CN110388448B

CN110388448B - 润滑系统

Info

Publication number: CN110388448B
Application number: CN201910308078.2A
Authority: CN
Inventors: N.J.戴维斯
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2039-04-17
Also published as: EP3557009B1; EP3557009A1; GB201806239D0; US20190316672A1; CN110388448A; US11313454B2

Abstract

本发明题为“润滑系统”。本发明公开了一种用于气体涡轮引擎(10)的润滑系统，该系统包括：齿轮箱(30)，该齿轮箱(30)包括贮槽；油罐(124)；主齿轮箱润滑系统，该主齿轮箱润滑系统被构造成从油罐(124)泵送油以利用齿轮箱主进料(105)来润滑齿轮箱(30)；辅助齿轮箱润滑系统，该辅助齿轮箱润滑系统被构造成当贮槽中的油位达到预定水平(111)时利用来自贮槽的油来润滑齿轮箱(30)；其中该系统该被构造成响应于主齿轮箱润滑系统的故障而将贮槽中的油位增加到至少预定水平(111)。

Description

润滑系统

技术领域

本公开涉及润滑系统，并且更具体地，涉及用于气体涡轮引擎的齿轮箱的润滑系统。

背景技术

在气体涡轮引擎中，位于燃烧器下游的涡轮机从燃烧器下游的流体中提取机械功。涡轮机由芯轴机械地联接到位于燃烧器上游的压缩机，使得涡轮机驱动压缩机。压缩机和涡轮机设置在引擎的被称为引擎核心的区域中。

在齿轮传动涡轮风扇引擎中，设置有齿轮箱。齿轮箱通常将芯轴联接到位于引擎核心上游的风扇。已知使用减速齿轮箱来降低风扇相对于芯轴的旋转的角速度。这可导致效率提高。齿轮箱也可以将芯轴联接到位于芯轴下游的涡轮机，从而允许涡轮机相对于芯轴具有不同的旋转速度。

齿轮箱是引擎的安全关键部件，因为齿轮箱故障会导致失去对风扇的驱动，而风扇负责提供引擎的大部分推力。此外，齿轮箱缺少润滑剂可能会导致齿轮箱卡住并且风扇因此也卡住，从而在飞机上引入显著阻力。重要的是，向齿轮箱提供润滑剂（例如油）是可靠的，既可保证安全，又可避免在发生某种故障时对齿轮箱轴承的磨损和损坏。

美国专利US 8491436公开了一种用于行星式齿轮箱的不间断供油装置。

本公开提供了一种润滑系统，其克服了已知润滑系统的至少一些问题或至少提供了此类润滑系统的有用替代方案。

发明内容

根据一个方面，提供了一种用于气体涡轮引擎的润滑系统，该系统包括：齿轮箱，该齿轮箱包括贮槽；油罐；主齿轮箱润滑系统，该主齿轮箱润滑系统被构造成从油罐泵送油以利用齿轮箱主进料来润滑齿轮箱；和辅助齿轮箱润滑系统，该辅助齿轮箱润滑系统被构造成当贮槽中的油位达到预定水平时利用来自该贮槽的油来润滑齿轮箱；其中该系统被构造成响应于主齿轮箱润滑系统的故障而将贮槽中的油位增加到至少预定水平。

该系统还可包括：齿轮箱主进料泵，该齿轮箱主进料泵被构造成利用来自油罐的油来对齿轮箱主进料进行加压；和齿轮箱回油泵，该齿轮箱回油泵被构造成将油从齿轮箱贮槽沿回油流泵送到油罐。

该系统还可包括齿轮箱回油阀，该齿轮箱回油阀具有打开位置和关闭位置，在打开位置，油流经齿轮箱回油路径以返回到油罐，在关闭位置，阻止油从齿轮箱经过齿轮箱回油路径返回到油罐。齿轮箱回油阀可被构造成响应于齿轮箱主进料的压力下降至预定水平以下而关闭。

该系统还可包括齿轮箱回油控制阀，该齿轮箱回油控制阀具有打开位置和关闭位置，在打开位置，齿轮箱回油控制阀将来自齿轮箱主进料的油压传送到齿轮箱返回回油阀的控制口，在关闭位置，齿轮箱回油控制阀阻止油压从齿轮箱主进料传送到齿轮箱回油阀的控制口。

齿轮箱回油控制阀能够操作为响应于电子信号而在打开位置和关闭位置之间切换。

该系统还可包括涡轮机械润滑系统，该涡轮机械润滑系统被构造成利用涡轮机械进料来润滑气体涡轮引擎的涡轮机械。该系统可被构造成响应于主齿轮箱润滑系统的故障而从涡轮机械进料供应交叉流以增加贮槽中的油位。

该系统还可包括：涡轮机械进料泵，该涡轮机械进料泵被构造成利用来自油罐的油对涡轮机械进料进行加压；和涡轮机械回油泵，该涡轮机械回油泵被构造成将油从涡轮机械沿涡轮机械回油流泵送到油罐。

该系统还可包括交叉流阀，该交叉流阀被构造成在关闭位置阻止从涡轮机械进料到齿轮箱的交叉流，并且在打开位置将交叉流从涡轮机械进料传送到齿轮箱。交叉流阀可以被构造成响应于齿轮箱主进料的压力下降到预定水平以下而打开。

辅助齿轮箱润滑系统可包括铲斗，该铲斗附接到齿轮箱的旋转部分（例如行星式齿轮箱的支架）。

齿轮箱可包括行星式齿轮箱。行星式齿轮箱可包括支架、齿圈、太阳齿轮和至少两个（例如三个或四个）行星齿轮。

支架可包括油道和辅助油道。油道可被构造成在第一位置处接收齿轮箱主给油和来自辅助油道的辅助给油，并且在第二位置处将油提供给行星齿轮轴承。第二位置可以比第一位置在径向上距支架的旋转轴线更远。

