带有离合器组件的燃气涡轮发动机

文档序号:714104 发布日期:2021-04-16 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 带有离合器组件的燃气涡轮发动机 (Gas turbine engine with clutch assembly ) 是由 B·L·德文多夫 于 2020-10-15 设计创作,主要内容包括:提供一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括:涡轮机,该涡轮机具有低速转轴和高速转轴;转子组件,该转子组件联接到低速转轴;电机,该电机可与低速转轴旋转,以用于从低速转轴中提取功率,以用于为低速转轴增加功率,或两者;以及转轴间离合器,该转轴间离合器定位在低速转轴与高速转轴之间,以用于将低速转轴选择性地联接到高速转轴。(A gas turbine engine is provided. The gas turbine engine includes: a turbine having a low speed shaft and a high speed shaft; a rotor assembly coupled to the low-speed rotating shaft; a motor rotatable with the low-speed shaft for extracting power from the low-speed shaft, for adding power to the low-speed shaft, or both; and an inter-shaft clutch positioned between the low-speed rotating shaft and the high-speed rotating shaft for selectively coupling the low-speed rotating shaft to the high-speed rotating shaft.)

带有离合器组件的燃气涡轮发动机

相关申请的交叉引用

该申请是非临时申请,其根据35 U.S.C. § 119(e)要求享有2019年10月15日提交的编号为62/915,364的美国临时申请(其由此通过引用以其整体来结合)的优先权权益。

技术领域

该申请大体上涉及一种燃气涡轮发动机,该燃气涡轮发动机构造成使用联接到低速转轴的电机来起动。

背景技术

燃气涡轮发动机大体上包括涡轮机和转子组件。在涡扇发动机的情况下,转子组件可构造为风扇组件。涡轮机大体上包括高速转轴和低速转轴。燃烧区段接收加压空气,该加压空气与燃料混合并在燃烧室内燃烧以生成燃烧气体。燃烧气体首先提供给高速转轴的高速涡轮,以驱动高速转轴,并然后提供给低速转轴的低速涡轮,以驱动低速转轴。转子组件典型地联接到低速转轴。

某些燃气涡轮发动机还包括用于为燃气涡轮发动机的各种附件系统提供功率的附件齿轮箱。附件齿轮箱联接到高速转轴。然而,如将了解的,从高速转轴提取功率可导致高速转轴对发动机命令的响应较小,这继而可导致低速转轴和转子组件对发动机命令的响应较小。

本公开内容的发明人已发现,将附件齿轮箱联接到低速转轴以增加高速转轴的响应性可为有用的。然而,本公开内容的发明人还发现,此类构造可使得难以使用联接到附件齿轮箱的电动马达来起动发动机,因为处于此类构造的电动马达不具有与高速转轴的机械连接。

因此,具有用于增加燃气涡轮发动机对发动机命令的响应性的一个或多个特征的燃气涡轮发动机将是有用的。更特别地,具有用于增加燃气涡轮发动机对发动机命令的响应性,同时仍用联接到附件齿轮箱的电动马达来促进燃气涡轮发动机的起动的一个或多个特征的燃气涡轮发动机将是有用的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述,或可从描述中清楚,或可通过实施本发明来学习。

在本公开内容的一方面,提供一种燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括:涡轮机,该涡轮机具有低速转轴和高速转轴;转子组件,该转子组件联接到低速转轴;电机,该电机可与低速转轴旋转,以用于从低速转轴中提取功率,以用于为低速转轴增加功率,或两者;以及转轴间离合器,该转轴间离合器定位在低速转轴与高速转轴之间,以用于将低速转轴选择性地联接到高速转轴。

参照以下描述和所附权利要求书,本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例,且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

针对本领域普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放(enabling)的公开内容在参照附图的说明书中阐述,在附图中:

