CN106255813A - 具有改进的机械动力输出的飞机涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机涡轮发动机(1)，其包括风扇(15)和减速齿轮(20)，所述减速齿轮包括多个旋转元件(52，58)并驱动该风扇，该涡轮发动机还包括变速箱(32)和用于获得驱动该变速箱的机械动力(36)的壳体，该涡轮发动机包括第一齿轮(38)和第二齿轮(40)，所述第二齿轮是用于获得机械动力(36)的壳体的一部分并与该第一齿轮匹配。根据本发明，第一齿轮(38)可旋转地固定至风扇(15)的轮毂(60)上。

Description

具有改进的机械动力输出的飞机涡轮发动机

技术领域

本发明涉及飞机涡轮发动机的领域，该飞机涡轮发动机包括机械动力输出壳体，也被称为“IGB”(内变速箱)壳体。

本发明尤其应用至旁路式涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气引擎的风扇由变速器驱动。

背景技术

关于包括用于驱动由风扇罩所包围的风扇的变速器的现有的涡轮发动机，为了驱动变速器，已知的是关闭在高压驱动轴上的机械动力。也被称为“AGB”(附属变速箱)的后者例如被容纳在涡轮发动机的管间隔室，也就是沿着径向位于涡轮发动机的主通道与次通道之间的隔室内。

此变速器通常利用轴形成，所述轴承载用于相互旋转并用于驱动它们与其连接的设备的直齿轮。在示例性例子中，该设备可以是燃油泵、液压泵、润滑泵、交流发电机、起动机或发电机类型。

为了关闭在高压驱动轴上的机械动力，提供了被称为IGB(内变速器)的输出箱。该箱包括与另一齿轮啮合的齿轮，所述齿轮被驱使以围绕高压驱动轴旋转。IGB箱循序地旋转机械动力输出轴，其部分用于正常地经由也被称为“TGB”(传动齿轮箱)的角返回箱来驱动变速箱。

然而，尤其在故障情况下，可能发生的是保留在不能够由被微弱地驱动或不再旋转的高压主体所产生下的机械动力输出的要求。例如在需要润滑减速齿轮的情况下，当风扇通过自动旋转(“自由旋转”)的现象转动时，所述减速齿轮也必须润滑。

因此存在用于优化此涡轮发动机的设计的要求，以便尤其在故障情况下更好地响应于机械动力输出的要求。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种至少部分地弥补在现有技术的方案中所遇到的上述问题的方案。

为此，本发明的主题是包括权利要求1的特征的飞机涡轮发动机的前部分。

通过针对于本发明的特定的该设置，尤其在涡轮发动机有故障的情况下，专用箱的机械动力输出的可靠性增加，因为低压主体的整体能够继续通过风扇的自动效应而旋转。该可靠性全体更高增加，因为在该自动旋转的驱动元件，也就是说风扇上发生关闭。这对于响应于用于润滑减速齿轮的重要要求是特别有利的，即使在涡轮发动机上已经发生的故障之后。

而且，已经揭示的是，此机械动力输出导致比与高压轴有关的常规动力输出轴方案所获得的那些更高的全面性能。关于此，在具有减速齿轮的此涡轮发动机上，已经记录范围达到4％的燃料的节省。这由在高压主体上的较低的动力输出轴所部分解释，所述高压主体还使得可减少其尺寸。

另外，注意，在用于驱动风扇的低压主体中存在的减速齿轮通常被使用来获得通常大于10的高减损率。对于该记录，减损率是穿过风扇的气体的质量与在燃烧室中所使用的气体的质量的比值。减速齿轮的存在使风扇的直径可增加，并因此促进较高减损率的获得，导致更好的效率。增加该减损率还依赖于使用高压主体，该高压主体的尺寸比较于风扇的尺寸越来越小，这使在高压轴上的任何机械动力关闭更棘手。通过关闭在低压主体上特别地在风扇上的动力，本发明通过在高压主体上的输出轴，随后提供了对于在现有技术的方案中遇到的难题的满意的响应。

在减速器的润滑问题的特定情况下，注意，在关闭风扇上的机械动力使得可安装紧凑的润滑设备，有利于减少整体空间要求。这是因为这些润滑设备不再需要如在现有技术的方案中那样过大的尺寸，其中在高压主体上发生关闭，能够在有故障情况下提供仅有的有限动力。自然地，这些发现可以用于涡轮发动机的其它类型的设备，而不仅仅用于润滑驱动风扇的减速器的设备。

