用于燃气涡轮发动机的转子轴结构及其组装方法技术

一种用于旋转机器的轴组件，旋转机器包括低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。轴组件包括构造成将高压压缩机联接到高压涡轮上的外部轴。外部轴包括定位在高压压缩机的前面的第一前部轴承组件，以及定位在高压压缩机和高压涡轮之间的第一后部轴承组件。轴组件还包括可与外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，外部轴至少部分地围绕内部轴延伸。内部轴构造成将低压压缩机联接到低压涡轮上。内部轴包括定位在低压压缩机的前面的第二前部轴承组件，以及定位在高压涡轮附近的第二后部轴承组件。

【技术实现步骤摘要】
用于燃气涡轮发动机的转子轴结构及其组装方法
本公开的领域大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地，涉及用于燃气涡轮发动机的转子轴结构及其组装方法。
技术介绍
至少一些已知的燃气涡轮发动机，诸如涡轮风扇，包括核心发动机、风扇组件、低压压缩机和低压涡轮。核心发动机包括高压压缩机、燃烧器和高压涡轮，它们以连续流关系联接在一起。更特别地，高压压缩机和涡轮通过由多个高压轴承组件支承的高压可旋转轴联接而形成高压转子组件。低压压缩机和涡轮通过由多个低压轴承组件支承的低压可旋转传动轴联接而形成低压转子组件。此外，风扇组件通过功率齿轮箱联接到低压转子组件上。典型地，高压传动轴和低压传动轴是按连续关系联接的同轴的轴。在运行中，空气被引导通过低压压缩机和高压压缩机，以提高其压力。压缩空气在燃烧器处与燃料混合且点燃而产生高能气体流。高能气体流被引导通过高压涡轮，以通过高压轴可旋转地驱动高压压缩机。然后高能气体流被引导通过低压涡轮，以通过低压轴可旋转地驱动低压压缩机和风扇组件。功率齿轮箱使得低压轴能够以比风扇组件更高的速度旋转，从而，提高低压涡轮的效率。但是，低压轴的运行旋转速度典型地受第三固有频率轴挠曲模式的限制。低压轴具有部分地由其刚度限定的固有频率，刚度基于其几何构造、材料和长度。因而，在涡轮风扇发动机的运行期间，低压轴将以不同的频率振动，这部分地取决于低压轴的旋转速度。第一和第二固有频率模式是刚性模式，其对涡轮风扇发动机引入力，力由联接到轴承组件上的减震器吸收。但是，第三固有频率模式是低压轴的挠曲模式，当轴的旋转速度与第三固有频率的位置一致时，挠曲模式被激励。如果燃气涡轮发动机以第三固有频率模式运行，则在轴承组件之间对低压轴引入挠曲，从而提高对转子组件引起的力，有可能在其中引起转子动态不稳定性。因而，燃气涡轮发动机典型地以低于激励低压轴的第三固有频率模式的旋转速度运行。
技术实现思路
一方面，提供一种用于旋转机器的轴组件。旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。轴组件包括构造成将高压压缩机联接到高压涡轮上的外部轴。外部轴包括定位在高压压缩机的前面的第一前部轴承组件，以及定位在高压压缩机和高压涡轮之间的第一后部轴承组件。轴组件还包括可与外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，外部轴至少部分地围绕内部轴延伸。内部轴构造成将低压压缩机联接到低压涡轮上。内部轴包括定位在低压压缩机的前面的第二前部轴承组件，以及定位在高压涡轮附近的第二后部轴承组件。另一方面，提供一种用于旋转机器的轴组件。旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。轴组件包括构造成将高压压缩机联接到高压涡轮上的外部轴。外部轴包括定位在高压压缩机的前面的第一前部轴承组件，以及定位在高压涡轮的后面的第一后部轴承组件。轴组件还包括可与外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，外部轴至少部分地围绕内部轴延伸。内部轴构造成将低压压缩机联接到低压涡轮上。内部轴包括定位在低压压缩机的前面的第二前部轴承组件，以及定位在低压涡轮的前面的第二后部轴承组件。第二后部轴承组件的至少一部分定位成与第一后部轴承组件成堆叠关系。又一方面，提供一种组装用于旋转机器的轴组件的方法。旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮。方法包括通过外部轴将高压压缩机联接到高压涡轮上。第一前部轴承组件在高压压缩机的前面联接到外部轴上，并且第一后部轴承组件在高压压缩机和高压涡轮之间联接到外部轴上。方法还包括通过内部轴将低压压缩机联接到低压涡轮上，外部轴至少部分地围绕内部轴延伸。第二前部轴承组件在低压压缩机的前面联接到内部轴上，并且第二后部轴承组件在高压涡轮附近联接到内部轴上。方法进一步包括将外部轴定位在内部轴的径向外侧，以在它们之间限定间隙，使得内部轴和外部轴可围绕公共轴线旋转。技术方案1.一种用于旋转机器的轴组件，所述旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮，所述轴组件包括：外部轴，其构造成将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮上，所述外部轴包括：定位在所述高压压缩机的前面的第一前部轴承组件；以及定位在所述高压压缩机和所述高压涡轮之间的第一后部轴承组件；以及可与所述外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸，所述内部轴构造成将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，所述内部轴包括：定位在所述低压压缩机的前面的第二前部轴承组件；以及定位在所述高压涡轮附近的第二后部轴承组件。技术方案2.根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴的跨度限定在所述第二前部轴承组件和所述第二后部轴承组件之间，所述第二后部轴承组件构造成减小所述内部轴的所述跨度。技术方案3.根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，确定所述第二前部轴承组件的位置和所述第二后部轴承组件的位置，以有利于提高所述内部轴的与引起挠曲固有频率模式相关联的旋转速度。技术方案4.根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述第二后部轴承组件的至少一部分定位在所述高压涡轮的径向内侧。技术方案5.根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述外部轴进一步包括定位在所述高压涡轮的后面的外侧轴承组件。技术方案6.根据技术方案5所述的轴组件，其特征在于，所述外侧轴承组件包括空气轴承组件。技术方案7.根据技术方案5所述的轴组件，其特征在于，所述外侧轴承组件具有第一直径，并且所述第二后部轴承组件具有第二直径，所述第一直径大于所述第二直径。技术方案8.根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述第一前部轴承组件、所述第二前部轴承组件、所述第一后部轴承组件和所述第二后部轴承组件中的至少一个包括滚子元件轴承。技术方案9.根据技术方案1所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴联接到齿轮箱上。技术方案10.一种用于旋转机器的轴组件，所述旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮，所述轴组件包括：外部轴，其构造成将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮上，所述外部轴包括：定位在所述高压压缩机的前面的第一前部轴承组件；以及定位在所述高压涡轮的后面的第一后部轴承组件；以及可与所述外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸，所述内部轴构造成将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，所述内部轴包括：定位在所述低压压缩机的前面的第二前部轴承组件；以及定位在所述低压涡轮的前面的第二后部轴承组件，所述第二后部轴承组件的至少一部分定位成与所述第一后部轴承组件成堆叠关系。技术方案11.根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴的跨度限定在所述第二前部轴承组件和所述第二后部轴承组件之间，所述第二后部轴承组件构造成减小所述内部轴的所述跨度。技术方案12.根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，确定所述第二前部轴承组件的位置和所述第二后部轴承组件的位置，以有利于提高所述内部轴的与引起挠曲固有频率模式相关联的旋转速度。技术方案13.根据技术方案10所述的轴组件，其特征在于，所述第一后部轴承组件和所述第二后部轴承组件的至少一部分联接到静态框架组件上。技术方案14.根据技术方案13所述的轴组件，其特征在于，所述静态框架组件定位在所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于旋转机器的轴组件，所述旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮，所述轴组件包括：外部轴，其构造成将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮上，所述外部轴包括：定位在所述高压压缩机的前面的第一前部轴承组件；以及定位在所述高压压缩机和所述高压涡轮之间的第一后部轴承组件；以及可与所述外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸，所述内部轴构造成将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，所述内部轴包括：定位在所述低压压缩机的前面的第二前部轴承组件；以及定位在所述高压涡轮附近的第二后部轴承组件。