图1是根据本公开内容的示例性方面的燃气涡轮发动机的示意性截面图。

图2是根据本公开内容的另一示例性方面的燃气涡轮发动机的另一示意性截面图。

图3是处于第一位置的根据本公开内容的示例性实施例的离合器的示意图。

图4是处于第二位置的图3的示例性离合器的示意图。

图5是处于第三位置的图3的示例性离合器的示意图。

图6是根据本公开内容的示例性实施例的沿轴向方向的转轴间离合器的视图。

图7是根据本公开内容的示例性方面的操作推进系统的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细地参照本发明出现的实施例,其一个或多个示例在附图中示出。详细的描述使用数字和字母标记来表示图中的特征。图和描述中相似或类似的标记用于表示本发明的相似或类似的部分。

词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施方式不一定要解释为相比其它实施方式优选或有利。

如本文中使用的,用语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个构件与另一个区分开,且不意在表示各个构件的位置或重要性。

用语“前”和“后”表示燃气涡轮发动机或车辆内的相对位置,且表示燃气涡轮发动机或车辆的正常操作姿态。例如,关于燃气涡轮发动机,前表示更接近发动机入口的位置,且后表示更接近发动机喷嘴或排出装置的位置。

用语“上游”和“下游”表示关于流体通路中的流体流的相对方向。例如,“上游”表示流体流自的方向,且“下游”表示流体流向的方向。

除非本文中另外指定,否则用语“联接”、“固定”、“附接到”等表示直接联接、固定或附接以及通过一个或多个中间构件或特征来间接联接、固定或附接。

除非上下文另外清楚地指示,否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数对象。

如本文中在说明书和权利要求书各处使用的,近似语言适用于修饰在不导致它所涉及的基本功能上改变的情况下可允许变化的任何数量表示。因此,由诸如“约”、“大约”和“大致”的一个或多个用语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些实例中,近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度或者用于构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如,近似语言可表示在百分之1、2、4、10、15或20的裕度内。

这里以及在说明书和权利要求书各处,除非上下文或语言另外指示,否则范围限制被组合和互换,此类范围等同且包括包含于其中的所有子范围。例如,本文中公开的所有范围包括端点,且端点可彼此独立地组合。

现在参照图,图1示出燃气涡轮发动机的示例性实施例的立视截面图,其可结合本公开内容的一个或多个发明方面。特别地,图1的示例性燃气涡轮发动机构造为限定轴向方向A、径向方向R和周向方向C1(见图2和图3,其绕轴向方向A延伸)的单个无涵道转子发动机10。从图1可看出,发动机10采取开放式转子推进系统的形式,且具有转子组件12,该转子组件包括围绕发动机10的中心纵向轴线14布置的翼型件阵列,且更特别地包括围绕发动机10的中心纵向轴线14布置的转子叶片16的阵列。此外,如将在下文更详细解释的,发动机10另外包括不旋转静叶组件18,该非旋转静叶组件定位在转子组件12的后方(即,相对于中心轴线14不旋转),其包括也围绕中心轴线14设置的翼型件阵列,且更特别地包括围绕中心轴线14设置的静叶20的阵列。转子叶片16围绕中心线14以典型的等距关系布置,且每个叶片具有根部22与末端24以及在它们之间限定的翼展。类似地,静叶20也围绕中心线14以典型的等距关系布置,且每个静叶具有根部26与末端28以及在它们之间限定的翼展。转子组件12还包括位于多个转子叶片16的前方的毂43。

另外,发动机10包括具有核心(或高速系统)32和低速系统的涡轮机30。核心32大体上包括高速压缩机34、高速涡轮36以及在其之间延伸并连接高速压缩机34和高速涡轮36的高速轴38。高速压缩机34(或至少其旋转构件)、高速涡轮36(或至少其旋转构件)和高速轴38可统称为发动机的高速转轴35。此外,燃烧区段40位于高速压缩机34与高速涡轮36之间。燃烧区段40可包括一种或多种构造,以用于接收燃料和空气的混合物,并提供通过高速涡轮36的燃烧气体流以驱动高速转轴35。

低速系统类似地包括低速涡轮42、低速压缩机或增压器44,以及在低速压缩机44与低速涡轮42之间延伸并连接低速压缩机和低速涡轮的低速轴46。低速压缩机44(或至少其旋转构件)、低速涡轮42(或至少其旋转构件)和低速轴46可统称为发动机的低速转轴45。