本发明还具有以下单独的或组合的可选特点中的至少一个。

风扇轮毂由两个风扇轴承所支撑，第一齿轮沿着轴向设置在两个滚动轴承之间。

减速齿轮包括齿轮系。该齿轮系优先不是周转的就是行星式的。注意，通常地，当环可旋转地固定时，该系被认为是周转的，而当行星架可旋转地固定时，该系被认为是行星式的。

优选地，该周转齿轮系包括：

-太阳齿轮，所述太阳齿轮由低压主体的低压轴旋转，并优选被驱使以围绕该低压轴旋转；

-外环，所述外环固定至涡轮发动机的定子；

-行星轮，所述行星轮与该外环和太阳齿轮啮合；以及

-行星固定件，所述行星固定件旋转风扇的轮毂，所述风扇优选被驱使以与该轮毂一起旋转。

减速齿轮是平面轴承类型。对于记录，平面轴承功能类似于滚动轴承，但优点在于滚动主体由油膜有利地替代的事实。结果是可明显地节省尺寸。但是，平面轴承无法抵抗油膜的劣化，该油膜必须总是出现并具有一定的速度(用于流体动力学平面轴承)或一定压力(用于流体静力学平面轴承)。在风扇的任何自动旋转阶段，本发明的设计可利用输出轴使这些轴承的重要润滑可在该第一齿轮上实现，所述第一齿轮被驱使以与风扇一起旋转。当该风扇开始旋转并且减速齿轮必须被润滑时，该原理也当场有效。

可选地，涡轮发动机的前部分包括另一驱动变速箱的机械动力输出轴箱，该其他箱关闭在涡轮发动机的高压主体的高压轴上的动力。该两个输出轴箱可然后同时地和/或交替地起作用。根据另一优选实施例，该变速箱通过与风扇的轮毂配合由第一机械动力输出轴箱单独地供电。

设备的所述多个零件包括一个或多个由变速箱驱动的设备零件，所述零件包括燃油泵、液压泵、润滑泵、交流发电机、起动机或发电机。如上所述，由涡轮发动机的变速箱驱动的设备的这个零件或这些零件优选容纳在管间隔室内，正如构成涡轮发动机的主变速箱的壳体。

本发明的另一主题是包括此前部分的涡轮发动机。最后，该涡轮发动机优选是涡轮喷气发动机。

本发明的其他优点和特性将在以下非限制性的详细描述中显示。

附图说明

该说明关于所附附图给出，其中：

-图1描述根据本发明的涡轮喷气发动机的侧视图；

-图2描述根据本发明的优选实施例在前述附图中所显示的涡轮喷气发动机的前部分的更详细的放大视图；

-图3-5是前述附图中所显示的涡轮喷气发动机的前部分的详细视图，显示了针对于本发明的特定组件；以及

-图6a-6f显示示意地描述用于安装在图3-5中所显示的组件的方法的不同步骤的视图。

具体实施方式

首先参考图1和2，显示了具有高减损率的双主体旁路式涡轮喷气发动机1。在图2中具有附图标记为1a的前部分的涡轮喷气发动机1以常规方式包括气体发生器2，在该气体发生器的任何一侧上设置有低压压气机4和低压涡轮12，该气体发生器2包括高压压气机6、燃烧室8和高压涡轮10。在下文中，术语“前”和“后”被认为沿着相对于在涡轮喷气发动机中的气体的流动的主要方向的方向14，该方向14平行于所述方向的纵轴3。

低压压气机4和低压涡轮12形成一低压主体，并由对中在轴线3上的低压轴11相互连接。同样地，高压压气机6和高压涡轮10形成一高压主体，并由对中在轴线3上的且围绕低压轴11设置的高压轴13相互连接。

涡轮喷气发动机1还包括在气体发生器2和低压压气机4的前方的风扇15。该风扇在轴线3上旋转并由风扇罩9所包围。其不由低压轴11直接地驱动，而是仅仅由该轴间接地驱动。这是因为减速齿轮20设置在低压主体与风扇15之间，并沿着轴向设置在风扇与低压压气机4之间。驱动风扇15的减速齿轮20的存在使得可提供较大的风扇直径，并因此有助于获得较高减损率，节省燃料消耗。

而且，涡轮发动机1限定第一通道16和第二通道18，一主流穿过第一通道16，一次流穿过第二通道18，所述次流相对于主流沿着径向朝向外侧定位。如本领域技术人员了解的那样，该第二通道18朝向外侧由中间罩21的外领23沿着径向被限定。其也包括利用径向臂连接至外领23的一轮毂。优选为金属的外领23朝向后部延伸风扇罩9。

