帶可拆卸地設置的發電機單元的噴氣發動機的製作方法
2023-09-24 13:03:45
專利名稱：帶可拆卸地設置的發電機單元的噴氣發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種特別是用於飛機的噴氣發動機，具有至少一個渦 輪軸，在所述渦輪軸上安裝至少一個壓縮機和一個渦輪，其中一殼體 特別是沿著噴氣發動機的外殼面延伸，此外在至少一個渦輪軸上設置 至少一個用來發電的發電機單元。
背景技術：
這裡所關心的類型的噴氣發動機具有發電機單元，它們這樣設置 在其中至少一個渦輪軸上，以便通過連接裝置獲得轉變成電功率的機
械功率。這裡噴氣發動機可以和飛機相結合運行。這裡也可以是一固 定不動的噴氣發動機。這裡電功率對於發動機和飛機的不同電氣裝置 的運行是必要的，實際的發展表明，發動機和飛機所需要的電功率由 於各種機組不斷增加的電氣化進一步提高。這些不同的電氣部件涉及 目前還是機械驅動的器械，例如推進劑泵或液壓泵，它們常常通過器 械載體，所謂的"齒輪箱"傳動，將來可能/應該電力驅動。飛機機艙 內需要的電功率也不斷加大。
本發明所關注的噴氣發動機特別涉及一種風扇發動機，它設計成 兩軸發動機，風扇是一鼓風機，它預壓縮流入發動機的空氣，並產生 一包圍高溫廢氣束的外圍氣流。還已知一些單軸系統，它們具有放在 前端的多軸的壓縮機，並在後部區域內具有一單軸或多軸的渦輪。
由US 2002/0122723 Al已知一種這一類型的噴氣發動才幾，它具有 一內置在噴氣發動機的高壓壓縮機內的發電機。噴氣發動機具有被包 裹的壓縮器極，其中在包裹外面設置一發電機。該發電機由包括一電 磁線圏的定子及一轉子組成，轉子和發動機軸這樣連接，使轉子同樣 進行旋轉運動，轉子結構在定子內進行旋轉運動並在定子線圏內感應 一電壓。其中轉子元件設置在高壓壓縮機的葉片元件外側，並徑向向外延伸到發電機定子內。
由US 6,378,293 Bl已知在噴氣發動機內的發電機的另 一種結構， 這裡噴氣發動機具有許多軸，它們分別使壓縮機與噴氣發動機的對應 的渦輪連接。這裡用來產生電功率(其給電磁軸承供電以及提供用於 給飛機供電的部分功率)的發電機設置在遠離相應電磁軸承的末端並 設計成單獨的單元。發電機的驅動單元通過這樣的方法做成，即發電 機藉助於與噴氣發動機的低壓軸的連接通過低壓軸驅動。因此造成這 樣的缺點，即提高了維護和安裝費用，這造成可觀的成本。這裡流體 連接通常必須通過與電纜及流體管路的複雜的連接裝置建立並在取出 時重新鬆開。
在按現有技術已知的將發電機單元設置在噴氣發動機軸上的結構 中出現這樣的問題，即發電機的安裝位置難以接近，它特別是在安裝 在高壓壓縮機區域內時由於受限制的安裝條件引起問題。當然在發電 機安裝在低壓軸末端處時安裝以及維護和建立發電機與噴氣發動機或 與飛機相應的流體、機械及電氣連接極其困難。因此維護和安裝費用 顯著提高，其中更換發電機證明是非常麻煩的。在安裝和拆卸發電機 時它首先必須從低壓軸上機械脫開，其中必須脫開通常通過複雜的連 接裝置如電纜和壓力管路的電氣及流體連接。其中發動機軸和發電機 之間的機械連接在大多數情況下包括一機械聯軸器，它同樣需要複雜 的安裝和拆卸。
發明內容
因此本發明的目的是，創造一種帶發電機單元的噴氣發動機，它
本發明的目的i在於使得維護費用最小化。 " '
這個目的從具有一發電機單元的按權利要求1前序部分結合其特
徵部分特徵的噴氣發動機出發實現。本發明的優良的改進結構在從屬
權利要求中給出。
本發明包括這樣的技術原理，即發電機單元具有一安裝板以及一
發電機，其中發電機單元可拆卸地安裝在發動機一側的安裝板上。這裡本發明從這樣的構想出發，即用來發電的發電機單元具有一 接口，該接口一方面使發電機單元與構成多功能連接器另外一半的、 發動機一側的安裝板牢固聯接，另一方面通過直接或間接的(中間傳 動機構)連接裝置使發電機軸與渦輪軸耦合。為此發動機一側的安裝 板必須配備一個孔，該孔大於發電機軸。為了具有發動機一側的安裝 板的發電機單元方便地安裝/拆卸，需要至少一個定心銷，該定心銷在 任何其他元件相互嵌合之前，嵌入兩個待連接的單元之間。
