专利名称：一种燃气轮机起动机/发电机的分布式结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气轮机，尤指在变速箱或辅助变谨箱上安魏动树发电机(S/G) 的燃气轮机。本发明的领域涉及飞机或直升机的航空弓摩的燃气轮机，以及辅助电 源单元(APUs)。
背景技术：
在燃气轮机中， 一些设备或"附件"的某些部件是由机械传动装置来驱动的， 该机械传动^S使用的是涡轮轴产生的机械力，其包括一组安装在机箱内(如变速 箱或辅助变速箱)的齿轮。附件包括多种用于产^K压的泵，以便输送燃料和润滑 剂，附件还包括一个或多个电起动,发电机(S/G)。当燃气轮tn:作时，每个s/G起电力发电机的作用，产生电力供给飞机或直升 机及其弓摩的一个或多个电力分配中心。当燃气轮机停止工作时，通过将S/G连接到外部电源，S/G即可被用作起动机，以通过旋转由变速箱连接的涡轮轴来启动燃气轮机工作。已知的S/G包括主同步发电机，其具有主转子和主定子，以M]磁机(exciter), 该励磁机具有带有次级磁路的转子和带有初级磁路的定子。励磁机的次级电路通过 整流器(例如旋转二极管桥式电路)向同步发电机的主转子供电。在发电模式，同 步发电机的初级电路在励磁机二极管桥式电路输送的直流电(DC)作用下旋转，从 而使次级电路产生出交流电，该交流电的频率变化是旋魏度的函数。在启动模式， 由励磁机供电的主转子，和由夕卜部交流电供电的主定子是作用为同步发电机。这种己知的S/G是一种体积相对较大的设备，其通常安装在变速箱一侧的一个 特殊的箱体内，并M用机械连接。这导致其占用的空间很大，重量很重，因此需 要有足够重量的附加装置以便使其能安装在变速箱上。发明内容本发明的目的是提出一种能句fM^重量和体积，同时为了维护或修理目的易于 拆卸的S/G结构。该目的通过燃气轮机的起动tv发电机来实现，i^动i;iy发电机包括发电机，其带有构成初级磁路的转子和构成次级磁路的定子；以及励磁机，其带有构成初级磁路的定子和构成次级磁路的转子，该起动iny发电机包括第一模±央或发电机模块，其包括第一箱体和第一轴，发电机安装在第一箱体内， 第一轴与发电机的转子一同旋转，该第一轴伸出第一箱体外，并且承mm—+几械连 接部件；第二模±央 磁机模块，其包括第二箱体和第二轴，励磁机安装在第二箱体内， 第二轴与励磁机的转子一同旋转，第二轴与第一轴不同，其伸出第二箱体外，并且承载第二机械连接部件；以及电气连接，其包括整流器和至少一个连接器，该连接器用于将励磁机的次级电 路与发电机的初级电路相连。由于S/G的模块结构，具有不同的机械连接轴的发电机模i央和励磁机模块可以 分别安装在变速箱上。因此，可以减小^i!箱向外伸出的重量(the weight cantilevered cmt)。此外，由于电器连接是可以断开的，所以就可以为维护或更换的目的而单独 移除发电机模块或单独移除励磁机模块。根据本发明的一错征，电气连接至少部分地安装在第一和第二轴内，第一和 第二轴可以是中空的，或者另设通道以便使电气连接从其中穿过。根据本发明的另一^K寺征，S/G进一步包括永久磁铁发电机，其具有承载永久 磁铁的转子和构成次级电路的定子，永久磁微电机构成戶服模i央之一的一部分， 其安装在该模块的箱体内，其转子与模块的轴一同旋转。较佳地，永久磁铁发电机 构 磁机模块的一部分。至少有一个模块连接到一专用于该模块的设备，以便向该模±^{拟转卩激润滑液。在这种情况下，有益的是，模块的轴连接到一专用设备以便为其提供冷却M/ 润滑液，该轴通过开口伸出所述模块的箱体外，该开口上具有密封装置。