CN105673825A - 具有密封的附件通气口的齿轮箱 - Google Patents

具有密封的附件通气口的齿轮箱 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有密封的附件通气口的齿轮箱。具体而言，一种齿轮箱通气装置包括：齿轮箱；附件，其包含在壳中，该壳安装于该齿轮箱，使得该壳的内部空间与该齿轮箱的内部空间连通，其中，该壳包括侧壁和端壁，中空驱动轴，其安装以用于在壳的内侧旋转；环状第一密封元件，其安装于该驱动轴；环状第二密封元件，其安装于该壳且接触该第一密封元件，以便限定密封界面；和通气管，其具有联接于该端壁的前端，与该驱动轴流体地连通。

Description

具有密封的附件通气口的齿轮箱
相关申请的交叉引用
本非临时申请要求对美国临时专利申请No.62/089025的在35U.S.C.§119(e)下的优先权，该美国临时专利申请题为“GEARBOXWITHSEALEDACCESSORYVENT”，在2014年12月8日提出，其通过引用而整体并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及燃气涡轮发动机，且更具体而言，涉及用于对燃气涡轮发动机中的齿轮箱进行通气的装置。
背景技术
燃气涡轮发动机通常包括一个或更多个机械驱动的附件，诸如燃料或油泵、发电机或交流发电机、控制单元等。此种附件安装到附件齿轮箱(“AGB”)，该附件齿轮箱从发动机提取转矩，且使用内部齿轮系在要求的旋转速度下驱动各附件。
加压油流被输送至AGB以用于润滑和冷却。来自AGB的用过的油排回到发动机的供应和清除系统。在典型的构造中，一个或更多个发动机贮油槽被通过位于AGB中的交流发电机驱动轴上的旋转空气-油分离器来通气。分离的空气-油混合物离开中空轴且进入通气管线，该通气管线从交流发电机罩的后端延伸。
在现有技术发动机中，通气管线沿下坡(downhill)方向延伸。在此种发动机中，空气-油混合物相对于内部构件的潜在浸注(flooding)的控制不是关键的，因为泄漏经过内部密封件或冷凝出在驱动轴与通气口之间的通气空气的任何油将流过朝交流发电机外罩的底部定位的下坡通气管，从而固有地限制可浸注交流发电机或其他AGB构件的油的潜在量。然而，一些发动机构造具有通气口，该通气口必须沿上坡(uphill)方向离开交流发电机，这可将交流发电机置于被油浸注的风险下。
因此，仍然需要一种交流发电机通气口，其对通气空气流的方向不敏感。
发明内容
该需要通过本发明来解决，本发明提供具有附件的齿轮箱，该附件具有密封通气装置，该密封的通气装置防止油泄漏回附件中。
根据本发明的一个方面，一种齿轮箱通气装置包括：齿轮箱；附件，其包含在壳中，该壳安装于该齿轮箱，使得该壳的内部空间与该齿轮箱的内部空间连通，其中，该壳包括侧壁和端壁，中空驱动轴，其安装以用于在壳的内侧旋转；环状第一密封元件，其安装于该驱动轴；环状第二密封元件，其安装于该壳且接触该第一密封元件，以便限定密封界面；和通气管，其具有联接于该端壁的前端，与该驱动轴流体地连通。
根据本发明的另一方面，该定子包括形成在其中，将该壳和该齿轮箱的内部空间互连的至少一个排泄通道。
根据本发明的另一方面，该附件为交流发电机，该交流发电机包括环状转子，该环状转子安装于该驱动轴，由安装在该壳中的环状定子围绕。
根据本发明的另一方面，该壳的侧壁包括油喷嘴，该油喷嘴定向为朝该第一和第二密封元件将油径向向内地排放到该壳的内部空间中。
根据本发明的另一方面，该油喷嘴与该壳中的通道连通，该通道又与该齿轮箱中的油沟(oilgallery)连通。
根据本发明的另一方面，该交流发电机是永磁交流发电机。
根据本发明的另一方面，至少一个排泄通道形成在交流发电机的定子中。
根据本发明的另一方面，该转子抵接在该驱动轴的外表面上形成的台肩，且通过与该驱动轴接合的锁定螺母而被靠着该转子固持在适当的位置。
根据本发明的另一方面，该第一和第二密封元件中的至少一个包括碳石墨材料。
根据本发明的另一方面，该第二密封元件包括碳石墨材料且该第一密封元件是不同的材料。
根据本发明的另一方面，机外管联接于通气管的后端。