根据第二方面，提供了一种用于飞行器的气体涡轮引擎，该气体涡轮引擎包括：引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴；风扇，该风扇位于该引擎核心的上游，该风扇包括多个风扇叶片；根据第一方面的润滑系统，其中齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。

涡轮机可以是第一涡轮机，压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心可包括第二涡轮机、第二压缩机和将第二涡轮机连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮机、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

根据第三方面，提供了一种润滑气体涡轮引擎的行星式齿轮箱的方法，该方法包括：响应于主齿轮箱给油的故障，使行星式齿轮箱的贮槽中的油位增加；并且当油位达到或超过预定水平时，利用来自贮槽的油来润滑行星式齿轮箱的轴颈轴承。

润滑行星式齿轮箱可以包括使用附接到行星式齿轮箱的支架的铲斗来收集来自贮槽的油。

润滑行星式齿轮箱可以包括将油飞溅地供给到行星式齿轮箱的轴颈轴承上。

使贮槽中的油位增加可包括操作至少一个阀门以减少来自行星式齿轮箱的回油流和/或向行星式齿轮箱提供附加的油流。

流向齿轮箱的附加油流可以源自不对主齿轮箱给油进行加压的油泵。

使贮槽中的油位增加可以包括将油从涡轮机械润滑系统转移到行星式齿轮箱。

该方法可以包括使用根据第一方面的润滑系统来执行该方法。

每个方面的特征可以与任何其他方面的特征组合，包括其任何可选特征。每个方面的特征可以与下面参考气体涡轮引擎提到的任何特征组合。

附图说明

将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案，其中：

图1是气体涡轮引擎的截面侧视图；

图2是气体涡轮引擎的上游部分的特写截面侧视图；

图3是用于气体涡轮引擎的齿轮箱的局部剖视图；

图4是用于周转齿轮箱的润滑布置结构的示意性横截面图示；

图5是该润滑布置结构沿支架的旋转轴线的示意图；

图6是齿轮箱和贮槽（沿其旋转轴线）的示意性侧视图，示出了辅助润滑系统起作用的油位；

图7和图8是示出由辅助润滑产生的预测油压（由于支架旋转）的曲线图；

图9至图13是根据一个实施方案的润滑系统在各种状态下的示意图；

图14是油罐的示意图，示出了油罐内的油的不同部分和一些感兴趣的油位；并且

图15和图16是说明参考图9至图13描述的润滑系统在各种状态下的操作的表。

具体实施方式

如本文其他地方所述，本公开可涉及气体涡轮引擎。此类气体涡轮引擎可包括引擎核心，该引擎核心包括涡轮机、燃烧器、压缩机和将该涡轮机连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括风扇（具有风扇叶片），该风扇位于引擎核心的上游。

本公开的布置结构可以特别但并非排他地有益于经由齿轮箱驱动的风扇。因此，该气体涡轮引擎可包括齿轮箱，该齿轮箱接收来自芯轴的输入并将驱动输出至风扇，以便以比芯轴低的旋转速度来驱动风扇。至齿轮箱的输入可直接地来自芯轴或者间接地来自芯轴，例如经由正齿轮轴和/或齿轮。芯轴可将涡轮机和压缩机刚性地连接，使得涡轮机和压缩机以相同的速度旋转（其中，风扇以更低的速度旋转）。在一些另选的实施方案中，芯轴可从涡轮机接收驱动，而无需芯轴也连接到压缩机。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何合适的通用架构。例如，气体涡轮引擎可具有将涡轮机和压缩机连接的任何所需数量的轴，例如一个轴、两个轴或三个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮机可以是第一涡轮机，连接到芯轴的压缩机可以是第一压缩机，并且芯轴可以是第一芯轴。该引擎核心还可包括第二涡轮机、第二压缩机和将第二涡轮机连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮机、第二压缩机和第二芯轴可被布置成以比第一芯轴高的旋转速度旋转。

在此类布置结构中，第二压缩机可轴向地定位在第一压缩机的下游。该第二压缩机可被布置成从第一压缩机接收（例如直接接收，例如经由大致环形的管道）流。

齿轮箱可被布置成由被构造成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转的芯轴（例如上述示例中的第一芯轴）来驱动。例如，该齿轮箱可被布置成仅由被构造成（例如在使用中）以最低旋转速度旋转的芯轴（例如，在上面的示例中，仅第一芯轴，而不是第二芯轴）来驱动。另选地，该齿轮箱可被布置成由任何一个或多个轴驱动，该任何一个或多个轴例如为上述示例中的第一轴和/或第二轴。

齿轮箱可以是减速齿轮箱（因为风扇的输出比来自芯轴的输入的旋转速率低）。可以使用任何类型的齿轮箱。例如，齿轮箱可以是“行星式”或“星形”齿轮箱，如本文别处更详细地描述。齿轮箱可以具有任何期望的减速比（定义为输入轴的旋转速度除以输出轴的旋转速度），例如大于2.5，例如在3到4.2，或3.2到3.8的范围内，例如，大约或至少3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1或4.2。例如，传动比可以在前一句中的任何两个值之间。仅以举例的方式，齿轮箱可以是“星形”齿轮箱，其具有在3.1或3.2至3.8的范围内的传动比。在一些布置中，传动比可在这些范围之外。

在如本文所述和/或所要求保护的任何气体涡轮引擎中，燃烧器可被轴向地设置在风扇和一个或多个压缩机的下游。例如，在提供第二压缩机的情况下，燃烧器可直接位于第二压缩机的下游（例如在其出口处）。以另外的示例的方式，在提供第二涡轮机的情况下，可将燃烧器出口处的流提供给第二涡轮机的入口。该燃烧器可设置在一个或多个涡轮机的上游。

该压缩机或每个压缩机（例如，如上所述的第一压缩机和第二压缩机）可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片，该排定子叶片可为可变定子叶片（因为该排定子叶片的入射角可以是可变的）。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向地偏移。