發電機單元在壓縮機一端在噴氣發動機的前部區域內和/或在渦 輪一端在噴氣發動機的後部區域內安裝在渦輪軸上，在本發明的範圍 內兩種可能性都可以考慮，其中當然也可以在兩個安裝位置上分別設 置一個發電機。在前側設置的壓縮機側上發電機單元可以安裝在所謂
的前錐體(nose cone)和入口導向格柵內，其中在後面的渦輪側的安 裝位置可以設置在所謂的出口錐體(exit cone)和出口導向格柵內。 對此決定性的是相應的位置和安裝條件，其中安裝在壓縮機側提供這 樣的優點，即這一側溫度較低。
但是驅動裝置的機械連接也可以使另 一個渦輪軸與發電機連接， 其中它可以附加地包括一傳動級。在安裝發電機時發動機一側的安裝 板一次性地固定安裝在噴氣發動機的入口和/或出口導向格柵內，並在 一多功能連接器內建立電氣、流體和機械連接。多功能連接器在發電 機一側的 一半包含鏡像對稱的同樣的功能件，因此在已安裝的發電機 的連接狀態下電流以及流體流可以無阻礙地流動。發電機上的連接裝 置半部既可以是其一體的法蘭形組成部分，也可以是裝在它上面的單 獨的構件。這裡連接接頭描述在多功能連接器的兩半中存在的電氣插 接模塊和自動閉鎖的流體連接裝置，它們分別位於相應的一半內，其 中在背面引出相應的管路進行連接。
現在如果在發電機單元內拆卸發電機或換成另一臺發電機，那麼 只須將發電機從安裝板上拆下，其中相應連接接頭可以簡單構成，不 需要複雜的安裝和拆卸。因此可以造成方便得多的維護，因為發電機 可以做成模塊式，並且為了維護可以僅僅通過方便地拆下發電機一側的安裝板而取出。
為了能夠在發動機一側的連接板和發動機內的不旋轉區域之間實 現電線及流體管路，規定將安裝板設置在噴氣發動機的一定子上，其 中定子包括空心筋，電線及流體管路可以穿過空心筋。特別是對熱量 敏感的電線可以有利地穿過定子元件的筋狀結構的空腔(如果需要的 話帶附加的隔熱元件)，其中連接板在發動機內的機械安裝可通過鋪放 在定子空腔內的機械連接裝置實現。
流體連接接頭有利地做成自動閉鎖的，使得它們在脫開時防止流 體流出。由此可以確保無丟失和清潔的拆卸，以便特別是在受限制的 空間條件的背景下通過相應地設計的連接元件確保連接的自動閉鎖。 如果連接元件分別連接，便可以自由的流體流動，其中在拆卸連接接 頭時不僅在安裝板側還是在發電機側一閥狀的閉鎖裝置既防止相應的 流體流出，又防止汙物進入管路。這裡流體可以主要包括冷卻液，以 便將發電機連接在一冷卻迴路上。電氣連接可以包括插塞連接裝置， 使它們同樣不需要單獨分開和重新連接。
本發明另一種優良的實施形式設想，連接接頭具有由o型圏構成
的密封件。從而提供一種密封方案，其中在相應地設計插塞連接接頭 的情況下也可以採用其它的密封裝置。
連接接頭有利地具有可分離的強電流觸點，以便建立發電機和發
動機或飛機之間的電連接。強電流觸點的電流承載能力可達到500A, 這裡電觸點接通的特點特別是高的安全性。
除強電接頭外，連接接頭還具有用來控制發電機的控制觸點和/ 或用來控制/反饋發電機參數的總線觸點。因此電氣接頭總體上還包括 信號連接裝置，它們通過單獨的連接元件鋪設在連接板和發電機之間。
作為特別是用來造成高的靈活性的特別優良的結構方案建議，安 裝板的安裝接口模塊化設計，以便可以組裝不同結構類型的發電機， 這裡發電機同樣設計成發電機模塊，它們分別具有相同的接口，以便 安裝或支承在一標準的安裝板上。這裡不同結構類型的發電機包括同 步、異步或磁阻結構形式，它們對於在此涉及的發電機特別適合。改善本發明的另 一個措施設想，渦輪軸和發電機軸之間的驅動接
