CN105392967A - 改进的涡轮机中间壳体及附件齿轮箱驱动组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮机中间壳体(10)，所述涡轮机中间壳体包括：-内衬套(11)，所述内衬套设计为接纳涡轮机压缩机轴；-外壳圈；以及-多个径向臂(13)，所述多个径向臂将衬套与壳圈连接，所述臂中的一个包括径向轴(20)的内罩，所述径向轴用于驱动辅助机械，所述壳体的特征在于，所述壳体其进一步包括用于径向轴(20)的锥齿轮箱(30)，所述锥齿轮箱布置在外壳圈中，所述齿轮箱与外壳圈形成为一件，并且锥齿轮箱(30)在径向轴与附件齿轮箱之间包括用于齿轮的罩(31)，所述罩(31)包括开口(35)，该开口通向外壳圈(12)的周缘。本发明还涉及一种包括这种壳体的涡轮机附件齿轮箱驱动组件。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡轮机中间壳体及一种涡轮机辅助机械的包括该壳体的驱动组件。
背景技术
涡轮机的示例在图1中被示意性地示出。
涡轮机1通常包括进气扇2、进入发动机的空气的第一压缩部分3和第二压缩部分4，第一压缩部分3称为低压部分，第二增压缩部分4称为高压部分。空气在进入燃烧室5并与燃烧室中待燃烧的燃料混合之前被压缩。
之后将来自该燃烧的热燃烧气体膨胀到不同的涡轮级中：高压涡轮级6和低压涡轮级7，高压涡轮级6直接位于燃烧室的下游，低压涡轮级7将气体再次膨胀到下游。
发动机轴8由两个涡轮级驱动，并且旋转地驱动低压压缩机级和高压压缩机级。
涡轮机进一步包括组合在一个附件齿轮箱(accessorygearbox，AGB)中的多个机械附件，该机械是诸如泵、润滑回路、起动器等之类的设备，该设备即使不作为推进装置使用对于涡轮机的运行也是必需的。
该齿轮箱包括齿轮系，通过在发动机轴处获取动力来旋转驱动该齿轮系，该发动机轴处于中间壳体的水平处，该中间壳体即在低压压缩机与高压压缩机之间的间隙的水平处绕发动机轴延伸的壳体。
为此，在中间壳体10中包含径向轴，径向轴被发动机轴通过中间锥齿轮(中间齿轮箱或IGB)所啮合，并且径向轴进而经由包含在伞齿轮箱(或TGB，即传动齿轮箱)中的锥齿轮与附件齿轮箱啮合，该伞齿轮箱安装在中间壳体上。
当必须对径向轴进行维护时，需要将伞齿轮箱拉出，或甚至还需要将整个附件齿轮箱支撑部拉出，这意味着长时间的等待以及因此的大量的维护成本。
此外，在一些涡轮机中，附件齿轮箱可相对于伞齿轮箱进行相当远距离的轴向偏移，这牵涉将辅助轴安装在这两个元件之间。
在努力减少由涡轮机造成的噪声方面，进行了开发以通过试图减小涡轮机的轴向长度来增大涡轮机的直径。因此需要限制使附件齿轮箱相对于伞齿轮箱远离地移动。
最后，需要减小涡轮机的质量，以限制其燃料消耗并降低飞行成本。
发明内容
本发明的目的是改正以上问题。
本发明的目的尤其在于提出一种附件齿轮箱的驱动组件，该驱动组件在不必拆卸伞齿轮箱或附件齿轮箱的情况下可触及径向轴。
本发明的另一个目的在于减小涡轮机的质量和轴向的庞大体积。
就这点而言，本发明的目的是一种涡轮机中间壳体，所述涡轮机中间壳体包括：
-内衬套，所述内衬套适于接纳涡轮机压缩机轴，
-外套圈，以及