【技术特征摘要】
2016.11.02 US 15/3418381.一种用于旋转机器的轴组件，所述旋转机器包括处于连续流关系的低压压缩机、高压压缩机、高压涡轮和低压涡轮，所述轴组件包括：外部轴，其构造成将所述高压压缩机联接到所述高压涡轮上，所述外部轴包括：定位在所述高压压缩机的前面的第一前部轴承组件；以及定位在所述高压压缩机和所述高压涡轮之间的第一后部轴承组件；以及可与所述外部轴围绕公共轴线旋转的内部轴，其中，所述外部轴至少部分地围绕所述内部轴延伸，所述内部轴构造成将所述低压压缩机联接到所述低压涡轮上，所述内部轴包括：定位在所述低压压缩机的前面的第二前部轴承组件；以及定位在所述高压涡轮附近的第二后部轴承组件。2.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，所述内部轴的跨度限定在所述第二前部轴承组件和所述第二后部轴承组件之间，所述第二后部轴承组件构造成减小所述内部轴的所述跨度。3.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，确定所述第二前部轴承组件的位置和所述第二后部轴承组件的位置，以有利于提高所述内部轴的与引起挠曲固有频率模式相关联的旋转速度。4.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于，所述第二后部轴承组件的至少一部分定位在所述高压涡轮的径向内侧。5.根据权利要求1所述的轴组件，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：BH埃尔塔斯，BW米勒，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US