CN104246143A - 用于涡轮机械的动力传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动力传输系统，特别地用于涡轮机，诸如飞机涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，包括通过连接装置(30)，诸如锥齿轮连接主动轴(31)和驱动设备或附件的传动轴(40)。该传动轴(40)旨用于在超临界速度下运转和包括用于在其共振速度时阻尼振动的装置。

Description

用于涡轮机械的动力传输系统

本发明涉及动力传输系统以及涉及装配到这种系统的涡轮发动机。

传统地，涡轮发动机包括上游风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮机和低压涡轮机。结构中间壳体布置在低压和高压压气机之间和包括臂，该臂横穿流过压气机、燃烧室和涡轮机的主气流，以及横穿在涡轮喷气发动机旁侧通过的次级气流而延伸。

动力传动轴，通过连接装置，诸如锥齿轮，连接高压压气机轴，并且它在中间壳体的径向臂中一个径向臂内径向地延伸，以驱动设备的各个附件和部件。

目前，设计传动轴的尺寸，以使得它的第一共振速度比运转中其最大旋转速度要快。在这种结构中，传动轴被说成在“亚临界”条件下运转，并且它在运转中不能进入共振，因此限制了传动轴的振动。

然而，为了使得传动轴能够在亚临界条件下运转，必需设计所述轴的尺寸，使得其具有至少一些最小直径，以确保它是足够刚性的，因此增加了其重量。用于传动轴的该最小直径要求安装它的径向臂具有至少一些相应最小的截面。

不幸地是，安装传动轴的径向臂也需要使它所延伸横穿的主气流和次级气流能够几乎不被干扰，并且使用大截面的径向臂难以达到，因此降低了涡轮发动机的气动力性能和降低了涡轮发动机的效率。

本发明的特定目的是对现有技术的这些问题提供简单、有效和廉价的解决方案。

为此，本发明提供了动力传输系统，特别地用于涡轮发动机，诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，该系统包括通过连接装置，例如，诸如锥齿轮连接主动轴和驱动设备或附件的传动轴，该系统的特征在于传动轴设计为在超临界条件下运转和包括用于在其共振速度时阻尼振动的阻尼器装置。

轴的大量相关参数，诸如其重量、其材料、其截面、其长度、其形状等，所有都对其共振速度具有影响。特别地，减小轴的截面用于降低其共振速度。

在本发明中，设计动力传输系统的轴的尺寸，以致于至少它的第一共振速度位于运转中传动轴的旋转速度的范围内，因此使得其截面，和由此使得其重量和其尺寸能够被减少，但是因为本发明所提供的振动吸收器装置，不会导致通过其共振速度的问题。在涡轮发动机中，那么减少安装传动轴的中间壳体径向臂的截面变得可能，由此使得臂的气动力性能能够被改善和增加涡轮发动机的效率。

根据本发明的另一个特征，阻尼器装置可移除地被安装在固定结构元件所带有的外壳中，因此可以移除该可移除的外壳，以移除传动轴和阻尼器装置，因此有利于维修操作。

有利地，外壳以可移除的方式结合在连接装置的外壳中，该连接装置用于连接传动轴和它将要驱动的设备。

在本发明的实施方式中，振动阻尼器装置包括油膜压缩阻尼器。

优选地，油膜压缩阻尼器绕着用于导向传动轴的轴承形成。

在本发明的特定的实施方式中，阻尼器的油膜形成在可移除的外壳的内环形表面和绕着导向轴承的外环的环形部件之间的环形空间中。

根据本发明的另一个特征，通过接合在环形部件的环形外壳中和/或可移除的外壳中至少两个环形密封垫侧向地限定该油膜。

然而，根据本发明的另一个特征，导向轴承接合在轴的圆柱形轴承表面上以及在一端被螺母和在它的另一端被传动轴的径向边缘轴向地保持，该螺母螺合到圆柱形轴承表面或环形部件的螺纹部分上。

本发明也提供了涡轮发动机，其包括上述的至少一个传输系统，并且其中传动轴在中间壳体的径向臂中延伸。

有利地，与在径向臂中安装阻尼器装置比较，阻尼器装置绕着传动轴的径向外端可移除地安装，因此避免用于通过传动轴的径向臂截面的任何增加。

优选地，阻尼器装置安装在可移除的外壳中和中间壳体所带有的固定结构中开口内，该可移除的外壳绕着传动轴的径向外端。

以在传动轴的径向外端这种方式安装可移除的外壳使得可移除的外壳能够被简单和快速地与传动轴一起被移除，以进行维修操作。而且，在运转中，绕着径向臂流动的次级气流的流动可以引起中间壳体的变形。在径向外部位置安装可移除的外壳可以限制中间壳体的任何变形对阻尼器装置的影响，由此确保阻尼器装置的正确运转。

