在具有减速齿轮的涡轮喷气发动机的模块化拆卸期间密封的前罩壳的制作方法

文档序号:13727945阅读:121来源:国知局
本发明的领域是航空涡轮发动机,更具体地,包括用于驱动风扇或者相应地螺旋桨的减速器的涡轮喷气发动机。通常,涡轮发动机从上游开始首先包括压缩被吸入到空气入口中的空气的、串联布置的一个或多个压缩机模块。空气随后引入到燃烧室中,在燃烧室中空气与燃料混合并燃烧。燃烧气体经过驱动压缩机的一个或多个涡轮模块。气体最后喷射到排气喷嘴中以产生推进力或者喷射到自由涡轮上以产生从螺旋桨轴获得的功率。目前具有高涵道比的双路式涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机包括多个压缩机级,具体地,包括属于发动机主体的低压压缩机(LP)和高压压缩机(HP)。在低压压缩机的上游布置大的可运动叶轮或风扇,该叶轮或风扇供应经过LP和HP压缩机的主气流以及直接朝向被称为次级排气喷嘴的冷流排气喷嘴引导的冷气流或次气流。风扇由LP主体的旋转轴驱动,且通常以与所述轴相同的速度旋转。然而,以下可能是有利的:尤其是当所述风扇非常大时,使风扇以比LP轴的转速小的转速旋转,以在空气动力学上更好地适应所述风扇。为此,减速器布置在LP轴和支撑风扇的风扇轴之间。这样的设计在2012年2月23日提交的FR1251655和FR1251656中具体地描述。现代涡轮发动机通常以可包括固定部分和可运动部分的模块的组装的形式产生。模块限定为涡轮发动机的子组件,该子组件在它与相邻模块交界的区域中具有几何特征,该几何特征足够精确以使所述模块能够单独地被传送,以及该子组件已在它包括旋转部分时受到特定平衡。模块的组装使得通过尽可能地减少彼此交界的部件的平衡和配对操作而形成完整的发动机成为可能。风扇、风扇轴以及减速器通常形成被称为风扇模块的相同模块的部件。旋转部件例如旋转轴、压缩机以及涡轮由在前部被称为中间壳体和在后部被称为排气壳体的结构部件,通过装在用于其润滑和冷却的腔室中的轴承来支撑。涡轮发动机因此通常包括至少两个润滑腔室,一个位于前部,其容纳布置在压缩机或风扇的侧部的轴承,以及一个位于后部,其容纳布置在涡轮的侧部的轴承。这些腔室通过可运动壁和固定壁的组装而形成,其中在可运动壁和固定壁之间布置装置,可运动壁和固定壁呈迷宫密封型,以确保它们之间要求的密封。在目前具有减速器的涡轮发动机中,减速器通常由LP轴通过形成在该轴的前端部上的花键直接驱动,其中该花键与减速器的布置在其内筒壁的区域中的齿轮协作。该方案具有以下主要缺点:其与现代发动机所期望的模块化不兼容。实际上,需要能够将发动机拆卸成少量的大元件,这些大元件被称为主要模块且通过组装多个基本模块而形成。在这种情况下,无论发动机是为了预先组装还是拆卸,期望能够将发动机分解成三个主要模块,第一主要模块通过低压压缩机模块形成在上游,第二主要模块通过高压部分形成,以及第三主要模块通过低压涡轮模块形成在下游。为了执行这样的拆卸,需要使保持附接到LP涡轮模块或者从发动机去除的、LP轴的第一主要模块断开连接。LP轴的去除因此破坏了前密封腔室的壳体的连续性并损害其密封性。轴的拆卸因此伴随着所述腔室的油的排出,其中由于对减速器的小齿轮执行润滑,所以排出的量相对大。维修人员必须采取预防措施,以防止由以不可控制的方式扩散的油产生的污物,而且除了其他方面之外,按顺序恢复是有利的,以执行随后的重新组装。此外,当腔室打开时,在维修期间,外部污物可污染腔室的油。与滚子轴承的情况相比,该问题对具有滑动轴承的减速器的正确操作甚至具有更大的影响,所述减速器需要“优良品质的”油。本发明的目的在于通过提出以下装置来纠正这些缺点,该装置用于驱动与拆卸LP轴但不会使其前腔室的密封性损害兼容的涡轮发动机的减速器。优选地,以下是重要的:通过工具从发动机的前部接触将LP轴保持在第一主要模块上的螺母,但不会使所述工具的通道与所述前腔室的壁干涉。