CN1840878A - 双轴涡轮发动机、其动力输出模块和装配该发动机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双轴涡轮发动机，包括：高压转子(2)和低压转子(1)，至少一个附件齿轮箱，驱动装置，驱动向附件齿轮箱传输运动的同轴传动轴(11，12)，其特征为：所述驱动装置包含在其上游端固定到高压转子(2)的高压驱动小齿轮(9)，在高压转子(2)的上游固定到低压转子(1)的低压驱动小齿轮(7)，和直接与驱动小齿轮啮合的动力输出模块(29)，驱动所述传动轴(11，12)。依据本发明，所述传动轴(11、12)彼此同轴运转，因此它们穿过一个单臂。使用动力输出模块(29)简化了机械结构。所述涡轮发动机安装简便。

Description

双轴涡轮发动机、其动力输出模块和装配该发动机的方法

技术领域

本发明涉及一种在低压和高压转子上具有动力输出机构的双轴涡轮发动机，一种用于该涡轮发动机的动力输出模块以及装配该涡轮发动机的方法。

背景技术

航空涡轮发动机产生的动力的一部分既用来为涡轮发动机的又为由涡轮发动机推进的航行器的各种各样的组件提供动力。

实际上，这些动力中的一些被分接高压(HP，high-pressure)压缩器，特别地压缩器的压缩空气用于为航行器机舱加压以及提供空调，或者用于除冰的目的。能量更多的是被机械地分接(tap off)涡轮发动机HP级轴，以驱动位于涡轮发动机外壳上的附件齿轮箱的输入轴。该输入轴由传动轴转动地驱动，所述传动轴沿所述外壳的结构臂运转且它本身由固定在HP轴上的小齿轮驱动。

附件齿轮箱，本领域技术人员将其简称为AGB(accessory gearbox)，包括各种各样的机器或附件，例如发电机、启动器、交流发电机、液压燃油泵等。这些各种各样的附件由该HP轴机械驱动。

一方面，由于电气手段扮演的角色越来越重要，而且电气手段在它们的应用中使用灵活，目前的趋势是增加对机械动力的分接。

然而，分接机械动力的多余的部分对该HP轴的工作具有负面影响，这是由于容易导致压缩机喘振，尤其是当发动机以低速运转时。

现有技术是从低压(LP，low-pressure)轴分接机械动力。设想了各种各样的解决方案。文件FR 2 606 077建议把涡轮发动机的转子直接连接到位于它们附近的差动装置的两输入。但是，由于这种结构在涡轮发动机中心内要求空间，致使这样的结构并不是总是可行。文件GB 937 388这样描述，对于工业涡轮，驱动附件齿轮箱，位于该涡轮的外部的外壳上，使用来自HP轴和LP轴的动力输出：然而，需大量的齿轮组才能将自每一个所述轴的所述动力输出连接到附件齿轮箱。这在现代涡轮发动机是办不到的，这是因为在现代涡轮发动机中，这些齿轮组不得不穿过外壳的结构臂。

某公司提交过法国专利申请号FR 03 14 429的申请，涉及一种双轴涡轮发动机，其附件齿轮箱由连接至传动轴的HP和LP轴驱动，每个穿过一个结构臂且连接至差动装置的两个输入，差速齿轮输出连接至附件齿轮箱的驱动轴。这种解决方法在很多方面都具有优越性，但是，它有时需要不要把两个结构臂搞混，这样才能为转动辅助设备留出尽可能的最大数量的空间。这些辅助设备是载液管道系统或者用于传输电力或信息(例如速度感应器)的电缆的线槽(trunking)。

文件US 4 776 163描述了一种喷气发动机，其中HP和LP轴可交替驱动附件齿轮箱，同轴传动轴将HP和LP轴连接至附件齿轮箱。因为它们是同轴的，这些轴能够沿着共同的结构轴运动。然而，正如从文件中的附图可以看出，从在轴末端的转子的动力输出是非常庞大的，在轴的宽阔区域上需要相当可观的空间。

现代涡轮发动机在传动轴的端部没有这样大的空间用于来自转子的动力输出。此外，现今的涡轮发动机仅设计用于从HP转子的动力输出，需要提出一种用于HP和LP转子的动力输出和传输装置，无需对涡轮发动机作大改动就可安装。就紧固到转子的小齿轮来说，从转子动力输出，有必要遵从最大直径，基于可接受的最大小齿轮外围速度为依据来定义以使齿轮与所定义的滑动(slip)的量啮合。例如，在从转子获取动力的动力输出小齿轮外围的最大允许速度可为160m/sec至170m/sec。还需要安装尺寸较小且重量较轻的动力输出和传输装置。

