CN106662018A - 一种包括用于诸如附件箱等装置的驱动系统的涡轮发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮发动机(10)，其包括：从轮毂(38)到环形壳体(42)径向延伸的至少一个中空引导臂(44)，以及具有一个在所述环形壳体的开口(60)中展开的径向外端，以及位于所述引导臂(44)中用于旋转地驱动布置在所述环形壳体(42)外围上的至少一个装置的径向副轴(48)。根据本发明，分动箱(50)面对环形壳体的开口(60)设置，并且涡轮发动机在径向副轴(48)和该装置之间包括旋转动力传输设备(78、52)，引导臂(44)在其外端配备有扩大部分(56)，它通过该扩大区段在环形壳体的开口(60)上展开并且在该扩大区段中容纳有分动箱(50)的一部分。

Description

一种包括用于诸如附件箱等装置的驱动系统的涡轮发动机
本发明涉及一种包括诸如涡轮发动机的附件箱等装置的驱动系统的涡轮发动机。常规地，附件箱是一种用于支撑和机械地驱动被称为附件的其他装置的装置，诸如用于操作其上安装有涡轮发动机的涡轮发动机或飞机必需的发电机、油或燃料泵，或其他泵。为了提供这种驱动，所需要的动力取自于涡轮发动机的主轴，通常通过与主轴啮合的径向副轴，以机械地传输该动力到附件箱。
双转子涡扇发动机包括共轴的两个轴，一个是连接低压压气机到低压涡轮并一起形成低压(LP)缸的所谓低压或BP轴，另一个是连接高压压气机到高压涡轮并一起形成高压(HP)缸的所谓高压或HP轴。对于这种电机，该径向副轴通常被容纳在环形壳体的结构支撑臂中，次级流穿过所述环形壳体，这种环形壳体通常被称为中间壳体。该径向副轴的径向内端通常包括与小齿轮配合的伞齿轮，所述小齿轮与由高压缸形成的主轴集成在一起。另一端机械地连接到附件箱，该附件箱包括提供其他装置(即附件)的驱动的多个齿轮。当发动机是涡扇发动机时，该径向副轴分别穿过主流和次流的两个射流，由于也称为AGB(“附件齿轮箱”)的附件箱通常外部地安装在产生次级流的风机的外壳上。
飞机制造商可指定将附件箱大致安装在涡轮发动机的六或八个角扇区中。为了驱动辅助装置，即附件，所述辅助装置在六点处形成第一结构臂，所述第一结构臂用作中间壳体的支撑件并将涡轮发动机的轮毂连接到中间壳体，在十二点处形成第二类似结构臂，以及被定位到八点或四点的第三结构臂，专用于副轴朝延伸该轴延伸部的附件箱通过的所述第三臂是常见的，如在文献FR2971816A1中并且特别地参照所述文献的图2所示。这些结构臂也用于引导在涡轮发动机的中中室和风机室之间的管道和线束(harnesses)。然而，这种情况因此包括形成至少通过发动机的次级射流的至少三个径向臂，而不需要特定的定位对称，诸如本文献的图2所示的臂44。然而，已经表明的是，如在以上情况中，至少三个臂的存在使流体的流动不稳定并形成干扰，这降低了涡轮发动机的气动性能。
为了优化至少次级流的流动，申请人试图仅保留两个支撑中间壳体的结构臂，一个在十二点，另一个在六点。这两个臂因此对称地定位在喷射流中，并且与包括三个或更多臂的安装部相比更少干扰，从而最终改进涡轮发动机的气动性能。由于发动机的垂直总体尺寸，附件箱在涡轮发动机中被定位在与六点处和十二点处的臂有角度地相对远离的方向，例如大致在八点。在这种情况下，在六点的臂不仅容纳管道和线束，而且容纳用于驱动诸如附件箱等装置以及从而最终地驱动辅助装置(即附件)的径向副轴。