-多个径向臂，所述多个径向臂将衬套与套圈连接，所述臂中的一个包括径向轴的内罩，所述径向轴用于驱动辅助机械，
所述壳体的特征在于，所述壳体进一步包括径向轴的布置在外套圈中的伞齿轮箱，所述齿轮箱与外套圈一体地形成，并且所述伞齿轮箱在径向轴与附件齿轮箱之间包括齿轮罩，所述罩包括终止于外套圈的周缘中的开口。
有利但可选地，根据本发明的中间壳体可进一步包括以下特征中的至少一个：
-所述伞齿轮箱进一步包括与附件齿轮箱联接的联接臂，所述臂是中空的以接纳所述附件齿轮箱的齿轮系，并且所述齿轮罩进一步包括用于与所述臂连通的开口，
-罩的开口布置为面向所述径向臂，所述径向臂包括径向轴的内罩。
本发明的另一目的是一种涡轮机附件齿轮箱的驱动组件，所述驱动组件包括中间壳体、径向轴、所述径向轴到附件齿轮箱的齿轮组件和所述径向轴的伞齿轮箱，所述径向轴在所述壳体的径向臂中延伸，所述齿轮组件安装在所述径向轴的一端处，所述壳体根据前述描述，所述伞齿轮箱一体地形成在所述壳体中。
有利但可选地，根据本发明的驱动组件可进一步包括以下特征中的至少一个：所述组件进一步包括盖，所述盖在所述套圈的周缘处覆盖壳体的罩的开口，所述盖包括进油连接件和排油连接件。
-所述齿轮组件包括小锥齿轮，所述小锥齿轮包括适于接纳径向轴的端部的衬套，并且所述齿轮组件在所述小齿轮的衬套中包括所述径向轴的轴向止挡部件。
-所述小锥齿轮的衬套包括内圆周凹槽，并且所述轴向止挡部件包括环，所述环布置在所述小锥齿轮的衬套的凹槽中并且相对于所述小锥齿轮的衬套的内表面凸起，以形成所述径向轴的轴向止挡部。
-所述齿轮组件进一步包括绕所述小齿轮的衬套延伸的两个轴承，并且所述驱动组件进一步包括安装在所述径向轴中的供油分配器，所述供油分配器与所述轴承流体连通。
本发明还涉及一种涡轮机，所述涡轮机包括发动机轴、附件齿轮箱和附件齿轮箱的根据以上说明的驱动组件。
本发明最后涉及一种用于安装该附件齿轮箱驱动组件的方法，所述方法包括以下步骤：
-将齿轮组件穿过壳体的套圈的外壁中的开口引导到壳体的伞齿轮箱上，并且将所述组件固定到伞齿轮箱的壁上，所述壁将齿轮箱与所述壳体的中空轴向臂隔开，
-穿过所述齿轮组件的小齿轮的衬套将径向轴接合在壳体的所述臂中，
-将所述径向轴的轴向止挡部件引导至所述小齿轮的衬套，以及
-通过一盖将所述外套圈的周缘处的开口封闭。
根据本发明的中间壳体具有许多优点。首先，由于所述中间壳体将伞齿轮箱集成，这减小了涡轮机的质量，因为一方面，待附接到所述壳体上以确保附件齿轮箱运行的附加件的数量减少了，并且另一方面，该中间壳体免除了将伞齿轮箱连接到附件齿轮箱的齿轮系的额外的轴。
此外，该壳体使得能够尤其是穿过壳体的套圈的外壁上的开口而容易地可触及径向臂，径向轴先布置在所述径向臂中。
附件齿轮箱的包括该壳体的驱动组件尤其是利用该开口还易于对包含在伞齿轮箱中的齿轮的轴承进行润滑，并将油回收。
最后，对该驱动组件进行装配和拆卸是简便的，并且这减少了维护过程的持续时间和成本。
附图说明
本发明的其它特征、目的和优点将通过以下说明来呈现，以下说明仅仅是说明性而非限制性的，并且必须结合附图来考虑，在附图中：
-已经描述过的图1示意性地示出了涡轮机，在该涡轮机中可以实施本发明，
-图2a、图2b和图2c示出了根据本发明的一个实施例的中间壳体，
-图3a和图3b示出了附件齿轮箱的包括该中间壳体的接合组件的局部截面视图，
