专利名称：燃气涡轮发动机及其装配方法
技术领域：
本发明总的涉及燃气涡轮发动机，尤其涉及装配燃气涡轮发动机的方法和装置。
背景技术：
至少一种已知的燃气涡轮发动机在其串联的流动结构中包括一个前部的风扇组件；一个后部的风扇组件；压缩流过该发动机的空气的一个高压压缩机；用于使燃料与压缩的空气混合，使混合物可以点火的一个燃烧室；和一个高压涡轮。有时，将该高压压缩机，燃烧室和高压涡轮集中地称为核心发动机。在工作中，该核心发动机产生燃烧气体，该燃烧气体向下游排至一个低压涡轮。该低压涡轮从中提取能量，给该前部和后部风扇组件供给能量。在至少一些已知的燃气涡轮发动机内，至少一个涡轮的回转方向与该发动机内的其他回转零件的回转方向相反。
至少一个已知的燃气涡轮发动机包括一个支承该高压涡轮的涡轮中间框架，至少一个中间压力涡轮，和支承第二低压涡轮的一个涡轮后框架。在发动机装配过程中，这种已知的燃气涡轮装配时使该高压涡轮与该涡轮中间框架的前部连接，并且该至少一个中间压力涡轮与该涡轮中间框架的后部连接。
因此，为了使该发动机有必要的结构强度，在这种发动机内，该涡轮中间框架结构上支承该高压涡轮和该中间压力涡轮。在工作过程中，在该燃气涡轮发动机内的循环温度使该涡轮的中间框架上的温度升高。这样，要将附加的冷却供给该涡轮的中间框架，以降低该涡轮中间框架的工作温度。
发明概述按照本发明的一个方面，提供了一个燃气涡轮发动机的装配方法。该方法包括使第一低压涡轮的转子可转动地与一个高压涡轮连接，使第二低压涡轮的转子可转动地与该第一低压涡轮的转子连接，和该第二低压涡轮的转子可转动地与一个涡轮的后框架连接，使该高压涡轮的重量传递至该涡轮的后框架。
按照本发明的另一个方面，提供了一个燃气涡轮发动机。该燃气涡轮发动机包括一个高压涡轮，可转动地与该高压涡轮连接的第一低压涡轮转子，可转动地与该第一低压涡轮转子连接的第二低压涡轮转子，和可转动地与该第二低压涡轮转子连接的，使该高压涡轮的重量传递至该涡轮后框架的一个涡轮后框架。
附图简要说明
图1为一个示例性燃气涡轮发动机的一部分的横截面图；和图2为图1所示的，包括一个示例性高压涡轮和一个示例性低压涡轮的该燃气涡轮发动机的一部分的放大的横截面图。
本发明详细说明图1为一个示例性燃气涡轮发动机10的一部分的横截面图。该燃气涡轮发动机10包括一个前部风扇组件12和一个安置在一条纵向中心轴线16周围的后部风扇组件14。术语“前部风扇”和“后部风扇”用于表示风扇组件12轴向连接在风扇组件14的上游。在一个实施例中，风扇组件12和14安置在所述的燃气涡轮发动机10的前端。在另一个实施例中，风扇组件12和14放置在燃气涡轮发动机10的后端。每一个风扇组件12和14包括放置在发动机舱18内的多排风扇叶片19。叶片19与相应的转子圆盘21连接，而该转子圆盘则通过相应的风扇轴20，可转动地与前部风扇组件12连接；和通过风扇轴22，与后部风扇组件14连接。
燃气涡轮发动机10还包括在风扇组件12和14下游的一个核心发动机24。核心发动机24包括一个高压压缩机(HPC)26，一个燃烧室28和通过一个核心转子或轴32，与HPC 26连接的一个高压涡轮(HPT)30。在工作中，核心发动机24产生燃烧气体，该燃烧气体向下游通至一个示例性的反向转动的低压涡轮34。该低压涡轮从气体中提取能量，通过相应的风扇轴20和22，给风扇组件12和14供给能量。
低压涡轮34包括一个静止的外壳体36。该外壳体与高压涡轮30(如图1所示)下游的核心发动机24连接。低压涡轮34包括一个位于径向在外壳体36内部的一个径向的外转子38。外转子38基本上为截锥形状，并且包括多个在圆周上隔开的，沿径向向内伸出的转子叶片40。叶片40排列成轴向隔开的叶片排或级41。虽然，该示例性实施例只表示三个级41，但应该知道，在不影响所述的方法和装置的范围的条件下，外转子38可以具有任何数量的级41。