本发明也提供了通过传动轴将动力传输给涡轮发动机，诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的设备或附件的方法，该传动轴通过连接装置连接主动轴，该方法的特征在于：它在于引起传动轴以超临界速度旋转和在于它在它的共振速度运转时的阻尼振动。

通过阅读下面参考附图和非限制性实施例所进行的描述，呈现了本发明的其它优点和特征，其中：

图1是涡轮发动机的轴向截面示意图。

图2是传动轴的径向外端部分和连接发动机的设备的装置的轴向截面示意图。

图3是图2中以虚线部分所画出轮廓的区域的放大比例的轴向截面示意图。

图4是本发明变化实施方式中在传动轴的径向外端，在可移除的外壳中安装的阻尼器装置的立体和截面示意图。

图5是图4外壳的截面示意图。

图6和图7是在本发明的另一个变形中安装阻尼器装置的连接装置的立体示意图。

图8是图6外壳的截面示意图。

首先参考图1，其表示涡轮发动机10，从上游到下游包括：风扇12；低压压气机14；中间壳体16；高压压气机18；燃烧室20；高压涡轮机22；和低压涡轮机24。进入发动机的空气被分成主气流(箭头A)和次级气流(箭头B)，主气流流过低压和高压压气机14、18内，到达燃烧室20，然后通过高和低压涡轮机22、24，而次级气流在压气机14、18、燃烧室20和涡轮机22、24旁侧流动。

中间壳体16具有结构臂26，该结构臂26向外径向地延伸通过主气流和次级气流(箭头A和B)。中间壳体16的臂26的一个臂包括径向动力传动轴28，后者具有通过内部连接装置旋转地连接高压压气机18的轴31的其内端。传动轴18的径向外端通过外部连接装置30连接到设备的部件，诸如，例如：润滑单元；液压泵；启动器；发电机等。

外部连接装置30布置在外壳32中，该外壳32邻近安装将要被驱动的设备的外壳34。

由风扇壳体36和由中间壳体16的外部环形护罩38带有连接装置30的外壳32和附件外壳34。

运转时，传动轴28将来自于高压压气机的主动轴31的动力传输给需要这种动力和在外壳34中所安装的设备。

为了限制传动轴28的振动，它需要具有足以提供给其足够刚性的直径，以避免它具有位于运转中其旋转速度范围中的共振速度。

结果，用于通过传动轴28的径向臂26也必须具有用于安装传动轴28的足够大的截面，因此降低了绕着径向臂26的气动力性能和降低了发动机10的效率。

本发明通过提供动力传输系统，提供了对该问题的解决方案，其中，通过添加阻尼器装置用于当传动轴通过其共振速度时限制传动轴40的振动，传动轴40设计为在超临界条件下运转，即，该超临界条件具有在传动轴40的运转中旋转速度范围内的至少一个共振速度。

图2表示本发明传输系统的传动轴40的径向外端。

传动轴40的径向外部部分安装在连接装置的管状轴42中。传动轴40通过传动轴40的外表面中所形成沟槽44和管状轴42的内表面中所形成的互补沟槽46旋转地联结管状轴42。

在管状轴42的外周缘上，管状轴42包括与轴48的锥齿轮46啮合的锥齿轮45，用于将动力传递给设备。管状轴42的锥齿轮46被插置在锥齿轮45的每侧上所安装的两个滚动轴承50和52之间。每个轴承50、52包括固定到外壳32的外环54、56，该外壳32安装连接装置30。

本发明的传输系统30包括插入在连接装置30的外壳32的开口中和绕着传动轴40的径向外端接合的可移除的外壳58。可移除的外壳58具有外环形边缘60，后者压靠连接装置的外壳32中开口的外部周围。可移除的外壳58基本地是在两端开口的圆柱形形式。可移除的外壳58中的开口通向连接装置的外壳32的外侧和由罩盖62关闭，该罩盖62包括以密封方式与可移除的外壳58中开口的内部接合和绕着其外周缘连接到环形边缘66的中心部分64，该环形边缘66施加靠着可移除的外壳的环形边缘60。

