配备有电机转子的涡轮机模块的制作方法

1.特别地，本发明涉及一种配备有电机转子的飞行器涡轮机模块。


背景技术：

2.现有技术特别地包括文献fr-a1-2 842 565以及文献fr-a1-2 976 623，ep-a1-1 382 802，wo 2018/115763 a1，fr-a1-2 393 227，fr-a1-3 081 523以及ep-a2-2 602 434，文献fr-a1-2 842 565描述了配备有电机的涡轮机。
3.航空界现在对商业航空使用混合动力发动机的意义提出了许多问题。电能的使用现在不仅被考虑用于飞行器功能，而且也被考虑用于涡轮机的电气化功能。
4.这种观察导致了对混合动力发动机构架解决方案的研究，混合动力发动机构架解决方案结合化石燃料能源和电能，以确保推进部分(涡轮机风扇)的驱动和一些发动机和/或飞行器功能的供给。
5.特别地，这些架构可以基于高涵道比和减速器类型的架构，但也可以基于多(2个或3个)主体架构。在这些架构中，涡轮机包括低压主体和高压主体，每个主体包括轴，轴将压缩机的转子连接到涡轮的转子。
6.已知对飞行器涡轮机配备有电机。例如，回想到电机是基于电磁学的机电装置，该机电装置使得能够将电能转换成功或机械能。该过程是可逆的，并且可以用于发电。
7.因此，根据机器的最终使用，术语：
[0008]-发电机是指从机械能产生电能的电机，
[0009]-马达是指从电能产生机械能的电机。
[0010]
电机也可以在马达模式和发电机模式下运行。
[0011]
在正常运行中，有两种类型的力被施加到电机的转子：扭矩(根据运行条件，阻力扭矩或马达扭矩)和径向力。
[0012]
电机的转子通过凸缘和螺钉附接到风扇的盘。这使得盘能够使电机的转子旋转。这种附接还使得能够确保电机的转子被牢固地保持。螺钉负载有张力，并且确保通过凸缘的两个面之间的摩擦来保持连接，以承受电机的径向力和扭矩。然后根据凸缘的植入半径和在凸缘的水平处的摩擦系数来确定螺钉的尺寸。
[0013]
在发生极端事件时，例如风扇盘的叶片丢失，盘变得极其不平衡，并且由于大量不平衡而开始绕轨道运行。这种不平衡可能导致偏心，而偏心又导致电机的气隙闭合。由于叶片丢失导致的偏心远大于电机的转子-定子间隙，因此电机存在转子-定子接触。
[0014]
电机的这种转子-定子接触略微增大了磁径向力，但最重要的是导致了显著的纯机械力：一部分不平衡力通过凸缘和螺钉穿过电机，通过凸缘产生径向力，但也在电机的水平处在转子与定子之间产生摩擦扭矩。如果继续下去，电机的水平处的这种摩擦(特别是电转子的磁体和定子的磁钢片之间的接触)可以导致马达起火和/或潜在的风扇盘的阻塞。
[0015]
本发明对上述问题中的至少一些问题提出了解决方案。


技术实现要素：

[0016]
本发明提出了一种用于飞行器涡轮机的风扇模块，该风扇模块包括：
[0017]-风扇，风扇包括承载风扇叶片的盘，
[0018]-电机的转子，该转子的形状为大致环形，并且该转子被同轴地安装在风扇的下游，
[0019]-用于转子的环形支撑部，环形支撑部的下游端部被附接到所述转子，并且环形支撑部的上游端部被附接到风扇盘。
[0020]
根据本发明，支撑部通过可断螺钉附接到盘，可断螺钉被构造成当从盘传递到支撑部的扭转扭矩超过预定阈值时断裂。
[0021]
利用本发明，在发生诸如叶片断裂的重大事故时，风扇盘的不平衡和由此产生的偏心将导致可断螺钉断裂。
[0022]
