具有减速器的飞行器涡轮机
技术领域
本发明涉及一种具有减速器的飞行器涡轮机。
背景技术
涡轮机，诸如双流涡轮喷气发动机，通常包括带有风扇的进气口，该风扇的出口气流分成进入发动机并形成热流或主流的气流，以及围绕发动机流动并形成冷流或次级流的气流。
发动机通常沿气流方向从上游到下游包括至少一个压缩机、燃烧室、至少一个涡轮和排气喷嘴，在该排气喷嘴中，离开涡轮并形成主流的燃烧气体与次级流混合。涡轮机也可以是“双体”型的，这意味着涡轮机包括同轴布置的两个转子。第一体称为低压体，第二体称为高压体。在这种情况下，已知发动机从上游到下游具有低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮。
在具有减速器的涡轮机的情况下，涡轮轴通过减速器驱动风扇轴，该减速器被润滑并容纳在润滑外壳中。根据所使用的减速器类型，行星式的或周转式的，风扇轴将沿与涡轮轴相同或相反的方向旋转，并且风扇轴将以比涡轮轴低的速度旋转。
涡轮轴(在双体涡轮机的情况下是低压涡轮轴)通常联接至低压压缩机的轴，该低压压缩机的轴自身联接到减速器的输入轴。该输入轴穿过减速器并与该减速器的太阳齿轮啮合。
为了确保这一行的低压轴、特别是减速器的正常运行，需要传递扭矩，但同时需要使减速器的输入轴获得一定的柔韧性，以便既不会干扰这一行的轴和减速器内部元件的运行，又能确保减速器内部元件的正确对准。
输入轴的柔韧性值可以很高，最初设想的解决方案是在轴上制作波纹管。然而，为了遵循这种高的柔韧性值，需要提供数个相邻的波纹管，这将导致径向和轴向尺寸过大并使其不能集成到涡轮机中。
在文献FR-A1-2 979 121中描述的一种变型在于通过借助于一个或多个挠性联接型紧固件将输入轴附接到其驱动轴上而使该输入轴更加柔韧。每个紧固件包括具有L形横截面的两个环形部分，该两个环形部分的径向支腿间隔开并通过外周的环形凸缘相互紧固。这种解决方案在径向上也太大。
本发明借助于在两个轴或轴部分之间的优化的连接系统，为该问题提供了一种简单、有效和具有成本效益的解决方案。
发明内容
本发明提供了一种具有减速器的飞行器涡轮机，该涡轮机包括具有相同旋转轴线的第一轴和第二轴，第二轴通过减速器由第一轴驱动旋转，第一轴包括第一可弹性变形装置，该第一可弹性变形装置使该第一轴在运行中具有一定的柔韧性，所述变形装置包括围绕所述轴线延伸的至少一个第一环形波纹管，其特征在于，第一轴包括部段，该部段通过包括输入轴的连接系统联接到所述减速器，输入轴包括第一花键(cannelures)和第二花键，第一花键用于联接到减速器，第二花键用于联接到与所述第一轴的所述部段互补的第三花键，所述第一轴的部段具有围绕所述轴线的大致管状形状，并且包括下游部分和基本上圆筒形的上游部分，该下游部分包括所述至少一个第一波纹管，并且该基本上圆筒形的上游部分被输入轴包围，所述输入轴包括至少一个环形部分，该至少一个环形部分围绕所述轴线延伸并且具有基本上U形或C形的横截面，并且限定出围绕所述轴线的环形开口，所述环形部分形成第二可弹性变形装置，该第二可弹性变形装置使其在运行中具有一定的柔韧性。
因此，本发明提出受益于两种技术的组合优点而赋予连接系统柔韧性。具有C或U截面的环形部分赋予柔韧性，并可以限制系统的尺寸。当开口轴向地取向时，环形部分形成发夹形部并且在相对于轴线的径向方向上赋予柔韧性。当开口径向地取向时，环形部分形成另一个波纹管。波纹管在轴向和弯折方向提供柔韧性。因此，本发明提出将两个弹性变形装置分别集成到减速器的输入轴和第一轴上。在上述情况下，第一轴例如是低压涡轮或压缩机轴。