传动轴40的径向外端包括圆柱形轴承表面68，后者具有安装在其上的第一和第二轴向地叠置的轴承70和72，诸如滚珠轴承。通过螺合到在圆柱形轴承表面68的自由端的螺纹上的螺母78，以及通过在圆柱形轴承表面68的另一端所形成的径向突出的环形边缘80，防止第一和第二轴承70、72的内环74、76轴向地移动。

环形部件82绕着轴承70、72的外环84、86安装，以在环形部件82和外表面和可移除的外壳58的内表面之间留出环形空间。由环形部件82的外表面中环形沟槽中所安装的环形密封垫88轴向地封闭该环形空间。

环形空间充满油，以形成基于压缩(挤压)的油膜的阻尼器，当传动轴40通过它的共振速度时，该阻尼器吸收传动轴40的振动。通过可移除的外壳的厚度中所形成和打开到环形空间中的至少一个通道41，输送油。该通道连接给油装置。

通过位于传动轴40的自由端的旁边的停靠在可移除的外壳58的内表面的肩部89上的环形部件82的端部，防止环形部件82在可移除的外壳58中轴向地移动。环形部件82在相同端包括环形边缘90，防止靠着该环形边缘90的第一轴承70的外环84轴向地移动。

在环形部件的另一端，通过环形垫圈92和用于锁定垫圈92的螺母94防止环形部件轴向地移动，螺母94在其外表面上具有接合可移除的外壳58的内表面上互补螺纹的螺纹。

如下所述安装可移除的外壳58和绕着传动轴40径向外端的油膜压缩阻尼器装置：通过在可移除的壳体58内平移移动环形部件82而插入它，以便于夹住它对接靠着肩部89，然后操作者连续地插入第一和第二轴承70、72，然后插入垫圈92，接着是螺母94，后者螺合在可移除的外壳58中。通过这种方式装配的可移除的外壳58安装在传动轴40上，这样第一和第二轴承70、72的内环74、76在圆柱形轴承表面68上滑动，直到第二轴承72的内环76开始对接靠着传动轴40的径向边缘80。然后，螺母78螺合到圆柱形轴承表面68的自由端上，因为防止第一和第二轴承70和72在传动轴40上移动。由传动轴40和可移除的外壳58所形成的组件然后插入在连接装置的外壳32中的开口中，直到可移除的外壳58的环形边缘60开始承靠连接装置的外壳32中开口的外部周围。最后，在最好一步中，罩盖62安装在可移除的外壳58上，以关闭其开口，如图2和图3中所示。

图4和图5表示本发明的变化实施方式。在该变化形式中，外壳92同样地是基本上圆柱形形状，在位于连接装置32的外壳内的其端部具有径向边缘94。环形部件96具有径向环形边缘98，后者位于面对动力传动轴40的径向环形边缘80。螺母100接合环形部件96的内面，并且在位于远离其环形边缘98的其端部，螺母100开始承靠第一轴承70的外环84。在图4中示出了在其分离位置的罩盖102，并且该罩盖102同样地具有以密封方式接合在可移除的外壳92内的中间部分104，如图5中所示。远离罩盖102边缘108的罩盖102的端部106开始承靠环形部件96，以轴向地保持它在可移动的外壳92中适当的位置。

在本发明的该变化实施方式中，如下所述进行安装：环形部件96插入到可移除的外壳92内部，以开始对接靠着可移除的外壳92的径向环形边缘94。第一和第二轴承72和78安装在传动轴70的圆柱形轴承表面68和环形部件96之间，然后螺母100与环形部件96接合。由传动轴40和可移动的外壳92所形成的组件然后插入到连接装置的外壳32的开口中。罩盖102最后安装在可移动的外壳92上。

图6和图7表示本发明的另一个变化实施方式。图6表示固定到附属装置的外壳112的连接装置的外壳110。在该变化形式中，安装阻尼器装置的外壳114通过开口116进行安装，该开口116用于通过设备的动力输出轴，并且该外壳114螺合到位于连接装置的外壳110内部的固定部分118。

不像两个上述实施方式，外壳114被完全地接收在连接装置的外壳110内部，并且它不是通过外壳110中的开口被安装的，该开口用于插入动力传动轴。在该结构中，移除安装阻尼器装置的外壳114由此需要移除附属外壳112。

在本发明的该变化形式中，如下所述进行安装：经由用于通过动力输出轴的孔116安装外壳114。然后，环形部件120和滚动轴承72、78绕着轴的圆柱形轴承表面68安装，然后，螺母100接合环形部件120。安装在动力传动轴40上的该组件插入到外壳114内部，然后安装罩盖122，以致于它的内端开始承靠环形部件，并且以关闭连接装置的外壳的开口。