本发明也提供一种组件，其包括燃气轮机变谨箱，该变速箱具有安装在箱内的 多个齿轮构成的齿轮组，以及至少一个与变速箱连接的S/G，带有第一和第二连接 部件的战S/G与魏箱的一个齿轮相连，第一禾瞎二箱体中的每一个都与变速箱 的箱体相连。在一个实施例中，第一和第二轴共轴，并且与变速箱的公共齿轮结合，第一和 第二模块的箱体分别连接到变速箱箱体的两相对侧。在另一个实施例中，第一和第二轴不共轴，第一和第二连接部件分别与z魏箱 的不同齿轮结合。第一禾瞎二模块的箱体分别连接到变谨箱箱体的同一侧或两相对 侧。在该实施例中，电气连接可包括第一旋转电气连接，其具有连接到励磁机的次 级电路的固定触点和旋转触点，电气连接还包括第二旋转电气连接，其具有连接到 发电机的初级电路的固定触点和旋转触点，电气连接还包括固定连接，M第一旋 转连接器的固定触点分别与第二旋转连接器的固定触点连接起来。在这种情况下， 有益的是，整流器，例如二极管桥式电路，插入到固定连接中以避免受到旋转产生 的压力。在所有的情况下，变速箱的冷却/液润滑液线路要能向至少一个模i，微令却液湖滑液。
通过阅读以下非限定性的说明，并且参考附图，可以更好地理解本发明，附图中图1是燃气轮机弓摩的高度简化的示意图；图2是起动树发电机的简化电路的示意图；图3是本发明的一个实施例中发电机模块的轴向剖视图；图4是本发明的一个实施例中励磁机模块的轴向剖视图；图5揭示了本发明实施例中图3、4所示的安装在变速箱上的发电机和励磁机模 块的剖视图；图6揭示了用于向图5所示发电机模i^f對賴P游润滑液的装置的变化实施例 的示意图；图7揭示了本发明的另一个实施例中安装在变速箱上的发电机和励磁机模块的 部分剖视图。
具体实施方式
本发明的应用领域是如图1所示的飞机的燃气轮机飞机引擎，但是本发明仍然 适用于其他燃气轮机飞机引擎，如直升机引擎，也适用于辅助燃气轮机电源单元。图l所示引擎包括燃烧室l，来自燃烧室l的燃气驱动高压涡轮2和低压涡轮3。 涡轮2通过轴与高压压縮机4连接，该高压压縮机4向燃烧室1提供压縮空气，涡轮3通过另一个轴与位于弓摩进气口处的风扇5连接。变速箱9或辅助变速箱通过机械动力输出机构8与涡轮轴相连，其包括一组用 于驱动不同附件的齿轮，该附件包括至少一个(通常是两个)起动禾JV发电机(S/G)。图2是S/G的通用简化的电路图，其包括同步发电机IO，励磁机20和永久磁 铁发电机(PMG) 30，它们的旋转部分或转子共轴，并且安装在轴A的公共旋转轴 上。构成主机的同步发电机10具有构成初级磁路12的主转子和构成次级磁路14 的主定子。励磁机20具有构成次级磁路22的转子和构成初级磁路26的定子，该次 级磁路22与整流器(如旋转二极管桥式电路24)相连。PMG30具有支撑永久磁铁 34的转子32和构成次级磁路的定子36。在发电模式中，与整流器24相连的同步发电机的初级电路12接收由励磁机产 生的直流电(DC)，次级电路14产生出交流电(AC)，并且将其通过导线18输送 至飞机^J:升机的电力分配电路(如板载网络44)的AC总线42。发电机控制单元 (GCU)或稳压器电路40由PMG 30通过导线38供电。电路40通过线路46接收 代表发电机10输出的AC电压值的信息，它还控制通过导线28输送至励磁机初级 电路26的直流电DC,以便将输出的电压幅值调节到参考电压值，该电压的频率是 轴A的转速的函数。在启动模式中，AC总线42 (或其ftk^源)通过线路48向稳压电路40供电， 以便确保该电压可控，以及向励磁机的初级电路26提供交流电AC。同时，AC总 线42 (或其j棘源)通过导线18向次级电路14掛共交流电，然后该次级电路14 作为同步马达工作。如上戶/M的S/G，以皿由GCU戶，行的操作和调节，以及PMG，励磁机， 同步发电机，在发电模式下，构成了一级一级的连续放大过程。