[發(fā)明專利]渦扇發(fā)動機的高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子的可變耦合

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710196925.8
• 申請日: 2007-12-06
• 公開（公告）號: CN101230802A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·M·凱恩;M·V·德雷克塞爾;J·D·范丹
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F02C7/36
• 分類號: F02C7/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝;廖凌玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機械的耦合方法與裝置，且更具體地涉及渦扇機械的高壓(HP)和低壓(LP)渦輪軸的耦合。

背景技術(shù)

燃氣渦輪發(fā)動機通常包括后面依次有燃燒室與高和低壓渦輪的一或幾個壓縮機。這些發(fā)動機部件被串聯(lián)流動連通地布置并繞環(huán)狀外殼內(nèi)的發(fā)動機縱軸中心線設(shè)置。在工作過程中由各個渦輪和壓縮機空氣驅(qū)動該壓縮機。該壓縮機空氣是與燃料混合的并在燃燒室中點火以產(chǎn)生熱的燃燒氣體。該燃燒氣體經(jīng)過高和低壓渦輪流動，該渦輪引出由熱燃燒氣體產(chǎn)生的能量以驅(qū)動壓縮機，并產(chǎn)生輔助的輸出功率。

該發(fā)動機功率既可作為軸功率也可以作為軸向推力傳輸以驅(qū)動飛行中的飛行器。例如，在其它可旋轉(zhuǎn)的負荷中，如涵道渦扇發(fā)動機中的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子，或燃氣渦輪螺旋槳發(fā)動機中的螺旋槳，從高和低壓渦輪引出功率以驅(qū)動各個風(fēng)扇轉(zhuǎn)子和螺旋槳。

應(yīng)該理解，在工作中，渦扇發(fā)動機的個別部件要求不同的功率參數(shù)。例如，由槳葉端速度將風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)速度限制到一定程度，同時由于風(fēng)扇直徑非常大，所以旋轉(zhuǎn)速必需很低。另一方面，因中心壓縮機很小的直徑，所以可在較高的旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動它。因此，具有獨立的功率傳輸裝置的分立的高與低壓渦輪對于飛行器燃氣渦輪發(fā)動機中的風(fēng)扇與中心壓縮機是必需的。此外由于在較高旋轉(zhuǎn)速度的渦輪是最有效的，因此較低速度渦輪驅(qū)動風(fēng)扇要求附加的級以引出需要的功率。

設(shè)計許多新的飛行器系統(tǒng)以提供比目前飛行器系統(tǒng)上那些更大的電負荷。目前已開發(fā)的商業(yè)班機設(shè)計的電力系統(tǒng)規(guī)范可能要求目前商業(yè)班機的高達兩倍的電功率。這一增加的電功率的要求必需從驅(qū)動飛行器的發(fā)動機的機械功率得到。當在較低的功率水平操縱飛行器時，例如，當從高空無工作下降時，從發(fā)動機機械功率引出此附加電功率可以降低效率以適當操作發(fā)動機。

傳統(tǒng)地，在燃氣渦輪發(fā)動機中從高壓(HP)發(fā)動機轉(zhuǎn)子引出電功率。HP發(fā)動機轉(zhuǎn)子的較高工作速度使它成為機械功率的理想源以驅(qū)動與發(fā)動機連接的發(fā)電機。但是，希望從發(fā)動機內(nèi)的附加源引出功率，而不是唯一地依賴HP發(fā)動機轉(zhuǎn)子以驅(qū)動發(fā)電機。LP發(fā)動機轉(zhuǎn)子提供功傳輸?shù)奶娲矗牵琇P發(fā)動機轉(zhuǎn)子的較低的速度典型地要求使用齒輪箱，由于低速發(fā)電機通常大于在較高速度工作的類似額定的發(fā)電機。但是，當發(fā)動機在較低的功率水平(例如，在或接近高空空轉(zhuǎn)下降、出租車低功率等)工作時從發(fā)動機引出的此附加功率可能導(dǎo)致降低的發(fā)動機可操作性。因此有時希望通過由某些其它方法傳輸扭矩和功率以增加在此轉(zhuǎn)子上可能的功率大小。

發(fā)動機內(nèi)的另一功率源是低壓(LP)轉(zhuǎn)子，該低壓轉(zhuǎn)子典型地在比HP轉(zhuǎn)子低得多的速度，以及在較寬的速度范圍上工作。提倡這種低速度機械功率源而不轉(zhuǎn)型導(dǎo)致不實際大的發(fā)電機。已經(jīng)提出對這種轉(zhuǎn)型的許多解決辦法，包括各種形式的常規(guī)傳動裝置、機械的齒輪傳動、以及機電結(jié)構(gòu)。

一種解決方案是使用第三、中間壓力(IP)的轉(zhuǎn)子以獨立地驅(qū)動發(fā)電機的渦輪發(fā)動機。但是此第三轉(zhuǎn)子有時需要耦合到HP轉(zhuǎn)子。用于耦合IP與HP轉(zhuǎn)子的裝置是機械離合器或粘性耦合機構(gòu)。

2005年5月24日公布的、題為“具有扭矩調(diào)節(jié)性能的差動齒輪傳動渦輪發(fā)動機”的美國專利NO.US?6895741公開一種具有三軸的機械齒輪傳動發(fā)動機。通過應(yīng)用附加的周轉(zhuǎn)齒輪裝置機械地耦合風(fēng)扇、壓縮機、和渦輪軸。通過使用電磁機械和功率轉(zhuǎn)換設(shè)備有效齒輪比是可變的。

由日本的Toyada?Machine?Works?Ltd.制造的扭矩傳感[Torsen^]差速器是一種無電子控制裝置、離合器或粘性耦合裝置的機械裝置。已知該Torsen^差速器是用于所有車輪驅(qū)動車輛的。當發(fā)動機扭矩相等地分配到所有車輪時，該差速器是開放的。如果一或幾個車輪開始失去牽引力，則該扭矩差速器使得Torsen^差速器中的齒輪嚙合。典型地設(shè)計Torsen^具有這樣的齒輪比或位移比，該齒輪比確定作用到牽引車輪的扭矩相對于作用到打滑車輪的扭矩的大小。Torsen^差速器典型地用于所有車輪驅(qū)動車輛中前后車輪之間的傳輸功率。該Torsen^差速器實際在打滑出現(xiàn)之前傳輸扭矩到穩(wěn)定的車輪。

因此，所需要是為耦合發(fā)動機中以預(yù)估速度旋轉(zhuǎn)的多軸的系統(tǒng)以引出功率。

發(fā)明內(nèi)容