因此，电转子将不再由风扇盘旋转，并且由于电转子与电转子的定子之间的磁力，电转子将变成定子部件。通过将电机转子从风扇盘解除联接，因此特别地，本发明使得能够避免与移动电机的转子-定子接触相关联的火灾风险，特别是避免风扇盘的阻塞。
[0023]
可断螺钉的横截面被设计成确保在正常运行时的阻力，并且在由电机上的转子-定子接触引起的一定力下断裂。例如，假设四分之一的径向力通过电机传递，可断螺钉的尺寸可以被设计成在叶片断裂的情况下断裂，同时仍然确保极限和设计运行情况下的阻力。
[0024]
根据本发明的系统可以包括被单独地采用或被彼此组合地采用的以下特征中的一项或多项：
[0025]-支撑部包括用于安装所述转子的下游圆筒形部段以及用于附接到所述盘的第一上游环形凸缘，所述凸缘包括用于使所述可断螺钉通过的孔口；
[0026]-下游部段通过向下游张开的截头圆锥形壁连接到第一凸缘；
[0027]-下游部段包括上游环形止挡部和下游螺纹，所述转子旨在支承在上游环形止挡部上，下游螺纹用于附接螺母，螺母被构造成支承在转子上，以使转子保持轴向地紧固抵靠该止挡部；
[0028]-下游部段包括径向内环形边沿，径向内环形边沿用于对断裂之后的可断螺钉进行保持；
[0029]-所述边沿包括用于使油通过的贯穿孔口；
[0030]-风扇包括被附接到盘的叶片间平台，该模块还包括环形套圈，环形套圈用于对这些平台的下游端部进行保持，该套圈包括外周缘和内周缘，外周缘围绕并保持平台的下游端部，内周缘包括用于附接到盘的第二环形凸缘，该第二凸缘包括用于使附接螺钉通过的孔口；
[0031]-盘在盘的外周缘处包括一系列齿部，一系列齿部在齿部之间限定了齿槽，齿槽用于安装所述叶片的根部，这些齿部中的每一个齿部在齿部的下游端部处包括用于附接所述套圈的耳部，用于使附接螺钉通过的孔口形成在这些耳部中；
[0032]-所述第二凸缘被插入在盘与所述第一凸缘之间，所述可断螺钉穿过第一凸缘中的孔口以及第二凸缘中的孔口，并且所述附接螺钉穿过第二凸缘中的孔口，而不穿过第一凸缘中的孔口；
[0033]-所述可断螺钉位于第一圆周上，并且所述附接螺钉位于第二圆周上，第一圆周的
内径小于第二圆周的直径。
[0034]
本发明还涉及一种飞行器涡轮机，该飞行器涡轮机包括如上所述的模块，该涡轮机包括电机的定子，该定子围绕所述模块的该电机的转子。
附图说明
[0035]
通过以下详细描述并且为了理解该详细描述而参照附图，本发明的其他特征和优点将变得明显，在附图中：
[0036]
[图1]图1是飞行器涡轮机的示意性轴向横截面视图；
[0037]
[图2]图2是配备有电机的飞行器涡轮机的轴向横截面的局部示意性半视图；
[0038]
[图3]图3是电机转子和电机转子的支撑部的示意性轴向横截面视图；
[0039]
[图4]图4是将套圈的凸缘和电机的转子附接到涡轮机的风扇盘的轴向横截面的局部示意性视图；
[0040]
[图5]图5是风扇叶片根部与风扇套圈之间的连接件的轴向横截面的局部示意性视图；
[0041]
[图6]图6是根据本发明的可断螺钉的示意性轴向横截面视图；
[0042]
[图7]图7是风扇盘的示意性透视图；
[0043]
[图8]图8是图7的风扇盘的局部示意性径向横截面视图；以及
[0044]
[图9]图9是类似于图2的示意性轴向横截面视图，其中，可断螺钉断裂。
具体实施方式
[0045]
首先参照图1，图1示意性地示出了双主体和双流的飞行器涡轮机10。
[0046]
