專利名稱：燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)及其裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，尤其涉及裝配燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
至少一種已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在其串聯(lián)的流動結(jié)構(gòu)中包括一個前部的風(fēng)扇組件；一個后部的風(fēng)扇組件；壓縮流過該發(fā)動機(jī)的空氣的一個高壓壓縮機(jī)；用于使燃料與壓縮的空氣混合，使混合物可以點(diǎn)火的一個燃燒室；和一個高壓渦輪。有時，將該高壓壓縮機(jī)，燃燒室和高壓渦輪集中地稱為核心發(fā)動機(jī)。在工作中，該核心發(fā)動機(jī)產(chǎn)生燃燒氣體，該燃燒氣體向下游排至一個低壓渦輪。該低壓渦輪從中提取能量，給該前部和后部風(fēng)扇組件供給能量。在至少一些已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)內(nèi)，至少一個渦輪的回轉(zhuǎn)方向與該發(fā)動機(jī)內(nèi)的其他回轉(zhuǎn)零件的回轉(zhuǎn)方向相反。
至少一個已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括一個支承該高壓渦輪的渦輪中間框架，至少一個中間壓力渦輪，和支承第二低壓渦輪的一個渦輪后框架。在發(fā)動機(jī)裝配過程中，這種已知的燃?xì)鉁u輪裝配時使該高壓渦輪與該渦輪中間框架的前部連接，并且該至少一個中間壓力渦輪與該渦輪中間框架的后部連接。
因此，為了使該發(fā)動機(jī)有必要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在這種發(fā)動機(jī)內(nèi)，該渦輪中間框架結(jié)構(gòu)上支承該高壓渦輪和該中間壓力渦輪。在工作過程中，在該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)內(nèi)的循環(huán)溫度使該渦輪的中間框架上的溫度升高。這樣，要將附加的冷卻供給該渦輪的中間框架，以降低該渦輪中間框架的工作溫度。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的一個方面，提供了一個燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的裝配方法。該方法包括使第一低壓渦輪的轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地與一個高壓渦輪連接，使第二低壓渦輪的轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地與該第一低壓渦輪的轉(zhuǎn)子連接，和該第二低壓渦輪的轉(zhuǎn)子可轉(zhuǎn)動地與一個渦輪的后框架連接，使該高壓渦輪的重量傳遞至該渦輪的后框架。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一個燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括一個高壓渦輪，可轉(zhuǎn)動地與該高壓渦輪連接的第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子，可轉(zhuǎn)動地與該第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子連接的第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子，和可轉(zhuǎn)動地與該第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子連接的，使該高壓渦輪的重量傳遞至該渦輪后框架的一個渦輪后框架。
附圖簡要說明

圖1為一個示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一部分的橫截面圖；和圖2為圖1所示的，包括一個示例性高壓渦輪和一個示例性低壓渦輪的該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一部分的放大的橫截面圖。
