CN115709453A - 固定工具 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于使气体涡轮引擎的第一轴相对于气体涡轮引擎的第二轴固定的工具，该工具包括圆柱形主体，该圆柱形主体具有第一端和与该第一端相对的第二端，该圆柱形主体具有位于该圆柱形主体的内表面上的用于与该第一轴接合的一个或多个内部突起部，并且该圆柱形主体的外表面具有用于与该第二轴接合的一个或多个外部突起部，该工具被构造成使得该工具的至少一部分能够插入该第二轴的区段内并且相对于该第二轴的该区段保持固定，并且该第一轴的区段能够插入该圆柱形主体的内部并且相对于该圆柱形主体的该内部保持固定。

Description

固定工具

技术领域

本公开涉及一种用于使气体涡轮引擎的第一轴相对于气体涡轮引擎的第二轴固定的工具，以及相关联的方法。

背景技术

飞行器引擎设计用于提供多年的运行，并且作为其中的一部分，必须为它们提供周期性维护和偶尔的维修。作为这些过程的一部分，有时必须将引擎拆卸，然后对其进行重建。拆卸和重建引擎是复杂而耗时的过程，尤其是当触及引擎结构深处的部件时。由于引擎内的许多部件被设计成自由旋转，因此通常必须使引擎的部件固定，然后才能够将它们或附接到它们的零件移除。

简化和/或加快用于拆卸或重建引擎的过程将是有益的，因为节省执行此项任务所需的时间和资源也意味着为运营者节省资金。

发明内容

根据第一方面，本公开提供了一种用于使气体涡轮引擎的第一轴相对于气体涡轮引擎的第二轴固定的工具，该工具包括圆柱形主体，该圆柱形主体具有第一端和与该第一端相对的第二端，该圆柱形主体具有位于该圆柱形主体的内表面上的用于与该第一轴接合的一个或多个内部突起部，并且该圆柱形主体的外表面具有用于与该第二轴接合的一个或多个外部突起部，该工具被构造成使得该工具的至少一部分能够插入该第二轴的区段内并且相对于该第二轴的该区段保持固定，并且该第一轴的区段能够插入该圆柱形主体的内部并且相对于该圆柱形主体的该内部保持固定。这种工具在气体涡轮引擎的维护中是有利的，因为其减少了为触及引擎内的某些内部部件而需要移除的零件的数量，从而为运营者节省了时间和资金。

该工具还可包括位于该圆柱形主体的外表面上的逆止件，以限制该工具沿着相对于该第二轴的一个方向的纵向移动。该逆止件可用于提供该工具相对于轴的一致定位。该逆止件可以与该外部突起部成一体。

任选地，该工具的内部突起部可以位于该圆柱形主体的第一端。任选地，该外部突起部可以位于该圆柱形主体的第二端。可以根据被固定的轴的构型来调整突起部的布置。

任选地，该工具可以包含不锈钢。

该工具还可包括固定装置，该固定装置被构造成用于接收该第一轴的第二区段并且与该圆柱形主体形成过盈配合，以便相对于该第一轴和该第二轴轴向地固定该圆柱形主体。此类固定装置可有助于提供工具相对于轴的一致定位，并且防止该工具与任一轴过早地解耦。该固定装置可以是螺纹螺母。

在本公开的第二实施方案中，公开了一种用于从气体涡轮引擎中移除第一部件的方法，该第一部件固定到第一轴，该方法包括：移除风扇壳体；移除风扇盘；将根据任一前述权利要求所述的工具固定在该第一轴与连接到第二部件的第二轴之间，以便使该第一轴相对于该第二轴固定，从而使该第一部件相对于该第二部件固定；使该第二部件固定；以及移除该第一部件。这种方法在气体涡轮引擎的维护中是有利的，因为其减少了为触及引擎内的某些内部部件而需要移除的零件的数量，从而为运营者节省了时间和资金。

该第一轴可以是中压轴，并且该第一部件可以是中压压缩机模块。该第二轴可以是低压涡轮轴，并且该第二部件可以是低压涡轮。

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、燃烧器、压缩机和将该涡轮连接到该压缩机的芯轴。此类气体涡轮引擎可包括位于引擎核心的上游的(具有风扇叶片的)风扇。

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，气体涡轮引擎可以具有连接涡轮和压缩机的至少两个轴。仅以举例的方式，连接到芯轴的涡轮可以是第一涡轮，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、第二压缩机和将第二涡轮连接到第二压缩机的第二芯轴。该第二涡轮、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。

