CN111954752A - 涡轮机的涡轮轴以及用于保护所述轴免于超速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮机的沿着纵向轴线(A)延伸的涡轮轴(26)，该涡轮轴包括长度为L1并具有给定的最大外部主直径的主管状部分(68)，其特征在于，该涡轮轴包括长度为L2并具有大于最大外部主直径的最大外部次级直径的次级管状部段(70)，次级管状部段(70)以从轴(26)突出的方式径向地延伸，使得主管状部分(68)沿着纵向轴线(A)在次级管状部段(70)的任一侧上延伸，次级管状部段(70)包括薄弱点(72)，该薄弱点被构造成当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时使轴断裂成两个不同的部分，从而导致涡轮回退。

Description

涡轮机的涡轮轴以及用于保护所述轴免于超速的方法

技术领域

本发明涉及一种涡轮机的涡轮轴，以及一种用于保护所述涡轮轴免于超速的方法。

背景技术

现有技术特别地包括文献EP-A1-3 296 525、FR-A1-2 752 024和FR-A1-3022890。

通常，例如为涡轮喷气发动机的飞行器涡轮机沿气体流动方向从上游到下游包括风扇、串联布置的一个或多个压缩机(例如低压压缩机和高压压缩机)、燃烧室、一个或多个涡轮(例如低压涡轮和高压涡轮)以及喷嘴。

风扇产生空气流，该空气流的一部分供给涡轮机的上述部件并且在主管道中形成主流，另一部分在围绕主管道延伸的次级管道中流动并且形成次级空气流，该次级空气流产生涡轮机的推力的主要部分。压缩机被构造成增加空气的压力，然后将该空气供应到燃烧室。在燃烧室中，空气与燃料混合并燃烧。然后，燃烧气体通过涡轮，该涡轮从离开燃烧室的气体中吸收一些压力能并将该压力能转化为机械能来使压缩机旋转。喷嘴允许排出废气，以便也为涡轮机产生推进力。

在一些涡轮机结构中，减速齿轮被整合在低压涡轮与风扇之间，以允许涡轮和风扇以不同的速度运作，涡轮具有比风扇更高的转速。

具体地，低压涡轮的转子经由减速齿轮联接到风扇，一个轴将低压涡轮的转子连接到减速齿轮，并且一个轴将减速齿轮连接到风扇。轴的轴向位置特别地由推力轴承决定，该推力轴承将轴保持在轴向方向上并且防止该轴沿其轴线移动，并且轴的轴向位置由其与减速齿轮的联接确定。

涡轮机的功能危险分析(FHA，Functional Hazard Analysis)已经确定可能导致飞行器的灾难性状况的事件原因，诸如无约束的高能碎屑(UHED，Uncontained HighEnergy Debris)。

可能导致涡轮盘爆裂并因此导致高能碎屑释放的第一事件是涡轮机内部的加热，这可能会使涡轮机的部件的机械特性劣化。

可能导致涡轮盘爆裂的第二事件是涡轮机的运作速度的增大，这可能导致涡轮盘中的应力增大。涡轮机的运作速度的增大可能导致涡轮转子的超速，这通常是非常罕见的现象并且应当避免。

该第二事件的主要原因可能是涡轮与压缩机或风扇之间的驱动轴在该驱动轴的轴向抵靠部的上游或下游处发生的断裂。

例如，当将低压涡轮的转子连接到减速齿轮的轴或者将减速齿轮连接到风扇的轴断裂时，或者当减速齿轮的内部部件断裂时，可能发生超速。当这些轴之一或减速齿轮的内部部件断裂时，涡轮的转子因此与风扇机械地断开联接，于是该风扇不再在该轴上施加阻力矩，并因此不再限制该轴的转速。

然而，被布置在涡轮的转子上的运动叶轮继续被离开涡轮机的燃烧室的气体驱动进行旋转。于是，涡轮进入超速状态，使涡轮转子承受可能导致其爆裂的过大的离心力，从而导致涡轮的外壳体以及飞行器机身被穿透的风险。因此，超速对于涡轮机和飞行器的乘客而言是危险的现象，因此建议应预见到这种现象的后果。