本發(fā)明詳細(xì)說明圖1為一個示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的一部分的橫截面圖。該燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10包括一個前部風(fēng)扇組件12和一個安置在一條縱向中心軸線16周圍的后部風(fēng)扇組件14。術(shù)語“前部風(fēng)扇”和“后部風(fēng)扇”用于表示風(fēng)扇組件12軸向連接在風(fēng)扇組件14的上游。在一個實(shí)施例中，風(fēng)扇組件12和14安置在所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的前端。在另一個實(shí)施例中，風(fēng)扇組件12和14放置在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的后端。每一個風(fēng)扇組件12和14包括放置在發(fā)動機(jī)艙18內(nèi)的多排風(fēng)扇葉片19。葉片19與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子圓盤21連接，而該轉(zhuǎn)子圓盤則通過相應(yīng)的風(fēng)扇軸20，可轉(zhuǎn)動地與前部風(fēng)扇組件12連接；和通過風(fēng)扇軸22，與后部風(fēng)扇組件14連接。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10還包括在風(fēng)扇組件12和14下游的一個核心發(fā)動機(jī)24。核心發(fā)動機(jī)24包括一個高壓壓縮機(jī)(HPC)26，一個燃燒室28和通過一個核心轉(zhuǎn)子或軸32，與HPC 26連接的一個高壓渦輪(HPT)30。在工作中，核心發(fā)動機(jī)24產(chǎn)生燃燒氣體，該燃燒氣體向下游通至一個示例性的反向轉(zhuǎn)動的低壓渦輪34。該低壓渦輪從氣體中提取能量，通過相應(yīng)的風(fēng)扇軸20和22，給風(fēng)扇組件12和14供給能量。
低壓渦輪34包括一個靜止的外殼體36。該外殼體與高壓渦輪30(如圖1所示)下游的核心發(fā)動機(jī)24連接。低壓渦輪34包括一個位于徑向在外殼體36內(nèi)部的一個徑向的外轉(zhuǎn)子38。外轉(zhuǎn)子38基本上為截錐形狀，并且包括多個在圓周上隔開的，沿徑向向內(nèi)伸出的轉(zhuǎn)子葉片40。葉片40排列成軸向隔開的葉片排或級41。雖然，該示例性實(shí)施例只表示三個級41，但應(yīng)該知道，在不影響所述的方法和裝置的范圍的條件下，外轉(zhuǎn)子38可以具有任何數(shù)量的級41。
低壓渦輪34還包括一個徑向的內(nèi)轉(zhuǎn)子42。該內(nèi)轉(zhuǎn)子基本上與外轉(zhuǎn)子38同軸對準(zhǔn)，并且徑向在該外轉(zhuǎn)子38的內(nèi)面。內(nèi)轉(zhuǎn)子42包括多個在圓周上隔開的轉(zhuǎn)子葉片44，這些葉片在徑向向外伸出，并排列成軸向隔開的排43。雖然，該示例性實(shí)施例只表示三個級，但應(yīng)當(dāng)知道，在不影響所述的方法和裝置的范圍的條件下，該內(nèi)轉(zhuǎn)子42可以有任意數(shù)量的葉片44的排43。
在該示例性實(shí)施例中，從級43伸出的內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片44軸向與從級41伸出的外轉(zhuǎn)子葉片40成指狀組合，使得內(nèi)轉(zhuǎn)子級43在相應(yīng)的外轉(zhuǎn)子級41之間延伸。因此，葉片40和44與轉(zhuǎn)子38和42的轉(zhuǎn)動方向相反。
圖2為包括一個示例性高壓渦輪100和一個示例性低壓渦輪102的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的一部分的放大的橫截面圖。
在該示例性實(shí)施例中，低壓渦輪102包括第一渦輪轉(zhuǎn)子106和第二渦輪轉(zhuǎn)子108。在該示例性實(shí)施例中，該第一渦輪轉(zhuǎn)子106軸向放置在第二渦輪轉(zhuǎn)子108的前部，和軸向在該高壓渦輪100的后部。第一渦輪轉(zhuǎn)子106包括多個徑向向外伸出的圓周上隔開的渦輪葉片110。葉片110排列成渦輪葉片110的一個軸向隔開的排112。雖然，該示例性實(shí)施例只表示了渦輪葉片110的一個排112，但應(yīng)當(dāng)知道，在不影響所述方法和裝置的范圍的條件下，第一渦輪轉(zhuǎn)子106可以有渦輪葉片110的任何數(shù)量的排112。在該示例性實(shí)施例中，第一渦輪轉(zhuǎn)子106在第一回轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動。
在該示例性實(shí)施例中，第二渦輪轉(zhuǎn)子108軸向位于第一渦輪轉(zhuǎn)子106的后部，和在與該第一渦輪轉(zhuǎn)子106的第一回轉(zhuǎn)方向相反的第二回轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動。第二渦輪轉(zhuǎn)子108包括徑向向外伸出的多個圓周上隔開的渦輪葉片150。葉片150排列成渦輪葉片150的一個軸向隔開的排152。雖然，該示例性實(shí)施例只表示了渦輪葉片150的一個排152，但應(yīng)當(dāng)知道，在不影響所述方法和裝置的范圍的條件下，第二渦輪轉(zhuǎn)子108可以有渦輪葉片150的任意數(shù)量的排152。