需要注意的是，如 果整流电路40能够从别处得到供电，就不再需要有PMG了。同样需要注意的是， GCU的功能可以被集成到调节引擎的电路(即引擎控制单元ECU)中。图3和图4揭示了根据本发明S/G模块结构的发电机模i央50和励磁机模i央70 的具体实施例。发电机模决50包括安装在盒体或箱体52中的主同步发电机10。发电机的转子 承载初级电路12的线圈，并安装在轴54上，轴54在箱体52内由滚动轴承53a， 53b所支撑。发电机的定子承载次级电路14的线圈，其被固定在箱体52内。用于输送产生电压的导线18以密封的方式穿过箱体52并与次级电路14相连，或者如图 示，导线18i!31与连接块55相连而将其连接至次级电路14，该连接块55本身就 与次级电路14相连。箱体52通常是圆柱形，并且其尾端由一末端壁56密封，该末 端壁56固定(例如藉由螺钉)在箱体承载轴承53a的尾端处。箱体52的前端由壁 57封闭。壁57上有一中央开口，该开口由固定在壁57上的环形部分57a所限定。 环形部分57a承载轴承53b，还承载唇开猪封58，该唇形密封58的末端J隨轴54 的外表面，或者也可用其它密封系统，如旋转垫圈或曲，5式密封装置。轴54从壁57上的开口中伸出，并且延伸到箱体52外部，延伸部分54a的直径 较小。该部分承载凹槽60形式的机械连接部件，它可以超过凹槽后继续延伸。励磁机模土央70包括励磁机20和PMG 30，它们安装在盒体或箱体72内。承载 次级电路22线圈的励磁机的转子安装在轴74上，该轴74在箱体72由轴承73a， 73b所支撑。承载初级电路26线圈的励磁机的定子固定在箱体72内。输送初级电 路26的电流的导线28是以密封的方式穿过箱体72的壁与初级电路26相连，或者 如示例所示，通过与连接块75相连从而连接至初级电路26，该连接快75本身就与 初级电路26相连。箱体72通常是圆柱形，并且其尾端由一末端壁76密封，该末端壁76固定(例 如藉由螺钉)在箱体72承载轴承73a的尾端处。箱体72的前端由固定在环形部分 77a上的壁77所限定，该环形部分77a环绕着一中央开口，并且其承载轴承73b， 还承mM形密封78，该唇形密封78的末端M轴24的外表面，或者也可用其他密 封系统，如旋转垫圈或曲径式密封的装置。轴74由壁77所限定的开口伸出，并延伸出箱体外，其延伸部分74a承载如凹 槽80形式的机械连接部件。在戶脱示例中，PMG30安装在箱体72内，位于励磁机20和末端壁76之间。 PMG的磁铁34固定在轴74上，PMG的次级电路36的线圈朝向磁铁34，并由固 定在箱体72内的部件81所支撑。PMG产生的电流由导线38输送，该导线38可以 密封的方式穿过箱体72的輕接连接至初级电路36，或者如示例所示，导线38与 连接块75相连，而该连接块75又与初级电路36相连。如上戶，，需要注意的是，PMG并不是必需的。也可以将PMG集成到发电机 模块中，以代替将其集成到励磁机模i央中。以下结合图5说明模块50和70的其他元件。图5示出了模块安装在变速箱90上。变速箱90包Sfl体92，其内具有齿轮组IOO。该变速箱通过动力连接与燃气轮 机(如飞机引擎或直升机引擎的燃气轮机)或APU的涡轮轴相连。在如图5所示的实施例中，模±央50和70分别安装在箱体92的两相对顶蝰94 和96上，并且它们的轴54和74为共轴。在示例中，轴74为中空，并形成有外鞘，轴54的末端部分54a穿入该外鞘中， 以便提供良好的定位(alignment)。凹槽组60和80的尺寸和开邻相同，并且与齿 轮组100的公共齿轮102结合，凹槽组60和80与形成于轴向通道内并穿过齿轮102 的互补凹槽相连接。