本發明的領域是航空渦輪機的領域，更具體地，是包括用于驅動風扇的減速設備的雙流式渦輪機的領域。

背景技術：

傳統地，渦輪機從上游開始包括一個或數個串聯定位的壓縮機模塊，該壓縮機模塊對被吸取到空氣進氣道中的空氣進行壓縮。空氣之后被引入到燃燒室中，在該燃燒室中該空氣與燃料混合并且燃燒。燃燒氣體穿過一個或數個通過關聯的渦輪軸對壓縮機進行驅動的渦輪模塊。氣體最后被噴射到噴嘴中用以產生推進力，或者被噴射在自由渦輪上以產生在傳動軸上獲取的動力。

當前的具有強稀釋率的雙流式渦輪機包括數個被主流穿過的壓縮機級，尤其包括低壓(BP)壓縮機和高壓(HP)壓縮機。這些低壓(BP)壓縮機和高壓(HP)壓縮機各自被相應的關聯的低壓(BP)渦輪軸或高壓(HP)渦輪軸驅動。輪被定位在低壓(BP)壓縮機的上游，該輪包括具有大尺寸的可移動的葉片或輪葉，或者包括風扇，該輪對所謂的次級噴嘴供給穿過BP壓縮機和HP壓縮機的主流以及冷流或次級流，該冷流或次級流被直接地朝向冷流噴嘴引導。風扇被BP體的BP渦輪的旋轉軸驅動，并且通常以同一速度旋轉。

尤其當BP軸具有極大的尺寸時，出于使其更好地適合空氣動力學的目的，可關注使得風扇以低于該軸的旋轉速度的旋轉速度旋轉。為此，減速設備被定位在渦輪軸BP與支承風扇的風扇軸之間。尤其在于2012年2月23日提交的專利申請FR 1251655和1251656中對這種構造進行了描述。

在該構造中，例如在吸入了諸如鳥的外來體的情況下，可能發生風扇損失葉片。這種也被稱為“風扇葉片脫出”(FBO，Fan Blade Out)的現象導致風扇偏離中心，使得結果是導致了該風扇的葉片的端部與風扇的殼體接觸。這種接觸甚至可在減速設備和渦輪軸仍被BP渦輪驅動時使風扇突然地減速，這可能在BP渦輪軸中和減速設備中產生高扭轉力矩。

如文件EP-2.048.330-A2所教導的，軸的扭轉可能導致軸在渦輪機的不同的點處斷裂。

文件EP-2.048.330-A2公開了一種渦輪機，該渦輪機包括風扇軸和壓縮機的軸，風扇軸和壓縮機的軸各自被渦輪軸通過兩個不同的聯接路徑驅動而在布置在軸承處的交會處隨著渦輪軸扭轉。聯接路徑通過減速設備驅動風扇。設置兩個聯接路徑以使得在聯接路徑中的一個意外斷裂的情況下，渦輪保持被另一聯接路徑承控，以避免渦輪過速，同時渦輪的控制單元可減小渦輪的速度。在該文件中描述的渦輪機著手于下述事實：諸如例如聯接路徑中的將渦輪軸連接到風扇的一個聯接路徑可能會發生機械故障。然而，該文件未明確地說明該故障的性質，該故障可能在于失效或者不是在于失效，但在任何情況下該故障都是意外的以及不可預測的。在渦輪軸與風扇的聯接路徑失效的情況下，這種意外失效則僅在減速設備已經承受相當大的力矩并且已經很可能被損壞時發生。

事實上，在葉片損失的情況下，這種扭轉力矩也有嚴重損壞減速設備的風險，該減速設備則可能被堵塞并且使得風扇不能夠旋轉。這將會具有突然增大發動機的空氣動力阻力的結果，使得飛機不能夠駕駛。

為了找出該缺陷的補救措施，解決方案在于：限制可能通過減速設備和BP渦輪軸的扭轉力矩，以避免堵塞風扇。

此外，對該力矩的限制給出了下述的可能性：避免減速設備的構件和低壓渦輪軸的任何的過尺寸，并且因此減輕了減速設備的和BP渦輪軸的設計。

技術實現要素：

為此，本發明提出了一種屬于先前提及的類型的渦輪機，該渦輪機的特征在于，該渦輪機包括被置于減速設備與渦輪軸之間的脫聯接裝置，該脫聯接裝置能夠響應于超過由減速設備施加在渦輪軸上的確定的阻力矩而使減速設備從渦輪軸脫聯接。

有利地，因此，脫聯接是作為對超過由減速設備施加在渦輪軸上的確定的阻力矩的響應而提供的結果，即，是由超過該阻力矩決定的。

根據本發明的優選實施例，脫聯接裝置包括至少一個保險連接元件，該至少一個保險連接元件被置于減速設備與渦輪軸之間，并且該至少一個保險連接元件能夠在承受由用于減速的設備施加在渦輪軸上的所謂的脫聯接阻力矩時斷裂。