在該示例性實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10包括第一差速軸承120(differential bearing)，它轉(zhuǎn)動地將高壓渦輪100與第一渦輪轉(zhuǎn)子106連接。更具體地說，差速軸承120可轉(zhuǎn)動地連接在高壓渦輪100和第一渦輪轉(zhuǎn)子106之間，使第一渦輪轉(zhuǎn)子106直接地可轉(zhuǎn)動地與高壓渦輪100連接。第一渦輪轉(zhuǎn)子106利用多根花鍵122與軸22連接，使得第一渦輪轉(zhuǎn)子106通過軸22，與前部風(fēng)扇組件12連接。因此，在該示例性實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10不包括一個渦輪中間框架，而是將低壓的第一渦輪轉(zhuǎn)子106直接與高壓的渦輪100連接，不需要渦輪的中間框架。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10還包括第二差速軸承130，它轉(zhuǎn)動地使第一渦輪轉(zhuǎn)子106與第二渦輪轉(zhuǎn)子108連接。更具體地說，差速軸承130可轉(zhuǎn)動地連接在第一渦輪轉(zhuǎn)子106和第二渦輪轉(zhuǎn)子108之間，使第一渦輪轉(zhuǎn)子106直接地可轉(zhuǎn)動地與第二渦輪轉(zhuǎn)子108連接。第二渦輪轉(zhuǎn)子108利用多根花鍵134與軸20連接，使第二個渦輪轉(zhuǎn)子108通過軸20，與后部風(fēng)扇組件14連接。
燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10還包括第三個軸承140，它可轉(zhuǎn)動地將第二渦輪轉(zhuǎn)子108與渦輪的后框架142連接。更具體地說，軸承140可轉(zhuǎn)動地連接在第二渦輪轉(zhuǎn)子108和渦輪后框架142之間，使第二渦輪轉(zhuǎn)子108直接可轉(zhuǎn)動地與渦輪后框架142連接。在該示例性實(shí)施例中，第三個軸承140為滾子軸承。因此，在該示例性實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10不包括渦輪中間框架而是可轉(zhuǎn)動地通過渦輪的第一和第二渦輪轉(zhuǎn)子106和108，使該高壓渦輪100與渦輪后框架142連接，不需要渦輪中間框架。
在該示例性實(shí)施例中，軸承120和130為差速軸承，它可使諸如第一和第二渦輪轉(zhuǎn)子106和108一類的二個零件以二個回轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)動。具體地說，差速軸承120可使高壓渦輪100以第一回轉(zhuǎn)速度工作，和第一渦輪轉(zhuǎn)子106以第二不同的回轉(zhuǎn)速度工作。差速軸承130可使第一渦輪轉(zhuǎn)子106以第一回轉(zhuǎn)速度工作，和第二渦輪轉(zhuǎn)子108以第二不同的回轉(zhuǎn)速度工作。因此，差速軸承130可使前部風(fēng)扇組件12以第一回轉(zhuǎn)速度工作，和后部風(fēng)扇組件14以第二不同的回轉(zhuǎn)速度工作。在該示例性實(shí)施例中，軸22以第一回轉(zhuǎn)速度工作，和軸20以比軸22的第一回轉(zhuǎn)速度小的第二回轉(zhuǎn)速度工作。因此，在該示例性實(shí)施例中，以較高回轉(zhuǎn)速度工作的軸20放置在以較低的回轉(zhuǎn)速度工作的軸22沿徑向向內(nèi)，以改善燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10的裝配。
在一個實(shí)施例中，軸承120，130和/或140中的至少一個為滾子軸承。在另一個實(shí)施例中，軸120，130和/或140中的至少一個為滾珠軸承。在再一個實(shí)施例中，軸承120，130和/或140中的至少一個為箔帶軸承。
在工作時，高壓渦輪100可轉(zhuǎn)動地與低壓的第一渦輪轉(zhuǎn)子106連接，而后者則可轉(zhuǎn)動地與低壓的第二渦輪轉(zhuǎn)子108連接。該低壓的第二渦輪轉(zhuǎn)子108可轉(zhuǎn)動地與渦輪后框架142連接。因此，在工作過程中，啟動燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10，這樣使該高壓渦輪100轉(zhuǎn)動。由于高壓渦輪100可轉(zhuǎn)動地與第一渦輪轉(zhuǎn)子106連接，該第一渦輪轉(zhuǎn)子106可轉(zhuǎn)動地與第二渦輪轉(zhuǎn)子108和渦輪后框架142連接，因此，轉(zhuǎn)動力和/或轉(zhuǎn)子負(fù)荷分別通過低壓的第一和第二渦輪轉(zhuǎn)子106和108，從高壓渦輪100傳遞至渦輪后框架142。這樣，至少一個已知的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)將該高壓渦輪轉(zhuǎn)子負(fù)荷傳遞至渦輪中間框架。
