燃气涡轮发动机的旋转鼓形转子的转子支撑结构

技术领域

本公开总体上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可旋转鼓形转子的转子支撑结构。

背景技术

燃气涡轮发动机大体上按串流顺序包括入口区段、压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在操作中，空气进入入口区段并流向压缩机区段，在压缩机区段，一个或多个轴向压缩机逐渐地压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合，并且在燃烧区段内燃烧，从而产生燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段流过限定在涡轮区段内的热气体路径，并且然后经由排气区段离开涡轮区段。

在特定的构型中，压缩机区段按串流顺序包括低压压缩机(LPC)和高压压缩机(HPC)。LPC和HPC可包括一个或多个轴向地间隔开的级。每一级可包括一排周向地间隔开的定子静叶和定位在该排定子静叶下游的一排周向地间隔开的转子叶片。定子静叶将流过压缩机区段的空气引导到转子叶片上，转子叶片将动能传递到空气中以增加其压力。

离开HPC的加压空气然后可流到燃烧器，在该燃烧器内，燃料被喷射到加压空气流中，所得混合物在燃烧器内燃烧。高能量燃烧产物从燃烧室沿着发动机的热气体路径被引导到用于经由高压驱动轴驱动HPC的高压涡轮(HPT)，且然后到用于驱动LPC的低压涡轮(LPT)。在驱动LPT和HPT中的每一个之后，燃烧产物可经由排气喷嘴排出，以提供推进喷射推力。

贯穿燃气涡轮发动机的各区段的各种旋转鼓形转子(例如，在HPC和LPT中)在弯曲模式或陀螺加载条件期间在其自由端处可经历高偏转。因此，在这种旋转鼓形转子的自由端处的改进的转子支撑系统在本技术中将是受欢迎的。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。

在一个方面，本公开涉及一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括可旋转鼓形转子，该转子具有固连到其的多个叶片。叶片径向地向内延伸到可旋转鼓形转子。燃气涡轮发动机还包括径向地邻近可旋转鼓形转子安装的不可旋转支撑壳体和转子支撑系统，该转子支撑系统具有定位在可旋转鼓形转子和不可旋转支撑壳体之间的轴承组件。轴承组件至少包括固定支撑框架和可旋转座圈。此外，可旋转座圈在围绕可旋转鼓形转子周向地间隔开的分离且离散的位置处接合可旋转鼓形转子。

在另一个方面，本公开涉及一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统。转子支撑系统包括轴承组件，该轴承组件被构造成用于定位在燃气涡轮发动机的可旋转鼓形转子和不可旋转支撑壳体之间。轴承组件至少包括固定支撑框架和可旋转座圈。此外，可旋转座圈被构造成在围绕可旋转鼓形转子周向地间隔开的分离且离散的位置处接合可旋转鼓形转子。

技术方案1. 一种燃气涡轮发动机，包括：

可旋转鼓形转子，其包括固连到其上的多个叶片，所述多个叶片径向地向内延伸到所述可旋转鼓形转子；

不可旋转支撑壳体，其安装在所述可旋转鼓形转子的径向外侧；

转子支撑系统，其包括定位在所述可旋转鼓形转子和所述不可旋转支撑壳体之间的轴承组件，所述轴承组件至少包括固定支撑框架和可旋转座圈，所述可旋转座圈在围绕所述可旋转鼓形转子周向地间隔开的分离且离散的位置处接合所述可旋转鼓形转子。

技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述轴承组件沿着所述可旋转鼓形转子定位在一个或多个轴向位置处。

技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述固定支撑框架安装在所述可旋转鼓形转子的外部或内部。

技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述可旋转座圈由围绕所述可旋转转子鼓周向地间隔开的多个可旋转滚子轴承限定。

技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个滚子轴承中的每一个包括内座圈、外座圈和布置在所述内座圈和所述外座圈之间的多个滚动元件。