低压涡轮34还包括一个径向的内转子42。该内转子基本上与外转子38同轴对准，并且径向在该外转子38的内面。内转子42包括多个在圆周上隔开的转子叶片44，这些叶片在径向向外伸出，并排列成轴向隔开的排43。虽然，该示例性实施例只表示三个级，但应当知道，在不影响所述的方法和装置的范围的条件下，该内转子42可以有任意数量的叶片44的排43。
在该示例性实施例中，从级43伸出的内转子叶片44轴向与从级41伸出的外转子叶片40成指状组合，使得内转子级43在相应的外转子级41之间延伸。因此，叶片40和44与转子38和42的转动方向相反。
图2为包括一个示例性高压涡轮100和一个示例性低压涡轮102的燃气涡轮发动机10的一部分的放大的横截面图。
在该示例性实施例中，低压涡轮102包括第一涡轮转子106和第二涡轮转子108。在该示例性实施例中，该第一涡轮转子106轴向放置在第二涡轮转子108的前部，和轴向在该高压涡轮100的后部。第一涡轮转子106包括多个径向向外伸出的圆周上隔开的涡轮叶片110。叶片110排列成涡轮叶片110的一个轴向隔开的排112。虽然，该示例性实施例只表示了涡轮叶片110的一个排112，但应当知道，在不影响所述方法和装置的范围的条件下，第一涡轮转子106可以有涡轮叶片110的任何数量的排112。在该示例性实施例中，第一涡轮转子106在第一回转方向上转动。
在该示例性实施例中，第二涡轮转子108轴向位于第一涡轮转子106的后部，和在与该第一涡轮转子106的第一回转方向相反的第二回转方向上转动。第二涡轮转子108包括径向向外伸出的多个圆周上隔开的涡轮叶片150。叶片150排列成涡轮叶片150的一个轴向隔开的排152。虽然，该示例性实施例只表示了涡轮叶片150的一个排152，但应当知道，在不影响所述方法和装置的范围的条件下，第二涡轮转子108可以有涡轮叶片150的任意数量的排152。
在该示例性实施例中，燃气涡轮发动机10包括第一差速轴承120(differential bearing)，它转动地将高压涡轮100与第一涡轮转子106连接。更具体地说，差速轴承120可转动地连接在高压涡轮100和第一涡轮转子106之间，使第一涡轮转子106直接地可转动地与高压涡轮100连接。第一涡轮转子106利用多根花键122与轴22连接，使得第一涡轮转子106通过轴22，与前部风扇组件12连接。因此，在该示例性实施例中，燃气涡轮发动机10不包括一个涡轮中间框架，而是将低压的第一涡轮转子106直接与高压的涡轮100连接，不需要涡轮的中间框架。
燃气涡轮发动机10还包括第二差速轴承130，它转动地使第一涡轮转子106与第二涡轮转子108连接。更具体地说，差速轴承130可转动地连接在第一涡轮转子106和第二涡轮转子108之间，使第一涡轮转子106直接地可转动地与第二涡轮转子108连接。第二涡轮转子108利用多根花键134与轴20连接，使第二个涡轮转子108通过轴20，与后部风扇组件14连接。
燃气涡轮发动机10还包括第三个轴承140，它可转动地将第二涡轮转子108与涡轮的后框架142连接。更具体地说，轴承140可转动地连接在第二涡轮转子108和涡轮后框架142之间，使第二涡轮转子108直接可转动地与涡轮后框架142连接。在该示例性实施例中，第三个轴承140为滚子轴承。因此，在该示例性实施例中，燃气涡轮发动机10不包括涡轮中间框架而是可转动地通过涡轮的第一和第二涡轮转子106和108，使该高压涡轮100与涡轮后框架142连接，不需要涡轮中间框架。