-图4示出了将接合组件的齿轮组件固定到伞齿轮箱的壁上，
-图5a至图5d示出了接合组件的安装步骤，
-图6以框图的形式示出了接合组件的安装步骤。
具体实施方式
参照图2a至图2c，图2a至图2c示出了涡轮机中间壳体10，即，壳体的在低压压缩机与高压压缩机之间封闭涡轮机的部分发动机轴的部件。就这点而言，中间壳体是一种环形件，该环形件绕涡轮机的旋转轴的轴线延伸并且以涡轮机的旋转轴的轴线为中心。
该壳体10包括内衬套11、外套圈12和多个径向臂13，内衬套11适于接纳涡轮机的发动机轴，多个径向臂13在衬套与套圈之间延伸。
套圈12包括内壁14，内壁14重新构成涡轮机的主要气流的上部。套圈12进一步包括两个环形侧壁15和多个间隔件。
内壁14绕涡轮机的轴线周向地延伸，并且被包括在相对于涡轮机的轴线径向地延伸的两个环形侧壁15之间，其中，多个间隔件16在侧壁之间延伸并将侧壁连接到一起。
内壁14将间隔件16连接到一起，间隔件16均匀地分布在套圈的圆周上，如果需要，内壁14还将间隔件连接到一个或甚至两个的侧壁15上。
间隔件16绕涡轮机的轴线沿径向方向布置，并且位于径向臂部13的延长部中。
如图2b所示，根据特定实施例，间隔件16以两个间隔件一组的方式被分布间隔件，两个间隔件的组均匀地分布在套圈的圆周上，并与径向臂对准，使得间隔件使径向臂13在套圈的侧壁15之间进行了延长。
包括衬套11、径向臂13、间隔件16和套圈的内壁14与侧壁15的中间壳体10的组件铸造成单件。
至少一个径向臂13优选地是中空的，即，至少一个径向臂13包括内罩，该内罩有利地穿过衬套11上制成的开口相对于涡轮机的轴线终止于内侧，并且穿过套圈的内壁14上制成的开口终止于外侧，以便接纳径向轴20并且一方面连接到涡轮机的发动机轴，另一方面连接到伞齿轮箱30。有利但可选地，所有的径向臂13是中空的，以便减轻结构并使管与线缆能够通过。
有利地，布置在所述(或一个)中空径向臂13的延伸部中的两个间隔件16比另一组的两个间隔件间隔得更远，以使得能够对如下文所述的齿轮组件进行集成。
如在图3a中明显可见的，径向轴20在径向臂13中延伸，并且径向轴20在衬套中终止至一侧(其中，中间锥齿轮或IGB使得在发动机轴与径向轴之间能够成第一角度)并且在伞齿轮箱30中终止在相对的一侧上。
有利地，径向轴20通过密封套筒21封闭在径向臂13中。
此外，伞齿轮箱30通过与所述套圈12一体地形成(即，成型为单件)而布置在外套圈12中，以形成壳体10的组成部分。
伞齿轮箱包括形成在外套圈中的罩31，罩在两个间隔件16之间由侧壁15轴向地界定、由两个间隔件16的组成角度地界定、以及由套圈的内壁14和外壁32径向地界定，外壁32间隔件在套圈的周缘上延伸。替代性地，套圈12包括在套圈的整个圆周上延伸的外壁。
该罩是锥齿轮的在径向轴20与附件齿轮箱的齿轮系(未示出)之间的座。就这点而言，如在图2c中所见，伞齿轮箱30进一步包括与附件齿轮箱联接的联接臂33，联接臂33是中空的并根据不与径向臂的方向平行的轴线延伸，径向轴沿径向臂的方向延伸。
罩31包括制成在套圈的侧壁中的一个中的开口34，以与联接臂33连通。