在这种类型的结构中，在涡轮机转子超速的情况下，不能保证处于驱动轴推力轴承的下游的转子部分的完整性。

该第二事件的第二个原因可能是涡轮机的燃料计量阀(FMV，Fuel MeteringValve)的完全打开，即机械抵接。

该第二事件的第三个原因可能是可变定子轮叶(VSV，Variable Stator Vane)的过度关闭，该可变定子轮叶控制通过压缩机进行循环的空气流。

根据第二事件的原因，将取决于涡轮机的转子而或多或少地造成显著的影响。例如，与低压压缩机的VSV的关闭相比，低压涡轮的转子对导致风扇的阻力矩损失的驱动轴断裂更敏感。

因此，超速限制是在涡轮机中必须遵守的强制约束。

该第二事件的第一个原因(即驱动轴的断裂)造成了涡轮的转子超速的最关键情况。

已经实施了保护涡轮机免于超速的解决方案。

因此，在推力轴承下游的轴断裂的情况下，已经提出了一种技术解决方案，该技术解决方案包括在涡轮的同一级内为定子叶片的叶轮提供呈所述叶轮的被称为“弧形”的形状的轴向偏差形式的区域。处于推力轴承下游的轴的断裂导致涡轮的转子在转子的叶轮上的气压的作用下沿涡轮的定子的方向移位，因为涡轮不再连接到推力轴承。当涡轮转子在涡轮轴断裂的情况下向后移动时，涡轮转子的叶片历经其叶片的运动叶轮与定子的叶轮的弧形区域发生接触。这破坏了运动叶轮的叶片，并因此减慢了涡轮的转子的旋转。出于这个原因，这种破坏操作被称为涡轮的“撕扯(plumage)”。

由于这些叶轮上存在弧形区域，因此该解决方案的缺点是不允许定子叶轮的最大空气动力学定义。

此外，该解决方案仅能够在涡轮轴发生断裂而使该轴发生轴向移位的情况下使涡轮停止，而在风扇轴断裂或减速齿轮的内部部件断裂的情况下不能使涡轮停止，因为这些类型的断裂不会引起涡轮轴的轴向移位。然而，这种类型的断裂是危险的，因为其很可能会导致涡轮转子超速。

在处于推力轴承上游的轴断裂的情况下，涡轮的转子不会向后移动，而会强烈地加速。

因此建议，切断向燃烧室的燃料供应，以消除转子加速所用的能源。具体地，将传感器整合在发动机的后部，以检测涡轮机的超速值是否超过阈值，并因此触发切断向燃烧室的燃料供应。

然而，对于该技术解决方案，需要考虑检测时间，该检测时间使得能够检查超速值超过阈值，随后需要考虑燃料切断时间。

另外，仅燃料切断装置不能使涡轮的转子快速地减速，这会损害其效率。

另外，使转子停止或减速仅取决于燃料切断系统。这对于小型发动机而言是特别有害的，在小型发动机中，涡轮转子的较低惯性会产生更快开始超速的风险，并且在燃料切断已经能够使转子充分减速之前，涡轮盘可能发生爆裂。

还提出了一种技术解决方案，该技术解决方案将定子的叶轮的弧形区域与传感器的使用相结合，以检测涡轮机的超速值是否超过阈值。当轴在推力轴承(诸如被安装在减速齿轮下游的滚珠轴承)与低压涡轮之间断裂时，定子的叶轮的弧形由于低压涡轮的转子向后移动而提供了低的超速水平。当轴在推力轴承与另一个轴承(诸如风扇与减速齿轮之间的滚子轴承)之间断裂时，涡轮的转子不会向后移动。实际上，推力轴承能够将轴保持在轴向方向上并且防止轴沿其轴线移动，该推力轴承防止了涡轮的转子向后移动。结果，定子的叶轮的弧形不生效，因此传感器可以检测涡轮机的超速值是否超过阈值，并因此触发切断向燃烧室的燃料供应。所达到的超速水平较低，因为轴和低压压缩机的惯性加到了低压涡轮的惯性上，并且低压压缩机使得不能认为释放了所有的扭矩。

在专利申请FR-A1-2 907 840中提出了涡轮的轴的超速限制设备，该超速限制设备包括用于剪切涡轮级的运动叶轮的装置，该装置包括用于使销突出到运动叶轮的路径中的装置，以便在检测到轴断裂时使涡轮级的叶轮爆裂。

在申请FR-A1-3 049 646中提出了涡轮的轴的超速限制设备，该超速限制设备包括用于破坏涡轮级的运动叶轮的装置，该装置包括用于将弹丸投射到运动叶轮的路径中的装置，以便在检测到超速时使涡轮级损坏。