该涡轮机或每个涡轮机（例如，如上所述的第一涡轮机和第二涡轮机）可包括任何数量的级，例如多个级。每一级可包括一排转子叶片和一排定子叶片。该排转子叶片和该排定子叶片可彼此轴向地偏移。

在一些实施方案中，该涡轮机或每个涡轮机可以是离心式涡轮机。在一些实施方案中，该压缩机或每个压缩机可以是离心式压缩机。

每个风扇叶片可被限定为具有径向跨度，该径向跨度从径向内部气体洗涤位置或0%跨度位置处的根部（或毂部）延伸到100%跨度位置处的尖端。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可小于（或大约为）以下中的任何一者：0.4、0.39、0.38、0.37、0.36、0.35、0.34、0.33、0.32、0.31、0.3、0.29、0.28、0.27、0.26或0.25。该毂部处的风扇叶片的半径与尖端处的风扇叶片的半径的比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限），例如，在0.28到0.32的范围内。这些比率通常可称为毂部-尖端比率。毂部处的半径和尖端处的半径都可以在叶片的前缘（或轴向最前）部分处测量。当然，毂部-尖端比率指的是风扇叶片的气体洗涤部分，即径向地在任何平台外部的部分。

可在引擎中心线和风扇叶片的前缘处的尖端之间测量该风扇的半径。风扇直径（可能只是风扇半径的两倍）可大于（或大约为）以下中的任何一者：220cm、230cm、240cm、250cm（约100英寸）、260cm、270cm（约105英寸）、280cm（约110英寸）、290cm（约115英寸）、300cm（约120英寸）、310cm、320cm（约125英寸）、330cm（约130英寸）、340cm（约135英寸）、350cm、360cm（约140英寸）、370cm（约145英寸）、380cm（约150英寸）、390cm（约155英寸）、400cm、410cm（约160英寸）或420cm（约165英寸）。风扇直径可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限），例如在240cm至280cm或330cm至380cm的范围内。

风扇的旋转速度可以在使用中变化。一般来讲，对于具有较大直径的风扇，旋转速度较低。仅以非限制性示例的方式，风扇在巡航条件下的旋转速度可小于2500rpm，例如小于2300rpm。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在220cm至300cm（例如240cm至280cm或250cm至270cm）范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1700rpm至2500rpm的范围内，例如在1800rpm至2300rpm的范围内，例如在1900rpm至2100rpm的范围内。仅以另外的非限制性示例的方式，对于风扇直径在330cm至380cm范围内的引擎，在巡航条件下风扇的旋转速度可在1200rpm至2000rpm的范围内，例如在1300rpm至1800rpm的范围内，例如在1400rpm至1800rpm的范围内。

在使用气体涡轮引擎时，（具有相关联的风扇叶片的）风扇围绕旋转轴线旋转。该旋转导致风扇叶片的尖端以速度U_尖端移动。风扇叶片13对流所做的功导致流的焓升dH。风扇尖端负载可被定义为dH/U_尖端 ²，其中dH是跨风扇的焓升（例如1-D平均焓升），并且U_尖端是风扇尖端的（平移）速度，例如在尖端的前缘处（可被定义为前缘处的风扇尖端半径乘以角速度）。在巡航条件下的风扇尖端负载可大于（或大约为）以下中的任何一者：0.28、0.29、0.3、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39或0.4（本段中的所有单位为Jkg^-1K^-1/(ms^-1)²）。风扇尖端负载可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限），例如在0.28至0.31或0.29至0.3的范围内。

根据本公开的气体涡轮引擎可具有任何期望的旁路比率，其中该旁路比率被定义为在巡航条件下穿过旁路管道的流的质量流率与穿过核心的流的质量流率的比率。在一些布置结构中，该旁路比率可大于（或大约为）以下中的任何一者：10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5或20。该旁路比率可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限），例如在13至16的范围、或13至15的范围、或13至14的范围内。该旁路管道可以是基本上环形的。该旁路管道可位于核心引擎的径向外侧。旁路管道的径向外表面可以由短舱和/或风扇壳体限定。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎的总压力比可被定义为风扇上游的滞止压力与最高压力压缩机出口处的滞止压力（进入燃烧器之前）之比。以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎在巡航时的总压力比可大于（或大约为）以下中的任何一者：35、40、45、50、55、60、65、70、75。总压力比可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限），例如在50至70的范围内。

引擎的特定推力可被定义为引擎的净推力除以穿过引擎的总质量流量。在巡航条件下，本文中描述和/或要求保护的引擎的特定推力可小于（或大约为）以下中的任何一者：110Nkg^-1s、105Nkg^-1s、100Nkg^-1s、95Nkg^-1s、90Nkg^-1s、85Nkg^-1s或80Nkg^-1s。该特定推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限），例如在80Nkg^-1s至100Nkg^-1s，或85Nkg^-1s至95Nkg^-1s的范围内。与传统的气体涡轮引擎相比，此类引擎可能是特别高效的。

如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮引擎可具有任何期望的最大推力。仅以非限制性示例的方式，如本文所述和/或所要求保护的气体涡轮能够产生至少（或大约为）为以下中的任何一者的最大推力：160kN、170kN、180kN、190kN、200kN、250kN、300kN、350kN、400kN、450kN、500kN或550kN。最大推力可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。仅以举例的方式，如本文所述和/或受权利要求书保护的燃气轮机可能够产生在330kN至420kN，例如350kN至400kN范围内的最大推力。上面提到的推力可为在标准大气条件下、在海平面处、加上15℃（环境压力101.3kPa，温度30℃）、引擎静止时的最大净推力。