此外，罩31在套圈的外壁32中包括第二开口35，第二开口35制成在套圈的周缘上。开口35被布置为面向中空的径向臂13，径向轴20被布置在径向臂13中，以使径向轴20穿过待定位在臂13中的该开口。如在下文所述的，该开口还使得能够对包含在伞齿轮箱中的锥齿轮的润滑油进行供应和回收。
参照图3a和图3b，现在将描述附件齿轮箱的驱动组件40，附件齿轮箱的驱动组件40包括之前所述的壳体10、布置在所述壳体的径向臂13中的径向轴20、以及齿轮组件50，齿轮组件50用于将径向轴20齿轮连接到附件齿轮箱的齿轮系上。
齿轮组件50安装在径向轴20的外端部上，并且尤其包括小锥齿轮51，小锥齿轮51包括接纳径向轴的端部的衬套510。小齿轮的衬套510和径向轴一体地旋转，以确保将轴的运动传递至小锥齿轮51。
齿轮组件51在小齿轮的衬套510中进一步包括径向轴的轴向止挡部件52。
根据优选的实施例，轴向止挡部件52包括圆周凹槽520和环521，圆周凹槽520制成在衬套510的内表面上，环521的尺寸设置成待插入到所述凹槽中，以使得一旦在凹槽中就位，环相对于衬套510的内表面周向地凸起。为此，环521有利地具有与凹槽的直径相等的直径，并且具有大于凹槽的深度的径向尺寸。
所以，一旦径向轴20安装在小齿轮的衬套510内，环可定位在凹槽中，并且轴则抵靠该环止挡。
齿轮组件50进一步包括两个轴承53、54，两个轴承53、54用于将小齿轮紧固在罩31中，轴承邻接围绕衬套510安装，使得轴承被包含在套圈的内壁14与小齿轮51之间。
最外部的轴承53包括支撑件530，支撑件530通过螺栓连接或螺钉连接被安装在罩的内壁上，支撑件530还将第二轴承54保持在壁与该第一轴承53之间。
齿轮组件进一步包括间隔件57和调节楔58，间隔件57布置在轴承53、54之间，调节楔58在罩的内壁与最内部的轴承54之间延伸，这些元件将轴承轴向地间隔开，以确保将小齿轮51的力良好地传递至壳体10。
在调节楔58与小齿轮51之间具有两个轴承的事实使得能够在不使用包含该组件的附加的壳体元件的情况下对壳体10的其余部分的齿轮组件进行装配和拆卸，这代表了对于制造和维护在质量和装配的简易性方面的获益，并且因此代表了在驱动组件的使用和制造成本上的降低。
有利地，轴承53的支撑件530和调节楔58绕小齿轮的衬套周向地延伸，因此，轴承53的支撑件530和调节楔58可通过多个螺钉56一起被旋接到壁上，多个螺钉56优选地均匀分布在衬套510周围(如图4所示)。
轴承53为滚珠轴承，另一轴承54为滚柱轴承。这两个滚子定位到小锥齿轮的同侧(与常规的解决方案相反，常规的解决方案是小锥齿轮在两个轴承之间)。当轴的动态状况是合理的并且其临界速度为高时能够进行该布置，该布置是这里的情况，因为轴是短的，这是因为一方面将伞齿轮箱集成进壳体中，并且另一方面将附件齿轮箱没有轴向偏移地置于壳体上，即，不必要添加用于在该齿轮箱与伞齿轮箱之间传递运动的额外的轴。
通过经由外部(穿过开口35)旋下螺钉56，能够以单个操作将具有其轴承和其轴承支撑件的齿轮组件50拉出，而不必将齿轮组件50拆卸。
有利地，径向轴20包括油分配器25，油分配器25是安装在轴的端部内的圆柱形件，该端部进而位于小齿轮51的衬套中。小齿轮、分配器和轴还被配置为使油能够在分配器25与轴承组件53、54之间流通。