如图5和图7中所示，罩盖102、122可以包括轴向指部124、126，后者在动力传动轴40内部延伸和包括与罩盖102、122的中间部分104、132的一个或多个通道130配合至少一个内部通道128。这些通道130连接给油装置以致于油可以流到手指部124、126的自由端，并且它们突出到轴内部。然后，该油经由轴中所形成的孔134流到滚动轴承72、78。

与现有技术比较，本发明可以减少传动轴40的径向尺寸和它所安装在其中的中间壳体的径向臂的径向尺寸。由此，更容易成形径向臂以致于它允许运转中良好的空气流动。减少轴40的径向尺寸使得它能够在超临界模式下运转，因为振动阻尼器装置的存在，而不会导致关于通过其共振速度的困难。

特别地当可以移除外壳，而不移除附属外壳或连接装置的外壳时，在传动轴40的径向外端布置可移动的外壳58的使用有利于维修操作。在图中所示的所有结构中，阻尼器装置安装在轴的径向外端，因此使得它们更容易移除。

最后，在运转中，壳体，并且特别地中间壳体，在气动力学力的作用下变形，这可以导致内连接装置和外连接装置之间未对准。在本发明中，在运转中固定到外连接装置的外壳和中间壳体的外壳58、92、114中安装阻尼器装置用于使得阻尼器装置对这种变形不敏感，因此最佳化阻尼器装置的运转。

在本发明的其它实施方式中，振动阻尼器装置可以安装在传动轴40的径向内端，然而，如参考图2和图3所描述的，作为它安装在传动轴40的径向外端的布置。这将不容易安装和移除。在本发明的其它变化实施方式中，滚动轴承可以是滚珠类型的轴承，例如具有圆锥形接触表面类型的滚珠轴承，这使得它可以同时地吸收径向和轴向的载荷。

Claims (12)

1.动力传输系统，特别地用于涡轮发动机，诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，该系统包括通过连接装置(30)，例如，诸如锥齿轮连接主动轴(31)和驱动设备或附件的传动轴(40)，该系统的特征在于：传动轴(40)设计为在超临界条件下运转和包括用于在其共振速度时阻尼振动的阻尼器装置。

2.根据权利要求1的系统，其特征在于：阻尼器装置可移除地安装在固定结构元件所带有的外壳(58、92、114)中。

3.根据权利要求2的系统，其特征在于：外壳(58、92、114)以可移除的方式被结合在连接装置的外壳(32)中，该连接装置用于连接传动轴(40)和它将要驱动的设备或附件。

4.根据权利要求2或权利要求3的系统，其特征在于：振动阻尼器装置包括油膜压缩阻尼器。

5.根据权利要4的系统，其特征在于：油膜压缩阻尼器绕着用于导向传动轴(40)的至少一个轴承(70、72)形成。

6.根据权利要求5的系统，其特征在于：阻尼器的油膜形成在可移除的外壳(58、92、114)的内环形表面和绕着导向轴承的外环(84、86)的环形部件(82、96、120)之间的环形空间中。

7.根据权利要6的系统，其特征在于：通过接合在环形部件的环形外壳中和/或可移除的外壳(58)中至少两个环形密封垫(88)侧向地限定该油膜。

8.根据权利要求5或权利要求6的系统，其特征在于：导向轴承(70、72)接合在轴(40)的圆柱形轴承表面(68)上以及在一端被螺母(78)和在它的另一端被传动轴(40)的径向边缘(80)轴向地保持，该螺母(78)螺合到圆柱形轴承表面(68)或环形部件(96、120)的螺纹部分上。

9.涡轮发动机，其特征在于：它包括根据任何前面权利要求的至少一个传输系统，并且其中传动轴(40)在中间壳体(16)的径向臂中延伸。

10.根据权利要求9的涡轮发动机，其特征在于：阻尼器装置绕着传动轴(40)的径向外端可移除地安装。

11.根据权利要求10的涡轮发动机，其特征在于：阻尼器装置安装在可移除的外壳(58、92)中和中间壳体所带有的固定结构中开口内，该可移除的外壳(58、92)绕着传动轴(40)的径向外端。

12.通过传动轴(40)将动力传输给涡轮发动机，诸如飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的设备或附件的方法，该传动轴(40)通过连接装置(30)连接主动轴(31)，该方法的特征在于：它在于引起传动轴以超临界速度旋转和在于它在它的共振速度运转时的阻尼振动。