然而，一个主要困难阻碍了如上所述结构的实现。事实上，这种实施方式必然涉及在中间壳体外侧，在涡轮发动机上六点处形成的径向副轴的径向外端与在涡轮发动机上大致八点处形成的附件的壳体之间，提供动力传输设备。这些设备必定暗示大组件的存在，特别地用于恢复径向副轴的旋转以沿另一轴线，例如基本正切于涡轮发动机的中间壳体，将其传输到附件箱。这种部件，例如将具有与径向副轴接合的圆锥齿轮的形式，并适于被连接到切向传输轴，并且还将处于允许部件彼此相对精确定位的润滑固定罩壳中。在参考本文献的情况下，围绕、保持并保护涡轮发动机并且尺寸由飞机制造商赋予的发动机舱仅在涡轮发动机的六点周围在中间壳体和机舱罩之间留下更多减少的径向间隙，从而限制发动机舱的垂直总体尺寸。传输设备的定位并不容易，并且需要仔细考虑其集成。
发明内容
因此本发明提供了一种上述传输设备的简单、有效和经济的集成。
为此，它提出了一种诸如涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机的涡轮发动机，所述涡轮发动机沿电机轴线延伸，并包括：
至少一个中空引导臂，其从轮毂到涡轮发动机的环形壳体相对于发动机轴线径向延伸，并且具有在所述环形壳体的开口展开的径向外端，
位于所述引导臂中并用于旋转被布置在所述环形壳体外围上的至少一个装置的径向副轴，其特征在于，它进一步包括被布置面对环形壳体的开口并在该轴和所述装置之间包括旋转动力传输设备的分动箱，并且其中，提供引导臂，并且特别地在其径向外端具有扩大区段，它通过该扩大区段在环形壳体的开口上展开并且在该扩大区段中容纳有分动箱的一部分。
在本文献中，中间壳体的引导臂是指支撑中间壳体的结构臂，其可用于电气线束和管道通过，甚至用于径向副轴通过。
本发明因此可以适应中间壳体的引导壁，因此它可在其径向外端容纳分动箱的至少一部分。虽然引导臂的区段的尺寸通常被确定以容纳不超过一个副轴以及仅线束和线路，这里的引导臂具有径向外中空部分，其具有被定位在中间壳体内侧的较大的因此扩大的横截面，并且其具有需要容纳一部分分动箱的空间。分动箱因此局部地径向定位在中间壳体内侧，这可以在壳体外侧留下的很小径向空间中安装该壳体到机舱罩，因此解决了以上提到的集成问题。
此外，本发明可缩短传输轴的长度，由于后者然后从涡轮发动机的中心轴线以更短的径向距离连接到传输设备。这方面特别地有利，由于它允许对涡轮发动机进行以下的修改：
—或者由于减少轴长度并且不增加轴直径，增加副轴的临界转速，这提高了涡轮发动机的操作安全性余量，或者增加涡轮发动机的运行速度，而轴的转速不超过临界速度，并且因此没有损坏轴的风险；
—或减少副轴的直径，同时保留其原始的临界转速，这可以在除扩大部分的其整个长度上减少引导臂区段的尺寸，然后提高了涡轮发动机的气动性能。
至于先前的文献FR2921423，应该注意的是，伞齿轮41和43都不属于所涉及的引导臂33/38。事实上，伞齿轮41被固定到高压驱动轴33的端部并且伞齿轮43被固定到低压驱动轴38的端部。这些因此是所增加的部件。更特别地，没有设置引导臂，并且特别地没有设置在其径向外端具有如本发明的扩大部分的引导臂。
该解决方案的涡轮发动机优选地为涡扇发动机，并且引导臂穿过涡轮发动机的次级射流。
分动箱的旋转动力传输设备优选地包括中空轴，所述中空轴包括：
在中空轴的径向内端内侧的花键，所述花键在形成于副轴的径向外端的外花键之间啮合，
与中空轴同轴线的伞齿轮，该分动箱的中空轴由设置在分动箱的罩壳内侧的轴承保持，所述罩壳在环形壳体内侧局部地定位在引导臂的径向扩大部分中。
在一个特定实施方式中，分动箱的罩壳包括主体部和密封地连接到该主体部的连接部，并且至少一个所述轴承被定位在该主体部的开口，连接部被连接在该处。
根据另一特征，至少一个所述轴承局部地径向位于环形壳体的开口。
分动箱的整个结构因此更接近涡轮发动机的中心轴线，同时利用了在引导臂的扩大部分中可用的空间。
有利地，分动箱的罩壳包括分动箱的中空轴延伸通过的开口，所述开口密封地连接到引导臂的扩大部分，以形成包括引导臂内侧和罩壳内侧的单一密封腔。连接罩壳到引导臂的密封设备可有利地布置在涡轮发动机的环形壳体内侧。
