CN109715964A - 用于使轴旋转解耦的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于使轴、特别是驱动轴旋转解耦的系统(100)。本发明还涉及一种在发电机和燃气涡轮发动机之间的连接部上的发电机保护系统。图1C示出了处于解耦位置的轴解耦系统(100)。

Description

用于使轴旋转解耦的系统

技术领域

本发明涉及一种用于使轴、特别是驱动传动装置的轴旋转解耦的系统。本发明还涉及一种用于在发电机和燃气涡轮发动机之间的连接部上保护发电机的系统。

背景技术

航空航天应用中的发电机通常由动力齿轮箱驱动，该动力齿轮箱自身由燃气涡轮发动机驱动。为了在燃气涡轮发动机运行时允许发电机产生足够的电力，发电机经受高速运转。

有时，在发电机中会发生故障。由于发电机在高速下运转，因此当通过该发电机的监测系统检测到发电机中的这种故障或者故障的发展时，期望提供使参与发动机的驱动的轴断开或解耦的可能性，以便防止或减少对发电机或相关部件的进一步损坏。

例如，如果检测到发电机润滑油的供应发生故障或检测到机械故障，或者甚至是检测到与压力的过高温度或油位低于某一阈值有关的问题，则可以触发用于使轴解耦的系统，以便中断发电机的驱动以保护该发电机。考虑到发电机经常在高速下被驱动，实际上总是需要提供发电机与燃气涡轮发动机的立即断开，因为故障可以快速放大并且可能破坏发电机。

目前，存在用于解耦传动轴的系统，该系统是用于在发电机和燃气涡轮发动机之间的连接部上保护发电机的系统的一部分。当监测系统在发电机中检测到事故或故障时，触发用于使轴解耦的系统。

这种解耦系统的一个示例包括连接至其中一个轴的致动器，该致动器能够拉动其中一个轴或者使两个轴分开，以便中断驱动。尽管允许快速解耦，但这种解耦系统并不理想，因为其需要大量的外部能量来提供克服两个轴之间的扭矩所需的力，以便进行解耦。不仅需要大量的力，而且此外，这种解耦系统还需要能够提供这种力的部件，该部件通常是笨重的。

专利申请EP2184503A2示出了用于使轴解耦的系统的另一示例，该系统是用于保护发电机的系统的一部分。该系统通常是优选的，因为该系统使用轴的旋转能量来分离这些轴。该系统包括可延伸的活塞，该活塞邻近并且平行于发电机的轴并且由该发电机的轴驱动。可延伸活塞包括可轴向移动的部分，该部分在其外侧上具有向上的螺旋。当解耦系统被触发时，杆允许螺旋接合在可延伸活塞的可移动部分上，并且使该螺旋上升，这是由于可延伸活塞处于旋转状态，直至该活塞被推靠到被固定到发电机的轴上的凸缘。这具有使发电机的轴与燃气涡轮发动机的轴解耦的效果。

该系统也不是高度适合于将发电机与燃气涡轮发动机断开。该系统的整体结构，特别是用于分离轴的力完全通过螺旋和杆传递的事实，不会对固体结构造成影响。此外，在高速或最大扭矩下，这可能涉及不可靠的断开连接(例如杆和螺旋之间的滑动)的问题。因此看来，将力相对于发电机的轴以非对称的方式施加到凸缘，这可能具有负面影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于通过提出一种用于使轴旋转解耦的系统来克服上述缺点，该系统包括：

-第一轴，

-第二轴，

第一轴沿着第一轴线延伸并且围绕该轴线能旋转地安装，第一轴能够沿着第一轴线从将旋转传动到第二轴的连接位置轴向地滑动到与第二轴解耦的位置，并且能够沿着第一轴线从与第二轴解耦的位置轴向地滑动到将旋转传动到所述第二轴的连接位置，