根据本发明的另一方面，燃气涡轮发动机与齿轮箱通气装置组合地提供，其中，该齿轮箱通气装置安装于发动机的较低部分。
根据本发明的另一方面，该燃气涡轮发动机还包括空气-油分离器，该空气-油分离器与该中空驱动轴流体连通地连接。
根据本发明的另一方面，该燃气涡轮发动机还包括机外管，该机外管联接于通气管的后端。
根据本发明的另一方面，该机外管朝发动机的中心线轴线延伸。
技术方案1：一种齿轮箱通气装置，其包括：
齿轮箱；
附件，其包含在壳中，该壳安装于该齿轮箱，使得该壳的内部空间与该齿轮箱的内部空间连通，其中，该壳包括侧壁和端壁，
中空驱动轴，其安装以用于在该壳的内侧旋转；
环状第一密封元件，其安装于该驱动轴；
环状第二密封元件，其安装于该壳且接触该第一密封元件，以便限定密封界面；和
通气管，其具有联接于该端壁的前端，与该驱动轴流体地连通。
技术方案2：根据技术方案1所述的装置，其中，该定子包括形成在其中，将该壳和该齿轮箱的内部空间互连的至少一个排泄通道。
技术方案3：根据技术方案1所述的装置，其中，该附件为交流发电机，该交流发电机包括环状转子，该环状转子安装于该驱动轴，由安装在该壳中的环状定子围绕。
技术方案4：根据技术方案1所述的装置，其中，该壳的侧壁包括油喷嘴，该油喷嘴定向为朝该第一和第二密封元件将油径向向内地排放到该壳的内部空间中。
技术方案5：根据技术方案1所述的装置，其中，该油喷嘴与该壳中的通道连通，该通道又与该齿轮箱中的油沟连通。
技术方案6：根据技术方案1所述的装置，其中，该交流发电机是永磁交流发电机。
技术方案7：根据技术方案1所述的装置，其中，该至少一个排泄通道形成在该交流发电机的定子中。
技术方案8：根据技术方案1所述的装置，其中，该转子抵接在该驱动轴的外表面上形成的台肩，且通过与该驱动轴接合的锁定螺母而被靠着该转子固持在适当的位置。
技术方案9：根据技术方案1所述的装置，其中，该第一和第二密封元件中的至少一个包括碳石墨材料。
技术方案10：根据技术方案9所述的装置，其中，该第二密封元件包括碳石墨材料且该第一密封元件是不同的材料。
技术方案11：根据技术方案1所述的装置，其中，机外管联接于该通气管的后端。
技术方案12：一种与技术方案1的齿轮箱通气装置组合的燃气涡轮发动机，其中，该齿轮箱通气装置安装于该发动机的较低部分。
技术方案13：根据技术方案11所述的燃气涡轮发动机，还包括与该中空驱动轴流体连通地连接的空气-油分离器。
技术方案14：根据技术方案12所述的燃气涡轮发动机，还包括机外管，该机外管联接于该通气管的后端。
技术方案15：根据技术方案14所述的燃气涡轮发动机，其中，该机外管朝该发动机的中心线轴线延伸。
附图说明
可通过参照结合附图作出的下列描述来最好地理解本发明，在附图中：
图1是包括根据本发明的方面构造的密封交流发电机通气口的燃气涡轮发动机的示意截面图；且
图2是图1的发动机的一部分的截面图。
具体实施方式
参考附图，在附图中，贯穿各种视图，相同的参考标号指示相同的元件，图1例示了大体上指示为10的燃气涡轮发动机，在其中包括齿轮箱和根据本发明的原则构造的密封附件通气口。发动机10具有纵向中心线轴线11、和沿轴线11同轴地配置的外固定环状壳体14。发动机10包括气体发生器核心16，该气体发生器16由以串联、轴向流动的关系都围绕中心线轴线11同轴地布置的多级压缩机18、燃烧器20、和高压涡轮22(单级或多级)构成。环状外驱动轴24将压缩机18和高压涡轮22互相连接。
在操作中，来自压缩机18的加压空气与燃烧器20中的燃料混合且点燃，从而生成燃烧气体。一些功由驱动压缩机18的高压涡轮22从这些气体中提取。燃烧气体的剩余部分从核心16排到低压涡轮26中。
安装内驱动轴38以用于通过后轴承32、差速器轴承40、且通过互连到外固定壳体14的适合的前轴承42而相对于外驱动轴24旋转。内驱动轴38由低压涡轮26驱动且驱动前风扇轴59，前风扇轴59又驱动前风扇转子44，且在某些情况下，驱动增压器转子45。风扇叶片48和增压器叶片54安装到风扇转子44和增压器转子45，以用于与其一起旋转。风扇叶片48由环状风扇壳体56包围，该环状风扇壳体56又由环状风扇机舱58包围。