在该示例性实施例中，轴承120和130为差速轴承，它可使诸如第一和第二涡轮转子106和108一类的二个零件以二个回转速度转动。具体地说，差速轴承120可使高压涡轮100以第一回转速度工作，和第一涡轮转子106以第二不同的回转速度工作。差速轴承130可使第一涡轮转子106以第一回转速度工作，和第二涡轮转子108以第二不同的回转速度工作。因此，差速轴承130可使前部风扇组件12以第一回转速度工作，和后部风扇组件14以第二不同的回转速度工作。在该示例性实施例中，轴22以第一回转速度工作，和轴20以比轴22的第一回转速度小的第二回转速度工作。因此，在该示例性实施例中，以较高回转速度工作的轴20放置在以较低的回转速度工作的轴22沿径向向内，以改善燃气涡轮发动机10的装配。
在一个实施例中，轴承120，130和/或140中的至少一个为滚子轴承。在另一个实施例中，轴120，130和/或140中的至少一个为滚珠轴承。在再一个实施例中，轴承120，130和/或140中的至少一个为箔带轴承。
在工作时，高压涡轮100可转动地与低压的第一涡轮转子106连接，而后者则可转动地与低压的第二涡轮转子108连接。该低压的第二涡轮转子108可转动地与涡轮后框架142连接。因此，在工作过程中，启动燃气涡轮发动机10，这样使该高压涡轮100转动。由于高压涡轮100可转动地与第一涡轮转子106连接，该第一涡轮转子106可转动地与第二涡轮转子108和涡轮后框架142连接，因此，转动力和/或转子负荷分别通过低压的第一和第二涡轮转子106和108，从高压涡轮100传递至涡轮后框架142。这样，至少一个已知的燃气涡轮发动机将该高压涡轮转子负荷传递至涡轮中间框架。
在该示例性实施例中，去除该涡轮中间框架和直接可转动地使该高压涡轮100与低压的第一涡轮转子106连接，便于装配燃气涡轮发动机16，使通过花键122和134供给轴20和22的润滑油流回至该涡轮后框架142。另外，在该示例性实施例中，燃气涡轮发动机10包括多个密封回转储油槽162用的内部轴的碳密封圈160，这样，可将轴承120，130和140放置得更靠近它们支承的回转质量。
上述的示例性实施例说明了一个反向转动的低压涡轮，其中，高压涡轮100直接可转动地分别与低压的第一和第二涡轮转子106和108连接，使由该高压涡轮100产生的回转力和/或转子负荷，通过该低压的第一和第二涡轮转子106和108，从该高压涡轮100传递至涡轮后框架142。另外，因为该燃气涡轮发动机10不包括涡轮中间框架，轴承120，130和140的压力润滑油管可直接通至该涡轮后框架142，这样可减小该发动机的复杂性和降低制造成本。
上述的方法和装置是成本低和非常可靠的方法，它在该高压涡轮和该低压涡轮之间安装一个差速轴承，使得不需要该涡轮中间框架。使用一个差速轴承代替该涡轮中间框架容易除去在热的燃气流动通道中的需要冷却的金属，从而可减轻发动机重量和降低成本。另外，供给该低压涡轮轴的润滑油流回冷却器和较大的该涡轮后框架，这样可增加发动机的可靠性。另外，由于供给差动轴承的润滑油通过轴的花键流至大多数直径上，因此不需要通过该轴的润滑油孔，并且使用内部轴的碳密封圈密封回转储油槽。上述的方法和装置还允许将该差速轴承放置得更靠近它们支承的回转质量。
以上，详细地说明了涡轮差速轴承和装配一个燃气涡轮发动机的方法的示例性实施例。各个零件不限于所述的具体实施例，而是每一个系统的零件可与所述的其他零件独立和分开地使用。
虽然利用各种具体实施例说明了本发明，但业内人士知道，在权利要求书的精神和范围内，可对本发明作改进。
零件清单10-燃气涡轮发动机 100-高压涡轮12-前部风扇组件 106-第一涡轮转子14-后部风扇组件 108-第二涡轮转子16-纵向中心线轴线 110-圆周上隔开的涡轮叶片18-发动机舱 112-轴向隔开的排19-风扇叶片 120-差速轴承20-风扇轴 122-花键21-转子圆盘 130-差速轴承22-由轴沿径向向内 134-花键24-核心发动机 140-第三个轴承26-高压压缩机(HPC) 142-涡轮后框架28-燃烧室 150-圆周上隔开的涡轮叶片30-高压涡轮(HPT)152-轴向隔开的排32-核心转子或轴 160-轴的碳密封圈34-低压涡轮 162-回转储油槽36-外壳体38-径向外转子40-外转子叶片41-叶片排或级42-内转子43-排或级44-内转子叶片
