CN115461527A - 飞行器涡轮发动机的组件，其包括风扇驱动减速齿轮的改进的润滑系统 - Google Patents

飞行器涡轮发动机的组件，其包括风扇驱动减速齿轮的改进的润滑系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及飞行器涡轮发动机的组件(22)，其包括风扇驱动减速齿轮(20)和润滑系统(24)，所述润滑系统(24)包括：‑减速齿轮壳体(31a)；‑润滑油箱(26)；‑包括供给泵(38)的润滑油供给回路(28)；‑润滑油回收回路(30)，其包括用于从减速齿轮壳体(31a)回收润滑油的泵(46a)。根据本发明，该回收回路包括润滑油分配器(52)，其包括：‑与壳体(31a)的润滑油出口(55)连通的润滑油入口(54)；‑进气口(56)；‑分配器出口(58)，该分配器(52)能够采用润滑油回收结构以及用于在壳体中保持润滑油的结构。

Description

飞行器涡轮发动机的组件，其包括风扇驱动减速齿轮的改进 的润滑系统
技术领域
本发明涉及飞行器涡轮发动机的领域，更具体地，涉及包括由减速齿轮驱动的风扇的涡轮发动机，例如从文献FR 2 987 402 A1已知的。
本发明特别地涉及在风扇自转时对减速齿轮的润滑管理。
背景技术
在包括由减速齿轮驱动的风扇的飞行器涡轮发动机上，减速齿轮通常布置在已润滑罩壳中，由供给泵供给的润滑油循环通过所述已润滑罩壳。该泵由涡轮发动机的轴(通常为高压轴)机械地驱动。
如果涡轮发动机在飞行过程中停机，风扇不再由减速齿轮驱动，但其在穿过风扇的气流作用下继续旋转。在这些条件下，风扇被称为处于自转状态，甚至处于“风车旋转”状态或“风车状态”。当关闭涡轮发动机时，在地面上也会遭遇这些情况。
即使风扇的自转速度保持相对很低，特别是当飞行器在地面上时，仍可能需要润滑有该风扇驱动的减速齿轮。然而，因为高压轴停止或以太低的速度旋转以至于使该泵无法将足够高的润滑油流速引入罩壳，因此，不再仅依靠供给泵来确保减速齿轮的润滑。
用于在这些条件下确保减速齿轮润滑的现有解决方案通常设置一带辅助油箱和相关联辅助泵的次级油回路。次级油回路通常在质量、空间要求、复杂性、成本和可靠性方面存在缺陷。
因此，需要优化现有的解决方案，以在风扇自转的情况下确保减速齿轮的润滑管理。
发明内容
为了至少部分地满足该需求，本发明的目的首先是飞行器涡轮发动机的组件，所述组件包括涡轮发动机的风扇驱动减速齿轮，以及润滑系统(24)，所述润滑系统(24)包括：
-已润滑并容纳风扇驱动减速齿轮的减速齿轮罩壳；
-润滑油箱；
-将油箱连接到减速齿轮罩壳的润滑油供给回路，所述供给回路包括润滑油供给泵；
-将减速齿轮罩壳连接到油箱的润滑油回收回路，所述回收回路包括用于从减速齿轮罩壳回收润滑油的泵。
根据本发明，润滑油回收回路包括受控润滑油分配器，其包括：
-与减速齿轮罩壳的润滑油出口连通的润滑油入口；
-进气口；以及
-与回收泵连通的分配器出口，
所述受控润滑油分配器被构造，以便能够采用多种结构，其中：
-润滑油回收结构，其中，分配器使其润滑油入口与其出口连通，并且阻止其进气口和其出口之间的连通；以及
-用于阻挡罩壳中润滑油的结构，分配器将其进气口与其出口连通，并且阻止其润滑油进气口与其出口之间的连通的结构。
因此，本发明能够以简单、可靠和高效的方式确保在风扇自转时对减速齿轮进行适当的润滑。事实上，当分配器切换到阻塞结构时，润滑油保存在减速齿轮的罩壳中，其无法从所述罩壳中逸出。此外，供油泵的低润滑油流速允许向罩壳内添加润滑油，以确保该减速齿轮的齿轮组件的至少一部分起泡。
此外，在润滑油分配器采用的此阻塞结构中，回收泵从分配器的进气口吸入空气，其避免了在润滑油回收回路中产生真空。
特别是，本发明证明很有利，因为它不需要集成额外的泵或油箱以在自转条件下确保减速齿轮的润滑。
此外，本发明具有单独或组合地获取的以下可选特征的至少一个。
