专利名称：涡轮发动机带支座的挠性后轴承安装架的制作方法
技术领域：
本发明领域为航空涡轮发动机组领域，特别是有助于它们的旋转轴轴承安装的它们的部件领域。
背景技术：
航空涡轮发动机组，不论是单轴还是多轴的，一般都包括一个或多个称之为轴承安装架的结构部件，这些轴承安装架支撑着所述这些轴的旋转轴在其上旋转的轴承。如果是涡轮轴发动机，这些部件也可支撑由自由涡轮驱动的动力轴。在后轴承的轴承安装架的情况下，安装架会承受较高的热应力，因为这些安装架由位于冷区域的凸缘连接到发动机的外壳上，而其中央部分为管道形式，来自发动机燃气流过该管道，因此，位于一个特别热的区域。在朝向发动机的内部，它们连接到一组部件上，这些部件构成了壳体，用于安装旋 转轴的轴承位于该壳体内。这些壳体同样也位于较冷区域，因为该区域被发动机冷却空气和轴承润滑油扫过。由于构成该安装架各个不同部件之间存在温度差异，在工作期间，可能出现不同的径向移动，因此，还必须考虑这些径向移动。为此，后轴承安装架通常都是环形管道形式，燃气流过该环形管道，而且，结构臂也横穿该管道，所述管道通过两个部分向外和向内延伸，这两个部分几何构型复杂，称之为发夹。这些发夹将装有轴承的刚性中央部分与外部连接，与此同时，又允许温度差异而造成的径向移动。按目前的技术状态，这些发夹都采用轴对称，或局部穿孔，目的是增加挠性，同时又确保轴承具有足够的刚性。实际上，在结合了后轴承安装架的设计方案的具体情况下，在设计这种安装架的时候，需要实现两个彼此相对的目标首先，必须具有足够的刚性，目的是调整转轴旋转时的尺寸，并限制转子在负载系数下移动范围(这就是说，当涡轮机组承受与其旋转轴线成横向的加速度时)，其次，必须通过下发夹和外发夹的尺寸调整来确保轴承安装架具有足够挠性，目的是延长该部件的寿命。该部件为铸件或采用全焊接结构，很复杂，因此制造成本很高；此外，使用中的机械可靠性也会造成附加成本，这些费用并不是微不足道，而且是因为多次维修或需要提前报废部件所致。为了改善其耐久性，重要的是，这种部件的设计应在其发夹处具有最大可能的挠性，与此同时，确保整个组合件足够坚硬，以便可保持与其所支撑的轴的旋转对准。专利申请GB 952774或FR 1346653给出了这种部件的实施方式，但是，这些部件的生产都是采用了专用部件，这些专用部件的唯一作用就是确保预期的挠性。它们并不能使涡轮移动部件具有高负载。
发明内容
本发明的一个目的是通过提出一种改进了使用寿命的后轴承安装架来满足所述目标，该安装架可稳稳地保持其所支持的旋转轴的轴承，而且，该安装架的生产可以最大可能地降低涡轮模块中存在的部件数量。涡轮模块是一个各种部件的组合体，包括至少一个涡轮机叶轮，这些部件相互结合，从而构成了独立的涡轮机组分组件；为此，该分组件可以与其它模块装配在一起，或者作为机械上独立的整体件从涡轮机组上拆下。为此，本发明的一个主题是提出一种组合件，该组合件包括用于安装涡轮机组轴至少一个轴承的安装部件和形成用于所述安装部件支座的支撑部件，所述安装部件包括发动机燃气流过的至少一个管道和连接部件，所述连接部件能够首先将所述管道连接到发动机的外结构上，其次再连接到带有所述轴承的壳体上，至少其中一个连接部件为挠性，从而可以允许所述管道相对于所述轴的旋转轴线方向径向移动，所述径向移动的幅度受与所述支撑部件所带有的支座相抵接的安装部件中元件中至少一个元件限制其特征在于所述支撑部件相对于涡轮机组旋转轴线方向纵向延伸，从而产生了涡轮壳体，该涡轮壳体用于面对涡轮机组涡轮机叶轮而被定位。