根据本发明的涡轮机可以包括以下被单独采用或彼此结合地采用的特征中的一个或多个：
-所述具有U形横截面的环形部分限定出在轴向方向上开口的环形开口，
-所述至少一个第一波纹管在基本上等于所述第三花键的直径的直径和基本上等于所述第一花键的直径的直径之间径向延伸，
-所述输入轴包括用于联接到所述减速器的外环形支腿和用于联接到所述第一轴的上游部分的内环形支腿；因此，变形装置由两个轴承载，发夹形部由输入轴形成，并且第一波纹管由第二轴(在上述示例中为低压压缩机的轴)承载；
-支腿通过环形腹板彼此连接，该腹板在与所述外支腿的连接处的厚度变薄；
-外部支腿具有位于所述至少一个第一波纹管的上游端部附近的下游端部，和/或大于所述至少一个第一波纹管的外直径的直径；这种构造使得可以限制连接系统的尺寸，特别是轴向尺寸。
-所述至少一个第一波纹管的至少一部分被所述外支腿围绕，以进一步限制系统的尺寸；
-内支腿向上游延伸超过腹板，并承载外环形密封元件，该外环形密封元件通过迷宫作用与由所述第二轴承载的环形罩的内周配合。该罩可以参与其中装有减速器的润滑室的密封。
-第一波纹管的数量大于两个；
-所述发夹形部位于所述减速器的一侧上，并且所述至少一个波纹管位于所述减速器的另一侧上和/或轴向地穿过所述减速器；
-连接系统包括：所述第一轴的部段，和具有第一花键的输入轴，所述第一花键用于将该部段联接到减速器；
-所述基本上圆筒形的上游部分包括用于联接到所述输入轴的第二花键；
-所述至少一个波纹管在基本等于所述第一花键的直径的直径和基本上等于所述第二花键的直径的直径之间径向延伸；
-所述第一轴是低压压缩机轴；
-所述具有U形横截面的环形部分限定出径向向内开口的环形开口，该环形部分形成第二波纹管；
-第一波纹管位于减速器的下游，而第二波纹管位于减速器的上游；
-所述环形部分是输入轴的中间轴向部分，该中间轴向部分包括：包括所述第二花键的上游圆筒形部分和包括所述第一花键的下游圆筒形部分；
-所述花键中的至少一些包括弯曲的侧面，所述侧面在所述花键的纵向端部之间延伸；
-所述花键中的至少一些的纵向端部通过机械加工而被截断，以使其具有弯曲轮廓；并且波纹管或每个波纹管包括环形底部，所述环形底部包括多个在运行中油通过的孔口。
本发明还涉及一种安装如上所述的涡轮机的方法，该方法包括以下步骤：
-将作为风扇轴的所述第二轴连接到所述减速器的输出轴，并且将轴承及其支撑件轴向接合在所述风扇轴上，
-使输入轴轴向接合在所述减速器内部，直到所述轴的花键与减速器的太阳齿轮的第一花键配合，
-将该组件安装在中间壳体中，并通过合适的装置将该组件固定到该壳体上，
-将用于供油的装置安装到所述轴承，以及
-使所述第一轴通过轴向平移而接合到所述输入轴中，直到第一轴和输入轴通过第二花键和第三花键联接，并将所述轴承的支撑件固定到中间壳体上。
附图说明
当阅读以下通过非限制性示例的方式并参照附图所作的描述时，将更好地理解本发明，并且本发明的其他细节、特征和优点将显现，在附图中：
-图1是具有减速器的飞行器涡轮机的示意性轴向截面图，
-图2是图1的一部分的放大的半示意图，并且表示本发明之前的技术，
-图3是类似于图2的视图，并且表示本发明的示意性实施例，
-图4是图3的一部分的放大图，并且示出了本发明实施例的更具体的示例，
-图5至图9是类似于图3的视图，并示出了涡轮机的安装步骤，
-图10是类似于图2的视图，并且表示本发明的示意性实施例，
-图11是图10的替代性实施例的示意图，