虽然发动机10描绘为其中低速压缩机44定位在高速压缩机34的前方,在某些实施例中,压缩机34、44可成叉指式布置。另外或备选地,虽然发动机10描绘为其中高速涡轮36定位在低速涡轮42,在某些实施例中,涡轮36、42可类似地成叉指式布置。

仍参照图1,涡轮机30大体上包在引擎罩48中。此外,将了解的是,引擎罩48至少部分地限定入口50和排气口52,且包括在入口50与排气口52之间延伸的涡轮机械流径54。对于示出的实施例,入口50为位于转子叶片组件12与固定或静止静叶组件18之间的环形或轴对称的360度入口50,并为进入的大气提供沿径向方向R进入引导静叶28内侧的涡轮机流径54(和压缩机44、34、燃烧区段40和涡轮36、42)的路径。此类位置可出于多种原因为有利的,包括结冰性能管理和保护入口50免受可在操作中遇到的各种物体和材料。

然而,在其它实施例中,入口50可定位在任何其它合适的位置处,例如,静叶组件18的后部,以非轴对称的方式布置等。

如上文简要提到的,发动机10包括静叶组件18。静叶组件18从引擎罩48延伸且定位在转子组件12的后部。静叶组件18的静叶20可安装到静止框架或其它安装结构,且不相对于中心轴线14旋转。出于参考目的,图1还用箭头F描绘向前的方向,箭头F继而限定系统的前部和后部。如图1中示出的,转子组件12以“拉具式(puller)”构造位于涡轮机30的前方,且排气口52位于引导静叶28的后方。如将了解的,静叶组件18的静叶20可构造成用于使来自转子组件12的气流变直(例如,减小气流中的涡流)以增加发动机10的效率。例如,静叶20的尺寸、形状和构造可设置成将抵消旋流施加给来自转子叶片16的气流,使得在两排翼型件(例如,叶片16、静叶20)的下游方向上的气流具有大大降低的涡旋度,其可转化成提高的感应效率水平。

仍参照图1,可期望转子叶片16、静叶20或两者结合变桨机构,使得翼型件(例如叶片16、静叶20等)可独立地或彼此结合地相对于变桨旋转轴线旋转。此类变桨可用于在各种操作条件下改变推力和/或涡旋效应,包括调整在转子叶片16处产生的推力的大小或方向,或提供可在某些操作条件下有用的推力反向特征,诸如在飞行器降落时,或期望地调整至少部分地由转子叶片16、静叶20,或从转子叶片16相对于静叶20的空气动力学相互作用产生的噪声。更特别地,对于图1的实施例,转子组件12描绘为具有用于使转子叶片16围绕其相应的变桨轴线60旋转的变桨机构58,且静叶组件18描绘为具有用于使静叶20围绕其相应的变桨轴线64旋转的变桨机构62。

如描绘的,转子组件12由涡轮机30驱动,且更特别地,由低速转轴45驱动。更特别地,图1中示出的实施例中的发动机10包括功率齿轮箱56,且转子组件12由横跨功率齿轮箱56的涡轮机30的低速转轴45驱动。功率齿轮箱56可包括用于降低低速转轴45相对于低速涡轮42的旋转速度的齿轮组,使得转子组件12可以以比低速转轴45更慢的旋转速度旋转。以此方式,转子组件12的旋转的转子叶片16可绕轴线14旋转且生成推力来在向前的方向F上推进发动机10,且因此推进与其相关的飞行器。

仍参照图1,示例性发动机10包括附件齿轮箱66和电机68,其中涡轮机30驱动附件齿轮箱66和电机68。例如,在某些示例性实施例中,附件齿轮箱66可通过合适的齿轮系联接到低速转轴45(例如,低速轴46),且电机68可联接到附件齿轮箱66。然而,在其它示例性实施例中,电机68可独立于附件齿轮箱66联接到涡轮机30的低速转轴45,且附件齿轮箱66可联接到低速转轴45或高速转轴35。