其特征在于，该系统进一步包括：

-凸缘，该凸缘位于第一轴上，

-固定结构，该固定结构基本上围绕第一轴线并且面向凸缘定位，该固定结构包括在轴向方向上朝向凸缘上升的斜面，

-辊环，该辊环围绕第一轴线定位并且轴向地定位在凸缘和固定结构之间，辊环能旋转地移动并且包括辊子，辊子插入在斜面和凸缘之间，辊环被构造成以如下的方式旋转，所述方式即：辊子沿凸缘在斜面上的旋转方向在凸缘和斜面之间移动，并且以如下的方式轴向移动，所述方式即：使凸缘和固定结构分开，使得第一轴从与第二轴连接的位置滑动到解耦位置。

优选地，凸缘相对于第一轴线从第一轴径向延伸，并且辊子的滚动轴线基本上垂直于第一轴线。

优选地，固定结构是具有两个圆周斜面的固定环，该两个圆周斜面位于该固定结构沿直径方向对置的侧部上，并且辊环包括两个辊子，该两个辊子位于该辊环沿直径方向对置的侧部上。

优选地，系统包括偏置装置，该偏置装置用于将辊环偏置成旋转。

有利地，偏置装置是弹簧或者致动器。

优选地，系统包括捕获构件，该捕获构件用于在这些辊子移动到斜面的顶部时保持辊环的位置。

有利地，捕获构件包括止挡件。

有利地，捕获构件包括小轮或者倾斜部件。

有利地，辊环能旋转地安装在辊子支撑件中，并且捕获构件包括被弹簧偏置的销。

优选地，第一轴是从动轴，并且第二轴是驱动轴。

本发明还提出了一种用于在燃料涡轮发动机和发电机之间的连接部上保护发电机的系统，该系统包括：

-监测系统，

-如上文限定的用于使轴旋转解耦的系统，

其中，第一轴是发电机的轴，并且第二轴是连接到燃气涡轮发动机的轴。

附图说明

在下文中参照附图对本发明的、作为非限定性示例的实施例进行了描述，在附图中：

-图1A至图1C以简化的方式和以透视图的形式示出了根据本发明的第一实施例的用于使轴旋转解耦的系统的动力学原理；

-图2A至图2B以透视图的形式示出了图1A至图1C的轴，分别示出了解耦位置和旋转连接位置；

-图3A和图3B示意性示出了用于将轴保持在解耦位置的装置；和

-图4以局部剖视图的形式示出了用于使轴解耦的系统的一个变型。

在所有这些附图中，相同的附图标记可表示相同或相似的元件。此外，附图中示出的各个部分不一定按相同的比例示出，以便使附图可读性更强。

具体实施方式

图1A至图1C示出了用于使轴解耦的系统100的动力学原理，该系统是用于在发电机和燃气涡轮发动机之间的连接部上保护发电机的系统的一部分。图2A和图2B示出了本身处于连接位置和解耦位置的轴，以便使齿轮齿以及在齿轮齿中通过齿轮进行连接的方式可见。

首先，将参考图1A描述用于使轴解耦的系统100的主要部分。图1A示出了发电机10的轴(第一轴)，该轴沿着第一轴线延伸并且围绕该轴线能旋转地安装。发电机10的该轴能够沿着第一轴线轴向滑动，以便连接到燃气涡轮发动机20的轴(第二轴)或者与该燃气涡轮发动机的轴断开连接。每个轴10、20包括齿轮齿13、23，所述齿轮齿允许在轴向方向上的连接和断开连接，以便传递旋转运动。弹簧(未示出)将发电机10的轴轴向地推向燃气涡轮发动机20的轴，以便确保该发电机的轴和该燃气涡轮发动机的轴之间的爪形离合。

通常，燃气涡轮发动机20的轴是驱动轴，该驱动轴将其旋转运动传递到发电机10的轴，该发电机因此被驱动以产生电力，并且为电气和电子设备和部件供电。通常，在燃气涡轮发动机和发电机的用于产生电力的部分之间存在齿轮箱，以便传递旋转运动并且改变齿轮比。

然而，出于简化的原因，连接部被认为是处于燃气涡轮发动机和发电机之间，并且应当理解，该连接部不一定直接处于燃气涡轮发动机和发电机的用于产生电力的部分之间，而是处于连接到燃气涡轮发动机的轴和发电机之间，例如，使连接部处于连接到燃气涡轮发动机的齿轮箱和发电机之间，因此处于连接到燃气涡轮发动机的轴和发电机之间，或者处于燃气涡轮发动机和集成到发电机中的齿轮箱之间。两个轴10、20通过啮合彼此连接，因此在传递旋转的状态下被连接，以围绕第一轴线旋转。