齿轮102的轴向 在箱体92内由滚动轴承92a， 92b所支撑， 环形垫圈93a和93b分别插在轴承92a， 92b和箱体52， 72的前壁之间。在一变化实施例中，轴54， 74中只有一个需要通过其承载的凹槽直接连接至齿 轮102，两个轴通过机纟戒连接旋转iik^接在一起。在示例中，励磁机的次级电路22和发电机的初级TO 12之间的电气连接穿过 中空的轴74和54的内部。然而，如果轴54具有为电气连接提供的通道，那么轴 54就不一定必须是中空的。连接器82固定在轴74的内部末端，以便当末端壁76 被移走后能够很容易的连接到该连接器82。连接器82与旋转二极管桥式电路24相 连，后者固定在轴74上并且与次级电路22相连。导线沿着轴54， 74将初级电路12与插头相连，该插头与连接器82连接。箱体52外壁的前端部与密封垫圈94b穿入在zM箱的壁94上形成的縮进部 (setback) 94a中。在箱体52的前端附近有一外凸缘59，其形成^^壁94的外表 面的支座(abutment),该支座与凹槽60相一致，该凹槽60与齿轮102结合。通过 将朝向夕卜侧的凸缘59与壁94用螺栓拧紧，可以将箱体52固定在变速箱的箱体92 上。也可以采用其他固定技术，例如传统的采用可弹性形变(dastically-deformable) 的锁固部件的快速连接技术。以同样的方式，箱体72外壁的前端部与密封垫圈96b —起穿入在变速箱的壁 96上形成的縮进部(setback) 96a中。在箱体72的前端附近有一朝向夕卜侧的凸缘 79，其形成M壁96外表面的支座，该支座与连接齿轮102的凹槽80相一致。通 过用螺栓或用其他已失啲固定體(特别縣用可弹性形变的锁固部件的快速连接 装置)将凸缘79与壁96拧紧，可以将箱体72固定在变速箱的箱体92上。因此，模块50和70安装在了带有轴54和74的变速箱90上，该轴54， 74与变速箱的齿轮相结合。需要注意的是，轴54和74的外部末端部分的设置可以颠倒过来，轴74的末 端延伸部分穿入由中空轴54形成的外鞘中。以传统方式，变速箱90配有为其樹拟令却液和润滑液的线路，该线路包括容器 和循环泵，它通过与变速箱相连而被驱动。变速箱的线路可以向模块50和70提供冷却衝润滑液。因此，为了该目的，在箱体52的凸出部分52b内设有为模i央50提微令却漱 润滑液的输送管66，该输送管66的开口设在凸缘59朝向壁94的表面上，以便与 管子95相连接，该管子95与变速箱的冷却游润滑液线路相连。在输送管66和管 子95之间穿过壁94通过连接器95a设有一密封连接。输送管66与发电机10的次 级电路14的冷却线路14a相连，它也与喷嘴(图中未示)相连，该喷嘴特别用于通 过在箱体52内形成薄雾来润滑轴承53a和53b。以同样的方式，输送管86为模块70提微转卩*润滑液，该输送管86设于箱 体72上的凸出部分72b内，并且其开口设在凸缘79朝向壁96的表面上，以便与管 子97相连，该管子97与变速箱的冷却/润滑线路相连。在输送管86和管子97之间 穿过壁96通过连接器97a设有一密封连接。输送管86与喷嘴(图中未示)相连， 该喷嘴特别用于通过在箱体72内形成薄雾来润滑轴承73a和73b。通道57b， 77b穿过壁57—94以及77—96，从而将7賴卩銜润滑液从箱体52， 72内收回至箱体92内，以便使液体能够循环。需要注意的是，在这种配置下可以省略密封垫圈58， 78。然而，由于它们是用 作将模±央50， 70的7转附1/润滑液循环线路与变速箱的循环线路分隔开，因此它们 可用于在维护以及在箱体92和其他箱体52， 72之间传送固体微粒时降低意外清空 剩余燃油的风险。在一个变化实施例中，模块50， 70中的一个和/或另一模块中7转附勤闰滑液的 循环可以由特殊的自M置来实现。