此外,图1中描绘的示例性涡轮机30包括转轴间离合器72。转轴间离合器72定位在高速转轴35与低速转轴45之间,以在某些操作(诸如起动操作)期间将低速转轴45选择性地联接到高速转轴35。这样可允许电机68用于起动或辅助起动涡轮机30。

然而,将了解的是,图1中描绘的示例性单转子无涵道发动机10仅作为示例,且在其它示例性实施例中,发动机10可具有任何其它合适的构造,包括例如,任何适合数量的轴或转轴、涡轮、压缩机等。另外或备选地,在其它示例性实施例,可提供等任何其它合适的燃气涡轮发动机。例如,在其它示例性实施例中,燃气涡轮发动机可为涵道涡扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮喷气发动机等。

现在参照图2,描绘根据本公开内容的示例性实施例的燃气涡轮发动机10的示意图。图2的示例性燃气涡轮发动机10可以以与上文关于图1描述的示例性发动机10类似的方式构造。特别地,对于示出的实施例,发动机10包括机械地联接到发动机10的涡轮机30的低速转轴45的电机68,且更特别地包括机械地联接到发动机10的低速转轴45的附件齿轮箱66,其中电机68通过附件齿轮箱66联接到低速转轴45。更特别地,低速转轴45包括低速轴46,且至少部分地形成低速压缩机54和低速涡轮42(未示出)。附件齿轮箱66描绘为联接到低速转轴45的低速轴46。

以此方式,附件齿轮箱66可将旋转功率从发动机10的低速转轴45传递到例如发动机10或结合发动机10的飞行器的一个或多个附件系统70,其机械地联接到附件齿轮箱66和电机68(其可与附件齿轮箱66旋转)。发动机10还包括转子组件12和功率齿轮箱56,其中转子组件12由横跨功率齿轮箱56的低速转轴45驱动。

如将了解的,燃气涡轮发动机10的各种电气和其它附件系统70典型地停断(poweroff)由发动机10的核心32(或更特别地发动机10的高速/高压系统)驱动的附件齿轮箱。用此类构造,发动机核心32大体上加大尺寸以允许这些附件系统在整个飞行包线中操作。然而,值得注意的是,凭借发动机10的核心32上的额外负载和惯性,此类构造可降低发动机10的响应性。将了解的是,通过将附件齿轮箱66和电机68联接到发动机10的低速转轴45,而不是高速转轴35,燃气涡轮发动机10可具有响应性更强的核心32。此外,虽然这样可继而导致低速系统和转子组件12响应性低,包括电机68可弥补响应性,如下文论述的。

仍参照图2,将了解的是,电机68在低速转轴45的连接点100处联接到涡轮机30的低速转轴45。更特别地,对于示出的实施例,附件齿轮箱66在连接点100处联接到低速转轴45,且电机68通过附件齿轮箱66联接到低速转轴45。此外,对于示出的实施例,涡轮机30包括齿轮系102,齿轮系102在连接点100处联接到低速转轴45并延伸到附件齿轮箱66。以此方式,附件齿轮箱66可将旋转功率从发动机10的低速转轴45传递到例如机械地联接到附件齿轮箱66和可与附件齿轮箱66旋转的电机68的一个或多个附件系统70。

此外,如图2中描绘的,示例性燃气涡轮发动机10包括发动机离合器104,该发动机离合器定位在低速转轴45的连接点100前方的位置处的低速转轴45的转矩路径中(其中附件齿轮箱66通过齿轮系102联接到低速转轴45)。特别地,对于示出的实施例,发动机离合器104定位在连接点100与转子组件12之间的低速转轴45的转矩路径中。

发动机离合器104可在接合位置与脱离位置之间移动,在接合位置,转矩可沿低速转轴45横跨发动机离合器104传递以驱动转子组件12(或反之亦然),且在脱离位置,转矩可不沿低速转轴45横跨发动机离合器104传递到转子组件12。以此方式,发动机离合器104可在不旋转转子组件12的情况下促进发动机10的操作。这样可有益,特别是在某些地面操作期间,其中可期望旋转涡轮机30而不产生来自转子组件12的推力。