发动机10具有安装于其的附件齿轮箱(“AGB”)60。在例示的示例中，AGB60安装在发动机10的底部处，在风扇壳体56的下方，在6点钟位置处(在从发动机10的前方或后方看时)。各种轴驱动的发动机附接，诸如油和燃料泵、起动器、发电机、交流发电机等可安装于AGB60。在操作中，来自发动机核心16的转矩被经由在图1中示意地示出的内部和/或传递齿轮箱61传递至AGB60。由此供应至AGB60的转矩然后用于以已知的方式驱动单独的轴驱动附件中的各个。
参照图2，交流发电机62安装于AGB60。交流发电机62包括中空交流发电机壳64，该中空交流发电机壳64例如使用螺栓66安装于AGB60，该螺栓66穿过交流发电机壳64的凸缘68且穿到AGB60中。交流发电机壳64的内部空间65和67与AGB60的内部空间69连通。交流发电机壳64包括周围侧壁70，该周围侧壁70连结于面朝后的端壁72。侧壁70包括油喷嘴74，该油喷嘴74定向为将油径向朝内排放到交流发电机壳64的内部空间67中，以用于冷却和润滑。该油喷嘴74通过交流发电机壳64中的通道76供应，通道76又与AGB60中的油沟78连通。应注意的是，交流发电机62仅用作示例，且本发明的原理能够适用于任何发动机驱动的附件，该附件必须容纳通气流同时避免被过量的油浸注。
通气管80通过凸缘82安装于交流发电机壳64的端壁72。通气管80的前端84穿过端壁72且因而与交流发电机壳64的内部空间67流体地连通，且通气管80的后端86与机外管88连通，机外管88的一部分在图2中示出。应注意的是，用语，诸如“前”和“后”在本文中仅用于便于描述，且不暗示要求所描述的构件的任何特定定向。在例示的示例中，机外管88示为沿大体上上坡的方向延伸，其朝着发动机10的中心线11。
安装中空交流发电机驱动轴90以用于在AGB60内旋转。交流发电机驱动轴90的后部分92位于交流发电机壳64中，定位为与通气管80同轴。交流发电机驱动轴90的后端93在端壁72附近终止，距离通气管80的前端84和凸缘82小的轴向距离。
交流发电机62包括转子94和定子96。转子94是大体上圆柱形的，且安装于交流发电机驱动轴90的外径。转子94的前端抵接在交流发电机驱动轴90中形成的台肩98。锁定螺母100抵接转子94的后端且靠着台肩98将转子94维持于适当的位置。在例示的示例中，交流发电机62是永磁交流发电机或“PMA”。转子94承载围绕其周围安装的永磁体102的环。定子96包括卷绕在定子框架106上的一个或更多个场线圈104。交流发电机62以已知的方式操作，以当转子94旋转时在场线圈中生成交变电流。场线圈104又由导线联接至一个或更多个电气负载(未示出)。通道108设在定子96的外周中，其将交流发电机壳64的内部空间65和67与AGB60的内部空间69互连且允许油排泄，如在下面更详细地描述的。
环状第一密封元件110与锁定螺母100邻近地安装于交流发电机驱动轴90。环状第二密封元件112安装在端壁72中，环绕交流发电机驱动轴90。第一和第二密封元件110和112的各面114、116分别承靠彼此，以限定密封界面。两个密封元件共同地构成标为111的“密封件”。在例示的示例中，第二密封元件112由碳石墨材料制成，而第一密封元件110可由要求以满足密封件性能要求的各种材料中的任一种制成。此种密封件能够商业上获得，且通常称为“碳密封件”。其他已知类型的旋转密封件可代用于该密封功能。
在操作中，交流发电机驱动轴90旋转，从而使转子94转动且生成电流。同时，来自已知类型的上游空气-油分离器(在118处示意地示出)的包含剩余的油蒸气的排出空气流“F”向后流过交流发电机驱动轴90的中空内部，随后进入通气管80中且然后进入机外管88中。密封件111防止交流发电机64的后内部空间67内的任何空气-油混合物与穿过交流发电机驱动轴90的后端93与通气管80之间间隙的排出流F汇合，从而绕过空气-油分离器118。
同时，从油喷嘴74朝第一密封元件110排放油，从而对其提供冷却和润滑。密封件111的动作防止油进入交流发电机驱动轴90。如由箭头“D”所示的，来自油喷嘴74或从交流发电机64的后内部空间67内的空气-油混合物冷凝的用过的油落到交流发电机壳64的底部，穿过通道108行进到内部空间65中且然后到AGB60的内部空间69中，在此，其可排泄走或以其他方式清除。