在使用中，高压涡轮机的入口处的流的温度可能特别高。该温度，可被称为TET，可在燃烧器的出口处测量，例如紧接在可被称为喷嘴导向叶片的第一涡轮机叶片的上游。在巡航时，该TET可至少为（或大约为）以下中的任何一者：1400K、1450K、1500K、1550K、1600K或1650K。巡航时的TET可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限）。引擎在使用时的最大TET可以是，例如，至少为（或大约为）以下中的任何一者：1700K、1750K、1800K、1850K、1900K、1950K或2000K。最大TET可在由前一句中的任何两个值限定的包含范围内（即，这些值可形成上限或下限），例如在1800K至1950K的范围内。可以例如在高推力条件下发生最大TET，例如在最大起飞(MTO)条件下发生最大TET。

本文中描述和/或要求保护的风扇叶片和/或风扇叶片的翼面部分可由任何合适的材料或材料组合来制造。例如，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可至少部分地由复合材料来制造，该复合材料为例如金属基质复合材料和/或有机基质复合材料，诸如碳纤维。以另外的示例的方式，风扇叶片和/或翼面的至少一部分可以至少部分地由金属来制造，该金属为诸如钛基金属或铝基材料（诸如铝锂合金）或钢基材料。风扇叶片可包括使用不同材料制造的至少两个区域。例如，风扇叶片可具有保护性前缘，该保护性前缘可使用比叶片的其余部分更好地抵抗（例如，来自鸟类、冰或其他物料的）冲击的材料来制造。此类前缘可以例如使用钛或钛基合金来制造。因此，仅以举例的方式，该风扇叶片可具有碳纤维或具有带钛前缘的铝基主体（诸如铝锂合金）。

如本文所述和/或所要求保护的风扇可包括中央部分，风扇叶片可从该中央部分例如沿径向方向延伸。该风扇叶片可以任何期望的方式附接到中央部分。例如，每个风扇叶片可包括固定件，该固定件可与毂部（或盘状部）中的对应狭槽接合。仅以举例的方式，此类固定件可以是燕尾形式的，其可以插入和/或接合毂部/盘状部中对应的狭槽，以便将风扇叶片固定到毂部/盘状部。以另外的示例的方式，该风扇叶片可与中央部分一体地形成。此类布置结构可被称为整体叶盘或整体叶环。可使用任何合适的方法来制造此类整体叶盘或整体叶环。例如，风扇叶片的至少一部分可由块状物来加工而成，以及/或者风扇叶片的至少部分可通过焊接诸如线性摩擦焊接来附接到毂部/盘状部。

本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可能或可能不设有可变面积喷嘴(VAN)。此类可变面积喷嘴可允许旁路管道的出口面积在使用中变化。本公开的一般原理可应用于具有或不具有VAN的引擎。

如本文所述和/或要求保护的气体涡轮的风扇可具有任何期望数量的风扇叶片，例如14、16、18、20、22、24或26个风扇叶片。

如本文所用，巡航条件可指气体涡轮引擎所附接的飞行器的巡航条件。此类巡航条件通常可被定义为巡航中期的条件，例如飞行器和/或引擎在爬升顶点和下降起点之间的中点（就时间和/或距离而言）处所经历的条件。

仅以举例的方式，巡航条件下的前进速度可为从0.7马赫至0.9马赫的范围内的任何点，例如0.75至0.85，例如0.76至0.84，例如0.77至0.83，例如0.78至0.82，例如0.79至0.81，例如大约0.8马赫，大约0.85马赫或0.8至0.85。这些范围内的任何单一速度可以是巡航条件。对于某些飞行器，巡航条件可能超出这些范围，例如低于0.7马赫或高于0.9马赫。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于在以下范围内的高度处的标准大气条件：10000m至15000m，例如在10000m至12000m的范围内，例如在10400m至11600m（约38000英尺）的范围内，例如在10500m至11500m的范围内，例如在10600m至11400m的范围内，例如在10700m（约35000英尺）至11300m的范围内，例如在10800m至11200m的范围内，例如在10900m至11100m的范围内，例如大约11000m。巡航条件可以对应于这些范围内的任何给定高度处的标准大气条件。

仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.8；压力为23000Pa；以及温度为-55℃。还仅以举例的方式，巡航条件可对应于：前进马赫数为0.85；压力为24000Pa；以及温度为-54℃（其可为35000英尺下的标准大气条件）。

如本文中任何地方所用，“巡航”或“巡航条件”可指空气动力学设计点。此类空气动力学设计点（或ADP）可对应于风扇被设计用于操作的条件（包括例如马赫数、环境条件和推力要求中的一者或多者）。例如，这可能指风扇（或气体涡轮引擎）被设计成具有最佳效率的条件。

在使用中，本文中描述和/或要求保护的气体涡轮引擎可在本文别处定义的巡航条件下操作。此类巡航条件可通过飞行器的巡航条件（例如，巡航中期条件）来确定，至少一个（例如两个或四个）气体涡轮引擎可以安装在该飞行器上以提供推进推力。

本领域的技术人员将理解，除非相互排斥，否则关于任何一个上述方面描述的特征或参数可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，否则本文中描述的任何特征或参数可以应用于任何方面以及/或者与本文中描述的任何其他特征或参数组合。

现在将参考附图仅以举例的方式来描述实施方案。

图1示出了具有主旋转轴9的气体涡轮引擎10。引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇生成两股气流：核心气流A和旁路气流B。气体涡轮引擎10包括接收核心气流A的核心11。引擎核心11以轴流式串联包括低压压缩机14、高压压缩机15、燃烧设备16、高压涡轮机17、低压涡轮机19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并限定旁路管道22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路管道22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮机19并由该低压涡轮机驱动。

在使用中，核心气流A由低压压缩机14加速和压缩，并被引导至高压压缩机15中，在高压压缩机中进行进一步的压缩。从高压压缩机15排出的压缩空气被引导至燃烧设备16中，在该燃烧设备中压缩空气与燃料混合，并且混合物被燃烧。然后，所得的热燃烧产物在通过喷嘴20排出之前通过高压涡轮机和低压涡轮机17、19膨胀，从而驱动高压涡轮机和低压涡轮机17、19以提供一些推进推力。高压涡轮机17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。低压涡轮机19经由轴26来驱动低压压缩机14。风扇23通常提供大部分推进推力。周转齿轮箱30是减速齿轮箱。