发电机10的轴包括由单一部件制成的凸缘11，该凸缘从发电机10的轴径向地延伸出并且与该发电机的轴一起旋转驱动。凸缘11是圆形的，并且基本上是平的，特别是其面向燃气涡轮发动机20的轴的表面是圆形的，并且基本上是平的。

固定结构30设置成基本上围绕第一轴线，该固定结构面向凸缘11。在该实施例中，该固定结构30呈固定环的形式，该固定环围绕两个轴10、20之间的连接部，并且基本上对应于凸缘11的直径，并且包括斜面31，该斜面沿着固定环30的圆周延伸并且在凸缘11的方向上上升。该固定环30可以是发电机的壳体的一部分、燃气涡轮发动机的壁或甚至是固定的独立结构。

两个圆周斜面31设置在固定环30上，大体上面向凸缘11，斜面31位于沿直径方向对置的侧部处，并且每个斜面沿着固定环30的圆周的一半延伸。斜面31从下到上具有基本上均匀的斜率。斜面31的高度基本上大于齿13、23通过轴10、20上的爪形离合而接合的距离，以便允许轴的解耦。

在凸缘11和固定环30之间设置有辊环40。该辊环还基本上围绕两个轴10、20之间的连接部关于第一轴线延伸，并且能旋转地移动并且也能平移地移动。该辊环包括两个径向杆41，每个杆41上安装有辊子42。在此情况下，杆41朝向辊环40的外部突出。该两个杆位于辊环40的沿直径方向对置的侧部处。杆41以及因此辊子42的滚动轴线有效地垂直于第一轴线。

辊子42定位于斜面31和凸缘11(在轴向方向上)之间。辊环40和固定环30之间的相对旋转的结果是使辊子42在斜面31上升高，并且移动以使两个环30、40分开。优选地，可以提供偏置装置61，以用于将辊环40偏置成与凸缘11和固定环30接触。这可以通过弹簧或致动器完成。然而，期望该偏置装置61受限制或不工作，仅在必要时被释放或激活，以便使辊环40朝向凸缘11偏置。例如，压缩弹簧可以被释放，或致动器可以被激活，以便偏置辊环40并且将辊子42安置成与凸缘11接触。

为有助于对本发明的理解，现将参照图1A至图1C描述用于保护发电机的系统的运转，该系统包括用于使轴解耦的系统100。

如图1A中所示，在高速旋转下，在燃气涡轮发动机和发电机的正常运转期间的旋转传递期间，两个轴10、20通过啮合而(轴向地)连接。

发电机10的轴(第一轴)上的弹簧(未示出)将发电机10的轴轴向地偏置成与燃气涡轮发动机20的轴(第二轴)连接。辊环40大体上保持在固定环30上，该辊环的每个辊子42向下地保持在斜面31上，而不接触第一轴10的凸缘11。监测系统监测发电机的运转。

当通过发电机的监测系统在发电机中或在其齿轮箱中检测到故障时，解耦系统100被触发。因此，辊环40在凸缘11和固定环30之间被推进旋转，以便使这些辊子42在斜面31上向上移动并且与凸缘11发生接触。优选地，偏置装置61是压缩弹簧，该压缩弹簧被释放以便将辊环40偏置成旋转。代替弹簧，也可以使用致动器或电磁体来使辊环40与凸缘11接触。

在这一阶段，辊子42接触凸缘11并且开始通过由发电机轴的凸缘11施加的旋转而围绕该辊子的辊子轴线旋转。凸缘11和固定环30之间的相对旋转具有使辊子42沿着圆周斜面31滚动的效果，以便在凸缘11的旋转方向上并且因此在发电机10的轴的旋转方向上攀爬该圆周斜面。