技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个滚子轴承的所述外座圈限定了随所述可旋转鼓形转子旋转的所述轴承组件的所述可旋转座圈。

技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个滚子轴承中的每一个的所述内座圈固定到所述固定支撑框架，使得所述内座圈不随所述可旋转鼓形转子旋转。

技术方案8. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述固定支撑框架包括安装到所述不可旋转支撑壳体的一个或多个固定臂构件。

技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个滚动元件对应于滚珠滚子或圆柱滚子中的至少一个。

技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述多个滚动元件至少部分地由陶瓷构成。

技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述可旋转鼓形转子是所述燃气涡轮发动机的压缩机区段、涡轮区段或燃烧区段的一部分。

技术方案12. 一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统，所述燃气涡轮发动机包括可旋转鼓形转子和不可旋转支撑壳体，所述转子支撑系统包括：

轴承组件，其被构造成用于定位在所述可旋转鼓形转子和所述不可旋转支撑壳体之间，所述轴承组件至少包括固定支撑框架和可旋转座圈，所述可旋转座圈被构造成在围绕所述可旋转鼓形转子周向地间隔开的分离且离散的位置处接合所述可旋转鼓形转子。

技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的转子支撑系统，其特征在于，所述固定支撑框架对应于所述轴承组件的内座圈，并且其中，所述可旋转座圈对应于所述轴承组件的外座圈，所述可旋转座圈由围绕所述可旋转转子鼓周向地间隔开的多个可旋转滚子轴承限定。

技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的转子支撑系统，其特征在于，所述多个滚子轴承中的每一个包括内座圈、外座圈和布置在所述内座圈和所述外座圈之间的多个滚动元件。

技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的转子支撑系统，其特征在于，所述多个滚子轴承的所述外座圈限定了随所述可旋转鼓形转子旋转的所述轴承组件的所述可旋转座圈。

技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的转子支撑系统，其特征在于，所述多个滚子轴承中的每一个的所述内座圈固定到所述固定支撑框架，使得所述内座圈不随所述可旋转鼓形转子旋转。

技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的转子支撑系统，其特征在于，所述固定支撑框架包括安装到所述不可旋转支撑壳体的一个或多个固定臂构件。

技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的转子支撑系统，其特征在于，所述多个滚动元件对应于滚珠滚子或圆柱滚子中的至少一个。

技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的转子支撑系统，其特征在于，所述多个滚动元件至少部分地由陶瓷构成。

技术方案20. 根据任意前述技术方案所述的转子支撑系统，其特征在于，所述可旋转鼓形转子是所述燃气涡轮发动机的压缩机区段、涡轮区段或燃烧区段的一部分。

参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将更好理解。并入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：

图1示出了根据本公开的可在飞行器内使用的燃气涡轮发动机的一个实施例的剖视图；

图2示出了燃气涡轮发动机的区段的一个实施例的局部剖视图，特别地示出了根据本公开的定位在可旋转鼓形转子和支撑壳体之间的转子支撑系统；

图3示出了根据本公开的转子支撑系统的轴承组件的一个实施例的前视图；

图4示出了根据本公开的转子支撑系统的轴承组件的一个实施例的局部透视图；

图5示出了根据本公开的转子支撑系统的轴承组件的另一个实施例的局部透视图；

图6示出了根据本公开的转子支撑系统的轴承组件的又一个实施例的局部透视图；

图7示出了根据本公开的转子支撑系统的轴承组件的一个实施例的前视图；

图8示出了根据本公开的转子支撑系统的轴承组件的另一个实施例的前视图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例通过解释本发明的方式提供，而不是对本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖如归入所附权利要求书及其等同物的范围内的这种修改和变型。