图2中示出了齿轮传动风扇气体涡轮引擎10的示例性布置结构。低压涡轮机19（参见图1）驱动轴26，该轴联接到周转齿轮装置30的太阳轮或太阳齿轮28。在太阳齿轮28的径向向外处并与该太阳齿轮相互啮合的是多个行星齿轮32，该多个行星齿轮通过行星架34联接在一起。行星架34约束行星齿轮32以同步地围绕太阳齿轮28进动，同时使每个行星齿轮32围绕其自身轴线旋转。行星架34经由连杆36联接到风扇23，以便驱动该风扇围绕引擎轴线9的旋转。在行星齿轮32的径向向外处并与该行星齿轮相互啮合的是环形齿轮或齿圈38，其经由连杆40联接到固定支撑结构24。

需注意，本文中使用的术语“低压涡轮机”和“低压压缩机”可分别意指最低压力涡轮机级和最低压力压缩机级（即，不包括风扇23），和/或通过在引擎中具有最低旋转速度的互连轴26（即，不包括驱动风扇23的齿轮箱输出轴）而连接在一起的涡轮机和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮机”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮机”和“中压压缩机”。在使用此类另选术语的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。

如本文所用，术语“PGB”是指行星式齿轮箱。应当理解，也可使用其他类型的齿轮箱。

在图3中以举例的方式更详细地示出了周转齿轮箱30。太阳齿轮28、行星齿轮32和齿圈38中的每一者包括围绕它们的周边的齿，用于与其他齿轮相互啮合。然而，为清楚起见，图3中仅示出了示例性的部分齿。示出了四个行星齿轮32，但是对本领域的技术人员显而易见的是，可以在要求保护的发明的范围内提供更多或更少的行星齿轮32。行星式周转齿轮箱30的实际应用通常包括至少三个行星齿轮32。行星齿轮32被支撑在轴承上以便旋转。轴承可以是任何合适的类型，诸如轴颈轴承或滚动轴承。

在图2和图3中以举例的方式示出的周转齿轮箱30是行星式的，其中行星架34经由连杆36联接到输出轴，齿圈38被固定。然而，可以使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另外的示例的方式，周转齿轮箱30可以是星形布置结构，其中行星架34保持固定，允许齿圈（或环形齿轮）38旋转。在此类布置结构中，风扇23由齿圈38驱动。以另外的另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中齿圈38和行星架34都被允许旋转。

应当理解，图2和图3中所示的布置结构仅是示例性的，并且各种另选方案都在本公开的范围内。仅以举例的方式，可以使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中以及/或者用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另外的示例的方式，齿轮箱30与引擎10的其他部件（诸如输入轴26、输出轴和固定结构24）之间的连接件（诸如图2示例中的连杆36、40）可具有任何期望程度的刚度或柔性。以另外的示例的方式，可使用引擎的旋转部件和固定部件之间（例如，在来自齿轮箱的输入轴和输出轴与固定结构诸如齿轮箱壳体之间）的轴承的任何合适布置结构，并且本公开不限于图2的示例性布置结构。例如，在齿轮箱30具有星形布置结构（如上所述）的情况下，技术人员将容易理解，输出连杆和支撑连杆以及轴承位置的布置结构通常不同于图2中以举例的方式示出的布置结构。

因此，本公开延伸到具有齿轮箱类型（例如星形或行星齿轮）、支撑结构、输入和输出轴布置结构以及轴承位置中的任何布置结构的气体涡轮引擎。

可选地，齿轮箱可驱动附加的和/或另选的部件（例如，中压压缩机和/或增压压缩机）。

本公开可应用的其他气体涡轮引擎可具有另选配置。例如，此类引擎可具有另选数量的压缩机和/或涡轮机和/或另选数量的互连轴。以另外的示例的方式，图1中所示的气体涡轮引擎具有分流喷嘴18、20，这意味着穿过旁路管道22的流具有自己的喷嘴18，该喷嘴与核心引擎喷嘴20分开并径向地在该核心引擎喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可以应用于这样的引擎，在该引擎中穿过旁路管道22的流和穿过核心11的流在可被称为混流喷嘴的单个喷嘴之前（或上游）混合或组合。一个或两个喷嘴（无论是混合的还是分流的）可具有固定的或可变的面积。虽然所描述的示例涉及涡轮风扇引擎，但是本公开可应用于例如任何类型的气体涡轮引擎，诸如开放式转子（其中风扇级未被短舱围绕）或例如涡轮螺旋桨引擎。

气体涡轮引擎10的几何形状及其部件由传统的轴系限定，包括轴向（与旋转轴9对准）、径向（在图1中从下到上的方向）和圆周方向（垂直于图1视图中的页面）。轴向、径向和圆周方向相互垂直。

图4是用于周转齿轮箱的润滑布置结构的示意性横截面图，其中行星齿轮32位于支架34的轴颈轴承销101上。必须在轴承销101和行星齿轮32的内表面之间的界面（即轴颈轴承）上提供润滑（例如油）。提供油道102，以用于经由轴承销101中的开口将油流106供给到轴颈轴承。通过通道102的油流径向向外，并且由此可以由支架34的旋转产生的离心力驱动。

油道102在通道102的最靠近支架34旋转中心的端部处设置有用于接收主油流105的主流开口。油道102还被构造成接收辅助油流104。

响应于主油流105的故障而提供辅助流104，如将在下文中更全面地说明。

辅助油道107被构造成将辅助流104提供给油道102。辅助油道107由铲斗103进料。铲斗103被构造成当齿轮箱的贮槽中的油位足够深以使铲斗103到达时，从该贮槽收集油。辅助流开口设置在铲斗103处的辅助油道107中以从其接收油。

