三轴发动机的涡轮框架和轴承布置制造技术

本公开涉及一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向，周向方向，沿着纵向方向的轴向中心线。燃气涡轮发动机沿着纵向方向限定上游端和下游端，并且包括围绕轴向中心线限定的涡轮框架。涡轮框架包括第一轴承表面，第二轴承表面和第三轴承表面。第一轴承表面对应于第一涡轮转子，第二轴承表面对应于第二涡轮转子，并且第三轴承表面对应于第三涡轮转子，并且每个涡轮转子能够独立地旋转。

Turbine frame and bearing arrangement of three-axis engine

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三轴发动机的涡轮框架和轴承布置
本主题大体涉及燃气涡轮发动机的架构。更具体地，本主题涉及一种用于燃气涡轮发动机的涡轮区段。
技术介绍
燃气涡轮发动机大体包括涡轮区段，该涡轮区段在燃烧区段的下游，可与压缩机区段一起旋转以旋转并操作燃气涡轮发动机以产生动力，例如推进推力。一般燃气涡轮发动机的设计标注通常包括必须加以权衡或折衷的冲突标准，包括提高燃料效率，运行效率和/或动力输出，同时保持或减少重量，零件数量和/或包装(即发动机的轴向和/或径向尺寸)。常规三轴燃气涡轮发动机大体包括涡轮区段，该涡轮区段限定与中压涡轮和低压涡轮串行流动布置的高压涡轮。但是，已知的三轴发动机包括多个涡轮框架，以容纳支撑三个轴的各种轴承组件。另外，包括交叉(interdigitated)涡轮的已知的三轴燃气涡轮发动机通常至少部分地由于悬挂质量而在可以交叉的级的数量上受到限制。支撑三轴轴承构造(例如，增加的发动机的轴向长度和重量)的多个涡轮框架的组合加上由于悬挂质量而导致的对涡轮交叉的限制因此显著地限制了交叉涡轮区段的实际和潜在应用。因此，需要一种能够使涡轮区段中的涡轮进一步交叉的结构。另外，需要一种可以减小发动机的轴向长度和重量的涡轮框架。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本专利技术来得知。本公开涉及一种燃气涡轮发动机，其限定径向方向，周向方向和沿着纵向方向的轴向中心线。燃气涡轮发动机沿着纵向方向限定上游端和下游端，并且包括围绕轴向中心线限定的涡轮框架。涡轮框架包括第一轴承表面，第二轴承表面和第三轴承表面。第一轴承表面对应于第一涡轮转子，第二轴承表面对应于第二涡轮转子，并且第三轴承表面对应于第三涡轮转子，并且每个涡轮转子能够独立地旋转。在一个实施例中，一个或多个轴承表面各自限定外轴承座圈。在各种实施例中，涡轮框架限定第一平台，第一轴承表面被联接至该第一平台。在一个实施例中，涡轮框架限定第二平台，第二轴承表面和第三轴承表面分别被联接至该第二平台。在另一个实施例中，第二平台被限定在第一平台的沿着径向方向的内侧。在又一个实施例中，第一平台和/或第二平台限定装配到涡轮框架上的套筒，轴承组件被联接至该套筒上。仍在各种实施例中，第一涡轮转子限定低速涡轮。在一个实施例中，第二涡轮转子和第三涡轮转子分别各自限定中速涡轮和高速涡轮。在另一个实施例中，每个涡轮转子限定布置在每个相应的轴承表面和每个涡轮转子之间的轴承组件。在又一个实施例中，每个轴承组件限定滚子轴承，滚珠轴承，轴颈轴承或其组合。在各种实施例中，涡轮框架进一步包括布置在燃气涡轮发动机的核心流动路径内的轮叶。轮叶包括限定翼型件的表面。在一个实施例中，发动机进一步包括围绕涡轮框架布置的外部涡轮壳体。涡轮框架进一步包括辐条，该辐条大体沿着径向方向从外部涡轮壳体的外侧延伸，并且通过涡轮框架的一个或多个轮叶联接至外部涡轮壳体。在一个实施例中，涡轮框架包括三个或更多个辐条。在另一个实施例中，涡轮框架进一步包括沿着径向方向布置在轮叶内侧的第一轴承外壳。在又一个实施例中，辐条在发动机的核心流动路径的内部被联接至第一轴承外壳。在又一个实施例中，涡轮框架进一步包括第二轴承外壳，该第二轴承外壳沿着径向方向布置在第一轴承外壳的内侧，并且第二轴承外壳被联接至第一轴承外壳。在又一个实施例中，第一平台被联接至第一轴承外壳，第二平台被联接到第二轴承外壳。第一轴承表面被联接至第一平台，第二轴承表面和第三轴承表面均被联接至第二平台。仍在各种实施例中，发动机进一步包括限定低速涡轮转子的第一涡轮转子。第一涡轮转子包括联接到转子毂的多个连接翼型件并且转子毂联接到低压轴。多个连接翼型件被联接至外部护罩(outershroud)，并且多个外部护罩型翼件沿着径向方向向内延伸。多个外部护罩型翼件的第一级进一步包括沿着径向方向大体向内延伸的臂。臂被联接至轴向延伸毂，其中轴承组件被布置在轴向延伸毂与涡轮框架的第一轴承表面之间。在一个实施例中，发动机进一步包括第二涡轮转子，该第二涡轮转子限定中速涡轮转子，其中第二涡轮转子沿着纵向方向布置在第一涡轮转子的连接翼型件的上游。第二涡轮转子包括布置在第二涡轮转子和第二轴承表面之间的轴承组件。发动机进一步包括第三涡轮转子，该第三涡轮转子沿着纵向方向在涡轮框架的上游限定高速涡轮转子，其中第三涡轮转子包括布置在第三涡轮转子和第三轴承表面之间的轴承组件。本公开的另一方面涉及一种操作具有交叉涡轮区段的燃气涡轮发动机的方法。该发动机以串行流动布置包括风扇转子，中压压缩机，高压压缩机，燃烧区段和涡轮区段。涡轮区段以串行流动布置包括高速涡轮转子，涡轮框架，低速涡轮转子的多个外部护罩翼型件的第一级，中速涡轮转子以及低速涡轮转子的一个或多个附加级，低速涡轮转子经由低压轴联接至风扇转子，中速涡轮转子经由中压轴联接至中压压缩机，高速涡轮转子经由高压轴联接至高压压缩机。该方法包括沿着周向方向在第一方向或第二方向上旋转高速涡轮转子；沿着周向方向在第一方向旋转低速涡轮转子；和在与第一方向相反的第二方向上旋转中速涡轮转子。参考以下描述和所附权利要求书，将更好地了解本专利技术的这些及其他特征、方面和优势。并入并构成该说明书的一部分的附图图示了本专利技术的实施例，并同描述一起用来说明本专利技术的原理。附图说明在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本专利技术的完整且可行的公开，包括其最佳模式，其参考所附的附图，其中图1是结合了根据本公开的一方面的涡轮区段的示例性实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性横截面视图；图2是图1所示的涡轮区段的实施例的示意性横截面视图；图3是涡轮框架和涡轮区段的实施例的示意性横截面视图；和图4是操作图1-3所示的燃气涡轮发动机的示例性方法的概述。在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本专利技术的相同或类似的特征或元件。具体实施方式现将详细参考本专利技术的实施例，其一个以上示例图示在附图中。每个示例通过说明的方式提供，而不应当解释为限制本专利技术。事实上，对于本领域技术人员来而言，显然，在不偏离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分图示或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本专利技术旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变型。如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一部件区分开，而不意图指明单个部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流动路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，“下游”是指流体向其流动的方向。除非另外规定，否则术语“低”、“中”、“高”或其相应比较级(例如更，如适用)各自是指发动机内的相对速度。例如，“低涡轮”或“低速涡轮”限定低于“高涡轮”或“高速涡轮”的转速。替代地，除非另外规定，否则前述术语可以其最高级理解。例如，“低涡轮”可以是指涡轮区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃气涡轮发动机，其中所述燃气涡轮发动机限定径向方向，周向方向，沿着纵向方向的轴向中心线，并且其中所述燃气涡轮发动机沿着所述纵向方向限定上游端和下游端，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括：/n涡轮框架，所述涡轮框架围绕所述轴向中心线限定，所述涡轮框架包括第一轴承表面，第二轴承表面和第三轴承表面，其中所述第一轴承表面对应于第一涡轮转子，所述第二轴承表面对应于第二涡轮转子，并且所述第三轴承表面对应于第三涡轮转子，并且其中每个涡轮转子能够独立地旋转。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170307 US 15/451,4981.一种燃气涡轮发动机，其中所述燃气涡轮发动机限定径向方向，周向方向，沿着纵向方向的轴向中心线，并且其中所述燃气涡轮发动机沿着所述纵向方向限定上游端和下游端，其特征在于，所述燃气涡轮发动机包括：
涡轮框架，所述涡轮框架围绕所述轴向中心线限定，所述涡轮框架包括第一轴承表面，第二轴承表面和第三轴承表面，其中所述第一轴承表面对应于第一涡轮转子，所述第二轴承表面对应于第二涡轮转子，并且所述第三轴承表面对应于第三涡轮转子，并且其中每个涡轮转子能够独立地旋转。


