CN108431373A - 在居间压缩机壳体上具有推力抵抗装置的涡轮喷气发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多流式涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机包括：a.由气体发生器驱动的上游风扇(2)，b.气体发生器包括同轴的第一压缩机(3)和第二压缩机(4)，c.入口壳体(8)，入口壳体形成用于风扇(2)的转子和第一压缩机(3)的转子的支撑件，d.居间压缩机壳体(9)，该居间压缩机壳体位于入口壳体(8)的下游并且形成用于第二压缩机(4)的转子的支撑件，e.用于推力抵抗联接杆(95)的附接装置，该装置被布置在居间压缩机壳体上。涡轮喷气发动机的特征在于，涡轮喷气发动机包括将入口壳体(8)连接到居间压缩机壳体(9)的、用于传递轴向载荷的至少一个联接杆(32)。

Description

在居间压缩机壳体上具有推力抵抗装置的涡轮喷气发动机

技术领域

本发明涉及航空推进的领域。本发明涉及涡轮喷气发动机到飞行器上的悬挂，更具体地涉及由发动机提供的传动装置或推力吸收装置到飞行器的结构的布置。

背景技术

现有技术具体包括文献CA-A1-2 929 947、EP-A2-2 610 462、WO-A2-2008/000924和FR-A1-3 007 458。

根据现有技术的架构的多流式涡轮增压发动机沿着穿过涡轮喷气发动机的气流的方向从上游到下游包括涵道式风扇和气体发生器，多流式涡轮增压发动机借助于该涵道式风扇和气体发生器被旋转地驱动。气体发生器由至少一个压缩机、环形燃烧室、至少一个涡轮以及燃烧气体排气管构成。被涵道式风扇压缩的空气被分成两股同心流：供应气体发生器的主中心流和围绕发生器流通的二次流。这两种流都可以通过同心排气管单独排入大气，或者在气体发生器的下游混合在一起并通过共用的排气喷嘴排入大气。

气体发生器是多本体燃气涡轮发动机，其具有两个本体，例如具有两个同轴且独立的转子。第一低压本体包括通过第一轴连接的压缩机和涡轮，并且第二高压本体包括通过与第一轴同轴的第二轴连接的压缩机和涡轮。燃烧室依次由涵道式风扇、低压(bassepression，BP)压缩机和高压(haute pression，HP)压缩机供应压缩空气。燃烧气体在HP高压涡轮中连续膨胀，然后在BP低压涡轮中膨胀，然后通过下游排气管排入大气。由燃烧气体驱动的涡轮旋转地驱动各自的压缩机和涵道式风扇，涵道式风扇的轴与BP低压涡轮连接。涵道式风扇可以直接由BP本体的轴来驱动，但是根据发动机的发展，当需要高旁通比(即，二次流与主空气流的比率升高)时，涵道式风扇借助于减速齿轮被驱动。在传统的涡轮喷气发动机中，涡轮直接连接到涵道式风扇，旁通比受到限制，即通过涵道式风扇的前叶片的圆周速度而被限制。采用借助于具有超高旁通比(ultra high bypass ratio，UHBR)的减速齿轮驱动的涵道式风扇的架构能够通过在涵道式风扇的中等速度下优化涡轮的效率而部分地解决该问题。

除了转子之外，发动机还具有用于支撑、导流和应力传输目的的定子构件。

在双流式涡轮喷气发动机中，大部分推力由二次流提供。环境空气对发动机施加的牵引力部分地施加到涵道式风扇的叶片上，并且部分地施加到管道的壁上。来自涵道式风扇的应力的路径如下：施加到涵道式风扇的叶片上的轴向应力通过推力轴承传递到发动机的固定部分，然后传递到发动机悬架，尤其是两个推力吸收(reprise)杆。这些杆通常位于流动路径之间的区域中，并且杆的附接盖关于竖直平面以大约45°的角度成角度地定位。这在本质上提供了一种方式来吸收由涵道式风扇产生的轴向推力应力。