在申请FR-A1-2 916 483中提出了一种制动设备，该制动设备在轴断裂的情况下能够使转子快速停止。根据该技术解决方案，制动系统包括例如附接到转子的切割元件，以及例如附接到定子的环形元件。这些元件被构造成在轴断裂之后由于转子的轴向移动而进行接触，其中切割元件切割环形元件。

专利申请EP-A1-1 640 564提出了用于在涡轮的轴断裂的情况下制动涡轮的转子的装置，以便使涡轮快速停止。根据该技术解决方案，破坏装置被布置成在由于轴断裂而导致转子向下游的移动开始时剪切上游转子盘的叶轮。

本发明的目的尤其在于提供一种简单、经济且有效的解决方案，以能够在超速的情况下使转子停止。

发明内容

为此，本发明涉及一种涡轮机的沿着纵向轴线延伸的涡轮轴，该涡轮轴包括长度为L1并具有给定的最大外部主直径的主管状部分，其特征在于，该涡轮轴包括长度为L2并具有大于最大外部主直径的最大外部次级直径的次级管状部段，次级管状部段以从轴突出的方式径向地延伸，使得主管状部分沿着纵向轴线在次级管状部段的任一侧上延伸，次级管状部段包括薄弱部，该薄弱部被构造成当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时使轴断裂成两个不同的部分。

有利地，薄弱部被构造成当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时，该薄弱部是使轴断裂成两个不同部分的唯一薄弱部。

有利地，被布置在轴的次级管状部段上的薄弱部使得能够具有使薄弱部断裂的切向应力。实际上，由于次级管状部段的次级直径大于主管状部分的主直径，因此使薄弱部断裂的是切向应力，而不是由于扭矩而产生的扭转应力。

此外，根据本发明的涡轮轴的薄弱部使得在处于推力轴承下游的所述轴的断裂引起开始超速的情况下能够使涡轮的转子向后移动。

因此，薄弱部确保了在所有的轴断裂的情况下都会导致涡轮的向后移动，而不是如在现有技术中那样仅包括在推力轴承的下游的轴断裂的情况。

涡轮转子的向后移动使得转子的叶轮例如通过定子叶轮的弧形而被破坏，从而使所述转子减速。

另外，薄弱部降低了现有技术中所使用的电子保护系统的性能要求。实际上，由于薄弱部确保了在所有的轴断裂的情况下都会导致涡轮的转子向后移动并由此导致转子的叶轮的撕扯，因此这些系统现在仅旨在保护涡轮机免受以下情况的影响：FMV的完全打开和VSV的关闭。

另外，这种涡轮轴允许涡轮的优化尺寸设计，这使得能够减小在轴断裂之后涡轮的转子所达到的速度，并因此允许具有涡轮盘的最优尺寸设计，这最终使得能够减小涡轮的重量和尺寸。

最大外部次级直径可以至少是最大外部主直径的1.8倍。

优选地，薄弱部包括变薄部分，该变薄部分的最大内径大于所述次级管状部段的最小内部次级直径，并且该变薄部分的最大外径等于最大外部次级直径。

变薄部分可以在不超过长度L2的80％的长度上延伸。

有利地，在长度L2的最多80％的长度上延伸的变薄部分允许将所有切向应力集中在变薄部分上，同时能够在所述次级管状部段上具有下述的薄弱部：该薄弱部用于当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时发生断裂。

长度L2大于变薄部分的最大外径的0.3倍，以避免将切向应力传递到轴的其余部分。

变薄部分可以包括至少一个或多个齿，该至少一个或多个齿以从变薄部分突出的方式径向地延伸。多个齿可以均匀地分布在变薄部分上。

优选地，至少一个通孔形成在次级管状部段中。

有利地，通孔使得能够通过使扭转应力和切向应力去相关来优化薄弱部。另外，通孔有利地允许排空在围绕轴延伸的被润滑的封壳中发生泄漏的情况下可能积聚的油。

薄弱部可以形成在次级管状部段的至少一个角扇区上。

本发明还涉及一种涡轮机，特别是飞行器的涡轮机，该涡轮机包括涡轮，该涡轮包括根据本发明的涡轮轴，次级管状部段被布置在用于引导轴的推力轴承的下游。

本发明还涉及一种用于保护根据本发明的涡轮轴免于超速的方法，该方法包括以下步骤：当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时，使薄弱部断裂。