另外，第二通道18沿着径向朝向内侧由一内限定表面26限定，所述内限定表面26还用作管间隔室28的外边界，隔室28在图2中是可见的。该管间隔室28也朝向前方由中间罩的轮毂所限定，并朝向内侧由领件30沿径向限定，所述领件30包围上述低压压气机4。

在涡轮喷气发动机1中，提供需要机械动力的涡轮喷气设备的变速箱32或零件，该箱在下文中被称为AGB箱32。其被放置在管间隔室28中，例如被固定至中间罩的轮毂的下游表面。然而，该位置可不同，这是在图2中该AGB箱32在管间隔室28中简单地示意性显示而不具有任何具体连接的原因。

按照惯例，如之前所示，AGB箱32利用轴形成，所述轴承载直齿小齿轮以相互旋转，并驱动容纳在管间隔室28中与它们相连的设备。在本文中，仅仅设备的一个零件被示意性地显示。设备33的零件用于经由润滑管道34向减速齿轮20供应润滑剂。然而，提供了设备的其他零件，例如，燃油泵、液压泵、交流发电机、起动机或发电机类型。

为了关闭将提供AGB箱32的机械动力，提供一输出轴箱36，在下文中被称为IGB箱。在轴线3上对中并由风扇15驱动的第一齿轮38与IGB箱36的第二齿轮40相啮合。第一轮38然后对应于被称为驱动轮的动力输出轮。

被称为被驱动轮的第二齿轮40容纳一机械动力输出轴42，其在轴的轴线上旋转该机械动力输出轴，后者优选沿着轴线3的方向倾斜。输出轴42在其相对端与角返回箱46配合，所述角返回箱46以下称为TGB箱并被放置在管间隔室28中。最后，为了完成在TGB箱46与AGB箱32之间的运动链，提供一旋转传动轴50。

减速箱20包括周转齿轮系。应注意，通常，当环可旋转地固定时，该系被认为是周转圆的，而当行星架可旋转地固定时，该系被认为是行星式的。在本文中，其首先包括太阳齿轮52，所述太阳齿轮在轴线3上居中，并被驱使以围绕低压轴11旋转，同时设置成在前方与该轴11对齐。两个元件11，52可以制造成单件，或优选相互固定地连接。该周转齿轮系还包括外环54，所述外环固定至该涡轮喷气发动机的定子。还提供行星轮56，所述行星轮与外环54和太阳齿轮52啮合。最后，该周转齿轮系包括一行星架轴58，所述行星架轴被驱使随着风扇轮毂60旋转，该风扇轮毂也被称为风扇转子，后者利用风扇盘承载风扇叶片62。而且在本文中，两个元件58，60可以制造成单件，或优选相互固定地连接。在另一个未显示的被称为行星轮系的可能构造中，行星架58被固定至涡轮喷气发动机的定子，外环54被驱使随着风扇轮毂60旋转。

驱动IGB箱36的上述第一齿轮38被驱使随着风扇轮毂60旋转，同时被固定至行星架58或风扇轮毂60，如在图2中示意性显示的那样。因此，由于减速齿轮20由低压轴11驱动，该变速箱和风扇15可以被认为形成涡轮喷气发动机的低压主体的部分。在此优点存在于以下事实中：在风扇的自动旋转阶段，其中导致低压主体旋转的全部或部分动力来自电源而不是高压主体，例如，来自施加至风扇叶片的气动力，其总是可从中关闭最小机械动力。这对于在风扇的制动旋转过程中满足用于润滑减速齿轮20的重要要求是特别有利的。特别地为了减少减速齿轮20的质量和尺寸，后者被设计为支撑其旋转元件的平面轴承(未在图2中示出)。因此，在该有利设计中，滚动轴承的常规滚动主体由油膜所替代，所述油膜不是具有用于流体动力学类型的轴承的特定速度，就是具有用于流体静力学类型的轴承的特定压力。因此，在风扇的任何自动旋转过程中，本发明的设计利用输出轴使这些平面轴承的重要润滑可在第一齿轮38上实现，所述第一齿轮38保持由风扇15驱动旋转。这是因为风扇15的旋转在一链中驱动第一齿轮38的旋转、第二齿轮40的旋转、轴42，50的旋转、AGB箱32的驱动以及最后设备33的致动，所述设备33经由管道34导致减速齿轮20的润滑。该润滑阻止该变速箱的平面轴承的油膜的劣化，并因此保证后者正确起作用，同时延长其使用寿命。