在弯曲模式或陀螺加载条件(机动)期间，旋转鼓在悬臂的自由端处可经历高偏转。照此，本公开涉及一种径向地邻近旋转鼓定位的离散轴承布置，使得旋转鼓与轴承的外座圈接触，轴承的内座圈保持固定，并且承载臂在一端处连接到轴承的各种内座圈，而另一端连接到壳体(其也是静态的)。在某些情况下，无油轴承(例如，陶瓷轴承)可用于高速和/或高温应用。在这种轴承中，轴承可浸没在充满粘性流体的油槽中，或者可在润滑脂包中操作。

现在参考附图，图1示出了根据本主题的方面可在飞行器内使用的燃气涡轮发动机10的一个实施例的剖视图，出于参考目的，发动机10被示出为具有延伸穿过其中的纵向或轴向中心轴线12。通常，发动机10可包括核心燃气涡轮发动机(通常由附图标记14指示)和定位在其上游的风扇区段16。核心发动机14通常可包括限定环形入口20的基本上管状的外部壳体18。此外，外部壳体18可进一步封闭和支撑低压增压压缩机22，该压缩机用于将进入核心发动机14的空气的压力增加到第一压力水平。高压多级轴流式压缩机24然后可从增压压缩机22接收加压空气，并进一步增加这种空气的压力。离开高压压缩机24的加压空气然后可流向燃烧器26，在燃烧器26内燃料被喷射到加压空气流中，所得到的混合物在燃烧器26内燃烧。高能量燃烧产物从燃烧室26沿着发动机10的热气体路径被引导到用于经由第一(高压)驱动轴30驱动高压压缩机24的第一(高压)涡轮28，并且然后到用于经由第二(低压)驱动轴34驱动增压压缩机22和风扇区段16的第二(低压)涡轮32，第二驱动轴通常与第一驱动轴30同轴。在驱动涡轮28和32中的每一个之后，燃烧产物可经由排气喷嘴36从核心发动机14排出，以提供推进喷射推力。

另外，如图1所示，发动机10的风扇区段16通常可包括可旋转的轴流式风扇转子组件38，该组件被构造成由环形风扇壳体40包围。本领域普通技术人员应当理解，风扇壳体40可被构造成由多个基本上径向延伸、周向间隔的出口导向静叶42相对于核心发动机14支撑。照此，风扇壳体40可封闭风扇转子组件38及其对应的风扇转子叶片44。此外，风扇壳体40的下游区段46可在核心发动机14的外部部分上延伸，以限定提供附加推进喷射推力的二级或旁路空气流导管48。

应当理解，在若干实施例中，第二(低压)驱动轴34可直接联接到风扇转子组件38，以提供直接驱动构型。备选地，第二驱动轴34可经由减速装置37(例如，减速齿轮或齿轮箱)联接到风扇转子组件38，以提供间接驱动或齿轮驱动构型。这样的(一个或多个)减速装置也可根据需要或要求设置在发动机内的任何其它合适的轴和/或转轴之间。

在发动机10的操作期间，应当理解，初始空气流(由箭头50指示)可通过风扇壳体40的相关联的入口52进入发动机10。空气流50然后穿过风扇叶片44，并分成移动通过导管48的第一压缩空气流(由箭头54指示)和进入增压压缩机22的第二压缩空气流(由箭头56指示)。第二压缩空气流56的压力然后增加并进入高压压缩机24(由箭头58指示)。在与燃料混合并在燃烧器26内燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26并流过第一涡轮28。此后，燃烧产物60流过第二涡轮32并离开排气喷嘴36，以为发动机10提供推力。

现在参考图2，根据本主题的各方面，示出了适合在燃气涡轮发动机10内使用的转子支撑系统100的一个实施例的剖视图，特别地示出了相对于燃气涡轮发动机10的高压压缩机24或低压涡轮32之一安装的转子支撑系统100。因此，应当理解，转子支撑系统100可为燃气涡轮发动机10的压缩机区段、涡轮区段或燃烧区段的一部分。如图2所示，转子支撑系统100通常可包括可旋转鼓形转子102，其被构造成支撑从其径向地向内延伸的多个叶片104。此外，如图所示，可旋转鼓形转子102具有前端105和后端107。