发明内容

因此，本发明涉及一种双轴涡轮发动机，包括高压转子和低压转子，至少一个附件齿轮箱，驱动装置，传输运动到所述附件齿轮箱的驱动同心传动轴，其特征在于，所述驱动装置包含在其上游端附件紧固到高压转子的高压驱动小齿轮，固定到高压转子上游低压转子的低压驱动小齿轮，直接与所述驱动小齿轮啮合的动力输出模块啮合，驱动所述传动轴。

依据本发明，所述传动轴彼此同轴运转，因此穿过单臂。动力输出模块的使用简化了机械结构，使其可轻而易举地安装在为从HP轴上动力输出而设计的喷气发动机上，仅通过在所述LP轴、所述动力输出模块和所述同轴动力输出轴上加一个小齿轮。通过定义，在安装前模块已装配好，因此，在涡轮发动机上装配，从而使后者装配容易。

本发明还涉及一种用于如前所述的涡轮发动机的动力输出模块，包含箱体和两个固定在所述箱体内的尾端件的动力输出小齿轮。

本发明还涉及一种用于装配如前所述的涡轮发动机的方法，包含步骤：

——安装所述高压转子；

——安装所述动力输出模块；

——把所述传动轴适配到所述动力输出模块；

——安装所述低压转子。

附图说明

图1是本发明涡轮发动机动力输出区域的示意剖面图。

具体实施方式

借助本发明优选实施例的如下介绍，将得到对本发明更好的理解。

本发明涡轮发动机是一种双轴涡轮发动机，包括低压(low-pressure，LP)转子1和高压(high-pressure，HP)转子2，将它们设置以绕该涡轮发动机的轴线3旋转。这种类型的涡轮发动机为本领域技术人员所熟知。例如，它可以是喷气发动机或涡轮螺桨发动机。事实上，它是任何一种包含压缩器和涡轮的具有低压轴和高压轴的双轴涡轮发动机。在本说明书中，内部和外部或内侧和外侧将被理解为内部或者外部，或者该涡轮发动机的关于它的轴线3在径向方向上的里面或者外面。

具体而言，从功能上来说，涡轮发动机包括，在气体流动的方向上从上游(upstream)到下游(downstream)端，风扇、压缩器、燃烧发动机、涡轮和喷气管。由于是双轴发动机，它包括HP压缩器上游LP压缩器和LP涡轮上游HP涡轮。将风扇转子固定在LP压缩器的轴4上，它自己本身则固定在LP涡轮的轴5上。因此，LP转子1包括固定在一起的这三个元件。LP涡轮的轴5在HP转子2内侧同轴运转，它是固定在一起的HP压缩器和HP涡轮的轴。LP压缩器的轴4的下游端，固定到LP涡轮的轴5，位于HP转子2的上游端的上游。LP压缩器的轴4同轴地安装在LP涡轮的轴5的外侧。在LP压缩器的轴4的下游端和HP转子2的上游端有一个密封元件6，在浸润在润滑油薄雾中的在外面的区域和主要循环有空气的内部区域之间提供密封。

在其下游端附近，LP压缩器的轴4包括被称为LP驱动小齿轮7的驱动小齿轮7。这个LP驱动小齿轮7位于LP压缩器的轴4的下游轴承8的下游。在其上游端附近，HP转子2包括被称为HP驱动小齿轮9的驱动小齿轮9。这个HP驱动小齿轮9位于HP转子2的上游轴承10的上游。LP驱动小齿轮7的直径大于HP驱动小齿轮9的直径。

该涡轮发动机包括传输LP轴的运动且被称为LP传动轴11的传动轴11，和传输HP轴的运动且被称为HP传动轴12的传动轴12。

来自LP驱动小齿轮7和HP驱动小齿轮9的动力输出模块29旋转地驱动LP传动轴11和HP传动轴12。

HP传输轴12在其内部端连接并固定到动力输出模块29的动力输出小齿轮13，其被称为HP动力输出小齿轮13，设计成与HP驱动小齿轮9啮合。LP传动轴11在其内部端连接并固定到动力输出模块29的动力输出小齿轮14，其被称为LP动力输出小齿轮14，设计成与LP驱动小齿轮7啮合。LP动力输出小齿轮14与HP动力输出小齿轮13是同轴的，其直径比后者大，位于外侧。

每一个动力输出小齿轮，HP动力输出小齿轮13和LP动力输出小齿轮14，固定到动力输出模块29的各自的尾端件15、16，尾端件连接并固定在相应的HP轴12或LP轴11上。从外侧向内，每个尾端件15、16包括圆柱体部分和截头圆锥体部分，其直径在向内部增加。相应的HP动力输出小齿轮13或LP动力输出小齿轮14各自地位于截头圆锥体部分的内部端，在这里与尾端件15、16形成了支撑它的一个元件。

