CN113056597A - 具有游星式或行星式变速箱的双流涡轮喷气发动机组件 - Google Patents

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CN113056597A CN201980075806.8A CN201980075806A CN113056597A CN 113056597 A CN113056597 A CN 113056597A CN 201980075806 A CN201980075806 A CN 201980075806A CN 113056597 A CN113056597 A CN 113056597A
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Abstract

本发明涉及一种涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机包括轴(AC)，该轴被低压转子(RB)包围，并且被独立的同轴高压主体(CH)包围，所述涡轮喷气发动机从上游(AM)到下游(AV)包括：‑风扇，该风扇由轴(AC)驱动；‑低压压缩机，该低压压缩机由转子(RB)支撑；‑压缩机间壳体；‑高压压缩机和高压涡轮，该高压压缩机和高压涡轮由高压主体(CH)支撑；‑涡轮间壳体(18)；‑低压涡轮(19)，该低压涡轮由转子(RB)支撑；‑排气壳体(21)；所述涡轮喷气发动机包括：‑上游转子轴承(24)，该上游转子轴承由压缩机间壳体支撑；‑下游转子轴承(26)，该下游转子轴承由排气壳体(21)支撑；‑变速箱(22)，该变速箱在下游轴承(26)的下游，并且转子(RB)通过变速箱驱动轴(AC)；‑轴的上游轴承(34)，该轴的上游轴承在转子的上游轴承(26)的上游。

Description

具有游星式或行星式变速箱的双流涡轮喷气发动机组件
技术领域
本发明涉及一种集成了游星式或行星式变速箱的双轴涡轮喷气发动机组件。
背景技术
在图1所示的这种发动机1中，空气吸入到入口管道2中，以在被分成中心主流和包围主流的次级流之前穿过包括一系列旋转叶片的风扇3。
然后，主流在到达燃烧室7之前在压缩级4和6中被压缩，在压缩之后，主流在向后排出之前通过高压涡轮8和低压涡轮9膨胀。进而，次级流在由壳体11界定的流路径内被风扇直接向后推进。
这种双转轴型发动机包括所谓的低压转轴和所谓的高压转轴，风扇3通过该低压转轴联接到低压涡轮，压缩机通过该高压转轴联接到高压涡轮，这两个转轴是同轴的并且独立于彼此可旋转。
由于变速箱***在低压涡轮和风扇之间，则低压涡轮比由该转轴驱动的风扇旋转得更快，以提高效率。在该构造中，低压转轴包括用于驱动风扇的中心轴和转子，该转子承载低压涡轮，同时通过变速箱连接到中心轴。
高压转轴和低压转轴由发动机的结构元件承载的轴承保持。实际上，低压转轴是组件的关键元件，因为该低压转轴的中心轴基本上在发动机的整个长度上延伸，使得在操作期间，即当中心轴旋转时，该中心轴可能经受可能导致发动机损坏的振动模式。特别地，由于该中心轴的长度相当大，中心轴的第一弯曲振动模式位于其运行范围内，即位于对应于其旋转频率的频率范围内。
这种情况需要对中心轴进行高速平衡，而且还需要提供能够阻尼该中心轴的振动模式的轴承，以限制可能的不平衡。通常由缩写SFD表示“挤压油膜阻尼器”的这种轴承包括固定的软保持架，该保持架承载容纳中心轴的轴承，围绕该轴承保持液压，这种轴承类型的实施是昂贵的。
本发明的目的是提供一种组件解决方案，该组件解决方案使得能够改进低压旋转元件的保持，以限制对用于阻尼振动模式的复杂轴承的采用。
发明内容
为此，本发明的一个目的是一种双流涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机包括中心轴，该中心轴一方面被低压转子并且另一方面被高压转轴同轴地包围，该低压转子和该高压转轴彼此同轴，该高压转轴独立于低压转子和中心轴可旋转，该涡轮喷气发动机，根据其运行时穿过涡轮喷气发动机的流的流通方向，从上游到下游包括：