涡轮机10通常包括气体发生器12和在上游的风扇14。风扇14由风扇壳体16围绕，风扇壳体由机舱18围绕，机舱围绕并沿着气体发生器12的主要部分延伸。
[0047]
气体发生器12包括两个主体，即低压(或bp，basse pression)主体12a和高压(或hp，haute pression)主体12b。每个主体包括压缩机和涡轮。
[0048]
术语“上游”和“下游”是沿着涡轮机10中的气体流动的主要方向f考虑的，该方向f平行于涡轮机的纵向轴线a。
[0049]
此外，根据在本技术中的惯例，术语“内部”和“外部”是相对于涡轮机的纵向轴线径向地限定的，该纵向轴线特别是压缩机的转子的旋转轴线。
[0050]
气体发生器12从上游到下游包括低压压缩机20、高压压缩机22、燃烧室24、高压涡轮26以及低压涡轮28。
[0051]
风扇14包括由风扇轴32驱动旋转的环形成排的叶片30，风扇轴32特别地通过减速器33连接到低压主体12a的转子。然而，在本发明的未示出的替代实施例中，涡轮机可以不包括减速器。
[0052]
穿过风扇的气体流(箭头f)在气体发生器12的上游被环形分离器鼻部34分成径向内部环形流和径向外部环形流，径向内部环形流被称为主流36，主流供给气体发生器12，径向外部环形流被称为次级流，次级流在气体发生器12和机舱18之间流动并且提供涡轮机的大部分推力。
[0053]
入口壳体40在结构上将气体发生器12连接到风扇壳体16和机舱18。入口壳体40包
括延伸到主流36中的环形成排的径向内臂42，以及延伸到次级流38中的(用于出口引导叶片的ogv型的)环形成排的径向外矫直器44。臂42在数量上通常是有限的(少于十个)，并且可以是管状的并且由辅助设备穿过。叶片44(ogv)的数量通常大于十个。
[0054]
低压主体12a的转子和风扇轴32在上游由轴承46、48以及50引导。这些轴承46、48、50是滚珠或滚子类型的，每个轴承包括被安装在待引导的轴上的内环、由环形轴承支撑部承载的外环、以及在环之间的滚动件。
[0055]
以已知的方式，减速器33是周转齿轮系类型的，减速器包括以轴线a为中心的太阳齿轮、围绕轴线延伸的环形齿轮、以及与太阳齿轮和环形齿轮啮合并且由行星架承载的行星齿轮。环形齿轮是固定的，并且被牢固地连接到轴承46、48的支撑部。行星架是可旋转的并且被连接到减速器的输出轴54，减速器还包括与太阳齿轮啮合的输入轴56。减速器的输入轴56被联接到低压主体的主轴，并且输出轴54被联接到风扇轴32。
[0056]
减速器的输入轴由轴承50引导，轴承由轴承支撑部承载。输出轴54由轴承46、48引导。
[0057]
轴承支撑部52、60围绕轴线a延伸并且是连接到入口壳体40的固定部件。
[0058]
图2是图1的一部分的更大比例的视图，特别是位于风扇盘32a与减速器(在图2中未示出)之间的区域z的更大比例的视图，电机62被安装在该区域中。这使得能够示出根据本发明的模块100，该模块包括风扇和电机62的转子62a。
[0059]
该环形区域z除了由风扇盘32a在上游以及由减速器在下游轴向地界定之外，还由减速器的输出轴54径向向内地界定，并且由如下的元件径向向外地界定：这些元件在内部界定主流36的流动管道i。这些元件包括上游环形套圈64和下游内环形壁66，当下游内环形壁连接到臂42的径向内端部时，下游内环形壁形成入口壳体40的一部分。
[0060]