附图说明

当参考附图阅读作为非限制性示例的以下描述时，将更好地理解本发明并且本发明的其他细节、特征和优点将更清楚地显现，在附图中：

-图1是根据现有技术的涡轮机的轴向截面的半视图，

-图2是根据本发明的涡轮机的一部分的轴向截面的半视图，和

-图3是根据本发明的涡轮机的涡轮轴的一部分的放大的轴向截面图，

-图4是根据本发明的实施例的涡轮机的涡轮轴的透视图，

-图5是图4的涡轮轴的侧视图，

-图6是图4的涡轮轴的正视图，以及

-图7是图4的涡轮轴的半轴向截面图。

具体实施方式

图1示出了飞行器涡轮机10，其在此是具有双流双壳体的涡扇发动机。以已知的方式，涡轮机10沿涡轮机中气体流F的流动方向从上游到下游包括风扇12、低压压缩机14、高压压缩机16、环形燃烧室18、高压涡轮20和低压涡轮22。

高压压缩机16的转子和高压涡轮20的转子通过高压轴24进行连接并与该高压轴形成高压体。低压压缩机14的转子和低压涡轮22的转子通过低压轴26进行连接并形成低压壳体。高压轴和低压轴沿着涡轮机10的纵向轴线A延伸。

风扇12包括连接到风扇轴30的叶片28。风扇轴30可以借助于减速齿轮32(例如周转齿轮系类型的减速齿轮)连接到低压轴26。

涡轮机10还包括风扇壳体34，该风扇壳体围绕叶片28延伸、由气动臂36承载并且限定出流F的进气管道。该空气的一部分进入主流的内部环形流动管道38，另一部分供给次级流的外部环形流动管道40。管道38穿过低压压缩机14和高压压缩机16、燃烧室18以及高压涡轮20和低压涡轮22。外部管道40围绕压缩机和涡轮壳体，并且在涡轮机10的喷嘴42处连接内部管道38。

高压轴24、低压轴26和风扇轴30居中并且由轴承(例如滚动轴承)引导围绕轴线A旋转。风扇轴30在此由上游轴承44和下游轴承46支撑。高压轴24由上游轴承48和下游轴承50支撑，而低压轴26由四个轴承52、54、56和58支撑。

高压轴24的上游轴承48和下游轴承50通常被至少部分地安装在高压轴上。

低压轴26的第一轴承52位于低压轴26的最上游处，并且被安装在低压轴26上和减速齿轮32的下游处。低压轴26的第二轴承54、第三轴承56和第四轴承58被至少部分地安装在低压轴26上。

图1中的涡轮机包括四个封壳60、62、64和66，即容纳两个风扇轴承44和46、减速齿轮32和低压轴承52的封壳60，容纳低压轴承54和上游高压轴承48的封壳62，容纳下游高压轴承50的封壳64，以及容纳低压轴承56和58的封壳66。

因为高压轴24的转速和通过上游轴承48和下游轴承50从高压压缩机16的转子和高压涡轮20的转子传递到压缩机的定子和涡轮的定子的应力高，因此这些轴承被润滑并且由于轴承摩擦发热而被冷却。类似地，因为低压轴26的转速以及借助于轴承52、54、56和58从低压压缩机14的转子和低压涡轮22的转子传递到压缩机定子和涡轮定子的应力高，因此这些轴承被润滑和被冷却。

对轴承的润滑通常利用油进行，并且在封壳60、62、64和66内部进行，以便限制涡轮机的油耗并容纳油，以避免在涡轮机10内点火的任何风险。

图2示出了涡轮机10的涡轮轴(在此是低压轴26)、低压轴26与涡轮转子(未示出)之间的连接装置67以及涡轮的转子的两个盘69。

根据本发明，并且如图2中所示，低压轴26包括长度为L1并具有给定的最大外部主直径的主管状部分68。

由于涡轮轴具有管状形状，因此外部主直径对应于主管状部分68的外径，并且内部主直径对应于主管状部分68的内径。

主管状部分68的外部主直径可以沿着轴线A变化。最大外部主直径被定义为主管状部分68沿着轴线A的最大外径。类似地，最小外部主直径被定义为主管状部分68沿着轴线A的最小外径。例如，在图2中，示出了最大外部主半径R1和最小外部主半径R2。