优选地，根据润滑油供给回路中的润滑油压力控制润滑油分配器。事实上，此回路中润滑油的高压证实供给泵的正常运行，并且因此证实在减速齿轮罩壳内引入正常流速，这允许在运行中正确地润滑涡轮发动机的减速齿轮。相反，供给回路中的低润滑油压力证实供油泵的怠速运行，例如在风扇的自转阶段中观察到的。在这种情况下，引入罩壳内的润滑油流速可证明不足以润滑减速齿轮，所述减速齿轮的齿轮组件在自转阶段中继续旋转。因此，供给回路中的高润滑油压力应导致使分配器处于其润滑油回收结构，而例如低于阈值的较低压力应导致分配器处于其润滑油阻塞结构。
如果本发明优选地根据供给回路中的润滑油压力控制润滑油分配器，则其他控制解决方案仍然可行。例如，这是一种旨在例如使用风扇转速传感器检测自转相位的解决方案。
优选地，润滑油分配器包括主体以及构件，所述构件在使分配器处于润滑油回收结构的第一位置以及使分配器处于用于阻挡罩壳中润滑油的结构的第二位置之间移动地安装在主体中，所述移动构件受到由弹性返回元件施加的第一力，所述第一力迫使该移动构件到达其第二位置，以及受到由从供给回路获取的润滑油施加的第二压力，所述第二压力迫使该移动构件到达其第一位置。这是一种特别简单和可靠的机械/液压解决方案。
优选地，分配器采用致动器的形式，其气缸由主体形成，并且其活塞由移动构件形成。此外，润滑油进口、进气口和分配器出口均为通过气缸的孔口。
优选地，由移动构件形成的活塞包括两个活塞头，在所述两个活塞头之间限定有流体循环室。
需要注意的是，如果以上呈现的机械/液压解决方案是优选的，电气解决方案仍然可行，例如，通过在供给回路内执行润滑油压力传感器。
优选地，供给回路包括润滑油循环通过的热交换器。
优选地，所述组件包括：
-至少一个涡轮发动机轴滚动轴承；
-容纳滚动轴承的至少一个润滑电机罩壳。
此外，优选地：
-润滑油供给回路还将油箱连接到每个已润滑电机罩壳；以及
-润滑油回收回路还将每个电机罩壳连接到油箱，该回收回路进一步包括与每个电机罩壳相关联的润滑油回收泵。
优选地，所述组件包括：
-涡轮发动机的辅助齿轮箱；
-已润滑并容纳辅助齿轮箱的辅助齿轮箱罩壳。
此外：
-润滑油供给回路还将油箱连接到辅助齿轮箱罩壳；以及
-润滑油回收回路还将辅助齿轮箱罩壳连接到油箱，该回收回路进一步包括用于从辅助齿轮箱罩壳回收润滑油的泵，
优选地，供给泵、用于从辅助齿轮箱罩壳回收润滑油的泵，以及用于从减速齿轮罩壳回收润滑油的泵由辅助齿轮箱机械地驱动。
当然，上述两种优选的解决方案可以组合，即优选地包括上述所有罩壳的根据本发明的组件，包括一个或多个已润滑电机罩壳，以及与这些罩壳相关联的上述元件。
本发明还涉及一种包括此类组件的飞行器涡轮发动机，所述涡轮发动机包括由该组件的减速齿轮驱动的风扇，压缩机，以及优选地与压缩机连通的润滑油分配器的进气口，优选地高压压缩机。
或者，当所述涡轮发动机具有旁路设计时，润滑油分配器的进气口可连接到涡轮发动机的次级流路。在这方面，需要注意的是，涡轮发动机优选地是双轴和旁通涡轮喷气发动机。
最后，需要注意的是，涡轮发动机优选地包括一机械地驱动辅助齿轮箱的电机轴，优选地高压轴。
在以下的非限制性详细描述中，本发明的其他优点和特征将显而易见。
附图简要说明
将针对附图完成本说明书，其中：
图1表示根据本发明的涡轮喷气发动机的示意性侧视图；
图2表示根据本发明优选地实施例的组件的示意性侧视图，该组件装配了前一附图的涡轮喷气发动机；
图3表示前一附图所示组件的部分的示意性侧视图，其中，在涡轮喷气发动机的正常运行条件下采用的润滑油回收结构中示出了润滑油分配器；
图4表示与前一视图类似的视图，其中，在过渡结构中示出了润滑油分配器；以及
图5表示与前一视图类似的视图，其中，在如涡轮喷气发动机风扇自转时采用的润滑油阻塞结构中示出了润滑油分配器。
优选地实施例的详细公开
参考图1，表示一种旁通和双转子涡轮喷气发动机1。涡轮喷气发动机1通常包括气体发生器2，在气体发生器2的两侧上布置有低压压缩机4和低压涡轮12。气体发生器2包括高压压缩机6、燃烧室8和高压涡轮10。随后，沿与涡轮喷气发动机内气体的主流向相反的方向14考虑了术语“前”和“后”，该方向14平行于涡轮喷气发动机的纵轴3。然而，根据通过涡轮喷气发动机的气体的主流向考虑了术语“上游”和“下游”。