然后，这可使部件的径向刚性出现变化，不论其是否与支座接触，而且，当其与支座不发生相互作用时，还会产生很大的挠性。因为大部分热机械疲劳载荷发生在该部件未与支座相抵时，所以，可获得一种部件，在该部件中，所产生的应力较小，提高了部件的使用 寿命。当不与支座相抵时所获得的挠性的提高，改善了承受不同热膨胀时部件的总体特性。为了限制非轴线对称附加移动，后者与航空器机动载荷或回转载荷相关，通过将轴承安装架中一个元件与该支座接触，增加与涡轮机组结构相连的径向支座。这些连接部件，或发夹，可以连接所述管道上，或构成整个部件的一个组成部分。然而，甚至在支座与轴承安装架(管道或结构发夹)部分持久接触的情况下，仍可以优化结构发夹在与不同热膨胀相关载荷下的使用寿命，因为这些部件彼此并不是相互刚性连接(滑动接触)。另外，还可观察磨耗和磨损现象，但是，这些对各个部件功能并不会带来任何重大影响，或特别是，对径向刚性效果的永久性不会产生任何重大影响。为了减少必须使用的部件的数量，简化涡轮模块的生产，将支座定位在支撑部件的端部，该支撑部件连接在发动机外部结构的凸缘上，其包括涡轮壳体的纵向延伸，该涡轮壳体定位于面对涡轮机组的涡轮机叶轮。有利的是，连接到外部结构的连接部件和支撑部件都构造成固定到涡轮机组外部结构的同一凸缘上。在一个具体实施方式
中，支座与连接外部结构的连接部件中的一个连接部件相互作用。在另一个具体实施方式
中，支座与管道直接相互作用。在另一个具体实施方式
中，支座与用于连接带有所述轴承的壳体的连接部件相互作用。还是在另一个具体实施方式
中，安装部件包括与用于连接外部结构的连接件相互作用的支座，和与用于连接带有所述轴承的壳体的连接件相互作用的支座。本发明还涉及到一种涡轮机组，其包括上述用于安装旋转轴的其中一个轴承的至少一个安装部件。下面参照附图，通过详细说明性介绍本发明的一个或多个实施方式，可以更好地理解本发明，本发明的其它目的、细节、特性和优点会更清楚地显现出来，所述实施例仅为示例性的，而非限定性的。在说明书中，术语“径向”、“轴向”和“纵向”都与涡轮机组的旋转轴线相关，而术语“上游”和“下游”都是指燃气流过该相同涡轮机组的方向。所述附图如下
-图I为根据现有技术实施方式的带发夹的后轴承安装架透视图；-图2为涡轮发动机剖面图，所示涡轮发动机包括带发夹的轴承安装架；-图3为根据本发明第一实施方式的涡轮发动机剖面图；以及-图4为根据本发明第二实施方式的涡轮发动机剖面图。
具体实施例方式图I示出了美国专利US 5161940所介绍的轴承安装架。在该专利所给示例中，挠性保持架技术只应用到所述的轴承安装架上，并没有延伸到带有部分流路管道的轴承安装 架上。这是因为这些部件增加了设计和工程技术即热机械载荷下使用寿命和气动力性能的优化方面的难度。参照图2，该图示出了位于涡轮发动机的燃气发生器的高压涡轮下游的部件，包括发夹式轴承安装架。该轴承安装架带有穿孔的结构发夹，但穿孔仅到径向刚性目标所允许的范围，而该目标是在正常工作期间和在机动负载情况下为保持轴的旋转所必需的。来自燃气发生器的燃气流过涡轮之间的管道2，该管道通过外发夹3连接到发动机外部结构并通过内发夹4连接到轴承壳体上。由涡轮之间的管道2和两个发夹3和4组成的组合件构成了发动机的后轴承安装架I。在该后轴承安装架的下游，燃气流过自由涡轮5喷嘴导向叶片，然后再流过自由涡轮机叶轮6，在此处它们输送它们的能量给涡轮机叶轮6。自由涡轮机叶轮机械连接到传动轴9上，传动轴9经由两个轴承7和8相对于结构转动并获得来自发动机的动力。这两个轴承本身由发动机结构所带有，通过后轴承安装架I与之连接。