根據本發明的第一實施例，保險元件由減速設備的輸入軸的結合到渦輪軸的部段構成，所述部段能夠在承受與脫聯接阻力矩相對應的最大扭轉力矩時斷裂。

根據本發明的第二實施例，減速設備的輸入軸包括管狀的端部部段，該端部部段通過至少一個徑向元件與渦輪軸的互補的管狀的端部部段聯接，該至少一個徑向元件能夠在承受與脫聯接阻力矩相對應的剪切應力時斷裂。

在該構造中，徑向元件包括銷，該銷被接納在輸入軸的端部部段的徑向孔中，以及被接納在面對渦輪軸的端部部段的孔中。

以本發明的優選的方式，保險連接元件能夠一承受確定的脫聯接阻力矩就斷裂，該確定的脫聯接阻力矩與在由所述風扇軸驅動的風扇損失至少一個葉片的情況下的由風扇施加在減速設備上的阻力矩相對應。

此外，保險連接元件能夠一承受阻力矩就斷裂，該阻力矩嚴格地大于與在吸入了鳥而所述風扇未損失任何葉片的情況下的由風扇施加在減速設備上的阻力矩相對應的任何力矩。

保險連接元件可與包括金屬葉片的風扇相關聯。在這種情況下，保險元件能夠一承受為渦輪機的最大速度下的常規力矩的120％到140％的脫聯接力矩就斷裂。

而且，保險連接元件可與包括由復合材料制成的葉片的風扇相關聯。在這種情況下，保險元件能夠一承受為渦輪機的最大速度條件下的常規力矩的130％到170％的脫聯接力矩就斷裂。

最后，為了避免渦輪在脫聯接的情況下飛逸(run-off)，有利地，根據本發明的渦輪機包括用于檢測減速設備從渦輪軸脫聯接的裝置，該用于檢測減速設備從渦輪軸脫聯接的裝置能夠控制渦輪的減速和/或渦輪機的停機。

附圖說明

在下文對本發明的作為純說明性和非限制性的示例給出的實施例進行詳細的解釋性說明的過程中并且參照示意性的附圖，本發明將被更好地理解，并且本發明的其它目的、細節、特征和優點將變得更為清楚明顯，在附圖中：

圖1為根據現有技術狀態的渦輪機的整體視圖；

圖2A為根據本發明的第一實施例的配備有減速設備的渦輪機的前部部分的截面圖；

圖2B為圖2A的詳細視圖；

圖3A為根據本發明的第二實施例的配備有減速設備的渦輪機的前部部分的截面圖；

圖3B為圖3A的詳細視圖；

圖4為圖示，示出了在風扇的葉片損失的期間，由減速設備施加在渦輪軸上的隨時間變化的阻力矩。

具體實施方式

在以下的說明中，相同的附圖標記指示相同的部件或具有類似的功能。

在圖1中示出了根據現有技術狀態制成的諸如渦輪發動機10的渦輪機。以已知的方式，渦輪發動機10沿著氣流流量“F”從上游到下游包括，風扇12、低壓壓縮機14、高壓壓縮機、燃燒室、高壓渦輪和低壓渦輪(未示出)。風扇12包括葉片13。高壓壓縮機和高壓渦輪通過高壓軸連接并且與該高壓軸一起形成了高壓體。低壓壓縮機14和低壓渦輪通過低壓軸16連接并且與該低壓軸一起形成了低壓體。關于風扇12，其被風扇軸18支承，在示出的示例中，該風扇軸通過用于減小兩個軸16、18之間的旋轉速度的設備20被旋轉地結合到BP軸16。

事實上，尤其當BP軸16具有極大的尺寸時，出于使其更好地適合空氣動力學的目的，關注于使得風扇12以低于該軸的旋轉速度的旋轉速度旋轉。

HP軸和BP軸16沿著渦輪發動機10的旋轉軸線“A”延伸。

傳統地，渦輪發動機10還包括風扇殼體(未示出)，該風扇殼體使被風扇12吸取的氣體能夠被朝向主流的噴射流22(vein)和次級流噴射流(未示出)引導，該主流的噴射流穿過BP體和HP體，該次級流噴射流包圍BP體和HP體的殼體并且與主流噴射流在渦輪發動機的噴嘴(未示出)中會合。

如圖1所示，減速設備20被定位在風扇軸18與BP軸16之間。例如為行星減速器類型的該減速設備以矩形的示意性的形式示出，該形式僅示出了該減速設備的外廓尺寸。該減速設備被由輸入軸26支承的行星小齒輪24驅動，該輸入軸被旋轉地連接到BP軸16，軸16通過被配裝到軸26中而被無任何游隙地接納(僅作為示例)。