低压压缩机4和低压涡轮机12形成低压主体，并通过中心在轴3上的低压轴11彼此连接。类似地，高压压缩机6和高压涡轮机10形成高压主体，并且通过高压轴13彼此连接，所述高压轴13的中心在轴3上，并环绕低压轴11布置。这两个轴由滚动轴承19支撑，所述滚动轴承19通过被布置在油罩壳中而被润滑。这同样适用于也由滚动轴承19支撑的风扇轮毂17。
涡轮喷气发动机1还包括在气体发生器2和低压压缩机4前部的风扇15，所述风扇15在此直接地布置在电机进气锥的后部。风扇15沿轴3旋转，并由风扇机壳9环绕。该风扇并不由低压轴11直接地驱动，而是由该轴经由减速齿轮20间接地驱动，这使其以更慢的速度旋转。如下文将会详细描述的，减速齿轮20也容纳在油罩壳中，以使其润滑。
此外，涡轮喷气发动机1限定一旨在由初级流穿过的主流路16，以及一旨在由相对于初级流径向向外地定位的次级流穿过的次级流路18。
现在，参考图2，示出了本发明专用的组件22，其包括减速齿轮20、滚动轴承19、辅助齿轮箱21，以及使其润滑的系统24。
辅助齿轮箱21，也称为AGB，由高压轴13机械地驱动。通常，它设置为依次驱动涡轮喷气发动机的多项设备，包括下文将描述的组件22的诸多泵。
润滑系统24通常包括润滑油箱26、润滑油供给回路28、润滑油回收回路30和已润滑罩壳31a、31b、31c。在这些罩壳中，提供了被称为减速齿轮罩壳的第一已润滑罩壳31a，因为它容纳有旨在在此罩壳中被润滑的减速齿轮20。还提供了几个次级已润滑罩壳31b，这里为被称为电机罩壳并且每个都容纳一个或多个滚动轴承19的两个次级罩壳。最后，提供了被称为辅助齿轮箱罩壳的第三已润滑罩壳31c，因为它容纳有旨在在该腔室中被润滑的齿轮箱21。
润滑油供给回路28例如经由共用管道34将油箱26连接到每个罩壳31a、31b、31c，连接器36a、36b、36c从所述共用管道延伸，分别为罩壳31a，31b、31c供油。
供给回路28的共用管道34配备有润滑油供给泵38和热交换器40，润滑油(优选地燃油)穿过所述热交换器40。例如，该交换器40为气/油交换器类型。在共用管道34上，供油泵38布置在油箱26和交换器40之间。
润滑油回收回路30包括一共用管道42，其与油箱26的入口连通，每个罩壳专用的管道连接在所述共用管道上。因此，提供了将减速齿轮罩壳31a连接到共用管道42的第一管道44a。该第一管道44配备有用于从减速齿轮罩壳31回收润滑油的泵46a。同样，还提供了将每个电机罩壳31b连接到共用管道42的两个第二管道44b。每个第二管道44b配备有用于从电机罩壳31b回收润滑油的泵46b。最后，提供了将齿轮箱罩壳31c连接到共用管道42的第三管道44c。该第三管道44c配备有用于从齿轮箱罩壳31c回收润滑油的泵46c。
以上提及的所有泵38、46a、46b、46c优选地由辅助齿轮箱21机械地驱动。优选地，它们是同一组泵的一部分，图2中用50标记所述润滑组。这些泵38、46、46b和46c均由辅助齿轮箱21机械地驱动。
本发明的特殊性之一在于受控润滑油分配器52的存在，其在减速齿轮罩壳31a的出口处配备有第一管道44a。分配器52包括与齿轮箱罩壳31的润滑油出口55连通的润滑油入口54。它还包括进气口56，以及与回收泵46a连通的分配器出口58。
进气口56例如经由管道64被供以空气，优选供给环境空气，所述管道64连接到涡轮发动机的流路间区域的隔室(也称为“核心隔室”)或其附近。术语“环境空气”是指其压力至少近似等于涡轮发动机外部空气压力的空气。替代地，管道64连接到涡轮喷气发动机的次级流路，甚至连接到位于环境空气中的涡轮发动机机舱的隔室，例如风扇隔室。
布置在减速齿轮罩壳31a和泵46a之间的受控润滑油分配器52具有如下设计，使得其由供给回路28的共用管道34中的润滑油压力被动地控制。为此，分配器52包括经由连接器62与共用管道34连通的次级润滑油入口60。
现在，参考图3，以更加详细的方式显示润滑油分配器52。在该图3中，在涡轮喷气发动机的正常运行条件下采用的润滑油回收结构中示出了润滑油分配器52。该致动器形状的分配器包括一形成致动器气缸的主体68，以及可移动地安装在主体68中以形成致动器活塞的构件70。