在现有技术的这种结构中，上发夹仅在其圆周上稍许钻孔，目的是赋予轴承安装架稍许挠性，但又在严格范围内，从而不会影响该部件的径向刚性或轴承保持。轴承安装架发夹的挠性因此相对受到限制；结果，其移动自由度不足以对源于热机械的径向载荷做出反应，因此，轴承安装架不具有充足的耐久性。现在参照附图3，该图示出了本发明的第一个实施方式。上发夹3在外侧连接到发动机结构的凸缘10上，自由涡轮的涡轮壳体11也连接到该凸缘上；涡轮壳体是通过后延伸部分Ilb对涡轮机叶轮6处燃气流路外侧提供径向密封的部件。在第一实施方式中，涡轮壳体11还带有环形的前延伸部分11a，从凸缘10向发动机前部延伸，且在其前端，带有突出部分，构成了径向支座12，当发夹3变形并沿发动机旋转轴线方向移动时，便被锁定在该径向支座上。该支座12的使用意味着，发夹3的钻孔范围可更大，其采用带横梁的保持架方式，目的是增加其挠性和其吸收管道和外凸缘之间不同热膨胀性的能力。参照图4，该图示出了本发明的第二个实施方式。轴承安装架中与第一个实施方式相同的元件，采用相同的附图标记，在此不再描述。发夹3采用相同方式连接到凸缘10上，涡轮壳体11同样也连接到该凸缘上。在这个结构中，该壳体只有一个延伸部分11b，位于涡轮机叶轮6区域内，而延伸部分Ila则省略了。然而，增加了环形支撑部件21，其连接凸缘10并沿发动机前部方向延伸。同前面一样，该端部终止于径向支座22处，该支座这次是位于轴承安装架I管道2后端区域，而不是面向外发夹3。如图所示，为了防止管道2向发动机的外部移动，在两个实施方式中，支座都是呈环状，作用方式相同；这些支座限定了轴承安装架的移动，因为采用图中可以看到的那部分支座或采用与其径向相对的那部分来对所述轴承安装架进行阻挡。不论是所述的第一实施方式还是第二实施方式，支座12或22可以在发动机不运行且在该结构不是必要的情况下，相对于上发夹3的或面对支座的管道2的那部分而稍稍向后移动(图中未示)。这种向后设置可使轴承安装架I因为发夹3和4的挠性作用而在热机械载荷下径向移动。只要第一实施方式中的上发夹3或第二实施方式中的管道2不与对应的支座接触，就可能会出现这种移动。除此之外，轴承安装架的与航空器机动类型载荷相关的任何横向移动都会受到对应支座的限制，发夹所赋予的轴承安装架I径向移动的挠性则会因为这种抵接而不存在。 很显然，当轴承安装架I与对应的支座12或22抵接时，前延伸部分的刚性，不论是涡轮壳体11的延伸部分Ila或是支撑部件21的延伸部分，都足以停止轴承安装架I的横向移动。下面介绍本发明根据第一实施方式的工作方式。根据第二实施方式的工作方式与第一实施方式完全一样。工作期间，轴承安装架I在热机械载荷的作用下或在应用到航空器的负载系数的作用下会被迫移动。当应力均匀分布在轴承安装架周围时，该移动会以环形形式出现(这是因为热机械变形所致)或以非轴线对称形式出现(这是因为负载系数所致)。在本发明中，发夹3和4为挠性保持架形式，与现有技术相比，更多的是采用了槽孔的形式，目的是赋予其更大的挠性。这样，只要轴承安装架I不与支座12相抵，轴承安装架I就会更自由地移动，以响应这些应力。在这种情况下，应力不会在发夹上产生，因此，具有较好的抗疲劳性，延长了使用寿命。在因所述挠性提高而允许的第一次形之后，当存在额外负载时，尤其是在航空器机动飞行时，发夹3至少在其中一个角扇形区域与支座12相抵。支座和轴承安装架之间的后退进行优化处理，这样，这两个部件在仅只有热机械载荷情况下就不会彼此接触。对管道2移动的这种限制是必需的，因为需要使轴承安装架保持大体刚性，而且使轴与发动机对称轴线尽可能保持紧密对准。