-风扇，该风扇由中心轴驱动；
-低压压缩机，该低压压缩机由低压转子承载；
-压缩机间壳体；
-高压压缩机和高压涡轮，该高压压缩机和高压涡轮属于高压转轴；
-涡轮间壳体；
-低压涡轮，该低压涡轮由低压转子承载；
-排气壳体；
该涡轮喷气发动机还包括：
-上游转子轴承，该上游转子轴承由压缩机间壳体承载，并且可旋转地引导低压转子；
-下游转子轴承，该下游转子轴承由排气壳体承载，并且可旋转地引导低压转子；
-变速箱，低压转子通过该变速箱驱动中心轴，该变速箱被定位在下游转子轴承的下游；
-下游轴轴承，该下游轴轴承可旋转地引导中心轴，同时被定位在下游转子轴承的下游。
利用这种组件，由于轴轴承被定位在下游，则中心轴的速度降低并且该中心轴的长度增加，这有助于降低该中心轴的正常模式的频率，以使该频率偏离旋转频率。中心轴的该速度的降低还使得能够增加风扇直径，而不会使该风扇的叶片的尖端速度变得过快。
本发明还涉及一种如所限定的涡轮喷气发动机，其中变速箱被定位在至少一个径向臂的下游，径向臂用于属于排气壳体的辅助通道并将排气壳体的内护罩连接到该排气壳体的外护罩。
本发明还涉及一种如所限定的涡轮喷气发动机，其中下游中心轴轴承是轴间轴承，该轴间轴承包围中心轴并被低压转子包围。
本发明还涉及一种如所限定的涡轮喷气发动机，其中下游中心轴轴承由排气壳体承载，同时被定位在变速箱的下游。
本发明还涉及一种如所限定的涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机包括低压中间轴承，该低压中间轴承由涡轮间壳体承载并容纳低压转子。
本发明还涉及一种如所限定的涡轮喷气发动机，该涡轮喷气发动机包括由排气壳体承载的出口锥体，并且其中下游轴轴承被定位在出口锥体的内部空间中。
本发明还涉及一种如所限定的涡轮喷气发动机，其中变速箱被定位在内部空间内。
本发明还涉及一种如所限定的涡轮喷气发动机，其中变速箱是游星式变速箱，该游星式变速箱包括：
-行星轮，该行星轮由行星架承载，该行星架由中心轴承载；
-内冠部，该内冠部由低压转子承载；
-外冠部，该外冠部由排气壳体承载；
-每个行星轮与内冠部和外冠部啮合。
本发明还涉及一种如所限定的涡轮喷气发动机，其中变速箱是行星式变速箱，该行星式变速箱包括：
-行星轮，该行星轮由行星架承载，该行星架由排气壳体承载；
-内冠部，该内冠部由低压转子承载；
-外冠部，该外冠部由中心轴承载；
-每个行星轮与内冠部和外冠部啮合。
附图说明
图1是已知的双流双转轴涡轮喷气发动机的纵向截面视图；
图2是根据本发明的涡轮喷气发动机架构的示意性纵向截面视图；
图3是根据本发明的涡轮喷气发动机的后部分的示意性纵向截面图；
图4是根据本发明的变型的涡轮喷气发动机的后部分的示意性纵向截面图；
图5是对根据本发明的架构中的出口锥体进行冷却的示意图。
具体实施方式
如图2示意性所示，根据本发明的发动机的特征在于架构，该架构包括在其上游部分AM处的风扇13，该风扇由在发动机的大部分长度上延伸的中心轴AC驱动旋转，根据常规惯例，从上游AM到下游AV相对于该发动机中的流的流通方向限定。
该风扇13之后是低压压缩机14，该低压压缩机属于包围中心轴AC的低压转子RB，该低压压缩机14之后是高压压缩机16，以在流吸入到被定位在紧邻该高压压缩机16的下游的未示出的燃烧室中之前对流进行压缩。
在流体通过燃烧室之后，流体通过驱动压缩机16的高压涡轮17膨胀。高压压缩机16的叶片和高压涡轮17的叶片由同一高压转轴CH承载，或者与该高压转轴一体地制成。该高压转轴CH沿着轴线AX在发动机的中心区域中延伸，该高压转轴包围低压转子RB，同时完全独立于该低压转子可旋转。
在流体穿过高压涡轮17之后，流体在穿过低压涡轮19之前在未示出的涡轮间壳体中过渡，然后通过排气壳体21排出。
涡轮间壳体包括同心的外护罩和内护罩以及一组固定的径向叶片，外护罩和内护罩在它们之间界定用于主流通过的环形空间，每个径向叶片将外护罩连接到内护罩并使得主流能够不扭转。类似地，排气壳体21包括同心的外护罩和内护罩以及一组固定的径向臂，外护罩和内护罩界定用于膨胀的主流通过的环形空间，每个径向臂将这两个护罩彼此连接。