润滑油入口54、次级润滑油入口60、进气口56和分配器58的出口对应于通过中空气缸68制成的孔口，活塞70在所述孔口中平移地移动。该活塞70包括由较小直径的中心连接件74连接的两个相对的活塞头72a、72b。因此，在两个活塞头72a、72b之间限定一也由中心连接件74在内部界定，并且由气缸68在外部界定的环形流体循环室80。
第一活塞头72a与润滑油入口54相关联，根据活塞70在气缸68中的位置，第一活塞头能够密封或释放所述润滑油入口54。该第一活塞头72a受到由弹性返回元件(例如压缩螺旋弹簧82)施加的第一力F1。该弹簧82被约束在气缸68的轴向端和第一活塞头72a的外表面之间。
此外，第二活塞头72b与进气口56相关联，根据活塞70在气缸68中的位置，第二活塞头72b能够密封或释放所述进气口56。该第二活塞头72b受到由从次级进气口60进入气缸68的润滑油施加的第二压力F2。
在图3中，压力F2克服了弹簧82的力F1，使得活塞70处于第一位置，这使分配器52进入在涡轮喷气发动机的正常运行条件下采用的润滑油回收结构。在此润滑油回收结构中，第二活塞头72b轴向地布置在进气口56和分配器出口58之间，使得阻止了这两个孔口56、58之间的连通。然而，活塞70的布置方式使得润滑油入口54和分配器出口58都通向环形室80，从而能够使这些孔口54、58之间连通。
因此，在此结构中，回收泵46a仅从减速齿轮罩壳31a吸入润滑油。
第二压力F2迫使活塞70到达图3表示的第一位置，而由弹簧82输送的第一力F1迫使该同一活塞70到达第二相反位置，这使分配器52进入润滑油阻塞结构。
实际上，当润滑油压力在供给回路28中下降时，第二压力F2降低，这导致活塞70沿由弹簧82输送的力F1方向位移。图4示出了中间结构，其中活塞70的该位移导致第一活塞头72a几乎完全地密封润滑油进口54，而第二活塞头72b完全地密封进气口56。当润滑油压力达到阈值时，采用该中间结构，低于所述阈值，分配器切换到其润滑油阻塞结构。实际上，润滑油在连接62中的持续压降导致活塞70的额外位移，所述活塞70的第一活塞头72a随后完全地密封润滑油入口54，而第二活塞头72b略微地释放进气口56。
图5示出了处于第二位置的活塞70，这使分配器52处于在风扇自转的条件下采用的其润滑油阻塞结构中。在这些条件下，由高压轴经由辅助齿轮箱非常弱地驱动润滑油供给泵，这意味着供给回路28中的润滑油压力很低。在活塞70处，因此由膨胀得更大的弹簧82的力F1来克服压力F2。在此润滑油阻塞结构中，第一活塞头72a密封润滑油入口54，使得阻止了在该入口54和分配器出口58之间的连通。然而，活塞70的布置方式使得进气口56和分配器出口58都通向环形室80，因此能够使这些孔口56、58之间连通。
因此，在此结构中，回收泵46a仅吸入空气，例如环境空气，并且润滑油被阻挡在罩壳31a中。当润滑油不再被吸入而是保持在罩壳31a中时，吸入空气有利地避免在管道44a和环形室80中产生真空。
吸入空气这一事实并不证明会对回收泵46a有害，因为润滑组件50的其他泵46b、46c吸入的低油流速可确保该泵46a的可能润滑需求。
在风扇自转阶段中，所有泵38、46a、46b、46b均处于怠速状态，但低油流速可继续经由泵38并且沿罩壳31a的方向循环通过供给回路28。这可以使减速齿轮20在积聚在罩壳31a底部处的润滑油中起泡，如图5示意性地示出。
可能地，在自转阶段中，如果减速齿轮罩壳31a中必须不超过最大填充水平，则在不偏离本发明范围的情况下可以在其中插入润滑油溢流导管。优选地，该溢流导管设置有泄压阀，以便仅当罩壳中的压力高于预先确定的临界值时，才排出溢出的油。没有此阀，在风扇自转过程中可能存在经由溢流导管对罩壳减压的风险。
当然，本领域技术人员可以对刚刚仅通过非限制性示例描述的本发明进行多种修改，其范围由所附的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于飞行器涡轮发动机的组件(22)，所述组件包括用于驱动涡轮发动机的风扇(15)的减速齿轮(20)，以及润滑系统(24)，所述润滑系统(24)包括：
-已润滑并容纳风扇驱动减速齿轮(20)的减速齿轮罩壳(31a)；
-润滑油箱(26)；