主管状部分68的内部主直径可以沿着轴线A变化。最大内部主直径被定义为主管状部分68沿着轴线A的最大内径。类似地，最小内部主直径被定义为主管状部分68沿着轴线A的最小内径。例如，在图2中，示出了最大内部主半径R3和最小内部主半径R4。

换句话说，主管状部分68的厚度，即外部主半径与内部主半径之间的差可以沿着轴线A变化。

涡轮轴还包括次级管状部段70。

特别地，涡轮轴是整体的，即主管状部分68和次级管状部段70是整体的。

次级管状部段70具有长度L2和给定的最大外部次级直径。

外部次级直径对应于次级管状部段70的外径，并且内部次级直径对应于次级管状部段70的内径。

次级管状部段70的外部次级直径可以沿着轴线A变化。最大外部次级直径被定义为次级管状部段70沿着轴线A的最大外径。类似地，最小外部次级直径被定义为次级管状部段70沿着轴线A的最小外径。例如，在图2中，示出了最大外部次级半径R10。

次级管状部段70的内部次级直径可以沿着轴线A变化。最大内部次级直径被定义为次级管状部段70沿着轴线A的最大内径。类似地，最小内部次级直径被定义为次级管状部段70沿着轴线A的最小内径。例如，在图2中，示出了最大内部次级半径R11。

换句话说，次级管状部段70的厚度、即外部次级半径与内部次级半径之间的差可以沿着轴线A变化。

最大外部次级半径大于最大外部主半径。

优选地，最大外部次级直径至少是最大外部主直径的1.8倍。

如图2中所示，长度L2可以小于长度L1。换句话说，次级管状部段70可以对应于轴的直径相对于主直径的局部增大。当然，长度L2可以近似等于或大于长度L1。

有利地，相对于主管状部分68局部地延伸的次级管状部段70(其最大外部次级直径大于主管状部分68的最大外部主直径)使得能够限制轴的尺寸。

次级管状部段70可以例如在轴的一端上延伸，或者基本上在轴的中间延伸。更一般地，次级管状部段70可以被布置在轴的任何部分上。

优选地，次级管状部段70以从轴26突出并因此从主管状部分70突出的方式径向地延伸，使得主管状部分68沿着轴线A在次级管状部段70的任一侧上延伸。

换句话说，次级管状部段70被布置成使得在次级管状部段70的任一侧上，轴的直径小于次级管状部段70的直径。

因此，主管状部分68的一部分在次级管状部段70的一侧上延伸，并且主管状部分68的另一部分沿着轴线A在次级管状部段70的另一侧上延伸。

如图2中所示，次级管状部段70具有大致“U”形的形状。次级管状部段70包括相对于轴线A基本上径向地延伸的第一部分80，随后是基本上轴向地延伸的第二部分82，随后是相对于轴线A基本上径向地延伸的第三部分84。因此，第二部分82连接第一部分80和第三部分84。

次级管状部段70的第二部分82的长度基本上等于长度L2。次级管状部段70的第一部分80和第三部分84的高度(即相对于轴线A的径向尺寸)基本上等于最大外部次级半径R10。

次级管状部段70包括薄弱部72，该薄弱部被构造成当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时使轴26断裂成两个不同的部分。换句话说，薄弱部72用于在向轴施加的切向应力的值大于阈值时发生断裂。有利地，薄弱部72被构造成当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时，该薄弱部是使轴26断裂成两个不同部分的唯一薄弱部。

切向应力取决于轴的密度和切向速度。轴的切向速度取决于轴的转速和外半径。

随着轴半径的增大，切向应力的值也增大。同样地，随着轴的转速的增大，切向应力的值也增大。

可以通过测量轴的切向速度来确定切向应力的值，因为轴的密度是可确定的或给定的物理数据。具体地，可以通过测量轴的转速来确定切向应力的值，因为轴的半径是可确定的或给定的物理数据。

可以通过设定不应超过的最大切向轴速度、即通过设定不应超过的最大轴速度来确定切向应力的阈值。

有利地，被布置在轴的次级管状部段70上、具有大于最大外部主直径的最大外部次级直径的薄弱部72使得能够具有使薄弱部72断裂的切向应力，而不是由于扭矩而产生的扭转应力。