为此,本发明涉及双路式涡轮喷气发动机,该发动机包括风扇,该风扇由涡轮轴通过风扇轴驱动,该风扇轴由至少两个第一轴承支撑,该涡轮轴由具有固定环和可运动环的至少一个第二轴承支撑,所述涡轮轴通过用于减小转速的装置驱动所述风扇轴,所述减速装置以及所述第一轴承和所述第二轴承容纳在润滑腔室中,该润滑腔室的壳体包括通过密封装置互连的固定部分和可运动部分,所述用于减小速度的装置具有输入轮,该输入轮成形为通过连接到所述可运动环的驱动装置接收由所述涡轮轴传递的扭矩,其特征在于,润滑腔室形成与涡轮轴同轴的环状空间,以及所述驱动装置具有驱动环,该驱动环形成润滑腔室的壳体的可运动密封壁的一部分。这使得形成以下腔室成为可能:对于该腔室,通过与驱动装置连续地布置可运动壁,可运动壁独立于LP涡轮轴。减速装置的驱动装置并因此腔室的整个可运动部分可因此与所述涡轮轴分离,但不会破坏所述涡轮轴到所述可运动环的连接。该设计使得在不影响减速装置的情况下使LP轴与其轴承分离成为可能。在产生密封腔室的一部分时涉及到减速装置的驱动装置的事实使得当LP涡轮轴与其轴承分离时,换句话说当设法使所述轴与第一主要模块分离时,防止油从腔室漏出成为可能。因此能够根据上游腔室的固定部分和可运动部分两者,以LP轴的拆卸不会导致损害所述腔室的密封性这样的方式,来组织上游腔室。优选地,润滑腔室的所述可运动部分包括:风扇轴;所述风扇轴的下游延伸壳体,该下游延伸壳体支撑风扇轴和所述驱动装置之间的密封装置;以及所述驱动装置。有利地,驱动装置包括径向地布置在所述可运动环和所述涡轮轴之间的端部,以及支撑密封装置的相反端部。优选地,所述密封装置包括迷宫式密封。有利地,驱动装置由与所述涡轮轴同轴的两个轴形成,第一驱动轴连接到所述可运动环,并包括第二驱动轴的驱动装置,其中第二驱动轴的驱动装置形成减速装置的输入轮的所述驱动环。这样拆卸成减速装置的驱动器的两个轴有利于减速装置的组装和拆卸。优选地,所述第一驱动轴包括成形为与涡轮轴协作并接收待传递到减速装置的扭矩的部分,所述部分布置在所述可运动环和所述涡轮轴之间。布置在其他轴的内部的LP轴便于LP轴相对于所述其他轴的隔离,这使得在不损害前腔室的密封性的情况下拆卸LP轴更加容易。在具体实施例中,其中涡轮喷气发动机在轴向上在所述第二轴承的区域中进一步包括支撑涡轮喷气发动机的转子的枢轴,第一驱动轴的所述部分布置在所述可运动环和所述枢轴之间。优选地,所述润滑腔室包括位于第一轴承和第二轴承中的一个的区域中的转子/定子型的两个密封装置,以及纵向地布置在所述涡轮轴和所述风扇轴之间的转子/转子型的密封装置。更优选地,确保转子/转子型密封的装置首先由所述风扇轴的下游延伸壳体支撑,其次由所述驱动装置中的一个支撑。甚至更优选地,转子/转子型密封包括迷宫式密封。在本发明的优选实施例中,所述腔室的可运动部分的每个元件的内径大于涡轮轴的内径。该设计允许工具进入这些轴的中空部并到达螺母,其中该螺母将LP轴固定到其轴承从而支撑其推力轴承。纵观通过仅仅是说明性的和非限制性的示例,参照示意性附图给出的本发明的实施例的以下详细解释性描述,将更好地理解本发明,而且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加清楚,在附图中:图1是涡轮发动机的总剖视图;图2是配备有减速器的涡轮发动机的前部的剖视图,示出了根据现有技术的前腔室;图3是相同的前部的剖视图,示出了根据本发明的实施例的前腔室;图4是来自图3的腔室的细节的视图,示出了减速器的驱动装置,以及图5是来自图4的驱动装置的细节的视图。参照图1,可看见来自现有技术的不具有减速器的涡轮喷气发动机1,涡轮喷气发动机1通常包括风扇S、低压压缩机1a、高压压缩机1b、燃烧室1c、高压涡轮1d以及低压涡轮1e。高压压缩机1b和高压涡轮1d通过高压轴5连接并与之形成高压(HP)主体。低压压缩机1a和低压涡轮1e通过低压轴4连接并与之形成低压(LP)主体。对于风扇,它由风扇轴3支撑,在示出的示例中,风扇轴3刚性地连接到LP轴4,而不存在用于减小两个轴之间的转速的装置。