-将油箱(26)连接到减速齿轮罩壳(31a)的润滑油供给回路(28)，所述供给回路包括润滑油供给泵(38)；
-将减速齿轮罩壳(31a)连接到油箱(26)的润滑油回收回路(30)，所述回收回路包括用于从减速齿轮罩壳回收润滑油的泵(46a)，
其特征在于，润滑油回收回路(30)包括受控的润滑油分配器(52)，所述润滑油分配器包括：
-与减速齿轮罩壳(31a)的润滑油出口(55)连通的润滑油入口(54)；
-进气口(56)；以及
-与回收泵(46a)连通的分配器出口(58)，
所述受控的润滑油分配器(52)设置为能够采用数种结构，其中：
-润滑油回收结构，其中，分配器(52)使其润滑油入口(54)与其出口(58)连通，并且阻止其进气口(56)与其出口(58)之间的连通；以及
-用于阻挡罩壳中的润滑油的结构，其中分配器(52)将其进气口(56)与其出口(58)连通，并且阻止其润滑油进气口(56)与其出口(58)之间的连通的结构。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，根据润滑油供给回路(28)中的润滑油压力控制润滑油分配器(52)
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，润滑油分配器包括主体(68)和构件(70)，所述构件在使分配器处于润滑油回收结构的第一位置与使分配器处于用于阻挡罩壳(31a)中润滑油的结构的第二位置之间可移动地安装在所述主体中，所述可移动构件(70)受到由一弹性返回元件(82)施加的迫使该可移动构件到达其第二位置的第一力(F1)，以及由从供给回路(28)获取的润滑油施加的迫使该移动构件到达其第一位置的第二压力(F2)。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，分配器(52)采用致动器的形式，所述致动器的气缸(68)由所述主体形成，所述致动器的活塞(70)由所述可移动构件形成，所述润滑油进口(54)、进气口(56)和分配器出口(58)均为通过所述气缸(68)的孔口。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，由所述可移动构件形成的活塞(70)包括两个活塞头(72a、72b)，在所述两个活塞头之间限定一流体循环室(80)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述供给回路(28)包括热交换器(40)，润滑油通过所述热交换器循环。
7.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，它包括：
-至少一个涡轮发动机轴滚动轴承(19)；
-容纳所述滚动轴承(19)的至少一个润滑的电机罩壳(31b)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，它包括：
-涡轮发动机的辅助齿轮箱(21)；
-已润滑并容纳所述辅助齿轮箱(21)的辅助齿轮箱罩壳(31c)；
其中，
-所述润滑油供给回路(28)还将油箱(26)连接到辅助齿轮箱罩壳(31c)；以及
-所述润滑油回收回路(30)还将辅助齿轮箱罩壳(31c)连接到油箱(26)，该回收回路(30)还包括用于从辅助齿轮箱罩壳(31c)回收润滑油的泵(46c)，
优选地，所述供给泵(38)、用于从辅助齿轮箱罩壳(31c)回收润滑油的泵(46c)，以及用于从减速齿轮罩壳(31a)回收润滑油的泵(46a)由辅助齿轮箱(21)机械地驱动。
9.一种飞行器涡轮发动机(1)，包括根据前述权利要求中任一项所述的组件(22)，所述涡轮发动机包括由该组件的减速齿轮(20)驱动的风扇(15)、优选为高压压缩机的压缩机(6)，以及优选与压缩机(6)连通的润滑油分配器(52)的进气口(56)。
10.结合权利要求8的根据权利要求9所述的涡轮发动机，其特征在于，它包括一机械地驱动辅助齿轮箱(21)的电机轴(13)，优选为高压轴。
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