所以，齿轮组件可在通过将轴承和楔紧固在套圈12的内壁上进行的安装之前进行装配，该齿轮组件包括绕小齿轮51安装的轴承组件53、54和小齿轮本身。如图4所示，该安装是简易的，因为其只须将螺钉56通过轴承53和调节楔58的支撑件530接合在套圈12的内壁中。
如在图3a和3b中所见，接合组件40进一步包括盖41，盖41安装在套圈12上以将制成在其周缘处的开口35封闭。然而盖可被拉出以可触及罩31的内部，以便于维护。
盖41包括进油连接件410和排油连接件411，这两个连接件然后附接到油循环回路的支路上。
供油连接件410进一步包括突起部412，突起部412朝小锥齿轮51延伸到罩31的内部中，随着加压油的注射使得油能够进入罩31直到被润滑的小齿轮51，以及直到其衬套510的内部，进入到油分配器25中，油分配器25然后通过离心作用将油分配在轴承组件53、54中，以确保其润滑。
罩31构成包含在伞齿轮箱中的锥齿轮的润滑外壳。
此外，如图2a所示，当驱动组件40例如按照图1安装在涡轮机中时，壳体被定位成使得伞齿轮箱30垂直处于涡轮机的发动机轴上方并处于涡轮机下方(“在6点钟位置处”)。以这种方式，罩的开口35和盖41位于径向轴20和附件齿轮箱之间的锥齿轮的下方，以使得用于润滑齿轮组件50的油可由于重力落回到罩31的基座，并经由盖的排油连接件411流出罩。
参照图5a至图5d和图6，现将描述驱动组件40的装配方法1000。
在第一步骤1100期间，包括伞齿轮箱30的壳体10是铸造成型的，伞齿轮箱30一体地形成在壳体的套圈中。
如图5a所示，一旦壳体制成，中间锥齿轮IGB被固定在其中心衬套11内，该齿轮适于与涡轮机发动机轴的互补的齿轮(图中未示出)相啮合。
在步骤1200期间，具有附件齿轮箱(图中未示出)的径向轴的齿轮组件50被引导穿过壳体的开口35，开口35制成在套圈的周缘处(在外壁32中)。如图5b所示，在径向臂13的端部处通过多个螺钉56将该组件固定到套圈12的内壁14上。
参照图5c，然后通过使径向轴穿过开口35将径向轴引导1300至径向臂中，并且将径向轴引导至齿轮组件的小锥齿轮的衬套510中。该径向轴在其内端部处与中间锥齿轮IGB相接合，并且在其外端部处与小齿轮51的衬套510相接合。
有利地，将径向轴的在衬套510中的轴向止挡环521引导1310至为该目的提供的小齿轮的衬套510的凹槽520中。
最后，参照图5d，在步骤1400期间，然后通过盖41将开口35封闭。
之后可通过以与小锥齿轮啮合连接的方式将齿轮箱的齿轮系定位在罩31中并且通过将附件齿轮箱固定到伞齿轮箱的联接臂33上来实施将附件齿轮箱装配在该驱动组件上。
提出的解决方案通过穿过制成在齿轮箱中的开口简易地安装径向轴和齿轮组件来将伞齿轮箱集成在中间壳体中。这有利于在维护期间在装配和拆卸方面产生时间收益，并且因此在制造和维修成本方面产生收益。
此外，这种紧凑的安装省略了额外的部件(例如，伞齿轮箱的为附接到壳体上的额外的部件的结构)并且因此使涡轮机减轻。
Claims (10)
1.一种涡轮机中间壳体(10)，包括：
-内衬套(11)，所述内衬套(11)适于接纳涡轮机压缩机轴，
-外套圈(12)，以及
-多个径向臂(13)，所述多个径向臂(13)将衬套与套圈连接，所述臂中的一个包括径向轴(20)的内罩，所述径向轴(20)用于驱动辅助机械，