-图11a是图10的替代性实施例的花键的详细视图，
-图12是类似于图10的视图，并且示出了润滑油流通，以及
-图13是图10的实施例的细节的局部示意性透视图。
具体实施方式
参照图1，示出了具有减速器的涡轮机1，该涡轮机1通常由风扇S、低压压缩机1a、高压压缩机1b、燃烧室1c、高压涡轮1d和低压涡轮1e组成。高压压缩机1b的转子和高压涡轮1d的转子通过高压轴5连接，并与高压轴5形成高压(HP)体。低压压缩机1a的转子和低压涡轮1e的转子通过低压轴4连接并形成低压(LP)体。风扇S的轴3通过减速器7由LP轴4驱动。
HP轴5和LP轴4沿为涡轮机1的旋转轴线的轴线延伸。在本描述的其余部分中，“纵向”或“径向”以及“内部”或“外部”的概念都相对于该轴线而言，并且“上游”和“下游”的概念是指涡轮机中气体的流动。
涡轮机1包括结构壳体。HP体由两个结构壳体保持：压缩机间壳体和涡轮间壳体，而LP体由至少两个结构壳体保持：中间壳体2和涡轮间壳体和/或排气壳体6。
中间壳体2支撑LP涡轮轴4的容纳在标记为E1的前外壳或上游外壳中的轴承。排气壳体6支撑LP涡轮轴4的容纳在标记为E2的后外壳(enceinte)或下游外壳中的轴承。
在这里，减速器7是周转式的。图2非常示意性地示出了减速器的尺寸。减速器7包括输入轴8，该输入轴8在LP轴4的上游延伸，并且由下游轴承10引导。
更精确地，输入轴8包括轴向端部，在这里是上游端部，该轴向端部接合在减速器7中并且与减速器的太阳齿轮啮合，该太阳齿轮又与减速器的行星齿轮啮合。输入轴8的下游端部与低压压缩机的轴15接合，低压压缩机的轴15自身与轴4接合。在这里，轴承10围绕轴15延伸。
减速器7的输出扭矩通过常规的连接传递到风扇轴3，在为周转式减速器的情况下，例如通过将该风扇轴紧固到形成减速器的输出轴的行星架上而传递到风扇轴3。在为行星式减速器的情况下，风扇轴将由齿圈驱动。减速器安置在前润滑外壳E1的内部。
外壳E1由固定壁和可移动壁组成。外壳E1的固定壁包括主流动路径的内壁、上游轴承支撑件11和下游轴承支撑件12。支撑件11和12朝涡轮机的内部延伸并分别承载轴承13和轴承10。它们提供了壳体和轴承的固定外圈之间的结构。外壳E1的移动壁包括输入轴8和风扇轴3。轴承10、13、14容纳在外壳E1中。在固定壁和可移动壁之间设置有在图中不可见的密封件，例如是迷宫式接合件、刷式接合件、分段径向接合件等。
轴承10、13和14以及减速器7均已润滑，以确保正常运行。通过诸如喷嘴、供油管道等合适的装置来供应油。轴承支撑件11具有通风孔，该通风孔使得通风空气能够从外壳穿过。外壳E1被构造成使得在外壳内部形成油雾的空气-油混合物被容纳在该外壳E1中。在外壳的转子壁和定子壁之间，例如在这里是在外壳的上游端部和下游端部处，安置了密封件(诸如迷宫式)以容纳油，并且空气回路对这些密封件进行加压以防止油泄漏。密封装置可以在外壳的可移动壁和固定壁之间，或者在两个可移动壁之间，如在两个轴之间、特别是在轴3、8之间密封件的情况(在图3中可见)。气流从涡轮机的LP或HP压缩机中获取，并供给外壳E1的所有密封件。
然后对外壳E1加压(空气不断进入其中，通过毛细作用将可能已经从密封件逸出的油推回去)，并且轴承在油和空气混合的环境中工作。油保留在润滑回路中。对轴承的供应由供应管25提供，而由通常位于外壳低位置的专用回收管来确保回收。为了避免外壳中的过压并为了使得进入的空气流量能够恒定，以比进入密封件的空气压力低的空气压力对外壳内部进行加压。必须首先处理这种带有油粒的空气(其在压力井处排放)，以回收该空气携带的几乎所有的油。为此，将含油的空气引入到油分离器，该油分离器会将空气与其所携带的油分离开，并把不含油空气排出到发动机外部。这是从外壳去除油的原理。
