CN109690052A - 用于发电机的轴断裂装置 - Google Patents

Abstract

一种组件，该组件包括功率齿轮箱(20)，该功率齿轮箱机械地连接到发电机(22)，发电机(22)的支承轴(34)包括校准的可断裂部段(52)，该校准的可断裂部段意图在发电机上检测到事故时提供发电机与功率齿轮箱的物理断开，保护装置包括设有锁定件的解锁机构(60)，该锁定件在外部控制单元(64)的作用下释放开槽工具以选择校准的部段进行断裂。

Description

用于发电机的轴断裂装置

技术领域

本发明涉及燃气涡轮机，更具体地涉及用于保护附件齿轮箱(AGB)和与其相关联的发动机的装置。本发明的应用领域是用于飞机或直升机的航空发动机、以及辅助动力单元(APU)的燃气涡轮机的领域。

背景技术

在燃气涡轮机中，机械传动装置使用从涡轮轴获得的机械动力驱动各种设备或附件。包括容纳在外壳中的一组齿轮的机械传动装置被称为传输齿轮箱或附件齿轮箱(AGB)。附件具体地包括用于产生液压能量、用于供给燃料和用于润滑的各种泵，以及一个或多个电启动器和/或发电机。

安装在飞机上的发电机通常设有保护装置，这些保护装置具有在相关监控系统检测到事故时将发电机与附件齿轮箱物理分离的功能。传统上，这些保护装置都配装有可断裂部段(无源装置)，该可断裂部段被校准，以在对应于最大标称或运行扭矩的5至10倍的扭矩下断裂，并且保护装置还配装有受控断开系统(有源装置)，该系统允许发电机以中间负荷和速度机械地脱离(脱开离合)。

遗憾的是，目前的受控断开系统在其低速、高速、中间扭矩的整个运行范围内无法提供有效的保护。具体地，它们不能在负荷下或以非常高的旋转速度断开。因此，当在受控断开系统中有产生大于有源装置的断裂能力并且小于可断裂部段的断裂扭矩的高扭矩的故障发生时，发电机的机械脱离变得不可能。这导致了可能对发电机甚至发动机机舱造成显著损坏的能量消散。

发明内容

因此，期望降低可断裂部段的断裂扭矩，使得该扭矩尽可能接近激活受控断开系统的扭矩，并且仅在那时进行激活。

为此，本发明提供一种组件，该组件包括附件齿轮箱，该附件齿轮箱设有保护装置并且机械地连接到具有支承轴的发电机，该支承轴包括校准的可断裂部段，该可断裂部段设计成当在发电机上检测到事故时将发电机与附件齿轮箱物理地断开，该组件的特征在于，保护装置包括设有锁定件的解锁机构，该锁定件在外部控制单元的作用下释放切割工具以切割所述校准的可断裂部段。

因此，本发明的保护装置可以设计成以非常低的、尽可能接近0牛顿米(Nm)的扭矩运行，这使得能够减小保护装置集成在其中的发电机的总重量和尺寸。此外，由于降低使可断裂部段断裂的扭矩的可能性，所述可断裂部段能够具有更大的固有断裂扭矩，具体是为了避免未及时的断裂和疲劳。

优选地，所述切割工具抵靠推力弹簧作用并且具有带有碳化物尖端的冲头。

有利地，所述解锁机构是电磁铁或扭矩马达。

优选地，所述外部控制单元集成在飞机发动机的发动机控制单元(ECU)中或飞机的全权限数字发动机控制器(FADEC)中。

该组件安装在壳体的后端，所述发电机集成在壳体中，该壳体具有设计成接纳所述附件齿轮箱的前端。

本发明还提供一种设有这种保护装置的燃气涡轮航空发动机。

附图说明

本发明的其它特征和优点在阅读以下通过非限制性实施例给出的并参照附图的本发明的具体实施例的描述中显现出来，附图中：

·图1是燃气涡轮发动机的高度简化图；以及

·图2A和2B分别是与设有本发明的保护装置的附件齿轮箱相关联的发电机的轴向剖视图和端视图。

具体实施方式

本发明的应用领域是诸如在图1中非常示意性地示出的燃气涡轮飞机发动机的应用领域，但是本发明仍适用于通常是直升机发动机的其它燃气涡轮航空发动机，并且还适用于燃气涡轮辅助动力单元。

图1的发动机包括燃烧室10，来自燃烧室的燃烧气体驱动高压涡轮12和低压涡轮14。高压涡轮通过轴联接到高压压缩机16，该高压压缩机16在压力作用下向燃烧室10馈送空气，而低压涡轮经由另一个轴联接到发动机入口处的风扇18。附件齿轮箱20借助于动力输出装置机械地连接到涡轮轴中的一个，并且它包括用于驱动各种附件的一组齿轮，所述附件包括至少一个发电机。

