CN108474265B - 在居间压缩机壳体上具有推力吸收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)的转子的安装件；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)的转子的安装件；以及e.用于推力吸收控制杆(95)的附接装置，该附接装置被布置在居间压缩机壳体中。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)的应力结构护罩(32)，第一压缩机的壳体(31)是浮动的。

Description

在居间压缩机壳体上具有推力吸收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

现有技术包括文献US-A1-2012/195753，EP-A2-2 592 235，US-A1-2008/098717和CA-A1-2 929 947。

根据现有技术的已知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，特别是两个推力吸收(reprise)杆。这些杆通常位于流动路径之间的区域中，并且杆的附接盖相对于竖直平面以大约45°的角度成角度地定位。这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。其他应力(横向轴上的扭矩吸收或应力)遵循本专利申请中未包括的不同路径。

在这种架构中，轴向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阻尼器并吸收轴向载荷。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、排放阀以及用于控制压缩机的可变间距定子轮叶的同步环)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用于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如下事实，该涡轮喷气发动机包括将入口壳体连接到居间压缩机壳体的应力结构护罩，压缩机包括浮动壳体。

根据本发明的解决方案在于将第一压缩机的壳体的结构功能与主空气流动路径的外壁的结构功能分开。结构护罩在两个壳体之间传递应力。作为浮动壳体，形成空气流动路径的壁的第一压缩机的壳体不会传递任何应力。特别地，形成流动路径的壁的壳体借助于间隙连接件以浮动的构造被连接到入口壳体和居间压缩机壳体中的一个。

因此，利用这种装置，一方面可以去除增强压缩机壳体的必要性，另一方面消除了壳体上的可能导致影响压缩机效率的变形的应力。

此外，该装置吸收了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。

例如，通过限制HP本体的变形，对轴向应力以外的应力的吸收改善了发动机的机械状况。

在一个实施例中，应力结构护罩位于入口壳体上并被焊接在入口壳体上。在下游，应力结构护罩被螺栓连接到居间压缩机壳体上。

在另一个实施例变型中，应力结构护罩位于入口壳体和居间压缩机壳体上并被螺栓连接到入口壳体和居间压缩机壳体上。

当入口壳体包括支撑可变间距定子轮叶的可变定子轮叶(VSV)护罩时，所述VSV护罩具有纵向加强肋。

根据另一个特征，压缩机的浮动壳体借助于轴向间隙浮动连接件被连接到入口壳体和居间压缩机壳体中的一个。优选地，轴向间隙浮动连接件具有径向间隙。优选地，连接件包括第一凸缘，该第一凸缘间隙地覆盖第二凸缘。

为防止空气泄漏，浮动连接件包括垫圈，垫圈可将主流动路径与环境空气隔离。

优选地，并且如专利申请FR A 3 007 458中所述的，居间压缩机壳体包括相对于轴线横向布置的两个径向凸缘，其中，两个凸缘通过沿轴线定向的肋连接。更具体地说，居间压缩机壳体包括与主流动路径相交的臂，由此所述肋位于所述臂的延伸部中。有利地，推力吸收杆的附接装置被固定到两个凸缘中的一个。

最后，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。

本发明尤其涉及一种涡轮喷气发动机，其特征在于，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。在入口壳体中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。

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(其仅仅作为示例而非限制性地提供)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是发动机的局部视图，即示出了本发明的具有应力结构护罩的一个实施例的横截面视图；

图5示出了连接到入口壳体的浮动壳体的细节；

图6示出了本发明与图4的实施例不同的实施例；

图7示出了本发明的具有螺栓结构护罩的另一个实施例变型；

图8示出了用纵向肋加强的轮叶VSV的护罩的透视图和详细视图。

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。将来自发动机的应力传递到悬架的固定结构构件包括：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)、处于BP压缩机3和HP压缩机4之间的居间压缩机壳体9、以及位于下游的排气壳体10。

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被旋转地安装在入口壳体8中。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而相互连连。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的处于涵道式风扇的壳体上的延伸部中。

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的末端耳轴坐落在该支撑件中。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 A 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，应力结构护罩32连接壳体8的插入部分82和壳体9的环形部分92。应力结构护罩32也可以位于入口壳体8上。图4提供了BP压缩机在入口壳体8和居间压缩机壳体9之间的横截面视图。

入口壳体具有处于护罩82v的轴向延伸部中的护罩8vsv。可变间距定子轮叶VSV被可枢转地安装在该护罩8vsv中并借助于适配的控制杆36被连接到同步环37。结构护罩32沿着护罩8vsv的下游边缘在32a中被焊接。在下游，护罩32在32b中被螺栓连接到居间压缩机壳体的上游凸缘92a。上游凸缘92a和肋92n吸收涵道式风扇的推力的水平分量，并且护罩92v和下游凸缘92b形成单块刚性单元。

护罩32在两个壳体8和9之间形成刚性连接。因此，被施加在推力轴承23和35上的轴向应力通过入口壳体8被传递到居间压缩机壳体9和推力吸收杆95。

压缩机的壳体31形成壳，BP压缩机3的可动叶片在壳中旋转，为此，它包括径向定子叶轮以及连接径向定子叶轮的环，径向定子叶轮形成在压缩机级之间引导空气流动的整流器。在所示的实施例中，壳体在下游处在31b中被螺栓连接到居间压缩机壳体的凸缘92a。在上游，壳体借助于浮动连接件31a被连接到护罩8vsv。图5中详细示出了浮动连接件的示例。壳体31通过第一轴向凸缘31a1延伸。第一凸缘是环形的并且覆盖第二凸缘，该第二凸缘形成护罩8vsv的下游边缘。