仍然参考图2和图3，可旋转鼓形转子102可通过转子支撑系统100(例如，经由一个或多个轴承组件106)支撑在发动机10内。在这样的实施例中，每个轴承组件106可被构造成相对于安装在可旋转鼓形转子102径向外侧的燃气涡轮发动机10的结构性非旋转支撑壳体108旋转地支撑可旋转鼓形转子102。例如，如图2所示，轴承组件106可定位在转子支撑系统100的可旋转鼓形转子102和支撑壳体108之间。因此，在一个实施例中，如图所示，轴承组件106可定位在可旋转鼓形转子102的后端107处，该可旋转鼓形转子102可为大体上悬臂式的。在另一个实施例中，轴承组件106可沿着可旋转鼓形转子102定位在任何一个或多个轴向位置处。

参考图3至图5，在若干实施例中，轴承组件106可至少包括固定支撑框架110和整体可旋转座圈112。更具体地，如图所示，固定支撑框架110可对应于轴承组件106的内座圈，而可旋转座圈112可对应于轴承组件106的外座圈。此外，如图3至图5所示，可旋转外座圈112可在围绕可旋转鼓形转子102周向地间隔开的分离且离散的位置109(图3)处接合可旋转鼓形转子102。例如，如图所示，在这样的实施例中，可旋转座圈112可由围绕可旋转转子鼓102周向地间隔开的多个可旋转滚子轴承114限定。

在附加实施例中，如图3至图5所示，多个滚子轴承114中的每一个可包括固定内座圈116或支撑轴、相对于内座圈116可旋转的外座圈118、以及布置在内座圈116和外座圈118之间的多个滚动元件120。在这样的实施例中，特别如图3所示，固定支撑框架110可围绕可旋转鼓形转子102周向地延伸，并且可连接到滚子轴承114中的每一个的内座圈116中的每一个。因此，在若干实施例中，如图3至图5所示，滚子轴承114中的每一个的内座圈116可固定到固定支撑框架110，使得内座圈116不随可旋转鼓形转子102旋转。此外，在某些实施例中，固定支撑框架110的刚度可被优化以实现有利的柔性，该柔性可在完全热操作环境期间保持可旋转座圈112和可旋转鼓形转子102之间的完全接触。

在特定实施例中，本文描述的滚动元件120可大体上对应于任何合适的滚动元件，诸如滚珠滚子或圆柱滚子。此外，在另外的实施例中，滚动元件120可至少部分地由陶瓷构成。因此，在一个实施例中，如图所示，滚子轴承114的外座圈118可限定随可旋转鼓形转子102旋转的整个轴承组件106的整个可旋转座圈112。

特别地参考图4，滚子轴承114中的每一个可固连在固定支撑框架110的空腔123内。在这样的实施例中，单个滚子轴承114的固定内座圈116或支撑轴中的每一个可固连到固定支撑框架110内的空腔123的相对侧。在备选实施例中，如图5所示，固定支撑框架110可为简单的环，固定内座圈116或支撑轴中的每一个在其一端处固连到固定支撑框架110(例如，类似于悬臂梁)。

现在参考图6，示出了固定支撑框架110的另一个实施例的局部透视图。如图所示，代替具有如图3至图5所示的环形构型，固定支撑框架110可包括安装或以其它方式固连到不可旋转支撑壳体108的一个或多个固定臂构件127，并且可从内座圈116延伸。此外，如图所示，滚子轴承支撑在一侧上(例如，经由悬臂支撑件)。在另外的实施例中，滚子轴承也可保持在两侧上(例如，经由骑跨支撑件)。

现在参考图7和图8，示出了本公开的轴承组件106的另外的附加实施例。例如，如图7所示，轴承组件106可包括可旋转鼓形转子102内部的固定支撑框架110。此外，如图8所示，固定支撑框架110可由多个段125构成。