如图2所示，发电机22包括同步主发电机24，该同步主发电机24和发电机的转子一起容纳在外壳或壳体32中，该转子承载励磁(主)绕组26，该绕组26安装在轴34上，该轴34由滚动轴承36a、36b支承在壳体32上。承载电枢(副)绕组28的发电机的定子紧固在壳体32的内侧上。将产生的电压传送至诸如飞机的机载网络(未示出)之类的配电电路的总线的配线束30例如通过以密封的方式穿过壁32而连接到电枢绕组28。

通常呈圆柱形的壳体32在其两端38、40处封闭。壳体32在其前端处由壁40封闭，该壁40具有由环形部分40a限定的中心开口，该环形部分40a固定到壁40。环形部分40a承载轴承36a，并且还承载用于相对于在壳体中流动(参见油入口46和出口48孔)的冷却油提供密封的密封件、例如其端部压在支承轴34的外表面上的唇形密封件42，或任何其它密封系统、例如旋转式或迷宫式密封件。支承轴34借助于部分34a在壳体32内部突出穿过壁40的开口，该部分34a有利地但不必需具有较小的直径。该部分例如以凹槽44的形式承载机械联接构件，并且延伸超过凹槽以便连接到附件齿轮箱20。壳体在另一端或后端处例如通过螺栓连接壁38而被封闭，壁38具有由环形部分38a限定并承载轴承36b的中心开口。支承轴34借助于可选地具有较小直径的部分34b而穿过壁38中的开口突出，并延伸到壳体32的外部。该部分34b例如以凹槽45的形式承载机械联接构件，以便连接到发电机22。

本发明提出了一种保护装置50，该保护装置用于保护附件齿轮箱20，并将其放置在壳体后面、在支承轴的与其连接于附件齿轮箱的端部相对的端部处。更确切地说，本发明提出将受控锁定件添加到可断裂部段52上，可断裂部段的切割工具54设置在支承轴34的后端处，该受控锁定件用于“削弱”可断裂部段并因此在最低可能的扭矩(即尽可能接近0Nm)下使其断裂，使得不需要受控断开系统(现有技术的有源装置)。因此，保持了现有技术的无源系统的可靠性和操作稳健性，同时保留了校准的可断裂部段。

借助示例，可断裂部段52的一端承载有附加的凹槽53，该凹槽53与凹槽45协配，以在支承轴34和发电机22的励磁绕组26之间形成机械连接。

应观察到的是，这种在壳体32后面的定位使得在可断裂部段已断裂之后，并且无论可断裂部段在控制单元64的控制下还是在高扭矩的作用下(无需特定控制)断裂，都可以容易地更换发电机而无需将其作为整体拆卸。

为了确保切穿校准的可断裂部段，切割工具具有冲头，该冲头具有抵抗推力弹簧58的碳化物尖端56，并且冲头的切割动作由电磁铁或扭矩马达类型的解锁机构60的锁定件62保持，该解锁机构由外部控制单元64运行，该外部控制单元可以专用于或集成到飞机的ECU或FADEC中。当由监控系统(未示出)在发电机上检测到事故时，解锁机构由外部控制单元运行，该系统优选地集成在发电机中。一旦可断裂部段52已断裂，则复位弹簧66使可断裂部段能够干净地分离成两个单独的部分。

因此，利用本发明的保护装置，机械断开不再基于比标称扭矩高5到10倍的断裂扭矩，而是基于尽可能接近0Nm的扭矩。

当保护装置被激活时，附件齿轮箱20通过冲头56与发电机22断开。因此，附件齿轮箱20的运动继续驱动位于转子内部的轴34，但转子并没有被驱动。轴34经由两个由弹性体制成的轴承与转子接触，以在可断裂部段断裂时限制轴和转子之间卡住的任何风险。

Claims (8)

1.一种组件，所述组件包括附件齿轮箱(20)，所述附件齿轮箱设有保护装置(50)并且机械地连接到具有支承轴(34)的发电机(22)，所述支承轴包括校准的可断裂部段(52)，所述校准的可断裂部段设计成在发电机上检测到事故时将发电机与附件齿轮箱物理地断开，所述组件的特征在于，所述保护装置包括设有锁定件(62)的解锁机构(64)，所述锁定件在外部控制单元(64)的作用下释放切割工具(54、56、58)，以切割所述校准的可断裂部段。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述切割工具抵靠推力弹簧(58)作用。

3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于，所述切割工具具有带有碳化物尖端(56)的冲头。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的组件，其特征在于，所述解锁机构是电磁铁或扭矩马达(60)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其特征在于，所述外部控制单元集成在飞机发动机的ECU中或飞机的FADEC中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的组件，其特征在于，所述保护装置安装在壳体(32)的后端(38)，所述发电机集成在所述壳体中，所述壳体具有设计成用于接纳所述附件齿轮箱的前端(40)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的组件，其特征在于，所述保护装置还包括复位弹簧(66)，所述复位弹簧使得所述可断裂部分一旦断裂就能够干净地分离成两个单独的部分。

8.一种燃气涡轮航空发动机，具有根据权利要求1至7中任一项所述的组件。