所述壳体的特征在于，所述壳体进一步包括所述径向轴(20)的布置在所述外套圈(12)中的伞齿轮箱(30)，所述齿轮箱与所述外套圈(12)一体地形成，并且所述伞齿轮箱(30)在径向轴与附件齿轮箱之间包括齿轮罩(31)，所述罩(31)包括终止于所述外套圈(12)的周缘处的开口(35)。
2.根据权利要求1所述的中间壳体(10)，其中，所述伞齿轮箱(30)进一步包括与附件齿轮箱联接的联接臂(33)，所述臂是中空的以接纳所述附件齿轮箱的齿轮系，并且所述齿轮罩(31)进一步包括用于与所述臂连通的开口(34)。
3.根据权利要求1或2中一项所述的中间壳体，其中，所述罩(31)的开口(35)布置为面向所述径向臂(13)，所述径向臂(13)包括径向轴(20)的内罩。
4.一种涡轮机附件齿轮箱的驱动组件(40)，包括中间壳体(10)、径向轴(20)、所述径向轴到附件齿轮箱的齿轮组件(50)和所述径向轴的伞齿轮箱(30)，所述径向轴(20)在所述壳体的径向臂(13)中延伸，所述齿轮组件(50)安装在所述径向轴的一端处，
其特征在于，所述中间壳体(10)是根据前述权利要求中一项所述的壳体，所述伞齿轮箱(30)一体地形成在所述壳体中。
5.根据前项权利要求所述的驱动组件(40)，进一步包括盖(41)，所述盖(41)在套圈(12)的周缘上覆盖罩的开口(35)，所述盖(41)包括进油连接件(410)和排油连接件(411)。
6.根据权利要求4或5中一项所述的驱动组件(40)，其中，所述齿轮组件(50)包括小锥齿轮(51)，所述小锥齿轮(51)包括适于接纳所述径向轴(20)的端部的衬套(510)，并且所述齿轮组件在小齿轮的衬套中包括所述径向轴的轴向止挡部件(52)。
7.根据前项权利要求所述的驱动组件(40)，其中，所述小锥齿轮的衬套(510)包括内圆周凹槽(520)，并且所述轴向止挡部件(52)包括环(521)，所述环(521)布置在所述小锥齿轮的衬套的凹槽中并且相对于所述小锥齿轮的衬套的内表面凸起，以形成所述径向轴的轴向止挡部。
8.根据权利要求6或7中一项所述的驱动组件(40)，其中，所述齿轮组件(50)进一步包括绕所述小锥齿轮的衬套(510)延伸的两个轴承(53，54)，并且所述驱动组件(40)进一步包括安装在所述径向轴(20)中的供油分配器(25)，所述供油分配器(25)与所述轴承(53，54)流体连通。
9.一种涡轮机(1)，包括发动机轴、附件齿轮箱(AGB)和所述附件齿轮箱的根据权利要求4至8中一项所述的驱动组件(40)。
10.一种用于对附件齿轮箱的根据权利要求4至8中一项所述的驱动组件(40)进行安装的方法，包括以下步骤：
-将齿轮组件(50)穿过壳体的套圈的外壁中的开口引导(1200)到壳体(10)的伞齿轮箱中，并且将所述组件固定到所述伞齿轮箱的壁(14)上，所述壁将齿轮箱与所述壳体(10)的中空轴向臂(13)隔开，
-穿过所述齿轮组件(50)的小齿轮(51)的衬套(510)将径向轴(20)接合(1300)到壳体的所述臂(13)中，
-将所述径向轴的轴向止挡部件(52)引导(1310)至所述小齿轮的衬套中，以及
-通过盖(41)将外套圈(12)的周缘处的开口(35)封闭(1400)。
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