权利要求
1.一种燃气涡轮发动机(10)，包括一个高压涡轮(100)；一个可转动地与所述的高压涡轮连接的一第一低压涡轮转子(106)；一个可转动地与所述第一低压涡轮转子连接的一第二低压涡轮转子(108)；和一个可转动地与所述第二低压涡轮转子连接，使所述高压涡轮的重量传递至所述涡轮后框架的涡轮后框架(142)。
2.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，所述第一低压涡轮转子(106)沿第一回转方向转动，而所述第二低压涡轮转子(108)沿与该第一回转方向相反的第二回转方向转动。
3.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括连接在所述第一低压涡轮转子(106)和所述高压涡轮(100)之间使所述高压涡轮可转动地与所述第一低压涡轮转子连接的一个第一差速轴承(120)。
4.如权利要求3所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括一个润滑油供给系统，其构形可使润滑油从所述涡轮后框架(142)通至所述的第一差速轴承(120)，以润滑所述第一差速轴承。
5.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括连接在所述第一低压涡轮转子(106)和所述高压涡轮(100)之间使所述高压涡轮可转动地与所述第一低压涡轮转子连接的一个第一差速箔带轴承(120)。
6.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括连接在所述第一低压涡轮转子(106)和所述第二低压涡轮转子(108)之间使所述的高压涡轮(100)可转动地与所述的第一和第二低压涡轮转子连接的一个第二差速轴承(130)。
7.如权利要求2所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括一个连接在所述第二低压涡轮转子(108)和所述涡轮后框框架(142)之间的第三差速轴承(140)。
8.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括一个可转动地与所述第一低压涡轮转子(106)连接的后部风扇组件(14)。
9.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括一个可转动地与所述的第二低压涡轮转子(108)连接的前部风扇组件(12)，所述前部风扇组件的构形能使其沿与所述后部风扇组件(14)的回转方向不同的回转方向转动。
10.如权利要求1所述的燃气涡轮发动机(10)，其特征为，还包括一个润滑油供应管路，其构形能使润滑油从所述涡轮后框架(142)通至所述高压涡轮(100)，所述第一低压涡轮转子(106)和所述第二低压涡轮转子(108)中的至少一个中。
全文摘要
一种装配一种燃气涡轮发动机(10)的方法，包括可转动地使第一低压涡轮转子(106)与一个高压涡轮(100)连接，可转动地将一个第二低压涡轮转子(108)与该第一低压涡轮转子连接，和可转动地将该第二低压涡轮转子与一个涡轮后框架(142)连接，使该高压涡轮的重量传递至该涡轮后框架。
文档编号F02K3/06GK1766293SQ200510097639
公开日2006年5月3日 申请日期2005年8月29日 优先权日2004年10月29日
发明者J·L·亨利 申请人:通用电气公司