在該示例性實(shí)施例中，去除該渦輪中間框架和直接可轉(zhuǎn)動地使該高壓渦輪100與低壓的第一渦輪轉(zhuǎn)子106連接，便于裝配燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)16，使通過花鍵122和134供給軸20和22的潤滑油流回至該渦輪后框架142。另外，在該示例性實(shí)施例中，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10包括多個密封回轉(zhuǎn)儲油槽162用的內(nèi)部軸的碳密封圈160，這樣，可將軸承120，130和140放置得更靠近它們支承的回轉(zhuǎn)質(zhì)量。
上述的示例性實(shí)施例說明了一個反向轉(zhuǎn)動的低壓渦輪，其中，高壓渦輪100直接可轉(zhuǎn)動地分別與低壓的第一和第二渦輪轉(zhuǎn)子106和108連接，使由該高壓渦輪100產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力和/或轉(zhuǎn)子負(fù)荷，通過該低壓的第一和第二渦輪轉(zhuǎn)子106和108，從該高壓渦輪100傳遞至渦輪后框架142。另外，因?yàn)樵撊細(xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)10不包括渦輪中間框架，軸承120，130和140的壓力潤滑油管可直接通至該渦輪后框架142，這樣可減小該發(fā)動機(jī)的復(fù)雜性和降低制造成本。
上述的方法和裝置是成本低和非?？煽康姆椒?，它在該高壓渦輪和該低壓渦輪之間安裝一個差速軸承，使得不需要該渦輪中間框架。使用一個差速軸承代替該渦輪中間框架容易除去在熱的燃?xì)饬鲃油ǖ乐械男枰鋮s的金屬，從而可減輕發(fā)動機(jī)重量和降低成本。另外，供給該低壓渦輪軸的潤滑油流回冷卻器和較大的該渦輪后框架，這樣可增加發(fā)動機(jī)的可靠性。另外，由于供給差動軸承的潤滑油通過軸的花鍵流至大多數(shù)直徑上，因此不需要通過該軸的潤滑油孔，并且使用內(nèi)部軸的碳密封圈密封回轉(zhuǎn)儲油槽。上述的方法和裝置還允許將該差速軸承放置得更靠近它們支承的回轉(zhuǎn)質(zhì)量。
以上，詳細(xì)地說明了渦輪差速軸承和裝配一個燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的方法的示例性實(shí)施例。各個零件不限于所述的具體實(shí)施例，而是每一個系統(tǒng)的零件可與所述的其他零件獨(dú)立和分開地使用。
雖然利用各種具體實(shí)施例說明了本發(fā)明，但業(yè)內(nèi)人士知道，在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)，可對本發(fā)明作改進(jìn)。
零件清單10-燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī) 100-高壓渦輪12-前部風(fēng)扇組件 106-第一渦輪轉(zhuǎn)子14-后部風(fēng)扇組件 108-第二渦輪轉(zhuǎn)子16-縱向中心線軸線 110-圓周上隔開的渦輪葉片18-發(fā)動機(jī)艙 112-軸向隔開的排19-風(fēng)扇葉片 120-差速軸承20-風(fēng)扇軸 122-花鍵21-轉(zhuǎn)子圓盤 130-差速軸承22-由軸沿徑向向內(nèi) 134-花鍵24-核心發(fā)動機(jī) 140-第三個軸承26-高壓壓縮機(jī)(HPC) 142-渦輪后框架28-燃燒室 150-圓周上隔開的渦輪葉片30-高壓渦輪(HPT)152-軸向隔開的排32-核心轉(zhuǎn)子或軸 160-軸的碳密封圈34-低壓渦輪 162-回轉(zhuǎn)儲油槽36-外殼體38-徑向外轉(zhuǎn)子40-外轉(zhuǎn)子葉片41-葉片排或級42-內(nèi)轉(zhuǎn)子43-排或級44-內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，包括一個高壓渦輪(100)；一個可轉(zhuǎn)動地與所述的高壓渦輪連接的一第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子(106)；一個可轉(zhuǎn)動地與所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子連接的一第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子(108)；和一個可轉(zhuǎn)動地與所述第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子連接，使所述高壓渦輪的重量傳遞至所述渦輪后框架的渦輪后框架(142)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子(106)沿第一回轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動，而所述第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子(108)沿與該第一回轉(zhuǎn)方向相反的第二回轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，還包括連接在所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子(106)和所述高壓渦輪(100)之間使所述高壓渦輪可轉(zhuǎn)動地與所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子連接的一個第一差速軸承(120)。