扭转应力(也被称为剪切应力)取决于扭矩、轴的外半径或计算出的扭转应力以及轴的惯性，轴的惯性与轴的直径成比例。

随着计算出的扭转应力的半径的增大，惯性增大，扭转应力的值减小。

轴的主管状部分68对扭矩敏感，但是对转速不是非常敏感。换句话说，对于主管状部分68，切向应力低，而剪切应力高。

轴的次级管状部段70对转速敏感，但是对扭矩不是非常敏感。换句话说，由于次级管状部段70具有大于最大外部主直径的最大外部次级直径，因此对于次级管状部段70，切向应力高，而剪切应力低。

薄弱部72可以形成在次级管状部段70的至少一个角扇区上。换句话说，次级管状部段70的仅仅一部分可以形成薄弱部72。

薄弱部72可以围绕轴线A形成在例如均匀地分布的多个角扇区上。

薄弱部72可以是环形的。换句话说，次级管状部段70可以包括全部围绕轴线A的薄弱部72。换句话说，整个次级管状部段70可以形成薄弱部72。

薄弱部72可以包括变薄部分74。变薄部分74对应于薄弱部72的一部分，并因此对应于次级管状部段70的一部分，该次级管状部段的一部分的厚度(即外部次级半径与内部次级半径之间的距离)相对于次级管状部段70的其余部分减小。

变薄部分74可以在不超过长度L2的80％的长度上延伸。优选地，变薄部分74在长度L2的至少50％的长度上延伸。

有利地，变薄部分74在长度L2的最多80％的长度上延伸，这使得能够不弱化次级管状部段70，同时使得能够在所述次级管状部段上具有薄弱部，该薄弱部被构造成当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时使轴断裂成两个不同的部分。

变薄部分74可以形成在薄弱部72的至少一个角扇区上，并因此可以形成在次级管状部段70的至少一个角扇区上。换句话说，薄弱部72的仅仅一部分可以包括变薄部分74。

变薄部分74可以围绕轴线A形成在例如均匀地分布的多个角扇区上。

变薄部分74可以是管状的。换句话说，薄弱部72可以包括全部围绕轴线A的变薄的管状部分74。

变薄的管状部分74的外径可以沿着轴线A变化。变薄的管状部分74的最大外径被定义为变薄的管状部分74沿着轴线A的最大外径。类似地，变薄的管状部分74的最小外径被定义为变薄的管状部分74沿着轴线A的最小外径。例如，在图2中，变薄的管状部分74的最大外半径等于最大外部次级半径R10。

变薄的管状部分74的内径可以沿着轴线A变化。变薄的管状部分74的最大内径被定义为变薄的管状部分74沿着轴线A的最大内径。类似地，变薄的管状部分74的最小内径被定义为变薄的管状部分74沿着轴线A的最小内径。例如，在图2中，变薄的管状部分74的最大内半径R12被示出并且等于最大内部次级半径。

特别地，变薄的管状部分74的最大内径可以大于最小内部次级直径。换句话说，变薄的管状部分74的最大内径可以大于在变薄的管状部分外部的次级管状部段68的最小内径。

变薄的管状部分74的最大外径可以等于最大外部次级直径。换句话说，变薄的管状部分74的最大外径和次级管状部段68的最小外径可以相等。

长度L2可以大于变薄的管状部分74的最大外径的0.3倍。

如图3中所示，次级管状部段70可以包括一个或多个通孔76。例如，在图3中示出了被布置在变薄部分74的任一侧上的两个通孔76。

通孔76可以围绕轴线A形成在次级管状部段70的角扇区上，或者这些通孔可以相对于轴线A均匀地分布在次级管状部段70上。

通孔76可以形成在薄弱部72中，更确切地说可以形成在变薄部分74中。

通孔76可以具有任何横截面形状，特别是圆形、椭圆形或多边形的横截面。

有利地，形成在次级管状部段70中的至少一个通孔76允许薄弱部72使扭转应力和切向应力去相关。换句话说，在次级管状部段中存在通孔使得轴在高速下断裂而不是在高扭矩下断裂。

另外，通孔76允许去除在围绕轴延伸的被润滑的封壳60、62、66中发生泄漏的情况下可能积聚的任何油。

次级管状部段70可以被布置在用于引导轴的推力轴承的下游。例如，次级管状部段70可以被布置在低压轴26的轴承56的下游。

有利地，在由于轴(此处是在轴承56下游的低压轴)的断裂而引起开始超速的情况下，薄弱部72允许低压涡轮22的转子向后移动，这例如经由低压涡轮22的定子叶轮中的弧形而使得所述转子的叶轮断裂，从而使所述转子减速。