在引导臂和分动箱的罩壳之间的这种密封可以特别地在引导臂和分动箱之间定位一个共同润滑回路，其中，这些轴一体地旋转。
根据本发明的另一特征，径向副轴的径向外端径向地位于涡轮发动机壳体的内侧。副轴因此与现有技术相比更短，其中它径向地延伸超出涡轮发动机壳体以外。这导致了以上提到的优点。
有利地，引导臂的扩大部分可包括从内侧被固定到涡轮发动机壳体的至少一个凸缘。这种凸缘可以相对于涡轮发动机壳体定位和固定该引导臂，这确保了其结构保持在涡轮发动机中。
有利地，涡轮发动机进一步包括分动箱的放油回路，其中至少两个油回收泵分别连接到两个卸油端口，每一个都通过分动箱的底壁。
这两个卸油端口优选地在涡轮发动机的横向方向中彼此远离。
这些泵能够使油路排油，不管涡轮发动机的位置和倾斜如何。事实上，当涡轮发动机在飞机上时，根据飞行阶段，涡轮发动机可相对于水平倾斜到一侧或另一侧。根据这种飞行阶段，泵将能够同时或依次地放油。
在优选情况下，涡轮发动机将包括从轮毂的两个相对侧到涡轮发动机的环形壳体基本径向延伸的两个引导臂，分动箱相对于其中一个引导臂径向向外地设置。
优选地，两个相对的引导臂分别为基本垂直延伸的上引导臂和下引导臂，分动箱设置在下引导臂以下。
传输轴可旋转地连接分动箱到涡轮发动机的附件箱，所述附件箱定位在涡轮发动机的环形壳体的外围上的一个角扇区中，该角扇区与定位有两个相反引导臂(即，上引导臂和下引导臂)的角扇区不同。因此确保了连接到附件箱的该装置的驱动，尽管后者并不面对径向副轴定位。
有利地，附件箱可承载一个由径向副轴驱动的发电机，特别地径向副轴通过传输设备和切向传输轴驱动的发电机。发电机可以将由涡轮发动机产生的动能转化成电能，例如为携带有涡轮发动机的飞机提供的电能。例如通过附件箱的旋转附件臂直接地驱动发电机。
在一个特定实施方式中，环形空间形成在壳体和内侧容纳有涡轮发动机的发动机舱之间，与在定位有所述至少一个旋转驱动装置的角扇区相比，所述环形空间在定位有分动箱的角扇区中尺寸上径向地更小，并且该装置例如可以是诸如发电机的辅助装置并安装在附件箱上，因此该组件具有远大于分动箱的径向整体尺寸。
在阅读通过非限制性示例，同时参考附图给出的以下描述后，本发明的其他细节、特征和优点将显而易见，其中：
—图1是根据已知的现有技术，双转子涡扇发动机的全视图的轴向截面图；
—图2是从在图1涡轮发动机中使用的中间壳体下游的视图；
—图3是从具有涡轮发动机的推进系统架构上游的图；
—图4是图3分动箱以及引导臂外端的更详细视图，其中，驱动附件箱的装置的空转臂在轴向截面中延伸。
一种具有多种主要部件的已知涡扇发动机10在图1中示意地示出。它包括在上游将风机转子14和压气机的第一级16连接到低压涡轮18的第一轴12；该组件形成低压缸或BP缸。与第一轴同轴的第二鼓形轴20将压气机24的高压级22连接到高压涡轮；该组件与燃烧室(未示出)一起形成高压缸或HP缸。轴12在上游由安装在被指定为中间壳体的壳体28上的轴承26和26’所支撑，并且在下游由安装在排气壳体32上的轴承30所支撑。HP轴在这里由中间壳体28的轴承34支撑，并且从轴12下游通过轴间轴承36。
在图1和3中，涡轮发动机的纵轴线标记为B并且涡轮发动机的次级气流具有标记96，次级气流扫过以下提到的臂44。