4.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，還包括一個潤滑油供給系統(tǒng)，其構(gòu)形可使?jié)櫥蛷乃鰷u輪后框架(142)通至所述的第一差速軸承(120)，以潤滑所述第一差速軸承。
5.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，還包括連接在所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子(106)和所述高壓渦輪(100)之間使所述高壓渦輪可轉(zhuǎn)動地與所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子連接的一個第一差速箔帶軸承(120)。
6.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，還包括連接在所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子(106)和所述第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子(108)之間使所述的高壓渦輪(100)可轉(zhuǎn)動地與所述的第一和第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子連接的一個第二差速軸承(130)。
7.如權(quán)利要求2所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，還包括一個連接在所述第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子(108)和所述渦輪后框框架(142)之間的第三差速軸承(140)。
8.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，還包括一個可轉(zhuǎn)動地與所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子(106)連接的后部風(fēng)扇組件(14)。
9.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，還包括一個可轉(zhuǎn)動地與所述的第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子(108)連接的前部風(fēng)扇組件(12)，所述前部風(fēng)扇組件的構(gòu)形能使其沿與所述后部風(fēng)扇組件(14)的回轉(zhuǎn)方向不同的回轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。
10.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)，其特征為，還包括一個潤滑油供應(yīng)管路，其構(gòu)形能使?jié)櫥蛷乃鰷u輪后框架(142)通至所述高壓渦輪(100)，所述第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子(106)和所述第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子(108)中的至少一個中。
全文摘要
一種裝配一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(10)的方法，包括可轉(zhuǎn)動地使第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子(106)與一個高壓渦輪(100)連接，可轉(zhuǎn)動地將一個第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子(108)與該第一低壓渦輪轉(zhuǎn)子連接，和可轉(zhuǎn)動地將該第二低壓渦輪轉(zhuǎn)子與一個渦輪后框架(142)連接，使該高壓渦輪的重量傳遞至該渦輪后框架。
文檔編號F02K3/06GK1766293SQ200510097639
公開日2006年5月3日 申請日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者J·L·亨利 申請人:通用電氣公司