HP轴和LP轴沿着作为涡轮喷气发动机1的旋转轴线的轴线延伸。在其余的描述中,纵向或径向以及内部或外部的概念与所述轴线相关。涡轮发动机1通常还包括支撑尤其是LP旋转轴和HP旋转轴的轴承的中间壳体2和排气壳体6。所述轴承分别装在前腔室E1和后腔室E2中,其中在轴承位于HP主体的上游的情况下前腔室E1附接到中间壳体2,在轴承位于HP主体的下游的情况下后腔室E2附接到排气壳体6。前腔室E1的固定部分由被称为轴承支撑件的壳体界定,其中该轴承支撑件在LP轴的推力轴承的每一侧朝着发动机的内部延伸,前腔室E1的可运动部分由LP轴本身的上游端部界定。图2示出了来自现有技术的涡轮风扇发动机的前部,其中减速器7布置在风扇轴3和LP轴4之间。通常是行星型的所述减速器以未示出其大部分的矩形的示意性形式示出。减速器由驱动环8驱动,其中驱动环8在LP轴4的上游延伸且附接到支撑所述LP轴的轴承10的可运动环。所述减速器7的输出扭矩通过本领域技术人员已知的传统连接(例如,在行星减速器的情况下所述风扇轴固定到行星架)传递到风扇轴3。减速器布置在前润滑腔室E1的内部,这在附图中以灰色示出。在现有技术的这个方案中,腔室E1的固定部分通过主气流的管道的内壁21、上游轴承支座22以及围绕下游轴承支座的壁23形成。该支座22和该壁23在首先围绕LP主体4的推力轴承10的支承件其次围绕风扇轴3的轴承11和12的支承件的同时朝着涡轮发动机的内部延伸。对于可运动部分,它通过密封壁128且通过可运动环形成,其中密封壁128布置在风扇轴3的上游端,该可运动环首先是布置在最上游的风扇轴3的轴承12的可运动环其次是下游的LP轴4的推力轴承的可运动环。腔室E1的密封在下游由将风扇轴3和主要的低压压缩模块固定到LP轴4的涡轮螺母114补充。现在理解的是,通过该设计,LP轴的拆卸以及使其与第一主要模块分离仅能够在同时损害上游腔室E1的密封性的情况下实现。图3示出了具有根据本发明改进的前腔室E1的涡轮风扇发动机的前部。其固定部分仍然通过如之前的方案中的相同的壁形成。对于其可运动部分,它从上游到下游通过风扇轴3、风扇轴3的下游延伸壳体28、减速器7的驱动环8以及中间轴9形成,其中风扇轴的推力轴承11和滚子轴承12的可运动环附接到风扇轴3,中间轴9用于延伸固定到LP轴4的推力轴承10的可运动环26的驱动环。前腔室E1因此处于以旋转轴的轴线为中心的中空环的形状,而非处于围绕所述轴线的基本上凸起形状。因此,应当不再需要具有位于风扇轴的上游的密封壁。腔室在其固定部分和可运动部分之间的密封因此由3个密封确保:在风扇轴的滚子轴承12和LP轴的推力轴承10的区域中,在上游端和下游端的转子/定子型的两个密封;以及位于延伸壳体28和减速器的驱动环8之间的转子/转子型的密封。前腔室的固定部分和可运动部分通常在两个迷宫(或者其他技术上更先进的密封)的区域中接合在一起,其中这两个迷宫在上游具有附图标记30且在下游具有附图标记31,且布置在其端部以形成密封空间,该密封空间包含三个上述的轴承并确保其润滑和冷却性能。具体地说,以LP轴4的速度旋转的环8和以风扇轴3的速度旋转的下游延伸壳体28之间的密封通过可运动密封迷宫29产生。所述可运动迷宫29确保环8的上游的密封。通常,所述可运动迷宫29包括外部环形刷,该刷由环8支撑且被下游延伸壳体28围绕而存在小的径向间隙,如可在附图中看见的。注意的是,该腔室E1完全由风扇模块、中间壳体以及LP压缩机模块支撑,这意味着它可与其他模块和LP轴4分离,但不会使装在其中的油漏出。此外,减速器的驱动环8和LP轴的中间轴9的直径被限定为大于LP轴4的直径,这意味着能够将圆柱形工具引入其中,以到达用于将LP轴4固定到其推力轴承10的可运动环26的螺母且允许在这两个部件不配对的情况下拧松螺母。图4更详细地示出了由推力轴承10及其两个固定环25和可运动环26支撑的腔室E1的可运动部分。