如图1和图2所述，中间壳体28包括在风机壳体42的延伸部中的外护罩40。径向引导臂44连接护罩40到支撑轴承26、26’和30的轮毂38。这种中间壳体28至少局部地包括以整体式铸造的部件，其上可添加有径向臂。诸如发电机和燃料泵或油泵的辅助装置安装在附件箱46上，如众所周知的，所述附件箱46在活动范围中被称为AGB。在对应于后者的八点区域的涡轮发动机的角扇区10中，附件箱46在风机壳体42外部安装在一个允许进行维修的位置。事实上，涡轮发动机旨在被安装在特定定向中，上部对应于十二点区域，下部对应于六点区域。该机器通过径向副轴48机械地连接到涡轮发动机的中心轴12、20，该径向副轴48直接朝向附件箱46被容纳在大致在八点角扇区中延伸的中间壳体28的径向引导臂44中。中间壳体28的两个其他引导臂44在12点和和6点区域延伸，并且用于例如引导电气线束和燃料、油等管道。
在中间壳体28上包括两个以上引导臂44的这种结构具有以上提到的缺点。
本发明因此提出一种如图3和4所述的解决方案。图3示出了仅在12点和6点保留中间壳体28的两个引导臂44，这至少在涡轮发动机的次级射流中改进了流体的流动，因此提高了气动性能。这里的涡轮发动机是涡扇发动机，并且每个引导臂通过涡轮发动机的次级射流。
为了机械地连接涡轮发动机的中心轴和至少一个装置，在该示例中一组安装在位于八点区域的附件箱46中的装置，径向副轴48穿过六点引导臂44。副轴48的外端连接到分动箱50，所述分动箱50用于通过例如基本正切于风机壳体42并连接分动箱50到附件箱46的传输轴52朝附件箱46传输副轴48的旋转运动。应该注意的是，径向副轴48不一定垂直于涡轮发动机的中心轴，并且可相对于严格径向方向(即垂直于中心轴)形成角度，如图4可以看出。
未在图中示出并且包括例如发电机的至少一个装置安装在附件箱46上，因此包括附件箱和该装置的组件的径向整体尺寸比分动箱的径向整体尺寸更重要。在环形风机壳体42周围构件的径向整体尺寸的这些差导致了容纳涡轮发动机10的发动机舱54优选地具有一种如图3所示非轴对称形状，以下更详细地解释。
此外，应该理解的是，可以考虑代替具有单一装置的附件箱，诸如发电机。可以考虑单一装置，其包括远离分动箱50的另一分动箱，并且至少一个传输轴用于驱动间隔最远的装置从所述另一分动箱开始。
在本文献中，壳体42被认为是一种包括风机壳体和中间壳体的外部护罩的环形壳体。环形壳体42不一定是圆柱形，并可因此具有根据以涡轮发动机中心轴线方向考虑的纵向位置而改变的直径。此外，如图3可以看出，尺寸约束由发动机舱54施加，其中容纳有涡轮发动机10。特别地，发动机舱54到涡轮发动机中心轴线的距离在圆周方向变化。更特别地，发动机舱围绕涡轮发动机的环形壳体42，从而在环形壳体周围留下可变径向尺寸的环形间隙。为了减少发动机舱的整体高度，用于分动箱的在涡轮发动机上在六点处可用的径向空间相对较小，并且因此需要研发一种传输壳体50的特定实施方式，如图4更详细地示出。图4示出了，在六点处中空的引导臂44的径向外端，并且其中径向副轴48延伸并具有扩大部分56，该径向副轴48通过该扩大部分56从内侧连接到涡轮发动机的风机壳体42。因此，引导臂44具有扩大部分56，这里与其为整体式。
中空的扩大部分56，即引导臂44，从而在所述引导臂的外端形成一个空腔或凹槽58。更特别地，在与风机壳体42在形成用于副轴48通过的环形壳体42的开口60周围连接之前，限定引导臂44的壁在其外端相对于涡轮发动机的中心轴线移动远离副轴48的A轴线。延伸部56从而通向环形壳体的开口60。
凸缘62在引导臂44的壁上形成并从内侧承载在风机壳体42上，从而允许对其固定。副轴48的外端64形成在放大部56处，其从涡轮发动机的中心轴线的径向距离以比风机壳体42的半径相比更短。副轴48的外端64包括在其外表面上形成的纵向花键66。
分动箱50局部地布置在风机壳体42的开口60中以及在由扩大部分56形成的引导臂44的空腔58中。分动箱50包括固定外罩壳68，其包括主体部68A和密封地连接到主体部68A的连接部68B。这种连接部68B用于连接罩壳68到引导臂的扩大部分56，并且具有例如由圆柱壁70限定的圆形开口，该圆柱壁由环形密封72围绕。该开口被布置在同轴圆柱壁74内侧，该同轴圆柱壁74形成为引导臂的扩大部分56的突出部，以在两个圆柱壁70、74之间密封地压紧垫片72。因此，引导臂44内侧的空腔和罩壳内侧的空腔密封地连通，副轴48从引导臂44内侧的空腔延伸。