在这种架构中，应力在传递到悬架之前穿过中间或居间压缩机壳体。

在涡轮轴与涵道式风扇轴之间具有减速齿轮的、具有上述的超高旁通比的发动机上，应力路径的布置方式不同。

在这种类型的架构中，除了居间压缩机壳体之外，发动机还包括位于涵道式风扇和BP压缩机之间的入口壳体以便支撑减速齿轮和轴承的重量。因此，入口壳体被设计成直接支撑例如具有行星齿轮装置的减速齿轮。入口壳体存在的结果是涵道式风扇和BP轴不再由居间压缩机壳体承载，而是由入口壳体承载。因此，入口壳体还通过支撑涵道式风扇轴的轴承而吸收涵道式风扇轴的轴向应力，以及通过BP轴的轴承来吸收BP轴的轴向应力。应该注意的是，两个轴承的选择都是为了形成轴向轴承并吸收轴向载荷。滚珠轴承用于此目的，但其他类型的轴承也适用。例如，涵道式风扇的转子可以由可以取代目前使用的滚柱轴承和滚珠轴承的双圆锥滚柱轴承来支撑。

推力吸收杆优选地被固定到居间压缩机壳体上，因为推力吸收杆在入口壳体上的组装将不是有利的。在后一种情况下，流动路径之间的区域内的空间将不得不延伸以允许推力吸收杆被包含在该空间内。杆的长度将不得不增加，这会对其重量产生影响。此外，杆的刚度将不得不增加以防止振动应力。最后，将推力吸收杆包含在入口壳体区域中将与配件(诸如油箱、排放阀以及压缩机的可变间距翅片控制的同步环)的安装相冲突。

在这种架构中，轴向应力穿过入口壳体并穿过位于两个壳体之间的BP压缩机而行进到居间压缩机壳体。这并非没有后果：BP压缩机壳体具有的机械强度低，并且与壳体上的推力吸收相对应的轴向应力可能导致变形，其结果一方面增加了前叶片的间隙，导致效率损失，或者另一方面，减小了前叶片的间隙，产生定子/转子接触的风险。

BP压缩机的低机械强度可以通过使用相同的材料增加其厚度来补偿，这会导致重量增加。但是，只要应力通过它传播，就可以观察到变形并带来上述的后果。

本发明的目的是弥补这个缺点。

发明内容

这个目标可以通过多流式涡轮喷气发动机来实现，该涡轮喷气发动机包括：

a.由气体发生器驱动的上游涵道式风扇，

b.气体发生器由此包括同轴的第一压缩机和第二压缩机，

c.入口壳体，该入口壳体形成用于涵道式风扇的转子和第一压缩机的转子的支撑件，

d.居间压缩机壳体，该居间压缩机壳体位于入口壳体的下游并且形成第二压缩机的转子的支撑件，

e.用于推力吸收杆的附接装置，该附接装置被布置在居间压缩机壳体上。

根据本发明，涡轮喷气发动机的特征在于，该涡轮喷气发动机包括至少一个连接杆，该至少一个连接杆传递轴向应力并且将入口壳体连接到居间压缩机壳体。

因此，根据本发明的解决方案创建了用于应力的第二路径，该第二路径比轴向应力行进穿过的压缩机更加刚硬。该系统消除了加强压缩机壳体的需求，同时不会因重量增加而处于不利的地位。

在一个实施例中，壳体通过至少一对轴向应力传递杆被连接，该至少一对轴向应力传递杆彼此不平行，并且例如被构造成V形形状。有利地，壳体和杆之间的附接装置中的至少一个附接装置具有球式连接件。因此，仅拉伸应力/压缩应力能够穿过杆进行传递。

还优选地，连接件包括关于发动机的轴线分布的至少三对杆。

呈V形形状的杆对的这种布置被构造成具有关于圆周分布的至少三对杆，以吸收在壳体之间传递的所有应力。这些应力包括：

-与推力吸收相对应的轴向应力，

-由发动机的重量或悬挂在发动机末端的HP本体的惯性应力引起的剪切应力，

-发动机轴上的扭矩，

-由悬挂在发动机末端的HP本体的重量或惯性应力产生的弯曲扭矩。

除了轴向应力之外的应力的吸收例如通过限制HP本体的变形而改善了发动机的机械状况。

因此，该解决方案允许传递所有类型的应力，同时限制装置所使用的空间并为位于BP压缩机上方的配件提供足够的空间。

在一个实施例中，两个壳体中的至少一个具有垂直于轴线布置的径向壁，由此两个壁通过大致沿着轴线的方向定向的肋而互相连接。在这种情况下有利地，杆到壳体的附接件中的至少一个位于肋中的一个的延伸部中。这确保了应力的良好分布，肋和形成应力分布圆角的壁之间具有连接件。圆角是两个表面之间的大致圆形的连接件。