图4中的铲斗的图示仅是示意性的，铲都103可被定位成从行星齿轮32进一步径向向外（从支架34的旋转中心）。

提供主喷油装置108以用于将主齿轮箱油流105供应到油道102中的主流开口。可以存在多个主喷油装置108，并且这些主喷油装置108可以围绕承支架34在不同的角度径向位置处间隔开。类似地，每个行星齿轮32可具有类似的润滑布置结构（包括油道102、铲斗103和辅助油道107）。

图5是从轴向方向看，图4中所示的润滑布置结构的示意图。附接到支架34上的铲斗103的旋转方向109可以使得齿轮箱的贮槽中的油以足够的压力被迫进入辅助流开口中，该压力克服将倾向于径向地抑制的离心力。除此之外或另选地，油道102的横截面积可以大于辅助油道107的横截面积，使得作用在油道107中的油上的迫使油径向向外的离心力将克服作用在辅助油道107中的油上的力。采用适当的设计，在油道102中流动的油可以在抵抗辅助油道107中的离心力的情况下，有效地沿着辅助油道“虹吸”油。

图6示出了齿轮箱壳体116，该齿轮箱壳体在其底部部分提供用于集油的贮槽。在齿轮箱的正常操作期间，油位处于第一正常油位范围110。当油处于110的正常油位范围时，铲斗103将离开贮槽中的正常油位，使得不会向轴承提供辅助油流104，并且不会因为铲斗103在油中拖动而引起附加的损失。某些实施方案被构造成响应于主油流105的故障（例如，由于主油压的损失）而增加贮槽中的油深度，使其到达第二油位范围111，这时铲斗103浸入油中并引起辅助流104，以保持对齿轮箱轴承的润滑。

在一些实施方案中，可以免除铲斗103和/或辅助油道107，并且可以将行星齿轮32或支架34的至少一部分浸入齿轮箱贮槽中的油中作为辅助润滑机构。

油道102中由辅助油流104产生的油压在图7和8中被示为支架旋转速度的函数。这些图形示出了曲线112、113、114，其分别对应于示例性实施方案中的30mm、40mm和50mm的油深度。随着支架34更快地旋转，由辅助油流104产生的油压增大。随着贮槽中油的深度增加，压力也增大。

图9至图13示出了根据一个实施方案的润滑系统的示例的各种状态。该实施方案包括油罐124和齿轮箱30，从该油罐将油泵送以润滑涡轮机械117。

齿轮箱主进料105由齿轮箱主进料泵142泵送到齿轮箱30。齿轮箱回油泵143将油从齿轮箱30沿齿轮箱回油流129泵送到油罐124。齿轮箱主进料泵142和齿轮箱回油泵143都由附件齿轮箱141提供动力。附件齿轮箱141可以从气体涡轮引擎的核心的旋转得到机械动力。

涡轮机械进料118由涡轮机械进料泵122泵送到涡轮机械（包括引擎核心的涡轮机和/或压缩机）。涡轮机械回油泵123将油从涡轮机械117沿涡轮机械回油流119泵送到油罐124。涡轮机械进料泵122和涡轮机械回油泵123都由附件齿轮箱141提供动力。

涡轮机械泵122、123和齿轮箱泵142、143可以一起作为单组泵由附件齿轮箱141驱动。另选地，涡轮机械泵122、123可以作为一组被驱动，并且齿轮箱泵142、143可以作为另一组被驱动。

涡轮机械进料泵122和齿轮箱主进料泵142可以是设备的独立且可分离的物品。回油泵123、143可以是设备的独立且可分离的物品。

提供齿轮箱回油控制器130来控制齿轮箱回油流129。控制器130包括齿轮箱回油阀131、齿轮箱回油控制阀132和限流器134。齿轮箱回油控制阀132由螺线管操作，并且由此由电子信号控制，该电子信号可以源自引擎控制器(EEC)。

在打开位置，可以对应于螺线管被停用，这时齿轮箱回油控制阀132将来自主进料105的油压传送到齿轮箱回油阀131的控制口。在关闭位置，可以对应于螺线管被激活，这时齿轮箱回油控制阀132阻止将油压从主进料105传送到齿轮箱回油阀131的控制口。

限流器134将齿轮箱回油阀131的控制口连接到齿轮箱回油流动路径129，使得在齿轮箱回油控制阀132关闭的情况下，控制口处的压力将与齿轮箱回油流动路径129的压力相等，从而导致齿轮箱回油阀131关闭。

齿轮箱回油阀131具有打开位置和关闭位置，在打开位置，油流经齿轮箱回油路径129返回到油罐124，在关闭位置，阻止油从齿轮箱30经过齿轮箱回油路径129返回到油罐124。齿轮箱回油阀131被主齿轮箱进料105的压力推到打开位置，并且弹簧将阀131推到关闭位置。

提供交叉流阀133，该交叉流阀被构造成在关闭位置阻止从涡轮机械进料118到齿轮箱30的交叉流134，并且在打开位置将交叉流134从涡轮机械进料118传送到齿轮箱30。在该示例性实施方案中，涡轮机械进料118经由限流器120连接到交叉流阀133的控制口，但这不是必需的。主齿轮箱进料105（其可以连接到交叉阀133的控制口）的压力将交叉流阀133推动到关闭位置，并且弹簧将交叉阀133推动到打开位置。在一些实施方案中，交叉流阀133的控制口可以连接到齿轮箱回油控制阀132和齿轮箱回油阀131之间的管线，使得螺线管的操作将根据需要关闭或打开交叉流阀133。