具有与副轴48的轴线相同的A轴线的中空轴78通过一系列轴承76被保持在罩壳68内侧。指向涡轮发动机中心轴线的中空轴78的端部80在引导臂44中在副轴48的花键端64周围形成。更具体地，纵向花键82形成在中空轴78的内壁上并且接合在副轴48的花键66之间，以旋转地固定两个轴48、78。伞齿轮84远离涡轮发动机的中心轴设置在中空轴78的另一端。在装配过程中，连接部68B连接到罩壳68的主体部68A，一旦分动箱50的上述元件被放置在罩壳68中。
轴承76是球或滚子轴承，并且用于引导中空轴78在分动箱50的罩壳68中旋转。滚子轴承和球轴承在中空轴78附近在花键82和伞齿轮84之间形成，并且滚子轴承围绕中空轴78的端部86，所述端部与伞齿轮84相比径向向外地延伸更远。应注意的是，最靠近涡轮发动机的中心轴线定位的轴承76局部地定位在风机壳体42的开口60。更特别地，轴承76可定位在罩壳68的主体部68A的开口处，其上连接有该连接部68B。
两个端口88中的每个都形成在分动箱50的罩壳68的底壁680中，并且在涡轮发动机的横向彼此间隔。在配备有涡轮发动机的飞机的飞行包线的几乎所有姿态中，这两个端口88的至少一个因此构成罩壳68的低点，特别地对于甚至具有大角度的弯曲的情况。这两个端口88用于排放在罩壳和用于润滑和冷却轴承的引导臂44中循环的油。至少两个油回收泵分别连接到这两个卸油端口88以实现分动箱50的放油回路，从而改变在飞行包线的所有姿态中的油。泵90根据飞行包线的姿态同时或依次地放油。可以考虑提供与额外专用回收泵相关联的至少另一个端口88。在图中，由于两个端口88彼此前后地定位，仅示出一个端口。
切向传输轴52可很容易地接合分动箱50的中空轴78的伞齿轮84，通过图中不可见的分动箱的开口，由于它垂直地定向到图4的剖面，从而实现图3的组件。
图4示出了消音板92优选存在于引导臂44的径向外端。
消音板92优选地在环形壳体42内侧延伸，如图所示。
然后将给出最大效率以限制在该区域中的噪声和振动，而不阻碍分动箱50相对环形壳体的开口60的实施。
事实上，涡轮发动机的环形壳体42在内部覆盖有消音板是明智的，该消音板包括由来自涡轮发动机的次级空气流96扫过的径向内表面94，并且其中引导臂44的扩大部分56的至少90％体积位于消音板92的径向厚度中(平行于A轴线，因此其相对于发动机的B轴线为径向)。
应该考虑的是，引导臂44在内侧扩大，其部分56从位于花键82和66的斜面560或562变化(这些区域可在点线和虚线的两个水平之间变化，图4)。
并且甚至更优选地，表示少于10％的所述扩大部分的体积(图4中的径向区域98)的引导臂的扩大部分56的一部分将延伸超出消音板92的径向内表面94，并且其轮廓(例如，部分99)设计为减少其对在引导臂44周围次级气流96流动的影响。
其一个示例在图4中示出。
将给出最大效率以限制在这一区域中的噪音和振动，而不阻碍分动箱50相对环形壳体的开口60的实施，或不适当地干扰流96。

Claims (12)

1.一种诸如涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机的涡轮发动机(10)，所述涡轮发动机沿电机轴线延伸，并包括：
—至少一个中空引导臂(44)，其从轮毂(38)到涡轮发动机的环形壳体(42)相对于电机轴线径向延伸，并且具有固定到所述环形壳体(42)并且在所述环形壳体的开口(60)中展开的径向外端，