在至少某些示例性方面,发动机离合器104可为用于从脱离位置转换到接合位置的两级离合器。例如,现在参照图3和图4,描绘根据本公开内容的示例性实施例的发动机离合器104的样本示例性实施例。对于示出的实施例,发动机离合器104包括沿纵向方向L相对于彼此可移动的第一部分108和第二部分110。在某些示例性实施例中,纵向方向L可与发动机10的轴向方向A对准。此外,在某些示例性实施例中,第一部分108可与转子组件12旋转,且第二部分110可与低速转轴45一起在连接点100处且在连接点100的后方旋转。

如图3和图4中示出的,发动机离合器104的第一部分108包括第一摩擦板112和第一组几何特征114(以虚线描绘,定位在第一部分108的内表面中)。发动机离合器104的第二部分110包括第二摩擦板116和第二组几何特征118,第二组几何特征118对应地成形为第一组几何特征114。更特别地,对于示出的实施例,第一组几何特征114包括沿纵向方向L延伸的多个突起,且第二组几何特征118包括沿纵向方向L延伸的多个凹槽。多个突起构造成可滑动地容纳在多个凹槽内。以此方式,第一几何特征114和第二组几何特征118可称为花键连接。

如将了解的,当发动机离合器104处于脱离位置(图3)时,低速转轴45可相对于转子组件12自由旋转。相比之下,当发动机离合器104处于接合位置(图4)时,低速转轴45与转子组件12旋转。摩擦板112、116提供从脱离位置到接合位置的相对平滑的过渡。

更特别地,现在还参照图5,将了解的是,离合器104可进一步移动至过渡位置。在过渡位置,第一摩擦板112和第二摩擦板116彼此接触,但第一组几何特征114和第二组几何特征118不接触。这样可允许转子组件12在接合第一几何特征114和第二几何特征118之前缓慢地加速,以将离合器104的第一部分108和第二部分110锁定在一起。

值得注意的是,对于描绘的实施例,如还将了解的,第二摩擦板116构造成沿纵向方向在过渡位置与接合位置之间滑动。第二摩擦板116可通过例如一个或多个弹簧组件(未示出)沿纵向方向朝第一摩擦板112偏置。

此外,在转子组件12大致匹配低速转轴45的旋转速度之后,离合器104可沿纵向方向L从过渡位置移动到接合位置,使得第二几何特征118与第一几何特征114啮合将发动机离合器104的第一部分108和第二部分110固定在一起。

还将了解的是,此类构造可允许燃气涡轮发动机10的改进的操作。例如,此类构造可允许燃气涡轮发动机10的核心32在例如怠速和着陆后操作期间操作,而不参与旋转转子组件12。以此方式,电机68的尺寸可设置成接受100%的额定发动机功率,使得燃气涡轮发动机10可以以额定发动机功率操作(即,通过将发动机离合器104移动到脱离位置),而不接合转子组件12,并电机68将大致所有的此类功率转换成电能来通过电总线120(见图2)提供给结合燃气涡轮发动机10的飞行器248,提供给总线230内或与总线电连通的一个或多个能量存储单元,以辅助起动额外发动机,其组合,等。

随后,当期望用转子组件12产生推力时,发动机离合器104可从脱离位置移动到过渡位置,从而在随后将发动机离合器104移动到接合位置之前缓慢地使转子组件12达到一定速度,以将转子组件12旋转地锁定到低速转轴45。

还将了解的是,用上文构造,一旦发动机离合器104移动到接合位置,电机68就可用于在起飞前操作期间更快地加速转子组件12。更特别地,电功率可提供给电机68,且转换成通过附件齿轮箱66提供给低速转轴45的旋转功率,以直接辅助加速转子组件12。虽然将附件齿轮箱66安装到低速转轴45,这样可保证低速转轴45具有期望的响应性。