图2表示本发明之前的技术，其中，减速器2的输入轴8包括可弹性变形装置，在这里具有波纹管16，该可弹性变形装置使轴4、15与减速器7之间的轴8并因此使连接系统具有一定的柔韧性。
然而，为了遵循轴8的高的柔韧性值，将需要设置数个相邻的波纹管，这将导致径向和轴向尺寸过大并且将使其不能集成在涡轮机中。
图3示出了本发明的实施例，其中，轴4、15与减速器7之间的连接系统包括具有波纹管16和发夹形部17的可变形装置。
在这里，波纹管16由轴15的轴部段15a承载，该轴部段15a有利地与轴15形成为一体件。发夹形部17由输入轴8形成，并在轴部段15a与减速器7之间径向延伸。
波纹管16可以在减速器7的一侧(在这里为下游侧)上延伸，而发夹形连接件可以在减速器的另一侧(在这里为上游侧)上延伸。如图3所示，波纹管可部分地在减速器7内径向延伸。
现在参照图4，其表示本发明的实施例的更具体的示例。
轴15的部段15a具有围绕涡轮机的轴线的大致管状的形状，并且包括下游部分15ab和基本上圆筒形的上游部分15aa，该下游部分15ab包括波纹管16，并且上游部分15aa至少部分地被输入轴8包围。该上游部分15aa在上游端部包括联接花键18，该联接花键18接合在输入轴8的互补的联接花键19中。
在所示的示例中，波纹管16的数量大于两个。波纹管优选是相同的。
部段15a包括由波纹管16的最大直径DM限定的外直径和由这些波纹管的最小直径Dm限定的内直径。下游部分15ab通过具有最大直径DM的圆柱形壁连接到轴15的其余部分，并且上游部分15aa具有直径Dm。
输入轴8包括用于联接到减速器7的外环形支腿8b和用于联接到轴15的部段15a的内环形支腿8a。因此，外支腿8b包括用于联接到减速器的太阳齿轮的花键20，并且其内支腿8a包括上述花键19。
支腿8a、8b通过环形腹板21彼此连接，该环形腹板21位于上游并且在其与外支腿8a的连接位置处的厚度22变薄。腹板21可具有从下游向上游径向向外延伸的径向截面取向。
如图所示，外支腿8b具有位于波纹管16的上游端部附近的下游端部。该外支腿8b的直径大于直径DM。如在所示的示例中，在波纹管16的数量很大的情况下，或者如果这些波纹管具有大的累积轴向尺寸，则这些波纹管可以至少部分地容纳在由外支腿8b界定的环形空间E中。
优选地，内支腿8a向上游延伸超过腹板21，并承载外环形密封元件23，所述外环形密封元件23通过迷宫作用与由风扇轴3承载的环形罩24的内周配合(参见图3)。因此，密封元件23形成外壳E1的密封装置，在这里是在轴3和8之间的密封装置。
现在参照图5至图9，其示出了涡轮机的安装步骤。
图5中所示的第一步骤包括将风扇轴3连接到减速器的输出轴，并且将轴承13、14及其支撑件11轴向接合在风扇轴上。
然后，减速器的输入轴8轴向接合在减速器内部，直到输入轴8的花键20与减速器的太阳齿轮的花键配合(图6)。
然后，将组件安装在涡轮机的中间壳体2中，并通过合适的装置，例如借助于凸缘2a和一组螺母将组件固定到该壳体(图7)。
然后，装配用于向减速器7的润滑外壳E1供应油的装置25(图8)。
最后，轴4和轴15通过从下游轴向平移而接合，轴15旨在接合在轴8中，直到它们的花键18、19彼此接合。然后，轴承支撑件12通过合适的装置，例如借助于凸缘2b和一组螺母附接到中间壳体2(图9)。