頭包括一花鍵連接(Vielzahnverbindung )。其中發電機軸做成空心軸 並且穿過連接板中的一個孔。發電機軸可以與渦輪軸的軸端耦合，其 中渦輪軸支承在渦輪定子內。兩個軸的耦合的軸向固定通過發電機法 蘭在發動機一側的連接板上的連接實現。
軸連接例如可以包括一弧形結構的花鍵軸，從而使渦輪軸既可以 實現軸向的運動，也可以實現小的徑向運動。因此在發電機單元裝入 發動機一側的安裝板或拆卸時可以不用額外的附助工具方便地插入或 拉出。
為了造成整個發電機單元有利的安裝，建議發電機的安裝空間由 一圓柱形的空腔構成，該空腔只比安裝板的外直徑略微大一些。因此 形成一杯狀的空心圓柱體，它具有安裝板，使得發電機安裝在空心圓 柱體內部，由此創造一種殼體，以保護髮電機特別是免受噴氣發動機 高溫廢氣束的影響。為此可以考慮，構成安裝空間的圓柱形空腔具高 溫隔離裝置，以防止發電機單元受到後部空氣出口區內高溫的損害， 因此設置的高溫隔離裝置包圍發電機，這裡所用的材料最好是不可燃 的或非常難點燃。
改進本發明的其他措施在從屬權利要求中給出，或者在下面藉助 於附圖與對本發明 一個優選實施例的說明 一起詳細表示。附圖表示
圖1 一具有一安裝板和一裝在安裝板上的發電機的發電機單 元的側浮見圖2 —帶一發電機的噴氣發動機在裝配狀態的透視圖3 —帶一發電機單元的噴氣發動機的透視圖，其中發電機與 發動機一側的安裝板分開表示；
圖4 裝在發動機一側的安裝板上的發電機單元的示意圖，其中 在交接處的連接管路通過多功能連接器表示；
圖5 在圖4的V-V剖分面內的多功能連接器的示意圖。
具體實施方式
附圖僅僅涉及本發明舉例性的技術方案。
圖1中以未剖開的外視圖表示發電機單元10(由llb和12)組成。 示意圖在左端包括多功能連接器17在發動機一側的安裝板lla且在右 端包括多功能連接器17在發電機一側的安裝板llb。兩個安裝板設計 成圓形，並包括在這裡看不到的電氣插接模塊和自動閉鎖的流體的連 接器半體。在多功能連接器右端設置做成圓柱形的發電機12,該發電 機在中心線19上同心地過渡到多功能連接器17在發電機一側的一半， 在發電機12和安裝板llb之間存在連接管線13a、 13b、 13c和13d， 它們包括輸電線、用於傳感器的信號線、總線以及流體管路，所述流 體管路例如引導用來冷卻發電機12的冷卻液。上述管線通過多功能連 接器相互連接，以便在發動機一側的安裝板lla的背面通過定子的空 心筋穿過發動機向外引出(未示出)。發電機軸14穿過一在多功能連 接器17中的、與中心線19同心的孔與發動機軸連接。
在圖2和圖3中以透視圖表示按本發明的噴氣發動機。噴氣發動 機1包括一在前面的空氣入口區15及一後面的空氣出口區16。噴氣 發動機l殼體的直徑在前部的空氣入口區15範圍內做得較大，因為風 扇內置在這裡。在後部空氣出口區16內發動機具有較小的直徑，其中 後部的空氣出口區16在內側提供安裝空間，按照本實施例的發電機單 元安裝在該安裝空間內。在圖2中表示在安裝狀態的發電機單元10， 而在圖3中以透視圖表示在噴氣發動機l後部空氣出口區16內實際的 安裝位置之前的發電機單元10。由此在圖3中可以看到在發動機一側 的安裝板lla，它們包括流體連接器20和20a，模塊化的傳感器導線 插頭21以及模塊化的饋給電流插頭22。此外可以看到設置在渦輪軸 18對面的發電機軸14，該發電機軸14藉助於聯軸器或其他軸連接裝 置連接在渦輪軸18上。
圖4示意表示發電才幾單元10 (12和lib )在安裝在發動機一側的 安裝板lla上的連接。在用陰影線表示的安裝板lla和發電機12的法 蘭形的連接部位llb之間的剖分平面內形成自己的連接元件，連接管 線13a、 13b和13c通過它們連接。連接管線既涉及電線如信號線、總線和輸電導線，也涉及用來導引冷卻液的流體管路。