如还将了解的,以此方式,电机68还可用于起动或辅助起动发动机10。往回参照图2,将了解的是,描绘的示例性发动机10还包括定位在燃气涡轮发动机10的低速/低压系统与燃气涡轮发动机10的高速/高压系统之间的转轴间离合器122。特别地对于示出的实施例,转轴间离合器122定位在低速转轴45与高速转轴35之间。更特别地,对于示出的实施例,转轴间离合器122定位在低速转轴45与高速转轴35之间,在沿燃气涡轮发动机10的轴向方向A与燃烧区段40对准或定位于燃烧区段40的前方以及沿轴向方向A与高速压缩机34对准或在高压压缩机的后方的位置处。当转轴间离合器122将低速转轴45联接到高速转轴35时,此类构造可允许转轴间离合器122上的转矩平衡。

然而,将了解的是,在其它实施例中,转轴间离合器122可定位在任何其它合适的位置处。例如,在其它示例性实施例中,如图2中以虚线描绘的(如元件122'),转轴间离合器122可定位在燃烧区段40前方的任何合适的位置处,诸如沿轴向方向A与高速压缩机34对准或定位在高速压缩机的前方,诸如沿轴向方向A定位在高速压缩机34的前方。此类构造可凭借转轴间离合器122与燃烧区段40的间距来提供较冷的转轴间离合器,以减小转轴间离合器122过早磨损的可能性。

在操作期间,转轴间离合器122可保证低速/低压系统(低速转轴45)在第一周向方向C1上旋转得不比高速/高压系统(高速转轴35)更快(即,高速转轴35和低速转轴45的周向方向构造成在正常飞行操作期间旋转;还见下文论述的图6)。转轴间离合器122可为单向离合器,该单向离合器构造成取决于一种或多种操作条件(诸如,高速转轴35和低速转轴45上的相对旋转速度和转矩)被动地接合和脱离。例如,在某些示例性实施例中,电机68可作为燃气涡轮发动机10的起动马达来操作。在此类示例性实施例中,在起动操作期间,电机68可通过电功率总线120接收电功率,且将此类功率转换成机械功率,该机械功率通过附件齿轮箱66和齿轮系102传递到低速转轴45,使低速转轴45在第一周向方向C1上旋转。转轴间离合器122可通过此类旋转来接合,使得低速转轴45横跨转轴离合器122使高速转轴35在第一周向方向C1上对应地旋转。此类操作可继续直到燃气涡轮发动机10到达起燃点。如本文中使用的,用语“起燃点”是指旋转速度,其中高速转轴45和/或低速转轴35足以向燃烧区段40提供一定量的气流,以允许点燃燃烧区段40并持续燃烧。在这时,燃烧区段40可生成燃烧气体来驱动高速转轴35,且高速转轴35可具有(来自燃烧气体的)额外力,该额外力促使高速转轴35在第一周向方向C1上比低速转轴45更快地旋转。转轴间离合器122可在这时被动地/自动地脱离,从而允许高速转轴35在第一周向方向C1上比低速转轴45更快地旋转。

如提到的,转轴间离合器122可构造为单向离合器。例如,现在参照图6,将了解的是,在至少某些示例性方面,转轴间离合器122可构造为斜撑离合器。图6提供示例性转轴间离合器122的示意性轴向视图(即,沿轴向方向A的视图)。描绘的示例性斜撑离合器包括定位在内座圈126与外座圈128之间的多个斜撑124。内座圈126固定到低速转轴45或与低速转轴一体形成,且外座圈128联接到高速转轴35。当内座圈126相对于外座圈128逆时针旋转时(至少对于描绘的实施例的视图),或当外座圈128比内座圈126旋转得更快时,多个斜撑124大致不提供对此类运动的阻力。相比之下,当内座圈126试图相对于外座圈128顺时针旋转时(第一周向方向C1),多个斜撑124围绕它们相应的旋转轴线125旋转,并将内座圈126锁定到外座圈128,使得不允许内座圈126相对于外座圈128在顺时针方向上相对旋转。