2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述轴承表面中的一个或多个各自限定外轴承座圈。


3.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述涡轮框架限定第一平台，并且其中所述第一轴承表面被联接至所述第一平台。


4.根据权利要求3所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述涡轮框架限定第二平台，并且其中所述第二轴承表面和所述第三轴承表面分别被联接至所述第二平台。


5.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第二平台被限定在所述第一平台的沿着所述径向方向的内侧。


6.根据权利要求4所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一平台和/或所述第二平台限定装配到所述涡轮框架上的套筒，轴承组件被联接至所述套筒上。


7.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第一涡轮转子限定低速涡轮。


8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述第二涡轮转子和所述第三涡轮转子分别限定中速涡轮和高速涡轮。


9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中每个涡轮转子限定轴承组件，所述轴承组件布置在每个相应的轴承表面与每个涡轮转子之间。


10.根据权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中每个轴承组件限定滚子轴承，滚珠轴承，轴颈轴承或其组合。


11.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述涡轮框架进一步包括轮叶，所述轮叶布置在所述燃气涡轮发动机的核心流动路径内，其中所述轮叶包括限定翼型件的表面。


12.根据权利要求11所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述发动机进一步包括：
外部涡轮壳体，所述外部涡轮壳体围绕所述涡轮框架布置，并且其中所述涡轮框架进一步包括辐条，所述辐条大体上沿着所述径向方向从所述外部涡轮壳体的外侧延伸，并且通过所述涡轮框架的一个或多个所述轮叶联接至所述外部涡轮壳体。


13.根据权利要求12所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，其中所述涡轮框架包括三个或更多个辐条。


14.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·奥里·莫尼斯，艾伦·罗伊·斯图亚特，杰弗里·唐纳德·克莱门茨，布兰登·韦恩·米勒，达克·托马斯·扎尔斯基，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US