图6中非常概略地给出了发电机模块50的这种配置。励磁机70也可采用类似 的配置。在该变化实施例中，模块50与冷却^/润滑液容器110和泵112相连，泵112 用于在箱体52内连续循环该液体。，过管子114向箱体52供应液体，管子114 穿过箱体壁上的一个开口 ，泵也通过回管116与容器110相连。开口使箱体52的内部空间与容器110相连通。密封垫圈58将箱体52内的7转卩、衝润滑液循环线路与箱体92内的循环线路隔 开，壁57上没有如图5中通道57b的开口。带有不同的发电机和励磁机模块的S/G模块结构的 性在于，与在变速箱箱 体一侧安装齡的S/G相比，它能限制变速箱箱体向夕卜伸出的重量，很容易安装和 移除发电机和励磁机模块。因此，移除一个模块时，只需将导线84与连接器84断 开，然后将箱体从模块中抽出即可。维护和修理操作同样简单，在发生故障时，只 需换下有问题的模i央，而不需更^hS/G。如图5所示的实施例，其也可以与变 速箱共用冷却湖滑装置。图7揭示了另一个实施例，其中模±央50和70都安装在魏箱90的同一侧，而 它们的轴54， 74为不同的轴(与图5所示实施例中共有的元件的附图标记相同)。因此，在图7所示实施例中，发电机模块50的安装方式如图5所示，而励磁机 模±央70的安装方式与图5所示相似，不同之处在于其是固定在^il箱箱体92的同 一壁94上。带有凸缘79的箱体72的前端部和密封垫圈94d —起与壁94的縮回部 相结合。轴54不具有如图5所示部分54a的末端，轴54的开口是在其穿入箱体92 内的末端上。凹槽60和80组由轴54， 74承载，然后分别与齿轮102， 104结合。 当然，可以将轴54， 74与变谨箱中齿轮组的不同的齿轮相结合，同时将模i央 50， 70设置在变速箱箱体的两相对侧上。较佳地，但不是必须地，可以以相同的速率驱动轴54和74。 励磁机的次级电路22和发电机的初级电路12之间的电气连接需要使用旋转电 气连接器或旋转接头。旋織接器120具有滑动环122，该滑动环122与轴74—同旋转，并且ffi31汇 聚于导线124的各自的导线而与次级电路22的线圈相连，其中，导线124设置在中 空的轴74内。连接器120具有与滑动环122摩,触的固定触点^M板(shoes) 126。底板126与二极管桥式电路24相连，二极管桥式电路24与连接i央128相连。 对于发电机模块，连接器130具有滑动环132，该滑动环132与轴54 —同旋转， 并且通过汇聚于导线134的各自的导线而与初级电路12的线圈相连，其中，导线 134设置在中空的轴54内。连接器130具有与滑动环132接触摩擦的固定触点i 板136。底板136与连接i央138相连。连接器120的固定触点126通过导线140与连接器130的各自的固定触点136_1j~i、+ 口. AJi 一 j八 aa"h山、n_~^ nrr卞(^、一4^n " ^^ "丄rtn,卜八上/^j^ 、『 、—4^ i_u " ^ ,,1日迕，守纹丄4U tfJ不顺仅^f州丁勺迭:T安伏丄4厶丄44々日咽甘tfJ怖大，迎伎坎丄4Z，丄44固定在末端壁76， 56的外侧，并与连接块128， 138相连。轴54和75不同轴使得在固定部分和旋转部分之间必须要JOT旋转电气连接器 或接头，或者等同的电连接装置，但是它为在变速箱上安装模±央50， 70^共了更大 的灵活性，并且它使得安装在固定部分上的二极管桥式电路24或其他一些整流器不 会受到轴74旋转产生的压力。因为变速箱通常驱动两个S/G，所以也可以设想将两个励磁机同轴安装，以供 应不同的发电机。两个励磁机和两组线圈可以安装在同一箱体内，或者也可以将它 们中的一个设置在另一个的后面，或者在两个箱体内放置两个共轴的励磁机模块， 该两个模块安装在变速箱箱体的任一侧。