本发明的各个方面和实施例由以下编号的条款限定：

条款1.一种燃气涡轮发动机，包括：

可旋转鼓形转子，其包括固连到其上的多个叶片，所述多个叶片径向地向内延伸到可旋转鼓形转子；

不可旋转支撑壳体，其安装在可旋转鼓形转子的径向外侧；

转子支撑系统，其包括定位在可旋转鼓形转子和不可旋转支撑壳体之间的轴承组件，该轴承组件至少包括固定支撑框架和可旋转座圈，该可旋转座圈在围绕可旋转鼓形转子周向地间隔开的分离且离散的位置处接合可旋转鼓形转子。

条款2.根据条款1所述的燃气涡轮发动机，其中，轴承组件沿着可旋转鼓形转子定位在一个或多个轴向位置处。

条款3.根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，固定支撑框架安装在可旋转鼓形转子的外部或内部。

条款4.根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，可旋转座圈由围绕可旋转转子鼓周向地间隔开的多个可旋转滚子轴承限定。

条款5.根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，多个滚子轴承中的每一个包括内座圈、外座圈和布置在内座圈和外座圈之间的多个滚动元件。

条款6.根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，多个滚子轴承的外座圈限定了随可旋转鼓形转子旋转的轴承组件的可旋转座圈。

条款7.根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，多个滚子轴承中的每一个的内座圈固定到固定支撑框架，使得内座圈不随可旋转鼓形转子旋转。

条款8.根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，固定支撑框架包括安装到不可旋转支撑壳体的一个或多个固定臂构件。

条款9.根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，多个滚动元件对应于滚珠滚子或圆柱滚子中的至少一个。

条款10. 根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，多个滚动元件至少部分地由陶瓷构成。

条款11. 根据前述条款中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中，可旋转鼓形转子是燃气涡轮发动机的压缩机区段、涡轮区段或燃烧区段的一部分。

条款12. 一种用于燃气涡轮发动机的转子支撑系统，该燃气涡轮发动机包括可旋转鼓形转子和不可旋转支撑壳体，该转子支撑系统包括：

轴承组件，其被构造成用于定位在可旋转鼓形转子和不可旋转支撑壳体之间，该轴承组件至少包括固定支撑框架和可旋转座圈，该可旋转座圈被构造成在围绕可旋转鼓形转子周向地间隔开的分离且离散的位置处接合可旋转鼓形转子。

条款13. 根据条款12所述的转子支撑系统，其中，固定支撑框架对应于轴承组件的内座圈，并且其中，可旋转座圈对应于轴承组件的外座圈，可旋转座圈由围绕可旋转转子鼓周向地间隔开的多个可旋转滚子轴承限定。

条款14. 根据条款12至13所述的转子支撑系统，其中多个滚子轴承中的每一个包括内座圈、外座圈和布置在内座圈和外座圈之间的多个滚动元件。

条款15. 根据条款12至14所述的转子支撑系统，其中，多个滚子轴承的外座圈限定了随可旋转鼓形转子旋转的轴承组件的可旋转座圈。

条款16. 根据条款12至15所述的转子支撑系统，其中，多个滚子轴承中的每一个的内座圈固定到固定支撑框架，使得内座圈不随可旋转鼓形转子旋转。

条款17. 根据条款12至16所述的转子支撑系统，其中，固定支撑框架包括安装到不可旋转支撑壳体的一个或多个固定臂构件。

条款18. 根据条款12至17所述的转子支撑系统，其中，多个滚动元件对应于滚珠滚子或圆柱滚子中的至少一个。

条款19. 根据条款12至18所述的转子支撑系统，其中，多个滚动元件至少部分地由陶瓷构成。

条款20. 根据条款12至19所述的转子支撑系统，其中，可旋转鼓形转子是燃气涡轮发动机的压缩机区段、涡轮区段或燃烧区段的一部分。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等效结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。