壁66作为套圈64的延伸部延伸，套圈是内套圈，并且通过环形成排的固定叶片68连接到外套圈70。套圈64、70在套圈之间限定主流36的流动管道i的空气入口。套圈70在上述分离器鼻部34与位于套圈70下游的外环形壁之间延伸，当外环形壁连接到臂42的径向外端部时，外环形壁形成入口壳体40的一部分。
[0061]
环形区域z被轴承支撑部52分成两个环形部段，分别为上游环形部段和下游环形部段。在所示的示例中，该支撑部具有向下游张开的大致截头圆锥形的形状。支撑部的上游径向内端部承载轴承46的外环，轴承的内环被附接到输出轴54。支撑部52的下游径向外端部被附接到入口壳体40。
[0062]
轴承或每个轴承48的外环大致在中间被附接到支撑部52，使内环或每个内环被附接到输出轴54。为此，轴承支撑部52包括两个环形伸长部，分别为上游环形伸长部52a和下游环形伸长部52b。上游伸长部52a从轴承46延伸到用于附接到下游伸长部52b的径向外环形凸缘，下游伸长部52b从用于附接到上游伸长部52a的径向内环形凸缘延伸到用于附接到入口壳体40的径向外环形凸缘。
[0063]
轴承48的外环或每个外环被附接到下游伸长部52b。
[0064]
区域z的下游部段表示围封部e的一部分，该围封部的一部分用于对轴承46、48(和50-图1)以及减速器进行润滑，该减速器被容纳在该围封部中，被轴向地布置在一方面轴承46、48与另一方面轴承50之间。在该围封部中存在油雾。
[0065]
区域z的上游部段表示电机62的安装位置，因此电机通过轴承支撑部52与围封部e
隔开。
[0066]
电机62的形状为大致环形，并且该电机包括转子62a和定子62b。转子62a具有围绕轴线a延伸的大致环形的形状，并且被同轴地安装在风扇14的下游。转子62a也可以被安装在风扇14的上游，但是在风扇14的下游具有更大的实施半径。
[0067]
转子62a由环形支撑部90承载，环形支撑部的形状为大致圆筒形。转子62a围绕该环形支撑部90布置。
[0068]
环形支撑部90的下游端部90b被附接到转子62a，该支撑部的上游端部90a被附接到风扇盘32a。
[0069]
因此，支撑部90使得风扇盘32a能够使转子62a旋转。定子62b也具有大致圆筒形的形状，并且与套圈64接触集成。
[0070]
套圈64以密封的方式与轴承支撑部52配合(未示出配合)。密封由迷宫式密封件提供，迷宫式密封件的环形刮擦部例如由套圈64承载，并且耐磨涂层由轴承支撑部52承载。
[0071]
例如，定子62b通过电缆连接到控制电路，在这种情况下，该控制电路穿过入口壳体40的管状臂42。
[0072]
电机62(特别是电机的定子62b)在穿过风扇14和/或主流36之后尽可能靠近主流，即尽可能靠近套圈64。
[0073]
套圈64还使叶片间平台110保持被附接到盘32a的下游端部111。该套圈64包括外周缘65和内周缘67，外周缘围绕并保持平台110的下游端部111，内周缘包括用于附接到盘32a的第二环形凸缘112，盘位于第二凸缘112的内端部的水平处。第二凸缘112包括用于使附接螺钉114通过的孔口113。
[0074]
根据本发明，支撑部90通过可断螺钉99(les vis fusibles)附接到盘32a，可断螺钉被构造成当从盘32a传递到支撑部90的扭转扭矩超过预定阈值时断裂。
[0075]
支撑部90包括用于安装转子62a的圆筒形下游部段91以及用于附接到盘32a的第一上游环形凸缘92，该凸缘92包括用于使可断螺钉99通过的孔口93。
[0076]
下游部段91通过向下游张开的截头圆锥形壁90c连接到第一凸缘92。
[0077]
