[发明专利]涡扇发动机的高压转子和低压转子的可变耦合

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械的耦合方法与装置，且更具体地涉及涡扇机械的高压(HP)和低压(LP)涡轮轴的耦合。

背景技术

燃气涡轮发动机通常包括后面依次有燃烧室与高和低压涡轮的一或几个压缩机。这些发动机部件被串联流动连通地布置并绕环状外壳内的发动机纵轴中心线设置。在工作过程中由各个涡轮和压缩机空气驱动该压缩机。该压缩机空气是与燃料混合的并在燃烧室中点火以产生热的燃烧气体。该燃烧气体经过高和低压涡轮流动，该涡轮引出由热燃烧气体产生的能量以驱动压缩机，并产生辅助的输出功率。

该发动机功率既可作为轴功率也可以作为轴向推力传输以驱动飞行中的飞行器。例如，在其它可旋转的负荷中，如涵道涡扇发动机中的风扇转子，或燃气涡轮螺旋桨发动机中的螺旋桨，从高和低压涡轮引出功率以驱动各个风扇转子和螺旋桨。

应该理解，在工作中，涡扇发动机的个别部件要求不同的功率参数。例如，由桨叶端速度将风扇旋转速度限制到一定程度，同时由于风扇直径非常大，所以旋转速必需很低。另一方面，因中心压缩机很小的直径，所以可在较高的旋转速度驱动它。因此，具有独立的功率传输装置的分立的高与低压涡轮对于飞行器燃气涡轮发动机中的风扇与中心压缩机是必需的。此外由于在较高旋转速度的涡轮是最有效的，因此较低速度涡轮驱动风扇要求附加的级以引出需要的功率。

设计许多新的飞行器系统以提供比目前飞行器系统上那些更大的电负荷。目前已开发的商业班机设计的电力系统规范可能要求目前商业班机的高达两倍的电功率。这一增加的电功率的要求必需从驱动飞行器的发动机的机械功率得到。当在较低的功率水平操纵飞行器时，例如，当从高空无工作下降时，从发动机机械功率引出此附加电功率可以降低效率以适当操作发动机。

传统地，在燃气涡轮发动机中从高压(HP)发动机转子引出电功率。HP发动机转子的较高工作速度使它成为机械功率的理想源以驱动与发动机连接的发电机。但是，希望从发动机内的附加源引出功率，而不是唯一地依赖HP发动机转子以驱动发电机。LP发动机转子提供功传输的替代源，但是，LP发动机转子的较低的速度典型地要求使用齿轮箱，由于低速发电机通常大于在较高速度工作的类似额定的发电机。但是，当发动机在较低的功率水平(例如，在或接近高空空转下降、出租车低功率等)工作时从发动机引出的此附加功率可能导致降低的发动机可操作性。因此有时希望通过由某些其它方法传输扭矩和功率以增加在此转子上可能的功率大小。

发动机内的另一功率源是低压(LP)转子，该低压转子典型地在比HP转子低得多的速度，以及在较宽的速度范围上工作。提倡这种低速度机械功率源而不转型导致不实际大的发电机。已经提出对这种转型的许多解决办法，包括各种形式的常规传动装置、机械的齿轮传动、以及机电结构。

一种解决方案是使用第三、中间压力(IP)的转子以独立地驱动发电机的涡轮发动机。但是此第三转子有时需要耦合到HP转子。用于耦合IP与HP转子的装置是机械离合器或粘性耦合机构。

2005年5月24日公布的、题为“具有扭矩调节性能的差动齿轮传动涡轮发动机”的美国专利NO.US 6895741公开一种具有三轴的机械齿轮传动发动机。通过应用附加的周转齿轮装置机械地耦合风扇、压缩机、和涡轮轴。通过使用电磁机械和功率转换设备有效齿轮比是可变的。

由日本的Toyada Machine Works Ltd.制造的扭矩传感[Torsen^]差速器是一种无电子控制装置、离合器或粘性耦合装置的机械装置。已知该Torsen^差速器是用于所有车轮驱动车辆的。当发动机扭矩相等地分配到所有车轮时，该差速器是开放的。如果一或几个车轮开始失去牵引力，则该扭矩差速器使得Torsen^差速器中的齿轮啮合。典型地设计Torsen^具有这样的齿轮比或位移比，该齿轮比确定作用到牵引车轮的扭矩相对于作用到打滑车轮的扭矩的大小。Torsen^差速器典型地用于所有车轮驱动车辆中前后车轮之间的传输功率。该Torsen^差速器实际在打滑出现之前传输扭矩到稳定的车轮。

因此，所需要是为耦合发动机中以预估速度旋转的多轴的系统以引出功率。

发明内容