在該構造中，例如在吸入了諸如鳥的外來體的情況下或者繼由不適當的維護造成的疲勞失效之后，可能發生風扇12損失葉片13。這種也被稱為“風扇葉片脫出”(FBO，Fan Blade Out)的現象導致風扇12相對于軸線“A”偏離中心，這使得結果是導致了該風扇的葉片13的端部與風扇12的殼體(未示出)接觸。這種接觸甚至可在減速設備20和BP渦輪軸16仍被BP渦輪驅動時使風扇12突然地減速，這可能在BP渦輪軸16中和減速設備20中產生高扭轉力矩。

在葉片13損失的情況下，這種扭轉力矩有嚴重損壞減速設備20的風險，該減速設備則可能被堵塞并且使得風扇12不能夠旋轉。結果，這將突然增大發動機的空氣動力阻力，使得飛機不能夠駕駛。

為了找出該缺陷的補救措施，解決方案在于：限制可能通過減速設備20和BP渦輪軸16的扭轉力矩，以避免堵塞風扇12。

對扭轉力矩的限制具有另一個優點，該優點給出了下述的可能性：避免減速設備20的構件與BP渦輪軸16的過尺寸，這能夠在超過由減速設備20施加在渦輪軸16上的確定的阻力矩期間確保該構件與該渦輪軸對這種扭轉力矩的耐抗性。

此外，對該力矩的限制給出了下述的可能性：避免減速設備20的構件和低壓渦輪軸16的任何的過尺寸，并且因此減輕了減速設備20的和BP渦輪軸16的設計。

為此，本發明提出了一種屬于先前描述的類型的渦輪機，該渦輪機的特征在于，該渦輪機包括被置于減速設備20與渦輪軸16之間的脫聯接裝置28，該脫聯接裝置能夠響應于超過由減速設備20施加在渦輪軸16上的確定的阻力矩而使減速設備20從渦輪軸脫聯接。

更具體地，如圖2A和圖3A所示，脫聯接裝置28包括至少一個保險連接元件30、30'，該至少一個保險連接元件被置于減速設備20與渦輪軸16之間并且該至少一個保險連接元件能夠在承受由減速設備施加在渦輪軸上的阻力矩(所謂的脫聯接力矩)時斷裂，該脫聯接力矩尤其與由風扇12施加在減速設備20上的并且之后通過所述減速設備傳遞的確定的阻力矩相對應。

將保險連接元件30、30'定位在減速設備20與渦輪軸16之間具有數個優點。

首先，對保險連接元件30、30'在減速設備20與渦輪軸16之間進行的這種定位在減速設備20處易于實現，因為風扇的軸18被兩個軸承32、34支撐，以及因為BP渦輪的軸16自身也被兩個軸承支撐，在圖2A、圖3A中示出了該兩個軸承中的單個的軸承36。因此，保險元件30、30'的失效對維持BP渦輪的軸16或風扇的軸18進行旋轉沒有影響。

其次，減速設備20與渦輪軸16的脫聯接涉及在渦輪發動機停機后的風扇12的自由旋轉速度，該自由旋轉速度大于同一風扇在傳統的渦輪發動機中將具有的自由旋轉速度，在傳統的渦輪發動機中，渦輪發動機將被停機而風扇12未脫聯接。因此，風扇承受自由旋轉速度或“風車轉動”，這使渦輪發動機能夠僅產生減小的阻力。

再次，如稍后將在本說明書的后續部分中所見的，將保險連接元件30、30'定位在減速設備20與渦輪軸16之間使得能夠在渦輪的軸16超速的情況下保護減速設備20。

根據在圖2A中以及尤其在圖2B中示出的第一實施例，保險元件由減速設備的輸入軸26的部段30構成，該部段被結合到渦輪的軸16。當該部段30承受最大扭轉力矩時，其能夠斷裂，該最大扭轉力矩與由減速設備20施加在軸16上的確定的脫聯接阻力矩相對應。

現有技術狀態的任何已知的解決方案可適于正確地生產具有減小的扭轉剛度的部段30。特別地，如圖2A所示，部段可以為具有減小的厚度“e”的管狀的部段。該部段也可以為開放式方法加工的(open-worked)部段30和/或包括用于引發(initiating)失效的區域(未示出)。

根據在圖3A中以及尤其在圖3B中示出的第二實施例，減速設備的輸入軸26包括管狀的端部部段38，該端部部段通過至少一個形成保險連接元件的徑向元件31與渦輪軸16的互補的管狀的端部部段40脫聯接。當該徑向元件31承受與脫聯接阻力矩相對應的剪切應力時，該徑向元件能夠斷裂。

