齿轮16和20每个均包括同轴杆22，该同轴杆与对应的齿轮一次成型，并且该同轴杆穿过附件齿轮箱的壳体24上的孔。齿轮的杆22的端部位于齿轮箱10的外部，使得能够使对应的装置12的旋转部分旋转。
图2是装置12的齿轮18的杆22以更大比例的高度示意性视图，该装置这里是油气分离器30。
齿轮的杆22被置于中央并被轴承32旋转地引导，该轴承安装在附件齿轮箱10的壳体24中。该装置包括与齿轮18同轴的固定管26。
油气分离器30包括圆柱形壳体34，该圆柱形壳体承载管26并围绕膜35，并且在该圆柱形壳体内部沿切线方向地(箭头36)引入油气混合物，该混合物用于在壳体34中进行旋转，以通过离心作用将混合物的油从空气中分离出来，脱油的空气接下来用于穿过膜35，使得所述膜拦挡残留在该空气中的油滴。排出(箭头38)所回收的油，并且将从油中分离出的空气经由管26一直发送到分离器的空气出口(箭头40)。
在图2中示出的代表了现有技术的技术具有轴向庞大(轴线A)的缺陷。在图3中示意性地示出的本发明，通过将装置12的部分即前述示例中的分离器30集成到附件齿轮箱的壳体24中，使得能够解决该问题。
通过将装置的旋转部分容纳到齿轮箱的壳体24中使得其成为可能。另外，在下文中描述的实施例使得能够使用齿轮的部件来运行装置，尤其是将过滤膜直接固定到齿轮的网状部上，和将空气使用齿轮的管状杆直接排出。
在图3中，分离器30的过滤膜35实际上被容纳在壳体24中，并且被固定到齿轮18上。分离器的壳体34的部分被容纳在附件齿轮箱10的壳体24的空间内部，而且充当杆22的第一引导轴承32a的支撑件，杆的另一个引导轴承32b由附件齿轮箱10的壳体24所承载。
现参照图4至图7，图4至图7示出了本发明更具体的实施例，并且其中已经在上文描述过的元件以相同的标记来标示。
附件齿轮箱10的壳体24横截面基本为矩形，该壳体在其一个壁上包括开口42，该开口具有基本为圆形的轮廓，用于安装油气分离器30。
分离器30包括基本为圆柱形的第一壳体34a，该第一壳体穿过开口42进入壳体24，并且包括用于将分离器30固定到壳体24上的径向外(相对于轴线A)环形凸缘44，该凸缘44通过螺钉与螺母型(未示出)的方式施加并固定到开口42的外周缘上。
壳体34a围绕齿轮18的杆22的部分延伸，并界定出围绕所述杆的环形腔46，该环形腔用于流通油气混合物。壳体34a在其内圆柱形表面上包括至少一个内螺旋翅片48，该螺旋翅片用于使该混合物围绕杆22进行旋转。
分离器30在其位于壳体24外部的端部包括用于引入油气混合物(箭头36)的第一管50，该管50刚性地连接到第一壳体34a，并且其径向内通道出现在壳体34a的腔46内部。管50的纵向轴线相对于中心在轴线A上的圆周沿切线方向地定向，以至于使得将腔中的混合物进行旋转更容易，油气混合物用于围绕轴线A旋转，并沿该轴线从齿轮箱10的外部朝向内部移动(在图4中从右到左)。
分离器30还包括第二管61，该第二管用于将通过离心作用从空气中分离出来的油排出(箭头38)，该油沉积在壳体34a的内表面上，随后流入管61的内部通道，该管也相对于中心在轴线A上的圆周沿切线方向地定向。第二管61刚性地连接到壳体34a上并且在这种情况下被容纳在齿轮箱10的壳体24的内部(图5)。
壳体34a在其位于齿轮箱10外部的端部包括圆柱形边缘52，该圆柱形边缘用于安装分离器的轴承支撑件34b。该支撑件34b界定了在对前述混合物进行过滤之后的分离器30的空气出口(箭头40)。该支撑件34b为环形形状并且包括截头圆锥形的壁，其端部分别连接到圆柱形边缘54、56上，边缘54位于与齿轮箱10相对的一侧，其被安装在壳体34a的边缘52中并固定到其上，围绕杆22的端部部分的另一个边缘56延伸到齿轮箱10的壳体24的外部。
环形垫圈58安装在边缘52、54之间，并且边缘54在其一端通过螺钉与螺母型(未示出)的方式连接到壳体34a上的外环形固定凸缘60上。
引导轴承32a安装在支撑件34b的边缘56与杆22的前述端部部分之间。杆22的其它引导轴承32b安装在杆的相对端，并被固定到齿轮箱10的壳体24上。
固定壳体34a和支撑件34b并构成分离器30的定子。壳体34a的与管50和支撑件34b相对的端部围绕支撑过滤膜35的盘62，该盘安装并固定到齿轮的网状部上，并且与过滤膜35及其齿轮18和杆22一同构成分离器30的转子。膜35包括例如蜂窝状材料块，诸如泡沫。