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。

附图说明

现在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是本公开的工具的一个实施方案的截面图；

图5是本公开的工具的另选实施方案的截面图；

图6是本公开的工具的一个实施方案的外部的侧视图；

图7是本公开的工具的另选实施方案的外部的侧视图；

图8是本公开的工具的另一实施方案的外部的等轴视图；

图9示出了使用中的工具的一个实施方案的截面图；

图10示出了使用中的工具的另选实施方案的截面图；

图11示出了用于从本领域中已知的气体涡轮引擎中移除中压压缩机(IPC)模块的方法的表示；并且

图12示出了用于使用本公开的工具从气体涡轮引擎中移除中压压缩机(IPC)模块的方法的表示。

具体实施方式

现在将参考附图讨论本公开的方面和实施方案。另外的方面和实施方案对于本领域的技术人员而言是显而易见的。

图1示出了具有主旋转轴线9的气体涡轮引擎10。该引擎10包括进气口12和推进式风扇23，该推进式风扇产生两股气流：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17、低压涡轮19和核心排气喷嘴20。短舱21围绕气体涡轮引擎10并且限定旁路导管22和旁路排气喷嘴18。旁路气流B流过旁路导管22。风扇23经由轴26和周转齿轮箱30附接到低压涡轮19并由该低压涡轮驱动。

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中以进行进一步的压缩。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和低压涡轮17、19膨胀，从而驱动高压涡轮和低压涡轮以提供一些推进推力。高压涡轮17通过合适的互连轴27来驱动高压压缩机15。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19(参见图1)驱动轴26，该轴联接到周转齿轮布置结构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齿圈或环形齿轮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”和“低压压缩机”可分别表示最低压力涡轮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)连接在一起的涡轮级和压缩机级。在一些文献中，本文中提到的“低压涡轮”和“低压压缩机”可被另选地称为“中压涡轮”和“中压压缩机”。在使用此类另选命名的情况下，风扇23可被称为第一或最低压力的压缩级。

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和环形齿轮38中的每一者包括围绕其周边以用于与其他齿轮相互啮合的齿。然而，为清楚起见，图3中仅示出了齿的示例性部分。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，可以在本公开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。

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，其中环形齿轮38被固定。然而，可使用任何其他合适类型的周转齿轮箱30。以另一个示例的方式，周转齿轮箱30可以是恒星布置结构，其中行星架34保持固定，允许环形齿轮(或齿圈)38旋转。在此类布置结构中，风扇23由环形齿轮38驱动。以另一个另选示例的方式，齿轮箱30可以是差速齿轮箱，其中环形齿轮38和行星架34均被允许旋转。

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，可使用任何合适的布置结构来将齿轮箱30定位在引擎10中和/或用于将齿轮箱30连接到引擎10。以另一个示例的方式，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。以另一个示例的方式，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)的轴承的任何合适的布置结构，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具有恒星布置结构(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(例如恒星或行星齿轮)、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，这意味着穿过旁路导管22的流具有自己的喷嘴18，该喷嘴与核心排气喷嘴20分开并沿径向位于该核心排气喷嘴的外部。然而，这不是限制性的，并且本公开的任何方面也可应用于如下引擎，在该引擎中，穿过旁路导管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。在一些布置结构中，气体涡轮引擎10可不包括齿轮箱30。

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

在拆卸或重装引擎的过程期间使用本公开的工具，例如先前描述的任何类型的工具。实际上，工具可以用于包括两个或更多个独立旋转轴的任何气体涡轮引擎系统，这些独立旋转轴需要固定以用于构建/拆卸旋转组件的目的。例如，这可以是2轴或3轴引擎设计。

本公开的工具被设计成使一个轴相对于另一个轴固定。因此，该工具具有大致圆柱形设计，使得其可以同心地定位在气体涡轮引擎的第一轴与第二轴之间。图4示出了根据本公开的工具100的侧面剖视图。工具100包括大致圆柱形主体102，其具有外表面104、内表面106、第一端110和与第一端110相对的第二端112。在内表面上是多个内部突起部108。在图4中，仅三个内部突起部108被示出在可见的工具的一半上，但应理解，如果工具被适当设定尺寸，则该工具内可以存在任何数量，包括单个内部突起部。内部突起部108在主体102内轴向对准，以便在工具100内形成内部突起部108的圆圈。在外表面104上，存在多个外部突起部114。图4中仅示出两个外部突起部，但应理解，如果工具被适当设定尺寸，则该工具上可以存在任何数量，包括单个外部突起部。