應當理解的是，形成保險元件的徑向元件31可遵照許多實施例。然而，以本發明的優選的方式，徑向元件31由銷構成，該銷尤其是被接納在輸入軸26的端部部段的徑向孔42中以及被接納到面對渦輪的軸16的端部部段的孔44中的圓柱形的銷。

在這兩個實施例中的每一個中，應當理解的是，將保險連接元件30、31定位在輸入軸上給出了在脫聯接之后確保對減速設備的行星齒輪24進行支撐的可能性。

實際上，是通過衛星支架(satellite-bearer)與減速設備20的輸出軸(未示出)對行星齒輪24進行支撐的。

在這兩個實施例中的每一個中，保險元件30被調整以當部段30或銷31分別承受脫聯接力矩時斷裂，該脫聯接力矩與在由所述風扇軸18驅動的風扇損失至少一個葉片13的情況下由風扇施加在減速設備20上并且通過減速設備20傳遞的阻力矩相對應。

因此，一旦損失單個葉片13，失效就被設置為最低限度并且被如此設置。

相反地，規定失效僅發生在失效或損失葉片13的情況下，并且在風扇12簡單減速的情況下不發生。

因此，規定確定的阻力矩嚴格地大于與由風扇12施加在減速設備20上并且通過設備20傳遞的阻力矩相對應的任何力矩，在吸入鳥而所述風扇12未損失任何葉片的情況下，這種事件可能產生使風扇12減速的切向的力，但這沒有損壞減速設備20或者堵塞相關的傳動鏈(cinematical chain)的風險。

圖4比照地在縱坐標中示出了：在風扇的葉片13失效的情況下，隨橫坐標中的時間“t”變化的所傳遞的阻力矩“C”。

如在以實線形式的曲線上可見的，在傳統的渦輪機中，在時刻T_R處葉片13可從最佳的運行力矩C₀發生失效。該失效導致阻力矩增大至極限值C_max或者更準確地導致堵塞根據說明書的減速設備以使其不能使用的風險，該極限值與減速設備20的和風扇12的堵塞相對應。

在根據本發明的渦輪機中，最大力矩被測定為力偶C_D或脫聯接力矩。結果，在運行期間，葉片13仍可在時刻T_R處發生失效，這導致阻力矩增大至值C_D或脫聯接力矩值。之后，根據以虛線形式的曲線，力矩減小至值C_min，該值與風扇12的自由旋轉狀態相對應。

作為示例，并且以本發明的非限制性的方式，當風扇包括金屬葉片時，確定的被傳遞的脫聯接力矩的數量級為在渦輪機的最大速度條件下的常規力矩的120％到140％。

當風扇包括復合材料的葉片時，確定的被傳遞的脫聯接力矩的數量級為在渦輪機的最大速度條件下的常規力矩的130％到170％。

僅作為示例，并且以本發明的非限制性的方式，因此在兩種情況下的確定的被傳遞的脫聯接力矩的值基本在50000Nm到400000Nm之間變化。

當然應當理解的是，這些值僅是象征性的，并且這些值既取決于所使用的葉片的類型，又取決于發動機的架構和尺寸設置。

應當理解的是，從風扇從渦輪軸16脫聯接的時刻起，渦輪不再承受來自于所述風扇的阻力矩。因此，渦輪有失控的風險。

應當注意的是，將保險連接元件30、30'定位在減速設備20與渦輪軸16之間的另一個重要的優點是使得能夠在渦輪失控的情況下保護減速設備20，該渦輪不再有承受其所不用于的高旋轉速度的風險。

然而，根據本發明，渦輪機或渦輪發動機10包括用于檢測減速設備20與渦輪軸16的脫聯接的裝置，該裝置能夠至少控制渦輪的減速或者甚至渦輪發動機的完全停機。

因此，已知如何以速度傳感器測量渦輪軸的速度。因此，對測量的速度的飛逸的檢測可被解釋為脫聯接并且觸發發動機的調節構件的啟動。結果，能夠限制燃料流率，以使得渦輪的速度下降，或者，在具有在轉子部分與定子部分之間包括軸向制動器的渦輪的情況下能夠啟動該制動器，以使渦輪減速和/或停機。

因此，本發明對渦輪機的風扇的葉片的失效風險提供了一種安全解決方案。

最后，本發明還通過限制傳遞的力矩給出了下述的可能性：避免減速設備20的構件和低壓渦輪軸16的任何的過尺寸，以克服已知的在葉片損失的情況下的所述力矩增大的風險。因為這些構件不再需要被過尺寸設置以滿足高扭力的約束條件，所以該構件可使其尺寸減小，這具有整體地減輕了減速設備20的和BP渦輪軸16的設計的結果。