更特别地,将了解的是,对于图6中描绘的示例性视图,顺时针方向是第一周向方向C1。以此方式,将了解的是,低速转轴45和高速转轴35构造成在燃气涡轮发动机10的操作期间在第一周向方向C1上旋转。还将了解的是,用此类构造,转轴间离合器122构造成将低速转轴45(内座圈126)被动地接合和联接到高速转轴35(外座圈128)以防止低速转轴45(内座圈126)的旋转速度超过高速转轴35(外座圈128)在第一周向方向C1上的旋转速度。以此方式,低速转轴45可在起动操作期间联接到高速转轴35,使得电机68虽然联接到低速转轴45可起动高速转轴35的旋转。

此外,将了解的是,用此类构造,转轴间离合器122构造成将低速转轴45(内座圈126)与高速转轴35(外座圈128)被动地脱离和断开,以允许高速转轴35(外座圈128)的旋转速度超过低速转轴45(内座圈126)在第一周向方向C1上的旋转速度。以此方式,一旦发动机起动,转轴间离合器122可允许高速转轴35比低速转轴45旋转得更快,而不必主动促动转轴间离合器122。

然而,应了解的是,在其它实施例中,可使用任何其它合适的转轴间离合器122。例如,在其它示例性实施例中,转轴间离合器122可为主动促动的两级离合器(类似于上文论述的发动机离合器),可为任何其它合适形式的单向离合器等。

以此方式,虽然联接到低速转轴45,电机68可通过直接旋转高速转轴35来辅助起动发动机10。

然而,将了解的是,在其它示例性实施例中,发动机可具有任何其它合适的构造。例如,虽然对于图中描绘的实施例,电机68与低速转轴45间隔开,将了解的是,在其它示例性实施例中,电机68可改为安装在低速转轴45周围,与低速转轴45共用旋转轴线。用此类构造,电机68的转子可围绕低速转轴45的低速轴安装。

还可构想其它构造。

现在参照图7,提供操作燃气涡轮发动机的方法200的流程图。方法200可用于操作以与上文描述的燃气涡轮发动机中的一个或多个类似的方式构造的燃气涡轮发动机。因此,燃气涡轮发动机可包括低速转轴、高速转轴和联接到低速转轴的电机。

对于图7的示例性方面,方法200包括:在(202)处在燃气涡轮发动机的起动操作期间,至少部分地用电机旋转低速转轴。更特别地,对于图7的示例性方面,在(202)处在燃气涡轮发动机的起动操作期间至少部分地用电机旋转低速转轴包括在(204)处,在燃气涡轮发动机的起动操作期间横跨定位于低速转轴与高速转轴之间的转轴间离合器用低速转轴旋转高速转轴。如上文论述的,转轴间离合器可为单向离合器。

此外,对于图7的示例性方面,在(202)处在燃气涡轮发动机的起动操作期间至少部分地用电机旋转低速转轴更特别地包括:在(206)处在燃气涡轮发动机的起动操作期间仅用电机旋转低速转轴,在(208)处横跨附件齿轮箱用电机旋转低速转轴,以及在(210)处用电机使低速转轴和高速转轴旋转达到起燃速度。

此外,描绘的示例性方法200还包括在(212)处,在用电机使低速转轴和高速转轴旋转达到起燃速度之后,点燃燃气涡轮发动机的燃烧区段,以及在(214)处,使高速转轴比低速转轴更快地旋转,其中使高速转轴比低速转轴更快地旋转包括使转轴间离合器自动脱离。

本发明的另外的方面由以下条款的主题提供:

一种燃气涡轮发动机包括:涡轮机,该涡轮机包括低速转轴和高速转轴;转子组件,该转子组件联接到低速转轴;电机,该电机可与低速转轴旋转,以用于从低速转轴中提取功率,以用于为低速转轴增加功率,或两者;以及转轴间离合器,该转轴间离合器定位在低速转轴与高速转轴之间,以用于将低速转轴选择性地联接到高速转轴。