在使用中，工具100的主体102穿过引擎10的第一轴(例如，低压涡轮轴26)的区段。低压涡轮轴26的区段的外表面包括等于或大于工具上的内部突起部108的数量的多个狭槽，并且低压涡轮轴26和/或工具100旋转，直到每个内部突起部108与低压涡轮轴26的外表面上的狭槽对准为止。然后将工具的内部突起部108插入低压涡轮轴26的外表面上的狭槽中，使得工具100和低压涡轮轴26互锁，并且相对于彼此固定。

接下来或同时，工具100与引擎10的第二轴132(例如，互连轴27)的区段接触。互连轴27的区段的内表面包括等于或大于外部突起部114的数量的多个狭槽，并且互连轴27和/或工具100旋转，直到工具上的每个外部突起部114与互连轴27的内表面上的狭槽对准为止。然后将工具的外部突起部114插入互连轴27的内表面上的狭槽中，使得工具100和互连轴27互锁，并且相对于彼此固定。

在图5所示的另选实施方案中，外部突起部114可以定位在主体102的第一端110或第二端112中的一者上，使得它们沿主体的长度轴向突出。在图5所示的示例中，外部突起部114从工具100的主体102的第二端延伸出。在这种情况下，互连轴27的端表面或内表面中的任一者包括等于或大于外部突起部114的数量的多个狭槽，并且互连轴27和/或工具100旋转，直到每个外部突起部114与互连轴27的端表面或内表面上的狭槽对准为止。然后将工具的外部突起部114插入互连轴27的端表面或内表面上的狭槽中，使得工具100和互连轴27互锁，并且相对于彼此固定。

在外部突起部114位于主体102的外表面104上的情况下，该外表面还可以包括逆止件116，诸如图6中示出的逆止件。一旦工具100的外部突起部114已插入互连轴27的对应狭槽中，逆止件116就提供互连轴27的表面可以抵靠其静止的表面。通过这种方式，逆止件提供基准位置，以确保每次使用工具时该工具的一致放置。

在图7中示出的另选实施方案中，逆止件116可以与外部突起部114成一体。

在图8中示出的另选实施方案中，外部突起部114全部朝向工具100的主体102的第一端定位，而内部突起部108全部朝向工具100的主体102的与第一端相对的第二端112定位。如果要在其之间安装工具的两个轴的端部在针对彼此可以很容易地构造工具的距离内，则这种构型可为有利的。

图9在截面图中示出了图8的工具实施方案100可以如何定位以便连接两个轴(在这种情况下为第一轴130和第二轴132)从而使它们相对于彼此固定的示例。工具100的主体102上的外部突起部114与形成在第一轴130的内表面上的第一轴狭槽128接合，而内部突起部108与形成在第二轴132的表面上的狭槽126接合。在轴130、132两者均与工具100接合的情况下，一个轴的固定将导致两个轴的固定。

对于技术人员来说，如何改变突起部和狭槽的布置，同时仍实现相同的效果是显而易见的。例如，在图10中，工具100的主体102上的外部突起部114在端表面上并且轴向延伸，如图5的工具上所示。通过使第一轴狭槽128形成在第一轴130的面向轴向的端表面上来容纳轴向突起部。另选地，第一轴狭槽128可以形成在与图9所示相同的位置，即在第一轴130的内表面上，具有面向轴向的开口。在另外的替代方案中，第一轴130和第二轴132的狭槽可以相对于彼此定位在相同的轴向位置处(即，在相同的轴向平面中)，使得内部突起部108和外部突起部114也可以在工具100的主体102上具有相同或相似的轴向位置，例如图4中所示。

图9和图10还示出了任选的固定装置134，其可用于帮助保持工具100的主体102固定在适当位置。固定装置可以使用过盈配合定位，或者可以是螺纹螺母，该螺纹螺母固定到第二轴132的外表面的第二区段上的螺纹(未示出)。