齿轮箱回油阀131和交叉流阀133都是“故障安全”的，因为在故障状态下，弹簧将阀推动到安全位置，该安全位置倾向于确保向齿轮箱供油。

图15和图16中所示的表描述了系统的状态，图9至图13中示出了具体状态。

图9示出了在正常（例如巡航）操作期间的系统，在此期间阀131、133的位置被称为“配置2”。在正常操作中，齿轮箱进料105中的压力足以使交叉流阀133处于关闭位置，从而阻止交叉流134。来自主进料105的油供应到齿轮箱30，并且来自涡轮机械进料118的油供应到涡轮机械117。齿轮箱进料105中的压力也足以将齿轮箱回油阀131保持在打开位置。其结果是齿轮箱贮槽中的油位保持在对于辅助油润系统（将油从贮槽提供到齿轮箱）工作或导致任何损失来说太低的水平（因为其离开贮槽中的油）。

图10示出了处于齿轮箱主供油105已经失效的状态的系统，该失效例如由于齿轮箱主进料泵142故障或者由于齿轮箱主进料105发生泄漏。齿轮箱主进料105中的压力将因此较低。这将导致交叉流阀133自动打开，并且齿轮箱回油阀131自动关闭（齿轮箱回油控制阀132正常打开）。这是阀配置1。

来自涡轮机械进料118（通过交叉流阀133提供）的交叉流134将增加齿轮箱30中的油位，因为齿轮箱回油阀131处于关闭位置。来自油罐124的用于涡轮机械进料118的料位可以比来自该油罐的用于主进料105的料位高，使得涡轮机械油压损失先于主进料压力损失。

图11示出了处于涡轮机械进料118已经失效的状态的系统，该失效例如由于涡轮机械进料泵122故障或者由于涡轮机械进料118发生泄漏。齿轮箱供油继续正常运行。这个阀位置为配置2。

图12示出了处于与飞行中停机（不是由于油润系统故障）相对应的状态的系统。在这种情况下，齿轮箱回油控制阀132的螺线管被启动以关闭齿轮箱回油控制阀132，导致齿轮箱回油阀131也关闭。在核心（以及因此附件齿轮箱）减速期间的持续旋转将在主齿轮箱进给105中产生足够的压力来保持交叉阀133关闭。这是阀配置三。

用于齿轮箱30和涡轮机械两者的油润系统将在减速期间继续运行。在引擎关闭期间关闭齿轮箱回油路径129导致齿轮箱30中的油位在关闭期间增加到足以使辅助油流起作用的水平，从而能够在风转(windmilling)期间向齿轮箱30供油（参见图13）。

图13示出了处于与引擎关闭后飞行中的风转相对应的状态的系统。阀处于配置1中。由于齿轮箱30中已经存在油位，将向齿轮箱供应辅助油流。根据引擎核心的旋转速度，主齿轮箱进料105中的压力可能不足以保持齿轮箱回油阀131完全打开或者保持交叉流阀133完全关闭。核心的某种旋转可导致附件齿轮箱141具有足够旋转速度来在涡轮机械进料118和主齿轮箱进料105中提供某种流/压力（如图15中所示）。

只响应于主齿轮箱润滑系统的故障而增加齿轮箱中的油位使得在正常操作期间的损失最小化。根据一些实施方案的系统可以向齿轮箱提供冗余的供油，该供油在各种故障条件下实现供油，直到引擎已经安全地关闭，从而避免损坏齿轮箱轴承。某些实施方案提供的润滑避免了齿轮箱轴承的磨损和损坏，并由此减少了引擎改装的频率，以及相关的成本和停机时间。某些实施方案还作为故障安全系统自动运行。

图15和图16包括根据一个实施方案的燃油系统的各种条件和对应运行状态的表格。在引擎静止（即没有部件旋转）的情况下，系统处于阀配置1中，其中齿轮箱回油阀131关闭，并且交叉流阀133打开。在启动期间，系统将从阀配置1转换到配置2，因为齿轮箱主进料105被加压，这将导致齿轮箱回油阀131打开并且交叉流阀133关闭。由于通过交叉流阀133流入齿轮箱贮槽，并且通过齿轮箱回油阀131的返回有限，所以可以增加启动时的吞油量。

在正常运行期间，系统将如图9所示，并且已在上面描述。

在齿轮箱进料泵发生故障的情况下，齿轮箱主进料105中的压力将下降，导致处于阀配置2，如参考图10所述。

在齿轮箱回油泵143发生故障的情况下，油将积聚在齿轮箱30中。这可能最终消耗所有的油，进行可能导致涡轮机械进料118的压力经受损失。

齿轮箱进料105的缓慢漏油可能不会在齿轮箱主进料105中引起足够的压降来操作交叉流阀133和齿轮箱回油阀131，并且因此最终将导致涡轮机械油压中的油压损失，从而导致引擎关闭。

齿轮箱进料105的快速漏油将导致压力下降，该压力下降足以转变到阀配置1。这种情况将引起齿轮箱主进料105的油损失、阀响应和油罐124在涡轮机械进料118的引出位置下方的耗尽之间的“竞争”（参见图14）。

涡轮机械侧（在进料118或回油119中）的泄漏将不会影响齿轮箱30，前体条件是涡轮机械进料118的引出位置高于油罐124中的主齿轮箱进料108的引出位置。因此，这种情况使阀处于配置2中，如图11所示。

油罐124的损失产生与齿轮箱主进料105的泄漏（快速或慢速泄漏）相同的情况。

飞行中停机对应于参照图13描述的状态，其中阀处于配置3中。

引擎的风转不会在齿轮箱进料105中产生足够的压力来将阀保持在配置2中，因此这些阀将转变回故障安全的配置1。任何齿轮箱主进料流、涡轮机械进料流和交叉流的范围将取决于核心风转的速度。

当齿轮箱主进料105中的压力降低时，停机将导致从阀配置2转变到配置1。附件齿轮箱的驱动故障将会看起来像停机，熄火也是如此。飞行中启动（风转或起动器辅助）将会看起来像地面启动。

图14示出了油罐124，其油位161、162、163分别对应于：零罐内容物指示、涡轮机械油压损失、齿轮箱油压损失。涡轮机械进料118取自油罐124中的油位，其对应于油位162，高于油位161，使得涡轮机械进料118在齿轮箱主给油105之前失去供油，该齿轮箱主给油从油位161供应。在导致油损失的情况下（不影响泵142、143、122、123），涡轮机械油压/流量因此在齿轮箱油压/流量损失之前损失。