在进一步改善了壳体上的应力分布的一个具体实施例中，杆中的至少一个位于肋的延伸部中。优选地，一对轴向应力传递杆的两个杆位于肋的延伸部中。

根据一个实施例变型，涡轮喷气发动机包括至少一对轴向应力传递杆，并且居间压缩机壳体具有上游壁和下游壁，这对杆被附接到下游壁。

本发明尤其涉及一种涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机具有涵道式风扇，该涵道式风扇由BP涡轮驱动，包括位于BP涡轮的轴和涵道式风扇之间的减速齿轮。例如，减速齿轮具有行星齿轮装置。入口壳体被布置成形成用于减速齿轮的支撑件。优选地，在入口壳体中分别支撑涵道式风扇的轴和BP轴的轴承的至少一部分被构造成形成轴向轴承。

在一个实施例中，压缩机壳体被构造成浮动的。通过利用间隙连接件(优选地具有径向间隙和轴向间隙)将壳体连接到入口壳体和居间压缩机壳体中的一个，使得壳体被构造成浮动的，壳体中包括适当的装置以确保路径的连续性以及其适当的密封以防止空气泄漏。因此，在该实施例中，并且由于其浮动特性，当发动机运转时，不存在可能导致变形的、穿过压缩机壳体传递的应力。

所述至少一个应力传递杆可以具有可变或可调整的长度。因此可以调节杆的长度，特别是在组装操作期间调节杆的长度。

本发明还涉及一种如上所述的多流式涡轮喷气发动机的组装方法，并且该组装方法包括：

涡轮喷气发动机组装步骤，特别涉及入口壳体和居间压缩机壳体的组装步骤，以及

调节将入口壳体连接到居间压缩机壳体的至少一个轴向应力传递杆的长度的步骤。

附图说明

参照所附的示意图，通过阅读以下关于本发明实施例(其作为示例被提供而不对本发明进行限制)的详细说明性描述，本发明将被更好地理解，并且本发明的其他目的、细节、特征和优点将变得更清楚。

在这些附图中：

图1示出了根据本发明的发动机架构的示例的示意性轴向截面图；

图2和图3示出了从下游和侧面观察的居间压缩机壳体的透视图；

图4示出了具有根据本发明的杆的发动机在入口壳体和居间压缩机壳体的高度处的透视图和局部分解图；

图5和图6示出了两个附接件，其中，杆借助于球连接件被固定到壁；

图7示出了支承抵靠居间压缩机壳体的内侧的一对杆的布置的透视图；

图8示出了杆与居间压缩机壳体的连接的另一实施例；

图9示出了具有单个径向壁的居间压缩机壳体的另一实施例变型；

图10示出了长度可变的杆。

具体实施方式

图1示出了涡轮喷气发动机1，其从上游到下游具有涵道式风扇2和由第一压缩机3、第二压缩机4、燃烧室5以及两个接连的涡轮6和7形成的双体式气体发生器。第一压缩机与涡轮7一起形成低压BP本体，第一压缩机通过涡轮轴71与涡轮7连接。第二压缩机4与涡轮6一起形成高压HP本体，第二压缩机通过涡轮轴61与涡轮6连接。固定结构构件包括入口壳体8(位于气体发生器的处于涵道式风扇2与BP压缩机3之间的入口处)以及处于BP压缩机3和HP压缩机4之间的居间压缩机壳体9。在下游，通过排气壳体10来实现将来自发动机的应力传递到悬架。

涵道式风扇的轴21被旋转地安装在两个轴承22和23中，其中第一个轴承例如是滚柱轴承，而位于壳体附近的第二个轴承23例如是滚珠轴承，并且形成轴向推力轴承。轴21借助于具有行星齿轮装置的减速齿轮75被连接到BP涡轮7的轴71。该轴71被固定到BP压缩机3的转子，BP压缩机的转子例如借助于滚珠轴承35被旋转地安装在入口壳体8中，并且被构造成吸收轴向应力。三个轴承22、23和35以及减速齿轮75被安装在入口壳体8的毂80中并由入口壳体8的毂80支撑。因此，入口壳体还通过涵道式风扇轴的滚珠轴承23来吸收涵道式风扇轴的轴向应力，以及通过BP轴的滚珠轴承35来吸收BP轴的轴向应力。

从入口壳体8的毂80延伸出多个径向臂81，该多个径向臂与主流动路径相交并且通过插入在主流动路径与二次流动路径之间的环形部分82而相互连接。从该插入的环形部分82延伸出多个径向臂83，该多个径向臂与二次流动路径相交并将插入部分82连接到涵道式风扇的壳体24。飞行器的结构的附接装置可以被包括在臂83的处于涵道式风扇壳体上的延伸部中。