从下游开始,LP轴4通过花键系统与枢轴13啮合,其中枢轴13通过中间轴9连接到推力轴承10的可运动环26,并旋转以驱动LP压缩机的转子。LP轴4通过组装螺母14轴向地固定在所述枢轴上,其中组装螺母14拧到在LP轴4的内面上生成的螺纹上且由从枢轴13朝着内部加宽的轴向挡块15支撑。将LP轴4附接到枢轴13的所述螺母可从发动机的前部接触到,然而,虽然管理之前从其前点拆卸机罩,但是不需要拆卸其他部件尤其是形成腔室E1的壁的元件。因此实现本发明的主要目的,即在不拆卸腔室E1的情况下拆卸LP轴的能力。枢轴13朝着上游支撑中间轴9,其中中间轴9形成减速器的驱动环8的延伸且径向地位于枢轴13和LP轴的推力轴承10的可运动环26之间,中间轴9刚性地连接到可运动环26。中间轴的目的在于使环8延伸且允许其与枢轴13的拆卸,但这不会使环分离成两个单独的元件,合适的环8和中间轴9是实施本发明所必需的。围绕LP轴4布置的中间轴的下游端与驱动环8一起形成下游腔室E1的壁元件,其中下游腔室E1可从LP轴4拆下,但是当去除LP轴时可保持在合适的位置且维持前腔室E1的空间完整性。最后,减速器的驱动环8通过花键安装在中间轴9上,其中该花键使得两个轴协作且允许环8并因此减速器由LP轴4驱动。如之前指示的,环具有比LP轴4的直径大的直径。图5示出了减速器7的驱动环8和中间轴9的组装件,其中中间轴9传递由LP轴4供应到中间轴9的扭矩。两个轴的组装件由中间轴9的下游端所穿过的、推力轴承10的可运动环26支撑。以上以这样的方式实现:通过拧到在枢轴13的外壁上生成的螺纹上的锁定螺母16,该组装件安置在位于推力轴承的下游的枢轴13的突起上。中间轴9在上游轴向地延伸,具有与布置在驱动环8上位于其下游端的第一花键17协作的花键。此外,环8正好在其上游端之前支撑第二花键18,其中第二花键18朝向外部定向,第二花键18与驱动环8驱动的减速器7的齿轮27协作,以及由LP轴4供应的风扇的驱动扭矩经过第二花键18。最后,如之前指示的,驱动环8的上游端支撑刷,以与下游延伸壳体28一起形成可运动密封迷宫29,并因此参与关闭上游腔室E1。驱动环8和下游延伸壳体共同旋转,但是如上指示的,以不同的速度旋转,具有刷的驱动环8以最大速度旋转,这在操作时有助于关闭间隙。环8内部的通风进一步给腔室E1增压且防止油泄漏,经过风扇轴内部的通道,朝着腔室E1的内部行进,如由图5中的箭头示出的。在轴向上,驱动环8以这样的方式实现:它通过轴向挡圈19支撑在减速器7上,其中以第二花键18充分地布置为与减速器7的齿轮27相对这样的方式,使得轴向挡圈19由所述驱动环支撑且支撑在减速器的径向面上。在其下游端,驱动环8安装在中间轴9中,其中中间轴9具有环8的下游端可安置于其上的径向面。O环20确保了两个部件之间的径向密封,且在驱动环8的下游端和中间轴9的对应的径向面之间留下了轴向间隙以允许任何可能的差异膨胀。最后,通过周向延伸的一系列齿形成的离合器24布置在驱动环8的内部,以当设法拆卸LP轴4时能够交替地使风扇模块和LP模块的可运动部件的组装件固定不动。从发动机的上游将专用工具引入到风扇轴3的中空内筒中,其中风扇轴3安置在离合器24上,以当在其端部接合组装螺母14以拧松所述螺母并释放LP轴4时,防止风扇和LP转子的旋转。最后,本发明的特征在于:存在减速器7的一个或多个驱动轴,其中减速器7因此不再由LP轴4支撑,而是直接地或者出于能够通过中间轴9拆卸的目的,由所述LP轴的推力轴承的可运动环26支撑。因此,通过在固定部件和可运动部件之间以及在共同旋转的可运动部件之间提供需要的密封,能够组织包括减速器的前腔室E1,其中前腔室E1的所有壁不再直接附接到LP轴4。因此,可执行其拆卸,但不会排出位于前腔室E1的空腔中的油。如之前指示的,出于能够接触LP轴的组装螺母14的目的,因此形成腔室的内部壁的减速器7的驱动轴具有比所述螺母的直径大的直径,以允许专用工具的通道。
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