应该注意，在风扇的自动旋转的情况下，减速齿轮20的润滑以上述公开的方式被有效地确保，但除了确保在任何自动旋转阶段之外的该变速箱的润滑外，还可提供其他常规的手段。

现在参考图2-5，显示了形成涡轮喷气发动机1的整体部分的组件100。该组件100首先包括滚动轴承支撑件70，所述滚动轴承支撑件利用一结构性法兰72连接至第一通道16的内限定罩，其仅仅在图2中示意性显示。轴承支撑件70因此形成涡轮喷气发动机1的定子的部分。其位于减速齿轮20的前方，并在其两个相对的轴向端分别支撑两个滚动轴承74a，74b。两个轴承引导将由气体发生器2所驱动的旋转组件，该组件包括减速齿轮的行星架58、风扇的轮毂60以及第一齿轮38。该第一齿轮38沿着轴向被设置在两个滚动轴承74a，74b之间。

轴承支撑件70对中在轴线3上。其限定轴承74a，74b放置在其中的沿着径向的内空间78，并部分地形成一润滑室。该支撑件利用一单件零件或多个相互固定的零件被获得，如图3-5中所示。其实际上是两个由轴向螺栓相互固定的零件的情况，具有最小尺寸的最后部的零件承载支撑行星架58的滚动轴承74b。

同时，两个轴承支撑零件70形成相互倾斜的第一和第二部分70a，70b。该两个部分在沿着轴向的半部分中形成一V件，该V件朝向内侧沿着径向张开，并将在该两部分之间的倾斜角限定在30°与120°之间，优选大约90°。

上述的IGB箱36还被放置在相对于沿着径向的外部空间80的沿着径向的内部空间78中。在这点上，显示出，在与轴承支撑件70的前部分70a的相同侧上，该外部空间80定位在润滑室的外侧，同时，在与轴承支撑件70的后部分70b的相同侧上，该外部空间80形成也结合内部空间78的润滑室的一部分。

如之前所显示的那样，IGB箱36包括第二齿轮40，所述第二齿轮由固定至行星架58的第一齿轮38旋转。这些轮的轴线相互倾斜，使用圆锥形的啮合件。第二轮40由一固定主体82所承载，该相同的轮40被容纳在该固定主体中。

现在参考图3和5更具体地描述IGB箱36。其主体82采取容纳第二齿轮40的夹套的形式，轴承86插入在这些元件之间。轴承86和轮40由螺纹元件88固定在主体82上，所述螺纹元件88设置在IGB箱36的轴向端。更准确地说，这些螺纹元件使得可将轴承88的外圈固定至主体82。另外，带90设置在两个轴承88的内圈之间。

第二齿轮40向内部限定一壳体，轴42的前端部容纳在该壳体中。该安装优选是滑动的，使得该轴仅与壳体的底部轴向邻接，也就是说，轴向抵靠由轮40限定的底92。因此，这在维修操作过程中有利于轴42的引入和提出的操作。对于轴42的旋转驱动，轴42具有与轮40的内表面配合的经加工的外表面。凹槽型的连接件94因此可用于获得该旋转驱动。

从容纳在IGB箱36中的其前端，该输出轴42朝向后部延伸，并沿着径向朝向外侧，直到TGB箱46。为此，其穿过在轴承支撑件70上形成的第一开口96，更准确地说，穿过该支撑件的第二部分70b形成。其接下来在连接至TGB箱46之前穿过第一通道16。

最后，组件100包括设备91，该设备用于将IGB箱36的主体82安装在轴承支撑件70的第一部分70a上。这些安装设备91首先包括形成一盖93的设备，关闭穿过第一部分70a形成的第二开口95。一密封连接件被设置在支撑件70与螺纹连接至该支撑件上的盖93之间，以便以满意的方式关闭润滑室78并阻止在润滑室中的油泄漏和压力下降。安装设备91还包括在盖93与IGB箱36的主体82之间的连接设备97。这些连接设备97在此由两个板形成，所述板例如与盖和/或主体82制成单件。这两个板因此连接至盖93的内表面，并穿过支撑件的第二开口95。该第二开口95还被设置成使输出轴箱能够被引入至该沿着径向的内部空间中，如现在参考图6a-6f所描述的那样。