—一个定位在所述引导臂(44)中用于旋转地驱动布置在所述环形壳体(42)外围上的至少一个装置的径向副轴(48)，其特征在于，它进一步包括被布置面对环形壳体的开口(60)并在该径向副轴(48)和所述装置之间包括旋转动力传输设备(78、52)的分动箱(50)，并且其中，引导臂(44)在其径向外端配备有扩大区段(56)，它通过该扩大区段在环形壳体的开口(60)中展开并且在该扩大区段中容纳有分动箱(50)的一部分。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其中，分动箱(50)的旋转动力传输设备(76、78)包括中空轴(78)，所述中空轴包括：
—在中空轴的径向内端(80)内侧的花键(82)，所述花键在形成于副轴(48)的径向外端(64)的外花键(66)之间啮合，
—以及与中空轴同轴线的伞齿轮(84)，该分动箱的中空轴(78)由设置在分动箱的罩壳(68)内侧的轴承(76)保持，所述罩壳在环形壳体内侧径向地局部地定位在引导臂的扩大部分(56)中。
3.根据权利要求2所述的涡轮发动机，其中，分动箱的罩壳(68)包括主体部(68A)和密封地连接到该主体部(68A)的连接部(68B)，并且至少一个所述轴承(76)定位在该主体部(68A)的开口处，在此连接有该连接部(68B)。
4.根据权利要求2或3所述的涡轮发动机，其中，至少一个所述轴承(76)局部地径向位于环形壳体(42)的开口(60)处。
5.根据权利要求2到4之一所述的涡轮发动机，其中，分动箱的罩壳(68)包括分动箱(50)的中空轴(78)延伸通过的开口(70)，所述开口密封地连接到引导臂的扩大部分(56)，以形成包括引导臂内侧和罩壳内侧的单一密封腔，连接罩壳与引导臂的密封设备(72)布置在涡轮发动机的环形壳体(42)内侧。
6.根据前述权利要求之一所述的涡轮发动机，其中，径向副轴(48)的径向外端(64)径向地位于涡轮发动机环形壳体(42)的内侧。
7.根据前述权利要求之一所述的涡轮发动机，其包括分动箱(50)的放油回路，其中至少两个油回收泵(90)分别连接到两个卸油端口(88)，每一个卸油端口都通过分动箱的底壁(680)并且在涡轮发动机的横向彼此远离。
8.根据前述权利要求之一所述的涡轮发动机，其包括从轮毂(38)的两个相对侧到涡轮发动机的环形壳体(42)基本垂直延伸的上引导臂和下引导臂(44)，分动箱(50)定位在下引导臂以下，其中，传输轴(52)旋转地连接分动箱(50)到涡轮发动机的附件箱(46)，所述附件箱布置在涡轮发动机的环形壳体(42)的外围上的角扇区，该角扇区不同于上引导臂和下引导臂(44)所处的角扇区。
9.根据权利要求8所述的涡轮发动机，其中，附件箱(46)承载通过传输设备(76、78)和传输轴(52)由径向副轴(48)驱动的发电机。
10.根据前述权利要求之一所述的涡轮发动机，其中，涡轮发动机的环形壳体(42)在内部覆盖有消音板，所述消音板包括由来自涡轮发动机的次级空气流扫过的径向内表面，并且其中，引导臂(44)的扩大部分(56)的至少90％体积位于消音板的径向厚度中。
11.根据权利要求10所述的涡轮发动机，其中，表示少于10％的所述扩大部分(56)体积的引导臂(44)的扩大部分(56)的一部分延伸超出消音板的径向内表面，并且其轮廓设计为减少其对在引导臂(44)周围次级气流流动的影响。
12.一种包括根据前述权利要求之一所述的涡轮发动机(10)的推进系统，其布置在发动机舱(54)内侧，具有在发动机的壳体(42)和发动机舱之间形成的环形空间，与在定位有所述至少一个旋转驱动装置的角扇区相比，所述环形空间在定位有分动箱(50)的角扇区中尺寸上径向地更小。
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