图11是根据现有技术的用于从气体涡轮引擎10中移除内部部件(在这种情况下为中压压缩机(IPC)模块124)的方法200的示意图。在第一步骤202中，将风扇壳体118从引擎10的前部移除。在第二步骤204中，还将风扇盘和相关联部件120从引擎的前部移除。在第三步骤206中，将低压涡轮(LPT)模块122从引擎的后部移除。只有在LPT模块已被移除的情况下，才可以在步骤四208中移除中压压缩机(IPC)模块。这是因为，在可以移除IPC模块之前，必须移除另外的部件(未示出)，否则该部件将干扰IPC模块移除过程。该另外的部件直接连接到中压涡轮(IPT)转子，并且通过螺纹螺母(未示出)固定在IPC模块内部。为了移除该螺母、该另外的部件并且最终移除IPC模块，必须使IPT转子固定。在现有技术的这种已知方法中，只有在LPT模块122已被移除的情况下，才能够触及IPT转子以进行固定。这通常通过将固定装置(未示出)装配到引擎后部的IPT模块来实现。在IPT模块固定的情况下，可以移除螺母，然后移除另外的部件，并且最后移除IPC模块。

图12是根据本公开的用于从气体涡轮引擎10中移除内部部件(诸如IPC)的方法300的示意图。前两个步骤302、304与已知现有技术方法200的步骤202、204相同。在第一步骤302中，将风扇壳体118从引擎10的前部移除。在第二步骤304中，还将风扇盘和相关联部件120从引擎的前部移除。在第三步骤306中，将本公开的工具100装配到第一轴和第二轴，即IPT轴和LPT轴，使得它们相对于彼此固定。一旦这样做，LPT模块就可以使用先前在现有技术的方法中用于固定IPT模块的固定装置(未示出)固定在适当位置。由于IPT轴和LPT轴现在通过工具100相对于彼此固定，因此使LPT模块固定也通过LPT轴使IPT轴固定，这意味着可以旋开螺母，可以移除另外的部件，并且最终在步骤四308中，可以移除IPC模块，而无需先移除LPT模块。因此，所公开的方法比现有技术的方法更省时，从而为运营者节省了时间、资源和成本。

应当理解，本公开不限于上述实施方案，并且在不脱离本文所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 (13)

1.一种用于使气体涡轮引擎的第一轴相对于所述气体涡轮引擎的第二轴固定的工具，所述工具包括：

圆柱形主体，所述圆柱形主体具有第一端和与所述第一端相对的第二端；

所述圆柱形主体具有内表面和外表面，所述内表面具有形成于所述内表面中的用于与所述第一轴接合的一个或多个内部突起部，所述外表面具有形成于所述外表面上的用于与所述第二轴接合的一个或多个外部突起部；

所述工具被构造成使得所述工具的至少一部分能够通过所述外部突起部插入所述第二轴的第一区段内并且相对于所述第二轴的所述第一区段保持固定，并且所述第一轴的第一区段能够通过所述内部突起部插入所述圆柱形主体的内部并且相对于所述圆柱形主体的所述内部保持固定。

2.根据权利要求1所述的工具，还包括位于所述圆柱形主体的所述外表面上的逆止件，以限制所述工具沿着相对于所述第二轴的一个方向的纵向移动。

3.根据权利要求2所述的工具，其中所述逆止件与所述外部突起部成一体。

4.根据权利要求1所述的工具，其中所述内部突起部位于所述圆柱形主体的所述第一端。

5.根据权利要求1所述的工具，其中所述外部突起部位于所述圆柱形主体的所述第二端。

6.根据权利要求1所述的工具，其中所述工具包含不锈钢。

7.根据权利要求1所述的工具，还包括固定装置，所述固定装置被构造成用于接收所述第一轴的第二区段并且与所述圆柱形主体形成过盈配合，以便相对于所述第一轴和所述第二轴轴向地固定所述圆柱形主体。

8.根据权利要求7所述的工具，其中所述固定装置是螺纹螺母。

9.一种用于从气体涡轮引擎中移除第一部件的方法，所述第一部件固定到所述气体涡轮引擎的第一轴，所述方法包括：

移除风扇壳体；

移除风扇盘；

将根据任一前述权利要求所述的工具固定在所述第一轴与连接到第二部件的第二轴之间，以便使所述第一轴相对于所述第二轴固定，从而使所述第一部件相对于所述第二部件固定；

使所述第二部件固定；以及

移除所述第一部件。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一轴是中压涡轮轴。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一部件是中压压缩机模块。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二轴是低压涡轮轴。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二部件是低压涡轮。

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