然而，只要尚未到达该限制范围，由于发夹3和4挠性作用，轴承安装架就会更自由地受到变形。但是，在现有技术中，发夹的挠性较低，应力会非常迅速地达到一个很高的水平，这对疲劳寿命有害，根据本发明，这种情况出现在较后期。因此，非常显著地提高了轴承安装架2的使用寿命。上面结合支座12或22介绍了这种经过改进的轴承安装架的使用，所述支座在发动机整个圆周周围延伸。在该圆周周围均勻地分布多个支座，同样也可实现本发明。环形形状所示的支座12和22并不一定是轴向对称的部件，而可以在轴对称部分采用间断形式(如穿孔、狭槽)，目的是优化其热机械特性。尽管上面已结合若干具体实施方式
对本发明进行了介绍，但很显然，本发明涵盖了所介绍装置的所有等同技术和这些技术的结合形式，而所有这些都在本发明的范围内。
权利要求
1.一种组合件，包括用于安装涡轮机组轴的至少一个轴承(7、8)的安装部件和形成所述安装部件支座的支撑部件(11、21)，所述安装部件包括发动机的燃气流过的至少一个管道(2)，和连接部件(3、4)，所述连接部件能够将所述管道首先连接到发动机的外部结构(10)上，其次再连接到带有所述轴承的壳体上，至少其中一个连接部件是挠性的，从而允许所述管道(2)相对于所述轴的旋转轴线方向径向移动，所述径向移动的幅度受与所述支撑部件(11、21)所带有的支座(12、22)相抵接的安装部件中元件(2、3、4)中至少一个元件限制，其特征在于所述支撑部件(11)相对于涡轮机组旋转轴线方向纵向延伸，采用这样的方式可产生涡轮壳体(11b)，该涡轮壳体用于面对涡轮机组的涡轮机叶轮(6)而被定位。
2.根据权利要求I所述的组合件，其特征在于用于连接外部结构的连接部件(3)和支撑部件(11)都构造成固定到涡轮机组外部结构的同一凸缘(10)上。
3.根据权利要求I和2其中一项所述的组合体，其特征在于支座(12)与用于连接外部结构的连接部件(3)相互作用。
4.根据权利要求I和2其中一项所述的组合体，其特征在于支座(22)与所述管道(2)的壁直接相互作用。
5.根据权利要求I所述的组合体，其特征在于支座与用于连接带有所述轴承的壳体的连接部件(4)相互作用。
6.根据权利要求I所述的组合体，包括与用于连接外部结构的连接部件(3)相互作用的支座(12、22)和与用于连接带有所述轴承的壳体的连接部件(4)相互作用的支座。
7.一种涡轮机组，其包括用于安装前面其中一个权利要求所述的旋转轴其中一个轴承的至少一个安装部件。
全文摘要
本发明涉及到一种组合件，包括安装涡轮发动机至少一个轴承(8)的部件和构成所述安装部件支座的支撑部件(11)。所述安装部件包括至少一个管道(2)，发动机的燃气就流过该管道，此外，还包括能够将所述管道连接到发动机外部结构(10)和带有所述轴承的壳体上的连接部件(3、4)。至少其中一个连接部件是挠性的，从而可以允许所述管道(2)径向移动，所述径向移动幅度受与所述支撑部件(11)所支撑的支座(12、22)相抵接的安装部件中元件(2、3)中至少一个元件限制。所述支撑部件(11)相对于涡轮发动机旋转轴线方向纵向延伸，从而产生涡轮壳体(11b)，该涡轮壳体用于与涡轮发动机的涡轮机叶轮(6)对准定位。
文档编号F01D9/04GK102782260SQ201180010953
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月24日 优先权日2010年2月25日
发明者吉恩-卢克·皮埃尔·萨欧瑞斯, 吉恩-莫里斯·卡萨尔斯-柏克, 马克·莫里斯·迪朱迪 申请人:涡轮梅坎公司