图1B示出了辊环40的在斜面31的中间向上移动的辊子42。当辊子42开始在斜面31上向上移动时，这些辊子在凸缘11和固定环的斜面31之间推进。因此，辊环40围绕第一轴线旋转，并且当该辊环与凸缘11接合时沿着第一轴线平移。因此，发电机10的轴抵抗弹簧的偏置从燃气涡轮发动机20的轴移动离开。这具有如下的效果：发电机的轴的爪形离合的齿13和燃气涡轮发动机的轴的爪形离合的齿23开始轴向分离。在这一阶段，由于齿13、23仍然啮合并且没有完全分离，所以在轴10、20之间仍然传递旋转。

图1C示出了到达斜面31的上端部的辊子42。在该位置，凸缘11和固定环30之间的距离有效地达到最大。应当理解，辊子42在其第一次与凸缘11接触的斜面31上的位置和其在斜面31的顶部的位置之间在轴向方向上的运动对应于大于齿13、23的接合距离的距离，从而允许轴10、20的解耦。因此，轴10、20的齿13、23轴向分离，并且旋转的传递被切断，从而保护发电机及其相关部件。

因此，保护系统的这种快速解耦允许一旦检测到发电机中的故障时就保护发电机，从而防止发电机在存在故障时被驱动，并且防止故障被放大并且可能损坏发电机。此外，用于使轴解耦的该系统100以如下方式设计，所述方式即：该系统不需要很大的力来启动解耦，而是通过主要使用轴10、20的旋转能量来进行轴10、20的解耦。此外，随着辊环40的两个辊子42在沿直径方向对置的侧部处在凸缘11上推进，对称的力作用在发电机10的轴上，该对称的力比非对称的力好得多。

理想地设置有捕获构件50，以用于一旦在辊子42位于斜面31的顶部处时保持辊环40的位置，以便使轴10、20保持解耦。图3A和图3B示意性地示出了处于斜面31的底部的位置的辊子42，和向上移动并且处于斜面31的顶部的同一辊子42。为了阻止辊环40旋转，该捕获构件50设置有止挡件51，以便使辊子42(或辊环40)不会超过特定位置，也不会落到下一个斜面31上。当然，该捕获构件50可以是固定结构30的一部分。

此外，该捕获构件50可以被调整以便一旦到达顶部位置就允许辊子42(例如通过升高辊子42以便使该辊子不再接触斜面31)继续旋转。在图3A中，该捕获构件设置有两个小轮52，该两个小轮沿着斜面31并且朝向斜面31的顶部彼此间隔开，辊环40的辊子42可以安置在该两个小轮上或在该两个小轮之间。这允许发电机轴10的凸缘11在由其惯性引起的旋转停止期间旋转，但是辊子42没有在斜面31上摩擦，以便防止该辊子的快速磨损。在图3B中，设置有用于使辊环40的杆41升高的倾斜部件53，因此该倾斜部件将辊子42从斜面31升高并且允许该辊子在发电机10的轴仍然停止旋转时旋转。

在图4中示出的变型中，辊环40被保持成在斜面31的顶部处能旋转地移动。辊环40包括与辊子42的杆41连接的外部环45，该外部环通过具有支承件49的辊子支撑件48能旋转移动地支撑，从而允许辊环40的自由旋转。出于清楚和可见性的原因，外部环45和辊子支撑件48并未完整示出。

辊子支撑件48能平移(但并非旋转)移动地安装在环形框架35中，该环形框架可以是发电机的壳体的一部分或者是固定结构的一部分。当辊环40旋转并且在斜面上向上移动时，辊子支撑件48在由环形框架35引导的相同方向上平移地移动。一旦辊环40处于斜面的顶部并且轴被分离，捕获构件50就被触发并且防止该辊环向下移动返回。在该变型中，捕获构件50是被弹簧57偏置的销56，该捕获构件能移动以便与辊子支撑件48的底部接合。

这样，辊环40可以继续与发电机10的停止旋转的轴一起旋转。这防止该辊环的突然停止，因此，这种变型更加适于轴在非常高的速度下的旋转。

一旦解耦并且发电机10的轴停止，就可以对发电机进行维修，以便纠正故障。然后，可以通过拉动辊环40在相反方向上旋转使两个轴10、20再次连接，以便使该辊环的每个辊子42向下移动到斜面31的底部，或者对于变型，通过释放销56以便允许辊环40向下移动返回，并且通过允许偏置弹簧使发电机10的轴朝向燃气涡轮发动机20的轴轴向地移动。优选地，需要手动干预以连接两个轴10、20，并且重建发电机和燃气涡轮发动机之间的连接。有利地，轴10、20可以在不移除发电机的情况下被连接。