这些条款中的一项或多项的燃气涡轮发动机,其中转轴间离合器是单向离合器。

这些条款中的一项或多项的燃气涡轮发动机,其中转轴间离合器是斜撑离合器。

这些条款中的一个或多个的燃气涡轮发动机,其中低速转轴和高速转轴构造成在燃气涡轮发动机的操作期间在第一周向方向上旋转,其中转轴间离合器构造成将低速转轴与高速转轴被动地脱离和断开,以允许高速转轴的旋转速度超过低速转轴在第一周向方向上的旋转速度。

这些条款中的一个或多个的燃气涡轮发动机,其中低速转轴和高速转轴构造成在燃气涡轮发动机的操作期间在第一周向方向上旋转,其中转轴间离合器构造成将低速转轴被动地接合和联接到高速转轴,以防止低速转轴的旋转速度超过高速转轴在第一周向方向上的旋转速度。

这些条款中的一项或多项的燃气涡轮发动机,其中涡轮机还包括燃烧区段,且其中转轴间离合器沿燃气涡轮发动机的轴向方向与燃烧区段对准或定位在燃烧区段的前方。

这些条款中的一项或多项的燃气涡轮发动机,其中高速转轴至少部分地包括高速压缩机,且其中转轴间离合器沿燃气涡轮发动机的轴向方向与高速压缩机对准或定位在高速压缩机的前方。

这些条款中的一项或多项的燃气涡轮发动机,其中电机构造成在燃气涡轮发动机的起动操作期间通过转轴间离合器和低速转轴使高速转轴旋转达到起燃速度。

这些条款中的一项或多项的燃气涡轮发动机,还包括:附件齿轮箱,该附件齿轮箱联接到低速转轴,且其中电机通过附件齿轮箱联接到低速转轴。

这些条款中的一项或多项的燃气涡轮发动机,其中燃气涡轮发动机构造为单个无涵道转子发动机,且其中转子组件包括单级无涵道转子叶片。

这些条款中的一项或多项的燃气涡轮发动机,还包括:无涵道引导静叶级,该无涵道引导静叶级定位在单级无涵道转子叶片的下游。

一种操作燃气涡轮发动机的方法,该燃气涡轮发动机包括低速转轴、高速转轴和联接到该低速转轴的电机,该方法包括:在燃气涡轮发动机的起动操作期间至少部分地用电机旋转低速转轴;其中在燃气涡轮发动机的起动操作期间至少部分地用电机旋转低速转轴包括在燃气涡轮发动机的起动操作期间,横跨定位于低速转轴与高速转轴之间的转轴间离合器,用低速转轴旋转高速转轴。

这些条款中的一项或多项的方法,其中在燃气涡轮发动机的起动操作期间至少部分地用电机旋转低速转轴还包括用电机使低速转轴和高速转轴旋转达到起燃速度。

这些条款中的一项或多项的方法,还包括:在用电机使低速转轴和高速转轴旋转达到起燃速度之后,点燃燃气涡轮发动机的燃烧区段。

这些条款中的一项或多项的方法,还包括:使高速转轴比低速转轴更快地旋转,其中使高速转轴比低速转轴更快地旋转包括使转轴间离合器自动脱离。

这些条款中的一项或多项的方法,其中转轴间离合器是单向离合器。

这些条款中的一项或多项的方法,其中涡轮机还包括燃烧区段,且其中转轴间离合器沿燃气涡轮发动机的轴向方向与燃烧区段对准或定位在燃烧区段的前方。

这些条款中的一项或多项的方法,其中在燃气涡轮发动机的起动操作期间至少部分地用电机旋转低速转轴包括在燃气涡轮发动机的起动操作期间仅用电机旋转低速转轴。

这些条款中的一项或多项的方法,其中在燃气涡轮发动机的起动操作期间至少部分地用电机旋转低速转轴包括横跨附件齿轮箱用电机旋转低速转轴。

这些条款中的一项或多项的方法,其中燃气涡轮发动机构造为单个无涵道转子发动机,且其中转子组件包括单级无涵道转子叶片。

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