权利要求
1.一种燃气轮机的起动机/发电机，该起动机/发电机包括发电机，其具有构成初级磁路的转子和构成次级磁路的定子；励磁机，其具有构成初级磁路的定子和构成次级磁路的转子，该起动机/发电机还包括第一模块或发电机模块，其包括第一箱体和第一轴，发电机安装在第一箱体内，第一轴与发电机的转子一同旋转，该第一轴伸出第一箱体外，并且承载第一机械连接部件；第二模块或励磁机模块，其包括第二箱体和第二轴，励磁机安装在第二箱体内，第二轴与励磁机的转子一同旋转，第二轴与第一轴不同，其伸出第二箱体外，并且承载第二机械连接部件；以及电气连接，其包括整流器和至少一个连接器，该连接器用于将励磁机的次级电路与发电机的初级电路相连。
2. 如权禾腰求i戶脱的起动丰;v发电机，其中电气连接至少部分安装在轴内。
3. 如权利要求1戶腿的起动树发电机，进一步包括永久磁微电机，该发电机 具有承载永久磁铁的转子和构成次级电路的定子，其中永久磁铁发电机构成 所述模±央之一的一部分，该发电机安装在模块的箱体内，其转子与该模块的 轴一同旋转。
4. 如权利要求3所述的起动m/发电机，其中永久磁铁发电机构 磁机模块的 一部分。
5. 如权利要求i戶;M的起动m/发电机，其中至少有一个模±央与专为该模± {共冷却衝润滑液的设备相连。
6. 如权禾腰求5戶诚的起动树发电机，其中模块的轴与专为该模±^{拟令却液 /润滑液的设备相连，该轴穿过开口伸出戶腿模块的箱体外，该开口上设有密 封装置。
7. —种组件，其包括燃气轮机的变速箱，该变速箱具有齿轮组，齿轮组包括多个安驗箱体内的齿轮；该组件还包括至少一个与变速箱机械连接的起动W 发电机，其中起动树发电机如权利要求1所述，第一和第二连接部件中的每一个都与 齿轮组中的一个齿,接，第一和第二箱体中的每一个都与变速箱的箱体相 连。
8. 如权禾腰求7所述的组件，其中第一和第二轴共轴，并且它们都与齿轮组的 一个公共齿轮结合，第一和第二模块的箱体分别连接到变速箱箱体的两相对
9. 如权利要求7所述的组件，其中第一和第二轴不同轴，第一和第二连接部件 分别与齿轮组中各自不同的齿轮结合。
10. 如权利要求9所述的组件，其中电气连接包括第一旋转电气连接器，第二旋 转电气连接器以及固定连接；该第一旋转电气连接器具有连接到励磁机的次 级电路的固定触点和旋转触点；第二旋转电气连接器具有连接到发电机的初 级电路的固定触点和旋转触点；固定连接将第一旋转连接器的固定触点分别 与第二旋转连接器的固定触点相连。
11. 如权利要求7所述的组件，其中在固定连接中插入整流器。
12. 如权利要求7所述的组件，其中变速箱的7賴卩衝润滑液线路向至少一个模土央 提4欺令却衝润滑液。
13. —种配备有如权利要求7所述组件的燃气轮机。
全文摘要
一种燃气轮机起动机/发电机，包括发电机模块，其包括第一箱体和第一轴，发电机安装在第一箱体内，第一轴与发电机的转子一同旋转，其凸出于第一箱体，并且承载第一机械连接部件；励磁机模块，其包括第二箱体和第二轴，励磁机安装在第二箱体内，第二轴不同于第一轴，其与励磁机的转子一同旋转，其凸出于第二箱体，并且承载第二机械连接部件；以及电气连接，其包括整流器和至少一个连接器，该连接器将励磁机的次级电路与发电机的初级电路相连。机械连接部件与燃气轮机变速箱的共有齿轮相连，或分别与其不同齿轮相连。
文档编号H02K19/38GK101235753SQ20081000710
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者萨缪尔·拜奎里勒, 让-皮埃尔·加里维尔 申请人:伊斯帕诺-絮扎公司