安装在尾端件15、16之间的是一套允许这些元件15、16和传动轴12、11关于于彼此旋转的轴承，或者同向或者反向，根据设计的HP转子2和LP转子的旋转方式而定。在这里，从外侧向内，这套轴承包括：第一滚柱轴承17，滚球轴承18和第二滚柱轴承19，滚球轴承18还与使尾端件15、16一个相对于另一个轴向地定位有关，第二滚柱轴承19位于LP传动轴11的尾端件16的内部端。

尾端件15、16的外部部分，即位于相对于动力输出小齿轮13、14外部的这些元件的部分，被封并卡在涡轮发动机的动力输出模块29的箱体20内，被称为箱体20。箱体20呈管状且与尾端件15、16同轴运转，因此也分别与HP传动轴12和LP传动轴11同轴运转；更具体地说，它是截头圆锥体的总体形状，它的直径面向内部增加以与尾端件15、16的形状匹配。在LP传动轴11的尾端件16和箱体20之间有两个轴承，朝着箱体20的外侧端放置且也作用于关于箱体20尾端件16的轴向定位的滚球轴承21，朝着箱体20内侧端放置的滚柱轴承22。

凸缘(flange)部分23将箱体20安装到涡轮发动机的固定结构上，呈现出上游部分24紧靠箱体20的上游外部形状，在下游方向上延伸，并呈现出弯曲部25，从弯曲部25显示出与涡轮发动机的轴线3横向地运转的部分26，该例中使用螺栓将部分26固定到涡轮发动机的固定结构的凸缘27上。在它的下游侧，将上游部分24固定在从箱体20凸出的凸缘28上，在这里使用螺栓。

因此，LP传动轴11和HP传动轴12分别通过箱体20固定到喷气发动机的固定结构上，动力输出模块的尾端件16、15也得到了保护。它们可绕着它们的轴自由转动。

本发明动力输出模块29的安装方法和工作方法现在将作详细描述。动力输出模块29分别包括HP动力输出小齿轮13和LP动力输出小齿轮14，相应的尾端件15、16和箱体20，还有相应的轴承17、18、19、21、22。

很快将注意到，涡轮发动机的整个结构，该结构设计在纵向位置在HP轴上加上动力输出设备，类似本发明的结构，与本发明的用于驱动传动轴11、12的装置的配合几乎没作改动，因为全部需要就是在LP转子1上驱动小齿轮7的扩充、动力输出模块29和两个同轴传动轴11、12。由于该装配结构紧凑，其体积得到了限制。驱动传动轴11、12的装置分别是LP压缩器的轴4的LP驱动小齿轮7和HP涡轮的轴5的HP驱动小齿轮，以及动力输出模块29。

当装配涡轮发动机时，最先安装HP转子2。然后安装动力输出模块29的箱体20，其已经包含传动轴12、11的尾端件15、16和所有需要的轴承17、18、19、21、22，不是在本装配阶段将尾端件15、16固定到它们各自的轴12、11上的。换而言之，动力输出模块29已预先装配好，直接“作为一个单元”安装在涡轮发动机。将箱体20固定到涡轮发动机的固定结构的凸缘27上。在安装模块29的过程中，HP传动轴12的尾端件15的HP动力输出小齿轮13将与HP转子2的HP驱动小齿轮9啮合。

然后将传动轴11、12适配在涡轮发动机的结构臂中，通过结构臂运转。在这里考虑到的详细的例子中，该涡轮发动机是喷气发动机，传动轴11、12沿着本领域的技术人员所熟知的被称为中间壳体的一个臂运转，中间壳体是形成喷气发动机固定结构的一部分的结构壳体，其外套位于风扇壳的延长部分，通常连接支架用于把发动机固定到发动机要推进的航空器。当它们安装好后，传动轴11、12与它们相应的尾端件16、15啮合，以这种方式来固定到它，至少就旋转来说。在这里考虑到的详细的例子中，HP传动轴12的尾端件15的外部包含键(spline)31，在其外围，HP传动轴12的内部端上的键(spline)32啮合，键32开在管状内部端部的内部部分。因此这两个元件一起转动象一个元件一样。同理，LP传动轴11的尾端件16的外部部分是管状的，具有从其内部周边延伸的键33，与在LP传动轴11的内部端上的键34啮合，其从这个管状内部端部的外部部分延伸。因此这两个元件一起转动象一个元件一样。