居间压缩机壳体9位于BP压缩机3的正下游处以及HP压缩机4的上游处。居间压缩机壳体包括与BP轴71相交的毂90。该毂形成轴承42的支撑件，HP压缩机4的末端耳轴支承抵靠该支撑件。从毂90延伸出与主流动路径相交的多个径向臂91。臂91通过环形部分92相互连接。居间压缩机壳体的该环形部分92是用于推力吸收杆95的附接件95a的底座，推力吸收杆被布置成将轴向推力应力传递到发动机的悬架。在本申请人提交的专利申请FR 3 007458中描述了居间压缩机壳体的一个示例。壳体在图2和图3中示出。应该注意的是，壳体9的环形部分92主要由护罩92v形成，该护罩在那一高度限定出主流动路径的径向外壁，并且相对于发动机轴线从径向外壁延伸出两个横向径向凸缘，一个是上游横向径向凸缘92a和另一个是下游横向径向凸缘92b。围绕轴线布置的轴向肋92n连接两个壁92a和92b。优选地，肋被布置在径向臂91的延伸部中。

由涵道式风扇的旋转导致的、涵道式风扇的叶片上的、由箭头F示出的轴向应力被传递到涵道式风扇的轴21，然后通过滚珠轴承23从轴传递到毂80，该滚珠轴承形成轴向推力轴承。应力路径借助于插入部分82行进穿过入口壳体8，并且穿过BP压缩机3的壳体31、居间压缩机壳体9的环形部分92以及被固定在居间压缩机壳体的环形部分上的推力吸收杆95。

根据本发明，杆32连接壳体8的插入部分82和壳体9的环形部分92。优选地，杆32通过球连接件在它们的末端处固定，以便仅传递拉伸应力和压缩应力。

优选地，杆围绕壳体的圆周成对布置。成对的杆32彼此不平行并且优选地具有V形形状。V的尖端被连接到入口壳体，例如被连接到入口壳体8的插入部分82，并且V的两个末端被连接到居间压缩机壳体9的环形部分92，即被连接到上游壁92a，如图4的实施例中所示。在另一实施例中相反地，V的尖端可以占据下游位置，V的两个末端被固定到入口壳体。V形形状的杆的孔径角有利地为20°或者更大，优选地为30°或者更大。

优选地，应力的传递通过至少三对杆来实现，如果可能的话，该至少三对杆围绕圆周均匀地分布。在一个优选的实施例中，如图2所示，两对杆在推力吸收杆的附接件的附近位于10点钟和2点钟方向，而第三对杆位于6点钟方向。

因此，该组件是静不定的，因为事实是应力路径加倍。应力是基于这两条路径的刚性比而分配的。因此，如果杆是刚性的并且压缩机壳体是柔性的，则大部分应力将穿过杆行进。压缩机经受较少的应力，并且变形受到限制。

在一个实施例(未示出)中，压缩机壳体被构造成浮动的。例如，通过利用间隙连接件(优选地具有径向间隙和轴向间隙)将壳体连接到入口壳体和居间压缩机壳体中的一个，壳体被构造成浮动的，壳体中包括适当的装置以确保路径的连续性以及其适当的密封以防止空气泄漏。因此，当发动机运转时，不存在可能导致变形的、穿过压缩机壳体传递的应力。

图5中示出了杆的依赖于球连接件的附接方法。在杆32的末端处的容置部中安装有轴孔32d。由于轴孔的球形外表面，轴孔关于其中心可旋转地移动，轴孔的球形外表面与其在杆中的容置部的同样为球形的表面一同工作。轴孔与轴32f相交，轴32f的末端被容置在分别被固定到部分82、92的盖中。该连接件提供了使应力朝向杆进行的传递。

图6示出了球连接件的另一个实施例。在这种构造中，杆32’在其末端通过被容置在部分82、92的壁中的螺钉32v而延伸，其中，杆被固定到部分82、92的壁。该壁具有球形表面，该球形表面与耐磨部分32’f协作，耐磨部分在连接杆的末端处被插入在螺钉32v的紧固螺母32’e和肩部之间。该球形接触表面允许有限的角形运动，同时沿着杆32’的轴线保持刚性。