图4至图7示出了低压轴26的实施例。该实施例可以基于图1至图3中所示的所有特征。

在图7中，变薄部分74的最大外半径小于最大外部次级半径R10，并且变薄部分74的最大内半径等于最小内部次级半径R11。

另外，次级管状部段70(特别是薄弱部72的变薄部分74)可以包括从变薄部分74突出的一个或多个径向延伸的齿86。

多个齿86可以围绕轴线A形成在至少一个角扇区上，或者围绕轴线A或全部围绕轴线A形成在例如均匀地分布的多个角扇区上。

齿86可以基本上被布置在变薄部分74的中间。

如图4至图7中所示，齿86可以具有大致平行六面体的形状。

如图7中所示，齿86可以相对于轴线A基本上径向地延伸。

齿86可以间隔开，使得齿86均匀地分布在变薄部分74上。可替代地，齿86可以非均匀地分布在变薄部分74上。

齿86使得能够局部地增大变薄部分74的半径，这使得在由于离心力而引起的超速开始期间能够撕裂变薄部分74，从而使薄弱部72断裂。

本发明还涉及一种用于保护如上所述的涡轮轴免于超速的方法。

该方法包括如下步骤：当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时，使薄弱部72断裂。换句话说，该方法包括如下步骤：当向轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时，使涡轮轴断裂成两个不同的部分。

该断裂步骤有利地允许使薄弱部断裂的切向应力，而不是由于扭矩而引起的扭转应力。这有利地允许薄弱部在高速下断裂，而不是在高扭矩下断裂。

Claims (11)

1.一种涡轮机的沿着纵向轴线(A)延伸的涡轮轴(26)，所述涡轮轴包括长度为L1并具有给定的最大外部主直径的主管状部分(68)，其特征在于，所述涡轮轴包括长度为L2并具有大于所述最大外部主直径的最大外部次级直径的次级管状部段(70)，所述次级管状部段(70)以从所述轴(26)突出的方式径向地延伸，使得所述主管状部分(68)沿着所述纵向轴线(A)在所述次级管状部段(70)的任一侧上延伸，所述次级管状部段(70)包括薄弱部(72)，所述薄弱部被构造成当向所述轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时使所述轴断裂成两个不同的部分。

2.根据权利要求1所述的涡轮轴(26)，其中，所述最大外部次级直径至少是所述最大外部主直径的1.8倍。

3.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮轴(26)，其中，所述薄弱部(72)包括变薄部分(74)，所述变薄部分的最大内径大于所述次级管状部段(70)的最小内部次级直径，并且所述变薄部分的最大外径等于所述最大外部次级直径。

4.根据权利要求3所述的涡轮轴(26)，其中，所述长度L2大于所述变薄部分(74)的最大外径的0.3倍。

5.根据权利要求3或4所述的涡轮轴(26)，其中，所述变薄部分(74)在不超过所述长度L2的80％的长度上延伸。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的涡轮轴(26)，其中，所述变薄部分(74)包括至少一个齿(86)，所述至少一个齿以从所述变薄部分(74)突出的方式径向地延伸。

7.根据权利要求6所述的涡轮轴(26)，其中，所述变薄部分(74)包括以从所述变薄部分(74)突出的方式径向地延伸的多个齿(86)，所述多个齿(86)均匀地分布在所述变薄部分(74)上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮轴(26)，其中，至少一个通孔(76)形成在所述次级管状部段(70)中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮轴(26)，其中，所述薄弱部(72)形成在所述次级管状部段(70)的至少一个角扇区上。

10.一种涡轮机(10)，特别是飞行器的涡轮机，所述涡轮机包括涡轮(22)，所述涡轮包括根据前述权利要求中任一项所述的涡轮轴(26)，次级管状部段(70)被布置在用于引导所述轴的推力轴承(56)的下游。

11.一种用于保护涡轮机(10)的根据权利要求1至9中任一项所述的涡轮轴(26)免于超速的方法，所述方法包括以下步骤：当向所述轴施加的切向应力的值超过预定的阈值时，使薄弱部(72)断裂。

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