根据本发明的可变形装置为轴4、15与减速器7之间的连接系统提供了优化的柔韧性，特别是在轴向、径向和弯折方向上的柔韧性。举例来说，径向柔韧性可以约为2×10-8m/N至2.10-5m/N，优选地2.10-6m/N，并且角柔韧性约为4.10-5rad/N.m至3.10-7rad/N.m，优选地3×10-6rad/N.m。
图10至图13示出了本发明的替代性实施例，其中，在前面已经描述过的元件由相同的附图标记表示。
轴15包括单个波纹管16，该单个波纹管16的环形基部16a刺穿有孔口30，该孔口30用于在运行期间使润滑油通过。轴15的下游端部具有用于联接到轴承10的支承耳轴15c的花键32，该耳轴通过花键34联接到LP轴4。
轴15的上游端部包括花键18。花键18位于上游侧上的螺母35的螺纹与下游侧上的外圆柱形定心表面36之间。类似的外圆柱形表面38可以位于花键32上游的轴15上。
波纹管16在直径Dm和DM之间径向地延伸，其中花键18和32大约位于直径Dm的高度处。
在这里，轴8的发夹形部被波纹管40代替，波纹管40的环形底部40a刺穿有在运行期间润滑油通过孔口42。轴8的下游端部包括花键20，并且上游端部包括花键19。
轴8通过从上游轴向平移而同轴地接合在轴15上，直到花键18、19彼此接合。然后，表面36与轴8的在这里位于波纹管40的上游的内圆柱形表面接触。此外，表面38与耳轴15c的内圆柱形表面邻接。然后将螺母35旋拧到轴15的螺纹上，并将螺母轴向支撑在轴8上，以将其牢固地保持在轴15上。
如图13所示，然后将锁紧垫圈43和锁紧环44装配到轴15上。锁紧垫圈43与螺母35互锁以防止螺母35的意外松动，并且锁紧环44将锁紧垫圈43轴向地锁紧在轴15上。
花键18、19、20或甚至32和34优选地包括截短的纵向端部，该纵向端部例如可以通过磨削来制造。花键优选是弯曲的，即花键的在其纵向端部之间轴向延伸的侧面具有凸度，如图11a所示。花键的弯曲形状使它们具有一定的旋转运动自由度，从而限制了花键中的应力。
花键20与减速器7的太阳齿轮48的互补花键46配合，这些花键46被其中容纳有环形接头50的环形凹槽中断(图11)。凹槽和接合件50位于太阳齿轮48的上游端部附近。太阳齿轮48的下游端部包括至少一个环形轮缘52，该环形轮缘52径向面向内部并且轴向地位于从轴15突出的两个环形唇缘54之间(图10和图11)。
减速器7可带有至少一个油喷嘴56，用于在两个唇缘54之间喷射润滑油58的射流。喷嘴56位于减速器7的下游和径向内端部。
图12示出了运行期间的油流。
甩在唇缘54之间的油被离心并被甩向花键20、46。接合件50限制了该油轴向向上游的通过。此外，油流入轴8中并且可以通过波纹管40的孔口42逸出。此外，油流入轴15中并且可以通过波纹管16的孔口30逸出。
图11示出了波纹管16、40之间的轴向长度或尺寸L1以及波纹管40与花键20、46或太阳轮48的中间之间的轴向尺寸L2。增大尺寸L2会减小轴8在其自由状态下的圆柱形位置和图中所示的变形位置之间的弹性变形的角度α2，在该变形位置中，轴8的下游端部径向向外伸展。增大尺寸L1使得可以减小轴15在其自由状态下的圆柱形位置与图中所示的变形位置之间的弹性变形的角度α1，在该轴15的变形位置中，轴15的下游端部径向向内伸展。花键的弯曲形状使得可以在这些变形位置中保持轴15、8的联接。在这些变形期间，波纹管16、40通过压缩或膨胀而变形。