可以认为油罐124的不同区域与用于不同目的的油量相关联。区域151是涡轮机械供应损失和齿轮箱供应损失之间的油量，并且足以向齿轮箱30提供至少五分钟的润滑。区域151在体积上可以在1到3升之间。区域152是与瞬态/复飞引擎事件相关联的吞油量限额。油罐中至少应有这么多的油，以确保涡轮机械被润滑。区域153是可用的油。典型的最大油使用率可以在每小时0.2升至0.6升之间。区域154是从启动到怠速的吞油量限额。

应当理解，本发明不限于上述实施方案，并且在不脱离本文中描述的概念的情况下可以进行各种修改和改进。除非相互排斥，否则任何特征可以单独使用或与任何其他特征组合使用，并且本公开扩展到并包括本文中描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims

1.一种用于气体涡轮引擎的润滑系统，所述润滑系统包括：

齿轮箱，所述齿轮箱包括贮槽；

油罐；

主齿轮箱润滑系统，所述主齿轮箱润滑系统被构造成从所述油罐泵送油以利用齿轮箱主进料来润滑所述齿轮箱；

其特征在于，所述润滑系统还包括：

辅助齿轮箱润滑系统，所述辅助齿轮箱润滑系统被构造成当所述贮槽中的油位达到预定水平时利用来自所述贮槽的油来润滑所述齿轮箱，所述辅助齿轮箱润滑系统包括铲斗，所述铲斗附接到所述齿轮箱的旋转部分并被构造成当所述贮槽中的所述油位足够深以使得所述铲斗到达其时从所述齿轮箱的所述贮槽中收集油；和

涡轮机械润滑系统，所述涡轮机械润滑系统被构造成利用涡轮机械进料来润滑所述气体涡轮引擎的涡轮机械；

其中所述润滑系统被构造成响应于所述主齿轮箱润滑系统的故障而从所述涡轮机械进料供应交叉流以增加所述贮槽中的所述油位。

2.根据权利要求1所述的润滑系统，还包括：齿轮箱主进料泵，所述齿轮箱主进料泵被构造成利用来自所述油罐的油来对所述齿轮箱主进料进行加压；和齿轮箱回油泵，所述齿轮箱回油泵被构造成将油从所述齿轮箱的所述贮槽沿回油流泵送到所述油罐。

3.根据权利要求2所述的润滑系统，还包括齿轮箱回油阀，所述齿轮箱回油阀具有打开位置和关闭位置，在所述打开位置，油流经所述齿轮箱回油路径以返回到所述油罐，在所述关闭位置，阻止油从所述齿轮箱经过所述齿轮箱回油路径返回到所述油罐，其中所述齿轮箱回油阀被构造成响应于所述齿轮箱主进料的压力下降到预定水平以下而关闭。

4.根据权利要求3所述的润滑系统，还包括齿轮箱回油控制阀，所述齿轮箱回油控制阀具有打开位置和关闭位置，在所述打开位置，所述齿轮箱回油控制阀将来自所述齿轮箱主进料的油压传送到齿轮箱返回回油阀的控制口，在所述关闭位置，所述齿轮箱回油控制阀阻止油压从所述齿轮箱主进料传送到所述齿轮箱回油阀的所述控制口。

5.根据权利要求4所述的润滑系统，其中所述齿轮箱回油控制阀能够操作为响应于电子信号而在所述打开位置和所述关闭位置之间切换。

6.根据权利要求1所述的润滑系统，还包括：涡轮机械进料泵，所述涡轮机械进料泵被构造成利用来自所述油罐的油来对所述涡轮机械进料进行加压；和涡轮机械回油泵，所述涡轮机械回油泵被构造成将油从所述涡轮机械沿涡轮机械回油流泵送到所述油罐。

7.根据权利要求1所述的润滑系统，还包括交叉流阀，所述交叉流阀被构造成在关闭位置阻止从所述涡轮机械进料到所述齿轮箱的交叉流，并且在打开位置将所述交叉流从所述涡轮机械进料传送到所述齿轮箱；其中所述交叉流阀被构造成响应于所述齿轮箱主进料的压力下降到预定水平以下而打开。

8.根据权利要求1所述的润滑系统，其中所述齿轮箱包括行星式齿轮箱，所述行星式齿轮箱包括支架、齿圈、太阳齿轮和被支撑用于由行星齿轮轴承旋转的至少两个行星齿轮。

9.根据权利要求8所述的润滑系统，其中所述支架包括油道和辅助油道，其中所述油道被构造成在第一位置处接收齿轮箱主给油和来自所述辅助油道的辅助给油，并且在第二位置处将油提供给行星齿轮轴承，其中所述第二位置比所述第一位置在径向上距所述支架的旋转轴线更远。

10.一种用于飞行器的气体涡轮引擎，包括：

引擎核心，所述引擎核心包括涡轮机、压缩机和将所述涡轮机连接到所述压缩机的芯轴；

风扇，所述风扇位于所述引擎核心的上游，所述风扇包括多个风扇叶片；

根据权利要求1-9中任一项所述的润滑系统，其中所述齿轮箱接收来自所述芯轴的输入并将驱动输出至所述风扇，以便以比所述芯轴低的旋转速度来驱动所述风扇。

11.根据权利要求10所述的气体涡轮引擎，其中：

所述涡轮机是第一涡轮机，所述压缩机是第一压缩机，并且所述芯轴是第一芯轴；

所述引擎核心还包括第二涡轮机、第二压缩机和将所述第二涡轮机连接到所述第二压缩机的第二芯轴；并且

所述第二涡轮机、所述第二压缩机和所述第二芯轴被布置成以比所述第一芯轴高的旋转速度旋转。