如在图3中最好地看到，下游部段91包括上游环形止挡部94和下游螺纹95，转子62a旨在支承在上游环形止挡部上，下游螺纹用于附接螺母89，螺母被构造成支承在转子62a上，以使转子保持轴向地紧固抵靠该止挡部94。
[0078]
下游部段91包括径向内环形边沿96，径向内环形边沿用于对断裂之后的可断螺钉99进行保持。实际上，在转子62a从风扇盘解除联接的情况下，转子62a变成定子，并且断裂的可断螺钉99随后积聚在下游部段91的内部面上并且由环形边沿96保持。
[0079]
该环形边沿96使得转子62a能够平衡。实际上，使转子62a平衡可以通过根据观察到的不平衡来对环形边沿96进行局部机加工来实现，以校正观察到的不平衡。该环形边沿96还有助于下游部段91的刚度，从而有助于电机62的转子62a与定子62b之间的气隙间隙的保持。
[0080]
环形边沿96包括使油通过的贯穿孔口97，在该区域中发生油泄漏的情况下，贯穿孔口使得能够在箭头98的方向上释放油。
[0081]
如在图4中示出，第二凸缘112被插入在盘32a和第一凸缘92之间。可断螺钉99穿过第一凸缘92中的孔口93以及第二凸缘112中的孔口115。附接螺钉114穿过第二凸缘112中的
孔口113，而不穿过第一凸缘92中的任何孔口。
[0082]
可断螺钉99位于第一圆周上，并且附接螺钉113位于第二圆周上，第一圆周的内径小于第二圆周的内径。因此，第二凸缘112与电机的转子分离，以使得电机的转子能够解除联接，而不从第二凸缘112释放风扇盘。
[0083]
如在图5中示出，内周缘67的外端部包括环形刮擦部120，环形刮擦部用于与套圈64的外周缘65的耐磨涂层121配合。刮擦部120和涂层121形成迷宫式密封件。
[0084]
图6示出了根据本发明的可断螺钉99的示例。这种螺钉99包括螺钉头部99a和螺纹99b。螺钉99的可断特征由螺钉的具有减小截面的中间部段99c示出，中间部段被布置在头部99a与螺纹99b之间，以特别地在剪切时用作断裂部。
[0085]
螺钉的紧固在此由六边形键实现。也可以采用其他夹紧方式。如在图7和图8中可见，盘32a在盘的外周缘处包括一系列齿部35，一系列齿部在齿部之间限定了齿槽37，齿槽用于安装叶片的根部，这些齿部35中的每一个齿部在齿部的下游端部处包括用于附接套圈的耳部39。
[0086]
用于使附接螺钉通过的孔口116形成在这些耳部39中，并且旨在被定位成与孔口113相对，孔口113用于使附接第二凸缘112的螺钉通过。用于使可断螺钉通过的孔口117形成在盘32a中，被定位成相对于孔口116径向向内，并且旨在面向第一凸缘92中的用于使可断螺钉通过的孔口93以及第二凸缘112中的孔口115。
[0087]
图9类似于图2，并且示出了可断螺钉99例如由于叶片的丢失而失效，从而从风扇盘32a释放转子62a的示例。实际上，这种叶片的丢失将在风扇盘32a上产生显著的不平衡，这又将导致风扇盘32a在第一凸缘92上的径向力。因此，可断螺钉的尺寸被设计成在存在由以下所影响的剪切时失效：电机的定子上的由盘32a传递的转子的摩擦扭矩，以及风扇盘在第一凸缘92上的径向力。
[0088]
在此可以看到，转子62a与定子62b接触，并且转子本身已经成为定子。因此，来自断裂的可断螺钉的碎片99a可以积聚在支撑部90的下游部段91的内部面上，特别地积聚在环形边沿96上。
[0089]
图9还使得能够示出风扇盘32a通过第二凸缘122保持连接到套圈64的内周缘67。