盘62包括衬套、环形圈64和径向臂部66，该衬套固定到齿轮的网状部上，该环形圈围绕衬套，该臂部用于将衬套连接到环形圈。臂部66在其之间界定了轴向开口，该轴向开口用作空气在腔46中流通的通道，该空气如上文所说明的已通过离心作用进行了脱油(箭头68)。
在运行时，盘62在壳体34a内部转动，所述壳体在盘62的圈64的外周上滑动。可在壳体34a与圈64之间和/或在杆22与轴承支撑件34b之间提供动态密封(包括例如槽或凹部)。
盘62安装在齿轮18的上游(相对于空气的流动方向-箭头68)，并通过螺钉70固定到其上，该螺钉穿过盘的圈64的和齿轮18的轴向孔。
齿轮18与杆22一次成型，并且包括外齿部72，该外齿部通过由径向臂部74构成的网状部连接到杆上，该径向臂部在其之间界定了用作前述空气(箭头68)的通道的轴向开口。盘和齿轮的臂部66、74基本是轴向对齐的。齿轮18上的齿部72用于与附件齿轮箱10的另一个齿轮上的齿部啮合。
分离器进一步包括可活动的盖34c，即构成了其部分转子。该盖34c安装在齿轮箱的壳体24中，并具有围绕杆22延伸的环形形状。所述盖基本是截头圆锥的形状并安装在膜35和齿轮18的下游，其较大直径的上游端固定到齿轮18的外周上，其较小直径的下游端固定到杆22上。在示出的示例中，用于固定盘62的螺钉70穿过齿轮，并且旋进盖34c的攻有螺纹的孔中。
该盖34c界定了围绕杆22和膜35及齿轮18的下游的环形外壳，该外壳被从油中分离出来的空气即从膜35流出的过滤过的空气所填充，该膜用于拦挡穿过其的空气中残留的油滴。
盖34c围绕部分杆22，该杆为管状并且包括径向的通孔76，该通孔用于使过滤过的空气在杆的内部径向穿过(箭头78)。进入杆22的空气用于在杆的内部从下游流动到上游(在图4中从左至右)直到杆的开放上游端，使得该空气通过由支撑件34b界定的分离器30的出口排放(箭头40)。

Claims (9)

1.用于涡轮发动机的附件齿轮箱(10)，所述齿轮箱设有油气分离器(12)，并且包括壳体(24)，相互啮合的多个齿轮(14-20)安装在所述壳体中，相互啮合的多个齿轮中的一个齿轮(18)刚性地连接到同轴杆(22)上，所述同轴杆用于驱动所述分离器的至少一个过滤膜(35)，其特征在于，在所述壳体内，所述过滤膜被直接安装到齿轮(18)的网状部上。
2.根据权利要求1所述的附件齿轮箱(10)，其特征在于，将所述膜(35)施加并固定到所述齿轮(18)上。
3.根据权利要求1或2所述的附件齿轮箱(10)，其特征在于，所述齿轮(18)包括齿部(72)，所述齿部通过多个臂部(66)连接到所述杆(22)上，多个臂部构成了前述网状部，并且将其之间的开口界定为空气在所述分离器(12)中流转的通道。
4.根据权利要求3所述的附件齿轮箱(10)，其特征在于，所述膜(35)被轴向安装在所述齿轮(18)的上游，并且用于使油气混合物穿过所述膜并拦挡所述混合物中的油。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的附件齿轮箱(10)，其特征在于，所述分离器(12)包括壳体(34a)，所述壳体围绕所述齿轮(18)的杆(22)的至少一部分，并且界定了基本为圆柱形的内腔(46)以及用于油气混合物的一个或多个入口，所述入口在所述腔中基本是沿切线方向的。
6.根据权利要求5所述的附件齿轮箱(10)，其特征在于，所述壳体(34a)在其内表面上包括至少一个螺旋翅片(48)，所述螺旋翅片用于使被引入到所述腔(46)中的油气混合物进行旋转，以通过离心作用从混合物的空气中分离出至少部分的油。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的附件齿轮箱(10)，其特征在于，所述齿轮(18)的杆(22)基本是管状的，并且在其管状壁上包括径向的孔(76)，所述孔用于在用所述膜(35)进行过滤之后使空气穿过。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的附件齿轮箱(10)，其特征在于，所述齿轮(18)的杆(22)的引导轴承(32a)被安装在所述杆与所述分离器(12)的支撑件(34b)的圆柱形边缘(56)之间。
9.诸如飞机或直升机的涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机或涡轮发动机之类的涡轮发动机，其特征在于，所述涡轮发动机包括根据前述权利要求中任一项所述的附件齿轮箱(10)。
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