低压涡轮19和低压压缩机14由低压转子RB承载，以与该低压转子形成一组，并且该低压转子通过被定位在下游AV的游星式变速箱22可旋转地连接到中心轴AC。因此，低压转子RB比风扇13旋转得更快，这使得能够提高发动机的效率。
排气壳体21由出口锥体23承载，该出口锥体封闭发动机的被定位在主流路径的径向向内的下游区域，该出口锥体23向下游延伸。变速箱22被定位在由排气壳体21和延伸该壳体21的出口锥体23界定的内部空间E内。
低压转子RB由上游轴承24和下游轴承26保持并可旋转地引导，该上游轴承被定位在高压压缩机16的上游，同时由在压缩机14和16之间延伸的未示出的压缩机间壳体承载，该下游轴承26被定位在该低压涡轮19和变速箱22之间，同时由排气壳体21承载。
有利地，附加的中间轴承27被设置在高压涡轮17和低压涡轮19之间，同时由被定位在涡轮17和19之间的未示出的涡轮间壳体承载，以将低压转子RB保持在该区域中。因此，上游轴承24被定位在高压转轴CH的上游，而中间轴承27和下游轴承26被定位在高压转轴CH的下游。
两个轴承24和26中的至少一个轴承是推力轴承，即承受由低压涡轮19产生的轴向推力，以将该轴向推力传递到发动机的结构。
图2和图3的示例的变速箱22是游星式变速箱。该游星式变速箱包括行星小齿轮28，该行星小齿轮包围内冠部29并被外冠部31包围，每个行星小齿轮与这两个冠部啮合，这些小齿轮28由行星架32承载。
行星架32可旋转地移动，同时被刚性地固定到中心轴AC。进而，内冠部29被刚性地固定到低压转子RB，而外冠部31被刚性地固定到排气壳体21，同时由该排气壳体承载。
还可以提供行星式变速箱。在图4所示的情况下，变速箱22’包括行星架32’，该行星架可旋转地固定，同时由排气壳体承载，并且外冠部31被刚性地固定到中心轴AC。进而，如同游星式变速箱的情况一样，内冠部29被刚性地固定到低压转子RB。
中心轴AC由上游轴轴承33和下游轴轴承34承载并可旋转地引导，该上游轴轴承被定位在发动机的上游部分处，该下游轴轴承被定位在变速箱22的下游，同时由排气壳体21承载。如图2所示，上游轴承33被定位在风扇13和低压压缩机14之间，下游轴轴承34被定位在出口锥体23的内部空间E中、变速箱22的下游。
在图1的示例中，下游中心轴轴承34是由排气壳体21承载的固定轴承，同时被定位在变速箱22的下游。互补地或可替代地，如图3所示，下游中心轴轴承34可以是轴间轴承，该轴间轴承包围轴AC以保持该轴AC并可旋转地引导该轴AC，同时被转子RB包围并且同时被定位在下游转子轴承26的下游。在该构造中，因此，中心轴AC的下游部分通过低压转子RB保持，而不是直接由排气壳体21保持。
如图5示意性所示，有利地，由于排气壳体21的一个或多个径向臂38确保了出口锥体的内部空间E的冷却，源自次级流路径的冷却空气通过该径向臂输送。然后，冷却空气在到达内部空间E中时被分成第一流和第二流，第一流确保锥体23本身的冷却，第二流冷却被定位在内部空间中的部件。
有利地，锥体23的壁被制成为双壁，以界定第一流流通的旋转空间，以更有效地冷却直接暴露于从排气壳体21出来的主流的该壁。
有利地，变速箱被完全地安装在出口锥体23中、低压涡轮的下游、以及特别是排气壳体21的径向臂38的下游，以使发动机的重心向下移动。与可以装备有排气壳体的固定叶片不同，这种径向臂具有结构功能，并且这些径向臂中的一个或多个径向臂用作辅助(servitude)通道，即在该排气壳体的内部和外部之间传递机械命令或其它命令。
考虑到安装在飞行器的机翼下方的发动机的悬臂重量，变速箱在径向臂的下游的这种组件是优选的。出于相同的目的，有利地，轴承26、27和34被纵向定位成最靠近径向臂38。
通常，本发明使得能够使低压旋转元件的固有频率偏离其旋转频率。因此，本发明使得能够限制诸如SFD轴承的复杂轴承的实施，并降低用于低压转轴所需的平衡精度。

Claims (9)