在圖5的示意圖中表示多功能連接器一半的俯視圖，它包括流體 連接裝置20和20a,它們構成在發動機和發電機之間的冷卻液的輸入 和回流。此外設置一用於發電機信號連接接頭的模塊化的傳感器線插 頭和總線21以及一模塊化的饋給電流插頭22，它傳輸給發動機或飛 機的饋給電流。多功能連接器在發電機法蘭llb和在連接板lla內分 別做成鏡像對稱的，使得模塊化的連接插頭21和22及流體連接裝置 20和20a嵌接入相應的對應插頭或對應連接裝置內。
本發明在其結構方面不局限於上面提供的優選實施例。而是可以 考慮很多方案，它們也可以用在原則上做得與所示方案不同的結構中。
權利要求
1.特別是用於飛機的噴氣發動機(1)，具有至少一個渦輪軸，在所述渦輪軸上安裝至少一個壓縮機和一渦輪，其中一殼體特別是沿著噴氣發動機(1)的外殼面延伸，此外在至少一個渦輪軸上設置至少一個用來發電的發電機單元(10)，其特徵為發電機單元(10)具有一安裝板(11b)及一發電機(12)，其中發電機單元(10)可拆卸地安裝在發動機一側的安裝板(11a)上。
2. 按權利要求l的噴氣發動機(l)，其特徵為發電機單元(IO) 在噴氣發動機(1)前部區域內在壓縮機側和/或在噴氣發動機(1)後 部區域內在渦輪側設置在壓縮機軸/渦輪軸上。
3. 按權利要求1或2的噴氣發動機(1)，其特徵為安裝板(lla)設置在噴氣發動機(1)的一定子上， 其中該定子包括空心筋，電線和/或流體管路可以穿過所述空心筋。
4. 按權利要求1至3之任一項的噴氣發動機(1)，其特徵為安 裝板(lla )具有用於可拆卸地耦合發電機單元(10 )的連接接頭(13 )， 其中它包括至少一個機械支座、 一驅動接頭及電接頭和/或流體接頭。
5. 按權利要求4的噴氣發動機(1 )，其特徵為至少流體連接接頭(13,終止於20和20a中)構成為 自動閉鎖的，以便在分離時防止流體流出或管路汙染。
6. 按上述權利要求之任一項的噴氣發動機(1), 其特徵為連接接頭(13)具有由O型圏構成的密封件。
7.按上述權利要求之任一項的噴氣發動機(1),其特徵為連接 接頭(13，終止於22內)具有可分離的強電流觸點，以建立發電機(12) 與發動才幾或飛機的電連接。
8. 按上述權利要求之任一項的噴氣發動機(l)，其特徵為連接 接頭(13，終止於21內)具有用來控制發電機(12)的控制觸點和/ 或用來控制/反饋發電機參數的總線系統觸點。
9. 按上述權利要求之任一項的噴氣發動機(1),其特徵為安裝板(lla)的安裝接口做成模塊化/可擴展的，以便能組裝不同類型的 發電才幾(12)。
10. 按上述權利要求之任一項的噴氣發動機(1)，其特徵為發 動機一側的驅動軸(18)和發電機軸(14)之間的驅動接頭包括一弧 形的花鍵連接。
11. 按上述權利要求之任一項的噴氣發動機(1)，其特徵為發 動機(12)的安裝空間由一圓柱形的空腔構成，該空腔僅僅稍大於安 裝板(lla)的外直徑。
12. 按權利要求11的噴氣發動機(1),其特徵為構成安裝空間的圓柱形的空腔具有高溫隔離裝置，以 防止發電機單元受後部的空氣出口區(16)內高溫廢氣的損害。
全文摘要
特別是用於飛機的噴氣發動機(1)，具有至少一個渦輪軸，在所述渦輪軸上安裝至少一個壓縮機和一渦輪，其中一殼體特別是沿著噴氣發動機(1)的外殼面延伸，此外在至少一個渦輪軸上設置至少一個用來發電的發電機單元(10)，其中發電機單元(10)具有一安裝板(11b)及一發電機(12)，發電機單元(10)可拆卸地安裝在安裝板(11a)上。因此提供一帶一發電機單元(10)的噴氣發動機(1)，它使得發電機單元(10)可以方便裝入噴氣發動機(1)內以及從噴氣發動機內拆出，以及方便維護。
文檔編號F01D15/10GK101410591SQ200780010795
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月29日 優先權日2006年4月4日
發明者H·赫爾曼, W·格茨 申請人:Mtu飛機發動機有限公司