根据上面示出的环形部分92的实施例，利用连接环形部分92的两个壁62a和62b的轴向肋92n，杆可以如上所述地以不同的方式固定。

根据本发明的一个实施例，如图7所示，杆在肋92n的延伸部中被固定到居间压缩机壳体的环形部分上。因此，杆和部分92之间的应力传递可以发生而不会导致环形部分变形。为了进一步改善壁上的应力分布，肋通过被构造成尽可能宽的圆角而被连接到壁92a和92b。此外，取决于肋的布置，V可以倒置以便将双附接件定位在入口壳体侧上，使得在居间压缩机壳体中仅有一个肋存在于杆附接件的延伸部中。因此，取决于V的方向，两个肋被定位成使附接件对齐并且对应于V的末端，或者一个肋被定位成对应于V的尖端。

根据一个实施例变型，如图8所示，每对杆132被安装成与上游壁92a相交并被直接固定到下游壁92b。

根据另一个变型，本发明还可以应用于居间压缩机壳体的环形部分192，环形部分192连接与主流动路径相交的径向臂191，并且具有单个径向壁192a，如图9所示。因此，壁192a优选地用适合的肋192n来加强。推力吸收杆和杆32被安装在所述径向壁192a的任一侧上。

本发明涉及用于相同目的的其他实施例(未示出)。

图10示出了具有可变的长度的应力传递杆232。在所示的示例中，杆232包括细长的中心本体232a，该中心本体的纵向端部被旋拧在螺纹杆232b上，螺纹杆分别被固定到入口壳体8和居间压缩机壳体9。在另一种变型中，应力传递杆可以根据图5和图6中所描述的附接方法而被固定到壳体。

因此可以调节杆的长度，特别是在组装操作期间调节杆的长度。在如上所述的多流式涡轮喷气发动机的组装期间，第一步骤涉及涡轮喷气发动机的组装，特别是对入口壳体和居间压缩机壳体的组装；在该步骤之后是调节将入口壳体连接到居间压缩机壳体的应力传递杆的长度。更具体地说，压缩机3、4可以被连接到两个壳体8、9，并且杆232可以被安装在这些壳体上。然后杆的长度被更精细地调整，以使杆与压缩机的确切尺寸相符。

Claims (11)

1.多流式涡轮喷气发动机，包括：

a.由气体发生器驱动的上游涵道式风扇(2)，

b.所述气体发生器由此包括同轴的第一压缩机(3)和第二压缩机(4)，

c.入口壳体(8)，所述入口壳体形成用于所述涵道式风扇(2)的转子和所述第一压缩机(3)的转子的支撑件，

d.居间压缩机壳体(9)，所述居间压缩机壳体位于所述入口壳体(8)的下游并且形成用于所述第二压缩机(4)的转子的支撑件，

e.用于推力吸收杆(95)的附接装置(95a)，所述附接装置被布置在所述居间压缩机壳体上，

其特征在于，所述涡轮喷气发动机包括将所述入口壳体(8)连接到所述居间压缩机壳体(9)的至少一个轴向应力传递杆(32，32’，132)。

2.根据前一项权利要求所述的涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括彼此不平行的至少一对轴向应力传递杆(32，32’，132)。

3.根据前一项权利要求所述的涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括关于所述发动机的轴线分布的至少三对轴向应力传递杆(32，32’，132)。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的涡轮喷气发动机，其中，连接所述壳体(8，9)和所述杆(32，32’，132)的所述附接件中的至少一个具有球式连接件。

5.根据权利要求1至4中的一项所述的涡轮喷气发动机，其中，两个壳体中的至少一个具有垂直于轴线布置的径向壁(92a，92b)，由此两个壁通过沿着所述轴线的方向定向的肋(92n)而互相连接。

6.根据前一项权利要求所述的涡轮喷气发动机，其中，将所述杆固定到所述壳体的附接件中的至少一个位于所述肋(92n)中的一个的延伸部中。

7.根据权利要求1所述的涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括至少一对轴向应力传递杆，并且所述居间压缩机壳体(9)具有上游壁(92a)和下游壁(92b)，该一对杆(132)被附接到所述下游壁(92b)。

8.根据前述权利要求中的一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述涵道式风扇由BP涡轮(7)驱动，包括位于所述BP涡轮的轴(71)和所述涵道式风扇(2)之间的减速齿轮(75)。

9.根据前述权利要求中的一项所述的涡轮喷气发动机，其中，在所述入口壳体中分别支撑所述涵道式风扇的轴和所述BP轴的轴承的至少一部分被构造成形成轴向轴承。

10.根据前述权利要求中的一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述压缩机壳体被构造成浮动的，并且借助于间隙连接件被固定到所述入口壳体或所述居间压缩机壳体。

11.根据前述权利要求中的一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述至少一个应力传递杆(232)具有可变的长度。