1.一种双流涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括中心轴(AC)，所述中心轴一方面被低压转子(RB)并且另一方面被高压转轴(CH)同轴地包围，所述低压转子和所述高压转轴彼此同轴，所述高压转轴(CH)独立于所述低压转子(RB)和所述中心轴(AC)可旋转，该涡轮喷气发动机，根据运行时穿过所述涡轮喷气发动机的流的流通方向，从上游(AM)到下游(AV)包括：
-风扇(13)，所述风扇由所述中心轴(AC)驱动；
-低压压缩机(14)，所述低压压缩机由所述低压转子(RB)承载；
-压缩机间壳体；
-高压压缩机(16)和高压涡轮(17)，所述高压压缩机和所述高压涡轮属于所述高压转轴(CH)；
-涡轮间壳体(18)；
-低压涡轮(19)，所述低压涡轮由所述低压转子(RB)承载；
-排气壳体(21)；
该涡轮喷气发动机还包括：
-上游转子轴承(24)，所述上游转子轴承由所述压缩机间壳体承载，并且可旋转地引导所述低压转子(RB)；
-下游转子轴承(26)，所述下游转子轴承由所述排气壳体(21)承载，并且可旋转地引导所述低压转子(RB)；
-变速箱(22，22’)，所述低压转子(RB)通过所述变速箱驱动所述中心轴(AC)，该变速箱被定位在所述下游转子轴承(26)的下游；
-下游轴轴承(34)，所述下游轴轴承可旋转地引导所述中心轴(AC)，同时被定位在所述下游转子轴承(26)的下游。
2.根据权利要求1所述的涡轮喷气发动机，其中，所述变速箱(22，22’)被定位在至少一个径向臂(38)的下游，所述径向臂用于属于所述排气壳体(21)的辅助通道并将所述排气壳体(21)的内护罩连接到该排气壳体(21)的外护罩。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮喷气发动机，其中，所述下游中心轴轴承(34)是轴间轴承，所述轴间轴承包围所述中心轴(AC)并被所述低压转子(RB)包围。
4.根据权利要求1或2所述的涡轮喷气发动机，其中，所述下游中心轴轴承(34)由所述排气壳体(21)承载，同时被定位在所述变速箱(22，22’)的下游。
5.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括低压中间轴承(27)，所述低压中间轴承由所述涡轮间壳体(18)承载并容纳所述低压转子(RB)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮喷气发动机，所述涡轮喷气发动机包括由所述排气壳体(21)承载的出口锥体(23)，并且其中，所述下游中心轴轴承(34)被定位在所述出口锥体(23)的内部空间(E)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述变速箱(22，22’)被定位在所述内部空间(E)内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述变速箱(22)是游星式变速箱，所述游星式变速箱包括：
-行星轮(28)，所述行星轮由行星架(32)承载，所述行星架由所述中心轴(AC)可旋转地引导；
-内冠部(29)，所述内冠部由所述低压转子(RB)承载；
-外冠部(31)，所述外冠部由所述排气壳体(21)承载；
-每个行星轮(28)与所述内冠部(29)和所述外冠部(31)啮合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮喷气发动机，其中，所述变速箱(22’)是行星式变速箱，所述行星式变速箱包括：
-行星轮(28)，所述行星轮由行星架(32’)承载，所述行星架由所述排气壳体(21)承载；
-内冠部(29)，所述内冠部由所述低压转子(RB)承载；
-外冠部(31)，所述外冠部由所述中心轴(AC)承载；
-每个行星轮(28)与所述内冠部(29)和所述外冠部(31)啮合。
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