当然，代替如上面实施例中所描述的两个辊子42和斜面31，解耦系统100可以包括甚至更多的辊子和斜面，例如三个辊子和斜面。然而，对于给定的圆周和轴向间距而言，更多的斜面意味着滚动距离将会减小，而斜面的倾斜将会更陡峭，这可能具有以下效果：辊子相对于凸缘和斜面滑动，并且被保持在斜面的底部处而不是在斜面上向上滚动并且在该凸缘和斜面之间推进。

同样明显的是，用于使轴解耦的系统100不是特定于发电机和燃气涡轮发动机之间的连接部。明显的是，用于使轴解耦的该系统100的其他用途是可能的。此外，第二轴20不必与第一轴线同轴。该第二轴可以相对于第一轴线(和第一轴10)形成角度。

Claims (11)

1.用于使轴旋转解耦的系统(100)，包括：

-第一轴(10)，

-第二轴(20)，

所述第一轴(10)沿着第一轴线延伸并且围绕所述轴线能旋转地安装，所述第一轴(10)能够沿着所述第一轴线从将旋转传动到所述第二轴(20)的连接位置轴向地滑动到与所述第二轴(20)解耦的位置，并且能够沿着所述第一轴线从与所述第二轴解耦的位置轴向地滑动到将旋转传动到所述第二轴的连接位置，其特征在于，所述系统(100)进一步包括：

-凸缘(11)，所述凸缘位于所述第一轴(10)上，

-固定结构(30)，所述固定结构基本上围绕所述第一轴线并且面向所述凸缘(11)定位，所述固定结构(30)包括在轴向方向上朝向所述凸缘(11)上升的斜面(31)，

-辊环(40)，所述辊环围绕所述第一轴线定位并且轴向地定位在所述凸缘(11)和所述固定结构(30)之间，所述辊环能旋转地移动并且包括辊子(42)，所述辊子插入在所述斜面(31)和所述凸缘(11)之间，

所述辊环(40)被构造成以如下的方式旋转，所述方式即：所述辊子(42)沿所述凸缘(11)在所述斜面(31)上的旋转方向在所述凸缘(11)和所述斜面(31)之间移动，并且以如下的方式轴向移动，所述方式即：使所述凸缘(11)和所述固定结构(30)分开，使得所述第一轴(10)从与所述第二轴(20)连接的位置滑动到解耦位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述凸缘(11)相对于所述第一轴线从所述第一轴径向延伸，并且所述辊子(42)的滚动轴线基本上垂直于所述第一轴线。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述固定结构(30)是具有两个圆周斜面(31)的固定环，所述两个圆周斜面位于所述固定结构沿直径方向对置的侧部上，并且所述辊环(40)包括两个辊子(42)，所述两个辊子位于所述辊环沿直径方向对置的侧部上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括偏置装置(61)，所述偏置装置用于将所述辊环(40)偏置成旋转。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述偏置装置(61)是弹簧或者致动器。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括捕获构件(50)，所述捕获构件用于在这些辊子(42)移动到所述斜面的顶部时保持所述辊环(40)的位置。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述捕获构件(50)包括止挡件(51)。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述捕获构件(50)包括小轮(52)或者倾斜部件(53)。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述辊环(40)能旋转地安装在辊子支撑件(48)中，并且所述捕获构件(50)包括被弹簧(57)偏置的销(56)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一轴(10)是从动轴，并且所述第二轴(20)是驱动轴。

11.用于在燃料涡轮发动机和发电机之间的连接部上保护发电机的系统，包括：

-监测系统，

-根据前述权利要求中任一项所述的用于使轴旋转解耦的系统(100)，

其中，所述第一轴(10)是发电机的轴，并且所述第二轴(20)是连接到燃气涡轮发动机的轴。