然后将LP转子1装进涡轮发动机。这样做时，LP压缩器的轴4的LP驱动小齿轮7将与LP传动轴11的尾端件16的LP动力输出小齿轮14啮合。

动力输出模块29、LP转子1和HP转子2和LP传动轴11和HP传动轴12分别地彼此安装，驱动传动轴11、12的装置正确地定位。

随着涡轮发动机工作，LP转子1和HP转子2旋转，在同一个方向上或者在不同的方向上，根据涡轮发动机是如何设计的。它们的LP驱动小齿轮7和HP驱动小齿轮9分别旋转地驱动动力输出模块29的各自的动力输出小齿轮14和13，通过尾端件16、15和键(31，32)、(33，34)旋转地驱动LP传动轴11和HP传动轴12。在它们的外端部，传动轴11、12连接至一个或多个附件齿轮箱。因此，每个传动轴11、12能够驱动不同的附件齿轮箱或者可替换地传动轴11、12以这种方式接合以驱动同一个附件齿轮箱。为此，例如，传动轴11、12可驱动差速齿轮的输入，差速齿轮的输出连接至附件齿轮箱的驱动轴，以本领域技术人员熟知的方式。

可注意到，在图示的实施例中，传动轴11、12的轴线30不在该涡轮发动机的轴线3的正确角度。转子1、2的驱动小齿轮7、9和动力输出模块29的动力输出小齿轮14、13作相应地结构安排。根据所选的实施例，这些小齿轮可以是直齿、斜齿或其他形式的小齿轮，由本领域技术人员设计以确保正确的动力输出。在这里传动轴11、12的轴线30所形成的角度如事实所述：穿过结构臂的轴11、12与动力输出的区域非完全地垂直，再者，与HP转子2的上游端和LP压缩器的轴4的下游端所处的区域一致。

依据本发明，两个传动轴11、12是同轴的，这意味着它们可穿过涡轮发动机的一个单臂。此外，动力输出模块29安装非常容易，将LP传动轴11和HP传动轴12分别推入它们各自的尾端件16、15，以使可由LP转子1和HP转子2旋转地驱动。HP转子2的HP驱动小齿轮9的直径是较小的一个，这样可满足齿轮啮合的允许的外围速度的限度，因此运动能够在最小动力传动耗损下传输。由于LP转子1在低速下运转LP驱动小齿轮7允许有较大的直径。动力输出模块29和驱动装置的紧凑性通常导致了体积和质量的最小化。

Claims (10)

1.一种双轴涡轮发动机，包括，高压转子(2)和低压转子(1)，至少一个附件齿轮箱，驱动装置，将运动传输给所述附件齿轮箱的驱动同轴传动轴(11，12)，其特征在于：

所述驱动装置包含紧固到在其上游端附件的高压转子(2)的高压驱动小齿轮(9)，紧固到高压转子(2)的上游低压转子(1)的低压驱动小齿轮(7)，和直接与所述驱动小齿轮啮合的动力输出模块(29)，驱动所述传动轴(11，12)。

2.如权利要求1所述的涡轮发动机，其中：传动轴(11，12)适配入所述动力输出模块(29)。

3.如权利要求1或2所述的涡轮发动机，其中：所述动力输出模块(29)包含与所述高压驱动小齿轮(9)啮合的高压动力输出小齿轮(13)，与所述高压动力输出小齿轮(13)同轴且与所述低压驱动小齿轮(7)啮合的低压动力输出小齿轮(14)。

4.如权利要求3所述的涡轮发动机，其中：所述动力输出小齿轮(13，14)紧固到固定到涡轮发动机固定结构的箱体(20)内的尾端件(15，16)。

5.如权利要求4所述的涡轮发动机，其中：所述传动轴(11，12)通过键((31，32)，(33，34))与所述尾端件(15，16)啮合。

6.如权利要求1至5所述的任意一种涡轮发动机，其中：所述高压驱动小齿轮(9)的直径小于所述低压驱动小齿轮(7)的直径。

7.如权利要求1至6所述的任意一种涡轮发动机，其中：所述高压驱动小齿轮(9)位于所述高压转子(2)的上游轴承(10)的上游，所述低压小齿轮(7)位于所述低压转子(1)的所述低压压缩器轴(4)的下游轴承(8)的下游。

8.如权利要求1至7所述的任意一种涡轮发动机，是喷气发动机，其中，所述传动轴沿着中间壳体的一个结构臂运转。

9.用于依据权利要求1至8所述的任意一种涡轮发动机的动力输出模块，包括：箱体(20)和两个紧固到所述箱体(20)内的尾端件(15、16)的动力输出小齿轮(13，14)。

10.用于装配依据权利要求1至8所述的任意一种涡轮发动机的方法，包括下述步骤：

——安装所述高压转子(2)；

——安装所述动力输出模块(29)；

——把传动轴(11，12)适配入所述动力输出模块(29)，和

——安装所述低压转子(1)。

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