在这些附图中，显示用于安装组件100的方法的不同的连续步骤。

首先参考图6a-6b'，IGB箱36在涡轮喷气发动机的外部被组装，并被安装在其安装设备91上。为此，第二齿轮40使用其关联轴承而被放置在主体82中。螺纹元件88使IGB箱36的不同元件组装，并使得可获得可容易由操作人员操纵的组件，无论在涡轮喷气发动机的制造过程中还是在维修操作过程中。

在图6c中被标记为98的该组件接下来被移动，使得IGB箱36被引入沿着径向的内部空间78，穿过支撑件70的第二开口95，并因此确定尺寸。该引入持续，直至盖93关闭该开口，如图6d所示。接着从沿着径向的外部空间80通过螺纹操作来执行盖93在支撑件70上的密封固定。在该位置，连接板97穿过开口95，并使IGB箱36的第二齿轮40与第一齿轮38啮合。

接下来，输出轴42也从沿着径向的外部空间80被引入IGB箱36中，如图6e所示意地显示的那样。为此，轴42穿过通过支撑件70的第二部分形成的第一开口96。轴42因此仅仅滑入第二轮40中，直至其与底部接触，从而到达在图6f中所显示的位置。

因此，必须理解，所采用的设计使IGB箱36可容易地安装和拆卸，在维修操作的环境下特别有利。这是因为，在拆卸之前，一旦轴42通过移动穿过轴承支撑件70的第一开口96而从箱中被抽出，该箱就可以通过尺寸因此被确定的第二开口95而从沿着径向的内部空间78中被抽出。因此，轴承支撑件70不需要被移除，以便可触及IGB箱36，这有利于后者的拆除。而且，应该注意，当开口95被设置在发动机的顶部上时，这使得可打开润滑室，而不导致油的任何泄漏，因此阻止该室的排泄并有利于机构的操作。

自然，当该箱必须重新安装在沿着径向的内部空间中时，使用反向操作。

当然，本领域的技术人员可以单独通过非限制性例子对刚刚所描述的本发明做出各种修正。

Claims (8)

1.一种飞机旁路式涡轮发动机(1)的前部分(1a)，其包括由风扇罩(9)包围的风扇(15)，以及驱动所述风扇(15)的减速齿轮(20)，该涡轮发动机的前部分还包括变速箱(32)和驱动该变速箱的机械动力输出箱(36)，该涡轮发动机的前部分包括第一齿轮(38)以及第二齿轮(40)，该第二齿轮(40)形成所述机械动力输出箱(36)的部分，并由所述第一齿轮(38)所驱动，

其特征在于，所述第一齿轮(38)被驱使以随着所述风扇(15)的轮毂(60)旋转，

所述前部分包括设备的多个零件，包括用于向所述减速齿轮(20)提供润滑剂的设备(33)的零件，设备的所述零件由所述变速箱(32)驱动，

设备的所述多个零件和所述变速箱(32)设置在所述涡轮发动机的一管间隔室(28)中。

2.根据权利要求1所述的涡轮发动机的前部分，其特征在于，所述减速齿轮(20)是滑动轴承类型的。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机的前部分，其特征在于，所述风扇轮毂由两个滚动轴承(74a，74b)支撑，所述第一齿轮(38)沿着轴向设置在所述两个滚动轴承之间。

4.根据权利要求1-3中任何一项所述的涡轮发动机的前部分，其特征在于，所述减速齿轮(20)包括一齿轮系，优选为周转圆的或行星式的。

5.根据权利要求4所述的涡轮发动机的前部分，其特征在于，所述周转齿轮系包括：

-太阳齿轮(52)，所述太阳齿轮由低压主体的低压轴(11)旋转，优选被驱使随着该低压轴旋转；

-外环(54)，所述外环固定至所述涡轮发动机的定子；

-行星轮(56)，所述行星轮与所述外环(54)和所述太阳齿轮(52)啮合；以及

-行星架(58)，所述行星架驱动所述风扇(15)的轮毂(60)旋转，优选被驱使以随着该轮毂旋转。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的涡轮发动机的前部分，其特征在于，设备的所述多个零件包括一个或多个由所述变速箱(32)驱动的设备的零件，包括燃油泵、液压泵、润滑泵、交流发电机、起动机或发电机。

7.一种用于飞机的旁路式涡轮发动机，包括根据前述权利要求中任何一项所述的前部(1a)。

8.根据权利要求7所述的涡轮发动机，其特征在于，其为涡轮喷气发动机(1)。