壳体31与护罩8vsv的下游凸缘之间存在轴向间隙Ja。在轴向凸缘31a1和护罩8vsv之间还存在径向间隙Jr。垫圈31a2被布置在这两个部件之间以防止来自主流动路径的空气泄漏到环境空气中。在这种情况下，垫圈31a2呈被容置在轴向凸缘31a1的内部凹槽中的部段的形式。由于间隙Ja和Jr，所以连接件31a是浮动连接件。

更具体地，在由护罩8vsv的下游边缘形成的内凸缘和外凸缘31a1之间形成重叠，以确保流动路径的密封同时提供轴向间隙。外凸缘形成确保流动路径的连续性的台阶。该台阶创建的槽的长度有限，以减少损失。但是，其长度足以补偿入口壳体和居间压缩机壳体之间的间隙变化。由于与发动机的其它部件(诸如高压涡轮上的高压压缩机)中的压力相比，低压压缩机中的压力较低，所以通过盲槽产生的损失相对减少。与发动机的高温部件(诸如高压压缩机或高压涡轮)相比，该区域中的在热发动机和冷发动机之间的温度偏差相对较低，这也限制了轴向间隙的所需的尺寸，所需的尺寸在这种情况下为几毫米。

确定径向间隙以便一方面可以通过垫圈有效地补偿并限制槽腔的体积，另一方面可以补偿入口壳体和居间压缩机壳体之间的未对准。径向间隙约为一毫米。垫圈补偿径向间隙Jr，以便防止来自主空气流动路径的空气朝向压缩机的外部泄漏，并且特别是朝向压缩机周围的未被构造成接收所述空气流的隔室泄漏。这种泄漏也会降低压缩机效率。

由于这些间隙在发动机运转时仍然存在，所以没有应力通过该连接件传输。由于壳体31不受任何干扰性应力的作用，因此不会发生产生压缩机效率损失的变形。

图6示出了浮动壳体的另一个实施例。在这个变型中，浮动连接件31’a位于壳体31的下游边缘上。图5的布置加以必要的变更被示出。壳体31的轴向凸缘围绕对应于居间压缩机壳体9的轴向凸缘(同上)，同时提供轴向间隙和径向间隙。适配的垫圈可防止通过这些间隙泄漏。上游连接件31’b被螺栓连接。

图7示出了另一个变型。它涉及结构护罩32。结构护罩和护罩8vsv之间的上游连接件在32a中被螺栓连接，而不是被焊接。BP压缩机3的壳体31的组件保持浮动，在这种情况下通过在上游的一侧上的螺栓连接件而浮动，以及在这种情况下通过在下游的另一侧上浮动。

图8示出了护罩8vsv和VSV轮叶的详细视图。VSV轮叶未示出；仅示出了枢轴的容置部。为了加强该护罩8vsv，纵向加强肋8vsvn平行于轴线被布置在护罩的外表面上。这些肋有助于在入口壳体8和应力结构护罩32之间传递轴向应力。

本发明涉及用于相同目的的其他实施例(未示出)。

Claims (12)

1.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)的应力结构护罩(32)，所述第一压缩机(3)包括浮动壳体(31)，所述浮动壳体形成流动路径的壁。

2.根据权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其中，形成流动路径的壁的浮动壳体借助于间隙连接件(31a；31’a)以浮动的构造被连接到所述入口壳体和所述居间压缩机壳体中的一个。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述应力结构护罩(32)被焊接到所述入口壳体(8)并且被螺栓连接到所述居间压缩机壳体(9)。

4.根据权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其中，所述应力结构护罩(32)被螺栓连接在所述入口壳体(8)上以及被螺栓连接在所述居间压缩机壳体(9)上。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述入口壳体(8)包括支撑可变间距定子轮叶(VSV)的护罩(8vsv)，其中，所述护罩(8vsv)具有纵向加强肋(8vsvn)。

6.根据权利要求1和2中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述第一压缩机的所述浮动壳体(31)借助于轴向间隙浮动连接件被连接到所述入口壳体和所述居间压缩机壳体中的一个。

7.根据权利要求6所述的涡轮喷气发动机，其中，所述轴向间隙浮动连接件还具有径向间隙。

8.根据权利要求6所述的涡轮喷气发动机，其中，所述轴向间隙浮动连接件包括第一凸缘，所述第一凸缘间隙地覆盖第二凸缘。

9.根据权利要求6所述的涡轮喷气发动机，其中，所述轴向间隙浮动连接件包括垫圈(31a2)以使主流动路径与环境空气隔离。

10.根据权利要求1和2中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述居间压缩机壳体包括相对于轴线横向布置的两个径向凸缘(92a，92b)，并且其中，所述推力吸收杆的所述附接装置(95a)被固定到所述两个径向凸缘中的一个上。

11.根据权利要求1和2中任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)。

12.根据权利要求11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涡轮的轴的轴承的至少一部分被构造成形成轴向轴承。