在本文中描述的密封通气布置提供空气-油分离器排放的有效通气，同时还防止油浸注交流发电机62。不同于现有技术设计，其不依赖于通气流的具体方向，且机外管88可沿任何方向延伸。具体而言，其可被朝发动机的中心线11向上引导，如图2所例示的，而不影响其性能。该设计使油消耗量最小化，且维持贮油槽加压系统性能。
前面已描述了发动机通气装置。在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和图)中公开的所有特征，和/或由此公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以任何组合方式组合，除了此种特征和/或步骤中的至少一些互斥的组合。
在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和图)中公开的各特征可由用于相同、等同或类似用途的备选特征替换，除非另外明确地声明。因此，除非另外清楚地声明，否则公开的各特征仅是一个一般系列的等同或类似特征的一个示例。
本发明不限于前述(多个)实施例的细节。本发明包括在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要或图)中公开的特征中的任何新颖的一者或任何新颖的组合，或者包括由此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖的一者或任何新颖的组合。

Claims (10)

1.一种齿轮箱通气装置，其包括：
齿轮箱；
附件，其包含在壳中，该壳安装于该齿轮箱，使得该壳的内部空间与该齿轮箱的内部空间连通，其中，该壳包括侧壁和端壁，
中空驱动轴，其安装以用于在该壳的内侧旋转；
环状第一密封元件，其安装于该驱动轴；
环状第二密封元件，其安装于该壳且接触该第一密封元件，以便限定密封界面；和
通气管，其具有联接于该端壁的前端，与该驱动轴流体地连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，该定子包括形成在其中，将该壳和该齿轮箱的内部空间互连的至少一个排泄通道。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，该附件为交流发电机，该交流发电机包括环状转子，该环状转子安装于该驱动轴，由安装在该壳中的环状定子围绕。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，该壳的侧壁包括油喷嘴，该油喷嘴定向为朝该第一和第二密封元件将油径向向内地排放到该壳的内部空间中。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，该油喷嘴与该壳中的通道连通，该通道又与该齿轮箱中的油沟连通。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，该交流发电机是永磁交流发电机。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，该至少一个排泄通道形成在该交流发电机的定子中。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，该转子抵接在该驱动轴的外表面上形成的台肩，且通过与该驱动轴接合的锁定螺母而被靠着该转子固持在适当的位置。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，该第一和第二密封元件中的至少一个包括碳石墨材料。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，该第二密封元件包括碳石墨材料且该第一密封元件是不同的材料。
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